Brevet FR2940797A1 — publié le 20100709

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système microtechnique et un procédé de fabrication d'un tel système microtechnique. Les capteurs inertiels réalisés en technique de microsys- tèmes sont en général logés dans une cavité encapsulée. Cette solution a notamment pour but de protéger les capteurs contre les influences de l'environnement et de garantir leur fonctionnement dans une atmosphère définie. Les pressions que l'on règle à cet effet dans la cavité sont différentes pour les capteurs de vitesse de rotation et les capteurs d'accélération. Alors que pour les capteurs de vitesse de rotation on applique une pression intérieure faible par exemple de quelques mbars, qui assure une qualité de fonctionnement élevée à l'oscillateur et permet ainsi des amplitudes importantes pour des tensions d'entraînement fai- ble, dans le cas des capteurs d'accélération on applique intentionnelle-ment une pression plus élevée allant par exemple jusqu'à plusieurs 100 mbars, pour amortir le fonctionnement de ces capteurs. Il existe différentes propositions pour encapsuler les capteurs, par exemple en appliquant des fixations de plaquette avec du verre de scellement, par liaison eutectique ou par un procédé d'encapsulage en couche mince. Toutes ces propositions sont toutefois exécutées au niveau de la plaquette de façon que toutes les puces formées sur une plaquette auront ultérieurement la même pression intérieure si bien qu'il n'est pas avantageux de fabriquer de cette manière des capteurs de vitesse de rotation et des capteurs d'accélération, simultanément sur une même plaquette. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un système microtechnique comprenant un substrat et un encapsulage : - le substrat et l'encapsulage formant au moins une première chambre et une seconde chambre, des pressions différentes règnent dans la première chambre et dans la seconde chambre. 2 En particulier le système microtechnique selon l'invention peut être un système mécanique, par exemple une plaquette avec de multiples pressions intérieures. Le système microtechnique selon l'invention offre l'avantage de pouvoir développer des capteurs différents sous des pressions différentes dans un même système notamment dans une plaquette. Cela permet de développer avantageusement notamment des capteurs de vitesse de rotation et des capteurs d'accélération dans un même système en particulier sur une plaquette. De façon avantageuse cela permet de caractériser les variations de procédé par exemple liées à des pertes au niveau du bord sur une partie du système, par exemple d'un capteur d'accélération et de transférer les valeurs résultantes à des parties du système par exemple un capteur de vitesse de rotation et d'économiser le coût du contrôle. Dans le cadre de la présente invention le substrat peut être en silicium. L'encapsulage selon la présente invention se réalise sous la forme d'une couche et peut par exemple être en dioxyde de silicium ou en silicium. Selon un mode de réalisation particulièrement préféren- tiel du système microtechnique selon l'invention, au moins l'une des chambres a un élément fonctionnel microtechnique notamment micro-mécanique. De manière préférentielle un élément fonctionnel micro-technique respectif est prévu dans la première et dans la seconde chambre. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux du système microtechnique selon l'invention, la première chambre contient un capteur de vitesse de rotation et/ou la seconde chambre contient un capteur d'accélération. Selon une autre caractéristique avantageuse du système microtechnique selon l'invention, la pression dans la première chambre est inférieure à la pression dans la seconde chambre et notamment la pression dans la première chambre se situe dans une plage définie comme suit ? 0,01 mbar - 300 mbars, notamment ? 0,1 mbar - 3 une plage définie comme suit > 70 mbars - 900 mbars, et notamment 80 mbars - 500 mbars. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un système microtechnique selon lequel : - on développe un substrat ayant au moins une première cavité et une seconde cavité, la première cavité et la seconde cavité ayant chacune au moins un orifice d'accès, - on ferme le ou les orifices d'accès de la première cavité dans laquelle règne une première pression avec un encapsulage, - on ferme les orifices d'accès de la seconde cavité par un encapsulage sous une seconde pression. Le procédé selon l'invention a l'avantage de permettre la fabrication de système microtechnique avec des pressions différentes dans les chambres. Cela permet de réaliser différents capteurs par exemple des capteurs de vitesse de rotation et des capteurs d'accélération dans un système notamment sur une plaquette ou sur une puce. Dans le cadre d'un autre mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé de l'invention, les orifices d'accès de la première et de la seconde cavité se situent du même côté du substrat. En appliquant l'encapsulage sur un côté du substrat on ferme ainsi à la fois les orifices d'accès de la première cavité et de la seconde cavité par cet encapsulage. Suivant une caractéristique particulièrement avanta- geuse du procédé de l'invention, le ou les orifices d'accès de la première cavité sont plus petits que le ou les orifices d'accès de la seconde cavité. En appliquant la couche d'encapsulage on ne pourra fermer le ou les orifices d'accès de la première cavité avant le ou les orifices d'accès de la seconde cavité de sorte qu'en modifiant la pression après avoir fermé le ou les orifices d'accès de la première cavité on pourra établir avantageusement des pressions différentes dans les cavités restantes. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de l'invention, dans au moins une chambre on développe un élément fonctionnel microtechnique notamment micromécanique. De manière avantageuse, dans la première et dans la 4 seconde chambre on a au moins un élément fonctionnel microtechnique. En particulier la première chambre peut comporter un capteur de vitesse de rotation et la seconde chambre un capteur d'accélération. Le développement des éléments fonctionnels microtechniques peut se faire en commun avec le développement du substrat. Dans le cadre d'un autre mode de réalisation particulièrement préférentiel du procédé de l'invention, on développe l'encapsulage sous la forme d'une couche et cet encapsulage peut être en dioxyde de silicium ou en silicium. Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de l'invention on réalise l'encapsulage par un pro-cédé de dépôt en phase vapeur, par exemple par le procédé physique PVD (dépôt physique à la vapeur) et/ ou un procédé chimique CVD (dépôt chimique à la vapeur) en particulier un dépôt chimique de gaz sur le substrat. Suivant un développement de ce mode de réalisation, l'encapsulage se fait par un procédé continu de dépôt en phase gazeuse sur le substrat. Dans le cadre d'un développement particulièrement avantageux du procédé, le substrat, les cavités dans le substrat et les élé- ments fonctionnels microtechniques sont développés par un procédé comprenant les étapes suivantes : a) Dépôt d'au moins une couche sacrificielle structurée par exemple d'oxyde de silicium pour développer les cavités dans l'étape de procédé b) et d'au moins un substrat/couche fonctionnelle, structurés par exemple en silicium pour développer ultérieurement les parois du substrat et les éléments fonctionnels microtechniques dans l'étape de procédé b) sur une plaquette, par exemple une plaquette de silicium, et b) Enlèvement de la couche sacrificielle par gravure, par exemple avec de l'acide fluorhydrique. Les structures de la couche sacrificielle et les structures du substrat/couche fonctionnelle peuvent se trouver dans un plan. Les accès pour la gravure servent après avoir effectué la gravure de préférence comme ouvertures d'accès aux cavités. Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de l'invention, on modifie la pression en introduisant ou en évacuant un gaz, par exemple de l'argon. Suivant une autre caractéristique particulièrement avan- 5 tageuse du procédé de l'invention, la première pression est inférieure à la seconde pression. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une section d'un mode de réalisation d'un substrat ayant deux cavités avec chaque fois deux orifices d'accès, les cavités logeant chacune un élément fonctionnel microtechnique, - la figure 2 est une section du mode de réalisation de la figure 1 d'un substrat dont on a fermé par encapsulage les orifices d'accès à une cavité dans laquelle règne une première pression, - la figure 3 est une section du mode de réalisation des figures 1 et 2 d'un substrat, notamment d'un système micromécanique, selon un mode de réalisation de l'invention dont on a fermé par encapsulage les orifices d'accès d'une cavité dans laquelle règne une première pression et les orifices d'accès de l'autre cavité dans laquelle règne une seconde pression. Description d'un mode de réalisation de l'invention Les figures 1 à 3 montrent le procédé selon l'invention. La figure 3 montre aussi un mode de réalisation d'un système microtech- nique selon l'invention. Selon le procédé de l'invention, à la figure 1 on développe un substrat 2 ayant au moins une première cavité 6a et une seconde cavité 6b. La première cavité 6a et la seconde cavité 6b ont chacune au moins un orifice d'accès et comme représenté par exemple aux figures, chacune des cavités a deux orifices d'accès 7a, 7b. Selon la figure 1, en même temps que le substrat 2 on développe des éléments fonctionnels microtechniques 5a, 5b dans la première cavité 6a et dans la seconde cavité 6b du substrat 2. La première cavité 6a peut être équipée par 6 exemple d'un capteur de vitesse de rotation 5a et la seconde cavité 6b, d'un capteur d'accélération 5b. Les figures 1 à 3 montrent comment établir des pressions différentes dans les cavités en ce que selon un procédé d'encapsulage en couche mince on prévoit des accès de gravure de taille différente ou des orifices d'accès aux cavités 7a, 7b de taille différente pour les différentes zones ; après enlèvement d'une couche sacrificielle par un procédé de gravure qui renferme les orifices d'accès. Dans le cadre du mode de réalisation représenté aux fi- gures 1 à 3, les orifices d'accès 7a de la première cavité 6a sont plus petits que les orifices d'accès 7b de la seconde cavité 6b. De plus selon ce mode de réalisation, les orifices d'accès 7a, 7b de la première cavité 6a et ceux de la seconde cavité 6b se situent du même côté du substrat 2. La figure 2 montre l'application d'un encapsulage 3 sous la forme d'une couche sur le côté des orifices d'accès du substrat 2, sous une première pression pl. Cette application peut se faire par exemple par un procédé de dépôt en phase vapeur notamment un pro-cédé continu. La figure 2 montre qu'ainsi les petits orifices d'accès 7a de la première cavité 6a seront fermés pendant qu'il règne une première pression p 1 dans la première chambre 4a. La figure 2 montre qu'à ce moment comme la seconde cavité 6b a des orifices d'accès 7b plus grands, ces orifices restent encore ouverts. En introduisant ou en enlevant un gaz on peut ensuite modifier la première pression p 1 pour établir une seconde pression p2. Dans le cas où la première cavité 6a comporte un capteur de vitesse de rotation 5a et la seconde cavité 6b des capteurs d'accélération 5b, la première pression p 1 sera de préférence inférieure à la seconde pression p2. La figure 3 montre qu'en continuant à déposer la couche d'encapsulage 3 on ferme ensuite les orifices d'accès 7b de la seconde cavité 6b formant une seconde chambre 4b dans laquelle règne la seconde pression p2.35 NOMENCLATURE 2 Substrat 6a Première cavité 6b Seconde cavité 7a, 7b Orifices d'accès 5a, 5b Eléments fonctionnels 4a, 4b Chambres10 REVENDICATIONS1 °) Système microtechnique (1) comprenant un substrat (2) et un en-capsulage (3), - le substrat (2) et l'encapsulage (3) formant au moins une première chambre (4a) et une seconde chambre (4b), - des pressions (p1, p2) différentes règnent dans la première chambre (4a) et dans la seconde chambre (4b). 2°) Système microtechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première chambre (4a) et la seconde chambre (4b) contiennent chacune au moins un élément fonctionnel microtechnique (5a, 5b), notamment un capteur de vitesse de rotation (5a) logé dans la première chambre (4a) et/ou un capteur d'accélération (5b) logé dans la seconde chambre (4b). 3°) Système microtechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression (p 1) dans la première chambre (4a) est inférieure à la pres- Sion (p2) dans la seconde chambre (4b) et notamment la pression (p 1) dans la première chambre (4a) se situe dans une plage définie par 0,01 mbar - 300 mbars et/ou la pression (p2) dans la seconde chambre (4b) se situe dans une plage > 70 mbars - 900 mbars. 4°) Procédé de fabrication d'un système microtechnique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, selon lequel - on développe un substrat (2) ayant au moins une première cavité (6a) et une seconde cavité (6b), la première cavité (6a) et la seconde cavité (6b) ayant chacune au moins un orifice d'accès (7a, 7b), - on ferme le ou les orifices d'accès (7a) de la première cavité (6a) dans laquelle règne une première pression (p 1) avec un encapsulage (3), - on ferme les orifices d'accès (7b) de la seconde cavité (6b) par un en- capsulage (3) sous une seconde pression (p2).35 9 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices d'accès (7a, 7b) de la première cavité (6a) et de la seconde cavité (6b) se situent du même côté du substrat (2). 6°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ou les orifices d'accès (7a) de la première cavité (6a) sont plus petits que le ou les orifices d'accès (7b) de la seconde cavité (6b). 7°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'encapsulage (3) est réalisé sous la forme d'une couche. 15 8°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'encapsulage (3) est réalisé par un procédé de dépôt en phase gazeuse. 9°) Procédé selon la revendication 4, 20 caractérisé en ce que le substrat (2), les cavités (6a, 6b) du substrat (2) et les éléments fonctionnels microtechniques (5a, 5b) sont réalisés par un procédé comprenant les étapes suivantes : a) Dépôt d'au moins une couche sacrificielle structurée pour réaliser les 25 cavités (6a, 6b) dans l'étape de procédé b) et au moins un substrat/couche fonctionnelle, structurés pour développer des parois de substrat et les éléments fonctionnels microtechniques (5a, 5b) dans l'étape de procédé b) sur une plaquette, et b) Enlèvement de la matière sacrificielle par un procédé de gravure. 30 10°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on modifie la pression (p1, p2) en introduisant ou en évacuant un gaz. 10 35