Brevet FR2538115A1 — publié le 19840622

La présente invention concerne un détecteur d'humidité capacitif qui comprend un substrat, en verre par exemple, au moins une première et une seconde électrodes inférieures, montées à proximité l'une de l'autre sur le substrat, une couche active qui remplit la zone entre la première et la secondeélectrodes inférieures sur le substrat et s'étend au-dessus de la face supérieure de la seconde électrode. L'invention concerne également un procédé de fabrica- tion d'un tel détecteur d'humidité. Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe transversale de deux détecteurs d'humidité capacitifsde type connu Selon la construction visible sur la figure 1, il y a deux électrodes inférieures 2 entre le substrat 1 et la couche d'isolation Outre les éléments de cette construction, la réalisation représentée sur la figure 2 comprend en outre une électrode de surface 3 disoosée sur la couche d'isolation 15. De manière générale, lastructuredes électrodes d'un détecteur capacitif doivent remplir les conditions suivantes: a) l'humidité doit pouvoir pénétrer sans obstacle dans le matériau isolant, b) les électrodes doivent être de bons conducteurs d'électricité et mécaniquement durables et c) le champ électrique entre les électrodes ne doit pas pénétrer sur la surface du détecteur o il peut y avoir des impuretés conductrices d'électricité. La réalisation selon la figure 1 remplit les conditions a) et b) mais non pas la condition c) La réalisa- tion selon la figure 2, par contre, remplit la condition c), mais les conditions a) et b) s'excluent sensiblement mutuellement. En ce qui concerne la technologie de l'art antérieur, on peut se reporter en particulier aux publications suivantes: l 11 K E Bean "Anisotropic Etching of Silicon" IEEE Transactions on Electron Devices UED-25 ( 1978) No 10 pages 1185-93 l 2 l Brevet US 3 397 278 (POMERANTZ) l 3 l Brevet FE 48 229 (SUNTOLA) Le but que se propose la présente invention est de réaliser un détecteur d'humidité capacity qui remplit toutes les conditions a), b), c) ci-dessus et de fournir un procédé de fabrication d'un tel détecteur. L'invention se base sur l'idée que-la première éléc- trode inférieure est raccordée à la surface du détecteur par des structures conductrices s'épanouissant vers l'exté- rieure à partir de la base de support de sorte qu'il ne reste que des petites fentes entre les bords supérieurs de ces structures et que la couche active reste dans l'espace creux délimité par des structures voisines. Plus précisément, le déctecteur d'humidité capacitif selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend des structures, en un matériau conducteur, disposées côte à côte, reliées à la face supérieure de la première électrode et présentant une forme en faisceau s'élargissant vers le haut, lesdites structures délimitant entre elles des portions de la couche active depuis deux côtés et une fente étroite étant réalisée entre les faces supérieures desdites structures. D'un autre côté, le procédé de fabrication du détecteur d'humidité se caractérise par les étapes suivantes: sur un disque de silicium or équivalent on dépose une couche épitaxiale faiblement dopée de bore on dope fortement de bore la surface de ladite couche afin de créer une couche superficielle, sur cette surface superficielle on délimite, par exemple par voie photolithographique, des zones oblongues devant être retenues, à l'aide d'un agent d'attaque approprié, par exemple le KOH, on élimine les zones entres les zones désirées de façon à obtenir des arêtes voisines faisant saillie vers l'extérieur sur le disque de silicium sur un substrat, par exemple un substrat de verre, on dépose sous forme de film métallique mince, au moins une première et une-seconde couchesd'électrodes, on assemble, l'un contre l'autre, le substrat et le disque de silicium de façon que les arêtes et la première électrode entrent en contact l'une avec l'autre et on les rend solidaires l'unede l'autre de manière connue, on procède à l'attaque du disque de silicium à l'aide d'un agent de gravure approprié qui élimine le silicium fortement dopé, de façon qu'il ne reste que des arêtes comme structures en faisceau, on immerge l'ensemble ainsi obtenu dans une solution d'un matériau isolant actif sensible à l'humidité, par exemple un polymère, et on permet à cette solution de pénétrer dans l'espace entre les faisceaux et on retire l'ensemble de la solution et on laisse s'évaporer le solvant, de façon qu'il reste dans ledit espace un matériau isolant actif solide. Grâce à l'invention, on obtient des avantages remarquables Ainsi, un détecteur conforme à l'invention remplit toutes les conditions a), b) et c) précitées Il n'est pas sensible au toucher En outre, il est facile à manipuler. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un détecteur conforme à l'invention; la figure 4 représente, selon une vue en plan, le détecteur représenté sur la figure 3; la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un second détecteur conforme à l'invention; les figures 6 à 12 illustrent, étape par étape, la réalisation d'un détecteur du type représenté sur les figures 3 et 4; et la figure 13 est une vue axonométrique d'un détecteur fini conforme à l'inveniton. Le détecteur d'humidité capacitif représenté sur les figures 3 et 4 comprend des électrodes 4 et 5 déposées sur un substrat de verre 1 Les électrodes sont en un métal résistant du point de vue chimique (par exemple Pt, Pd, Ta, Au), et elles sont protégées par une mince couche isolante 25 (par exemple Ta O Si N Si O etc) Le 2 5 ' 3 4 ' 2 motif métallique 5 crée un contact électrique avec les faisceaux 6 de forme,en section,trapézoidale Ils sont en silicium, métal ou un autre matériau conducteur et sont fixés sur le substrat 1 Entre les portions supérieures des faisceaux 6, il y a une fente étroite (par exemple d'environ 1 Pm) Entre les faisceaux 6 il y a un matériau isolant sensible à l'humidité, par exemple un polymère 7 sélectionné de manière appropriée La capacitance sensible à l'humidité est créée entre les zones métalliques 4 et les parois latérales 8 des faisceaux 6. Pour obtenir un tel ensemble, on peut procéder par exemple comme suit (figures 6 à 12): Sur un disque 9 de silicium à direction ( 100) forte- ment dopé de bore (N supérieur à 1017 1/cm 3) on dépose une couche épitaxiale 10 faiblement dopée de bore (N inférieur à 1017 1/cm 3) La surface de la couche 10 est fortement dopé de bore (N supérieur à 1020 1/cm 3). L'épaisseur de la couche superficielle dopée 10 b est d'environ 1 >um Sur la couche 10 b on trace, par exemple par voie photdoithographique, des zones 11 dans lesquelles on veut conserver la couche superficielle (cette couche étant eliminée des zones restantes à l'aide d'un agent d'attaque qui est sélectif par rapport à un silicium forte- ment dopé) Lorsque la couche 10 a été attaquée par un agent-approprié l(par exemple le KOH), on obtient dans les zones 11 des faisceaux 12 à bords diagonaux et d'une épaisseur égale à l'épaisseur de la couche 10 Les côtés 13 des faisceaux 12 sont parallèles au plan du cristal ( 111) et font un angle de 54,74 avec la face du disque. Sur le substrat de verre 14, on dépose un film métallique mince par un procédé connu, ce film métallique étant tracé par voie photolithographique pour délimiter des zones 16 et 17 Sur ces zones 16 et 17, il est possible de réaliser une couche isolante 18, par exemple par oxydation anodique du film métallique, ainsi que des zones de contact 19, 20 d'un métal différent, zones pouvant être supprimées si l'aptitude à la soudure de la métal- lisation est bonne et s'il forme un bon contact avec le p±Si (silicium fortement dopé de bore). On assemble le substrat 14 et le disque de silicium 9 l'un contre l'autre de sorte que les doigts 21 de la zone métallique 16 (figure 9 et 10) assurent un contact avec les faisceaux 12 du disque de silicium et que les doigts 22 de la zone 17 viennent se placer entre les faisceaux 12 sans pourtant entrer en contact avec eux L'assemblage étant ainsi réalisé, on rend le substrat et le disque de silicium 9 solidaires l'un de l'autre par le procédé décrit dans la publication N O 2 Les faces des faisceaux 12 forment une liaison chimique avec le substrat 14 Après quoi, on élimine le disque de silicium 9 à l'aide d'un agent d'attaque approprié qui élimine la zone fortement dopée mais laisse subsister les faisceaux faiblement dopés 12. On immerge l'ensemble selon les figures 11 et 12, dans lesquels les faisceaux 12 s'adhèrent fortement au verre 14 du substrat et forment un contact électrique avec les doigts 21 de la zone métallique 16, dans une solution d'un polymère sensible à l'humidité Cette solution pénètre dans l'espace 24 entre les faisceaux 12 On retire l'ensemble de la solution et on laisse s'évaporer le solvant du polymère, de façon qu'il reste dans l'espace 24 un polymère solide. Toujours dans le cadre de l'inven -on, il est également possible de concevoir d'autres solutions qui diffèrent du mode de réalisation décrit ci-dessus à titre d'exemple Ainsi, les structures 6 des faisceaux peuvent avoir, en section, la forme d'un T comme le montre la figure 4 L'essentiel est qu'il reste une fente étroite entre les faces supérieures des structures de faisceaux voisins 6. REVENDICATIONS 1 Détecteur d'humidité capacitif, comprenant un substrat ( 1,14) en verre, par exemple, au moins une première (par exemple 16,19) et une seconde ( 17,18) électrodes inférieures, disposées l'une à proximité de l'autre sur le substrat ( 1,14), une couche active ( 7,24), qui remplit la zone entre la première ( 16,19) et la seconde ( 17,18) électrodes inférieures sur le substrat ( 1,14) et s'étend au-dessus de la face supérieure de la seconde électrode ( 17,18), caractérisé en ce qu'il comprend des structures ( 6, 12), en un matériau conducteur, disposées côte à côte, raccordées à la face supérieure de la première électrode ( 16,19) et présentant une forme en faisceau s'élargissant en section vers le haut, lesdites structures ( 6,12) délimitant entre elles des portions ( 7,24) de la couche active depuis deux côtés et une fente étroite ( 26) étant prévue entre les surfaces supérieures desdites structures. 2 Détecteur d'humidité selon la revendication 1, caractérisé-en ce que les structures en faisceau ( 6,12) présentent au moins sensiblement une forme trapézoïdale en section transversale. 3 Détecteur d'humidité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les structures en faisceau ( 6,12) présentent au moins sensiblement, en section transversale, une forme en T. 4 Détecteur d'humidité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les structures en faisceau ( 6,12) sont en silicium. Détecteur d'humidité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les structures en faisceau ( 6,12) sont métalliques. 6 Procédé de fabrication d'un détecteur d'humidité capactitif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes sur un disque de silicium ( 9) ou équivalent on dépose une couche épitaxiale ( 10) faiblement dopéede bore, on procède à un dopage fort de bore de la surface de ladite couche ( 10) afin d'obtenir une couche superficielle (lob), sur cette couche superficielle (lob) on trace, par exemple par voie photolithographique, des zones oblongues ( 11) devant être conservées, à l'aide d'un agent d'attaque approprié, par exemple le KOH, on élimine les zones situées entre les zones désirées ( 11) de façon à obtenir des arêtes voisines ( 12) faisant saillie vers l'extérieur sur le disque de silicium ( 9), sur un substrat ( 14), par exemple un substrat de verre, on dépose sous forme de film métallique -mince au moins une première ( 16,19) et une seconde ( 17,18) couches d'électrodes, on assemble, l'un contre l'autre, le substrat ( 14) et le disque de silicium ( 9) de sorte que les arêtes ( 12) et la première électrode ( 6, 19) entrent en contact mutuel et on les rend solidaires l'un de l'autre de manière connue. on soumet le disque de silicium ( 9) à une attaque par un agent approprié qui élimine le matériau de silicium fortement dopé, de sorte qu'il ne reste que les arêtes comme structures en forme de faisceaux ( 12), on immerge l'ensemble ainsi réalisé dans une solu- tion d'un matériau isolant actif sensible à l'humidité par exemple un polymère et on permet à cette solution de pénétrer dans l'espace ( 24) entre les faisceaux ( 12), et on retire l'ensemble de la solution et on laisse s'évaporer le solvant, de façon qu'il reste dans l'espace ( 24) un matériau isolant actif solide.