Brevet FR2946036A1 — publié le 20101203

Procédé d'intégration de micro-interrupteurs de type MEMS sur des substrats en GaN comportant des composants électroniques de puissance Le domaine de l'invention est celui de la micro-électronique. Un certain nombre d'applications nécessite l'utilisation de composants électroniques réalisés sur différents substrats de façon à réaliser différentes fonctions. Ainsi, on utilise couramment comme substrat le nitrure de gallium (GaN) qui est un semi-conducteur à large bande pour réaliser des dispositifs optoélectroniques ou des dispositifs de grande puissance ou fonctionnant à haute fréquence. Ces dispositifs sont notamment utilisés dans les systèmes de transmission/réception de signaux haute fréquence comportant des composants dits � LNA � ou � HPA � signifiant respectivement � Low Noise Amplifier � ou � High Power Amplifier �. Les composants de ces dispositifs réalisent alors la mise en forme des signaux, leur amplification, la mesure de leurs caractéristiques électroniques. Ces systèmes nécessitent également des interrupteurs disposés entre le coeur du système électronique et l'antenne d'émission/réception, les interrupteurs permettent d'aiguiller les signaux selon que le système fonctionne en émission ou en réception. Généralement, ces micro-interrupteurs ou � switch � sont réalisés en technologie MEMS, l'acronyme MEMS signifiant � Micro Electro Mechanical System �. On ne détaillera pas cette technologie, bien connue par ailleurs. Le principe de fonctionnement d'un � micro-switch � est de réaliser le déplacement d'une micro-membrane en la soumettant à une force électrostatique, le déplacement ou la déformation de la membrane soumis à cette force faisant varier un paramètre électronique comme la valeur d'une résistance ou d'une capacité. Actuellement, les micro-interrupteurs sont réalisés sur des substrats Si/SiO2, incompatibles de la réalisation des composants électroniques sur substrat GaN. De plus, les procédés de fabrication des composants électroniques et des MEMS nécessitent des températures de fabrication très différentes. Enfin, les étapes de dépôt et de retrait de couches sacrificielles pour réaliser les membranes suspendues peuvent endommager gravement les différentes couches des composants de puissance. Aussi, on relie ces différents composants électroniques par des raccordements électriques, le procédé étant plus connu sous le terme de � bonding �. Ces raccordements électriques présentent cependant des pertes électriques qui peuvent être préjudiciables au bon fonctionnement de l'ensemble. Ainsi, un � bonding � réalisé entre un dispositif � MEMS � et un dispositif électronique sur GaN présente une perte de 0.5 dB. Un seul module électronique possède nécessairement plusieurs � bondings �, ce qui augmente d'autant les pertes. D'autre part, on augmente ainsi la taille du module final. Le procédé de réalisation selon l'invention tend à remédier à ces inconvénients. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un module électronique comprenant d'une part des composants électroniques de puissance réalisés sur substrat en nitrure de gallium (GaN) et d'autre part des micro-interrupteurs à activation électrostatique de type MEMS (Micro Electro Mechanical System), caractérisé en ce que les composants électroniques et les micro-interrupteurs sont réalisés sur un seul substrat en nitrure de gallium et que le procédé comporte au moins les étapes de réalisation suivantes : • Etape 1 : Réalisation des composants de puissance sur le substrat en nitrure de gallium ; • Etape 2: Dépôt d'une première couche de passivation sur lesdits composants ; • Etape 3 : Réalisation des micro-interrupteurs sur ledit substrat. Avantageusement, l'étape 2 est suivie d'une étape 2bis précédant l'étape 3, l'étape 2bis consistant en la réalisation d'une seconde couche de passivation aux emplacements des micro-interrupteurs. Avantageusement, l'étape 2bis est suivie d'une étape 2ter précédant l'étape 3, l'étape 2ter consistant à supprimer localement la première couche de passivation au- dessus des zones d'interconnexion électrique des composants électroniques et à déposer une couche conductrice au-dessus des dites zones d'interconnexion électrique. Avantageusement, l'étape 3 consiste essentiellement à déposer des plots électriquement conducteurs aux emplacements des micro- interrupteurs et à réaliser au-dessus desdits plots au moins une membrane suspendue, l'ensemble constituant lesdits micro-interrupteurs. Préférentiellement, les couches de passivation sont en oxyde de silicium (SiO2) ou en en nitrure de silicium (Si3N4). L'invention concerne également un module électronique comprenant des composants électroniques de puissance réalisés sur substrat en nitrure de gallium (GaN) de type transistors � HEMT � (High Electron Mobility Transistor), caractérisé en ce que les composants électroniques de puissance sont recouverts d'une couche de passivation et que le module comporte également sur le même substrat des micro-interrupteurs à activation électrostatique de type MEMS, ledit module pouvant être un module d'émission réception radiofréquence. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 15 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : Les figures 1 à 5 représentent les principales étapes d'un procédé de réalisation d'un module électronique selon l'invention. 20 Toutes les étapes qui suivent sont réalisées par les techniques de photolithographie utilisées couramment pour la réalisation des composants électroniques. Dans une première étape illustrée en figure 1, on réalise des composants de puissance sur le substrat 1 en nitrure de gallium. Sur la figure 25 1, le substrat 1 en nitrure de gallium est réalisé sur un premier substrat en silicium 2. Le composant de puissance 3 représenté en figure 1 est un transistor comportant classiquement un drain, une grille et une source réalisés dans une couche de nitrure d'aluminium-gallium (AIGaN). Ce transistor comporte trois plots conducteurs notés respectivement D, G et S. 30 Les composants électroniques réalisés peuvent être, à titre d'exemple, des � LNA �, des � DRA � ou des � HPA � signifiant respectivement � Low Noise Amplifier �, � Digital Research Amplifier � et � High Power Amplifier � utilisés dans les systèmes de transmission/réception de signaux haute fréquence. Dans une seconde étape illustrée en figure 2, on dépose une 35 première couche de passivation 4 sur les composants de puissance 3. La couche de passivation peut être en oxyde de silicium (SiO2). Ainsi, les composants de puissance et en particulier les zones réalisées en semi-conducteurs dopés sont protégés durant les étapes ultérieures du procédé de réalisation et tout particulièrement durant les étapes de dépôt et d'élimination des couches sacrificielles en résine. Dans l'étape 2bis suivante représentée en figure 3, on réalise les différentes électrodes 5 nécessaires au fonctionnement des micro-interrupteurs, puis on dépose une seconde couche de passivation 6 aux emplacements des micro-interrupteurs. La couche de passivation peut être en nitrure de silicium (Si3N4). Toujours représenté en figure 3, l'étape 2bis est suivie d'une étape 2ter. L'étape 2ter consiste à supprimer localement la première couche de passivation 4 au-dessus des zones d'interconnexion électrique des composants électroniques et à déposer une couche de métallisation conductrice 7 au-dessus des dites zones d'interconnexion électrique. Dans l'étape 3 représentée en figures 4 et 5, on réalise les micro-interrupteurs 10 sur ledit substrat. L'étape 3 consiste essentiellement à déposer des plots 8 électriquement conducteurs aux emplacements des micro-interrupteurs comme illustré en figure 4. Puis, on réalise comme indiqué sur la figure 5 au-dessus desdits plots au moins une membrane suspendue 9, l'ensemble constituant les micro-interrupteurs. La membrane est réalisée par le dépôt et l'élimination partielle de couches sacrificielles en résine. Le micro-interrupteur peut être un interrupteur à deux voies de type � SPDT � signifiant � Single Port Dual Throw �. Sur la figure 5, les deux rectangles en traits pointillés représentent les limites du composant électronique 3 et du micro-interrupteur 10. Les matériaux utilisés pour la réalisation des différents éléments peuvent être, à titre d'exemple, l'or, le platine, le tungstène ou le titane. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un module électronique comprenant d'une part des composants électroniques de puissance (3) réalisés sur substrat (1) en nitrure de gallium (GaN) et d'autre part des micro-interrupteurs (10) à activation électrostatique de type MEMS (Micro Electro Mechanical System), caractérisé en ce que les composants électroniques et les micro-interrupteurs sont réalisés sur un seul substrat en nitrure de gallium et que le procédé comporte au moins les étapes de réalisation suivantes : • Etape 1 : Réalisation des composants de puissance (3) sur le substrat en nitrure de gallium ; • Etape 2 : Dépôt d'une première couche de passivation (4) sur lesdits composants ; • Etape 3: Réalisation des micro-interrupteurs (10) sur ledit substrat. 2. Procédé de réalisation d'un module électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape 2 est suivie d'une étape 2bis précédant l'étape 3, l'étape 2bis consistant en la réalisation d'une seconde couche de passivation (6) aux emplacements des micro-interrupteurs. 3. Procédé de réalisation d'un module électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape 2bis est suivie d'une étape 2ter précédant l'étape 3, l'étape 2ter consistant à supprimer localement la première couche de passivation au-dessus des zones d'interconnexion électrique des composants électroniques et à déposer une couche conductrice (7) au-dessus des dites zones d'interconnexion électrique. 4. Procédé de réalisation d'un module électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape 3 consiste essentiellement à déposer des plots (8) électriquement conducteurs aux emplacements des micro-interrupteurs et à réaliser au-dessus desdits plotsau moins une membrane suspendue (9), l'ensemble constituant lesdits micro-interrupteurs. 5. Procédé de réalisation d'un module électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches de passivation sont en oxyde de silicium (SiO2) ou en en nitrure de silicium (Si3N4). 6. Module électronique comprenant des composants électroniques de puissance réalisés sur substrat en nitrure de gallium (GaN) de type transistors � HEMT � (High Electron Mobility Transistor), caractérisé en ce que les composants électroniques de puissance sont recouverts d'une couche de passivation et que le module comporte également sur le même substrat des micro-interrupteurs à activation électrostatique de type MEMS. 7. Module électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module est un module d'émission réception radiofréquence.