Constructions de micro-usinage de surface MEMS Ce procédé permet de fabriquer des dispositifs en déposant et en structurant des couches minces sur un substrat. Il comprend une séquence de dépôt d'une couche sacrificielle (comme le dioxyde de silicium), sa structuration, le dépôt d'une couche structurale (comme le polysilicium), puis l'élimination de la couche sacrificielle pour libérer la structure mécanique. Ce procédé permet la création de microstructures complexes et autoportantes directement sur la surface de la plaquette.
La micro-usinage de surface est une étape fondamentale de la fabrication des MEMS, permettant la création de systèmes mécaniques complexes sur un substrat, généralement une plaquette de silicium. Ce procédé additif construit les structures couche par couche, contrairement à la micro-usinage de volume, qui est soustractif. Un processus typique commence par le dépôt d'une couche isolante, comme le nitrure de silicium, sur le substrat. Ensuite, une couche sacrificielle, souvent un type de dioxyde de silicium appelé verre phosphosilicate (PSG), est déposée par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD). Cette couche est ensuite structurée par photolithographie et gravure, définissant les zones d'ancrage de la structure finale au substrat et les espaces sous les pièces mobiles.
Ensuite, la couche structurale, généralement du silicium polycristallin (polysilicium), est déposée sur la couche sacrificielle structurée. Cette couche de polysilicium est elle-même structurée afin de définir la géométrie des composants mécaniques souhaités, tels que des poutres, des engrenages ou des membranes. Cette séquence de dépôt et de structuration des couches sacrificielles et structurales peut être répétée de nombreuses fois pour créer des structures multicouches très complexes. L'étape finale et cruciale est le procédé de « libération ». La plaquette est immergée dans un agent de gravure chimique, généralement de l'acide fluorhydrique (HF), qui élimine sélectivement les couches sacrificielles de PSG sans attaquer les couches structurales de polysilicium ni la couche d'isolation en nitrure de silicium. Les structures en polysilicium sont ainsi libres de se déplacer, suspendues au-dessus du substrat par leurs ancrages.
A major advantage of this technique is its inherent compatibility with standard CMOS integrated circuit manufacturing processes. This allows for the monolithic integration of MEMS devices with their control and signal processing electronics on the same chip, leading to smaller, cheaper, and higher-performance systems. However, surface micromachining is not without its challenges. The primary failure mode during release is ‘stiction,’ where the released structures, once wet, are pulled down to the substrate by capillary forces during drying and become permanently stuck due to intermolecular forces like van der Waals attraction. Various anti-stiction strategies, such as supercritical CO2 drying or special surface coatings, have been developed to mitigate this critical issue.
Lié à : micro-usinage de surface, MEMS, fabrication, couche mince, polysilicium, couche sacrificielle, gravure, microfabrication, lithographie, adhérence.
