FR3097091A1 - dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs présentant collectivement un facteur de qualité amélioré - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif (1) pourvu d’une pluralité de résonateurs (2), formés chacun par une membrane scellant une cavité, les résonateurs (2) étant reliés les uns aux autres par des canaux fluidiques (3a) destinés à assurer un équilibre des pressions d’un résonateur (2) à l’autre. Figure pour l’abrégé : figure 1b.

Description

dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs présentant collectivement un facteur de qualité amélioré
La présente invention se rapporte au domaine des micros systèmes électromécaniques. Les micros systèmes électromécaniques couverts par la présente invention peuvent notamment comprendre des capteurs pour l’émission et/ou la réception acoustique, et présentant une sensibilité améliorée au regard des capteurs connue de l’état de la technique.
La présente invention concerne également des capteurs de gaz
En particulier, la présente invention concerne un dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs qui pris collectivement présentent un facteur de qualité amélioré.
Le dispositif selon un premier aspect de la présente invention comprend un réseau de canaux fluidiques agencés pour assurer une pression homogène d’un capteur à l’autre.
Selon un autre aspect de la présente invention, le dispositif comprend des canaux non-débouchants s’étendant à partir de résonateurs périphériques de manière à compenser un différentiel de pression entre lesdits résonateurs périphériques et les autres résonateurs, dits résonateurs centraux.
L’avènement des techniques de micro fabrication a permis l’essor des micros systèmes électromécaniques (« MEMS » ou « Micro Electro Mechanical System » selon la terminologie Anglo-Saxonne).
Parmi ces derniers, les résonateurs, formés par une membrane en recouvrement d’une cavité, sont mis en œuvre dans bon nombre d’applications et notamment dans les capteurs, et plus particulièrement les capteurs de gaz par mesure gravimétrique tel que décrit dans le document [1] cité à la fin de la description.
Le fonctionnement de ces capteurs, décrit dans le document [2] cité à la fin de la description, est basé sur le décalage de la fréquence de résonnance de leur résonateur induit, par exemple, par l’adsorption d’espèces chimiques sur une face de ladite membrane.
Ces membranes généralement susceptibles de vibrer selon une direction perpendiculaire au plan formé par lesdites membranes sont caractérisées par leur fréquence de résonance (aussi associée à la fréquence de résonance des capteurs).
La sensibilité d’un tel capteur pourvu d’un unique résonateur, régie par le facteur de qualité dudit résonateur, reste toutefois limitée, de sorte que la détection de quantités infinitésimales de gaz reste difficile, voire impossible.
Afin d’améliorer la sensibilité, et donc les performances du capteur de gaz, il a été proposé de doter ce dernier d’une pluralité de résonateurs agencés par exemple sous forme matricielle.
Les techniques de micro fabrication permettent, à cet égard, d’envisager la fabrication, de manière collective, de plusieurs centaines, voire de milliers, de résonateurs destinés à détecter en parallèle, au sein d’un même capteur, un gaz donné.
Cependant, cette solution, considérée sans autres précautions, ne permet pas de répondre favorablement à la problématique relative à la sensibilité d’un capteur.
Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif pourvu d’un ensemble de résonateurs, essentiellement identiques, qui de manière collective présente un facteur de qualité amélioré.
Un autre but de la présente invention est de proposer un capteur pourvu de l’ensemble de résonateurs et dont la dispersion en termes de fréquences de résonance est réduite par rapport aux capteurs connus de l’état de la technique.
Les buts de la présente invention sont, au moins en partie, atteints par un dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs, formés chacun par une membrane scellant une cavité, au moins un groupe de résonateurs parmi la pluralité de résonateurs étant reliés les uns aux autres par des canaux fluidiques destinés à assurer un équilibre des pressions d’un résonateur à l’autre au sein dudit au moins un groupe.
Les liaisons par canaux fluidiques peuvent être limitées à un groupe de résonateurs parmi la pluralité de résonateurs. Plusieurs groupes peuvent à cet égard être considérés. En d’autres termes, les résonateurs d’un groupe donné sont reliés entre eux par des canaux fluidiques et isolés des autres résonateurs.
Les canaux fluidiques au sein d’un groupe peuvent dessiner, avec les résonateurs dudit groupe, un chemin fluidiques de forme quelconque. Le chemin fluidique peut alors comprendre des portions droites, courbes, des coins, une ou des spirales.
Les résonateurs périphériques peuvent former un groupe, dit groupe périphérique, de résonateurs reliés entre eux par des canaux fluidique et isolé des autres
Selon un mode de mise en œuvre, les résonateurs en périphérie de la pluralité de résonateurs, dit résonateurs périphériques, comprennent également des canaux non-débouchants, avantageusement disposés symétriquement aux canaux fluidiques s’étendant à partir desdits résonateurs périphériques.
Selon un mode de mise en œuvre, les résonateurs sont agencés de manière matricielle.
Selon un mode de mise en œuvre, les cavités sont de forme carrée, ou de rectangle, ou de polygone, ou de disque.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques relient chaque résonateur à ses plus proches voisins, avantageusement les canaux fluidiques sont orientés selon l’une ou l’autre des deux directions définies par les lignes et les colonnes de l’agencement matriciel.
Selon un mode de mise en œuvre, canaux fluidiques relient chaque résonateur à ses seconds plus proches voisins, avantageusement les canaux fluidiques sont orientés selon un angle de plus ou moins 45 ° par rapport à l’une ou l’autre des directions définies par les lignes et les colonnes de l’agencement matriciel.
Selon un mode de mise en œuvre, les cavités débouchent au niveau d’une face avant d’un substrat support, et sont scellées par un film de recouvrement, formant les membranes, en recouvrement de ladite face avant.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques sont formés dans le substrat support.
Selon un mode de mise en œuvre, le film de recouvrement comprend un matériau semi-conducteur, avantageusement du silicium.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques ont une profondeur comprise entre 100 nm et 5 µm, avantageusement les canaux fluidiques et les cavités ont essentiellement la même profondeur.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques ont une largeur comprise entre 100 nm et 5 µm.
Selon un mode de mise en œuvre, des contacts sont formés sur au moins une partie des membranes.
Selon un mode de mise en œuvre, les résonateurs, dits résonateurs périphériques, disposés en périphérie forment un groupe, dit groupe périphérique, parmi l’au moins un groupe de résonateurs.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques au sein d’un groupe de résonateurs forment un chemin en ligne ou en spirale.
L’invention concerne également un capteur de gaz par mesure gravimétrique mettant en œuvre le dispositif selon la présente invention.
L’invention concerne également la mise en œuvre du capteur comme capteur d’odeur ou pour la spectroscopie de masse.
L’invention concerne également un dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs, formés chacun par une membrane scellant une cavité, le dispositif comprend en outre des canaux non-débouchants s’étendant à partir de résonateurs périphériques parmi la pluralité de résonateurs.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux non-débouchants s’étendent en dehors d’une surface circonscrite par les résonateurs périphériques.
Selon un mode de mise en œuvre, le dispositif comprend en outre des canaux fluidiques reliant les résonateurs les uns aux autres afin d’assurer un équilibre des pressions d’un résonateur à l’autre.
Selon un mode de mise en œuvre, les résonateurs sont agencés de manière matricielle.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques relient chaque résonateur à ses plus proches voisins, avantageusement les cavités sont de forme carrée de sorte que chaque canal fluidique relie deux côtés adjacents de deux cavités adjacentes.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques relient chaque résonateur à ses seconds plus proches voisins, avantageusement les cavités sont de forme carrée de sorte que chaque canal fluidique relie deux cavités, seconde plus proche voisines, par leur coin.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux non-débouchants de chaque résonateur périphérique sont disposés symétriquement aux canaux fluidiques s’étendant à partir du résonateur périphérique considéré.
Selon un mode de mise en œuvre, les cavités débouchent au niveau d’une face avant d’un substrat support, et sont scellées par un film de recouvrement, formant les membranes, en recouvrement de ladite face avant.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux non-débouchants et les canaux fluidiques sont formés dans le substrat support.
Selon un mode de mise en œuvre, le film de recouvrement comprend un matériau semi-conducteur, avantageusement du silicium.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux non-débouchants et les canaux fluidiques ont une profondeur comprise entre 100 nm et 5 µm, avantageusement les canaux débouchant, les canaux fluidiques et les cavités ont essentiellement la même profondeur.
Selon un mode de mise en œuvre, les canaux non-débouchants et les canaux fluidiques ont une largeur comprise entre 100 nm et 5 µm.L’invention concerne également un capteur de gaz par mesure gravimétrique mettant en œuvre le dispositif selon la présente invention.
L’invention concerne également la mise en œuvre du capteur comme capteur d’odeur ou pour la spectroscopie de masse.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d’un dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
est une illustration de deux dispositifs adjacents pourvus chacun d’une pluralité de résonateurs selon un premier mode de réalisation ;
est une illustration du dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs selon un second mode de réalisation ;
est une illustration du dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs selon un premier aspect du premier mode de réalisation ;
est une illustration du dispositif pourvu d’une pluralité de résonateurs selon un premier aspect du second mode de réalisation ;
sont des représentations schématiques illustrant des étapes de fabrication a) et b) susceptibles d’être mises en œuvre dans le cadre de la présente invention ;
sont des représentations schématiques illustrant un autre mode de mise œuvre de l’étape de fabrication b) susceptible d’être mise en œuvre dans le cadre de la présente invention ;
sont des représentations schématiques d’un ensemble d’étapes de fabrication, selon le plan de coupe BB’ de la figure 1a et à distance de canaux fluidiques, impliquant le procédé selon la présente invention, et susceptibles de mener à la fabrication d’un capteur ;
sont des représentations schématiques d’un ensemble d’étapes de fabrication, selon le plan de coupe AA’ de la figure 1a et passant par les canaux fluidiques, impliquant le procédé selon la présente invention, et susceptibles de mener à la fabrication d’un capteur.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La présente invention concerne un dispositif 1 pourvu d’une pluralité de résonateurs qui, pris collectivement, présentent un facteur de qualité amélioré.
En particulier, la présente invention concerne un dispositif 1 pourvu de résonateurs 2 destinés à fonctionner en parallèle dans un capteur et présentant collectivement une sensibilité accrue par rapport aux capteurs pourvus également d’une pluralité de résonateurs 2, et connus de l’état de la technique.
À cet égard, la présente invention prévoit, selon un premier aspect, des canaux fluidiques 3a reliant les résonateurs 2 les uns aux autres de manière à assurer un équilibre de la pression d’un résonateur à l’autre.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’invention prévoit des canaux non-débouchants 3b qui s’étendent à partir de résonateurs périphériques 2a parmi la pluralité de résonateurs 2.
Ces deux aspects peuvent être pris séparément ou combinés.
Un résonateur 2, selon la présente invention, comprend une membrane 19 en suspension au-dessus d’une cavité. En particulier, la membrane 19 peut être formée par une couche, dite couche de recouvrement, formée sur ladite cavité. Un film de recouvrement 16 formé sur une pluralité de cavités forme ainsi une pluralité de membranes 19 en suspension au-dessus desdites cavités.
Le facteur de qualité d’un résonateur 2 ou d’une pluralité de résonateurs 2 fonctionnant de manière collective est défini par le rapport de la fréquence de résonance à la bande passante à -3 dB.
Les figures 1a et 1b sont des illustrations du dispositif 1 selon, respectivement, un premier mode et un second mode de mise en œuvre de la présente invention.
Le dispositif 1 selon la présente invention comprend une pluralité de résonateurs 2, formés chacun par une membrane 19 scellant une cavité 11.
Il est entendu sans qu’il soit nécessaire de le préciser que le scellement de l’ensemble des cavités 11 par les membranes 19 est hermétique.
Par « scellement hermétique », on entend un scellement qui prévient les échanges gazeux entre les cavités considérées et l’environnement extérieur.
Selon un premier aspect de l’invention illustré à la figure 1c, les résonateurs 2 peuvent être reliés les uns aux autres par des canaux fluidiques 3a destinés à assurer une pression homogène d’un résonateur 2 à l’autre.
Les liaisons par canaux fluidiques peuvent être limitées à un groupe de résonateurs parmi la pluralité de résonateurs. Plusieurs groupes peuvent à cet égard être également considérés. A cet égard, les résonateurs d’un groupe donné sont reliés entre eux par des canaux fluidiques et isolés des autres résonateurs.
Les canaux fluidiques au sein d’un groupe peuvent dessiner, avec les résonateurs dudit groupe, un chemin fluidique de forme quelconque. Le chemin fluidique peut alors comprendre des portions droites, courbes, des coins, une ou des spirales.
Les résonateurs périphériques peuvent former un groupe, dit groupe périphérique, de résonateurs reliés entre eux par des canaux fluidique et isolé des autres
Par « canal fluidique », on entend un conduit au travers duquel un fluide (liquide ou gazeux) peut s’écouler d’un résonateur 2 à l’autre.
Selon un second aspect de la présente invention illustré à la figure 1d, pris seul ou en combinaison avec le premier aspect, les résonateurs 2 en périphérie de la pluralité de résonateurs 2, dit résonateurs périphériques 2a, comprennent également des canaux non-débouchants 3b.
Par « canal non débouchant », on entend un conduit bouché selon une de ses extrémités.
Les résonateurs 2, quel que soit l’aspect considéré, peuvent être agencées de manière matricielle.
Par « agencement matriciel », on entend un agencement périodique et régulier selon deux directions orthogonales de résonateurs 2. L’agencement matriciel comprend notamment n lignes et m colonnes de résonateurs 2.
La suite de l’énoncé de la présente invention se limitera, pour souci de simplification, à un agencement matriciel des résonateurs 2. L’homme du métier pourra toutefois généraliser l’invention à d’autres agencements.
De manière avantageuse, les cavités 11 débouchent au niveau d’une face avant 10a d’un substrat support 10, et sont scellées par le film de recouvrement 16, formant les membranes 19, en recouvrement de ladite face avant 10a.
Cette configuration permet d’envisager un procédé de fabrication formant des résonateurs 2 de manière collective, et par ailleurs présentant des caractéristiques dimensionnelles quasi identiques voire identiques.
Le film de recouvrement 16 et le substrat support 10 peuvent tous les deux comprendre un matériau semi-conducteur et notamment du silicium, ou encore un matériau non semi-conducteur, par exemple un matériau diélectrique (notamment un nitrure de silicium ou un oxyde de silicium) ou un matériau métallique.
Les canaux fluidiques 3a, ainsi que les canaux non-débouchants 3b peuvent être formés dans le substrat support 10.
Les canaux fluidiques 3a et les canaux non-débouchants 3b peuvent présenter une profondeur comprise entre 100 nm et 5 µm.
Avantageusement les canaux non-débouchants 3b, les canaux fluidiques 3a et les cavités ont essentiellement la même profondeur.
Les canaux fluidiques 3a et les canaux non-débouchants 3b peuvent présenter une largeur comprise entre 100 nm et 5 µm.
Compte de tenu des faibles largeurs des canaux, le film de recouvrement 16 scellant les cavités, et lesdits canaux, ne subit que peu ou pas de déformation (déflection) à l’endroit même du recouvrement des canaux.
De manière avantageuse, les canaux non-débouchants 3b peuvent s’étendre en dehors d’une surface circonscrite par les résonateurs périphériques 2a.
Les canaux non-débouchants 3b, pour chaque résonateur périphérique 2a, peuvent être disposés symétriquement aux canaux fluidiques 3a s’étendant à partir desdits résonateurs périphériques 2a.
La figure 1a est une illustration d’un premier mode de réalisation d’un dispositif 1 pourvu d’une pluralité de résonateurs 2 et combinant les deux aspects de l’invention précités.
Les cavités sont de forme carrée, ou de rectangle, ou de polygone, ou de disque.
En particulier, selon ce premier mode de réalisation, les canaux fluidiques 3a relient chaque résonateur 2 à ses plus proches voisins.
Par exemple, les canaux fluidiques 3a relient chaque résonateur à ses plus proches voisins, avantageusement les canaux fluidiques (3a) sont orientés selon l’une ou l’autre des deux directions définies par les lignes et les colonnes de l’agencement matriciel.
En particulier, les cavités 11 peuvent être de forme carrée de sorte que chaque canal fluidique 3a relie deux côtés adjacents de deux cavités adjacentes.
La figure 1b est une illustration d’un second mode de réalisation du dispositif 1 selon la présente invention et combinant également les deux aspects de la présente invention.
Selon ce mode de mise en œuvre, les canaux fluidiques 3a relient chaque résonateur 2 à ses seconds plus proches voisins.
Par exemple, les canaux fluidiques 3a relient chaque résonateur 2 à ses seconds plus proches voisins, avantageusement les canaux fluidiques sont orientés selon un angle de plus ou moins 45 ° par rapport à l’une ou l’autre des directions définies par les lignes et les colonnes de l’agencement matriciel.
En particulier, les cavités 11 peuvent être de forme carrée de sorte que chaque canal fluidique 3a relie deux cavités, secondes plus proches voisines, par leur coin.
Ainsi, l’agencement de canaux fluidiques 3a tel que précisé dans la présente invention permet de corriger (faire disparaitre) une dispersion de la pression d’un résonateur 2 à l’autre susceptible d’intervenir lors de la fabrication (et notamment lors d’une étape de collage) du dispositif 1.
En particulier, les canaux fluidiques 3a permettent de réduire la dispersion des fréquences de résonances de résonateurs 2 formant le dispositif 1, et par voie de conséquence améliorer le facteur de qualité du dispositif 1.
Par ailleurs, la considération des canaux non-débouchants 3b, seuls ou en combinaison avec les canaux fluidiques 3a, permet également de réduire la dispersion des fréquences de résonance.
En effet, les inventeurs ont remarqué qu’à l’issue de l’étape de collage (détaillées dans la suite de la description) destinée à sceller les cavités avec le film de recouvrement 16, les cavités des résonateurs périphériques 2a présentent un différentiel de pression par rapport aux autres résonateurs 2 (dits résonateurs centraux) relativement important de sorte que lesdits résonateurs périphériques 2a sont la première source de dispersion des facteurs de qualité.
La mise en œuvre des canaux permet alors de réduire l’écart de contrainte subie par les membranes 19 des résonateurs périphériques 2a et des résonateurs centraux.
Enfin, l’agencement des canaux non-débouchants 3b et des canaux fluidiques 3a peut être prévu (symétrique) de sorte que l’environnement proche des résonateurs centraux ou périphérique soit le même. Cet aspect contribue également à une réduction de la dispersion des facteurs de qualité entre résonateurs centraux et périphériques.
Les figures 2a-2c, 3a-3c, 4a-4j, et 5a-5j illustrent les différentes étapes d’un procédé susceptibles d’être mises en œuvre pour la fabrication d’un dispositif 1 selon la présente invention.
Notamment, les figures 4a à 4j représentent les différentes étapes du procédé, selon un plan de coupe BB’ (illustré à la figure 1a) du substrat support 10 (décrit ci-après) et à distance des canaux.
Les figures 5a-5j représente les mêmes étapes de procédé selon un plan de coupe AA’ (illustré à la figure 1a) du substrat support 10 et passant par des canaux hydrauliques.
Le procédé comprend notamment une étape a) de formation d’une pluralité de cavités 11 débouchant au niveau d’une face avant 10a d’un substrat support 10 (figure 2a).
Le substrat support 10 peut comprendre un matériau semi-conducteur, et notamment du silicium.
L’étape a) peut notamment comprendre une étape de masquage permettant de délimiter le contour des cavités 11, et une étape de gravure.
L’étape de masquage peut impliquer la formation d’un masque dur (« hard mask » selon la terminologie Anglo-Saxonne), et notamment un masque de dioxyde de silicium.
L’étape de gravure peut comprendre une gravure sèche (par exemple une gravure impliquant un plasma) ou une gravure humide. Les canaux fluidiques et/ou non débouchants peuvent être formés de manière concomitante avec les cavités.
Il peut également être considéré de former les cavités 11 et les canaux fluidiques et/ou non débouchants en deux étapes distinctes.
A titre d’exemple non limitatif, l’étape a) peut comprendre les étapes suivantes :
a1) une étape de fourniture d’un substrat support 10, notamment un substrat de silicium (figure 4a, et 5a)
a2) une étape de formation de premiers motifs 12 en projection par rapport à une face avant 10a du substrat support 10, les premiers motifs 12, et des seconds motifs 13. Les premiers motifs 12 dessinent notamment une empreinte des cavités ainsi que des canaux fluidiques et/ou des canaux non-débouchants. En d’autres termes, une gravure, au moins partielle, des premiers motifs 12, décrite dans la suite de l’énoncé, permet de former les cavités et les canaux fluidiques et/ou non-débouchants (figure 4b, et 5b).
Cette étape a2) peut comprendre, et dans l’ordre, une étape de photolithographie, une étape de gravure. Les premiers 12 et les seconds 13 motifs peuvent par exemple être d’une hauteur comprise entre 500 nm et 2 µm.
Toujours selon cet exemple, l’étape a) peut également comprendre une étape a3) de remplissage par un matériau diélectrique 15 du volume entre les premiers motifs 12 et les seconds motifs 13 (figure 4c et 5c). Le matériau diélectrique 15 peut notamment comprendre du dioxyde de silicium déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma (« PECVD » ou « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition » selon la terminologie Anglo-Saxonne).
Il est entendu que le remplissage est exécuté de manière à laisser exposés à l’environnement extérieur les sommets des premiers motifs 12 et des seconds motifs 13.
L’étape a3) peut être suivie d’une étape a4) de gravure partielle des premiers motifs 12 et des seconds motifs 13. Cette gravure détermine la profondeur des cavités et des canaux fluidiques et/ou non-débouchants (figure 4d et figure 5d).
La profondeur des cavités 11 (et des zones de contact 14), et des canaux fluidiques 3a et/ou non débouchants 3b ainsi formées peut être comprise entre 50 nm et 5 µm.
La forme des cavités 11, tel que précisé précédemment, est définie par la forme des premiers motifs 12.
Les techniques de micro fabrication (ou étapes technologiques) citées ci-avant permettent de considérer la formation, de manière collective, d’un très grand nombre de cavités, et notamment plusieurs centaines, voire plusieurs milliers, de cavités identiques.
Ainsi, et de manière non limitative, les cavités 11 peuvent être agencées de manière matricielle.
Le procédé de fabrication du dispositif 1 comprend également une étape b) de formation de membranes 19.
L’étape b) de formation des membranes 19 comprend notamment le report d’un film de recouvrement 16 sur la face avant 10a du substrat support 10.
Les membranes 19 sont en suspension au-dessus des cavités 11.
Le report du film de recouvrement 16 peut notamment impliquer une étape b1) de collage d’un substrat, dit substrat donneur 17, sur la face avant 10a, et une étape b2) de retrait d’une première partie 17a du substrat donneur 17 de manière à ne conserver qu’une seconde partie 17a dudit substrat formant le film de recouvrement 16 (figure 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 4f et 4g, 5f et 5g).
Il est entendu que l’étape b1) de collage peut comprendre un collage moléculaire (ou direct), un collage par thermocompression.
L’invention ne doit toutefois pas être limitée à ces deux types de collage, et peut notamment comprendre un collage impliquant une couche intermédiaire de collage (par exemple un matériau polymère), un collage anodique, un collage eutectique.
L’étape de collage b1) peut également être exécutée sous vide ou sous une atmosphère contrôlée notamment pour imposer un gaz et une pression prédéterminées dans les cavités 11 scellées par le film de recouvrement 16.
Par ailleurs, il est entendu sans qu’il soit nécessaire de le préciser que le scellement des cavités par le film de recouvrement 16 est hermétique.
L’étape b1) peut être précédée d’une étape de formation d’une zone de fragilisation 17c séparant la première partie 17a de la seconde partie 17b, et au niveau de laquelle une fracture du substrat donneur 17 est susceptible de se produire, lors de l’exécution de l’étape b2), sous l’effet d’un traitement thermique et/ou d’une action mécanique.
La zone de fragilisation 17c peut être une zone amorphisée ou une zone implantée, notamment une zone implantée avec des atomes d’hydrogène.
De manière alternative et en l’absence de zone de fragilisation 17c, l’étape b2) peut comprendre une étape d’amincissement mécanique (figures 3a à 3c), et notamment une étape d’amincissement mécanique par abrasion (« Grinding » selon la terminologie Anglo-Saxonne), éventuellement suivie d’une gravure chimique.
Toujours selon cette alternative, la première partie 17a et la seconde partie 17b sont séparées par une couche d’arrêt 17d au niveau de laquelle la gravure chimique de l’étape b2) s’arrête.
Le substrat donneur 17, selon cette alternative, peut notamment être un substrat de silicium sur isolant (« SOI »), la couche d’isolant étant la couche d’arrêt. La couche de silicium du substrat SOI est avantageusement fortement dopée. La couche d’arrêt peut être gravée par abrasion ou par une étape de gravure chimique sélective.
L’étape b) peut être précédée d’une étape de dépôt d’une couche de passivation en recouvrement de la face avant 10a (figure 4e et 5e). La couche de passivation 18 peut notamment comprendre un premier dépôt d’une couche de nitrure de silicium 18a par suivie d’un second dépôt d’une couche de dioxyde de silicium 18b.
L’épaisseur de chacune de ces deux couches 18a et 18b peut être comprise entre 30 nm et 300 nm.
La première couche 18a peut être formée par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (« LPCVD » ou « Low Pressure Chemical Vapor Deposition » selon la terminologie Anglo-Saxonne).
La seconde couche 18b peut être formée par dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma.
L’étape b) peut également être suivie d’une étape de dépôt d’une couche de passivation 20 sur le film de recouvrement 16 (figure 4h et 5h). La couche de passivation 20 peut comprendre une couche de nitrure de silicium de 50 nm d’épaisseur, et formée par LPCVD.
Une étape de prise de contact peut finalement être exécutée (figure 4j et 5j) au niveau de la zone de contact 14, et au niveau des membranes 19.
Cette étape peut notamment impliquer la formation d’ouvertures dans les couches de passivation 18 et 20, et la formation de contacts 14a et 21, notamment en déposant de l’aluminure de silicium par dépôt physique en phase vapeur.
Les contacts 14 peuvent contacter l’intégralité ou une partie des membranes 19. L’ensemble des membranes 19 peut être pourvu d’un ou plusieurs groupes de membranes 19, les contacts 14 des membranes 19 d’un groupement donné formant une électrode commune.
Les résonateurs 2, dits résonateurs périphériques, disposés en périphérie forment un groupe, dit groupe périphérique, parmi l’au moins un groupe de résonateurs.
Les canaux fluidiques au sein d’un groupe de résonateurs peuvent former un chemin en ligne ou en spirale.
Toutefois, l’invention n’est pas limitée à ces seules configurations.
De tels capteurs peuvent notamment être mis en œuvre comme capteurs d’odeurs ou encore pour la spectroscopie de masse.
En particulier, le capteur peut comprendre un micro-transducteur ultrason capacitif (« cMUT » ou « capacitive micromachined ultrasound transducer » selon la terminologie Anglo-Saxonne).
[1] Hyunjoo J. Lee et al., «CMUT as a Chemical Sensor for DMMP Detection», IEEE, 2008, pages 434-439
[2] S. Fanget et al., «Gas sensors based on gravimetric detection-A review», Sensors and Actuators B, 160, 804-821, 2011.

Claims (17)

  1. Dispositif (1) pourvu d’une pluralité de résonateurs (2), formés chacun par une membrane (19) scellant une cavité (11), au moins un groupe de résonateurs (2) parmi la pluralité de résonateurs (2) étant reliés les uns aux autres par des canaux fluidiques (3a) destinés à assurer un équilibre des pressions d’un résonateur (2) à l’autre au sein dudit au moins un groupe.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les résonateurs (2) en périphérie de la pluralité de résonateurs (2), dit résonateurs périphériques (2a), comprennent également des canaux non-débouchants (3b), avantageusement disposés symétriquement aux canaux fluidiques (3a) s’étendant à partir desdits résonateurs périphériques (2a).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les résonateurs (2) sont agencés de manière matricielle.
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les cavités sont de forme carrée, ou de rectangle, ou de polygone, ou de disque.
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les canaux fluidiques (3a) relient chaque résonateur à ses plus proches voisins, avantageusement les canaux fluidiques (3a) sont orientés selon l’une ou l’autre des deux directions définies par les lignes et les colonnes de l’agencement matriciel.
  6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les canaux fluidiques (3a) relient chaque résonateur (2) à ses seconds plus proches voisins, avantageusement les canaux fluidiques sont orientés selon un angle de plus ou moins 45 ° par rapport à l’une ou l’autre des directions définies par les lignes et les colonnes de l’agencement matriciel.
  7. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les cavités (11) débouchent au niveau d’une face avant (10a) d’un substrat support (10), et sont scellées par un film de recouvrement (16), formant les membranes (19), en recouvrement de ladite face avant (10a).
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les canaux fluidiques (3a) sont formés dans le substrat support (10).
  9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le film de recouvrement (16) comprend un matériau semi-conducteur, avantageusement du silicium.
  10. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les canaux fluidiques (3a) ont une profondeur comprise entre 100 nm et 5 µm, avantageusement les canaux fluidiques (3a) et les cavités ont essentiellement la même profondeur.
  11. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel les canaux fluidiques (3a) ont une largeur comprise entre 100 nm et 5 µm.
  12. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel des contacts (14) sont formés sur au moins une partie des membranes (19).
  13. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel les canaux fluidiques au sein de l’au moins un groupe de résonateurs forment un chemin présentant des sections rectilignes, et/ou courbes et/ou en spirale.
  14. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel l’au moins un groupe comprend un unique groupe de résonateurs.
  15. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel les résonateurs (2), dits résonateurs périphériques, disposés en périphérie forment un groupe, dit groupe périphérique, parmi l’au moins un groupe de résonateurs.
  16. Capteur de gaz par mesure gravimétrique mettant en œuvre le dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 15.
  17. Mise en œuvre du capteur selon la revendication 16 comme capteur d’odeur ou pour la spectroscopie de masse.
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