Source: https://patents.google.com/patent/EP0605302B1/en
Timestamp: 2018-04-21 06:17:52+00:00
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EP0605302B1 - Procedure for fabricating a pressure transducer using the silicon on isolation technique and transducer thus obtained - Google Patents
Procedure for fabricating a pressure transducer using the silicon on isolation technique and transducer thus obtained
EP0605302B1
EP0605302B1 EP19930403156 EP93403156A EP0605302B1 EP 0605302 B1 EP0605302 B1 EP 0605302B1 EP 19930403156 EP19930403156 EP 19930403156 EP 93403156 A EP93403156 A EP 93403156A EP 0605302 B1 EP0605302 B1 EP 0605302B1
EP19930403156
EP0605302A2 (en )
EP0605302A3 (en )
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un capteur de pression, utilisant la technologie silicium sur isolant ainsi que le capteur obtenu. The present invention relates to a method of fabricating a pressure sensor using silicon on insulator technology so that the resulting sensor.
Ce capteur est utilisable dans tous les domaines où l'on souhaite mesurer une pression et notamment dans les domaines industriels tels que les domaines spatial et aéronautique, dans le domaine de la recherche et aussi pour des applications grand public comme l'automobile. This sensor is used in all areas where we want to measure pressure, particularly in the industrial fields such as space and aeronautics, in the field of research and also for consumer applications such as automotive.
De nombreuses techniques ont été proposées pour réaliser des capteurs de pression ou des structures mécaniques pour capteurs en silicium micro-usiné, utilisant les technologies de la microélectronique. Many techniques have been proposed to make pressure sensors or mechanical structures for micromachined silicon sensors, using technologies of microelectronics.
L'avantage principal du silicium est évidemment le traitement collectif des structures et leurs miniaturisations, donc un prix de revient relativement bas, mais aussi la fiabilité mécanique du matériau monocristallin utilisé qui ne présente ni fluage, ni hystérésis, ni dérive dans le temps. The main advantage of silicon is clearly the collective treatment of the structures and their miniaturization, so a price relatively low cost, but also the mechanical reliability of used single crystal material which exhibits no creep or hysteresis or drift over time.
Cependant, pour une utilisation encore plus large de ces capteurs, il est nécessaire de réduire encore le coût unitaire de la puce en diminuant sa surface, tout en conservant des qualités métrologiques acceptables. However, for a more widespread use of these sensors, it is necessary to further reduce the unit cost of the chip by decreasing its surface while maintaining acceptable metrological qualities.
Les technologies classiques pour la fabrication de capteurs de pression utilisent l'usinage chimique anisotrope en volume de silicium, c'est-à-dire que toute l'épaisseur du substrat est gravée pour libérer une structure monocristalline sensible. Conventional technologies for the manufacture of pressure transducers utilize anisotropic chemical machining silicon volume, that is to say that the entire thickness of the substrate is etched to release a substantial monocrystalline structure.
Les inconvénients majeurs que l'on peut citer pour cette technique en volume sont : l'utilisation d'une technique double face (machines spécifiques peu nombreuses et chères et substrats polis sur deux faces) ; The major drawbacks that can be cited for this technique by volume are using a double-sided technical (specific machines scarce and expensive and polished substrates on both sides); une forme du capteur liée à l'orientation cristalline du substrat et donc une limitation de ces formes ; a shape of the sensor related to the crystal orientation of the substrate and therefore a limitation of these; une miniaturisation du capteur limitée par l'épaisseur du substrat (structure en trois dimensions dont une dimension est fixée), et la nécessité de réaliser un scellement du capteur sur un ou plusieurs substrats nécessitant l'emploi de cavités de référence et de support de structure compliquant quelque peu la fabrication de ces capteurs. miniaturization of the sensor limited by the thickness of the substrate (three-dimensional structure of which a dimension is fixed), and the need to achieve a seal of the sensor on one or more substrates require the use of reference cavities and structural support somewhat complicating the manufacture of these sensors.
Cette technique en volume est notamment décrite dans la référence 1 - Transducers' 91 Digest of Technical papers, San Francisco, "Stability and common mode sensitivity of piezoresistive silicon pressure sensors made by different mounting methods" de R. Holm et al, p. This technical volume is particularly described in the reference 1 - Transducers' 91 Digest of Technical Papers, San Francisco, "Stability and common method of sensitivity piezoresistive silicon pressure sensors made by different mounting methods" of R. Holm et al, p. 978-981. 978-981.
D'une manière générale, le principe de base mis en jeu dans un capteur de pression en silicium est la mesure de la déformation d'une membrane déformable en silicium liée mécaniquement à un support, sous l'action d'une variation de pression. In general, the basic principle involved in a silicon pressure sensor is measuring the deformation of a deformable silicon membrane mechanically connected to a support, under the action of a pressure change.
Pour réaliser les capteurs de pression selon une technique en volume, il est nécessaire d'avoir une couche sélective lors de la gravure du substrat permettant d'obtenir un arrêt de l'attaque à une profondeur bien contrôlée. To achieve the pressure sensors according to a technique by volume, it is necessary to have a selective layer during etching of the substrate for obtaining a stoppage of the attack to a well controlled depth. En outre, pour des raisons de résistance mécanique et aussi de caractéristique électrique, il est très important que la structure dégagée soit en silicium monocristallin. In addition, for reasons of mechanical strength and also electrical characteristic, it is very important that the released structure is monocrystalline silicon.
Les techniques d'arrêt de gravure utilisées sont soit la gravure d'un substrat massif de silicium par la face arrière avec arrêt sur une couche épitaxiée de silicium fortement dopé au bore (voir la référence 2 - J. Electrochem. Soc., vol. 137, n°11, novembre 1990, "Anisotropic etching of crystalline silicon in alkaline solutions : II. Influence of dopants" de H. Seidel et al., p. 3626-3632 -), soit une gravure électrochimique du substrat en silicium avec arrêt de l'attaque sur une couche de silicium épitaxiée formant une jonction P/N avec le substrat (voir la référence 3 - IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 36, n°4, avril 1989, "Study of electrochemical etch-stop for high-precision thickness control of silicon membranes" de B. Kloeck et al., p.663-669 -). Technical etch stop used are either burning a solid silicon substrate from the back side with a stop on a silicon epitaxial layer highly doped with boron (see footnote 2 - J. Electrochem Soc., Vol.. 137, No. 11, November 1990 "Anisotropic etching of crystalline silicon in alkaline solutions: II Influence of dopants." H. Seidel et al, pp 3626-3632 -), an electrochemical etching of the silicon substrate with.. stopping the attack on a silicon epitaxial layer forming a P / N junction with the substrate (see reference 3 - IEEE Transactions on Electron Devices, vol 36, No. 4, April 1989, "Study of electrochemical etch-stop. for high-precision thickness control of silicon membranes "Kloeck B. et al, p.663-669 -.).
Ces deux techniques d'arrêt de gravure présentent les inconvénients mentionnés ci-dessus. Both etch stop techniques have the disadvantages mentioned above. En effet, elles utilisent une gravure anisotrope du substrat, limitant les formes des éléments sensibles du fait de l'orientation cristalline du substrat, ainsi qu'une attaque par face arrière nécessitant l'emploi de substrats spéciaux et l'utilisation d'une technique d'alignement double face. In effect, they use an anisotropic etching of the substrate, limiting the shapes of sensitive elements due to the crystal orientation of the substrate and a rear face attack by requiring the use of special substrates and the use of a technical alignment on both sides.
Par ailleurs, ces techniques d'arrêt nécessitent l'emploi de masques de gravure très sélectifs et, compte tenu des plans d'attaque inclinés (54,7° pour le silicium d'orientation 100) et de l'épaisseur du silicium à graver, les formes réalisées sur la face arrière sont très supérieures aux formes utiles finales du composant. Moreover, these techniques require stopping the use of very selective etching masks and, given the Attack ramps (54.7 ° for the orientation silicon 100) and the thickness of the silicon etching the forms carried on the back are much higher than the final component forms useful.
L'emploi de ces masques de gravure très sélectifs est en particulier lié à l'épaisseur importante de substrat en silicium à graver. The use of such highly selective etching masks is particularly related to the large thickness of the silicon substrate to be etched.
Lorsque l'élément sensible est terminé, il est ensuite nécessaire de le sceller sur un ou plusieurs supports épais et rigides pour obtenir un capteur. When the sensing element is completed, it is then necessary to seal the one or more thick and rigid substrates to obtain a sensor. Ce ou ces supports sont en général de nature différente de celle du substrat (par exemple en verre), ce qui conduit à des contraintes différentielles préjudiciables aux performances du capteur et à une étape délicate supplémentaire à réaliser. This or these supports are generally different from that of the substrate type (e.g. glass), which leads to differential stresses which affect the sensor performance and an additional step delicate to achieve.
Une autre voie de fabrication des capteurs de pression consiste à utiliser une technique d'usinage de surface à l'aide d'une couche sacrificielle et d'une couche déposée de silicium polycristallin, réalisant la structure mécanique désirée. Another way to manufacture pressure sensors is to use a surface machining technique using a sacrificial layer and a deposited polysilicon layer, realizing the desired mechanical structure. Cette voie est décrite dans la référence 4 - Transducer's 87, Tokyo, Juin 1987, "Fine grained polysilicon and its application to planar pressure transducers" de H. Guckel et al., p. This route is described in reference 4 - Transducer's 87, Tokyo, in June 1987, "Fine grained polysilicon and Its Application to planar pressure transducers" Guckel H. et al., P. 277-282. 277-282. On peut se reporter également au document "Surface micromachined micro-diaphragm pressure" de S. Sugiyama et al., page 190, Transducers 91 - Digest of technical papers, 24 juin 1991. One may also refer to the document "Surface micromachined micro-diaphragm pressure" S. Sugiyama et al, page 190, Transducers 91 -. Digest of technical papers, 24 June 1991.
Cette technique permet de réaliser des capteurs de pression en technologie simple face grâce à l'utilisation de la couche sacrificielle. This technique allows for simple technology pressure sensors face through the use of the sacrificial layer. Cet usinage de surface a le grand avantage d'associer une technique simple à des structures de très petites dimensions. This surface machining has the advantage of associating a simple technique to structures with very small dimensions.
Malheureusement, cette technique de surface présente des inconvénients. Unfortunately, this surface technique has drawbacks. En particulier, les qualités mécaniques du matériau constitutif de la membrane (silicium polycristallin ou nitrure de silicium) sont médiocres et des contraintes thermiques différentielles importantes sont induites du fait de l'utilisation de matériaux différents pour la membrane et le substrat ; In particular, the mechanical properties of the constituent material of the diaphragm (polycrystalline silicon or silicon nitride) are poor and significant differential thermal stresses are induced due to the use of different materials for the membrane and the substrate; il s'ensuit des capteurs de pression de qualités métrologiques limitées, voire insuffisantes. it follows pressure sensors metrological limited or insufficient.
De plus, en raison de leur nature, ces dépôts ont une épaisseur limitée à quelques micromètres (inférieure à 2µm en général), ce qui réduit les possibilités de forme et de dimension et interdit pratiquement l'utilisation d'une détection piézorésistive de la pression. In addition, due to their nature, these deposits have a thickness limited to a few micrometers (less than 2 .mu.m in general), which reduces the possibilities of shape and size and practically prohibits the use of a piezoresistive pressure sensor .
Pour remédier à ces différents inconvénients, l'invention propose un nouveau procédé de fabrication d'un capteur de pression, utilisant la technologie silicium sur isolant, associée à un micro-usinage de surface. To remedy these drawbacks, the invention proposes a new method of fabricating a pressure sensor using silicon on insulator technology, associated with a surface micromachining.
La technologie silicium/isolant est connue sous l'abréviation SOI. Silicon technology / insulator is known as the SOI abbreviation. L'une des techniques connues fait appel à la recristallisation par laser d'une couche de silicium amorphe ou polycristallin, déposée sur une couche d'oxyde de silicium obtenue par oxydation thermique d'un substrat de silicium monocristallin. One of the known techniques involves the laser recrystallization of a layer of amorphous or polycrystalline silicon, deposited on a silicon oxide layer obtained by thermal oxidation of a monocrystalline silicon substrate. Une seconde technique connue sous l'abréviation SDB consiste à réaliser le scellement de deux substrats en silicium dont un au moins possède sur la surface de scellement une couche de SiO 2 obtenue par exemple par oxydation thermique et à amincir ensuite un des deux substrats jusqu'à une épaisseur désirée (voir Technical Digest MNE'90, 2nd Workshop, Berlin, novembre 90, p. 81- 86 de C. Harendt et al., "Wafer bonding and its application silicon-on-insulator fabrication". A second technique known as the SDB abbreviation is to achieve the sealing of two silicon substrates which at least one has on the sealing surface a layer of SiO 2 obtained for example by thermal oxidation and then thinning one of the two substrates until to a desired thickness (see Technical Digest MNE'90, 2nd Workshop, Berlin, November 90, pp. 81- 86 Harendt C. et al., "Wafer bonding and Its Application silicon-on-insulator manufacturing."
Une troisième technique connue est basée sur l'implantation d'ions oxygène ou d'azote à forte dose dans du silicium monocristallin massif qui, après recuit du substrat à haute température, conduit à la formation d'une couche isolante enterrée d'oxyde de silicium ou de nitrure de silicium supportant un film de silicium monocristallin. A third known technique is based on the implantation of oxygen ions or nitrogen at high dose in solid monocrystalline silicon, which after annealing at high temperature substrate, leads to the formation of a buried insulating layer of oxide silicon or silicon nitride supporting a monocrystalline silicon film. La technologie à implantation d'ions oxygène est connue sous la terminologie SIMOX. The oxygen ion implantation technology is known as the SIMOX terminology.
L'invention retient en particulier cette troisième technique. In particular the invention retains the third technique.
Le document WO91/19177 décrit par ailleurs un capteur comportant une membrane déformable et pouvant fonctionner par effet capacitif ou par effet piézorésistif. WO91 / 19177 also describes a sensor comprising a deformable diaphragm and operable by capacitive effect or piezoresistive effect. Des électrodes sont à cet effet formées sur le substrat avant la réalisation des couches de silicium et d'isolant, sous la forme d'une jonction p/n. Electrodes are for this purpose formed on the substrate before forming silicon layers and insulation in the form of a p / n junction. Un tel procédé n'est cependant pas compatible avec la technologie SIMOX retenue par la présente invention. Such a method is however not compatible with the SIMOX technology adopted by the present invention. La technologie SIMOX nécessite de porter le dispositif à une température élevée, voisine de 1350°C pendant environ 6 heures pour former la couche isolante et pour restaurer la qualité cristalline dégradée lors de l'implantation. The SIMOX technology requires carrying the device at an elevated temperature, close to 1350 ° C for about 6 hours to form the insulating layer and to restore the degraded crystalline quality during implantation. Dans ces conditions, toute réalisation antérieure par dopage, comme la formation d'une électrode isolée, à l'aide d'une jonction p/n est détruite ou altérée par diffusion des espèces. Under these conditions, any previous embodiment by doping, such as the formation of an insulated electrode, using a p / n junction is destroyed or altered by diffusion of species.
Le procédé de l'invention permet l'obtention de structures mécaniques en silicium monocristallin et donc de bonnes qualités métrologiques, de dimensions très petites et donc de densité élevée, abaissant ainsi le coût de fabrication. The method of the invention allows the production of monocrystalline silicon mechanical structures and therefore good metrological, very small and therefore high density dimensions, thereby lowering the manufacturing cost. Ce procédé permet de plus de réaliser des capteurs de pression qui peuvent être auto-testables pour le calibrage avec une détection capacitive. This method enables more to produce pressure sensors can be self-testable for calibration with a capacitive sensor.
Par ailleurs, le procédé de l'invention permet la fabrication monolithique et collective de micro-capteurs, avec toute liberté sur la forme de la structure, en utilisant une technologie simple face et des substrats de silicium standards, polis sur une face et d'épaisseur standard présentant un encombrement très faible. Furthermore, the method of the invention allows the monolithic and collective fabrication of micro-sensors, with complete freedom as to the shape of the structure, using a single face technology and standard silicon substrates, polished on one side and standard thickness having a very small footprint.
En outre, ce procédé permet de supprimer l'étape critique de scellement du capteur sur un support de nature différente ainsi qu'une intégration des circuits intégrés de détection des déformations de la membrane. In addition, this method eliminates the critical step of sealing the sensor to a different kind of media as well as integration of integrated circuits for detecting the deformations of the membrane. En particulier, cette technologie est compatible avec la technologie CMOS. In particular, this technology is compatible with CMOS technology.
Enfin, le procédé de l'invention permet d'obtenir des capteurs à très bas prix de revient. Finally, the method of the invention provides sensors at very low cost.
De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un capteur de pression intégré, comportant au moins une membrane déformable solidaire d'un substrat et des moyens de mesure des déformations de cette membrane, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : More specifically, the invention relates to a method of manufacturing an integrated pressure sensor, comprising at least one deformable diaphragm integral with a substrate and means for measuring the deformations of this membrane, characterized in that it comprises the following steps:
a) - implantation d'ions oxygène dans un substrat en silicium monocristallin et recuit du substrat pour former un film de silicium monocristallin sur le substrat et séparé de ce dernier, au moins localement, par une couche isolante ; a) - implanting oxygen ions in a monocrystalline silicon substrate and annealing the substrate to form a monocrystalline silicon film on the substrate and separated from the latter, at least locally, by an insulating layer;
b) - réalisation d'une ouverture dans le film de silicium jusqu'à la couche isolante ; b) - making an opening in the silicon film down to the insulating layer;
c) - élimination partielle de la couche isolante via ladite ouverture pour former la membrane dans le film de silicium ; c) - partially removing the insulating layer via said opening to form the diaphragm in the silicon film;
d) - reboucher ladite ouverture, d) - reseal said opening,
ledit procédé comportant en outre une étape de fabrication d'au moins une électrode enterrée dans le substrat de silicium, en regard de la membrane déformable, cette étape ayant lieu après le recuit du substrat. said method further comprising a step of producing at least one buried electrode in the silicon substrate facing the deformable diaphragm, this step occurring after the annealing of the substrate.
Les moyens de détection des déplacements de la membrane peuvent être intégrés ou non à la structure sensible. The membrane displacement detection means can be integrated or not with the sensitive structure. Lorsque ces moyens sont intégrés, ils sont réalisés en surface du film de silicium. When these means are integrated, they are made on the surface of the silicon film. Dans ce cas, le film de silicium est avantageusement conducteur et une étape supplémentaire de fabrication de contacts électriques sur ce film doit être prévue. In this case, the silicon film is advantageously conductor and a further step of manufacturing electrical contacts on the film must be provided.
Ces moyens de détection sont du type électrique ou électronique. These detection means are of the electric or electronic type. Ces moyens peuvent consister en des condensateurs à capacité variable, en des jauges de contrainte ou en des dispositifs inductifs. These means may consist of capacitors with variable capacity, strain gauges or inductive devices. Les signaux électriques fournis par ces différents moyens de détection sont proportionnels aux déformations de la membrane, elles-mêmes proportionnelles à la pression exercée sur le capteur. The electrical signals supplied by these detection means are proportional to the deformations of the membrane, which in turn proportional to the pressure exerted on the sensor.
La couche isolante est avantageusement attaquée d'une façon isotrope afin d'obtenir des formes parfaitement circulaires, définissant la forme finale de la structure, indépendamment de l'orientation cristalline du silicium du film et du substrat. The insulating layer is advantageously contested isotropically to obtain perfectly circular, defining the final shape of the structure, regardless of the crystal orientation of the silicon film and substrate.
De façon avantageuse, le procédé de l'invention comporte une étape supplémentaire de dépôt par épitaxie d'une couche de silicium monocristallin conducteur avant la réalisation de l'ouverture, en vue d'épaissir la membrane et d'assurer ainsi sa rigidité. Advantageously, the method of the invention comprises an additional step of depositing epitaxially a monocrystalline silicon layer conductor prior to completion of the opening, in order to thicken the membrane and thus to ensure its rigidity.
Le silicium épitaxié doit en outre être dopé afin d'assurer une conductivité électrique suffisante de la membrane et donc une bonne détection des éventuelles déformations de la membrane par les moyens de détection intégrés. Epitaxial silicon must also be doped in order to ensure a sufficient electrical conductivity of the membrane and therefore a good detection of possible deformation of the membrane by the integrated detection means.
Le procédé de l'invention s'applique particulièrement à la technique SIMOX citée précédemment. The process of the invention applies particularly to the SIMOX art cited above.
L'implantation d'ions peut avoir lieu en une ou plusieurs fois, chaque implantation étant suivie du recuit de la structure. The ion implantation may take place one or several times, each implantation being followed by annealing of the structure.
Le film de silicium et éventuellement le substrat lorsque ce dernier est à l'origine de la fabrication du film de surface peuvent présenter une conductivité P. Il est toutefois préférable d'utiliser une conductivité N. The silicon film and optionally the substrate when the latter is at the origin of the manufacture of the surface film can have a conductivity P. However, it is preferable to use an N conductivity
Le rebouchage de l'ouverture dans le film de silicium est effectué en déposant sur l'ensemble de la structure au moins une couche de matériau que l'on peut graver sélectivement par rapport au silicium et en gravant cette couche de façon à ne garder du matériau qu'à l'emplacement des ouvertures. The filler of the opening in the silicon film is performed by depositing on the complete structure at least one layer of material which can be selectively etched with respect to silicon and etching said layer so as to only keep the material at the location of the openings.
Le rebouchage de l'ouverture dans le film permet de former également à cet endroit un plot qui prend appui sur le substrat et qui forme une cale contribuant à la rigidité de la membrane. The filler opening in the film allows also form at this place a pad which is supported on the substrate and which forms a wedge contributing to the rigidity of the membrane.
Avantageusement, le rebouchage est effectué par un matériau isolant. Advantageously, the filler is performed by an insulating material. Celui-ci peut consister en de l'oxyde de silicium, du nitrure de silicium, de l'oxynitrure de silicium ou mieux en un empilement d'oxyde de silicium et de nitrure de silicium. The latter may consist of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride or better in a stack of silicon oxide and silicon nitride. Le matériau de rebouchage peut toutefois être conducteur. The filler material may however be conductive.
Le procédé de l'invention s'applique avantageusement à la fabrication d'un capteur de pression à moyens de mesure capacitifs. The process of the invention is advantageously applicable to the manufacture of a pressure sensor means of capacitive measurement. Dans ce cas, le procédé de l'invention comporte une étape supplémentaire de fabrication d'au moins une électrode enterrée dans le substrat en silicium, en regard de la membrane. In this case, the method of the invention comprises an additional step of producing at least one buried electrode in the silicon substrate facing the membrane.
La réalisation de l'électrode enterrée constitue un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention. The realization of the buried electrode represents a preferred embodiment of the invention. Il est toutefois possible d'utiliser le substrat conducteur comme première armature d'un condensateur, la seconde armature étant formée par le film de silicium conducteur. However, it is possible to use the conductive substrate as a first plate of a capacitor, the second plate being formed by the conductive silicon film.
Cette électrode enterrée peut être formée en implantant localement des ions dans le substrat, présentant une conductivité inverse de celle du substrat. The buried electrode may be formed by implanting ions locally in the substrate having a reverse conductivity to that of the substrate.
Ainsi, pour un substrat de type N on effectue une implantation d'ions de type P de façon à former une jonction P/N. Thus, for an N-type substrate is carried out such ion implantation of P so as to form a P / N junction.
Pour un capteur à moyens de mesure capacitifs, la couche isolante est formée avantageusement sur toute la surface du substrat. A sensor means for capacitive measurement, the insulating layer is preferably formed over the entire surface of the substrate.
Pour s'affranchir des dérives thermiques ou temporelles du capteur, il est possible d'utiliser une mesure différentielle capacitive en réalisant une structure de référence non sensible à la pression, similaire à la structure sensible du capteur. To overcome the thermal and time drifts of the sensor, it is possible to use a capacitive differential measurement by performing a non-sensitive reference structure to pressure, similar to the sensitive structure of the sensor. Cette structure de référence comporte donc une membrane rigide et est réalisée simultanément sur le substrat de silicium de la structure sensible. This reference structure thus comprises a rigid membrane is carried out simultaneously on the silicon substrate of the sensitive structure.
Dans ce cas, le procédé de l'invention comporte avantageusement les étapes suivantes : In this case, the method of the invention advantageously comprises the following steps:
réalisation du film de silicium conducteur séparé du substrat sur toute sa surface ; realization of the conductive silicon film separated from the substrate over its entire surface;
réalisation de plusieurs ouvertures dans le film de silicium jusqu'à la couche isolante ; realization of several openings in the silicon film down to the insulating layer;
élimination partielle de la couche isolante via au moins une desdites ouvertures ; partially removing the insulating layer via at least one of said openings;
rebouchage desdites ouvertures par des plots isolants ; Fillers said openings by insulating pads;
réalisation de contacts électriques sur le silicium conducteur. making electrical contacts on the conductive silicon.
Les plots assurent une rigidité importante de la membrane de la structure de référence qui perd ainsi toute sensibilité à la pression. The pads provide rigidity of the membrane of the reference structure which lost all sensitivity to pressure.
De façon avantageuse, on réalise dans le film une première ouverture jusqu'à la couche isolante, une élimination partielle de la couche isolante via la première ouverture et des secondes ouvertures dans le film de silicium. Advantageously, there is provided in the film a first opening down to the insulating layer, partial elimination of the insulating layer via the first opening and second openings in the silicon film.
De préférence, on réalise au moins une électrode de référence enterrée dans le substrat en silicium, en regard de la membrane rigide. Preferably there is provided at least one buried reference electrode in the silicon substrate facing the rigid diaphragm.
La souplesse sur les dimensions latérales de la membrane déformable et de la membrane rigide ainsi que sur leur épaisseur permet de réaliser une gamme de mesures très large de la pression. The flexibility of the lateral dimensions of the deformable membrane and the rigid membrane and their thickness allows a very wide range of pressure measurements.
Selon une variante de l'invention, une mesure capacitive différentielle peut avoir lieu également sans structure de référence non-sensible additionnelle. According to a variant of the invention, a differential capacitive measurement can also take place without additional non-sensitive reference structure. A cet effet, la structure sensible est équipée de deux types d'électrodes. For this purpose, the sensitive structure is equipped with two types of electrodes. D'une part une ou plusieurs électrodes dites "utiles" sont situées sur le substrat et en face de régions de déformation importante de la membrane, et d'autre part, une ou plusieurs électrodes dites de "référence" sont situées sur le substrat et en face de régions de déformation très faible de la membrane. On the one hand one or more electrodes so-called "useful" are located on the substrate and in front of large deformation of regions of the membrane, and secondly, one or more electrodes so-called "reference" are located on the substrate and opposite very small deformation of regions of the membrane. Les régions de forte déformation sont distantes de la périphérie de la membrane et du plot central. Areas of high deformation are spaced from the periphery of the membrane and the central pin. Les régions de faible déformation sont au contraire au voisinage de ces parties qui contribuent au raidissement de la membrane. Areas of low deformation on the contrary in the vicinity of those portions which contribute to stiffening of the membrane. Ainsi, l'inhomogénéité de la membrane est mise à profit pour créer deux types de capacités, désignées respectivement par capacité "utile" et de "référence". Thus, the inhomogeneity of the membrane is exploited to create two types of capacity, respectively designated "useful" capacity and "reference". Par mesure différentielle entre les capacités "utile" et de "référence" les effets parasites dus à la température ou à la fatigue mécanique de la membrane sont éliminés. By differential measurement between the capacity "useful" and "reference" parasitic effects due to temperature or mechanical fatigue of the membrane are removed.
L'invention s'applique aussi à la fabrication d'un capteur de pression à moyens de mesure piézorésistifs. The invention also applies to the manufacture of a pressure sensor means piezoresistive measurement. Dans ce cas, le procédé de l'invention comprend les étapes suivantes : dopage local de la membrane déformable par des ions de conductivité inverse de celle du film de silicium pour y former au moins une jauge de contrainte ; In this case, the method of the invention comprises the following steps: local doping of the deformable membrane by reverse conductivity ions than that of the silicon film to form at least one strain gauge; isolation électrique de la jauge et prise de contact électrique sur ladite jauge. electrical insulation of the gauge and electrical contact on said dipstick.
L'invention a aussi pour objet un capteur de pression intégré obtenu par le procédé décrit précédemment. The invention also relates to an integrated pressure sensor obtained by the method described above.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : Other features and advantages of the invention become apparent from the following description, given as an illustration and not limitation, in conjunction with the accompanying drawings, wherein:
la figure 1 représente schématiquement en vue de dessus la structure sensible d'un capteur de pression conforme à l'invention à détection capacitive, 1 shows schematically in top view the sensitive structure of a pressure sensor according to the invention for capacitive sensing,
la figure 2 est une vue en coupe selon la direction II-II de la figure 1, Figure 2 is a sectional view in direction II-II of Figure 1,
la figure 3 est une vue en coupe de la structure de référence du capteur de la figure 1, Figure 3 is a sectional view of the reference structure of the Figure 1 sensor,
la figure 4 est une vue en coupe et à échelle agrandie d'une variante de structure sensible selon l'invention, Figure 4 is a sectional and enlarged-scale view of a susceptible structure of variant according to the invention,
les figures 5 à 8, 9A, 9B, 10A et 10B illustrent schématiquement les différentes étapes de fabrication conformément à l'invention du capteur des figures 1 à 3 : les figures 9A et 10A concernent la structure sensible et les figures 9B et 10B concernent la structure de référence ; Figures 5 to 8, 9A, 9B, 10A and 10B schematically illustrate the various fabrication steps according to the invention the sensor of Figures 1 to 3: Figures 9A and 10A relate to the sensitive structure and Figures 9B and 10B relate to the reference structure;
la figure 11 représente schématiquement en coupe un capteur de pression conforme à l'invention à détection piézorésistive ; 11 shows schematically in section a pressure sensor according to the invention to piezoresistive detection;
les figures 12 à 17 illustrent schématiquement les différentes étapes de fabrication conformément à l'invention du capteur de la figure 11. Figures 12-17 illustrate schematically the various stages of manufacture according to the invention of the sensor of Figure 11.
La description qui suit sera faite en utilisant la technique SIMOX ainsi que l'emploi d'un substrat monocristallin de type N, mais comme on l'a vu précédemment, d'autres techniques de silicium/isolant ainsi que l'emploi d'un substrat de type P peuvent être envisagées. The following description will be made using the SIMOX technique as well as the use of a single crystal substrate of N type, but as we have seen above, other silicon technical / insulation and the use of a P-type substrate can be considered.
1°) - Capteur de pression à détection capacitive. 1 °) - pressure sensor with capacitive detection.
Le capteur représenté sur les figures 1 à 3 comprend une partie sensible de référence générale 2 et une partie de référence 4 réalisée sur le même substrat 6 en silicium monocristallin dopé N, pourvues respectivement d'une membrane déformable 8 et d'une membrane rigide 10 aussi en silicium monocristallin dopé N ou P. The sensor shown in Figures 1 to 3 comprises a sensitive part of the general reference 2 and reference portion 4 formed on the same substrate 6 of monocrystalline silicon doped N, each provided with a deformable membrane 8 and a rigid membrane 10 as monocrystalline silicon doped N or P.
Les membranes déformable et rigide présentent, en vue de dessus (figure 1) une forme circulaire. The deformable and rigid membranes have, in plan view (Figure 1) a circular shape. Elles ont un diamètre de 25µm à 1mm environ. They have a diameter of 25 .mu.m to about 1 mm.
Du fait de la conductivité électrique des membranes 8 et 10, celles-ci définissent chacune avec le substrat 6 un condensateur, de capacité Cu pour la structure sensible 2, dont le diélectrique est constitué par l'espace sous vide respectivement 16 et 18 séparant les membranes du substrat. Due to the electrical conductivity of the membranes 8 and 10, they each define with the substrate 6 a capacitor, capacitance Cu for the sensitive structure 2 whose dielectric consists of the evacuated space 16 and 18 respectively separating the membranes of the substrate.
Cp1 est la capacité parasite de la membrane déformable. Cp1 is the parasitic capacitance of the deformable membrane.
Les structures déformable et de référence comportent en outre chacune une électrode respectivement 12 et 14 enterrée dans le substrat 6. Ces électrodes présentent aussi une forme circulaire. The deformable and reference structures further comprise each a respective 12 and 14 buried electrode in the substrate 6. These electrodes also have a circular shape. Ces électrodes sont obtenues par implantation d'ions de type P pour un substrat de type N afin de former une jonction P/N. These electrodes are obtained by P-type ion implantation for an N-type substrate to form a P / N junction.
La qualité de cette jonction n'est pas critique car elle agit comme une capacité parasite notée Cp2 par rapport au substrat 6. Ces électrodes sont préférées mais non nécessaires du fait de la conductivité électrique du substrat 6. The quality of this junction is not critical because it acts as a parasitic capacitance Cp2 noted relative to the substrate 6. These electrodes are preferred but not necessary due to the electrical conductivity of the substrate 6.
La liaison mécanique entre le substrat et les membranes est assurée par un anneau isolant respectivement 20 et 22 formé à la périphérie des membranes respectivement 8 et 10. Ces anneaux assurent en outre une isolation électrique des membranes vis-à-vis du substrat. The mechanical connection between the substrate and the membrane is provided by an insulating ring 20 and 22 respectively formed at the periphery of the respective membranes 8 and 10. These rings provide further electrical isolation vis-à-vis the substrate membranes.
Les anneaux isolants 20 et 22 sont réalisés en oxyde de silicium. The insulating rings 20 and 22 are made of silicon oxide. Cette isolation électrique est complétée par une gravure périphérique des membranes 8 et 10 rompant la continuité électrique et diminuant les capacités parasites. This electrical insulation is completed by a peripheral etching of the membranes 8 and 10 breaking the electrical continuity and reducing parasitic capacitances.
Afin d'assurer une certaine rigidité de la membrane déformable 8, un plot 24 isolant de forme cylindrique est prévu au milieu de la structure. In order to ensure a certain rigidity of the deformable membrane 8, a stud 24 cylindrical insulator is provided in the middle of the structure. Ce plot joue le rôle de bouchon 24 d'une ouverture 26 qui traverse la membrane 8 et prend appui sur le substrat 6. This pad acts plug part 24 with an opening 26 which passes through the membrane 8 and is supported on the substrate 6.
Parallèlement, la structure de référence 4 comporte plusieurs plots isolants 28, au nombre de 5 sur la figure 3, de forme cylindrique assurant une rigidité élevée de la membrane 10 et donc une insensibilité à la pression de celle-ci. Meanwhile, the reference structure 4 comprises several insulating pads 28, numbering five in Figure 3, of cylindrical shape ensuring high rigidity of the membrane 10 and thus insensitivity to pressure thereof. Ces plots 28 traversent cette membrane par l'intermédiaire d'ouvertures 30, pour venir s'appuyer sur le substrat 6. These studs 28 pass through this membrane through openings 30, to come to bear on the substrate 6.
Enfin, des contacts métalliques respectivement 32 et 34 sont formés en surface respectivement des membranes 8 et 10, sur lesquels viennent se connecter des liaisons électriques respectivement E1 et E'1. Finally, the metal contacts 32 and 34 respectively are formed on the surface of the membranes 8 and 10 respectively, on which are connecting electrical connections E1 and E'1 respectively. De même, des prises de contacts électriques respectivement E2, E'2 et E3, E'3 sont prévues sur les électrodes enterrées 12, 14 et le substrat. Similarly, plugs of electrical contacts respectively E2, E'2 and E3, E'3 are provided on the buried electrodes 12, 14 and the substrate.
Ces liaisons électriques servent à connecter les structures sensible 2 et de référence 4 à un circuit de traitement de type connu (capacimètre notamment). These electrical connections are used to connect the sensitive structures 2 and Reference 4 to a known type of processing circuit (capacitance in particular).
Le condensateur utile à capacité Cu variable est donc défini par le recouvrement des électrodes 12 et 8. De même, le condensateur à capacité fixe CF, destiné à la mesure différentielle, est défini par le recouvrement des électrodes 14 et de l'électrode 10. The useful capacity variable capacitor Cu is defined by the overlap of electrodes 12 and 8. Similarly, the fixed capacitance capacitor CF, for the differential measurement, is defined by the overlap of electrodes 14 and electrode 10.
Les plots isolants 24 et 30 sont réalisés en un matériau bicouche oxyde de silicium/nitrure de silicium. The insulating pads 24 and 30 are made of a two-layer material of silicon oxide / silicon nitride. En outre, les métallisations 32 et 34 sont réalisées en aluminium. In addition, the metallizations 32 and 34 are made of aluminum.
Selon l'invention, il est possible d'associer plusieurs membranes déformables 8. En effet, La miniaturisation des membranes 8 permet par un couplage en parallèle de celles-ci d'obtenir une capacité unitaire Cu élevée (>10pF/mm 2 ) et une redondance intéressante pour le rendement. According to the invention, it is possible to associate a plurality of deformable membranes 8. In fact, the miniaturization of membrane 8 allows for a parallel connection thereof to obtain a high unit capacity Cu (> 10 pF / mm 2) and an interesting redundancy for performance. La structure de référence permet une mesure différentielle permettant de s'affranchir des dérives thermiques et temporelles. The reference structure allows a differential measurement to overcome the thermal and time drifts.
Une variante de l'invention, adaptée également à une mesure différentielle, mais ne comprenant qu'une structure déformable 102 est illustrée à la figure 4. De même que la structure sensible de la figure 2, celle-ci comporte un substrat 106, une membrane 108 et une ou plusieurs prises de contact 132. La membrane, de forme circulaire 108 est mécaniquement reliée au substrat 106 par un anneau isolant 120 et par un plot isolant central 124. Ce plot qui joue également un rôle de bouchon, prend appui sur le substrat 106 et contribue à la rigidité de la membrane 108. Dans le substrat 106 sont implantées trois électrodes annulaires 111, 113 et 115. Les électrodes 111 et 115 dite de "référence" sont disposées respectivement à proximité de l'anneau 120 et du plot 124, c'est-à-dire dans des régions de faible déformation de la membrane 108. L'électrode 113 par contre est située à distance de l'anneau 120 et du plot 124, dans une région 117 de déformations importantes A variant of the invention, also suitable for a differential measurement, but not comprising a deformable structure 102 is illustrated in Figure 4. As the sensitive structure of Figure 2, the latter comprises a substrate 106, a membrane 108 and one or more contact points 132. The membrane of circular shape 108 is mechanically connected to the substrate 106 by an insulating ring 120 and a central insulating pad 124. The pad that also plays a role of plug, rests on the substrate 106 and contributes to the rigidity of the membrane 108. in the substrate 106 are implanted three ring electrodes 111, 113 and 115. the electrodes 111 and 115 so-called "reference" are disposed near the ring 120 respectively and pad 124, that is to say in areas of low deformation of the diaphragm 108. the electrode 113 by cons is spaced from the ring 120 and the pad 124 in a region 117 of large deformations de la membrane 108. of the membrane 108.
Les électrodes 111 et 115 d'une part et l'électrode 113 d'autre part forment respectivement avec la membrane 108 une capacité de référence C ref , et une capacité utile C u . The electrodes 111 and 115 on the one hand and the electrode 113 on the other hand respectively form with the membrane 108 a reference capacitor C ref, and a payload C u. La pression s'exerçant sous l'effet de la pression sur la membrane est schématisée par des flèches. The pressure acting under the effect of pressure on the membrane is shown schematically by arrows. La variation d'entrefer dans les régions des électrodes 111 et 115 est très faible. The air gap variation in the regions of the electrodes 111 and 115 is very low. Dans la région 117 par contre, c'est-à-dire dans la région de l'électrode 115, la variation de l'entrefer est importante. Around 117 against by, that is to say in the region of the electrode 115, the variation of the gap is important. Les capacités utile et de référence étant formées sous une même membrane, il n'y a aucun décalage lors d'une mesure différentielle. The review and reference capacitors being formed in the same membrane, there is no offset in a differential measurement.
La description qui suit concerne la fabrication du capteur représenté sur les figures 1 à 3. Cette fabrication concerne la réalisation simultanée de la structure sensible 2 et de la structure de référence 4. The following description relates to the manufacture of the sensor shown in Figures 1 to 3. This production relates to the simultaneous attainment of sensitive structure 2 and the reference structure 4.
La première étape du procédé, représentée sur la figure 5, consiste à former un empilement du type silicium/isolant sur le substrat 6. A cet effet, on implante des ions oxygène 40 (O+ ou O 2 +) dans le substrat 6 monocristallin dopé N d'orientation quelconque (100, 110, 101), à une dose de 1016 à 1018 ions/cm 2 , puis on recuit la structure implantée à une température allant de 1150°C à 1400°C. The first step of the method, shown in Figure 5, consists in forming a stack of the silicon type / insulator on the substrate 6. For this purpose, implanting oxygen 40 ions (O + or O 2 +) in the monocrystalline substrate 6 doped N of any orientation (100, 110, 101), at a dose of 1016 to 1018 ions / cm 2 and then annealing the implanted structure at a temperature ranging from 1150 ° C to 1400 ° C.
Cette implantation d'oxygène et ce recuit peuvent être répétés plusieurs fois. This oxygen implant and annealing can be repeated several times. L'énergie d'implantation est choisie entre 100 et 1000KeV. The implantation energy is chosen between 100 and 1000KeV.
Cette mono- ou multi-implantation suivie de son recuit permet l'obtention d'une couche d'oxyde de silicium 42 homogène enterrée, sur toute la surface du substrat 6, et une couche superficielle 44 de silicium monocristallin N. The mono- or multi-location followed by its annealing allows the production of a silicon oxide layer 42 buried homogeneous over the entire surface of the substrate 6, and a surface layer 44 of monocrystalline silicon N.
A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 42 de SiO 2 est d'environ 400nm et celle de la couche superficielle 44 de silicium d'environ de 230nm en utilisant trois implantations d'oxygène à une dose de 10 18 ions/cm et une énergie de 200KeV. For example, the thickness of the layer 42 of SiO 2 is about 400nm and that of the surface layer 44 of silicon of approximately 230 nm using three oxygen implantations at a dose of 10 18 ions / cm and an energy of 200KeV.
Cette technique SIMOX permet l'obtention d'une couche de silicium monocristallin 44 d'épaisseur parfaitement contrôlable et reproductible à 5nm près. This SIMOX technique allows obtaining a single crystal silicon layer 44 of thickness perfectly controllable and reproducible to about 5nm.
L'élimination partielle ultérieure de l'oxyde 42 permettra de libérer les membranes 8 et 10 du substrat 6 et la réalisation d'espaces 16 et 18 parfaitement maítrisés et étroits permettant ainsi d'obtenir une capacité Cu et CF de valeur élevée. The subsequent partial removal of the oxide 42 will free the membranes 8 and 10 of the substrate 6 and the conducting areas 16 and 18 perfectly controlled and narrow thereby obtaining a Cu capacity and high CF value.
Un avantage supplémentaire lié à l'espace 16 est la possibilité d'utiliser le fond de cet espace et donc la surface du substrat 6 comme butée mécanique en cas de surcharge. An additional advantage related to the space 16 is the ability to use the bottom of this space and therefore the surface of the substrate 6 as a mechanical stop in case of overload.
La réalisation de la variante de l'invention représentée à la figure 4 comporte des étapes analogues aux étapes de fabrication du capteur des figures 1 à 3. The embodiment of the variant of the invention shown in Figure 4 includes steps similar to the manufacturing steps of the sensor of Figures 1 to 3.
Dans la suite de la description, on ne montrera les étapes de fabrication de la structure de référence uniquement lorsque celles-ci seront spécifiques et/ou différentes de celles de la structure sensible. In the following description, it will show the manufacturing steps of the reference structure only when they are specific and / or different from those of the sensitive structure.
L'étape suivante du procédé représenté sur la figure 6 concerne la fabrication des électrodes enterrées dans le substrat. The next step of the process shown in Figure 6 relates to the manufacture of the buried electrode in the substrate. A cet effet on forme un masque 46 sur le film de silicium 44, par les procédés classiques de photolithographie, fixant la forme et l'emplacement des électrodes enterrées à réaliser ainsi que la liaison électrique E2, E'2 enterrée de ces électrodes permettant, entre autres, l'application d'une tension sur ces électrodes enterrées. To this end a mask 46 is formed on the silicon film 44 by the conventional photolithography processes, fixing the form and location of the buried electrodes being performed and that the electrical connection E2, E'2 buried these electrodes for, inter alia, the application of a voltage to the buried electrodes.
A travers le masque 46, on réalise une implantation 48 profonde de bore à haute énergie, sous la couche d'oxyde enterrée 44. Les conditions d'implantation peuvent être par exemple une dose de 5x10 14 At/cm 2 à une énergie de 240keV afin d'obtenir une zone dopée de type P de bonne conductivité électrique et d'épaisseur d'environ 0,3µm juste au-dessous de la couche enterrée 44 et ce, dans la zone non masquée par la résine 46. Ce masque 46 devra être suffisamment épais afin de bloquer l'implantation sur les zones non désirées. Through the mask 46, an implantation 48 of deep high-energy boron, in the buried oxide layer 44. The implantation conditions may be for example a dose of 5x10 14 At / cm 2 at an energy of 240keV to obtain a P type doped region of good electrical conductivity and thickness of about 0,3μm just below the buried layer 44 and in the unmasked area with the resin 46. the mask 46 must be thick enough to block the implantation on unwanted areas. Une épaisseur de 2µm par exemple de résine photosensible pourra être utilisée. A thickness of 2 .mu.m, for example, photoresist may be used.
Cette implantation réalisée, on enlève le masque 46 par exemple par attaque chimique. This implantation performed, the mask 46 is removed for example by etching.
L'étape suivante de procédé, représentée sur la figure 7, consiste à épitaxier sur l'ensemble de la structure une couche 50 de silicium monocristallin dopé P, sur une épaisseur de 1 à 100µm suivant la sensibilité désirée pour le capteur (typiquement 10 à 20µm), destinée à rigidifier la structure et notamment les membranes 8 et 10. Cette épitaxie est réalisée en phase vapeur. The next process step, shown in Figure 7, consists in epitaxially growing on the complete structure a layer 50 of monocrystalline silicon doped P to a thickness of 1 to 100 .mu.m in the desired sensitivity for the sensor (typically 10 to 20 .mu.m) intended to stiffen the structure and in particular the membranes 8 and 10. This epitaxy is carried out in vapor phase.
L'épaisseur de la couche 50 est fonction de la sensibilité désirée pour le capteur de pression. The thickness of the layer 50 depends on the desired sensitivity for the transducer.
L'étape suivante du procédé représentée sur la figure 8 consiste à réaliser l'ouverture 26 de la structure sensible 2 et de la structure de référence 4 (voir figure 9B) en utilisant les procédés classiques de photolithographie. The next step of the process shown in Figure 8 consists in opening 26 of the sensitive structure 2 and the reference structure 4 (see Figure 9B) using conventional photolithography methods. Ces ouvertures sont réalisées sur toute l'épaisseur du silicium de surface jusqu'à l'oxyde 42 qui sert de couche d'arrêt de gravure. These openings are formed over the entire thickness of the surface silicon to the oxide 42 which serves as an etch stop layer.
La gravure du silicium peut être une gravure chimique isotrope ou une gravure sèche ionique et réactive de façon à réaliser un flanc de gravure en pente des ouvertures 26. Ces ouvertures sont en outre circulaires. Silicon etching may be an isotropic etch or an ionic and reactive dry etching so as to form a sloping etching of sidewall openings 26. These openings are also circular.
On utilise par exemple une solution de HF+HNO 3 +CH 3 COOH pour former ces ouvertures 26. For example using a solution of HF + HNO 3 + CH 3 COOH to form these openings 26.
L'étape suivante du procédé représentée sur les figures 9A et 9B consiste à libérer les membranes 8 et 10 respectivement des structures sensible 2 et de référence 4 par gravure de la couche sacrificielle d'oxyde 42 dans une solution à base d'acide fluorhydrique à partir des ouvertures 26. Cette gravure se propage de façon concentrique sous le silicium du fait de sa nature isotrope permettant ainsi de former des espaces 16 et 18 circulaires et de maintenir de l'oxyde à la périphérie des structures 2 et 4. The next step of the process shown in Figures 9A and 9B is to release the membranes 8 and 10 respectively of sensitive structures 2 and Reference 4 by etching the sacrificial oxide layer 42 in a hydrofluoric acid-based solution from the openings 26. This etching spreads concentrically in the silicon due to its isotropic in nature thereby forming spaces 16 and 18 circular and maintain oxide in the periphery of the structures 2 and 4.
La vitesse de gravure latérale est parfaitement reproductible et de l'ordre de 1µm/min à température ambiante, ce qui permet un contrôle dimensionnel précis de l'épaisseur latérale des anneaux isolants 20 et 22 (figures 2 et 3) en fonction du temps. The lateral etch rate is perfectly reproducible in the order of 1 .mu.m / min at room temperature, allowing a precise dimensional control of the lateral thickness of the insulating rings 20 and 22 (Figures 2 and 3) as a function of time.
Une fois le temps de gravure nécessaire écoulé, l'échantillon est rincé et séché, les membranes 8 et 10 minces sont alors terminées. Once the elapsed necessary etching, the sample is rinsed and dried, the membranes 8 and 10 are thin then completed.
L'étape suivante consiste à réaliser les ouvertures 30 dans la membrane 10 de la structure de référence 4 dans les mêmes conditions que pour les ouvertures 26. The next step is to provide the openings 30 in the membrane 10 of the reference structure 4 under the same conditions as for the apertures 26.
L'étape suivante du procédé représentée sur les figures 10A et 10B concernent le rebouchage des ouvertures 26 et 30. Ce rebouchage est effectué en maintenant les espaces 16 et 18 sous vide pour obtenir un capteur absolu. The next step of the method shown in Figures 10A and 10B relate to the filler openings 26 and 30. The filler is carried out by maintaining the gaps 16 and 18 under vacuum to obtain an absolute sensor. Pour ce faire, on effectue un dépôt sous vide permettant d'une part de réaliser des bouchons 24 et 28 hermétiques au niveau des ouvertures 26 et 30 et d'autre part, d'obtenir des plots supports entre les membranes 8 et 10 respectivement et le substrat. To do this, we carried out a vacuum deposition to firstly carry out plugs 24 and 28 sealed at the openings 26 and 30 and, secondly, to obtain supports pads between the membranes 8 and 10 respectively and the substrate.
Ces plots permettent d'augmenter la rigidité de la membrane 10 et de conférer à la membrane déformable 8 une déformation circulaire plus favorable pour une détection capacitive qu'une déformation dite "ballon". These pads can increase the rigidity of the membrane 10 and give the deformable membrane 8 a more favorable circular deformation for a capacitive sensing a said deformation "balloon". Les plots 26 et 28 sont obtenus par dépôt sur l'ensemble de la structure d'un empilement de SiO 2 + Si 3 N 4 déposé par dépôt chimique en phase vapeur éventuellement assisté plasma. The studs 26 and 28 are obtained by depositing on the complete structure of a stack of SiO 2 + Si 3 N 4 deposited by chemical vapor deposition possibly assisted plasma. L'épaisseur de l'empilement déposée doit être de l'ordre de 1µm afin de bien obstruer les ouvertures 26 et 30 et de former des cales entre les membranes et le substrat. The thickness of the deposited stack must be of the order of 1 .mu.m to fully block the openings 26 and 30 and form spacers between the membrane and the substrate.
Une étape de gravure de l'empilement de couches est ensuite effectuée pour ne conserver cet empilement qu'aux endroits désirés, c'est-à-dire au niveau des ouvertures 26 et 30 et libérer ainsi les membranes 8 et 10 de toute contrainte parasite. One of the layer stack etching step is then performed to retain the stack as desired locations, that is to say at the openings 26 and 30 and thus release the membranes 8 and 10 of any unwanted stress .
On effectue alors le dépôt d'une couche métallique sur l'ensemble de la structure pour assurer les interconnexions avec le circuit de mesure ainsi que les prises de contact 32 et 34 sur les structures 2 et 4. Cette métallisation a une épaisseur d'environ 0,5 à 1µm et peut être en aluminium. then is deposited a metal layer on the entire structure to provide interconnections with the measuring circuit and the contact sockets 32 and 34 of structures 2 and 4. This metallization has a thickness of about 0.5 to 1 .mu.m and may be aluminum. Cette couche est alors gravée pour former les contacts 32 et 34 selon les procédés classiques de photolithogravure. This layer is then etched to form contacts 32 and 34 using conventional photolithographic etching processes. L'attaque de l'aluminium peut être réalisée à l'aide de H 3 PO 4 . The attack of aluminum can be performed by using H 3 PO 4.
On effectue ensuite une gravure du silicium superficiel à la périphérie des membranes 8 et 10 (voir figures 1 et 3) pour isoler les structures de mesure et de référence l'une de l'autre et diminuer les capacités parasites. This is followed by etching of the silicon surface at the periphery of the membranes 8 and 10 (see Figures 1 and 3) to isolate the measuring and reference structures from each other and reduce the parasitic capacitances. Cette gravure peut être réalisée par gravure ionique réactive en utilisant du SF 6 . This etching may be performed by reactive ion etching using SF 6.
Process for the production of an integrated pressure transducer having at least one deformable diaphragm integral with a substrate and means for measuring the deformations of this diaphragm, characterized in that it comprises the following stages:
a) implantation of oxygen ions in a monocrystalline silicon substrate (6) and annealing the substrate in order to form a monocrystalline silicon film (44) on the substrate and separated from the latter, at least locally, by an insulating layer (42),
b) producing an opening (26) in the silicon film down to the insulating layer,
d) resealing said opening (26),
said process also having a stage of producing at least one buried electrode (12, 111, 113, 115) in the silicon substrate facing the deformable diaphragm, said stage taking place following the annealing of the substrate.
Process according to claim 1, characterized in that the stage c) is performed by isotropic chemical etching.
Process according to claim 1 or 2, characterized in that a monocrystalline silicon layer (50) is epitaxied on the silicon film before making the opening.
Process according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the measuring means (8, 12) are at least partly formed in the silicon film and/or the epitaxied silicon layer, which are then conductive and in that electric contacts (32, 34) are produced on the conductive silicon for said means.
Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate is of N doped monocrystalline silicon.
Process according to any one of the preceding claims, characterized in that stage d) consists of depositing on the complete structure at least one additional layer and etching said layer so as to only retain material at the location of the opening.
Process according to claim 6, characterized in that use is made of a stack of two insulating layers respectively of silicon dioxide and silicon nitride for resealing the opening.
Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the buried electrode is formed by the local implantation of ions in the substrate with a conductivity type opposite to that of the substrate.
Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer (42) is formed over the entire surface of the substrate.
Process according to any one of the preceding claims for the production of a transducer having differential capacitive measuring means, characterized in that it also comprises the simultaneous production of a reference structure (4) having a rigid diaphragm (10) integrated onto the said substrate and involving the following stages:
producing a conductive silicon film separated from the substrate over its entire surface,
producing several openings (26, 30) in the silicon film and extending down to the insulating layer,
partial elimination of the insulating layer via at least one (26) of said openings,
resealing said openings by means of the insulating studs (28),
producing electric contacts (34) on the conductive silicon.
Process according to claim 10, characterized in that in the silicon film is produced a first opening (26) down to the insulating layer, an elimination of the insulating layer via said first opening and second openings (30) in the silicon film.
Process according to claim 10 or 11, characterized in that at least one buried reference electrode (14) is formed in the silicon substrate facing the rigid diaphragm (10).
Process according to any one of the claims 1 to 12, characterized in that there is also a peripheral etching of the silicon formed on the insulating layer in order to insulate the diaphragm or diaphragms (8, 10).
Integrated pressure transducer incorporating a sensitive structure (2) having a silicon substrate (6, 106), at least one deformable, monocrystalline silicon membrane (8, 108) in a direction (Z) perpendicular to the substrate and capacitor means for the measurement of the deformations of the membrane, said membrane being joined to the substrate by its periphery by means of an etched insulating layer (42, 42a), characterized in that the membrane is centrally provided with an insulating stud (24, 124), which bears on the substrate in order to increase the rigidity of the membrane and in that at least one electrode (12) buried in the substrate is provided facing the deformable membrane.
Transducer according to claim 14, characterized in that the diaphragm is circular.
Transducer according to claim 14, characterized in that it comprises a reference structure having at least one monocrystalline silicon diaphragm (10) joined to the substrate and made rigid by several insulating studs (28) distributed over its entire surface and bearing on the substrate, electric contacts (34) being formed on said rigid diaphragm.
Transducer according to claim 16, characterized in that there is a buried reference electrode (14) in the substrate facing the rigid diaphragm.
Transducer according to claim 16, characterized in that it has at least one first electrode (113) located in the substrate (106) facing a high deformation region (117) of the diaphragm (108) and remote from the periphery of the diaphragm and the insulating stud, and at least one second electrode (111, 115) facing at least one low deformation region of the diaphragm (108) and in the vicinity of the periphery and/or the insulating stud (124).
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