Brevet FR3135858A1 — publié le 20231124

Transducteur CMUT et procédé de fabrication d’un transducteur CMUT La présente description concerne un procédé de fabrication d’un transducteur CMUT, comprenant les étapes suivantes : a) former une première couche d’oxyde de silicium (103) sur une face d’une première couche de silicium (101) définissant une première électrode du transducteur ; b) former une deuxième couche d’oxyde de silicium (111) sur une face d’une deuxième couche de silicium (113) ; c) après l’étape a), former, du côté de ladite face de la première couche de silicium (101), par oxydation localisée du silicium de la première couche de silicium (101), des murs d’oxyde de silicium (107) ; et d) après les étapes b) et c), reporter et fixer l’ensemble comprenant la deuxième couche de silicium (113) et la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) sur l’ensemble comprenant la première couche de silicium (101), la première couche d’oxyde de silicium (103) et les murs d’oxyde de silicium (107). Figure pour l'abrégé : Fig. 1I Transducteur CMUT et procédé de fabrication d’un transducteur CMUT La présente description concerne de façon générale le domaine des transducteurs ultrasonores, et, plus particulièrement, celui des transducteurs ultrasonores capacitifs à membrane, aussi appelés transducteur CMUT (de l'anglais "Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer"). De façon classique, un transducteur CMUT comprend une membrane flexible suspendue au-dessus d'une cavité, une première électrode, appelée électrode inférieure, située du côté de la cavité opposé à la membrane, et une deuxième électrode, appelée électrode supérieure, située du côté de la cavité opposé à la première électrode et solidaire mécaniquement de la membrane flexible. En fonctionnement, une tension de polarisation continue (DC) est appliquée entre les électrodes. Lorsqu'une tension d'excitation alternative appropriée, superposée à la tension de polarisation DC, est appliquée entre les électrodes, la membrane flexible entre en vibration sous l'effet de la variation de la force électrostatique exercée entre les électrodes, entraînant l'émission d'une onde acoustique ultrasonore. A l'inverse, lorsque le transducteur reçoit une onde acoustique ultrasonore, la membrane flexible entre en vibration sous l'effet de la variation de pression mécanique, conduisant à l'apparition, entre les électrodes inférieure et supérieure du transducteur, d'une tension alternative superposée à la tension de polarisation continue, du fait de la variation de capacité entre les électrodes. Un transducteur CMUT est classiquement couplé à un circuit électronique de contrôle configuré pour, lors d'une phase d'émission, appliquer entre les électrodes du transducteur une tension alternative d'excitation superposée à une tension de polarisation continue, de façon à provoquer l'émission d'une onde acoustique ultrasonore par le transducteur, et, lors d'une phase de réception, appliquer entre les électrodes du transducteur une tension de polarisation continue et lire entre lesdites électrodes une tension alternative générée sous l'effet d'une onde acoustique ultrasonore reçue. La fréquence d'émission d'un transducteur CMUT est généralement liée à sa fréquence de résonance, qui dépend de divers paramètres et en particulier des caractéristiques géométriques et mécaniques de la membrane et de la cavité, ainsi que de l’environnement extérieur. Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un transducteur CMUT et d'un procédé de fabrication d'un tel transducteur, palliant tout ou partie des inconvénients des transducteurs CMUT et procédés de fabrication de transducteurs CMUT connus. Un mode de réalisation prévoit Procédé de fabrication d’un transducteur CMUT, comprenant les étapes suivantes : a) former une première couche d’oxyde de silicium sur une face d’une première couche de silicium définissant une première électrode du transducteur ; b) former une deuxième couche d’oxyde de silicium sur une face d’une deuxième couche de silicium ; c) après l’étape a), former, du côté de ladite face de la première couche de silicium, par oxydation localisée du silicium de la première couche de silicium, des murs d’oxyde de silicium ayant une hauteur supérieure à l’épaisseur de la première couche d’oxyde de silicium, lesdits murs délimitant latéralement une cavité du transducteur ; et d) après les étapes b) et c), reporter et fixer l’ensemble comprenant la deuxième couche de silicium et la deuxième couche d’oxyde de silicium sur l’ensemble comprenant la première couche de silicium, la première couche d’oxyde de silicium et les murs d’oxyde de silicium, de façon à fermer la cavité du transducteur, ladite cavité s’étendant verticalement de la face de la première couche d’oxyde de silicium opposée à la première couche de silicium à la face de la deuxième couche d’oxyde de silicium opposée à la deuxième couche de silicium. Selon un mode de réalisation, à l’étape a), la première couche d’oxyde de silicium est formée par oxydation thermique en croissance sèche de ladite face de la première couche de silicium et, à l’étape b), la deuxième couche d’oxyde de silicium est formée par oxydation thermique en croissance sèche de ladite face de la deuxième couche de silicium. Selon un mode de réalisation, l’étape c) comprend une étape de dépôt d’une couche de nitrure de silicium sur la face de la première couche d’oxyde de silicium opposée à la première couche de silicium, suivie d’une étape de gravure localisée de la couche de nitrure de silicium et de la première couche d’oxyde de silicium aux emplacements souhaités des murs d’oxyde de silicium, suivie d’une étape d’oxydation thermique pour former les murs d’oxyde de silicium, suivie d’une étape de retrait de la couche de nitrure de silicium. Selon un mode de réalisation, le retrait de la couche de nitrure de silicium est réalisé par gravure humide. Selon un mode de réalisation, à l’étape d), l’ensemble comprenant la deuxième couche de silicium et la deuxième couche d’oxyde de silicium est fixé sur l’ensemble comprenant la première couche de silicium, la première couche d’oxyde de silicium et les murs d’oxyde de silicium par collage direct. Selon un mode de réalisation, le collage direct mis en œuvre à l’étape d) comprend un recuit à une température comprise entre 700 et 1100°C. Selon un mode de réalisation, le collage direct mis en œuvre à l’étape d) est un collage de la face de la deuxième couche d’oxyde de silicium opposée à la deuxième couche de silicium sur la face des murs d’oxyde de silicium opposée à la première couche d’oxyde de silicium. Selon un mode de réalisation, la première couche de silicium est un substrat fixe et la deuxième couche de silicium est une membrane flexible du transducteur. Selon un mode de réalisation, l’épaisseur de la première couche d’oxyde de silicium est sensiblement égale à l’épaisseur de la deuxième couche d’oxyde de silicium. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre des étapes formation, sur la face de la première couche de silicium opposée à la première couche d’oxyde de silicium, de métallisations de contact du transducteur, et une étape de connexion desdites métallisations de contact à un circuit intégré de contrôle du transducteur. Selon un mode de réalisation, la première couche de silicium est dopée. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de formation, sur une face de la deuxième couche de silicium opposée à la deuxième couche d’oxyde de silicium, une couche métallique définissant une deuxième électrode du transducteur. Un autre mode de réalisation prévoit un transducteur CMUT comprenant : - une première couche de silicium définissant une première électrode du transducteur ; - une première couche d’oxyde de silicium disposée sur et en contact avec la face supérieure de la première couche de silicium ; - des murs localisés d’oxyde de silicium s’étendant verticalement plus haut que la face supérieure de la première couche d’oxyde de silicium et pénétrant partiellement dans la première couche de silicium, lesdits murs délimitant latéralement une cavité du transducteur ; - une deuxième couche d’oxyde de silicium fermant la cavité par sa face supérieure, la cavité s’étendant verticalement de la face supérieure de la première couche d’oxyde de silicium à la face inférieure de la deuxième couche d’oxyde de silicium ; et - une deuxième couche de silicium disposée sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche d’oxyde de silicium. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la , la , la , la , la , la , la , la et la sont des vues en coupe illustrant des étapes successives d’un exemple d’un procédé de fabrication de transducteurs CMUT selon un mode de réalisation ; la , la , la , la et la sont des vues en coupe illustrant des étapes successives d’un autre exemple d’un procédé de fabrications de transducteurs CMUT selon un mode de réalisation ; la est une vue en coupe illustrant une variante de réalisation du dispositif de la ; et la est une vue en coupe illustrant une autre variante de réalisation du dispositif de la . Procédé de fabrication d’un transducteur CMUT, comprenant les étapes suivantes : a) former une première couche d’oxyde de silicium (103) sur une face d’une première couche de silicium (101) définissant une première électrode du transducteur ; b) former une deuxième couche d’oxyde de silicium (111) sur une face d’une deuxième couche de silicium (113) ; c) après l’étape a), former, du côté de ladite face de la première couche de silicium (101), par oxydation localisée du silicium de la première couche de silicium (101), des murs d’oxyde de silicium (107) ayant une hauteur supérieure à l’épaisseur de la première couche d’oxyde de silicium (103), lesdits murs (107) délimitant latéralement une cavité (109) du transducteur ; et d) après les étapes b) et c), reporter et fixer l’ensemble comprenant la deuxième couche de silicium (113) et la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) sur l’ensemble comprenant la première couche de silicium (101), la première couche d’oxyde de silicium (103) et les murs d’oxyde de silicium (107), de façon à fermer la cavité (109) du transducteur, ladite cavité (109) s’étendant verticalement de la face de la première couche d’oxyde de silicium (103) opposée à la première couche de silicium (101) à la face de la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) opposée à la deuxième couche de silicium (113). Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l’étape a), la première couche d’oxyde de silicium (103) est formée par oxydation thermique en croissance sèche de ladite face de la première couche de silicium (101) et, à l’étape b), la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) est formée par oxydation thermique en croissance sèche de ladite face de la deuxième couche de silicium (113). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape c) comprend une étape de dépôt d’une couche de nitrure de silicium (105) sur la face de la première couche d’oxyde de silicium (103) opposée à la première couche de silicium (101), suivie d’une étape de gravure localisée de la couche de nitrure de silicium (105) et de la première couche d’oxyde de silicium (103) aux emplacements souhaités des murs (107) d’oxyde de silicium, suivie d’une étape d’oxydation thermique pour former les murs (107) d’oxyde de silicium, suivie d’une étape de retrait de la couche de nitrure de silicium (105). Procédé selon la revendication 3, dans lequel le retrait de la couche de nitrure de silicium (105) est réalisé par gravure humide. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, à l’étape d), l’ensemble comprenant la deuxième couche de silicium (113) et la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) est fixé sur l’ensemble comprenant la première couche de silicium (101), la première couche d’oxyde de silicium (103) et les murs d’oxyde de silicium (107) par collage direct. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le collage direct mis en œuvre à l’étape d) comprend un recuit à une température comprise entre 700 et 1100°C. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le collage direct mis en œuvre à l’étape d) est un collage de la face de la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) opposée à la deuxième couche de silicium (113) sur la face des murs d’oxyde de silicium (107) opposée à la première couche d’oxyde de silicium (101). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la première couche de silicium (101) est un substrat fixe et la deuxième couche de silicium (113) est une membrane flexible du transducteur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’épaisseur de la première couche d’oxyde de silicium (103) est sensiblement égale à l’épaisseur de la deuxième couche d’oxyde de silicium (111). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre des étapes formation, sur la face de la première couche de silicium (101) opposée à la première couche d’oxyde de silicium (103), de métallisations de contact (125a, 125b) du transducteur, et une étape de connexion desdites métallisations de contact à un circuit intégré de contrôle (150 ; 250) du transducteur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la première couche de silicium (101) est dopée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une étape de formation, sur une face de la deuxième couche de silicium (113) opposée à la deuxième couche d’oxyde de silicium (111), une couche métallique (129) définissant une deuxième électrode du transducteur. Transducteur CMUT comprenant : - une première couche de silicium (101) définissant une première électrode du transducteur ; - une première couche d’oxyde de silicium (101) disposée sur et en contact avec la face supérieure de la première couche de silicium (101) ; - des murs localisés d’oxyde de silicium (107) s’étendant verticalement plus haut que la face supérieure de la première couche d’oxyde de silicium (103) et pénétrant partiellement dans la première couche de silicium, lesdits murs (107) délimitant latéralement une cavité (109) du transducteur ; - une deuxième couche d’oxyde de silicium (111) fermant la cavité par sa face supérieure, la cavité s’étendant verticalement de la face supérieure de la première couche d’oxyde de silicium (103) à la face inférieure de la deuxième couche d’oxyde de silicium (111) ; et - une deuxième couche de silicium (113) disposée sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche d’oxyde de silicium (111).