Brevet FR2664888A1 — publié le 19920124

S'l'Ublu présente invention conoerne le soellement d'une eneinte comprenant une partie en silicium fermée par une plaque de verre Des structures de oe type se trouvent actuellement dans de nombreux dispositifs de mesure dans lesquels on profite de l'expérience acquise dans la gravure et le traitmenit du silicium pour réaliser des micro-capteurs, tels que des micro-magnéto- mètres, des micro-accléramrtres, des micro-capteurs de pression, etc. La figure 1 est destinée à illustrer le problème que l'invention vise à résoudre Cette figure illustre un microconpo- sant fictif comprenant une plaque de verre supérieure 1 destinée à être soudée anodiquement sur une plaque de silicium 2 consti- tuant la partie inférieure du composant seule ou en association avec une ou plusieurs autres plaques telles que la plaque de verre 3 représentée A titre d'exemple, et sans que oela ne présente un caractère limitatif, on a montré de façon schématique que la plaque de silicium 2 comprend une partie interne 5 en surplomb, le micro-capteur servant par exemple à détecter des déplacements de oette lame mince 5 par suite de l'application d'une pression, d'une accélération ou d'un champ magnétique Dans tous les cas, la cavité interne 7 du composant doit être sous atmosphere contrôlée, par exemple sous vide. Le scellement de la cavité est obtenu en soudant, par soudure anodique, la périphérie inférieure 8 de la plaque de verre 1 à la périphérie supérieure 9 de la plaque de silicium 2. Pour cela, on doit d'abord poser la plaque 1 sur la plaque 2 selon un positionnerment cnvenable et précis En effet, les composants en cause ont crament des dimensions extérieures en vue de dessus de l'ordre du millimètre. En outre, alors qu'on a représenté en figure 1 un cposant schématique individuel, de tels composants sont généra- lement fabriqués par lots à partir de trarnches de silicium ayant des diamètres de 10 à 15 om dont chacune comprend de façon répé- titive la structure de chaque o Dposant élémentaire et oes plaques sont ensuite assemblées, soudées puis décupées en compo- sants individuels On notera que ces plaques ont des faces supe- rieure et inférieure bien polies, notamment au niveau des péri- phéries des co Uposants qui doivent être assemanblés Il en résulte qu'un collage optique apparaît immédiatement dès assemblage, mnme avant la soudure En onsquence, il est difficile de faire le vide dans chune des cavités des divers c"êosants une fois que les plaques sont assemblées, même avant soudure Ainsi, clas- siquement, on est amené à assembler les plaques dans une enoeinte sous vide oe qui oemplique considérablement cette opération Un autre ntoyen classique, consiste à prévoir une ouverture dans la plaque de verre supérieure et à boucher oette ouverture apres l'opération de soudure anodique, dans une enceinte sous vide Ce deuxième procédé implique également des manipulations aomplexes dans une enceinte sous vide. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé et une structure de comnposant permettant d'assembler les diverses plaques constituant le omposant ou un ensemble de composants identiques, en atmsphèe normale, par exaemple dans une salle blanche tandis que l'on effectue une observation sous binoculaire, puis de plaoer ensuite le cmposant ou l'ensemble de coxiosants dans une enceinte sous vide ou, sans manipulation supplémentaire, on réalise simultanément la soudure anodique et le scellement des cavités. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un procédé de soellement sous vide d'une cavité fermée par soudure anodique de la périphérie inférieure d'une plaque de verre contre la périphérie supérieure d'une plaque de silicium, cxonrend les étapes suivantes: prévoir dans la plaque de verre une ouverture en regard de ladite cavité; prévoir dans la plaque de silicium une palette disposée en regard de l'ouverture, cette palette étant solidaire d'au moins une partie de la plaque de silicium par au moins une lamelle de silicium suffisamment minoe pour être souple; positionneer en atmosphère normale la plaque de verre sur la plaque de silicium; disposer le montage préassemblé dans une enceinte sous vide; et appliquer une tension de soudage anodique entre la plaque de verre et la plaque de silicium, d'o il résulte que, tarndis que oes plaques sont soudées, la palette vient s'appuyer contre la face inférieure de la plaque de verre au niveau de ladite cavité et se soude anodiquement à la péri- phérie de ladite ouverture. la présente invention prévoit également une structure de scellement sous vide d'une cavité fermée par soudure anodique de la périphérie inférieure d'une plaque de verre contre la périphérie supérieure d'une plaque de silicium, dans laquelle la plaque de verre comrprend, en regard de la cavité, une ouverture la traversant et la plaque de silicium cxcprexnd une palette disposée en regard de l'ouverture, oette palette étant solidaire d'au moins une partie de la plaque de silicium par au moins une lamelle de silicium suffisamment mince pour être souple. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, destirnée à illustrer le problème posé, a été décrite précdamnnt; la figure 2 repré-sente une vue en coupe d'un micro- composant incoxrporant la structure selon la présente invention, à l'état non scellé; la figure 3 représente une vue partielle du micro- composant de la figure 2, à l'état soellé; et la figure 4 repréisente une vue de dessus sc/dmatique de l'élément de scellement des figures 2 et 3. La figure 2 représente très schématiquement un micro- capteur de pression Celui-ci est constitué dans l'exemple repré- senté d'une plaque de verre supérieure 11, d'une première plaque de silicium 12, d'une deuxième plaque de silicium 13 et d'une plaque de verre inférieure 14 Dans la deuxième plaque de sili- cium 13 est forméne une msmbrane 15 définissant avec la plaque de verre inférieure 14 une enceinte de mesure de pression 16 commu- niquant avec l'extérieur par une ouverture 17 Par ailleurs, les première et deuxième plaques de silicium 12 et 13 définissent ensemble un plot 18 à partir duquel s'étend, vers la périphérie de la première plaque de silicium une lame 19 qui est soumise à des contraintes qui déperdent du déplacement du plot 18 Un système d'électrodes permettra par exemple de déterminer la fréquenre de résoxanoe de oette lame 19 et donc la pression sur la membrane Pour que le système fonctionne, il faut que la cavité 20 dans laquelle se trouve la lame 19 soit mise en atmos- phere ccntrôlée, de preférenroe sous vide. Selon la présente invention, pour permettre la mise sous vide et le soellement, on prévoit dans la plaque 11 une ouverture 21 et dans la première plaque de silicium 12 une palette 22 reliée au cadre de la plaque 12, ou à une pièoe inter- nmdiaire solidaire de ce cadre, par une lamelle de silicium 23. La figure 2 représente un microcomposant alors que les diverses plaques le constituant ont été assemblées avec préci- sion, par exemple à l'aide d'une binoculaire. Ensuite, le cxomposant est placé dans une enceinte sous vide munie de moyens pour assurer un scellement anodique, c'est- à-dire, par exemple, des moyens pour porter le cxixnposant ou il'ensemble de coeposants (formns sur des plaques de grandes dimensions destinées à être coupées après soudure) à une tempé- rature de 400 à 500 C et des moyens pour appliquer une différence de potentiel de quelques centaines de volts entre la plaque de silicium 12 et la plaque de verre 11. Ainsi, dans un premier temps, la cavité 20 est évacuée et, ensuite, quand on applique la tension de soudure anodique, la palette de silicium 22 est attirée par les forces électrosta- tiques contre la face inférieure de la plaque de verre 11 pour venir boucher l'ouverbure 21 et une soudure an O dique est réalisée en même temps que sont soudées les surfaces périphériques en regard des plaques 11 et 12 La figure 3 représente la structure selon l'invention une fois le scellement effectué. La façon de former la palette 22 et la lamelle souple 23 n'est pas décrite en détail ici car les techniques pour obtenir une telle structure sont bien connues dans le domaine de la gravure du silicium et sont les mêmes techniques que oelles utilisées pour conformer le reste de la plaque de silicium 12 A priori, dans une structure comprenant, comme cela est représenté en figure 2, une lame mince 19, la lamelle 23 sera fabriquée exactement comme cette lame mince 19. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes en ce qui coneoer notamment la forme de la lamelle 23 qui, au lieu d'être rectiligne crmme cela est illus- tré en figure 4, pourra présenter des oudes pour améliorer sa souplesse, et la forme de la palette 22 qui pourra par exemple être circulaire On pourra aussi prévoir plusieurs lamelles de liaison entre la palette 22 et diverses parties de la structure de la plaque de silicium 12. REVENDICATIONS 1 Structure de scellement sous vide d'une cavité fermé par soudure anodique de la périphérie inférieure d'une plaque de verre ( 11) contre la périphérie supérieure d'une plaque de silicium ( 12), caractérisée en ce que la plaque de verre couprend, en regard de ladite cavité, une ouverture ( 21) la traversant et la plaque de silicium ccnprend une palette ( 22) disposée en regard de ladite ouverbure, cette palette étant soli- daire d'au moins une partie de la plaque de silicium par au moins une lamelle ( 23) de silicium suffisament minre pour être souple. 2 Procédé de scellement sous vide d'une cavité fermée par soudure anodique de la périphérie inférieure d'une plaque de verre ( 11) contre la périphérie supérieure d'une plaque de sili- cium ( 12), cractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui- vantes: prévoir dans la plaque de verre une ouverture ( 21) en regard de ladite cavité; prévoir dans la plaque de silicium une palette ( 22) disposée en regard de l'ouverture, oette palette étant solidaire d'au moins une partie de la plaque de silicium par au moins une lamelle de silicium ( 23) suffisamment mince pour être souple; positionner en atmosphère normale la plaque de verre sur la plaque de silicium; disposer le montage preassemblé dans une enceinte sous vide; et appliquer une tension de soudage anodique entre la plaque de verre et la plaque de silicium, d'o il résulte que, tandis que ces plaques sont soudées, la palette vient s'appuyer ontre la face inférieure de la plaque de verre au niveau de ladite cavité et se soude anodiquement à la périphérie de ladite ouverture.