Brevet FR3135078A1 — publié le 20231103

Procédé de fabrication d'un dispositif MEMS La présente description concerne un procédé de fabrication d'un dispositif micro-électromécanique comportant les étapes successives suivantes : - prévoir une structure SOI comportant une première couche semiconductrice (17) sur une couche isolante (15) ; - former une deuxième couche semiconductrice (17’) par épitaxie sur et en contact avec la face supérieure de la première couche semiconductrice (17) ; - reporter et fixer, par collage moléculaire, une troisième couche semiconductrice (25) sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice (17’) ; et - former des tranchées s’étendant verticalement depuis la face supérieure de la troisième couche semiconductrice (25) jusqu’à la face supérieure de la couche isolante (15), lesdites tranchées délimitant latéralement un élément mécanique du dispositif. Figure pour l'abrégé : Fig. 6 Procédé de fabrication d'un dispositif MEMS La présente description concerne de façon générale les dispositifs électromécaniques et notamment les dispositifs basés sur des microsystèmes électromécaniques ou MEMS (de l'anglais "Micro Electro Mechanical Systems"). Elle s’applique tout particulièrement à des dispositifs basés sur des micro- et nano-systèmes électromécaniques ou M&NEMS (de l'anglais "Micro and Nano-ElectroMechanical Systems"). Un dispositif MEMS comprend typiquement au moins un élément mécanique, par exemple une masse sismique, présentant des dimensions micrométriques. Cet élément peut prendre diverses formes selon la fonction recherchée du dispositif. Les dispositifs MEMS peuvent par exemple être utilisés pour mettre en oeuvre des fonctions de mesure de diverses natures, par exemple des mesures de déplacement ou de pression. Des dispositifs MEMS sont par exemple utilisés dans des capteurs de type accéléromètre, gyromètre, des capteurs de pressions, etc. Il serait souhaitable d’améliorer au moins en partie certains inconvénients des dispositifs MEMS connus et de leurs procédés de fabrication. Pour cela, un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif micro-électromécanique comportant les étapes successives suivantes : - prévoir une structure SOI comportant une première couche semiconductrice sur une couche isolante ; - former une deuxième couche semiconductrice par épitaxie sur et en contact avec la face supérieure de la première couche semiconductrice ; - reporter et fixer, par collage moléculaire, une troisième couche semiconductrice sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice ; et - former des tranchées s’étendant verticalement depuis la face supérieure de la troisième couche semiconductrice jusqu’à la face supérieure de la couche isolante, lesdites tranchées délimitant latéralement un élément mécanique(29) du dispositif. Selon un mode de réalisation, les première, deuxième et troisième couches semiconductrices sont en silicium. Selon un mode de réalisation, l'étape de formation des tranchées est suivie par une étape de libération, dans laquelle la couche isolante est retirée sous l'élément mécanique. Selon un mode de réalisation, l'étape de report de la troisième couche semiconductrice sur la deuxième couche semiconductrice est précédée d'une étape de nettoyage par traitement plasma de la face inférieure de la troisième couche semiconductrice et/ou de la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice. Selon un mode de réalisation, l'élément mécanique a une épaisseur comprise entre 10 µm et 300 µm, par exemple entre 20 µm et 100 µm, par exemple entre 30 µm et 80 µm, par exemple entre 40 µm et 60 µm. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, avant l’étape de formation de la deuxième couche semiconductrice, une étape de gravure localisée de la première couche semiconductrice de façon à définir dans ladite première couche semiconductrice des éléments de transduction électromécanique de dimensions microniques ou submicroniques. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend après ladite étape de gravure localisée et avant l’étape de formation de la deuxième couche semiconductrice, une étape de formation d’éléments de protection en un matériau isolant localisés en vis à vis desdits éléments de transduction électromécanique de dimensions microniques ou submicroniques. Selon un mode de réalisation, les éléments de protection sont retirés avec la couche isolante lors de l’étape de libération. Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif micro-électromécanique comportant un élément mécanique comprenant, dans son épaisseur, une première couche semiconductrice, une deuxième couche semiconductrice formée par épitaxie sur et en contact avec la face supérieure de la première couche semiconductrice, et une troisième couche semiconductrice fixée, par collage moléculaire, sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice. Selon un mode de réalisation, l'élément mécanique a une épaisseur comprise entre 10 µm et 300 µm, par exemple entre 20 µm et 100 µm, par exemple entre 30 µm et 80 µm, par exemple entre 40 µm et 60 µm. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre des éléments de transduction électromécanique de dimensions microniques ou submicroniques formés dans la première couche semiconductrice. Ces caractéristiques et leurs 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 et la sont des vues en coupe illustrant de façon partielle et schématique des étapes successives d’un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif MEMS selon un mode de réalisation. Procédé de fabrication d'un dispositif micro-électromécanique comportant les étapes successives suivantes : - prévoir une structure SOI comportant une première couche semiconductrice (17) sur une couche isolante (15) ; - former une deuxième couche semiconductrice (17’) par épitaxie sur et en contact avec la face supérieure de la première couche semiconductrice (17) ; - reporter et fixer, par collage moléculaire, une troisième couche semiconductrice (25) sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice (17’) ; et - former des tranchées s’étendant verticalement depuis la face supérieure de la troisième couche semiconductrice (25) jusqu’à la face supérieure de la couche isolante (15), lesdites tranchées délimitant latéralement un élément mécanique(29) du dispositif. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les première (17), deuxième (17') et troisième (25) couches semiconductrices sont en silicium. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape de formation des tranchées est suivie par une étape de libération, dans laquelle la couche isolante (15) est retirée sous l'élément mécanique (29). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de report de la troisième couche semiconductrice (25) sur la deuxième couche semiconductrice (17') est précédée d'une étape de nettoyage par traitement plasma de la face inférieure de la troisième couche semiconductrice (25) et/ou de la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice (17'). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément mécanique a une épaisseur (e3) comprise entre 10 µm et 300 µm, par exemple entre 20 µm et 100 µm, par exemple entre 30 µm et 80 µm, par exemple entre 40 µm et 60 µm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre, avant l’étape de formation de la deuxième couche semiconductrice (17’), une étape de gravure localisée de la première couche semiconductrice (17) de façon à définir dans ladite première couche semiconductrice (17) des éléments de transduction électromécanique (20) de dimensions microniques ou submicroniques. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre, après ladite étape de gravure localisée et avant l’étape de formation de la deuxième couche semiconductrice (17’), une étape de formation d’éléments de protection (21p) en un matériau isolant localisés en vis à vis desdits éléments de transduction électromécanique (20) de dimensions microniques ou submicroniques. Procédé selon la revendication 7 dans son rattachement à la revendication 3, dans lequel les éléments de protection (21p) sont retirés avec la couche isolante (15) lors de l’étape de libération. Dispositif micro-électromécanique comportant un élément mécanique (29) comprenant, dans son épaisseur, une première couche semiconductrice (17), une deuxième couche semiconductrice (17’) formée par épitaxie sur et en contact avec la face supérieure de la première couche semiconductrice (17), et une troisième couche semiconductrice (25) fixée, par collage moléculaire, sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche semiconductrice (17’). Dispositif selon la revendication 9, dans lequel l'élément mécanique (29) a une épaisseur (e3) comprise entre 10 µm et 300 µm, par exemple entre 20 µm et 100 µm, par exemple entre 30 µm et 80 µm, par exemple entre 40 µm et 60 µm. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, comprenant en outre des éléments de transduction électromécanique (20) de dimensions microniques ou submicroniques formés dans la première couche semiconductrice (17).