Brevet FR2932192A1 — publié le 20091211

La présente invention concerne un procédé de métallisation d'un organe vibrant d'un capteur vibrant, notamment bien que non exclusivement la calotte vibrante d'un gyromètre vibrant hémisphérique, et le capteur vi- Brant obtenu. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On connaît des capteurs vibrants axisymétriques, en particulier des capteurs vibrants à calotte hémisphérique comportant une calotte en silice portée par une tige fixée à une pièce porte-électrodes. Afin de pouvoir mettre la calotte en vibration et détecter la position de la vibration obtenue, la calotte est recouverte d'un revêtement métallique qui s'étend généralement à l'intérieur de la calotte ainsi que sur la tige support. Afin que le revêtement ne se détache pas de la calotte lorsque celle-ci est soumise à une vibration de fréquence très élevée (généralement de l'ordre de 6000 Hz), il est nécessaire que le métal utilisé ait une bonne adhérence sur la silice. Les revêtements métalliques utilisés à ce jour sont généralement le Chrome, le Titane, le Nickel, le Tungstène. Toutefois l'adhérence n'est pas le seul critère à respecter pour un bon fonctionnement du capteur vibrant. En effet, il est nécessaire que la couche métallique pré-sente une bonne conduction pour minimiser la perte de surtension par effet Joule liée aux courants de détection, une faible oxydation pour minimiser les pertes diélectriques entraînant un déphasage entre la vibration et son image électrique, et une faible diffusion dans la si-lice pour minimiser l'évolution de la dérive du capteur vibrant. Or les métaux énoncés ci-dessus ont des propriétés médiocres à l'égard de ces critères. Il a également été envisagé de profiter de la bonne adhérence du chrome en réalisant une métallisation comportant une première couche en chrome recouverte d'une couche d'or, notamment pour protéger le Chrome contre l'oxydation. Toutefois, Cette combinaison ne supprime pas la diffusion du chrome dans la silice avec les problèmes d'instabilité de dérive qui en résultent. L'épaisseur totale de la couche métallique obtenue est importante de sorte que l'amortissement mécanique est très élevé, ce qui impose de fortes commandes d'entretien et donc une dérive dégradée en raison des erreurs d'asservissement. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un procé- dé de métallisation améliorant globalement la qualité des paramètres de fonctionnement d'un capteur vibrant. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention, un procédé de métallisation d'un or- gane vibrant en matière siliceuse, le procédé comportant les étapes de : - appliquer sur l'organe vibrant, par des moyens assurant une rupture de liaisons du silicium dans la matière siliceuse, un revêtement en métal inoxydable ayant la capacité de développer des liaisons avec le silicium, et - soumettre ce revêtement à un recuit à une température suffisante pour réduire une =résistivité du revêtement tout en maintenant une continuité électrique de ce revêtement. On a en effet constaté qu'un revêtement réalisé dans ces conditions présente non seulement une adhérence satisfaisante sur le substrat siliceux, mais le recuit effectué dans les conditions mentionnées a pour effet d'améliorer les valeurs brutes d'adhérence, de résistivi- té et d'amortissement mécanique, et surtout de stabiliser ces propriétés dans le temps. Les phénomènes de vieillissement accéléré sont ainsi limités. Le capteur obtenu présente alors toutes les caractéristiques souhaitables pour un fonctionnement optimum. Selon un aspect avantageux de l'invention le métal est choisi dans le groupe comportant le platine, l'iridium, l'osmium, le rhodium ou le ruthénium. De préférence le métal est du platine. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la température de recuit est comprise entre 400°C et 550 °C, et de préférence égale à 550°C, et l'épaisseur de la métallisation est comprise entre 10 nm et 60 nm. L'invention concerne également un capteur vibrant comportant un organe en matière siliceuse comportant un revêtement en métal noble directement appliqué sur l'organe vibrant. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif en référence à la figure unique ci-jointe qui est une vue en coupe schématique d'un résonateur hémisphérique pouvant être utilisé dans la mise en œuvre du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le procédé de métallisation selon l'invention peut être mis en œuvre avec tout capteur vibrant comportant de façon connue en soi une calotte en matière siliceuse 1, en particulier de l'oxyde de silicium S1O2, portée par une tige 4 fixée à un socle 3. La surface interne de la calotte 1 ainsi que le bord de celle-ci et la tige 4 sont recouverts d'une couche de métal 2. Le socle 3 porte des électrodes 5 qui peuvent soit être chacune dédiée à une fonction de commande ou de détection soit avoir chacune une fonction alternée de commande et de détection par multiplexage. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'in- vention, la couche de métal 2 est réalisée au moyen d'un procédé comportant une première étape d'application d'un revêtement de platine par pulvérisation cathodique directement sur le substrat siliceux selon une épaisseur comprise entre 10 nm et 60 nm, et une seconde étape de re- cuit du platine à une température de 550°C. Pour les substrats siliceux connus, qu'il s'agisse de silice ayant une structure amorphe ou de quartz ayant une structure cristalline, la température de 550°C correspond à la température maximale à laquelle le recuit peut être réalisé sans risquer des craquelures qui pourraient entraîner des discontinuités dans la couche métallique. La température la plus élevée possible est souhaitable pour minimiser le temps nécessaire pour effectuer le recuit. Par ailleurs, le recuit doit être ef- fectué à une température suffisante pour atteindre un seuil de réduction de la résistivité de la couche métallique. En ce qui concerne le platine, la température minimale est donc de 400°C. De préférence la durée du recuit est suffisante pour obtenir UNE transformation sta- bilisant le dépôt sans atteindre un vieillissement anticipé. En pratique pour un dépôt de platine sur un gyromètre résonant hémisphérique le temps du recuit est de l'ordre de quatre heures. On obtient ainsi un capteur dont la calotte vi- brante comporte un revêtement en platine directement appliqué sur la calotte de sorte que les propriétés requises sont optimisées. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, le revêtement n'est pas limité au seul platine et on peut employer un autre métal au sens de l'invention, c'est-à-dire un métal présentant une ap- titude à développer des liaisons avec le substrat sili- ceux tout en présentant une forte résistance à l'oxyda- tion. Le métal mis en oeuvre dans le procédé selon l'in- vention est de préférence choisi dans le groupe compre-10 nant le titane, l'iridium, l'osmium, le rhodium et le ru- thénium. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un substrat en S1O2 elle s'applique également à d'au- tres composés du silicium, notamment les S N ; SIC ; SI 15 cristallin, polycristallin ou poreux... Bien que l'invention ait été décrite en réalisant le revêtement au moyen d'une pulvérisation cathodique, le revêtement peut également être réalisé par d'autres moyens. A ce propos on notera toutefois que pour obtenir 20 une adhérence satisfaisante, il est nécessaire que le procédé d'application du métal réalise une activation de la surface, c'est-à-dire provoque une rupture de liaisons du silicium qui sont alors disponibles pour assurer des liaisons avec le métal. A ce propos, une application par 25 évaporation sous vide ne donne pas des résultats satisfaisants car elle ne réalise pas d'activation du substrat siliceux. En outre, le procédé ne peut pas être mis en œuvre avec de l'or car celui-ci n'est pas apte à développer des liaisons avec le silicium. 30 La température du recuit et l'épaisseur du métal dépendent tout à la fois de la nature du substrat, du mé- tal utilisé, et du compromis résistance électri- que/amortissement mécanique recherché. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec la métallisation d'un gyromètre résonant hémisphérique, elle s'applique à tout organe vibrant d'un capteur vibrant notamment un accéléromètre poutre vibrante ou un accéléromètre thermique, y compris les systèmes utili- saut l'électrostatique pour la commande et/ou la détection des mouvements d'un organe mécanique, par exemple les MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems). REVENDICATIONS1. Procédé de métallisation d'un organe vi- brant (1) en matière siliceuse, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - appliquer sur l'organe vibrant (1), par des moyens assurant une rupture de liaisons du silicium dans la matière siliceuse, un revêtement en métal (2) inoxydable ayant la capacité de développer des liaisons avec le silicium, et - soumettre ce revêtement à un recuit à une température suffisante pour réduire une résistivité du revêtement tout en maintenant une continuité électrique de ce revêtement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal est choisi dans le groupe comportant le platine, l'iridium, l'osmium, le rhodium ou le ruthénium. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le revêtement est en platine. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le recuit est effectué à une température comprise entre 400°C et 550°C, de préférence 550°C. 5. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le revêtement a une épaisseur comprise en- tre 10 nm et 60 nm. 6. Capteur vibrant comportant un organe vi- brant (1) en matière siliceuse comportant un revêtement métallique (2), caractérisé en ce que le revêtement mé- tallique est en métal inoxydable directement appliqué sur l'organe vibrant (2). 7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le métal est choisi dans le groupe compor-tant le platine, l'iridium, l'osmium, le rhodium ou le ruthénium. 8. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le revêtement est en platine. 9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement a une épaisseur comprise entre 10 nm et 60 nm.