Brevet FR2766616A1 — publié le 19990129

Etat de la technique L'invention concerne un procédé de fabrication de microstructures métalliques dans lequel on réalise dans une couche polymère des rainures pour les microstructures métal-5 liques et on les remplit, au moyen d'un processus de précipi- tation galvanique, de la microstructure métallique on enlève, au cours d'une séquence suivante, la couche polymère. On connaît déjà un procédé de fabrication de mi- crostructures métalliques, dans lequel on creuse des rainures dans une couche polymère. Par précipitation galvanique les rainures sont ensuite remplies de microstructures galvaniques et on enlève à nouveau la couche polymère. Les microstructu- res métalliques sont dans ce cas complètement réalisées en métal et ne sont pas isolées électriquement les unes par rap- port aux autres. Avantages de l'invention Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'avant la précipitation galvanique sur les parois laté- rales des rainures on réalise des couches d'isolation, qui subsistent après l'enlèvement de la couche polymère sur les parois latérales correspondantes des microstructures métalli- ques. Le procédé selon l'invention a ainsi l'avantage que l'on réalise d'une manière simple des microstructures mé- talliques dont les parois latérales sont recouvertes d'une couche isolante. Les microstructures métalliques peuvent en conséquence être mises sous tension, sans avoir à craindre qu'il se produise, en cas de venue en contact des microstruc- tures métalliques un court-circuit ou que s'écoulent des in- tensités significatives. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - après avoir mis les rainures dans la couche polymère on produit d'abord une couche d'isolation sur toute la sur- face, couche qui est ensuite enlevée au moins dans la zone du fond des rainures par un processus de décapage aniso- trope à plasma ou par un processus de décapage ionique, - sous la couche polymère on dispose une couche de démarrage galvanique, - sous la couche de démarrage galvanique on dispose sous une partie des rainures une couche à sacrifier et sous une au- tre zone des rainures un élément de mise en contact, - l'élément de mise en contact est disposé sur un substrat à semi-conducteurs et sert à la mise en contact avec des cir- cuits à semi-conducteurs, qui sont disposés dans le subs- trat, - on précipite comme couche d'isolation une couche d'oxyde de silicium ou une couche de nitrure de silicium ou une combi- naison d'oxyde de silicium et de nitrure de silicium, au moyen d'un processus de précipitation à plasma, - après la réalisation des rainures avec des parois latéra- les, qui sont recouvertes d'une couche d'isolation, on pra- tique d'autres rainures dans la couche polymère, et - on remplit également ces autres rainures d'une microstruc- ture métallique, - la mise en place des rainures et d'autres rainures a lieu au moyen d'un processus de gravure à plasma de la couche polymère. On met d'une manière particulièrement simple la couche d'isolation tout d'abord sur toute la surface et en- suite on la structure par un procédé de gravure anisotrope. Le procédé peut aussi être utilisé de façon avantageuse sur des tranches de silicium, qui présentent déjà des circuits de commutation. Grâce à l'agencement en partie sur des couches qui seront sacrifiées, on peut réaliser aussi des microstruc- tures métalliques mobiles. En mettant d'autres rainures, qui ne sont pas pourvues d'une couche isolée sur leur paroi laté- rale, on peut réaliser de façon appropriée des microstructu- res métalliques, qui sont en partie isolées et en partie non isolées. Des microstructures de ce type peuvent être utili- sées pour des applications très différentes Dessins L'invention va être décrite ci-après à partir de plusieurs exemples de réalisation, représentés sur les des- sins annexes, sur lesquels les figures 1 à 5 montrent une première série de séquences, qui constituent le procédé selon l'invention et la figure 6 montre une variante du premier procédé de fabrication. Description Sur la figure 1 on a montré un substrat de sili- cium sur lequel on a déjà mis des structures semi- conductrices. Ces structures semi-conductrices ne sont toute- fois pas représentées sur la figure 1, mais on a mis seule- ment une couche passive superficielle 2 sur celles-ci à l'endroit d'une mise en contact 5. Par la mise en contact 5,10 il est possible d'établir un contact électrique avec les cir- cuits électriques de commutation, non représentés, dans le substrat de silicium 1. La couche de passivation 2 sert de couche de protection pour les circuits de commutation à semi- conducteurs insérés. Sur cette surface on met alors et on15 structure une première couche polymère 3, par exemple une la- que photosensible. L'épaisseur de la première couche polymère 3 est de l'ordre de grandeur de quelques microns (typiquement de 5 micromètres). La première couche polymère est structurée de telle sorte que l'élément de mise en contact 5 n'est pas20 recouvert par la couche polymère 3. Lors d'une autre séquence on met alors une couche de démarrage galvanique 4, il s'agit dans ce cas par exemple d'une couche ayant une épaisseur de 300 nanomètres en chrome et cuivre, le chrome servant à avoir une bonne adhérence par rapport à l'embase et en particulier à l'élément de mise en contact 5. Le cuivre se révèle être excellent comme couche de démarrage galvanique. On a repré- senté à la figure 1 en coupe transversale le stade ainsi at- teint. Lors d'une séquence suivante on met ensuite une deuxième couche, épaisse, de polymère 7, dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques 10 microns. Pour cela on peut par exemple projeter une couche épaisse de laque photosensible et la durcir à 200 C. On pose alors sur la surface de la seconde couche polymère ainsi mise en place un masque, qui sert à structurer la seconde couche polymère 7. Comme masque on peut par exemple déposer tout d'abord une mince couche d'alumine de l'ordre de grandeur de 600 nanomètres, qui est ensuite structurée par une mince laque photosensible. On structure alors la deuxième couche polymère 7 à travers ce masque. Ceci a lieu par exemple au moyen d'un processus de gravure aniso- trope à plasma, avec lequel on grave dans la couche polymère 7 des rainures très raides, qui vont jusqu'à la couche de dé- marrage galvanique 4. Les rainures 8 ainsi gravées servent de moule pour la microstructure métallique à produire lors du processus suivant. Avant toutefois de commencer à réaliser la microstructure métallique proprement dite, on dépose tout d'abord une couche d'isolation 9 sur toute la surface, c'est-10 à-dire sur la surface de la couche polymère 7, sur les parois latérales des rainures 8 et aussi dans le fond de la couche de démarrage galvanique 4 libérant des rainures 8. Pour cela ce qui convient par exemple c'est un procédé de précipitation à plasma comme celui qui est déjà connu dans le cas de la fa- brication des semi-conducteurs avec de l'oxyde de silicium, du nitrure de silicium, ou un mélange de ces deux matières. En outre on connaît des procédés de précipitation à plasma avec lesquels on peut précipiter des oxydes métalliques qui ont également des propriétés isolantes. Tous ces procédés de précipitation peuvent être utilisés pour produire la couche isolante 9. Ensuite a lieu une autre séquence de gravure, qui présente une forte anisotropie. Dans ce cas on grave forte- ment des surfaces qui sont orientées en parallèle au substrat 1, tandis qu'on ne grave pratiquement pas les surfaces qui sont perpendiculaires à cela. Pour cela ce qui convient ce sont particulièrement les procédés de gravure anisotrope à plasma, qui gravent du fait de leur action de gravure princi- palement perpendiculaire au substrat, seulement les faces qui sont orientées parallèlement au substrat. On poursuit le pro- cessus de gravure jusqu'à ce que la couche d'isolation 9 soit enlevée dans la zone qui correspond aux fonds des rainures 8, de telle sorte que la couche de démarrage galvanique 4 est à nouveau libérée dans la zone des fonds des rainures 8. Dans ce cas on enlève aussi naturellement la couche d'isolation sur la surface de la seconde couche polymère 7. L'état que l'on a ainsi obtenu est représenté sur la figure 2, sur laquelle on peut voir les rainures 8 dont les parois latéra- les sont pourvues d'une couche d'isolation 9, tandis que les fonds des rainures 8 ne présentent pas de couche d'isolation. Lors d'une séquence suivante a lieu ensuite la précipitation galvanique des microstructures métalliques. Ce- ci peut avoir lieu par exemple par précipitation galvanique de nickel, de telle sorte qu'ensuite les rainures 8 soient remplies de la microstructure métallique 10. On a représenté ceci en section transversale à la figure 3. Dans la zone de l'élément de mise en contact 5 on relie dans ce cas la micro- structure métallique 10 de façon solidaire avec le substrat 1. Les autres zones de la microstructure métallique 10 sont disposées sur la couche de démarrage galvanique 4 et sur la première couche polymère qui se trouve en dessous. Lors de la séquence suivante on enlève alors la seconde couche polymère 7. Ceci a lieu par exemple en utili- sant un plasma O2-CF4. Lors de la séquence suivante on enlève ensuite la couche de démarrage galvanique 4, qui est libérée. Ceci a lieu par exemple au moyen d'une séquence sélective de déca- page chimique par voie humide, qui attaque seulement la cou- che de démarrage galvanique 4 mais pas les microstructures métalliques 10. La couche de démarrage galvanique est dans ce cas seulement enlevée dans les zones libérées, c'est-à-dire que sous les microstructures métalliques 10 subsiste la cou- che de démarrage galvanique 4. Lors d'une séquence suivante a lieu ensuite un décapage de la première couche polymère par exemple en utilisant un plasma O2/CF4. Comme il s'agit dans ce cas d'une séquence de décapage largement isotrope, on en- lève aussi la première couche polymère 3 en dessous des mi- crostructures 10. On a représenté la structure ainsi réalisée sur la figure 5. Comme on peut le voir, les microstructures métalliques 10 présentent sur leur face inférieure respecti- vement encore la couche de démarrage galvanique 4 subsistante et les parois latérales sont recouvertes respectivement de couches d'isolation 9. Dans la zone de l'élément de mise en contact 5 la microstructure métallique 10 est reliée de façon solidaire au substrat 1. A cet endroit on établit de cette façon un contact électrique de la microstructure métallique avec les circuits de commutation disposés dans le substrat 1. En outre la microstructure métallique 10 présente des zo- nes qui ne sont pas reliées de façon solidaire au substrat. Des zones de ce type peuvent en conséquence être mobiles par5 rapport au substrat 1 et servir de détecteurs d'accélération ou d'éléments analogues. La microstructure métallique ainsi constituée a l'avantage qu'elle présente des parois latérales isolées, bien qu'elle soit complètement réalisée en métal. Comme des microstructures de ce type sont souvent alimentées avec des tensions électriques, et comme du fait de leur mobilité on peut en arriver à avoir un contact direct des microstructures entre elles, il peut ainsi se produire des courts- circuits Dans ce cas il peut s'écouler des densités de courant très élevées dans la zone de contact, densités qui peuvent con- duire à des endommagements des microstructures ou qui à tout le moins peuvent endommager les circuits de commutation élec- triques reliés aux microstructures. Les microstructures mé- talliques selon l'invention évitent cet inconvénient, car les microstructures sont isolées latéralement les unes par rap- port aux autres. En outre on peut réaliser des structures mé- talliques séparées ohmiquement, telles que celles que l'on utilise pour la construction de relais. Sur la figure 6 on a représenté une variante du procédé qui découle d'un état de traitement tel que celui que l'on a représenté sur la figure 2. En partant de la figure 2 il se déroule une autre séquence de structuration par laquelle on réalise une autre rainure 18 dans la deuxième couche polymère 7. Ceci peut par exemple avoir lieu en met- tant une autre couche de masquage sur la surface de la deuxième couche polymère 7, qui sert ensuite à la structura- tion de l'autre rainure 18. En variante il est aussi possible de prévoir dès le départ un masquage à deux couches, qui se compose d'une couche d'oxyde de silicium d'une épaisseur qui varie ou d'une double couche d'oxyde de silicium et de ni- trure de silicium. Lors d'une première séquence on libère en- suite seulement les ouvertures du masque, qui sont nécessaires pour graver les rainures 8 et une fois que la couche isolante 9 a été constituée sur les parois latérales, on libère au cours d'une séquence suivante l'ouverture du masque pour les autres rainures 18 et on grave ensuite la rainure 18. Une fois que l'autre rainure 18 a été gravée, on5 enlève alors à nouveau complètement la couche de masquage, comme on l'a représenté sur la figure 6. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de fabrication de microstructures métalliques (10) dans lequel on réalise dans une couche polymère (7) des rainures (8) pour les microstructures métalliques (10) et on les remplit, au moyen d'un processus de précipitation galva- nique, de la microstructure métallique (10) on enlève, au cours d'une séquence suivante, la couche polymère (7), caractérisé en ce que avant la précipitation galvanique sur les parois latérales10 des rainures (8) on réalise des couches d'isolation (9), qui subsistent après l'enlèvement de la couche polymère (7) sur les parois latérales correspondantes des microstructures mé- talliques (10). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que après avoir mis les rainures (8) dans la couche polymère (7) on produit d'abord une couche d'isolation (9) sur toute la surface, couche qui est ensuite enlevée au moins dans la zone du fond des rainures (8) par un processus de décapage aniso- trope à plasma ou par un processus de décapage ionique. 3 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sous la couche polymère (7) on dispose une couche de démar- rage galvanique (4). 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que sous la couche de démarrage galvanique (4) on dispose sous une partie des rainures (8) une couche à sacrifier (3) et sous une autre zone des rainures (8) un élément de mise en contact (5). 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de mise en contact (5)est disposé sur un substrat (1) à semi-conducteurs et sert à la mise en contact avec des circuits à semi-conducteurs, qui sont disposés dans le subs- trat. 6 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on précipite comme couche d'isolation (9) une couche d'oxyde de silicium ou une couche de nitrure de silicium ou une combinaison d'oxyde de silicium et de nitrure de sili- cium, au moyen d'un processus de précipitation à plasma.10 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que - après la réalisation des rainures (8) avec des parois laté- rales, qui sont recouvertes d'une couche d'isolation (9), on pratique d'autres rainures (18) dans la couche polymère (7), et - on remplit également ces autres rainures d'une microstruc- ture métallique (10). 80) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en place des rainures (8) et d'autres rainures (18) a lieu au moyen d'un processus de gravure à plasma de la couche polymère (7)