Brevet FR2911129A1 — publié le 20080711

Micro-relais de type MEMS et procédé de fabrication associé La présente invention concerne un micro-relais de type MEMS (Micro Electro Mechanical Systems en anglais) et le procédé de fabrication associé. L'invention a notamment pour but de gérer le déplacement d'une électrode mobile de ce relais. L'invention trouve des applications particulièrement avantageuses dans le domaine des microsystèmes développés sur substrat io semi-conducteur, notamment dans le cas de relais intégrés. Plus précisément, l'invention concerne un micro-relais comportant une électrode mobile en translation entre une paire de contacts hauts et une paire de contacts bas. Les déplacements de l'électrode sont commandés de manière qu'elle court-circuite soit les contacts hauts entre eux, soit les 15 contacts bas entre eux. Lorsque l'électrode se trouve dans une position où elle court-circuite une des paires de contacts, on dit qu'elle se trouve dans une position de commutation. L'invention permet notamment de guider l'électrode libre lorsqu'elle se déplace pour passer d'une position de commutation à l'autre. 20 A cet effet, le micro-relais selon l'invention comporte des îlots disposés en périphérie de l'électrode libre pour la maintenir latéralement lors de ses déplacements. Ces îlots sont des éléments fixes intégrés à l'intérieur de couches de diélectrique utilisées pour réaliser le micro-relais. Ces îlots peuvent être 25 réalisés en un matériau conducteur ou non conducteur. Ces îlots présentent généralement une forme qui suit le contour de l'électrode libre. De préférence, ces îlots sont réalisés en même temps et en utilisant la même couche de métal que celle définissant l'électrode mobile. Ainsi, l'invention permet d'utiliser une même couche d'un matériau pour réaliser 30 conjointement une partie active (l'électrode libre) et une partie inerte (les îlots) destinée au blocage ou contrôle du déplacement latéral de la partie active. Toutefois en variante, les îlots pourraient être réalisés indépendamment de l'électrode libre. L'invention concerne donc un micro-relais caractérisé en ce qu'il 35 comporte : 2 - des premiers contacts positionnés l'un à côté de l'autre sans se toucher, - des deuxièmes contacts positionnés l'un à côté de l'autre sans se toucher, -une électrode mobile positionnée entre ces premiers contacts et ces deuxièmes contacts, - cette électrode étant apte à se déplacer entre ces premiers contacts et ces deuxièmes contacts, de sorte qu'elle court-circuite les premiers contacts entre eux lorsqu'elle est plaquée contre ces premiers contacts ou io court-circuite les deuxièmes contacts entre eux lorsqu'elle est plaquée contre ces deuxièmes contacts, et - des îlots disposés régulièrement autour de l'électrode mobile, ces îlots assurant un blocage latéral de cette électrode lors de ses déplacements entre les premiers et les deuxièmes contacts. 15 Selon une réalisation, les îlots et l'électrode mobile sont réalisés à partir d'une même couche de métallisation. Selon une réalisation, l'écart entre la face des îlots et la face des premiers contacts les plus proches l'une de l'autre et parallèles à un plan d'allongement de l'électrode mobile, et l'écart entre la face des îlots et la face 20 des deuxièmes contacts les plus proches l'une de l'autre et parallèles au plan d'allongement de l'électrode mobile, sont inférieurs à l'épaisseur de cette électrode libre. Selon une réalisation, l'électrode mobile présente sensiblement la forme d'un disque. 25 Selon une réalisation, les premiers contacts et les deuxièmes contacts présentent sensiblement la forme d'un demi-disque. Selon une réalisation, les îlots présentent une forme en V. Selon une réalisation, les îlots sont au nombre de 4 et espacés régulièrement entre eux autour de l'électrode mobile d'un angle de 90 . 30 Selon une réalisation, le micro-relais comporte une couche de passivation pour sa protection recouvrant les premiers contacts. Selon une réalisation, les contacts, et l'électrode sont réalisés en un matériau conducteur qui peut être de l'aluminium et ses alliages ou encore de l'or, du cuivre ou du platine ou des couches minérales à base de titane. 3 L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un micro-relais caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - déposer une première couche métallique à partir de laquelle on réalise des contacts bas, - déposer une première couche de diélectrique sur les contacts bas ainsi réalisés, - déposer, sur la première couche de diélectrique, une deuxième couche métallique à partir de laquelle on réalise simultanément une électrode et des îlots disposés autour de cette électrode, io -déposer une deuxième couche de diélectrique sur l'électrode et les îlots ainsi réalisés, - déposer, sur la deuxième couche de diélectrique, une troisième couche métallique à partir de laquelle on réalise des contacts hauts et libérer l'électrode en détruisant en partie les couches de diélectrique 15 situées autour de cette électrode, de sorte qu'elle puisse se déplacer entre les contacts hauts et bas pour les court-circuiter. Selon une mise en oeuvre, il comporte en outre l'étape suivante : -déposer une couche de passivation sur les contacts hauts pour la protection du micro-relais. 20 Selon une mise en oeuvre, pour libérer l'électrode, il comporte l'étape suivante : - réaliser des ouvertures dans la couche de passivation préalablement déposée sur les contacts hauts, et - plonger le micro-relais dans un bain de produit chimique qui attaque 25 spécifiquement les couches de diélectrique pendant une durée telle qu'une zone évidée se forme autour de l'électrode. Selon une mise en oeuvre, les contacts hauts et bas ainsi que l'électrode et les îlots sont réalisés par photolithographie. Selon une mise en oeuvre, les couches de diélectriques sont 30 déposées par un procédé de type PECVD, ou HDCVD. En outre, une couche de diélectrique est déposée sous la première couche métallique par un procédé de type PECVD ou LPCVD. Selon une mise en oeuvre, il comporte en outre l'étape suivante : planariser les couches de diélectrique par une technique de type 35 CMP (Chemical Mechanical Polishing en anglais). 4 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : - figure 1 : une représentation schématique d'un micro-relais selon l'invention vu en coupe ; - figure 2 : une représentation schématique d'un micro-relais selon l'invention vu de dessus ; - figures 3-13: des représentations schématiques d'étapes du procédé permettant de fabriquer le micro-relais selon l'invention. io Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. Les figures 1 et 2 montrent une vue en coupe selon l'axe A-A et une vue de dessus du micro-relais 1 selon l'invention. Ce micro-relais 1 comporte une électrode libre 2 positionnée entre des 15 contacts hauts 3.1 et 3.2 et des contacts 4.1 et 4.2 bas. Cette électrode libre 2 présente sensiblement une forme de disque, toutefois en variante elle pourrait présenter une autre forme, par exemple rectangulaire ou carré. Les contacts hauts 3.1 et 3.2, tout comme les contacts bas 4.1 et 4.2, sont positionnés l'un à côté de l'autre, de sorte qu'ils sont proches l'un de 20 l'autre mais qu'ils ne se touchent pas. Dans une réalisation, ces contacts présentent chacun sensiblement la forme d'un demi-disque. Toutefois là encore, ils pourraient présenter n'importe qu'elle autre forme. Lorsque l'électrode 2 se déplace suivant la direction 7 et vient se plaquer contre les contacts hauts 3.1, 3.2, elle met en court-circuit ces 25 contacts hauts (c'est la première position de commutation). De même analogue, lorsque l'électrode 2 se déplace suivant la direction 8 et vient se plaquer contre les contacts bas 4.1, 4.2, elle met en court-circuit ces contacts bas 4.1, 4.2 (c'est la deuxième position de commutation). Le circuit 1 réalise ainsi une fonction de relais à deux étages, l'électrode libre 2 étant apte à 30 établir une liaison électrique dans les deux positions de commutation. Dans une réalisation, pour déplacer l'électrode libre 2 d'une position de commutation à une autre, des électrodes d'activation positionnées de part et d'autre des contacts hauts et bas (non représentées ici) attirent par un principe électrostatique, l'électrode libre 2 vers les contacts bas ou hauts. En outre, pour garantir le guidage de l'électrode libre 2 suivant les directions 7 et 8 perpendiculaires au plan de l'électrode, des îlots 11.1-11.4 sont disposés autour de l'électrode mobile 2. Ces îlots 11.1-11.4 assurent un blocage latéral de l'électrode libre 2, lorsqu'elle se déplace d'une position de 5 commutation vers l'autre. Dans une réalisation, pour éviter que l'électrode 2 glisse sous les îlots 11.1-11.4, on s'assure que la distance potentielle de mouvement a, b de l'électrode libre 2 entre sa position milieu et une position commutée est inférieure à l'épaisseur e de cette électrode 2. io Autrement dit, on s'assure que l'écart a entre la face 14 des îlots et la face 15 des contacts hauts les plus proches l'une de l'autre et parallèles au plan d'allongement de l'électrode libre 2 soit inférieur à l'épaisseur e de cette électrode libre. En outre, on s'assure que l'écart b entre la face 16 des îlots et la face 17 des contacts bas les plus proches l'une de l'autre et parallèles 15 au plan d'allongement de l'électrode libre 2 soit inférieur à l'épaisseur e de cette électrode libre. En résumé, on choisit a REVENDICATIONS 1 - Micro-relais (1) caractérisé en ce qu'il comporte : - des premiers contacts (3.1, 3.2) positionnés l'un à côté de l'autre sans se toucher, -des deuxièmes contacts (4.1, 4.2) positionnés l'un à côté de l'autre sans se toucher, - une électrode (2) mobile positionnée entre ces premiers contacts (3.1, 3.2) et ces deuxièmes contacts (4.1, 4.2), io - cette électrode (2) étant apte à se déplacer entre ces premiers contacts (3.1, 3.2) et ces deuxièmes contacts (4.1, 4.2), de sorte qu'elle court-circuite les premiers contacts (3.1, 3.2) entre eux lorsqu'elle est plaquée contre ces premiers contacts (3.1, 3.2) ou court-circuite les deuxièmes contacts (4.1, 4.2) entre eux lorsqu'elle est plaquée contre ces 15 deuxièmes contacts (4.1, 4.2), et - des îlots (11.1-11.4) disposés régulièrement autour de l'électrode (2) mobile, ces îlots (11.1-11.4) assurant un blocage latéral de cette électrode (2) lors de ses déplacements entre les premiers et les deuxièmes contacts. 2 - Micro-relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que : 20 -les îlots (11.1-11.4) et l'électrode (2) mobile sont réalisés à partir d'une même couche (2) de métallisation. 3 - Micro-relais selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que : -l'écart (a) entre la face (14) des îlots et la face (15) des premiers contacts les plus proches l'une de l'autre et parallèles à un plan 25 d'allongement de l'électrode mobile (2), et - l'écart (b) entre la face (16) des îlots et la face (17) des deuxièmes contacts les plus proches l'une de l'autre et parallèles au plan d'allongement de l'électrode mobile (2), - sont inférieurs à l'épaisseur (e) de cette électrode (2) libre. 30 4 - Micro-relais selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que : - l'électrode mobile (2) présente sensiblement la forme d'un disque. 5 - Micro-relais selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : 10 - les premiers contacts (3.1, 3.2) et les deuxièmes contacts (4.1, 4.2) présentent sensiblement la forme d'un demi-disque. 6 - Micro-relais selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que : - les îlots (11.1-11.4) présentent une forme en V. 7 - Micro-relais selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que : - les îlots (11.1-11.4) sont au nombre de 4 et espacés régulièrement entre eux autour de l'électrode mobile (2) d'un angle de 90 . io 8 - Micro-relais selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une couche (19) de passivation pour sa protection recouvrant les premiers contacts (3.1, 3.2). 9 - Micro-relais selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que : 15 - les contacts (3.1, 3.2, 4.1, 4.2), et l'électrode (2) sont réalisés en un matériau conducteur qui peut être de l'aluminium et ses alliages ou encore de l'or, du cuivre ou du platine ou des couches minérales à base de titane. - Procédé de fabrication d'un micro-relais (1) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 20 - déposer une première couche (24) métallique à partir de laquelle on réalise des contacts bas (4.1, 4.2), - déposer une première couche (25) de diélectrique sur les contacts bas (4.1, 4.2) ainsi réalisés, - déposer, sur la première couche (25) de diélectrique, une deuxième 25 couche (26) métallique à partir de laquelle on réalise simultanément une électrode (2) et des îlots (11.1-11.4) disposés autour de cette électrode (2), - déposer une deuxième couche (27) de diélectrique sur l'électrode (2) et les îlots (11.1-11.4) ainsi réalisés, - déposer, sur la deuxième couche (27) de diélectrique, une troisième 30 couche (29) métallique à partir de laquelle on réalise des contacts hauts (3.1, 3.2) et - libérer l'électrode (2) en détruisant en partie les couches (25, 27) de diélectrique situées autour de cette électrode (2), de sorte qu'elle puisse se déplacer entre les contacts hauts et bas pour les court-circuiter. 11 11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape suivante : - déposer une couche (19) de passivation sur les contacts hauts (3.1, 3.2) pour la protection du micro-relais. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour libérer l'électrode (2), il comporte l'étape suivante : - réaliser des ouvertures (30.1-30.4) dans la couche (19) de passivation préalablement déposée sur les contacts hauts (3.1, 3.2), et - plonger le micro-relais (1) dans un bain de produit chimique qui io attaque spécifiquement les couches de diélectrique pendant une durée telle qu'une zone évidée (31) se forme autour de l'électrode. 13 - Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que : - les contacts hauts (3.1, 3.2) et bas (4.1, 4.2) ainsi que l'électrode (2) 15 et les îlots (11.1-11.4) sont réalisés par photolithographie. 14 -Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que : -les couches (25, 27) de diélectriques sont déposées par un procédé de type PECVD, ou HDCVD, 20 15 - Procédé selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - déposer une couche de diélectrique (23) sous la première couche (24) métallique par un procédé de type PECVD ou LPCVD. 16 - Procédé selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce 25 qu'il comporte en outre l'étape suivante : - planariser les couches de diélectrique par une technique de type CMP (Chemical Mechanical Polishing en anglais).