FR2997693A1 - Procede de fabrication d'un composant micromecanique et composant obtenu - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication d'un composant micromécanique consistant à : - dégager par mise en structure au moins partiellement une structure (42, 46) dans une couche de silicium monocristallin (10) par une gravure dépendant de l'orientation cristallographique, au côté supérieur (12) de la couche de silicium (10) pour l'orientation actuelle (110) de la couche de silicium (10). Pour dégager par structuration la structure (42, 46) en plus, on applique une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique au côté supérieur (12) pour son orientation actuelle.

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de fabri- cation d'un composant micromécanique dégagé par la mise en structure au moins partielle et une structure dans une couche de silicium mono- cristallin en appliquant une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique, au côté supérieur de la couche de silicium pour l'orientation présente (110) de la couche de silicium. L'invention se rapporte également à un composant mi- cromécanique ayant au moins une structure dégagée par la mise en structure d'une couche de silicium monocristallin, cette structure ayant au moins une région partielle avec une fixation et/ou un renvoi à au moins un élément libre non relié. Etat de la technique La publication « Spezielle Herstellungsverfahren der Mik- rosystemtechnik » (http: / /www. leb . eei. uni-erlangen . de/ temine/ ferie- nakade- mie/2008/mikrosysteme/Hoehne SpezifischVerfahren Vortrag.pdf page 20) décrit un procédé pour former des sillons perpendiculaires dans la face supérieure d'une plaquette de silicium monocristallin pour l'orientation de surface supérieure (110) par une étape de gravure dé- pendant de l'orientation cristallographique. Les plans cristallographiques de coordonnées (111) fonctionnent comme des plans d'arrêt de la gravure. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer un tel procédé caractérisé en ce que pour dégager par structuration la structure on applique en plus une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique au côté supérieur de la couche de silicium pour l'orientation actuelle (110) de la surface supérieure de coor- données de la couche de silicium. L'invention a également pour objet un composant micromécanique du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'élément libre est relié par une structure en forme de tête de marteau, au moins dans la région partielle de la fixation et/ou du renvoi.

La présente invention permet de réaliser un composant micromécanique produit en grande série avec un rendement élevé tout en respectant de manière fiable la précision souhaitée de la structure ou la symétrie des flancs de la structure des différents composants.

L'utilisation d'un silicium monocristallin permet d'éviter les effets de grains qui se produisent dans la mise en structure du silicium polycristallin. Alors que la présence des grains dans le silicium polycristallin se traduit souvent par des imprécisions de structure, la présente invention permet d'utiliser les plans cristallins bien définis dans le silicium monocristallin pour développer une forme avantageuse de structure dégagée dans le silicium monocristallin. De façon préférentielle, on utilise une couche de silicium à orientation très précise avec un défaut d'orientation inférieure à 0,05° et notamment inférieure à 0,02° du plan cristallographique (110) pour appliquer le procédé de réalisation de façon qu'avec au moins l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique et de l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique on dégage un flanc de structure à très grande symétrique et/ou une paroi latérale à très grande symétrie constituant la structure. En utilisant la couche de silicium monocristallin ayant une surface inférieure à ±0,5° par rapport au plan cristallographique (110), on réalise une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique dans la face supérieure de cette couche de silicium monocristallin, on peut réduire avantageusement à un niveau bas, les tolérances de défauts angulaires du procédé de fabrication (c'est-à-dire l'écart angulaire de deux flancs de structure). en regard l'un de l'autre et le développement de cet écart angulaire dans le substrat). A titre d'exemple, le procédé de fabrication selon l'invention permet de réduire les tolérances de défaut angulaire à moins de 0,5° et notamment à moins de ±0,02° dans toute la plaquette. Ce résultat est avantageusement bas par comparaison avec des tolérances d'erreurs angulaires d'au moins ±0,5° qui se produisent fréquemment à cause des installations dans le cas de la gravure à sec ou de la gravure en profondeur. Par exemple, la couche de silicium d'orientation (110) très précise doit être utilisée comme couche de composant d'un substrat SOI avec une plaquette de support d'orientation quelconque. L'invention se réalise ainsi avec une matière relativement économique. De plus, on peut déduire l'orientation cristallographique azimutale de la couche de silicium par une gravure d'essai dépendant de la direction cristallographique des structures d'ajustage et de dé- duire l'orientation azimutale du masque lithographique sur le cristal en utilisant l'orientation cristallographique déduite pour l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique pour dégager au moins une structure. Le procédé de réalisation selon l'invention est ainsi facile io à appliquer. Selon un développement avantageux du procédé de réalisation, on exécute une étape de gravure anisotrope comme constituant au moins une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. L'étape de gravure à l'isotrope, permet également de graver 15 et/ou de traverser des plans cristallographique (111) qui ne sont pas perpendiculaires à la surface et qui, pour une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique, donnent un plan d'arrêt de gravure (111). L'étape de gravure à anisotrope peut ainsi servir à remédier aux effets non souhaitables de l'étape de gravure dépendant de 20 l'orientation cristallographique et qui aura été exécutée avant ou après. En particulier, on peut appliquer une étape de gravure en profondeur par des ions réactifs comme une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. Une étape de gravure profonde par des ions réactifs se combine facilement à une étape de gravure dé- 25 pendant de l'orientation cristallographique. Selon un développement avantageux, on effectue au moins une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique avant l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. La possibilité d'exécuter le procédé de réalisation n'est toutefois 30 pas limitée à une telle succession d'étapes de gravure. Par exemple, l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique peut également être appliquée avant au moins une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique ou entre au moins deux étapes de gravure indépendante de l'orientation cristallographique.

Selon un développement préférentiel, l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique réalise au moins un sillon dans au moins une région d'un plan d'arrêt de gravure (111) qui ralentit au moins localement l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique dans la couche de silicium. En particulier, dans ce cas, l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique réalise la gravure d'un sillon dans une région d'un plan d'arrêt de gravure (111) ralentissant au moins localement l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristal- lographique avec une direction inclinée de 35° par rapport au plan cris- tallographique (110) de la couche de silicium en réalisant la gravure dans cette couche de silicium. Le procédé de réalisation ainsi écrit assure non seulement une utilisation avantageuse des deux plans d'arrêt de gravure (111) perpendiculaires au plan cristallographique (110) no- tamment pour graver avec une très grande précision des sillons étroits orientés perpendiculairement au plan cristallographique (110) tout en évitant les effets non souhaitables des autres plans d'arrêt de gravure (111). Cela permet de structurer de manière précise du silicium mono-cristallin selon l'invention. En particulier, cela permet de réaliser des sillons étroits avec un rapport d'aspect supérieur à 1/1 (profon- deur/largeur). Selon un autre développement avantageux, on applique une étape de gravure en chimie humide constituant au moins une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. Une étape de gravure en chimie humide est plus simple à réaliser et utilise avanta- geusement le plan cristallographique (111) perpendiculaire au plan cristallographique (110) du silicium monocristallin comme plan d'arrêt de gravure (111). De plus, une étape de gravure en chimie humide se combine de manière simple à au moins une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique, avec notamment une étape de gra- vure profonde à ions réactifs. Selon un autre développement avantageux, la structure est constituée par une région partielle d'une fixation et/ou d'une déviation avec au moins un élément libre, restant relié dans la couche de si- licium monocristallin. Par exemple, on peut dégager la structure d'un ressort constituant la région partielle de fixation et/ou de déviation d'un élément libre, relié dans la couche de silicium monocristallin. Le procédé de fabrication permet ainsi de réaliser des actionneurs et/ou des capteurs en respectant une très grande précision de structure et no- tamment pour la symétrie des parois latérales. En particulier, le procé- dé de fabrication selon l'invention pour des capteurs de vitesse de rotation, génère des structures de ressort de suspension ayant une section de ressort symétrique et un défaut d'angle de flancs négligeable par rapport aux flancs latéraux en regard.

Une fixation ou un support désigne une structure déga- gée dans une couche de silicium monocristallin et qui est reliée (pratiquement) de manière fixe et rigide à la matière non structurée et/ou un substrat. Vis-à-vis de cela, réciproquement, une structure dégagée d'une couche de silicium monocristallin peut être déplacée et/ou cour- bée. Par exemple, la réalisation courbe désigne une structure dégagée dans une couche de silicium monocristallin qui relie deux structures libres, par exemple des ressorts. Selon un développement préférentiel, on développe au moins une structure en forme de tête de marteau par laquelle l'élément libre rejoint au moins la région partielle de la fixation et/ou de la partie courbe. Comme cela sera décrit plus précisément ci-après, cela permet d'utiliser avantageusement les deux plans d'arrêt de gravure (111) perpendiculaires au plan cristallographique (110). Cela signifie qu'au moins un élément dégagé (élément libre) est réalisé avec au moins l'extrémité en contact avec la région par- tielle de la fixation et/ou du renvoi et qui a une première surface latérale et une seconde surface latérale orientées perpendiculairement au plan cristallographique (110) de la couche de silicium et qui sont alignés par rapport à une paroi latérale orientée par rapport à l'élément dégagé au moins de la région partielle de la fixation et/ou du renvoi pour que la première surface latérale soit inclinée avec un angle d'inclinaison aigu et la seconde surface latérale soit inclinée avec un angle d'inclinaison obtus par rapport à la paroi latérale. Les avantages liés à la gravure décrite ci-dessus s'appliquent également au composant micromécanique. Le composant micromécanique se développe selon les formes de réalisation évoquées ci-dessus. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un procédé de fabrication d'un composant micromécanique ainsi que le composant obtenu, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - les figures 1A-1F sont des vues d'une couche de sili- cium pour décrire un mode de réalisation du procédé de fabrication, - les figures 2A et 2B sont des vues partielles schématiques d'un premier mode de réalisation d'un composant micromécanique, et - les figures 3A et 3B sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'un second mode de réalisation du compo- sant micromécanique. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1A-1F sont des vues d'une couche de silicium servant à décrire un mode de réalisation du procédé de fabrication de l'invention. La couche de silicium 10 représentée à la figure lA est une couche de silicium monocristallin. La couche de silicium 10 est par exemple une couche d'une plaquette SOI. De même, on peut également utiliser une plaquette de silicium comme couche de silicium 10. La couche de silicium 10 (à orientation très précise 110) peut être la couche d'un composant d'un substrat SOI avec une plaquette de support d'orientation quelconque. La couche de silicium 10 a une face supérieure 12 (côté extérieur) qui sera structurée ensuite et qui a de préférence un défaut d'orientation inférieur à 0,05° notamment inférieur à 0,02° par rapport au plan cristallographique (110). La couche de sili- cium 10 peut dans ces conditions être considérée comme une couche de silicium 10 à orientation très précise. Dans un but de simplification, cette caractéristique sera décrite ultérieurement en ce que le côté supérieur 12 (côté extérieur) est le plan cristallographique 12 d'orientation (110). On peut également l'interpréter comme existence de la couche de silicium 10 dans l'orientation de la surface supérieure (110). De même, la couche de silicium 10 peut également être considérée comme la couche de silicium 10 monocristallin d'orientation (110). La couche de silicium 10 a deux plans cristallogra- phiques 14 d'orientation (111) perpendiculaires au plan cristallogra- phique 12 d'orientation (110). Ces plans sont représentés schématiquement par leur axe de coupe à la figure 1A. Les deux plans cristallographiques 14 d'orientation (111) perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation (110) font entre-eux un angle aigu a d'environ 70° et un angle obtus 13 d'environ 109°. Deux autres plans cristallographiques 16 d'orientation 111 sont inclinés d'environ 35° par rapport au plan cristallographique 12 de coordonnées 110 de la couche de silicium. Le procédé de fabrication décrit ensuite permet de déga- ger par une mise en structure, au moins un flan de structure à très grande symétrie et/ou au moins une paroi latérale à très grande symétrie comme au moins une structure de la couche de silicium monocristallin 10 d'orientation 110. Selon une variante d'étape de procédé, on peut au préalable déduire l'orientation azimutale du cristal de la couche de silicium 10 par une gravure d'essai, indépendante de la direction cristallographique dans les structures d'ajustage et déduire l'orientation azimutale du masque de lithographie dans le cristal en utilisant l'orientation cristallographique déduite pour l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique pour dégager au moins une structure. La figure 1B montre la position préférentielle 18 d'une structure dégagée par l'exécution du procédé de fabrication décrit ensuite dans la couche de silicium 10 ; uniquement à titre d'exemple, on dégage par mise en structure, une structure une région partielle d'une fixation à laquelle est relié un élément libre (en porte-à-faux) de la couche de silicium monocristallin 10. La représentation de cet élément libre qui reste relié à au moins une région partielle de la fixation comme un ressort ou comme poutre en porte-à-faux, dégagée par mise en structure de la couche de silicium monocristallin, n'est là que pour mieux expliciter le procédé décrit ensuite. Il est à remarquer que le pro- cédé de réalisation décrit ensuite permet de dégager par mise en structure, au moins partiellement dans la couche de silicium 10, un grand nombre de structures et de formes différentes à l'aide du procédé de fabrication décrit ensuite.

Pour dégager au moins en partie, la mise en structure d'une structure dans la position souhaitée 18, il faut enlever les régions 20 de la couche de silicium 10. Cela se fait selon le procédé de fabrication décrit ici par l'exécution d'une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique dans le côté supérieur 12 de la couche de silicium 10 pour l'orientation présente de la surface (110) de la couche de silicium 10 et par une exécution supplémentaire d'au moins une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique sur le côté supérieur 12 de la couche de silicium 10 pour l'orientation présente la surface supérieure (orientation 110) de la couche de silicium 10. Pendant l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallogra- phique, on utilise les deux plans cristallographiques 14 d'orientation 111, perpendiculaires au plan cristallographique 12 (110) comme plan d'arrêt de gravure pour développer des parois 22 orientées perpendiculairement au plan cristallographique d'orientation (110). Toutefois, habi- tuellement lorsqu'on utilise l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique, on rencontre souvent l'effet de projection d'ombre, à cause des autres plans cristallographiques 16 de coordonnées (111) inclinés d'environ 35° par rapport au plan cristallographique 12 de coordonnées (110) qui limitent/arrêtent loca- lement le procédé de gravure souhaité en constituant des plans d'arrêt de gravure d'orientation (111) non souhaités. Il peut notamment en résulter des résidus 24 gênants après l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. L'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallo- graphique peut notamment être une étape de gravure en chimie hu- mide. Par exemple on peut utiliser la potasse KOH pour cette étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. Un procédé de gravure en chimie humide a une sélectivité extrêmement poussée vis-à-vis des plans cristallographiques 14 d'orientation (111) perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation (110) comme plans d'arrêt de gravure. Les plans cristallographiques 14 d'orientation (111) perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation (110) ne sont pas gravés ou ne le sont à peine à cause de la sélectivité très poussée dans l'étape de gravure en chimie humide. C'est pourquoi le procédé de gra- vure en chimie humide permet de dégager par mise en structure, des parois latérales perpendiculaires dans le plan cristallographique 12 de coordonnées (110) de la couche de silicium monocristallin 10. Le défaut angulaire du procédé de gravure par chimie humide dépend principalement du réglage précis de la surface supérieure 12 d'orientation (110).

En général, dans ce cas, l'erreur angulaire est inférieure à 0,010 . D'autres avantages de la mise en structure par la chimie humide sont principalement la construction plus simple de la chambre de gravure ainsi que la très grande homogénéité de la vitesse de gravure sur toute la surface de la couche de silicium 10. Dans le cas du procédé de gravure par voie humide, il n'y a pas non plus des asymétries de flanc occasionnées par l'incidence inclinée des ions dans la plaquette dans le cas de la gravure au plasma à sec. De plus, dans le cas du procédé de gravure par voie humide, on utilise des masques plus minces. Les arrêts de gravure et les transitions sont mieux définis dans le cas de la gravure par chimie humide que dans le cas de la gravure à sec. De plus, on peut traiter des lots de plaquettes, ce qui est avantageux par rapport au traitement de plaquettes seules dans le cas du dispositif de gravure à sec. Dans la mesure où l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique comprend une gravure par chimie hu- mide avec de la potasse KOH, on utilise un masque de gravure 12 constitué par une couche mince de dioxyde de silicium avec pardessus une couche de nitrure de silicium. Les deux couches peuvent être obtenues de manière conforme par une oxydation thermique suivie d'un dépôt LPCVD. (Dépôt à la vapeur à basse pression). Les figures 1Ca et 1Cb montrent ce que l'on aurait si l'on cherchait à enlever les régions 20 (esquissées à la figure 1B) uniquement par une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. (La figure 1Ca et la figure 1Cb ne montrent pas d'étapes de procédé réalisées mais servent uniquement à la compréhension des étrapes de procédé décrites ensuite). La figure 1Ca représente un masque de gravure 26 appli- qué sur une couche de comparaison 10' correspondant à la couche de silicium 10. Une ouverture traversante 28 a été structurée dans ce masque. Le masque de gravure 26 est appliqué sur le plan cristallographique 12' d'orientation (110) de la couche de comparaison 10'. La figure 1Cb est une vue de l'endroit correspondant de la couche de comparaison 10' après application de l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. En exécutant cette étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique, on enlève par gravure, la région de la couche de comparaison 10' apparaissant dans le dégagement 28 du masque de gravure 26. En plus, on enlève également par gravure d'autres régions 30 de la couche de comparaison 10' sous le masque de gravure 26. Ces gravures en contre-dépouille du masque de gravure 26 comme cela est représenté par la flèche 32, sont limitées par les plans cristallographiques 14 et 16 d'orientation 111 et qui fonctionnent comme des plans d'arrêt de gravure 111. Les limitations des plans cristallographiques 14 d'orientation 111 alignées perpendiculairement au plan cristallographique 12' d'orientation (110) peuvent servir à fixer une forme préférentielle du sillon de gravure. Toutefois, les autres plans cristallographiques 16 d'orientation 111 et qui sont inclinés d'un angle d'environ 35° par rapport au plan cristallographique 12' d'orientation 110 de la couche de comparaison 10', correspondent à des « ombres » gênantes des plans d'arrêt de gravure d'orientation 111. Ainsi, les rési- dus 24 non souhaitables (non dégagés par gravure) subsistent après l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. Les résidus 24 peuvent produire des imprécisions de la structure dégagée par mise en structure à l'aide de l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. Par exemple les résidus 24 peuvent produire des écarts habituels dans la forme dégagée par mise en structure, si bien que la constante du ressort est différente de la valeur prévue. La description ci-après indique comment contourner cet inconvénient par l'étape de procédé décrite ensuite.

Cette gravure en contre-dépouille sous le masque de gravure montre qu'il est avantageux d'avoir, à côté du réglage précis de la surface supérieure d'orientation (110), également une orientation très précise du masque de gravure 26 sur la surface supérieure (110) en ré- férence au plan perpendiculaire d'orientation (111). Un défaut d'orientation du masque de gravure 26 se traduit automatiquement en ce que la largeur souhaitée de la structure diminue. L'orientation cristallographique introduite par les fabricants des substrats SI est habituellement donnée à ±0,2°. Cela est à peine suffisant pour respecter les conditions imposées et souvent il faut effectuer des étapes supplémen- taires telles que par exemple le développement de structures d'essai qui ont été mises en structure par l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique, avantageuse pour l'identification exacte de l'orientation du plan (111).

Le procédé de fabrication décrit ensuite, comprend l'étape de dégagement par mise en structure au moins partiel d'une structure en exécutant en plus au moins une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique sur le côté supérieur 12 de la couche de silicium 10 pour l'orientation présente de la surface orientation (110) de la couche de silicium 10. Cette étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique est représentée à l'aide de la figure 1D. Comme étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique, on peut exécuter par exemple une étape de gravure anisotrope. De façon préférentielle, on exécute une étape de gravure profonde avec des ions réactifs comme étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. Dans le mode de réalisation décrit ici du procédé de fabrication, on exécute l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique avant l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. La possibilité d'application du procédé de fabrication n'est toutefois pas limitée à cet ordre des étapes de gravure. La possibilité de réduire l'influence des plans d'arrêt de gravure 111, inclinés de manière gênante, consiste à graver à l'aide de l'étape de gravure indépendant de l'orientation cristallographique représentée à la figure 1D, en réalisant au moins un sillon 34 dans une ré- gion 36 d'un plan d'arrêt de gravure 14 ou 16 d'orientation (111) qui ralentit l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique dans la couche de silicium 10. En particulier, l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique réalise la gravure d'au moins un sillon 34 à travers au moins une région 36 d'un plan d'arrêt de gravure 16 d'orientation (111) ralentissant localement l'étape de gra- vure dépendant de l'orientation cristallographique avec un alignement incliné d'environ 35° par rapport au plan cristallographique d'orientation (110) de la couche de silicium 10, dans cette couche 10. En d'autres termes, l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique est une coupe d'un plan d'arrêt de gravure 16, incli- né, d'orientation (111). De cette manière, on pourra dégager rapidement les plans à graver pour la gravure faite ensuite et dépendant de l'orientation cristallographique de sorte que les plans cristallographiques 16 d'orientation (111), qui sont coupés en biais perdent leur effet de plan d'arrêt de gravure d'orientation (111). La position et/ou le dégagement du sillon 34 gravé par une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique se fixe notamment en ce que les plans cristallographique 14 d'orientation 111 perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation 110 conservent leur effet souhaité de plan d'arrêt de gravure 111. L'exécution d'au moins une étape indépendante de l'orientation cristallographique suivie d'une gravure dépendante de l'orientation cristallographique à l'avantage de renoncer à d'autres étapes de gravure intermédiaire. C'est ainsi qu'en général il suffit de réaliser une unique étape de gravure indépendante de l'orientation cris- tallographique. Les figures lE et 1F décrivent une autre possibilité de ré- duire l'influence des plans d'arrêt de gravure d'orientation 111, inclinée et qui est gênante. Pour cela, on structure tout d'abord la couche de silicium 10 par un procédé indépendant du cristal. La géométrie de la surface qui subsiste ainsi diffère intentionnellement d'une ouverture en forme de parallélogramme dans le masque de gravure. Au lieu de cela, à l'aide du dégagement traversant 40 dans le masque de gravure 38, on déplace le point d'intersection convexe des deux plans cristallogra- phiques 14 d'orientation (111) orientés perpendiculairement au plan cristallographique 12 d'orientation (110) dans la région pré-structurée. Comme cette région a été préalablement structurée, les plans d'arrêt de gravure (111) inclinés, gênants ne peuvent se développer au cours du procédé de réalisation de la structure indépendamment de l'orientation cristallographique. La figure 1F montre un ressort 42 comme structure dégagée du plan cristallographique 12 d'orientation (110) de la couche de silicium ; ce ressort est suspendu à une région partielle 48 de la fixation elle-même dégagée par mise en structure de la couche de silicium 10.

Le procédé de réalisation ainsi décrit permet de déterminer la rigidité du ressort 42 dans une plage d'écarts relativement petite. Le procédé de réalisation ainsi décrit ne convient toutefois pas pour structurer le ressort 42. En structurant le ressort 42 et la région partielle 46 de la fixation par le procédé décrit ci-dessus, on enlève non seulement la ré- gion de la couche de silicium 10 dégagée dans l'évidement 40 du masque de gravure 38 mais on a également la gravure en contre-dépouille 32 décrite ci-dessus qui enlève d'autres zones 30 sous le masque de gravure 26. Cette gravure en contre-dépouille 32 supprime toutefois les limitations usuelles dans la mise en structure de la couche de silicium 10. Grâce à l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique exécutée préalablement, les plans cristallographiques 16 d'orientation (111), « inclinée », « découpée » pendant l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique représentée à la fi- gure 1F ne fonctionnent plus comme des plans d'arrêt de gravure d'orientation (111). Comme le montre la figure 1F, dans le procédé décrit ci- dessus, les plans cristallographiques 14 d'orientation (111) qui sont perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation (110) s'utilisent pour structurer des parois 22 du ressort 42 et de la région partielle 46 orientés perpendiculairement à la surface supérieure 12. Les parois 22 sont orientées exactement dans deux directions et ces deux directions sont fixées par des plans d'arrêt de gravure 14 d'orientation (111) qui sont perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation (110).

En résumé, on garantit ainsi une précision avantageuse dans la mise en structure de la couche de silicium 10 par la combinaison de l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique et de l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique. Les plages sensibles de tolérances de fabrication sont de préférence gravées en fonction de l'orientation cristallographique. Les autres plages peuvent être structurées par l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique de sorte que les deux régions se combinent en une conception globale avantageuse.

Comme le montre la figure 1F, dans le procédé de fabri- cation décrit ici, on développe au moins une structure 44 en forme de tête de marteau par laquelle l'élément libre en forme de ressort 42 rejoint au moins la région partielle 46 de la fixation. En d'autres termes, l'élément libre en forme de ressort 42 est réalisé avec au moins l'étape 48 en contact avec la région partielle 46 de la fixation, cette extrémité ayant une première surface latérale 50 et une seconde surface latérale 52 orientée perpendiculairement au plan cristallographique 12 d'orientation 110 de la couche de silicium 10. Les surfaces latérales 50 et 52 sont orientées par rapport à une paroi latérale 54 au moins de la région partielle 46 de la fixation, orientée vers l'élément libre respectif de façon que la première surface latérale 50 soit inclinée avec un angle d'inclinaison aigu a (non esquissé) et qui peut être notamment égal à 70° par rapport à la paroi latérale 54. La seconde surface latérale 52 peut être inclinée par rapport à la paroi latérale 54 avec un angle d'inclinaison obtus 13 qui est notamment de l'ordre de 109°. Pour les autres détails et avantages de la liaison réalisée de cette manière de l'élément libre à la région partielle 46 de la fixation, on fera un exposé plus détaillé. (Les explications données ci-dessus relatives à la structure 44 en forme de tête de marteau s'appliquent de manière correspondante dans la mesure où le ressort 42 ou un élément libre ayant une autre forme est relié par celui-ci à un renvoi). Le procédé de fabrication décrit ci-dessus peut notam- ment servir à fabriquer un actionneur ou un capteur, tel que par exemple un capteur d'accélération et/ou un capteur de vitesse de rota- tion. Toutefois, on peut également réaliser d'autres composants micromécaniques par ce procédé de fabrication. Selon une variante de réalisation du procédé de fabrica- tion, on effectue l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallo- graphique avant l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. Cela a l'avantage, notamment lorsqu'on réalise l'étape de gravure profonde par ions réactifs comme étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique, que les structures partielles obtenues par l'étape de gravure dépendant de l'orientation cris- tallographique sont protégées par un masque mince pour effectuer l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. Dans le cas d'une étape de gravure profonde par ions réactifs, la mise en structure sera produite (principalement) par un tir d'ions physiques, orienté perpendiculairement à la surface supérieure 12. Ainsi, dans le cas d'une étape de gravure en profondeur par des ions réactifs on utilise une mince couche de dioxyde de silicium par exemple ayant une épaisseur de couche de l'ordre de 50 nm sur les parois latérales pour servir de masque. Cette couche de dioxyde de silicium peut se réaliser avantageusement par exemple par une oxydation thermique et en application de procédés connus. En option on peut également lisser et aligner les structures partielles obtenues par la mise en structure avec l'étape de procédé indépendante de l'orientation cristallographique pour les plans cristallographique d'orientation (111). Pour cela, on effectue d'abord une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. En- suite, on ne dépose pas de masque, mais on lisse la structure partielle dégagée par mise en structure et entachée de tolérances et de défauts grossiers par une gravure dépendant de l'orientation cristallographique jusqu'à arriver dans les plans cristallographiques 14 d'orientation (111).

Puis on protège les structures lissées par une mince couche de dioxyde de silicium. Ensuite, on peut former les éléments de conception résiduels à l'aide d'une autre étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique.

Les figures 2A et 2B sont des vues partielles schéma- tiques d'un premier mode de réalisation du composant micromécanique. Le composant micromécanique représenté schématique- ment aux figures 2A et 2B est obtenu par le procédé de fabrication ex- pliqué ci-dessus. Le composant micromécanique comporte au moins une structure 42, 46 dégagée par mise en structure d'une couche de silicium monocristallin ; cette couche comprend au moins une région partielle 46 d'une fixation à laquelle est reliée un élément libre 42. A titre d'exemple, l'élément libre 42 qui est relié à au moins la région par- tielle 46 de la fixation est un ressort 42. L'élément libre 42 rejoint la région partielle 46 de la fixa- tion par une structure 44 en forme de tête de marteau et qui absorbe les tolérances d'ajustage entre l'étape de procédé dépendant de l'orientation cristallographique et celle indépendante de l'orientation cristallographique. Cela signifie notamment que l'élément libre 42 comporte sur au moins la région partielle 46 de la fixation, une extrémité de contact 48 d'une première surface latérale 50 et une seconde surface latérale 52 orientée perpendiculairement à la couche de silicium (précé- dente) du plan cristallographique d'orientation 110 et qui sont orientées par rapport à la paroi latérale 54 selon l'élément 42 libre, respectif (la région partielle 46 de la fixation) de façon que la première surface latérale 50 soit inclinée avec un angle d'inclinaison aigu a et que la seconde surface latérale 52 soit inclinée avec un angle d'inclinaison 13, obtus, par rapport à la paroi latérale 54. En d'autres termes, cette fixation de l'élément libre 42 sur au moins la région partielle 46 de la fixation est une transition en forme de tête de marteau. On peut considérer la structure 44 en forme de tête de marteau en ce que l'extrémité de l'élément libre 42 qui s'étend dans la direction longitudinale, à une première arrête avec un angle d'inclinaison aigu a par rapport à la se- conde arrête ayant un angle d'inclinaison obtus 13 par rapport à la direction longitudinale. La seconde arrête et l'angle d'inclinaison obtus 13 se situent par exemple plus près du centre/centre de gravité de l'élément libre 42 que la première arrête avec l'angle d'inclinaison aigu, a.

L'angle d'inclinaison aigu a correspond de préférence à une plage comprise entre 80° et 60° et de préférence à une plage comprise entre 75° et 65°. L'angle d'inclinaison aigu a peut notamment correspondre à environ 70°. De façon correspondante, l'angle d'inclusion obtus 13 se situe de préférence dans une plage comprise entre 100° et 120° et de préférence entre 105° et 115°. L'angle d'inclinaison obtus 13 peut notamment être égal à environ 109°. A l'aide de ces angles d'inclinaison a et 13, il est clair que les structures 42 et 46 peuvent être obtenues par mise en structure à l'aide du procédé de fabrication décrit ci-dessus appliqué à du silicium monocristallin. (Cela se reconnaît éga- lement en ce que les surfaces latérales 50 et 52 sont les plans cristallographiques 14 d'orientation (111) perpendiculaires au plan cristallographique 12 d'orientation (110). En outre, sur le composant micromécanique on reconnait que le plan cristallographique 16 d'orientation (111) est incliné suivant un angle d'environ 35° par rapport au plan cristallographique 110 (non esquissé) avec un sillon 34 gravé par une étape de gravure profonde par des ions réactifs. Cela garantit qu'au plus il subsiste un résidu 24 relativement petit après la réalisation des structures 42 et 46. En particu- lier, dans la région pour laquelle le comportement en mobilité et/ou en flexion de l'élément dégagé 42 est importante, la structure souhaitée 42 et 46 pourra être dégagée par mise en structure avec une grande précision. Ainsi, précisément dans cette plage, on aura garantit des tolérances strictes de fabrication.

Les angles d'inclinaison a et 13 augmentent fortement la largeur de l'élément libre 42 en forme de ressort. Comme la rigidité du ressort 42 diminue en fonction de la puissance 3 de la largeur du ressort, la transition mécanique entre le ressort souple 42 et la structure rigide en forme de tête de marteau 44 est très faible. La distance entre l'angle d'inclinaison obtus a et la transition mécanique sera choisie pour absorber les tolérances étendus dans cette plage. Contrairement à la plage avec l'angle d'inclinaison a, aigu, les contraintes de cisaillement du grand angle d'inclinaison 13 sont relativement réduites. Cela permet également de solliciter mécaniquement le composant micromécanique ainsi réalisé.

De plus, dans le cas du composant micromécanique on peut absorber l'influence des tolérances de défauts, élargie au niveau de l'interface des deux plans cristallographique 14 correspondant à l'orientation (111). Comme cette interface est le cas échéant dans l'accrochage du ressort 42 où l'on rencontre les plus grandes con- traintes mécaniques, les tolérances élargies se répercutent de manière plus que proportionnelle sur la symétrie de la section du ressort et de la tenue mécanique. Mais ce problème peut être contourné en ce que l'angle d'inclinaison aigu a du plan cristallographique (111) sera dégagé en ce point avec des tolérances de fabrication réduites. Le composant micromécanique a ainsi une forme qui réduit l'influence des tolérances élargies, sur la découpe du plan cristallographique 16, incliné d'orientation (111) par la gravure dépendant de l'angle d'orientation cristallographique, consécutif sur le plan de symé- trie transversale du ressort. A côté de l'augmentation de la symétrie de la coupe du ressort, on réduit la contrainte de cisaillement au niveau de l'angle d'inclinaison aigu du plan cristallographique perpendiculaire, d'orientation (111). Un autre point est que grâce à l'angle d'inclinaison et à un arrondi minimum on évite des fortes contraintes de cisaillement.

Les figures 3A et 3B montrent une vue de dessus et une vue en coupe d'un second mode de réalisation du composant micromécanique. Le composant micromécanique représenté schématique- ment aux figures 3A et 3B est réalisé par le procédé de fabrication décrit ci-dessus. Le composant micromécanique des figures 3A et 3B est une partie d'un capteur de vitesse de rotation. Pour cela, le composant micromécanique a une masse 56 mobile (masse sismique) dans un plan correspondant à une oscillation de translation. La masse est suspendue par le ressort 42 à une région partielle 46 d'une fixation. Comme ac- tionneur pour mettre la masse en oscillation de translation, il y a les électrodes en forme de peigne 58 de la fixation et de la masse 56. Le mouvement de rotation du capteur de vitesse de rota- tion produit du fait de la force de Coriolis, un basculement de la masse oscillante 56 perpendiculairement à la direction d'entraînement et à l'axe de rotation. Ce basculement de la masse oscillante 56 se mesure à l'aide d'une électrode de détection 60 à la fois sur la fixation et sur la masse 56. Le composant micromécanique peut comporter un subs- trat de base 62 muni d'une couche isolante 64 par exemple en dioxyde de silicium. La couche isolante 64 sépare dans ce cas le substrat de base 62 d'une couche de silicium monocristallin 10 (couche résiduelle) dont le côté supérieur 12 (côté résiduel) non tourné vers le substrat de base est le plan cristallin 12 d'orientation (110) de la couche de silicium (résiduelle) monocristallin 10. En option, on peut avoir une couche con- ductrice 665 sur la couche isolante 64 dans laquelle sont réalisées les électrodes de détection 60 appliquées sur la fixation. Une partie de l'électronique de ce capteur de vitesse de rotation peut être réalisé dans la couche conductrice 66. En présence de la couche conductrice 66, une autre couche isolante 68 comme par exemple une couche de dioxyde de silicium sépare la couche conductrice 66 de la couche de silicium (couche résiduelle) monocristalline 10. Pour réaliser des structures de flancs très symétriques comme souhaité avec une orientation à défauts angulaires inférieurs à 0,050 par rapport au flanc il est avantageux que la surface limite de la couche de silicium 10 tournée vers le substrat de base 62 présente un défaut d'orientation inférieur à 0,050 par rapport au plan cristallographique d'orientation 110 du silicium. La couche de silicium (couche résiduelle) 10 peut être reliée par une liaison de fils soudés aux autres couches 62-68. Le cas échéant, le substrat de base 62 peut être enlevé en meulant ou pour une gravure chimique pour ne laisser subsister que les restes. Le procédé de fabrication décrit ci-dessus permet de dégager par mise en structure au moins des ressorts 42 et la masse 56 dans la couche de silicium (couche résiduelle) monocristalline 10. Cela permet de fabriquer des ressorts 42 très sensibles de tolérances avec des tolérances très étroites alors que les régions moins sensibles peu- vent avoir des tolérances plus larges. La présente invention n'est pas limitée à des capteurs de vitesse de rotation. Par exemple la présente invention peut également s'appliquer avantageusement à la réalisation de capteurs inertiels et de capteurs devant respecter des conditions très strictes pour leurs constantes de ressort.5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Couche de silicium monocristallin/Plan cristallographique d'orientation (110) 10' Couche de comparaison 12 Côté supérieur de la couche/Côté extérieur/ Masque de gravure/Surface supérieure 12' Plan cristallographique d'orientation (110) 14 Plan cristallographique d'orientation (111) 16 Découpe plan cristallographique d'orientation (111) 18 Position pour la structure 20 Région de la couche de silicium 22 Paroi du ressort 42 24 Résidu 26 Masque de gravure 28 Dégagement 32 Gravure en contre-dépouille 34 Sillon 36 Région d'une étape de gravure 38 Masque de gravure 40 Dégagement 42 Ressort 46 Région partielle 50 Première surface latérale 52 Seconde surface latérale 54 Paroi latérale 56 Masse 58 Electrode en peigne30

Claims (3)

1. REVENDICATIONS1°) Procédé de fabrication d'un composant micromécanique consistant a: dégager par mise en structure au moins partiellement une struc- ture (42, 46) dans une couche de silicium monocristallin (10) pour une gravure dépendant de l'orientation cristallographique, à la surface supérieure (12) de la couche de silicium (10) pour l'orientation présente (110) de la surface supérieure de la couche de silicium (10), procédé caractérisé en ce que pour dégager par structuration, la structure (42, 46) en plus on applique une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique au côté supérieur (12) de la couche de silicium (10) pour l'orientation actuelle de la surface supérieure de coordonnées (110) de la couche de silicium (10).
2. 2°) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de silicium (10) orientée de manière très précise a une erreur d'orientation inférieure à 0,05° notamment inférieure à 0,02° par rap- port au plan cristallographique d'orientation (110) pour appliquer le procédé de fabrication de façon qu'à l'aide d'une étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique et d'une étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique, on dégage par mise en structure, au moins un flanc de structure fortement symétrique et/ou au moins une paroi latérale fortement symétrique comme la structure (42, 46).
3. 3°) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de silicium (10) d'orientation très précise suivant l'orientation (110) est une couche de composants d'un substrat SOI avec lequel on fabrique des plaquettes de support d'orientation quelconque.354°) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on déduit l'orientation cristallographique azimutale de la couche de silicium (10) par une gravure d'essai dépendant de la direction cristallo- graphique pour des structures d'ajustage et on déduit l'alignement azimutal du masque lithographique sur le cristal en utilisant l'orientation cristallographique déduite pour l'étape de gravure dépendant de la direction cristallographique, pour dégager par gravure au moins une structure (42, 46). 5°) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que par une gravure anisotrope, on effectue au moins une gravure indépendante de l'orientation cristallographique. 6°) Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour l'étape de gravure en profondeur par des ions réactifs, on applique l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique. 7°) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique est faite avant l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallogra- phique. 8°) Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' à l'aide de l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallogra- phique on grave au moins un sillon (34) à travers au moins une région (36) d'un plan d'arrêt de gravure (14, 16) d'orientation (111) qui ralentit au moins localement l'étape de gravure dépendant de l'orientation cristallographique dans la couche de silicium (10).359°) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' à l'aide de l'étape de gravure indépendante de l'orientation cristallographique pour au moins un sillon (34), on grave le plan d'arrêt de gravure (36) d'orientation (111) qui ralentit au moins localement l'étape de gra- vure dépendant de l'orientation cristallographique (16) avec un alignement incliné de 35° par rapport au plan cristallographique d'orientation (110) de la couche de silicium (10) dans cette couche (10). 10°) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme structure (42, 46) on dégage au moins une région partielle (46) d'une fixation et/ou d'un renvoi avec au moins un élément libre (42) relié ainsi et qui est réalisé sous la forme d'une couche de silicium (10) monocristallin. 11°) Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on dégage par mise en structure, au moins un ressort (42) dans une région partielle (46) de la fixation et/ou de l'élément libre (42) relié par le renvoi hors de la couche de silicium (10) monocristallin. 12°) Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on réalise au moins une structure (44) en forme de tête de marteau par lequel l'élément libre (42) rejoint au moins la région partielle (48) de la fixation et/ou du renvoi. 13°) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément libre (42) est réalisé avec au moins une région partielle (46) de la fixation et/ou de l'extrémité (48) en contact avec le renvoi, et qui a une première surface latérale (50) et une seconde surface latérale (52) perpendiculaires au plan cristallographique (12) d'orientation (110) de la couche de silicium (10) et qui par rapport à une paroi latérale (54)alignée par rapport à l'élément (42) dégagé respectif, ont au moins une région partielle (46) de la fixation et/ou du renvoi conçus pour que la première surface latérale (50) fasse un angle d'inclinaison aigu (E) et que la seconde surface latérale (52) fasse un angle d'inclinaison obtus (p) par rapport à la paroi latérale (54). 14°) Un composant micromécanique ayant : au moins une structure (42, 46) dégagée par mise en structure d'une couche de silicium monocristallin (10), cette structure ayant au moins une région partielle (46) avec une fixation et/ou un renvoi à au moins un élément libre (42) non relié, composant micromécanique caractérisé en ce que l'élément libre (42) est relié par une structure (44) en forme de tête de marteau, au moins dans la région partielle (46) de la fixation et/ou du renvoi. 15°) Composant micromécanique selon la revendication 14, caractérisé en ce que la couche de silicium (10) a une orientation avec un défaut inférieur à 0,05° notamment inférieur à 0,02° par rapport au plan cristallogra- phique d'orientation (110). 16°) Composant micromécanique selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément libre (42) comporte à au moins une région partielle (46), la fixation et/ou le renvoi de l'extrémité en contact (48) d'une première surface latérale (50) et d'une seconde surface latérale (52), ces surfaces étant perpendiculaires au plan cristallin (12) d'orientation (110) de la couche de silicium (10) et par rapport à une paroi latérale (54) orientée respectivement librement vis-à-vis de l'élément (42), au moins la région partielle (46) de la fixation et/ou du renvoi sont alignées pour que la première surface latérale (50) fasse un angle d'inclinaison a aigu et que la seconde surface latérale (52) fasse un angle d'inclinaison 13 par rapport à la paroi latérale (54).3517°) Composant micromécanique selon la revendication 14, caractérisé en ce qu' un élément libre (42) relié à la région partielle (46) de la fixation et/ou au renvoi est un ressort (42). 18°) Composant micromécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le composant micromécanique fait partie d'un capteur de vitesse de ro- tation.15