Brevet FR3026890A1 — publié le 20160408

PROCEDE DE CONTROLE DE LA FERMETURE DE CAVITE PAR DEPOT NON CONFORME D'UNE COUCHE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention concerne le domaine de la réalisation de dispositifs formés à partir d'un substrat et comportant une ou plusieurs cavités fermées sur une des faces du substrat, de telles cavités pouvant être alors conservées vides ou utilisées pour permettre le passage d'un flux de gaz ou de liquide, en particulier pour mettre en oeuvre un échangeur thermique pour un dispositif microélectronique ou un microsystème. Pour réaliser une ou plusieurs cavités fermées sur un substrat, une technique consiste à former ces cavités par exemple par gravure sur une face du substrat puis de les fermer en reportant un capot. Un tel procédé nécessite un alignement entre le capot que l'on reporte et les cavités. Par ailleurs, l'état de surface des faces assemblées du capot et du substrat doivent être adaptées pour qu'après scellement les cavités soient fermées de façon hermétique. Enfin, le report de capot peut induire des contraintes mécaniques sur le substrat. Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de réalisation d'une ou plusieurs cavités sur un substrat permettant de pallier aux problèmes précédents. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un mode de réalisation de la présente invention prévoit tout d'abord un procédé de réalisation d'une ou plusieurs cavités fermées à partir d'un substrat comprenant des étapes consistant à : a) former sur une face donnée d'un substrat un ou plusieurs blocs délimitant au moins une cavité, la cavité ayant un rapport de forme h/dc entre sa hauteur h et sa plus petite dimension dc mesurée parallèlement à un plan principal du substrat, b) former par un dépôt non conforme une couche de fermeture sur le ou les blocs et au-dessus de la cavité, le rapport de forme h/dc de la cavité étant prévu de sorte qu'a l'étape b), la couche de fermeture ne remplisse pas cette cavité et qu'un espace vide dans la cavité soit conservé. La couche de fermeture est déposée de façon non conforme sur le substrat. Par dépôt non-conforme, on entend que la couche ne reproduit pas la topographie de la face donnée. La couche de fermeture peut éventuellement remplir partiellement la cavité, un espace vide étant toutefois conservé dans cette cavité. On entend par cavité, une structure en creux telle qu'une rainure ou une tranchée, par exemple de forme cylindrique, formée dans un substrat. Ce substrat peut être formé d'un seul bloc ou d'un empilement de couches. La face donnée du substrat peut être la face supérieure encore appelée face avant du substrat sur laquelle un ou plusieurs composants électroniques ou électromécaniques sont réalisés ou destinés à être réalisés. Selon une première possibilité de mise en oeuvre, le dépôt de la couche de fermeture peut être effectué à l'étape b) par électrolyse. Dans ce cas, on peut réaliser au préalable, entre l'étape a) et l'étape b), un dépôt conforme d'une couche conductrice sur la face donnée, la couche conductrice recouvrant les blocs, le fond et les parois de la cavité, le dépôt de la couche de fermeture étant ensuite effectué à l'étape b) par électrolyse sur cette couche conductrice. Un dépôt électrolytique a pour avantage de permettre de fermer des cavités de dimension critique importante, en particulier supérieure à 10 um sans les remplir. Après formation de la couche conductrice et préalablement à l'étape b), on peut former au moins un élément de masque sur la face donnée du substrat sur lequel une croissance électrolytique est empêchée. Ce mode de réalisation permet en particulier de préserver certaines zones du substrat du dépôt. L'élément de masque permettant de masquer une zone du substrat lors de l'électrolyse peut être ensuite retiré après l'étape b). Après retrait de l'élément de masque on peut effectuer une gravure de la couche conductrice. En fonction des applications visées, on peut choisir de conserver cette couche conductrice. Selon une deuxième possibilité de mise en oeuvre, la couche de fermeture peut être effectuée par dépôt physique en phase vapeur à l'étape b). Après l'étape b), une gravure d'une ou plusieurs zones de la couche de fermeture peut être effectuée. Cette étape peut permettre de mettre à nu certaines zones du substrat, voire même d'ouvrir certaines cavités . A l'étape a), le ou les blocs sont formés par gravure de la face donnée du substrat ou par apport de matière sur la face donnée du substrat. Selon un mode de réalisation particulier la présente invention prévoit la réalisation d'une structure d'échangeur thermique pour dispositif électronique et/ou microsystème comprenant la formation d'une ou plusieurs cavités fermées formées à l'aide du procédé tel que défini plus haut. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A-1F servent à illustrer un premier exemple de procédé de réalisation de cavités fermées ; - les figures 2A-2B servent à illustrer une variante du premier exemple de procédé ; - les figures 3A-3D servent à illustrer un deuxième exemple de procédé de réalisation de cavités fermées ; - les figures 4A-4B servent à illustrer une variante du deuxième exemple de procédé ; - la figure 5 illustre un exemple de réalisation de structure d'échangeur thermique sur la face avant d'un substrat ; Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un premier exemple de procédé de réalisation d'une ou plusieurs cavités fermées sur un substrat va à présent être décrit en liaison avec les figures 1A-1F. Le matériau de départ de ce procédé est un substrat 1 qui peut être à base de matériau semi-conducteur, par exemple tel que du Si, et comporte un ou plusieurs motifs sous forme d'une ou plusieurs cavités 5a, 5b formées par gravure à travers une face la encore appelée « face avant » ou « face supérieure » du substrat. La face avant la est ici une face sur laquelle un ou plusieurs composants électroniques et/ou électro-méca niques sont réalisés ou destinés à être réalisés. Les cavités 5a, 5b sont délimitées et entourées chacune par un ou plusieurs blocs 4 gravés dans le substrat 1. Une ou plusieurs cavités données 5a sont prévues avec un rapport de forme h/dc, i.e. de leur hauteur h (mesurée dans une direction parallèle au vecteur z d'un repère orthogonal [O; x ; y; z] donné sur la figure 1A) sur leur largeur encore appelée « dimension critique » dc, h/d, étant prévu supérieur à un seuil prédéterminé. Par « largeur» ou « dimension critique» dc, on entend ici et tout au long de la description la plus petite dimension d'un motif hormis sa hauteur ou son épaisseur (dc étant ici mesurée dans un plan parallèle au plan principal du substrat, i.e. un plan passant par le substrat et parallèle au plan [O; x; y]). Les cavités données 5a ont une dimension critique dc qui peut être comprise entre 0.05 um et 100 um et une hauteur qui peut être comprise par exemple entre 0.05 um et 700 um. Dans un cas par exemple où le substrat 1 est un plaque de Si de 300 mm ayant une épaisseur de l'ordre de 775 um, les cavités ont une hauteur qui peut être par exemple de l'ordre de quelques micromètres de moins, par exemple de l'ordre de 700 um. Selon un autre exemple, dans le cas où le substrat 1 est à base de verre et a une épaisseur 1200 um les cavités peuvent avoir une hauteur de l'ordre de 1190 um. Une couche conductrice 11 est ensuite réalisée sur la face avant la du substrat 1 (figure 1B). Cette couche conductrice 11 peut être formée d'un empilement comprenant une sous-couche barrière à la diffusion de métal, par exemple à base de Titane. Cette sous-couche barrière peut également remplir une fonction de couche d'accroche à une autre couche de métal la surmontant. Cette autre couche métallique peut être par exemple à base de Cuivre. La couche conductrice 11 est réalisée par dépôt conforme de sorte qu'elle reproduit le relief de la face avant la du substrat 1. L'épaisseur de la couche conductrice 11 est prévue de sorte qu'elle tapisse le fond et les parois latérales des cavités 5a, 5b, sans remplir totalement celles-ci. On forme ensuite une couche 20 de fermeture des cavités. Dans cet exemple de réalisation la couche 20 de fermeture est formée par dépôt électrolytique, le dépôt étant non-conforme Dans un cas où l'on souhaite déposer la couche 20 de fermeture uniquement sur certaines régions localisées de la face avant la du substrat, ce dépôt peut être précédé par une formation de motifs 13 de masquage, qui peuvent être réalisés par exemple par photolithographie (figure 1C). Les motifs de masquage 13 sont à base d'un matériau qui n'est pas conducteur et sur lequel une croissance électrolytique est empêchée. Le masquage peut être par exemple un matériau diélectrique ou un polymère, en particulier une résine photosensible. La couche de fermeture 20 des cavités peut être à base d'un matériau métallique tel que par exemple du Cuivre ou du Nickel. De par le facteur de forme h/dc des cavités 5a données, la couche de fermeture 20 déposée permet de fermer ou de sceller ces cavités 5a sans les remplir totalement (figure 1D). On conserve ainsi un espace vide 6 délimité entre les parois latérales, le fond des cavités 5a tapissées par la couche conductrice 11 et la couche de fermeture 20. Le seuil de rapport de forme au-delà duquel on prévoit de former les cavités 5a peut dépendre du type de matériau déposé et de l'épaisseur prévue pour la couche de fermeture 20. Un scellement de cavités 5a de dimension critique dc comprise par exemple entre 0,05 um et 100 um peut être réalisé. Par exemple, une cavité 5a formée par électrolyse d'une couche de cuivre déposée d'une largeur dc de 0.25 um peut être prévue avec une hauteur h de l'ordre de 1.5 um. Le rapport dc/h est choisi préférentiellement supérieur à 1/2 pour favoriser la fermeture des cavités sans les remplir totalement. On adapte les paramètres de formation du dépôt électrolytique pour le rendre non conforme afin que ce dépôt soit favorisé sur la partie supérieure des parois de la cavité qui va ainsi se fermer sans être remplie totalement. A titre d'exemple pour favoriser la formation de cavités 5a fermées mais non remplies de matériau 20, on peut prévoir d'effectuer le dépôt électrolytique en adaptant l'électrolyte et/ou ses additifs et/ou le courant de l'électrolyse. Plus on prévoit un courant étant élevé, plus on favorise un dépôt non conforme afin de réaliser une fermeture de cavité sans les remplir. Par exemple, pour un dépôt d'une couche de fermeture à base de Cu, on peut utiliser un courant compris entre 1 mA/cm2 et 100 mA/cm2. On favorise donc dans ce cas une valeur de 100 mA/cm2. Certaines cavités 5b ayant un facteur de forme plus faible et inférieur au seuil prédéterminé, peuvent être remplies par le matériau de la couche de fermeture 20. Dans le cas où un dépôt électrolytique localisé a été effectué, on retire ensuite les blocs de masquage 13 à l'aide d'une gravure sèche et/ou humide (figure 1E). Le retrait des blocs de masquage 13 peut être effectué, par exemple par un procédé communément appelé de « stripping» lorsque ces blocs de masquage 13 sont à base de résine. On peut ensuite graver si nécessaire la couche conductrice 11 (figure 1F). Une gravure anisotrope de manière à ne conserver la couche conductrice 11 qu'en regard des zones de la couche de fermeture 20 peut être réalisée. Une variante de procédé illustrée sur les figures 2A-2B prévoit de former les cavités 5a, 5b dans une couche de matériau 3 rapporté sur un substrat 1, par exemple par dépôt, et dans laquelle on forme des motifs, par exemple par gravure. Les autres étapes de cette variante peuvent suivre celles de l'exemple précédemment décrit en liaison avec les figures 1A-1F. Selon une variante de l'un ou l'autre des exemples précédemment décrits, on peut former une couche de fermeture 120 de cavités 5A, 5b par un dépôt de type PVD (pour « Physical vapor deposition » i.e. « dépôt physique en phase vapeur »). On peut effectuer ce dépôt sur une face avant la d'un substrat 1 dans lequel les cavités ont été formées par gravure du substrat (figure 3A). Le dépôt PVD est non-conforme et peut être réalisé à basse pression (i.e. inférieure à 1 mBar) dans une enceinte sous vide partiel. De par le facteur de forme h/dc de cavités 5a données, la couche de fermeture 120 déposée permet de fermer ou de sceller ces cavités 5a sans les remplir totalement. Les cavités 5a fermées ou scellées comportent ainsi un espace vide 6. D'autres cavités 5b de facteur de forme plus faible et inférieur à un seuil prédéterminé sont quant à elles remplies par le matériau de la couche de fermeture 120. Ces autres cavités 5b ont en particulier une largeur ou dimension critique plus élevée que celle des cavités 5a et une hauteur qui peut être égale à celles de cavités 5a. Ensuite, on peut réaliser des motifs dans la couche de fermeture 120 en la gravant par exemple au travers d'ouvertures d'un masquage 140. Ce masquage 140 peut être par exemple à base de polymère photosensible et réalisé par photolithographie (figure 3B-3C). Le masquage 140 peut être ensuite retiré (figure 3D). On obtient ainsi des zones de fermeture 120a permettant de sceller une ou plusieurs cavités 5a localisées sans les remplir totalement. Les figures 4A-4B illustrent une variante de réalisation de la couche de fermeture 120 par PVD sur des cavités 5a, 5b formées dans une couche 3 rapportée ou déposée sur la face avant du substrat 1. Un procédé suivant l'invention peut trouver des applications dans la réalisation d'un dispositif à cavités fermées et réalisant des canaux de circulation d'une substance (gaz, liquide, molécule(s), matière organique) auprès du dispositif actif. La figure 5 illustre un exemple de structure d'échangeur thermique formée à l'aide d'un procédé tel que décrit précédemment. Cette structure comporte ainsi une couche de fermeture 20 de cavités 5a, 5b disposées en face avant la d'un substrat 1. Cette face avant la est recouverte d'un empilement 11 de couches dans lequel des composants électroniques tels que des transistors en technologie CMOS sont formées. Certaines cavités 5a disposées sur et/ou en regard des composants, comportent un espace vide 6 formant un canal dans lequel un fluide est destiné à circuler. De par sa proximité avec les composants, cette structure peut permettre ainsi de limiter l'échauffement d'un dispositif microélectronique disposé sur la face supérieure la du substrat 1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une ou plusieurs cavités fermées à partir d'un substrat comprenant des étapes consistant à : a) former sur une face donnée (1a) d'un substrat (1) un ou plusieurs blocs délimitant au moins une cavité (5a), la cavité ayant un rapport de forme h/dc entre sa hauteur h et sa plus petite dimension dc mesurée parallèlement à un plan principal du substrat, b) former par un dépôt une couche de fermeture (12 20, 120) sur le ou les blocs et au-dessus de la cavité, le rapport de forme h/dc de la cavité étant prévu de sorte qu'a l'étape b), la couche de fermeture ne remplisse pas cette cavité et qu'un espace vide dans la cavité soit conservé. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel entre l'étape a) et l'étape b), on réalise un dépôt conforme d'une couche conductrice (11) sur la face donnée (1a), la couche conductrice recouvrant les blocs ainsi que le fond et les parois de la cavité, le dépôt de la couche de fermeture étant ensuite effectué à l'étape b) par électrolyse sur cette couche conductrice (11). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel après formation de la couche conductrice (11) et préalablement à l'étape b), on forme au moins un élément de masque (13) sur la face donnée (1a) du substrat, sur laquelle une croissance électrolytique est empêchée. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'élément de masque (13) est retiré après l'étape b). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel après retrait de l'élément de masque (13) on effectue une gravure de la couche conductrice (11). 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche de fermeture (120) à l'étape b) est effectuée par dépôt physique non conforme en phase vapeur. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel après l'étape b), on effectue une gravure localisée de la couche de fermeture (120) en dehors de la cavité . 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel à l'étape a), le ou les blocs (4) sont formés par gravure de la face donnée (1a) du substrat (1) ou par apport de matière (3) sur la face donnée (1a) du substrat. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la face donnée est la face du substrat sur laquelle un ou plusieurs composants électroniques ou électro-mécaniques sont réalisés ou destinés à être réalisés. 10. Procédé de réalisation d'une structure d'échangeur thermique pour dispositif électronique et/ou microsystème comprenant la réalisation d'une ou plusieurs cavités fermées formées à l'aide d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.