FR2883275A1 - Composant micromecanique et procede de fabrication - Google Patents

Abstract

Composant micromécanique comprenant un substrat semi-conducteur (1) d'un premier type de dopage (p),une cavité (11) dans le substrat semi-conducteur (1) etune membrane prévue à la surface du substrat semi-conducteur (1) pour fermer la cavité (11).La membrane (30 ; 30a ; 30d) comporte une couche poreuse oxydée (MP') suspendue à une zone de cadre annulaire (2), du second type de dopage (n).

Description

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un composant micromécanique comprenant un substrat semi-conducteur d'un premier type de do-page, une cavité dans le substrat semi-conducteur et une membrane prévue à la surface du substrat semi-conducteur pour fermer la cavité.

Elle concerne également le procédé de fabrication d'un tel composant.

Etat de la technique Lors de la fabrication de capteurs à membrane en micromécanique réalisés dans la masse on utilise une plaquette que l'on grave en partant de la face arrière pour y former une cavité profonde par un procédé de gravure anisotrope par KOH jusqu'à laisser finalement une mince membrane. Pour fabriquer selon ce procédé par exemple une membrane de silicium d'une épaisseur de 1 m, il faut éliminer 359 m de silicium dans une plaquette dont l'épaisseur est de 360 m. Il s'agit là d'un procédé extrêmement long et comme le procédé de gravure attaque également les parois latérales de la caverne (on dégage par gravure une structure analogue à un tronc de pyramide), la partie de surface nécessaire est beaucoup plus importante que la surface de membrane proprement dite.

Le rapport de la surface nécessaire à la surface de la membrane se détériore avec l'augmentation de l'épaisseur de la plaquette. C'est pourquoi on ne peut que limiter la dimension des membranes car la gravure se fait le long de plans cristallins fixes. Des conditions très strictes sont imposées au substrat quant à la spécification de son épaisseur puisque pour une durée de gravure constante, l'épaisseur du substrat influence directement l'épaisseur de la membrane. En outre, ce procédé est un procédé effectué par l'arrière, c'est-à-dire qu'il faut polir les deux faces du substrat et le risque d'endommager la face avant de la plaquette au cours du procédé est un risque important.

Dans la fabrication de capteurs à membrane en micromécanique de surface, il faut enlever le silicium sous la membrane lorsqu'il y a des membranes à isolation thermique. Cela se fait en général à travers des orifices d'accès (pores) réalisés dans la couche de la membrane et, par exemple avec une gravure au C1F3, on enlève le silicium qui se trouve en dessous. Pour éviter que la saleté, l'humidité ou des corps étrangers ne risquent de se déposer entre la membrane et le substrat de silicium il faut refermer les orifices d'accès après avoir exécuté l'opération de gravure. La fermeture des orifices d'accès nécessite toutefois des couches de fermeture épaisses à cause de la taille importante des diamètres d'ouverture réalisés par le procédé standard.

En principe, on peut remédier à cette difficulté par de petites ouvertures d'accès d'un diamètre < 500 nm comme celles réalisées par exemple par des expositions en taches dans le vernis photolaque. Mais en transférant la structure du photolaque dans par exemple la couche d'oxydes on augmente néanmoins la structure et ainsi le diamètre des orifices traversants. Dans le cas le plus favorable, le diamètre des trous est identique à la structure réalisée dans la couche de photolaque.

Le document DE 100 30 352 Al décrit un composant micromécanique et son procédé de fabrication. Le composant micromécanique a une membrane dont la zone en porte-à-faux est munie d'au moins un élément de stabilisation. Dans ce procédé de fabrication on grave tout d'abord la zone de surface d'un substrat jusqu'à une profondeur réglable en formant du silicium poreux entouré par une zone à dopage (n) que la gravure n'attaque pratiquement pas. Au-dessus de la zone poreuse on dé-pose une couche formant une membrane et ensuite on perfore. Puis on enlève la zone poreuse par perforation de la couche de membrane par la gravure.

Le document G. Lammel, Ph. Renaud, Free-standing, mobile 3D porous silicon microstructures, Sensors and Actuators 85 (2000), p. 356-360 décrit de manière connue un procédé de gravure à deux ni-veaux consistant tout d'abord à former une zone poreuse à la surface d'un substrat de silicium en utilisant un masque, puis à former une cavité sous la zone poreuse par une étape de gravure d'électropolissage et cela de façon que la zone poreuse se soulève partiellement.

Exposé de l'invention L'invention concerne un composant micromécanique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la membrane comporte une couche poreuse oxydée à une zone de cadre annulaire, du second type de dopage.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel composant micromécanique, comprenant les étapes suivantes: - fournir un substrat semi-conducteur d'un premier type de dopage, - prévoir une zone de cadre annulaire d'un second type de dopage dans la surface du substrat semi-conducteur entourant une zone de mem- brane, - réaliser une couche de pores dans la surface du substrat semi-conducteur dans la zone de cadre annulaire au cours d'une première étape de gravure, - réaliser une cavité sous la couche de pores dans le substrat semi- conducteur par une seconde étape de gravure, un transport d'agent de gravure se faisant à travers la couche de pores, - ensuite formation d'une couche de pores oxydés une étape d'oxydation dans la couche de pores suspendue à la zone de cadre annulaire du second type de dopage, et - développer une membrane à la surface du substrat semi-conducteur dans la zone de membrane qui ferme la cavité et présente la couche de pores oxydés.

Si avantageusement la couche poreuse comporte des pores oxydés de manière continue et au moins une couche de fermeture au- dessus de la couche de pores oxydés qui ferme les pores oxydés, de préférence la couche de fermeture est en SiO2, Si3N4 ou SiN.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses du composant: - la couche poreuse oxydée ne comporte pas de pores traversants et ferme hermétiquement la cavité, - le premier type de conductivité est de type p et le second type de conductivité est le type n.

Le composant et le procédé selon l'invention reposent sur l'idée de base consistant à munir tout d'abord une zone de surface d'un substrat avec des pores, puis à développer une cavité sous la zone des pores et ensuite oxyder la zone des pores pour les rétrécir ou les fermer. La cavité est réalisée de préférence par électropolissage à l'aide d'un agent de gravure qui est le même que celui utilisé pour la membrane poreuse ou, en variante, avec un agent de gravure optimisé spécialement pour cette étape du procédé.

La zone de membrane est de préférence du silicium macroporeux avec des pores de diamètres moyens, par exemple de l'ordre de 50 nm à 3 m. L'utilisation de tels macropores offre une stabilité mécanique significativement améliorée par comparaison avec les nanopores et les mésopores dans la membrane poreuse pendant toute la conduite du pro-cédé et lors de l'utilisation ultérieure dans l'élément de capteur.

Pour la suspension mécanique de la membrane on utilise un masque de dopage, de préférence implanté et inerte par rapport au procédé de gravure. La membrane macroporeuse est de préférence fermée à l'aide d'une mince couche (par exemple Si3N4, SiO2). Pour cela, on développe le vide ou on emprisonne une atmosphère gazeuse définie dans la cavité. Avant cette fermeture, par une étape d'oxydation, on réduit de ma- nière significative le diamètre des pores de la membrane. Cela simplifie considérablement l'opération de fermeture et diminue la conductivité thermique latérale de la membrane d'une manière significative.

On obtient ainsi une membrane découplée à la fois thermiquement et mécaniquement de la matière du substrat. Cela se traduit par des caractéristiques d'isolation thermique remarquables avec en même temps une bonne élasticité et une bonne stabilité. Cette dernière est importante lors de l'utilisation ultérieure comme élément de capteur car dans la construction classique, la destruction de la membrane par le tir de particules constitue un problème important. Ce problème n'existe pas dans le cas du procédé de l'invention.

Il est également avantageux selon l'invention que par une conduite particulièrement simple du procédé on puisse arriver à des du-rées d'exécution du procédé inférieures à 20 minutes pour la membrane et la cavité. Le procédé de gravure électrochimique, préférentiel, constitue de plus un procédé particulièrement économique. La liberté de conception par comparaison avec la micromécanique en vrac, habituelle, représente non seulement la possibilité d'une réduction significative de la surface utilisée de la plaquette mais également un autre avantage de l'invention.

On peut utiliser l'objet de l'invention par exemple dans tous les capteurs nécessitant une bonne isolation thermique et mécanique par rapport au substrat de silicium. Il s'agit par exemple de capteurs de débit massique d'air d'autres capteurs de gaz, des plaques micro-chaudes et des capteurs thermiques, etc....

Selon un développement préférentiel, on grave la couche de pores au cours d'une première étape de gravure électrolytique avec une répartition aléatoire des pores dans le substrat semi-conducteur.

Selon un autre développement préférentiel, on grave la couche de pores au cours d'une première étape de gravure avec un masque dans le substrat semi-conducteur.

Selon d'autres développements préférentiels, le masque à une zone de dopage du second type de conductivité dans la surface du substrat semiconducteur.

Selon un autre développement préférentiel, la zone de do-page a une zone d'implantation ayant un modèle de zones implantées et de zones non implantées, les zones non implantées fixant les pores.

Selon un autre développement préférentiel, la zone de do- page est une zone d'implantation ou une zone épitaxiale qui recouvre la zone de membrane; les pores de la première étape de gravure sont fixés par une gravure en tranchée dans la zone d'implantation en utilisant une couche de masse structurée à la surface du substrat semi-conducteur.

Selon un autre développement préférentiel, le masque a une couche de masque structurée à la surface du substrat semi-conducteur.

Selon un autre développement préférentiel, la couche de pores est réalisée dans la première étape de gravure, et la cavité sous la couche de pores dans le substrat semi-conducteur est réalisée par une seconde étape de gravure électrolytique.

Selon un autre développement de l'invention, on forme la couche de pores oxydés avec des pores oxydés de façon continue puis on réalise au moins une couche de fermeture au-dessus de la couche de pores oxydés. Les intervalles qui subsistent après l'oxydation des entretoises se situent de préférence dans une plage inférieure à 400 nm, ce qui per- met de régler l'atmosphère emprisonnée dans la cavité par le procédé de dépôt de la couche de fermeture, et la pression reste ainsi en dessous de 1 mbar. Ce procédé a l'avantage que l'état de tension réglé par le procédé d'oxydation dans la membrane est très réduit ci après l'oxydation il subsiste de petites cavités libres. D'autre part, la conductivité thermique laté- raie est réduite car il s'agit d'un système latéral à couches multiples. Le procédé LPCVD donne du fait de sa conformité, un revêtement des parois latérales de l'entretoise de silicium oxydé. Ainsi, de plus en plus on arrive à une dispersion de phonons au niveau de la surface limite. On obtient ainsi une membrane découplée de la matière du substrat à la fois d'une manière thermique et d'une manière mécanique. Cela donne des propriétés d'isolation thermique remarquables tout en offrant une bonne élasticité et une bonne stabilité.

Selon un autre développement préférentiel, on forme la cou- che de pores oxydés pour fermer les pores et pour qu'ils ferment herméti-quement la cavité. Dans le cas de l'oxydation des entretoises de silicium on a une augmentation de volume d'environ 44 % par l'oxyde de silicium vis-à-vis du silicium. Par un dimensionnement approprié on peut même fermer complètement les pores entre les entretoises. Lors de la fermeture complète il subsiste une certaine quantité résiduelle d'oxygène dans la cavité. Par la poursuite de l'oxydation aux températures élevées on consomme cet oxygène en oxydant les parois et le fond de la cavité. Le procédé se poursuit jusqu'à ce que tout l'oxygène de la cavité soit confirmé et que le vide s'y soit établi.

Selon un autre développement préférentiel, le premier type de conductivité est de type p et le second type de conductivité est de type n.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - les figures la-1f sont des vues schématiques des étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique correspondant à un pre- mier mode de réalisation de la présente invention, - les figures 2a-2f sont des vues schématiques des étapes principales du procédé de fabrication d'un composant micromécanique correspondant à un second mode de réalisation de la présente invention de la présente invention, - les figures 3a-3d sont des vues schématiques des étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique correspondant à un troisième mode de réalisation de la présente invention, - les figures 4a-4d sont des vues schématiques des étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 5 est une vue schématique d'une étape de fabrication d'un composant micromécanique selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 6 est une vue schématique d'une étape de fabrication d'un composant micromécanique selon un sixième de mode de réalisation de la présente invention.

Description de modes de réalisation

Dans les différentes figures on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes composants ou des composants de même fonction.

Les figures 1A-1F montrent schématiquement les étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique selon un premier mode de réalisation de la présente invention.

La figure lA est une vue de dessus schématique d'un substrat semiconducteur en silicium à dopage (p) 1. Dans ce substrat on a implanté une zone de cadre 2 de forme annulaire à dopage (n). La référence 3 désigne une zone de membrane future entourée par la zone de ca- dre annulaire 2 à dopage (n) car la future membrane y est suspendue.

Selon les modes de réalisation présents, le substrat semi-conducteur en silicium 1 a une résistance spécifique de p 1 n cm correspondant à une concentration de dopant de n 1 * 1016 cm-3. La zone de cadre de forme annulaire 2 est réalisée par l'implantation d'un dopant correspondant par exemple à du phosphore. Cette zone d'implantation est réglée par le dopage pour développer seulement une faible attaque par gravure ou pas d'attaque par gravure lors des étapes de procédé électrochimiques suivantes.

La figure lb montre une section correspondant à la figure 1 a. En plus, on a prévu à la surface du substrat semi-conducteur en silicium 1, selon la figure lb, une couche formant un masque 4, par exemple en Si3N4 et cela en utilisant un procédé de dépôt habituel suivi d'une mise en structure. Cette couche de masque 4 est résistante vis-à-vis de l'agent de gravure utilisé ultérieurement et permet notamment de contrôler le passage du courant pour la gravure électrochimique.

En outre, en référence à la figure lc, on développe une couche macroporeuse MP de la future membrane par un procédé de gravure électrochimique dans un agent de gravure contenant de l'acide fluorhydrique; dans la zone de membrane 3 on forme des pores 5 dans la zone de surface du substrat 1, entre lesquels subsiste l'entretoise de substrat 15 en silicium.

De manière préférentielle, on utilise un solvant organique comme agent de mouillage pour réduire les tensions superficielles. Cet additif organique permet de régler la concentration de HF et de plus il joue un rôle important pour le procédé électrochimique exécuté pour développer les macropores dans le substrat de silicium semi-conducteur à dopage (p), 1. Comme additif organique on utilise notamment DMF, DMSO, ACN, comme cela est par exemple décrit dans le document M. Christophersen, et al., Mat. Scie. Eng. B 69-70(2000), 194-198, ou S. Lust et al., J. Elec-trochem. Soc. Vol. 149, N 6(2002), C338-C344.

Le développement de la couche macroporeuse MP peut se faire à la fois avec une répartition ordonnée ou une répartition aléatoire des pores 5. Dans le présent exemple de réalisation, la répartition des po- res 5 est aléatoire car le procédé de gravure correspondant se fait sans utiliser de masque. On décrira une disposition ordonnée des pores dans les exemples de réalisation suivants qui nécessite une autre étape de pro- cédé pour prédéfinir la position des pores à l'aide d'un masque.

L'utilisation d'une distribution aléatoire des pores 5 est beaucoup plus simple dans tous les cas pour la conduite du procédé. On profite ainsi avantageusement d'un procédé s'organisant automatique-ment et permettant d'éviter des étapes de mise en structure coûteuses.

Pour le procédé de gravure électrochimique on utilise des concentrations d'acide HF de l'ordre de 1-20 %m; la vitesse de gravure pour former les pores se situe dans une plage de 1 m/min pour un dia-mètre de pore compris entre 50 nm et 3 m. Suivant le choix du dopage du substrat on peut régler à la fois le diamètre moyen des pores et aussi l'épaisseur moyenne de la paroi des entretoises 15; la densité du courant électrique utilisé influence également ces grandeurs. En particulier une forte densité du courant électrique donne un plus grand diamètre de pore et des épaisseurs de paroi plus faibles pour les entretoises 15.

L'épaisseur de la couche macroporeuse MP se situe de préférence dans une plage comprise entre 5 et 20 m; les temps d'exécution du procédé nécessaires sont de manière caractéristique de 15 minutes. Dans tous les cas l'épaisseur doit avantageusement arriver jusqu'en des-sous de la profondeur de pénétration de la zone de cadre annulaire 2.

En outre, en se référant à la figure 1D, après développe-ment de la couche macroporeuse MP, de la future membrane, du dévelop- pement d'une cavité 11 sous la couche macroporeuse MP par une autre étape de gravure électrochimique, on effectue une étape de gravure d'électropolissage. Cette étape de gravure d'électropolissage peut se faire avec le même agent de gravure en augmentant la densité du courant électrique au-delà d'une valeur critique de la densité ou aussi avec un agent de gravure adapté spécialement à l'électropolissage. Pour cela, on utilise une plus forte concentration du mélange HF/alcool-H2O, de préférence avec des concentrations de HF de l'ordre de 20 %m. Les vitesses de gravure d'électropolissage possibles dépassent 200 nm/s. Cela permet d'une manière particulièrement avantageuse d'atteindre des durées de procédé courtes, de façon caractéristique inférieures à 5 minutes pour des cavités 11 d'une profondeur caractéristique de plusieurs 10 m.

Toutefois, comme suivant le potentiel appliqué, il se forme de légères bulles de gaz (oxygène) à l'interface électrolyte/substrat, on risquerait de détruire une couche poreuse de faible solidité et de faible dia-mètre des pores comme cela est le cas d'une matière nano et méso poreuse qui pourrait être facilement détruite dans l'électropolissage. Le présent mode de réalisation évite cette difficulté par l'application de la couche macroporeuse MP. Ainsi, la future membrane est elle-même beau- coup plus solide et les grands diamètres de pores permettent une évacuation plus simple des gaz développés par la gravure d'électropolissage. Comme l'étape de gravure d'électropolissage est un procédé isotrope, il faut éviter que la couche macroporeuse MP ne soit dissoute du substrat lors de l'électropolissage. Pour cela on utilise la zone de bord 2, annulaire, à dopage (n), résistant à la gravure.

La zone macroporeuse MP, elle-même n'est pas attaquée au cours de l'étape de gravure d'électropolissage car il faut des trous pour le procédé de dissolution du silicium. La zone poreuse MP est toutefois pau-vre en trous et à partir du substrat 1, les trous ne peuvent pénétrer dans la zone macroporeuse MP car après seulement quelques secondes, celle-ci se sépare électriquement du substrat par l'électropolissage.

En se reportant en outre à la figure le, après la réalisation de la cavité 11 on dissout totalement la couche de masque isolant 4 par un séjour dans de l'acide fluorhydrique fortement concentré pour éviter des futurs gradins à la surface. Dans l'étape de procédé suivante, on ré-duit le diamètre des pores 5 par oxydation partielle des parois des pores pour obtenir des entretoises oxydées 15' et des pores rétrécis 5' ; en effet, grâce à sa faible densité, la silice SiO2 prend un volume plus grand que le silicium. Il se forme également une zone oxydée 2' dans la zone de cadre 2 à la transition avec la zone de membrane 3. En outre, cela réduit très fortement la conductibilité thermique latérale de la zone de pores MP' main-tenant oxydée.

Ensuite, en référence à la figure lf, on dépose une couche de fermeture 10 pour fermer la couche de pores MP', oxydée et développer la membrane 30 dans la zone de membrane 3. De manière préférentielle, le dépôt de la couche de fermeture 10 se fait selon une étape de procédé à basse pression. Comme la pression de procédé existant alors reste emprisonnée ultérieurement dans la cavité 11, la conductivité thermique verti- cale sera d'autant plus faible que le vide sera meilleur dans la cavité 11. A l'aide du procédé LPCVD on pourra atteindre par exemple des pressions de l'ordre de 0,1 mbar.

Comme le diamètre des pores après oxydation se situe de préférence dans une plage inférieure à 500 nm, la rugosité surfacique après dépôt de la couche de fermeture 10 est très faible, ce qui permet d'autres étapes de lithogravure. Pour une rugosité de surface plus élevée, suivant le cas, on peut exécuter une étape d'aplanissement au plasma pour lisser. Selon un exemple préférentiel, la couche de fermeture 10 est en SiO2, Si3N4 ou SiN.

Selon d'autres étapes du procédé, après dépôt et mise en structure des éléments de capteur proprement dit sur la membrane 30, en particulier des éléments de chauffage et de détection de température, on applique une couche de fermeture par-dessus. Ces étapes de procédé ne sont pas détaillées ici car faisant partie de l'état de la technique, ces étapes de procédé sont bien connues.

Les figures 2a-2f sont des vues schématiques des principa-15 les étapes de fabrication d'un composant micromécanique selon un second mode de réalisation de la présente invention.

Selon la figure 2a, la référence 1 désigne un substrat semi-conducteur à dopage (p) dans lequel, comme dans le premier mode de réalisation présenté ci-dessus, on a implanté une zone de cadre 2a de forme annulaire à dopage (n). Contrairement au premier mode de réalisation, on a toutefois prévu dans la zone de membrane 3a, des barres de do-page 21a qui servent également de masques de gravure; ces barres réalisent une structure préalable en forme de bandes de la zone de membrane 3a. En d'autres termes, ces bandes ou barres de dopage 21a cons-tituent un masque couvrant la zone de membrane 3a.

Comme le montre la figure 2b, la profondeur d'implantation des bandes de dopage 2a est la même que celle de la zone de cadre annulaire 2a car leur réalisation se fait au cours de la même étape de fabrication que la zone de cadre 2a dans le substrat semi-conducteur 1.

En outre, en référence à la figure 2c, on développe ensuite des pores 5a en forme de bandes d'une couche de pores constituant un masque Mpa par une étape de gravure d'électropolissage. Les entretoises qui subsistent sont prédéfinies par les bandes de dopage 21a que l'opération d'électropolissage dans un électrolyte contenant de l'acide fluorhydrique n'attaque pas.

Immédiatement après la formation des pores 5a et des entretoises de bandes de dopage 21a, c'est-à-dire de préférence au cours d'une unique étape de gravure que l'on poursuit, on forme la cavité 11 sous la couche macroporeuse MPa comme le montre la figure 2d.

Comme le montre la figure 2e, comme dans le premier mode de réalisation, on oxyde les entretoises 21a pour obtenir des entretoises 21a' et le côté dégagé de la zone de cadre annulaire 2a pour former une zone de cadre annulaire, oxydée 2a'. Enfin, après oxydation dans la zone poreuse oxydée MPa' il subsiste des pores rétrécis 5a' d'un diamètre caractéristique de l'ordre de 100 à 500 nm.

Selon la figure 2f, comme dans le premier mode de réalisation, on ferme les pores 5a' par l'application du procédé LPCVD. Comme ce dépôt se fait d'une manière conforme (non représentée dans le dessin), c'est-à-dire également dans les intervalles des entretoises 5a', pour fermer l'espace intermédiaire de par exemple 400 nm il faut déposer une couche d'une épaisseur de 200 nm.

Les figures 3a-3d montrent schématiquement les principales étapes de fabrication d'un composant micromécanique selon un troisième mode de réalisation de la présente invention.

Selon la figure 3a, dans une étape d'implantation on réalise par implantation une zone de cadre 2b, de forme annulaire à dopage (n) dans le substrat semi-conducteur 1 à dopage (p) ; l'intérieur de ce cadre est complètement rempli par un bloc de dopage 21b. En d'autres termes, on crée une zone de dopage continu 2b, 21b et le trait interrompu à la figure 3a ne se rapporte qu'à une future séparation dans la zone de cadre 2b et la zone de membrane 3b. Une alternative consisterait à utiliser une couche épitaxiale continue à dopage (n).

En se référant à la figure 3b on dépose sur toute la surface de la structure résultante, la couche de masquage 4 en nitrure de silicium et on lui donne une structure de façon à former des bandes de couche de masquage 41b dans la zone de membrane 3b; ces bandes sont réparties de façon analogue aux zones de dopage 2 lb du second mode de réalisation.

Dans l'étape de procédé suivante, on réalise une structure préalable pour former une zone de pores MPb comportant des pores 5b (avec la même géométrie que dans le second mode de réalisation) et des entretoises intermédiaires 21b dans la zone d'implantation continue. Ce procédé de gravures de tranchée doit être conçu pour séparer au moins la zone de dopage dans toute sa profondeur. Cette situation est représentée à la figure 3c.

Ensuite, en référence à la figure 3d, comme dans le second mode de réalisation évoqué ci-dessus, on réalise la gravure d'électropolissage pour former la cavité 11 sous la zone de pores MPb des tranchées de gravure.

Les autres étapes de procédé se déroulent de façon analogue à celles représentées aux figures 2e et 2f du second mode de réalisation.

Les figures 4a-4d montrent schématiquement les étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention.

Le quatrième mode de réalisation selon la figure 4a prévoit uniquement une zone de cadre annulaire 2c à dopage (n) dans le substrat semi- conducteur à dopage (p) et qui entoure le milieu de la zone de membrane 3c. La surface du substrat semi-conducteur 1 reçoit la couche for- tuant le masque 4 en nitrure de silicium et on donne à la zone de membrane 3c une structure de façon à former des bandes de couche de masquage 41c ayant lamême forme que les bandes de couche de masquage 41b du troisième mode de réalisation ou des bandes de dopage 21a du second mode de réalisation.

En outre, selon la figure 4c, on effectue une étape de gravure d'électropolissage pour développer les pores 5c en forme de bandes avec des entretoises 21c intermédiaires dans la zone de pores MPc; puis selon la figure 4d, on développe directement ensuite la cavité 11 sous la zone de pores MPc formée précédemment.

Les autres étapes du procédé correspondent aux étapes du procédé des figures 3e et 3f.

La figure 5 est une vue schématique d'une étape de fabrication d'un composant micromécanique selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention.

Dans le cinquième mode de réalisation présenté à la figure 5, on ne prévoit pas de couche de fermeture au-dessus de la surface du substrat semi-conducteur dans la zone de membrane mais partant de l'état du procédé selon la figure 2d on continue l'oxydation jusqu'à ce que les pores soient complètement fermés dans la zone d'oxydation de pores MPd'. Cela peut se faire par un dimensionnement approprié des pores. Les entretoises oxydées 21d' ou la zone de cadre oxydée 2d' constituent alors la membrane 30d dans la zone de membrane 3d.

Comme l'oxydation se fait de préférence à la pression ambiante, après fermeture de la membrane 30d il subsiste dans la cavité 11 une quantité résiduelle d'oxygène. Cela se traduit par une augmentation de la conductivité thermique de la membrane par la cavité du substrat.

Comme après modification du procédé d'oxydation, le substrat 1 séjourne encore un certain temps à la température d'oxydation, on peut réduire de manière significative la pression dans la cavité 11. L'oxygène résiduel se traduit en effet à la poursuite de l'oxydation des parois et du fond de la cavité 11 et cette opération se poursuit jusqu'à ce que tout l'oxygène de la cavité 11 ait été consommé et qu'il se soit établi un vide.

La figure 6 est une vue schématique d'une étape de fabrication d'un composant micromécanique correspondant à un sixième mode de réalisation de la présente invention. Dans le sixième mode de réalisation représenté à la figure 6, partant des bandes 21a ^plantées en surface de façon complémentaire on prévoit des bandes de couche de masquage 41a. Cela permet d'améliorer la précision de la gravure verticale des pores.

Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel elle n'est pas limitée à celui-ci mais permet de nombreuses modifications.

Bien que les exemples de réalisation ci-dessus utilisent un substrat à dopage (p) on peut également appliquer le procédé de l'invention à un substrat à dopage (n). Comme le substrat doit être éclairé avantageusement à partir de sa face arrière, pour permettre le développe- ment des pores ou l'électropolissage pour créer ensuite la cavité, le procé- dé devient simplement d'une exécution plus complexe sans toutefois engendrer des inconvénients particuliers. On peut également envisager différentes orientations de substrat (non seulement l'orientation cristallographique (100)). Comme l'orientation des pores correspond pour l'essentiel à la direction (100) du cristal, il est envisageable de profiter en outre d'une orientation de pores non perpendiculaire à la surface du substrat pour avoir une stabilité de membrane.

De manière générale, par le choix de la profondeur des entretoises de silicium, on peut régler de manière quelconque l'épaisseur de la future membrane. Ce procédé permet de régler les épaisseurs de mem-branes comprises entre quelques 100 nm et plusieurs 10 m. Pour une application comme membrane d'isolation thermique dans un élément de capteur on choisira une épaisseur de membrane de préférence inférieure à 5 m pour que la conductivité thermique latérale soit faible.

A la place des entretoises on peut choisir n'importe quelle autre géométrie de pore, par exemple une grille quelconque.

NOMENCLATURE

2,2a,2b,2c,2d,2e 3,3a,3b,3c,3d,3e 4 MP,Mpa,MPb,MPc,Mpe 5,5a,5b,5c, 5e 5', 5a' 15,21a,21b,21c 11 15',21a' MP',Mpa',MPd' 10 30,30a,30d 40,41 a, 41 b, 41 csubstrat semi-conducteur de silicium à do-page p zone de cadre annulaire à dopage n zone de membrane couche de masque couche macroporeuse pores pores oxydés entretoise cavité entretoise oxydée couche de pore oxydée couche de fermeture membrane zone de couche de masque

Claims (16)

REVENDICATIONS

1 ) Composant micromécanique comprenant un substrat semi-conducteur (1) d'un premier type de dopage (p), une cavité (11) dans le substrat semiconducteur (1) et une membrane (30; 30a; 30d) prévue à la surface du substrat semi-conducteur (1) pour fermer la cavité (11), caractérisé en ce que la membrane (30; 30a; 30d) comporte une couche poreuse oxydée (MP' ; Mpa' ; MPd') suspendue à une zone de cadre annulaire (2; 2a; 2b; 2c; 10 2d; 2e), du second type de dopage (n).

2 ) Composant micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche poreuse (MP' ; MPa' ; MPd') comporte des pores oxydés de manière continue (5', 5a') et au moins une couche de fermeture (10) audessus de la couche de pores oxydés (MP' ; MPa' ; MPd') qui ferme les pores oxydés (5', 5a').

3 ) Composant micromécanique selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que la couche de fermeture (10) est en SiO2, Si3N4 ou SiN.

4 ) Composant micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche poreuse oxydée (MP' ; MPa' ; MPd') ne comporte pas de pores traversants et ferme hermétiquement la cavité (II).

5 ) Composant micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier type de conductivité (p) est de type p et le second type de conductivité (n) est le type n.

6 ) Procédé de fabrication d'un composant micromécanique comprenant les étapes suivantes: - fournir un substrat semi-conducteur (1) d'un premier type de dopage (P), - prévoir une zone de cadre annulaire (2; 2a; 2b; 2c; 2d; 2e) d'un se- cond type de dopage (n) dans la surface du substrat semiconducteur (1) entourant une zone de membrane (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e), réaliser une couche de pores (MP; Mpa; MPb; MPc; MPe) dans la surface du substrat semi-conducteur (1) dans la zone de cadre annu- laire (2; 2a; 2b; 2c. 2d; 2e) au cours d'une première étape de gra-vure, - réaliser une cavité (11) sous la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe) dans le substrat semi-conducteur (1) par une seconde étape de gravure, un transport d'agent de gravure se faisant à travers la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe), - ensuite formation d'une couche de pores oxydés (MP' ; MPa' ; MPd') dans une étape d'oxydation dans la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe) suspendue à la zone de cadre annulaire (2; 2a; 2b; 2c; 2d; 2e) du second type de dopage (n), et -développer une membrane 30; 30a; 30d) à la surface du substrat semi-conducteur (1) dans la zone de membrane (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) qui ferme la cavité (11) et présente la couche de pores oxydés (MP' ; MPa' ; MPd').

7 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on grave la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe) dans une première étape de gravure par voie électrolytique avec des pores (5) à réparti-25 tion aléatoire dans le substrat semi-conducteur (1).

8 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on grave la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe) dans une pre-30 mière étape de gravure avec un masque (4, 21a; 4, 41b, 21b; 4, 41c; 4, 41a, 21a) dans le substrat semi-conducteur (1).

9 ) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que le masque (4, 21a; 4, 41b, 21b; 4, 41c; 4, 41a, 21a) comporte une zone de dopage (21a; 21c) du second type de conductivité (n) dans la surface du substrat semi-conducteur (1).

10 ) Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que la zone de dopage (21a; 21c) comprend une zone d'implantation (21a) ayant un modèle de zones implantées et de zones non implantées, les zo-5 nes non implantées fixant les pores (5a).

11 ) Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que la zone de dopage (21a; 21c) est une zone d'implantation (21b) ou une zone épitaxiale couvrant toute la zone de membrane (2b), et les pores (5b) sont fixés dans une première étape de gravure par gravure de sillons sous la forme d'un procédé de gravure de tranchées de la zone d'implantation (21 b), en utilisant une couche de masque structurée (40, 41b) à la surface du substrat semi-conducteur (1).

12 ) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que le masque (4, 21a; 4, 41b, 21b; 4, 41c; 4, 41a, 21a) a une couche de masquage structurée (4, 41a; 4, 41b; 4, 41c) à la surface du substrat 20 semi-conducteur (1) .

13 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par la réalisation de la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe) dans la première étape de gravure et la réalisation de la cavité (11) sous la couche de pores (MP; MPa; MPb; MPc; MPe) dans le substrat semi-conducteur (1) au cours d'une seconde gravure par voie électrolytique.

14 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on forme la couche de pores oxydés (MP' ; MPa' ; MPd') avec des pores oxydés de manière continue (5', 5a') et on réalise au moins une couche de fermeture (10) au-dessus de la couche de pores oxydés (MP' ; MPa' ; MPd').

15 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on développe la couche de pores oxydés (MP' ; MPa' ; MPd') pour fermer les pores et fermer ainsi hermétiquement la cavité (Il).

16 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier type de conductivité (p) est le type p et le second type de conductivité (n) et le type n.