Brevet FR2918502A1 — publié le 20090109

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif formé d'un silicium mono-cristallin ayant, - un premier côté, - un second côté en face du premier côté, - un troisième côté entre le premier côté et le second côté, - le premier côté et le second côté se situant chacun dans un plan de coordonnées cristallographiques 100 du silicium monocristallin, -le troisième côté se situant dans une première zone d'un plan de coordonnées cristallines 111 du silicium monocristallin, L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Etat de la technique Pour la gravure à la potasse KOH du matériau 100 Si, on utilise les caractéristiques cristallographiques de la plaquette de silice Si pour graver des ouvertures exactement rectangulaires dans la sur-face de la plaquette. De cette manière, on n'obtient pas de parois perpendiculaires dans le sens de la profondeur mais des flancs inclinés avec un angle de 54,7 . Cette propriété a les caractéristiques cristallo-graphiques de la matière de la plaquette 100. Les flancs inclinés correspondent aux plans de coordonnées cristallographiques 111 et ne présentent en fait aucune caractéristique d'arrêt de la gravure dans la potasse KOH. Les plans de coordonnées cristallographiques 111 pré-sentent le taux de gravure de beaucoup le plus faible dans le cristal Si et va ainsi servir à créer des orifices bien définis ayant des parois inclinées définies. Pour la gravure à la potasse KOH partant d'un côté de la plaquette de silicium, on a des parois en profondeur qui font un angle de 54,7 par rapport au plan de coordonnées cristallographiques 100. Pour des raisons cristallographiques on ne peut réaliser des flancs plus raides. Pour certaines structures micromécaniques, il est toute-fois souhaitable d'avoir des flancs aussi raides que possible, pour une solidité mécanique aussi grande que possible ou encore par exemple dans le cas de plaquettes de couverture, d'avoir une surface de liaison aussi grande que possible aussi près que possible des pattes de liaison. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le troisième côté s'étendant dans une seconde zone dans un plan de coordonnées cristallines 110 du silicium monocristallin. De manière avantageuse, le troisième côté se situe dans une zone perpendiculaire au premier et au second côté. Ainsi, de manière avantageuse, on crée un troisième côté (flanc) plus raide que le troisième côté selon l'état de la technique et qui correspond au plan de coordonnées cristallographiques 111. Selon un développement avantageux du dispositif de l'invention le troisième côté se situe dans une troisième zone dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin, la seconde zone se situant entre la première zone et la troisième zone . Selon un développement avantageux de l'invention il comporte un orifice traversant entre le premier côté et le second côté et le troisième côté est une paroi latérale de l'orifice traversant De manière avantageuse, le dispositif peut comporter des sillons ou des trous avec des parois raides (flancs). De manière avantageuse l'orifice traversant présente sur le premier côté, une première dimension d'ouverture et sur le second côté, une seconde dimension d'ouverture, la première dimension d'ouverture étant supérieure à la seconde dimension d'ouverture, et la seconde dimension d'ouverture est plus grande que l'épaisseur du dis-positif entre le premier côté et le seconde côté, et l'angle du plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin partant de la première dimension d'ouverture est donné. Selon une autre caractéristique avantageuse, la seconde dimension d'ouverture est plus grande qu'une dimension d'ouverture que l'on aurait sur le second côté si, partant d'un orifice traversant réalisé à partir du premier côté de la plaquette et en tenant compte de l'angle des plans d'arrêt de gravure des coordonnées cristallographiques 111 par rapport aux plans de coordonnées cristallographiques 100, on effectuait la gravure d'une plaquette de silicium 100 d'épaisseur définie, par gravure à la potasse KOH. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un dispositif en un silicium monocristallin, caractérisé par les étapes de fabrication suivantes : (A) on fournit un substrat en silicium monocristallin ayant, -un premier côté - un second côté en face du premier côté, - le premier côté et le second côté se situant chacun dans un plan de coordonnées cristallographiques 100 du silicium monocristal-lin, - le substrat ayant une épaisseur entre le premier côté et le second côté, (B) on réalise un masque avec une première ouverture ayant une pre- mière dimension d'ouverture sur le premier côté du substrat, (C) on prévoit un second masque ayant une seconde ouverture d'une seconde dimension d'ouverture sur le second côté du substrat, - la première ouverture et la seconde ouverture se faisant face, - la première dimension d'ouverture étant plus grande que la se- conde dimension d'ouverture, et - la seconde dimension d'ouverture est plus grande que l'épaisseur du substrat et l'angle du plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin est prévu à partir de la première dimension d'ouverture, (D) on effectue une gravure à la potasse KOH du substrat à partir du premier côté du second côté, - on forme un troisième côté s'étendant à partir du premier côté vers le second côté, - le troisième côté s'étend dans une première zone dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin et dans une seconde zone dans un plan de coordonnées cristallographiques 110 du silicium monocristallin. Le procédé à 2 masques selon l'invention avec une gra- vure à la potasse KOH partant des deux cotés permet de réaliser un troisième côté (flanc de gravure) de pente plus importante que selon l'état de la technique. Le flanc de gravure s'étend ainsi grâce au procédé de fabrication non pas le long du plan de coordonnées 111 du substrat de silicium mais par endroit également le long du plan de coordonnées 110 c'est-à-dire perpendiculaire au premier et au second côté qui s'étendent dans le plan de coordonnées 100. En moyenne, on obtient ainsi un flanc de gravure de pente plus importante. Un développement avantageux du procédé de fabrication selon l'invention est caractérisé en ce que dans l'étape de fabrication, on forme un troisième côté qui s'étend dans une troisième zone dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin, la seconde zone étant située entre la première zone et la troisième zone Selon un développement avantageux du procédé de fabrication, la gravure à la potasse KOH du substrat se fait en partant si- multanément du premier et du second côté. Un autre développement avantageux du procédé de fabrication selon l'invention prévoit de commencer la gravure à la potasse KOH du substrat en partant du premier et du second côté avec un décalage dans le temps. De manière avantageuse, le choix du point de gravure respectif et des durées de gravure respectives sont commandés en fonction de la conception du flanc. L'utilisation de la technique à 2 masques pour la fabrication de passages gravés à la potasse KOH dans une plaquette de coordonnées 100, permet ainsi de réaliser des flancs plus raides dans la plaquette de silicium et qui présentent seulement la particularité de ne pas avoir de surfaces planes continues. Au lieu de cela, les passages ont une surface étagée dont l'inclinaison change à savoir, qu'elle correspond à l'angle des plans de coordonnées 111 et 110. L'invention permet de réaliser avantageusement des orifices traversant ayant des flancs de pente réglables de manière que la pente des flancs corresponde pour l'essentiel au profil d'un coin de liai-son pour un fil de sorte que le coin de liaison puisse bien se loger dans l'orifice traversant avec une bonne précision d'ajustage. La conception du flanc selon l'invention assure une surface de liaison aussi grande que possible combinée à une solidité mécanique aussi grande que pos- Bible de la structure autour de l'orifice de passage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation de l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un dispositif formé d'un silicium monocristallin selon l'état de la technique, - la figure 2 montre une ébauche d'un dispositif selon l'invention formé dans un silicium monocristallin, - la figure 3 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention formé d'un silicium monocristallin, - la figure 4 montre un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention formé d'un silicium monocristallin, - la figure 5 montre un procédé selon l'invention pour la fabrication d'un dispositif dans un silicium monocristallin. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un dispositif formé dans un silicium monocristallin correspondant à l'état de la technique. La figure montre un dispositif micromécanique 10 composé d'un substrat de silicium monocristallin 1. Le dispositif micromécanique 10 présente un premier côté 20 et un second côté 30 en regard de celui-ci ; ces cotés se situent dans les plans de coordonnées cristallographiques 100 du substrat de silicium monocristallin 1. Le dispositif micromécanique 10 a une épaisseur 60 entre le premier côté 20 et le second côté 30 en regard de celui-ci. Partant du premier côté 20, on a gravé une cavité dans le dispositif micromécanique 10. Comme représenté, la cavité peut être un trou borgne ou un orifice traversant (non représenté ici) à partir du premier côté 20 vers le second côté 30. On réalise ainsi un troisième côté 40 s'étendant entre le premier côté 20 et le second côté 30. Pour la gravure à la potasse KOH de la matière Si 100, on utilise les caractéristiques cristallographiques de la plaquette de silice Si pour graver des orifices exactement rectangulaires dans la surface de la plaquette. Lors de la gravure à la potasse KOH, on n'obtient pas de parois perpendiculaires en profondeur mais des flancs inclinés présentant un angle de 54,7 . Cette propriété est une caractéristique cristallo-graphique de matière de coordonnées 100. Les flancs inclinés 5 correspondent aux plans de coordonnées cristallographiques 111 et ont une caractéristique d'arrêt de gravure lorsqu'on effectue la gravure par de la potasse KOH. Les plans de coordonnées 111 ont de loin les taux de gravure les plus faibles dans le cristal Si et peuvent ainsi s'utiliser pour réaliser des ouvertures bien définies avec des parois inclinées dé-finies. Le troisième côté 40 passe ainsi le long d'un plan de coordonnées cristallographiques 111 du substrat de silicium mono-cristallin 1. Ce plan a un angle de 54,7 par rapport au plan de coordonnées 100. Des flancs plus raides ne sont pas réalisables du point de vue cristallographique. La figure 2 montre une ébauche d'un dispositif selon l'invention en silicium monocristallin. On arrive à un troisième côté 40 plus pentu que l'angle de 54,7 c'est-à-dire un flanc plus raide pour 15 l'orifice traversant grâce au procédé de gravure à la potasse à 2 masques selon l'invention. Selon ce procédé, on effectue la gravure en par-tant des deux côtés de la plaquette 100. Pour cela, on applique sur le premier côté 20 ou première face 20 du substrat de silicium 1, un premier masque 70 avec une première ouverture d'une première dimension 20 d'ouverture 52. En regard, sur le second côté du substrat de silicium 1, on applique un second masque 80 avec une seconde ouverture ayant une seconde dimension d'ouverture 54. Le premier et le second masque 70, 80 sont installés l'un en face de l'autre et en vue de dessus les masques doivent avoir une zone de chevauchement déterminée. Puis, à 25 partir des deux cotés, on commence la gravure à la potasse KOH. La figure 2 montre l'état du dispositif micromécanique 10 jusqu'après la traversée par gravure du substrat de silicium 1 (par exemple une plaquette). Au cours de la suite de la gravure à la potasse KOH, on réalise un orifice traversant 50 délimité latéralement par le troisième côté 40. 30 L'orifice traversant 50 comporte sur le premier côté 20 du dispositif micromécanique 10, une première dimension d'ouverture 52 sur le second côté 30, une seconde dimension d'ouverture 54. La dimension b sur second côté 30 désigne une seconde dimension d'ouverture 54. La dis-tance b caractérise ici le chevauchement entre le premier et le second 35 masque 70 et 80. Les troisièmes côtés 40 ont chacun à partir du pre- mier côté 20, une première zone 42 qui se situe comme cela est connu de l'état de la technique du plan de coordonnées 111. Les troisièmes cotés 40 présentent dans le profil représenté, chaque fois une pointe correspondant à une arête le long d'un plan de coordonnées 100 et d'une troisième zone 46 le long d'un autre plan de coordonnées 111 comme dans la première zone 42 mais avec un signe algébrique opposé pour l'angle. La figure 3 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention formé dans un silicium monocristallin. Au io cours de la progression de la gravure à la potasse KOH en fonction du temps, il se développe en plus un front de gravure à partir de la pointe de silicium formée et il se déplace dans la direction cristallographique 110 dans le substrat de silicium 1. Ce plan de coordonnées 110 perpendiculaire au plan de coordonnées 100 forme une seconde zone 44 et 15 celle-ci avance en fonction du temps de gravure, toujours plus dans le substrat de silicium 1. La figure 4 montre un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention en silicium monocristallin. Ce mode de réalisation résulte de la progression de la gravure à la potasse KOH. La se- 20 conde zone 44 qui se situe dans le plan de coordonnées 110 rencontre une arête du second masque 80. La troisième zone 46 du plan de coordonnées 111 décrit ci-dessus n'existe plus à ce moment. Lorsqu'on progresse dans la gravure à la potasse KOH et que la seconde zone 44 continue d'avancer, il se forme de nouveau une troisième zone 48 qui se 25 situe le long du plan de coordonnées 111 avec le même angle que la première zone 42. La seconde zone 44 est formée dans le plan de coordonnées 110 constitue la liaison de la première zone 42 (premier plan de coordonnées 111) à partir du premier masque 70 et de la troisième zone 48 (le second plan de coordonnées 111) partent du second masque 30 80. La hauteur h de la seconde zone 44 dépend du chevauchement b des masques. La situation latérale de la seconde zone 44 i dans le flanc de gravure dépend de la durée de gravure. Ce comporte-ment de gravure n'est valable que pour un chevauchement des masques 35 de b d, le premier plan de coordonnées 111 fonctionne pratiquement comme plan d'arrêt de gravure dans l'hypothèse d'une durée de gravure à la potasse KOH, longue. La forme de la gravure traversante correspondrait alors à une gravure partant d'un seul côté selon l'état de la technique avec des flancs de gravure connus d'un angle de 54,7 . En d'autres termes, la première dimension d'ouverture 52 est plus grande que la seconde dimension d'ouverture 54. La seconde dimension d'ouverture 54 est néanmoins plus grande que celle qui serait prédéfinie par l'épaisseur 60 du substrat 1 et de l'angle du plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin en partant de la première dimension d'ouverture 52 du premier côté 20, si l'on poursuivait ce plan de coordonnées 111 jusqu'au second côté 30. Selon un développement de l'invention, les flancs de gravure ont un profil qui est pratiquement complémentaire au profil d'un outil de liaison d'un coin de liaison pour les fils de liaison. Pour une conception appropriée des flancs de gravure, l'orifice traversant con-vient pour recevoir pratiquement de manière ajustée, un coin de liaison qui a par exemple un angle d'environ 30 . Sur le second côté 30, dans la région de la seconde dimension d'ouverture 54, on a une patte de liaison qui peut être reliée à partir du premier côté 20 à l'aide du coin de liaison à un fil de liaison (non représenté). La figure 5 montre schématiquement un procédé selon l'invention pour fabriquer un dispositif en silicium monocristallin. Le procédé comprend les étapes de fabrication suivantes : (A) on fournit un substrat 1 en silicium monocristallin ce substrat 1 a un premier côté ou première face 20, un second côté 30 ou se- conde face 30 en face du premier côté 20 ; le premier côté 20 et le second côté 30 se situent chacun dans un plan de coordonnées cristallographiques 100 du silicium monocristallin. Le substrat 1 a une épaisseur 60 entre le premier côté 20 et le second côté 30. (B) on prévoit un masque 70 avec une première ouverture d'une première dimension d'ouverture 52 sur le premier côté 20 du substrat 1.35 (C) on prévoit un second masque 80 ayant une seconde ouverture d'une seconde dimension d'ouverture 54 sur le second côté 30 du substrat 1. La première ouverture et la seconde ouverture se font face. La première dimension d'ouverture 52 étant supérieure à la seconde dimension d'ouverture 54 ; la seconde dimension d'ouverture 54 étant plus grande que la première dimension d'ouverture 52 que l'on aurait à travers l'épaisseur 60 du substrat 1 et l'angle du plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin en partant de la dimension d'ouverture 52. (D) on effectue une gravure à la potasse KOH du substrat 1 à partir du premier et du second côté 20, 30. On forme un troisième côté 40 qui s'étendant à partir du premier côté 20 vers le second côté 30. Le troisième côté 40 s'étend dans une première zone 42 dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium mo- nocristallin et dans une seconde zone 44 dans un plan de coor- données cristallographiques 110 du silicium monocristallin. Selon un exemple de réalisation, dans l'étape de fabrica- tion (D), on forme un troisième côté 40 qui s'étend dans une troisième zone 46, 48 dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin ; la seconde zone 44 se trouve entre la première zone 42 et la troisième zone 46, 48. L'utilisation de la technique à 2 masques pour la fa- brication de traversées gravées à la potasse KOH dans une plaquette 100 permet de réaliser des flancs plus raides dans la plaquette de silicium qui ont simplement la particularité de ne pas être constitués par une surface plane traversante Le procédé peut également être commandé dans le temps c'est-à-dire que la gravure n'est pas nécessairement faite simultané-ment à partir du premier et du second côté 20, 30 ; elle peut également se faire à des instants différents, prédéfinis.35 REVENDICATIONS 1 ) Dispositif (10) formé d'un silicium monocristallin ayant, - un premier côté (20), - un second côté (30) en face du premier côté (20), -un troisième côté (40) entre le premier côté (20) et le second côté (30), le premier côté (20) et le second côté (30) se situant chacun dans un plan de coordonnées cristallographiques 100 du silicium mono-cristallin, -le troisième côté (40) se situant dans une première zone (42) d'un plan de coordonnées cristallines 111 du silicium monocristallin, caractérisé en ce que le troisième côté (40) s'étendant dans une seconde zone (44) dans un plan de coordonnées cristallines 110 du silicium monocristallin. 2 ) Dispositif formé d'un silicium monocristallin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième côté (40) se situe dans une troisième zone (46, 48) dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin, la seconde zone (44) se situant entre la première zone (42) et la troisième zone (46, 48). 3 ) Dispositif formé d'un silicium monocristallin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' il comporte un orifice traversant (50) entre le premier côté (20) et le second côté (30) et le troisième côté (40) est une paroi latérale de l'orifice traversant (50). 4 ) Dispositif formé d'un silicium monocristallin selon la revendication 3, caractérisé en ce que- l'orifice traversant (50) présente sur le premier côté (20), une première dimension d'ouverture (52) et sur le second côté (30), une seconde dimension d'ouverture (54), - la première dimension d'ouverture (52) étant supérieure à la se- conde dimension d'ouverture (54), et - la seconde dimension d'ouverture (54) est plus grande que l'épaisseur (60) du dispositif entre le premier côté (20) et le seconde côté (30), et l'angle du plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin partant de la première dimension d'ouverture (52) est donné. 5 ) Procédé de fabrication d'un dispositif (10) en silicium monocristallin, caractérisé par les étapes de fabrication suivantes : (A) on fournit un substrat (1) en silicium monocristallin ayant, - un premier côté (20) - un second côté (30) en face du premier côté (20), - le premier côté (20) et le second côté (30) se situant chacun dans un plan de coordonnées cristallographiques 100 du silicium mo- nocristallin, - le substrat (1) ayant une épaisseur (60) entre le premier côté (20) et le second côté (30), (B) on réalise un masque (70) avec une première ouverture ayant une première dimension d'ouverture (52) sur le premier côté (20) du substrat (1), (C) on prévoit un second masque (80) ayant une seconde ouverture d'une seconde dimension d'ouverture (54) sur le second côté (30) du substrat (1), - la première ouverture et la seconde ouverture se faisant face, - la première dimension d'ouverture (52) étant plus grande que la seconde dimension d'ouverture (54), et - la seconde dimension d'ouverture (54) est plus grande que l'épaisseur (60) du substrat (1) et l'angle du plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin est prévu à partir de la première dimension d'ouverture (52),(D) on effectue une gravure à la potasse KOH du substrat (1) à partir du premier côté du second côté (20, 30), - on forme un troisième côté (40) s'étendant à partir du premier côté (20) vers le second côté (30), - le troisième côté (40) s'étend dans une première zone (42) dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium mono-cristallin et dans une seconde zone (44) dans un plan de coordonnées cristallographiques 110 du silicium monocristallin. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans l'étape de fabrication (D), on forme un troisième côté (40) qui s'étend dans une troisième zone (46, 48) dans un plan de coordonnées cristallographiques 111 du silicium monocristallin, la seconde zone (44) étant située entre la première zone (42) et la troisième zone (46, 48). 7 ) Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la gravure à potasse KOH du substrat (1) se fait simultanément en partant du premier côté et du second côté (20, 30). 8 ) Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la gravure du substrat (1) avec de la potasse KOH se fait partant de manière décalée dans le temps à partir du premier côté et du second côté (20, 30).30