Brevet FR2922202A1 — publié le 20090417

Structure comportant une couche getter et une sous-couche d'ajustement et procédé de fabrication Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une structure comportant deux substrats et un joint de scellement délimitant une cavité dans laquelle sont disposés au moins un 10 dispositif et au moins une couche getter. État de la technique 15 L'intégration sous vide permet à de nombreux dispositifs par exemple microélectroniques, tels que les systèmes micro électro mécaniques (MEMS ou � Micro Electro Mecanical Systems � en anglais) d'améliorer leurs performances. Cependant, l'utilisation d'une encapsulation sous vide engendre de nombreux problèmes, et notamment la tenue dans le temps du 20 niveau du vide et la qualité de l'atmosphère encapsulée. Dans cette voie, les matériaux getters non-évaporables (N.E.G. ou � Non Evaporable Getter � en anglais) déposés en couches minces ont fait l'objet de nombreuses publications. Ces matériaux réagissent et capturent de 25 nombreux gaz avec lesquels ils sont au contact par formation d'un oxyde, d'un hydrure ou alors par simple adsorption de surface. De cette manière, la désorption des matériaux délimitant une cavité sous vide est compensée par la couche en matériau getter qui adsorbe et/ou absorbe les éléments désorbés des autres matériaux. 30 L'intégration de matériaux getters non-évaporables au sein d'une structure d'encapsulation a notamment été décrite dans le brevet US6923625. Ce brevet décrit l'utilisation, sur un substrat, d'un getter comportant une couche réactive recouverte par une couche de protection. Dans ce document, la couche de protection empêche la couche réactive de réagir avec l'environnement extérieur à température ambiante. La couche réactive du getter n'agit qu'à partir de sa température d'activation, température à partir de laquelle les atomes de la couche réactive diffusent à travers la couche de protection et absorbent une partie des gaz de l'environnement extérieur. La température d'activation est une caractéristique intrinsèque du matériau getter. D'une façon générale, les getters connus mono ou multicouches ont une capacité d'absorption ou d'adsorption qui est limitée à une plage de température déterminée. Objet de l'invention L'invention a pour but une structure dans laquelle le getter présente une capacité de pompage optimale dans une plage de température désirée. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'une sous-couche d'ajustement de la température d'activation de la couche getter est située entre la couche getter et le substrat sur laquelle elle est formée. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une telle structure.30 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente en vue schématique, en coupe, une structure selon l'art antérieur, io la figure 2 représente en vue schématique, en coupe, l'empilement d'un getter multicouche d'une structure selon l'invention. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention 15 Comme illustré sur la figure 1, une structure 1 pouvant être une puce microélectronique comporte classiquement au moins un dispositif 3, par exemple de type microélectronique, disposé dans une cavité étanche délimitée par deux substrats 2 et 4 et par un joint de scellement 5 périphérique fermé. L'étanchéité de la cavité est assurée par le joint de 20 scellements 5 situé entre les substrats et qui entoure le dispositif 3. Le dispositif microélectronique 3 est, par exemple, formé sur le premier substrat 2. La cavité est généralement en dépression par rapport à l'atmosphère extérieure, de préférence sous vide ou sous une pression contrôlée d'azote. 25 Classiquement, la hauteur de la cavité est définie par la hauteur du joint de scellement 5 qui entoure le dispositif 3. Cependant, le second substrat 4 peut être structuré de manière à former un capot comportant une partie centrale plus mince, de manière à augmenter le volume de la cavité. 30 Le second substrat 4 est, par exemple, en silicium, en silicium oxydé ou nitruré ou en verre. Le premier substrat 2 est, par exemple, en silicium ou tout autre matériau semi-conducteur, ou alors en un autre matériau sur lequel un dispositif déjà formé peut être intégré. Afin d'assurer la pérennité du niveau de la dépression et/ou de la qualité de l'atmosphère à l'intérieur de la cavité, la cavité comporte au moins un getter 6, sur au moins une de ses parois internes. Selon l'invention, le getter 6 est de type multicouche et comporte au moins une sous-couche d'ajustement 8 située entre un des substrats, 2 ou 4 et une couche getter 7 qui constitue classiquement la couche adsorbante et/ou absorbante. La couche getter 7 io est, par exemple, en matériau métallique choisi, de préférence, de manière à avoir une forte capacité de pompage de l'azote, ce gaz étant couramment utilisé lors de l'encapsulation des dispositifs. A titre d'exemple, sur la figure 2, le getter 6 est formé sur le substrat 2. Une 15 sous-couche d'accroche 9 est avantageusement déposée sur le substrat 2 avant la sous-couche d'ajustement 8. La sous-couche d'accroche 9 est destinée à permettre une meilleure adhérence de la sous-couche d'ajustement 8 sur le substrat 2. Pour un substrat de silicium, la sous-couche d'accroche 9 est typiquement réalisée, par toute technique adaptée, par 20 exemple en titane ou zirconium et présente une épaisseur avantageusement comprise entre 20 et 100 nm. La sous-couche d'ajustement 8, située sous et en contact avec la couche getter 7, est destinée à permettre de moduler la température d'activation de 25 la couche getter, c'est-à-dire de moduler la température à laquelle la couche getter réagit avec l'atmosphère présente à l'intérieur de la cavité. La sous-couche d'ajustement 8 est, de préférence, en Cu, Ni, Pt, Ag, Ru, Cr, Au et présente une épaisseur comprise, de préférence, entre 50 et 500 nm. Plus généralement, la sous-couche d'ajustement 8 est, par exemple, en un 30 matériau métallique déposé à l'état de corps pur qui comme le platine par exemple est chimiquement neutre vis-à-vis de la couche getter 7 dans le domaine d'activation recherché. La sous-couche d'ajustement 8 peut aussi être en un matériau qui devient neutre ou qui devient un piège pour certaines espèces chimiques, par exemple l'oxygène, après interaction avec la couche getter 7. C'est notamment le cas du cuivre ou du nickel, qui sont susceptibles de former un composé intermétallique de type Ti2Cu ou Ti2Ni avec une couche getter en titane, composé dans lequel l'oxygène est partiellement soluble. La sous-couche d'ajustement 8 a, de préférence, un coefficient de dilatation io thermique compris sensiblement entre 5.10-6/°C et 20.10- 6/°C et un rapport entre sa température d'élaboration Te et sa température de fusion Tf (en kelvin) compris sensiblement entre 0,1 et 0,3. La température d'activation, de la couche getter 7 associée, est alors une fonction croissante du coefficient de dilatation, de la sous-couche d'ajustement 8 et du rapport TeITf. 15 La sous-couche d'ajustement 8 étant située entre la couche getter et le substrat 2, elle permet de plus d'éliminer les interactions chimiques entre le substrat 2 et la couche getter 7. Ainsi, la capacité de pompage de la couche getter 7 est préservée. 20 La couche getter 7 déposée sur la sous-couche d'ajustement 8 est par exemple, en Ti ou Zr et présente une épaisseur comprise entre 100 et 2000 nm. La température d'activation de la couche getter, sans l'action de la sous-couche d'ajustement 8, est supérieure à 425°C et proche de 450°C. Avec 25 l'action de la sous-couche d'ajustement 8, la température d'activation de la couche getter 7 varie selon la nature de cette sous-couche d'ajustement 8. La température d'activation de la couche getter 7, en titane ou en zirconium, peut varier de manière croissante sensiblement entre 275 et 425°C suivant la sous-couche d'ajustement 8. 30 Le tableau suivant donne, à titre d'exemple, quelques valeurs de température d'activation en fonction de la nature de la sous-couche d'ajustement 8, pour une couche getter 7 en titane. Nature de la sous-couche d'ajustement 8 Température d'activation Ru 275°C Cr 300°C Pt 325°C Ni 350°C Cu 375°C Ag 400°C Au 425°C La couche getter 7 est avantageusement constituée par l'empilement d'une pluralité de couches getter élémentaires, de préférence deux, 7a, 7b, de compositions chimiques différentes. Les couches getter élémentaires sont déposées l'une au- dessus de l'autre sur la sous-couche d'ajustement 8. Dans le cas où deux couches getter élémentaire 7a, 7b sont utilisées, la première couche getter élémentaire 7a, en contact avec la sous-couche d'ajustement 8, présente une température d'activation supérieure à celle de la deuxième couche getter élémentaire 7b qui la recouvre. Ainsi, les couches getter élémentaires 7a, 7b, présentent une température d'activation décroissante au fur et à mesure qu'elles s'éloignent de la sous-couche d'ajustement 8. Ainsi, lorsque la deuxième couche getter 7b est saturée, un traitement thermique à la température d'activation de la première couche getter élémentaire 7a permet de régénérer la deuxième couche getter élémentaire 7b. Il est donc possible d'ajuster la température d'activation de la première couche getter élémentaire 7a au moyen de la sous-couche d'ajustement 8 pour obtenir la température d'activation souhaitée, compte tenu de la température d'activation de la deuxième couche getter élémentaire 7b. La première couche getter élémentaire 7a, en contact avec la sous-couche d'ajustement 8, est de préférence en titane et a une épaisseur comprise, de préférence, entre 100 et 1000nm. La deuxième couche getter élémentaire 7b, déposée sur la couche getter élémentaire 7a, est alors, par exemple, en zirconium et a une épaisseur comprise, de préférence, entre 200nm et 1000nm. L'utilisation de deux couches getter élémentaires 7a, 7b différentes est io particulièrement avantageuse pour reconditionner la puce au cours de sa durée de vie par activation de la première couche 7a. Le getter multicouche 6 comportant au moins, la sous-couche d'ajustement 8, la couche getter 7 et éventuellement la sous-couche d'accroche 9 peut 15 être réalisé n'importe où dans la cavité et par exemple sur le substrat 2 ou 4 avant ou après formation du dispositif microélectronique 3. Un tel getter 6 peut également être formé sur les deux substrats 2 et 4 délimitant la cavité. La sous-couche d'accroche 9 est avantageusement déposée par toute 20 technique adaptée, de préférence par évaporation sur le substrat 2. La sous-couche d'ajustement 8 puis les première et deuxième couches getter élémentaires (7a, 7b) sont ensuite déposées successivement, avantageusement par évaporation, sur la sous-couche d'accroche 9. Avantageusement, les dépôts des différentes couches sont réalisés au sein 25 du même équipement de dépôt. La sous-couche d'accroche (9) peut contribuer à améliorer la qualité du vide dans cette enceinte de dépôt, lorsque le matériau formant cette couche (par exemple Ti ou Zr) a des propriétés getters. 30 Ensuite, le getter 6 peut être structuré de manière classique, par exemple par lithographie et gravure (plasma non réactif ou humide), de manière à localiser de manière précise les zones dans lesquelles les couches getter 7 sont désirées. L'adhérence de la résine positive utilisée pour la lithographie sur la couche getter 7, peut être améliorée par l'apport d'un promoteur d'adhérence, avantageusement l'hexaméthyldisilazone (HDMS). Les couches 7, 8 et 9 sont gravées à partir de réactifs chimiques liquides usuels et/ou par un plasma neutre en fonction des matériaux utilisés. Avantageusement, on peut graver la couche getter 7 par voie humide et le reste de l'empilement par plasma neutre. 10 L'étape de retrait de la résine positive et éventuellement de tout ou partie du promoteur peut être réalisé par un produit classique utilisé dans l'industrie de la microélectronique et avantageusement suivi d'un nettoyage à l'acide nitrique fumant, lorsque celui-ci n'affecte pas la sous-couche 8. Au final, une 15 gravure sèche avec un plasma non réactif permet d'éliminer des polluants ou résidus provenant d'étapes technologiques précédentes et présents en surface de la couche getter 7.5 Revendications 1. Structure comportant deux substrats (2, 4) et un joint de scellement (5) délimitant une cavité dans laquelle sont disposés au moins un dispositif (3) et au moins une couche getter (7), structure caractérisée en ce qu'une sous-couche d'ajustement (8) de la température d'activation de la couche getter (7) est située entre la couche getter (7) et le substrat (2, 4) sur laquelle elle est formée. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de la sous-couche d'ajustement (8) est métallique et choisi parmi Ru, Cr, Pt, Ni, Cu, Ag et Au. 3. Structure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la température d'activation de la couche getter (7) suit une fonction croissante d'un coefficient de dilatation thermique de la sous-couche d'ajustement (8). 4. Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que le coefficient 20 de dilatation thermique de la sous-couche d'ajustement (8) est compris sensiblement entre 5.10-6/°C et 20.10-6/°C. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la température d'activation de la couche getter (7) suit une fonction 25 croissante d'un rapport entre une température d'élaboration et une température de fusion de la sous-couche d'ajustement (8). 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le rapport entre la température d'élaboration et la température de 30 fusion de la sous-couche d'ajustement (8) est compris sensiblement entre 0,1 et 0,3. 9 7. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche getter (7) est constituée par une pluralité de couches getter élémentaires (7a, 7b), de compositions différentes disposées au-dessus de la sous-couche d'ajustement (8). 8. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que les couches getter élémentaires (7a, 7b) présentent une température d'activation décroissante au fur et à mesure qu'elles s'éloignent de la sous-couche 1 o d'ajustement (8). 9. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une sous-couche d'accroche (9) est disposée entre la sous-couche d'ajustement (8) et le substrat correspondant. 10. Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce que le matériau de la sous-couche d'accroche (9) est chois parmi le titane et le zirconium. 11. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée 20 en ce que l'épaisseur de la sous-couche d'ajustement (8) est comprise sensiblement entre 50 et 500nm. 12. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le matériau de la couche getter (7) est métallique et choisi parmi le 25 Titane et le Zirconium. 13. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche getter (7) est comprise sensiblement entre 100 et 2000nm. 15 30 14. Procédé de réalisation d'une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte les dépôts successifs, sur un des substrats, de la sous-couche d'ajustement (8) et de la couche getter (7), la structuration desdites couches et un nettoyage de la surface 5 externe de la couche getter (7).