Procédé de fabrication d'un micro-contacteur actionnable par un champ magnétique |
|||||||
申请号 | EP11195895.5 | 申请日 | 2011-12-28 | 公开(公告)号 | EP2472542A1 | 公开(公告)日 | 2012-07-04 |
申请人 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives; | 发明人 | Sibuet, Henri; Vuillermet, Yannick; | ||||
摘要 | L'invention concerne un procédé de fabrication, sur un substrat plan, d'un micro-contacteur actionnable par un champ magnétique comprenant : a) la gravure (42) dans une face supérieure du substrat plan de cavités formant un modèle en creux de deux lames, ces cavités présentant des flancs verticaux s'étendant perpendiculairement au plan du substrat pour former des faces verticales des lames, b) le remplissage (50) des cavités par un matériau magnétique pour former les lames, puis c) la gravure (62) dans le substrat, par un procédé de gravure isotrope, d'un caisson qui s'étend entre les faces verticales des lames et dessous et autour d'une extrémité distale d'au moins une des lames pour dégager un entrefer entre ces lames et rendre cette extrémité distale déplaçable entre une position fermée et une position ouverte. |
||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | L'invention concerne un procédé de fabrication, sur un substrat plan, d'un micro-contacteur actionnable par un champ magnétique. L'invention concerne également un tel micro-contacteur. Les micro-contacteurs actionnables par un champ magnétique sont également connus sous le terme de « Reed ». Les micro-contacteurs diffèrent des contacteurs macroscopiques entre autres par leur procédé de fabrication. Les micro-contacteurs sont réalisés en utilisant les mêmes procédés de fabrication collectifs que ceux utilisés pour réaliser les puces microélectroniques. Par exemple, les micro-contacteurs sont réalisés à partir de plaquettes en silicium monocristallin ou en verre usiné par photolithographie et gravure et/ou structuré par croissance épitaxiale et dépôt de matériau métallique. Des micro-contacteurs connus comportent :
Dans ces micro-contacteurs connus, le déplacement des lames se fait parallèlement au plan du substrat. Ainsi, lors de la fabrication de ces micro-contacteurs, l'épaisseur des lames dans une direction parallèle au plan du substrat peut être très précisément définie par photolithographie sans quasiment aucune limitation. Ceci permet d'ajuster très finement et de façon répétable certaines propriétés importantes du micro-contacteur, comme par exemple, la rigidité de ces lames. Cet avantage ne se retrouve pas dans les micro-contacteurs dans lesquels les lames se déplacent perpendiculairement au plan du substrat. Des procédés de fabrication de ces micro-contacteurs ont déjà été proposés par exemple, dans la demande de brevet
Toutefois, les procédés connus sont complexes et nécessitent un nombre d'étapes de gravure important. Par exemple, le procédé de fabrication de l'article A1 nécessite une opération de gravure d'une résine photosensible pour creuser et libérer les faces verticales des lames et une autre opération de gravure pour éliminer une couche de germination située sous les lames. Par ailleurs, dans les micro-contacteurs connus, les lames sont en saillie sur la face supérieure du substrat. Il est donc nécessaire de rapporter un capot pour les protéger. Or cette opération est compliquée car elle demande une grande précision dans le positionnement du capot par rapport au substrat. De l'état de la technique est également connu de L'invention vise à remédier à au moins l'un de ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d'un micro-contacteur plus simple. Elle a donc pour objet un procédé de fabrication comportant :
Le procédé de fabrication ci-dessus est plus simple car la gravure isotrope permet en une seule opération de dégager la matière qui se trouve dessous et sur les côtés de l'extrémité distale de la lame qui se déplace. En particulier, il n'est donc pas nécessaire de procéder au dépôt d'une couche sacrificielle entre les lames et le substrat, puis de retirer cette couche sacrificielle pour libérer la lame mobile. Les modes de réalisation de ce procédé de fabrication peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
Ces modes de réalisation du procédé de fabrication présentent en outre les avantages suivants :
L'invention a également pour objet un micro-contacteur actionnable par un champ magnétique, ce micro-contacteur comportant :
dans lequel les lames sont entièrement reçues à l'intérieur d'un caisson creusé dans le substrat. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. La Le substrat 4 est un substrat rigide. Par exemple, à cet effet, son épaisseur, dans la direction Z est supérieure à 200 et de préférence supérieure à 500 µm. Il est avantageusement électriquement isolant. Par exemple, ici, ce substrat 4 est un substrat en silicium c'est-à-dire comportant au moins 10 % et typiquement plus de 50 % en masse de silicium. Ce substrat est inorganique et non photosensible. Le substrat 4 présente une face supérieure plane 6 horizontale. Le micro-contacteur 2 comprend des électrodes 8 et 10 par l'intermédiaire desquelles circule le courant qui traverse ce micro-contacteur. Ces électrodes 8 et 10 sont fixées sans aucun degré de liberté au substrat 4. Ici, ces électrodes 8 et 10 sont des parallélogrammes dont les faces supérieures sont situées dans le même plan que la face supérieure 6. Les faces verticales de ces électrodes s'étendent à l'intérieur du substrat 4. Les faces verticales sont reliées les unes aux autres à l'intérieur du substrat par une face inférieure, par exemple, parallèle à la face supérieure. Des lames 12, 14 s'étendent parallèlement à la direction X à partir des électrodes, respectivement, 8 et 10. Les lames 12, 14 sont déplaçables l'une par rapport à l'autre sous l'effet d'un champ magnétique parallèle à cette direction X entre :
Ici, chaque lame a la forme d'un parallélogramme qui s'étend parallèlement à la direction X. Ainsi, comme les électrodes, chaque lame présente :
Chaque lame 12, 14 présente une extrémité proximale, respectivement 16, 18, mécaniquement et électriquement raccordées, respectivement, aux électrodes 8 et 10. Ici, les extrémités proximales 16 et 18 sont raccordées sans aucun degré de liberté à leurs électrodes respectives. Ainsi, ces extrémités proximales 16, 18 sont immobiles. Dans ce mode de réalisation, les lames ne forment qu'un seul et même bloc de matière avec l'électrode à laquelle elles sont mécaniquement raccordées. Chaque lame 12, 14 présente également une extrémité distale, respectivement 20, 22. Ces extrémités distales 20 et 22 sont en vis-à-vis et séparées l'une de l'autre par l'entrefer 15 en position ouverte. A l'inverse, ces extrémités distales sont directement en appui l'une sur l'autre en position fermée. Ici, dans ce mode de réalisation, seule l'extrémité distale 20 est flexible pour se déplacer entre les positions ouverte et fermée. L'autre extrémité distale 22 est fixée sans aucun degré de liberté au substrat 4. L'extrémité distale 20 se déplace uniquement parallèlement au plan horizontal X, Y. A cet effet, elle est reçue à l'intérieur d'un caisson 24 rempli d'un gaz diélectrique tel que de l'air ou autre. Plus précisément, l'extrémité distale 20 fléchit pour atteindre la position fermée à partir de la position ouverte. Les déformations subies par l'extrémité distale 20 entre les positions fermée et ouverte sont toutes élastiques pour lui permettre de revenir automatiquement à la position ouverte en absence de sollicitation extérieure. Pour être flexible, l'extrémité distale 20 est beaucoup plus longue dans la direction X qu'épaisse dans la direction Y. Par exemple, l'extrémité distale 20 est cinq, dix ou cinquante fois plus longue qu'épaisse. Ici, l'épaisseur de l'extrémité distale 20 est inférieure à 100 µm et de préférence inférieure à 50 ou 10 µm. La hauteur de l'extrémité distale 20 dans la direction Z est typiquement dans cet exemple de l'ordre de 20 à 50 µm. La hauteur de l'extrémité distale fixe 22 est ici égale à la hauteur de l'extrémité distale mobile 20. La largeur et la longueur de l'extrémité distale fixe 22 peuvent être quelconques à partir du moment où il y a suffisamment de matériau magnétique pour concentrer le champ magnétique extérieur parallèle à la direction X. De façon similaire, les dimensions de la lame 12 sont suffisamment grandes pour rester capable de concentrer le champ magnétique extérieur parallèle à la direction X. L'essentiel des lames 12, 14 et des électrodes 8, 10 est réalisé en matériau magnétique doux. Un matériau magnétique doux est un matériau présentant une perméabilité relative dont la partie réelle à basse fréquence est supérieure à 1 000. Un tel matériau présente typiquement une excitation coercitive pour le démagnétiser linférieure à 100 A.m-1. Par exemple, le matériau magnétique doux utilisé ici est un alliage de fer et de nickel. Pour accroître la conductivité électrique des lames, les faces verticales et inférieures de ces lames sont recouvertes d'un revêtement 28 conducteur. Il en est de même pour les faces verticales et inférieures des électrodes 8, 10. Par exemple, ce revêtement est réalisé en rhodium (Ro) ou en ruthénium (Ru) ou en platine (Pt). Le micro-contacteur 2 comporte également un capot 30 ( La Lorsqu'un champ magnétique extérieur est appliqué parallèlement à la direction X, celui-ci est concentré et guidé par les lames 12 et 14. Les lignes de champs de ce champ magnétique sont symbolisées par une flèche F sur la La fabrication du micro-contacteur 2 va maintenant être décrite plus en détail à l'aide du procédé de la Le procédé de fabrication décrit est un procédé de fabrication collectif utilisant les technologies des procédés de fabrication de la microélectronique. Il débute donc par la fourniture d'une galette de silicium plus connue sous le terme de « Wafer » sur laquelle vont être simultanément fabriqués plusieurs micro-contacteurs à l'aide des mêmes opérations. Pour simplifier la description qui suit, les différentes étapes de fabrication sont décrites uniquement dans le cas d'un seul micro-contacteur. Différents états de fabrication obtenus lors du procédé de la Lors d'une étape 40, une couche 41 ( Lors d'une étape 42, on procède à une gravure anisotrope des zones définies pour creuser directement dans le substrat des cavités 44, 46 ( Lors d'une étape 48, la couche 41 de résine photosensible est retirée et l'on dépose le revêtement conducteur 28 sur l'ensemble de la face supérieure. Ainsi, ce revêtement conducteur recouvre non seulement les flancs verticaux des cavités mais également le fond des cavités ainsi que la face supérieure 6 du substrat. Lors d'une étape 50, les cavités sont remplies par un matériau magnétique doux 52 ( Lors d'une étape 54, on procède à la planarisation mécano-chimique du substrat 4 pour rétablir la face supérieure 6 plane du substrat 4. La planarisation mécano-chimique est plus connue sous l'acronyme CMP (« Chemical mechanical planarization »). Cette étape de planarisation est ici utilisée pour éliminer le matériau 52 et le revêtement 58 situé en dehors des cavités 44 et 46. A l'issue de cette étape on obtient l'état représenté sur la Lors d'une étape 56, le capot 30 est déposé à l'emplacement où doit être creusé le caisson 24. Pour cela, ici, on procède au dépôt d'une surépaisseur 58 ( Lors d'une étape 62, on procède à la gravure directement du substrat 4 pour réaliser le caisson 24. Lors de cette étape la gravure réalisée est isotrope. Une gravure isotrope est une étape de gravure lors de laquelle les vitesses de gravure dans les directions X, Y sont égales à la vitesse de gravure dans la direction Z à plus ou moins 50 % près et, de préférence, à plus ou moins 20 ou 10 % près. Lors de l'étape 62, l'agent de gravure isotrope est mis en contact direct avec le silicium à graver par l'intermédiaire des orifices d'admission 60. L'agent de gravure utilisé est choisi pour ne pas réagir avec le matériau magnétique doux 52 et le revêtement 28. Par exemple, l'agent de gravure est un gaz XeF2. Puisque l'agent de gravure est un agent de gravure isotrope, il dégage les faces verticales des extrémités 20 et 22 et, en même temps, le dessous, c'est-à-dire la face inférieure, de l'extrémité distale 20 ( Ainsi, à l'issue de cette étape de gravure isotrope, le caisson 24 est réalisé. Enfin, lors d'une étape 66, les orifices d'admission 60 sont éventuellement refermés et la galette sur laquelle ont été collectivement réalisés les différents micro-contacteurs est découpée pour les isoler mécaniquement les uns des autres. La Le fonctionnement du micro-contacteur 70 est également identique à celui du micro-contacteur 2 à l'exception du fait que lorsqu'un champ magnétique extérieur est appliqué le long de la direction X, les extrémités distales 20 et 76 se déplacent toutes les deux pour venir en contact l'une avec l'autre. Le procédé de fabrication du micro-contacteur 70 est identique à celui décrit au regard de la La Ce micro-contacteur 80 comporte une lame flexible 84 dont une extrémité proximale est fixée sans aucun degré de liberté à une électrode 86 elle-même fixée sans aucun degré de liberté au substrat 82. La lame 84 est réalisée en matériau magnétique doux. Elle présente une extrémité distale 88 déplaçable entre :
Pour pouvoir se déplacer, l'extrémité distale 88 est entièrement reçue dans un caisson 104 creusé dans le substrat 82. La lame 88 fléchit pour se déplacer vers la position fermée PF1 ou PF2. Toutefois, ces déformations sont élastiques pour permettre à cette lame de revenir automatiquement dans sa position ouverte en absence de tout champ magnétique. Les lames 92, 96 et les électrodes 100 et 102 sont fixées sans aucun degré de liberté au substrat 82. Le micro-contacteur 80 comprend également deux électrodes 106 et 108 d'actuation électrostatique. Chacune de ces électrodes 106 et 108 présente une plaque, respectivement 110 et 112, en vis-à-vis de l'extrémité distale 88. Les plaques 110 et 112 sont disposées chacune d'un côté respectif de l'extrémité distale 88. Plus précisément, la plaque 110 est agencée pour exercer une force électrostatique sur cette extrémité distale 88 propre à la déplacer jusqu'à la position fermée PF1. La plaque 112 est quant à elle agencée pour exercer une force électrostatique sur cette même extrémité distale 88 de sens opposé de manière à la déplacer jusqu'à la position fermée PF2. Le micro-contacteur 80 comporte également une source 116 de champ magnétique propre à maintenir l'extrémité 88 dans l'une quelconque de ses positions fermées sans que les électrodes 106 et 108 ne soient alimentées. A cet effet, la source 116 génère un champ magnétique permanent parallèle à la direction X. Par exemple, cette source 116 est un aimant permanent. La source 116 est incorporée ou non au substrat 82. Dans ces conditions, pour faire passer l'extrémité distale 88 de la position fermée PF1 vers la position fermée PF2, une tension est appliquée sur l'électrode 108. Cette tension est suffisante pour que la force électrostatique qui s'exerce entre l'extrémité distale 88 et la plaque 112 ramène l'extrémité distale 88 vers la seconde position fermée. Ensuite, l'alimentation de l'électrode 108 est coupée et l'extrémité distale reste dans sa seconde position fermée sous l'effet du champ magnétique généré par la source 116. Pour faire passer l'extrémité distale 88 de la position fermée PF2 vers la position fermée PF1, les opérations sont les mêmes sauf que l'on alimente l'électrode 106 à la place de l'électrode 108. Le procédé de fabrication du micro-contacteur 80 est similaire à celui décrit au regard de la Comme dans les précédents modes de réalisation, l'ensemble des électrodes et des lames est situé à l'intérieur du substrat, c'est-à-dire en dessous de la face supérieure de celui-ci. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, le revêtement conducteur 28 peut être omis. Une autre technique de dépôt pourra dans ce cas être utilisée, par exemple un dépôt physique en phase vapeur (PVD, Physical vapor deposition). Dans un autre mode de réalisation, ce revêtement conducteur est d'abord déposé puis ensuite retiré par gravure. Le substrat 4 peut être réalisé dans d'autres matériaux tels que le verre. Un micro-contacteur peut avoir plusieurs paires de lames électriquement raccordées aux mêmes électrodes. La forme de la lame fixe peut être quelconque. En particulier, il n'est pas nécessaire qu'elle soit plus longue qu'épaisse puisque celle-ci ne se déforme pas. D'autres procédés de gravure anisotrope ou isotrope peuvent être utilisés. En variante, les cavités peuvent n'être que partiellement remplies de matériau magnétique de façon à ce que la face supérieure des lames soit située en dessous de la face supérieure du substrat. D'autres procédés de fabrication que ceux décrits ici sont possibles pour la fabrication d'un micro-contacteur dont les lames sont entièrement reçues à l'intérieur d'un caisson et ne font donc pas saillie au-delà de la face supérieure du substrat. |