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WO2005024370A1 - Protection of a deformable membrane against large deformations in a micromechanical structure - Google Patents

Protection of a deformable membrane against large deformations in a micromechanical structure Download PDF

Info

Publication number
WO2005024370A1
WO2005024370A1 PCT/FR2004/002236 FR2004002236W WO2005024370A1 WO 2005024370 A1 WO2005024370 A1 WO 2005024370A1 FR 2004002236 W FR2004002236 W FR 2004002236W WO 2005024370 A1 WO2005024370 A1 WO 2005024370A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
stop
support base
etching
wafer
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/002236
Other languages
French (fr)
Inventor
Sebastiano Brida
Original Assignee
Auxitrol S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Auxitrol S.A. filed Critical Auxitrol S.A.
Publication of WO2005024370A1 publication Critical patent/WO2005024370A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0618—Overload protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical structure for measuring or detecting a mechanical quantity or a dynamic quantity, comprising a deformable membrane and a support substrate, the membrane being suspended above the support substrate thus defining a free space.
  • capacitive sensors or strain gauges supported by the membrane can measure the deformations undergone by the membrane subjected to an external energy supply (such as for example a pressure applied perpendicular to the main plane of the membrane), by observing the changes in physical properties of the membrane associated with deformations (such as for example a change in electrical capacity or internal stresses).
  • a membrane is suspended suspended above a flat support, thus defining a cavity of a determined depth to compensate for the deformation of the membrane during overpressure.
  • This set of membranes requires precise adjustment of the depth of the cavity to a determined maximum value of deformation of the membrane.
  • its structure presents limited possibilities for modifying this depth of cavity in the case where it has been improperly adjusted or if the determined maximum value of deformation of the membrane is modified.
  • This membrane assembly therefore has a lack of flexibility with regard to its design and its field of application.
  • Document WO 94/05986 describes a membrane suspended above a flat substrate defining a cavity therebetween, the membrane being provided with a plurality of individual stops extending in the cavity towards the substrate so that in the event of overpressure, the stops are supported on the substrate, thus avoiding excessive deformation of the membrane.
  • Document US 6,330,829 proposes the same type of structure, but with a single individual stop. However, this type of membrane sees its structure and geometry modified for the sole need of its protection against overpressure. His intrinsic properties can thus be strongly modified, distorting the deflection measures; or, if they are mastered, these measures become more complex. In any case, the production of such a membrane is complex to carry out.
  • Its production includes the following stages: preparation of the glass support base for a first bonding (in particular chemical cleaning of the surface to be bonded); first bonding by anodic sealing of the support base to an Si plate; selective etching of the Si plate to form said stop; preparation of the support base for a second bonding (chemical cleaning of the still free glass surface by removing the rest of the Si); second bonding by anodic sealing of this assembly with the membrane.
  • a first bonding in particular chemical cleaning of the surface to be bonded
  • first bonding by anodic sealing of the support base to an Si plate selective etching of the Si plate to form said stop
  • preparation of the support base for a second bonding chemical cleaning of the still free glass surface by removing the rest of the Si
  • second bonding by anodic sealing of this assembly with the membrane Such an embodiment therefore requires two anodic seals preceded by cleaning steps. It therefore remains complex and time consuming.
  • the present invention tends to improve the situation by proposing, according to a first aspect, a micromechanical structure intended to measure or detect a mechanical quantity or a dynamic quantity, comprising a deformable membrane and a support substrate comprising a support base, the membrane being suspended from the above the support substrate thus defining a free space, said micromechanical structure further comprising a stop limiting the deformations of the membrane, said stop extending in space free from the support base to the membrane, characterized in that the stop and the support base are each made of a crystalline material.
  • the stop may have an electrically conductive upper face so as to establish electrical contact with the membrane when the latter is deformed enough to come to bear on it; - the support base and the stop are formed from a single material; - The support base and the stop are respectively formed from two different materials from each other; - The support base and the stop are each made of a material chosen from the following materials: alloys; Yes ; SiC; sapphire; - The support base may include through channels allowing circulation of fluid between the exterior and the free space; - The membrane is of a structure chosen from: silicon, SOI; PSOI, SOS, SiCOI, SiC; - The micromechanical structure further comprises a cover on the side of the membrane opposite to the support base, this cover possibly being provided with through channels; - Said micromechanical structure is of the sensor type with strain gauges supported by the membrane.
  • the invention provides a set of support substrates, each of the support substrates comprising a stop and being capable of fulfilling the function of a support substrate of one of said micromechanical structures, characterized in that it consists of 'one piece.
  • the invention proposes a set of micromechanical structures, characterized in that it consists of a single piece.
  • the invention proposes a method for producing said micromechanical structure, comprising the production of the stop and of the support base from a wafer comprising at least one crystalline material, the wafer being coated with an etching mask of predetermined shape, and comprising a step of etching the wafer until the stop which mainly corresponds to part of the plate protected from engraving by the mask.
  • the etching is a chemical etching using chemical species capable of chemically attacking a material to be removed from the wafer; - the etching is an anisotropic etching; - The etching is implemented so as to keep an unetched part of the wafer, this unetched part forming a support base for the stop after etching; the wafer comprises a first layer of a first crystalline material and the support base of a second crystalline material, and in that the etching is carried out so as to selectively etch the first material with respect to the second material in order to form the stop; the method further comprises, after the etching step, a step of connecting a set of membranes to the support base, the membrane set comprising a membrane and a fastening means supporting the membrane, the connection being made between the attachment means and the support base; - The step of linking the membrane assembly to the support base is implemented by means of a strong molecular or atomic bond with or without an adhesive intermediate layer, by sinter
  • the invention provides a method for the collective production of a plurality of said support substrates each comprising a stop and each being capable of fulfilling the function of support substrate in a micromechanical structure, characterized in that it comprises the production collective of the stops of the support substrates from a single wafer, in that the wafer is coated with a mask covering a plurality of surfaces of the wafer, and in that it comprises a single step of etching the wafer up to 'to obtain the stops which correspond mainly to the parts of the plate protected by the mask.
  • FIGS. 2a to 2d represent different stages of a method for producing a micromechanical structure according to the invention.
  • FIG. 2e represents a sectional view of a variant of a micromechanical structure, produced according to the invention, comprising channels passing through its support base, the sectional view corresponding to the section along plane 1-1 of FIG. 3
  • FIG. 3 is an external view of a micromechanical structure, produced according to the invention, comprising channels passing through its support base, the view being directed perpendicularly to the support base.
  • FIGS. 4a to 4c represent different stages of a method for producing a set of micromechanical structures according to the invention.
  • a first object of the invention is to produce a micromechanical structure intended to measure or detect a mechanical quantity or a dynamic quantity, this structure comprising a suspended membrane resistant to external stresses (such as overpressures or overaccelerations) than the latter. may suffer.
  • a second object of the invention is to obtain this resistance to overpressure by a means which: - does not modify either the structure or the geometry of the suspended membrane, the latter retaining a substantially uniform thickness; - does not modify the structure or the definition of the measuring elements mounted on the membrane; - does not clutter the exposed part of the membrane; - minimizes the stages of realization of the structure.
  • the micromechanical structure therefore achieves resistance to external stresses without having to modify the suspended membrane for this, this micromechanical structure thus being able to operate, for example, with standard membranes.
  • the general principle for producing such a micromechanical structure comprises the separate embodiments of the following two elements: - a membrane assembly; - a support substrate for the membrane assembly;
  • the membrane assembly includes: - a membrane, supporting elements for measuring pressure or acceleration; - An attachment means supporting the membrane so that it is suspended, and intended to produce the junction between the suspended membrane and the support substrate.
  • the membrane assembly therefore has a free space under the membrane in which the membrane can deform. This free space is generally formed by micro-machining in an initial wafer of which parts (which will constitute the means of attachment of the membrane to a support base) are protected.
  • the micro-machining techniques used to form such a free space can for example be chemical etching, such as KOH etching at a determined temperature of a material such as silicon, and / or deep etching by reactive ions , also called DRIE (from the acronym “Deep Reactive Ion Etch”) in a surface substrate of plane origin.
  • DRIE reactive ions
  • the thicknesses of a membrane assembly according to the invention are typically of the order of around a few hundred microns for the fastening means and around 10 to 200 microns for the membrane itself.
  • This membrane assembly 20 comprises a substrate 21 having said free space 40 so as to form a suspended structure called membrane having a means of attachment 21a to a support base subsequently supplied, and a thin part 21 b forming the lower part of the suspended structure.
  • This substrate 21 is for example made of monocrystalline silicon.
  • This membrane assembly 20 further comprises on the substrate 21 an electrically insulating layer 22, such as a layer of SiO 2 .
  • the membrane assembly 20 comprises a plurality of monocrystalline silicon micro-structures 23a and 23b located on localized areas of the fine part 21b of the support 21 and the thick part 21a of the support 21.
  • these micro-structures 23a and 23b are usually formed from an initial silicon layer, for example by photolithography and chemical or plasma etching.
  • the membrane of the membrane assembly 20 then consists of the thin part 21 b and the part of the insulating layer 22 which covers it.
  • This membrane assembly 20 is of the SOI type, the silicon micro-structures 23a and 23b forming the upper silicon part of the SOI and the insulating layer 22 forming the insulating part of the SOI.
  • the membrane 21 b can deform under the effect of a modification of a physical quantity such as for example a mechanical pressure applied directly by a static or moving fluid, in a direction perpendicular to the membrane, or such as for example acceleration
  • a modification of a physical quantity such as for example a mechanical pressure applied directly by a static or moving fluid, in a direction perpendicular to the membrane, or such as for example acceleration
  • the deformation of the membrane, under the action of these external forces, causes changes in the physical properties of the microstructures 23a and 23b (changes in electrical properties or changes in intrinsic mechanical stresses) take place.
  • the micro-structures 23a and 23b thus serve as elements for measuring the physical quantity to be measured (for example a mechanical pressure or an acceleration), by the observation that said modifications of physical properties can be made.
  • These micro-structures 23a and 23b can for example each fulfill a function of strain gauge.
  • Metal parts 24a and 24b are formed for example by vacuum deposition followed by photolithography and chemical etching on, respectively, the micro-structures 23a and 23b, defining on these micro-structures 23a and 23b metal / semiconductor electrical contact areas 25a and 25b, and comprising metal links 24a1 and 24b1 intended to act as connection terminals for external measurement management means.
  • These metal layers 24a and 24b can for example be made of Aluminum. In order to protect the silicon layer 23 from external aggressions
  • a passivation layer containing nitride, such as a layer of Si x N y , 26a and 26b is placed directly under the metal layers 24a and 24b, with the exception of the zones electrical connections 25a and 25b.
  • This passivation layer 26a, 26b also participates in the electrical insulation of the metal layers 24a and 24b from the rest of the membrane assembly 20, with the exception of the electrical contacts 25a and 25b.
  • membrane assembly 20 has been presented here only by way of example and is not limited to an SOI structure, the person skilled in the art will understand that the invention can be implemented with other types of membrane assembly 20 comprising a free space 40, such as membrane assemblies of the PSOI (“Polysilicon On Insulator”), SOS (“Silicon On Sapphire”), SiCOI (“SiC On Insulator”), SiC type or Si.
  • PSOI Polysilicon On Insulator
  • SOS Silicon On Sapphire
  • SiCOI SiC On Insulator
  • SiC type or Si SiC type or Si.
  • FIG. 1 b a second example of an SOI type membrane assembly 20 is shown. This is substantially identical to the membrane assembly 20 shown in Figure 1a, except that it is further provided with studs 27a and 27b extending from the free surface of the membrane.
  • These studs can be of any shape and have a weight, a bulk and an arrangement such that they do not modify or negligibly the mechanical and electrical properties of the membrane.
  • These pads 27a and 27b are for example made of silicon.
  • These studs 27a and 27b are intended to support a cover 6, the latter being able to serve as protection of the membrane against possible external pressures that the membrane could undergo.
  • this membrane assembly 20 is provided not only with studs 27a and 27b, but also with said cover 6.
  • the latter may for example be made of glass (such as Pyrex®) anodically sealed to said studs 27a and 27b, or in Si sealed to said studs 27a and 27b by thermocompression.
  • the cover 6 can also be provided with through channels 28a and 28b.
  • these through channels 28a and 28b can be formed by ultrasonic or chemical machining. These through channels 28a and 28b can thus pass a fluid under a pressure to be determined by the SOI gauges.
  • this cover 6 can be secured to the studs 27a and 27b after the membrane assembly 20 is itself secured to a support substrate.
  • This type of membrane assembly commonly used for example as an absolute pressure sensor system, indeed requires a support substrate. Different stages of producing such a support substrate according to the invention are shown with reference to Figures 2a to 2e. With reference to FIG. 2a, the basic material from which the support substrate 10 of a membrane assembly 20 will be produced is in the form of a wafer 1 made of crystalline material.
  • the wafer 1 is made of a solid material, such as a semiconductor material, such as for example silicon or monocrystalline SiC with a judiciously chosen crystalline orientation, for example of the ⁇ 100> type.
  • the wafer 1 comprises two different crystalline materials.
  • this plate 1 was produced by epitaxy of a first layer of a first crystalline material on a base support in a second crystalline material.
  • the surfaces of this wafer 1 can optionally be firstly prepared, by implementing one or more of the following techniques taken alone or in combination: running-in, double-sided polishing, chemical cleaning, sacrificial oxidation, or any other techniques which can improve the surface quality of the wafer 1.
  • a formation of an insulating layer 2 of the wafer 1 is implemented, for example by thermal oxidation at high temperature of the wafer 1, between 1000 and 1100 ° C for several hours, to produce an insulating layer 2 of SiO 2 of sufficient thickness, for example from 1 to 2 microns. It is important that after the formation of the insulating layer 2, the wafer
  • this difference 41 represents the maximum distance of deformation of the membrane, a greater deformation than this difference 41 then putting the membrane in abutment against the stop 5, thus preventing an over-deformation linked to an overpressure.
  • the value of this difference 41 can be chosen as a function of the parameters of resistance to deformation of the membrane (depending in particular on its thickness and on the material which constitutes it), with a threshold difference from which the membrane is liable to deteriorate.
  • this difference 41 is mainly determined by: • the suspension height of the non-deformed membrane relative to the base of the attachment means 21a; and • the thickness of the wafer 1, (typically between 100 and 1000 micrometers).
  • a photolithography of the insulating layer 2 is carried out.
  • the form of the mask, as well as the thickness of the plate 1, must be chosen so that, after the next etching step (with reference to FIG. 2c), the stop 5 which will be formed can be contained in the space free located under the membrane, without being in contact either with the attachment means 21a or with the membrane (see FIG. 2d).
  • etching of the visible parts on the surface of the insulating layer 2 is then implemented by means of determined chemical species and at controlled temperatures.
  • a chemical etching such as an etching using HF for several minutes, to remove the insulating layer 2 made of SiO 2 with a thickness of the order of 1.6 micrometers on the surfaces not protected by resin.
  • a stop 5 such as here a boss 5, is etched in the wafer 1.
  • a metal layer can be formed on the upper surface of the boss 5 to form a metal electrode at the top of the stop, this electrode ensuring, if necessary, electrical contact with the underside of the membrane when the latter comes to bear in the event of over-deformation.
  • This metallic layer can be formed before etching (in this case this etching also includes selective etching of the metallic layer) or after etching, by making a selective deposit (by masking) only on the boss 5.
  • This latter optional configuration could thus allow, for example, the electrical detection of a pressure threshold applied to the membrane, when the latter comes to bear against the boss 5.
  • the wafer 1 is, according to a first configuration, in a solid material or comprises, according to a second configuration, a first layer of a first crystalline material on a support base of a second crystalline material. According to the first configuration, the wafer 1 can be etched using a solution having a composition and a dilution appropriate to the material to be etched and for a controlled period.
  • the wafer 1 is made of silicon
  • a solution based on KOH or TMAH optionally followed by a surface finishing step by means for example of one or more of the finishing techniques.
  • an etching of KOH at 80 ° C for about 12 hours will be right about 500 ⁇ m.
  • the wafer 1 can be etched using a solution having an appropriate composition and dilution for selectively etching the first material with respect to the second material.
  • a barrier layer may be interposed between the first layer and the second layer, so that the first layer is selectively etched with respect to this barrier layer, then this barrier layer either selectively etched with respect to the second layer.
  • This barrier layer could for example be made of SiO 2 .
  • the insulating layer 2 'here forms an etching stop layer for the wafer 1, thus protecting the part of the wafer 1 which is underlying it.
  • This DRIE etching technique is an anisotropic etching which will then make it possible to etch the silicon wafer 1 all around the insulating layer 2 ′, the latter then having a role similar to a mask during a photo lithography.
  • the etching is not carried out over the entire thickness of the wafer 1, leaving a part 4 of the latter not engraved under the stop 5. This part 4 then forms a support base 4 at the stop 5. It is desirable to leave a sufficient thickness for the support base 4 in order to sufficiently stiffen the support substrate 10 thus formed.
  • the etching must be particularly controlled in order to finally obtain a stop 5 having a thickness determined to be included in the free space of the membrane assembly 20 to be bonded while retaining a stop function calibrated at maximum deformation. expected from the membrane (as explained before).
  • a step of finishing the surface of the non-etched part is then optionally implemented, for example by suitable chemical etching means.
  • the support substrate 10 thus obtained comprises a system for stopping (consisting of the stopper 5) from the deformation of a membrane (subsequently suspended above the stopper 5) which is: • a separate element from the membrane to be suspended; • in three dimensions, offering an upper “height” surface on which the membrane, once deformed, can come to bear; • this stop system (ie the stop 5) obtained thus makes it possible to be able to carry out finishes on its structure (before the fixing of the support substrate 10 to the membrane assembly 20), and therefore to modify it in its form or in its dimensions, even after being produced, thus offering possibilities for rectifying errors in its production, or for changing the suspension height or the initially determined maximum deformation of the membrane to be suspended.
  • the technique for producing the stopper 5 according to the invention does not include any anodic sealing, unlike the prior art, but a simple engraving of a single plate 1 made of crystalline material. The technique is therefore greatly reduced, faster and less expensive.
  • an assembly of a membrane assembly 20 and of the support substrate 10 is made.
  • the membrane assembly 10 could for example conform to the membrane assembly 20 of FIG. 1a, or of the membrane assembly 20 of FIG. 1b, or of the membrane assembly 20 of FIG. 1b without cover 6.
  • a preparation of the surfaces before connection can be carried out beforehand using for example one or more of the aforementioned preparation techniques, taken alone or in combination.
  • the connection of the substrate 21 to the support substrate 10 will take place at the level of the attachment means 21a and of the peripheral parts of the support base 4.
  • the connection can be carried out by means of a molecular or covalent bond with or without adhesive intermediate layer, or by sintering, or by brazing.
  • the micromechanical structure 30 thus obtained is a membrane mounted on a support substrate 10, having a stop 5 separated from the membrane by a space 41 so that, when an overpressure is applied to the membrane so as to be liable to damage the latter, the membrane comes into abutment against the upper part of the abutment 5, thus limiting the deformation which it would have had without the presence of this abutment 5.
  • this simple abutment 5 offers operational safety to the micromechanical structure 30 without the geometry or the initial structure of the membrane assembly 20 is not modified and without adding additional elements cluttering the space above the membrane which can then disturb the application of pressure thereon.
  • optional channels may have been previously made through the support base 4, for example by selective etching (after masking).
  • the topography of the mask is chosen so that the channels 51 and 52 do not open out at the level of the boss 5 or the attachment means 21a.
  • the machining carried out at the rear of the support base 4 is configured so as to lead to the free space 40.
  • FIG. 3 a view from the rear of the pressure sensor or acceleration 30 makes it possible to view a configuration in which four channels 51, 52, 53 and 54 passing through the support base 4 have been made (FIG. 2e being a sectional view along the plane 1-1 shown in this FIG. 3).
  • access passages to the membrane are obtained "from the rear” in which fluids (gases or liquids) can circulate in order to create a pressure applied under the membrane capable of being measured by the measuring elements supported by the membrane.
  • the membrane assembly 20 secured to the support substrate 10 to form the structure 30 conforms to the membrane assembly 20 shown in FIG. 1 b without the cover 6.
  • the method according to the invention further comprises an additional step of securing a cover 6 to the membrane assembly 20 via the pads 27a and 27b which He understands.
  • the cover 6 may for example be made of glass (such as Pyrex®) anodically sealed to said pads 27a and 27b, or in Si sealed to said pads 27a and 27b by thermocompression.
  • the cover 6 can also be provided with through channels 28a and 28b. In the case where the cover 6 is made of glass, these through channels 28a and 28b can be formed by ultrasonic or chemical machining.
  • a plurality of support substrates 10 according to the invention can be produced collectively from a structure made up of a single material or from a structure made up of several structures, such as that represented in FIG. 3a .
  • a structure comprises, like the structure shown in FIG.
  • a plate 1 partially covered by a mask covering a plurality of surfaces 2a ', 2b', 2c 'in order to form a plurality of stops 5a, 5b and 5c (with reference to FIG. 4b) in the wafer 1 underlying the mask, in contrast to the structure shown in FIG. 2b which covered only one surface.
  • a plurality of stops 5a, 5b, 5c such as here the bosses 5a, 5b, 5c, is collectively etched in the wafer 1 under conditions and with means similar to those described above in reference to Figure 2c. According to this method according to the invention it is therefore possible to form collectively and simultaneously a plurality of stops 5a, 5b, 5c.
  • the different stops 5a, 5b, 5c are individualized (by means for example of a diamond hyphen) so as to form a plurality of support substrates, each similar to that shown in FIG. 2c.
  • each of these support substrates is then linked to a membrane assembly, such as one of the two membrane assemblies 10 represented in FIGS. 1 and 2.
  • a membrane assembly 10 'comprising a plurality of cavities 40a, 40b, 40c is bonded to the support substrate 10' in a similar manner to that described with reference to FIG. 2d, each cavity coming to surround the respective stops 5a, 5b, 5c.
  • each stop 5a, 5b, 5c defining a membrane each provided with pressure or acceleration measuring elements.
  • channels 51-53, 55-57, 56-58 passing through the support base 4 can be previously made, for example by selective etching, in order to open access to the respective cavities 40a, 40b, 40c to incoming fluids.
  • the membranes are then individualized (for example by diamond hyphenation) to form micromechanical structures each similar to that shown in FIG. 2d or 2e.
  • the stop 5 and the support base 4 have been illustrated in this document as being in silicon, SiC, SiGe and / or sapphire, but they can be made up of other types of materials, such as for example alloys.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a micromechanical structure (20, 30) for measuring or detecting a mechanical or dynamic quantity comprising a deformable membrane and a supporting substrate (10) provided with a base support (4). Said membrane is suspended above the supporting substrate, thereby defining a free space. The inventive micromechanical structure also comprises a limit stop (5) which limits the membrane deformation and extends in the free space from the base support towards the membrane and is characterised in that the limit stop and the base support are made of a crystalline material. A method for producing said micromechanical structure is also disclosed.

Description

PROTECTION D'UNE MEMBRANE DEFORMABLE CONTRE DE FORTES DEFORMATIONS DANS UNE STRUCTURE MICROMECANIQUE PROTECTION OF A DEFORMABLE MEMBRANE AGAINST STRONG DEFORMATIONS IN A MICROMECHANICAL STRUCTURE
L'invention concerne une structure micromécanique destinée à mesurer ou à détecter une grandeur mécanique ou une grandeur dynamique, comprenant une membrane déformable et un substrat support, la membrane étant suspendue au-dessus du substrat support définissant ainsi un espace libre. Nombre de telles utilisations de ces membranes suspendues sont connues. Ainsi, des capteurs capacitifs ou des jauges de contrainte supportés par la membrane peuvent mesurer les déformations que subit la membrane soumise à un apport d'énergie externe (telle que par exemple une pression appliquée perpendiculairement au plan principal de la membrane), en observant les modifications de propriétés physiques de la membrane associés aux déformations (telles que par exemple un changement de capacité électrique ou de contraintes internes). On peut ainsi mesurer par exemple les modifications d'énergie apportée à la membrane ou de force exercée sur la membrane et donc surveiller des grandeurs physiques dans un certain milieu (que ce soient des grandeurs de type dynamique, c'est à dire de type accélération ou de type décélération, et/ou de type mécanique). De telles membranes soumises à de fortes énergies peuvent devenir fragiles, leurs propriétés intrinsèques pouvant être altérées, et leur structure pouvant se fissurer voire se rompre. Des moyens de protection de la membrane aux fortes énergies, telles que des énergies de surpression, ont été proposés. Dans le document WO 90/04701 , a été proposée une membrane montée dans une cavité délimitée par deux plaques de verre, la cavité ayant une profondeur déterminée pour que, en cas de surpression, la membrane vienne en butée contre l'une ou l'autre des plaques de verre sans connaître de détérioration, les plaques de verre jouant ainsi une fonction d'arrêt de la déformation de la membrane, évitant des problèmes liés à la surpression. Cependant, cette solution est contraignante du fait de l'encombrement de l'espace environnant la membrane par les plaques de verre, limitant ainsi les applications à des mesures de pressions de fluides injectées à travers des cavités traversant les plaques de verre. En outre, l'ajout de composants sur la membrane semble difficile à concevoir si ces composants doivent eux aussi entrer en butée avec les plaques de verre, risquant sérieusement de les détériorer. Dans le document US 6 030 851 , est proposé une membrane suspendue au-dessus d'un support plan, définissant ainsi une cavité d'une profondeur déterminée pour pallier la déformation de la membrane lors de surpression. Cet ensemble de membrane nécessite d'ajuster précisément la profondeur de la cavité à une valeur maximale déterminée de déformation de la membrane. Or, sa structure présente des possibilités limitées de modification de cette profondeur de cavité dans le cas où elle a été non convenablement ajustée ou si la valeur maximale déterminée de déformation de la membrane est modifiée. Cet ensemble de membrane présente donc un manque de flexibilité vis à vis de sa conception et de son champ d'application. Dans le document WO 94/05986 est décrite une membrane suspendue au-dessus d'un substrat plan définissant une cavité entre eux, la membrane étant pourvue d'une pluralité de butées individuelles s'étendant dans la cavité vers le substrat de sorte qu'en cas de surpression les butées prennent appui sur le substrat, évitant ainsi une trop forte déformation de la membrane. Le document US 6 330 829 propose le même type de structure, mais avec une seule butée individuelle. Ce type de membrane voit cependant sa structure et sa géométrie modifiées pour l'unique besoin de sa protection aux surpressions. Ses propriétés intrinsèques peuvent ainsi être fortement modifiées, faussant les mesures de déflexion ; ou, si elles sont maîtrisées, viennent complexifier ces mesures. En tous les cas, la réalisation d'une telle membrane est complexe à réaliser. Le document US 4 852 408 divulgue une membrane suspendue au- dessus d'une base support en verre définissant une cavité entre elles, la base support étant pourvue d'une butée en silicium s'étendant dans la cavité de la base support vers la membrane de sorte qu'en cas de surpression la membrane prenne appui sur la butée, évitant ainsi une trop forte déformation de la membrane. Cette structure micromécanique tente ainsi de s'affranchir des difficultés énoncées ci-dessus. Sa réalisation comprend les étapes suivantes : préparation de la base support en verre à un premier collage (notamment nettoyage chimique de la surface à coller) ; premier collage par scellement anodique de la base support à une plaquette en Si ; gravure sélective de la plaquette en Si pour former ladite butée ; préparation de la base support à un deuxième collage (nettoyage chimique de la surface en verre encore libre en retirant le reste du Si) ; deuxième collage par scellement anodique de cet ensemble avec la membrane. Une telle réalisation nécessite donc deux scellements anodiques précédés d'étapes de nettoyage. Elle reste donc complexe et longue à réaliser. La présente invention tend à améliorer la situation en proposant selon un premier aspect une structure micromécanique destinée à mesurer ou à détecter une grandeur mécanique ou une grandeur dynamique, comprenant une membrane déformable et un substrat support comprenant une base support, la membrane étant suspendue au-dessus du substrat support définissant ainsi un espace libre, ladite structure micromécanique comportant en outre une butée limitant les déformations de la membrane, ladite butée s'étendant dans l'espace libre à partir de la base support vers la membrane, caractérisée en ce que la butée et la base support sont chacune en un matériau cristallin. D'autres caractéristiques possibles de cette structure micromécanique sont : - la butée peut présenter une face supérieure électriquement conductrice de sorte à établir un contact électrique avec la membrane lorsque celle-ci est déformée suffisamment pour venir en appui sur elle ; - la base support et la butée sont formées dans un seul et même matériau; - la base support et la butée sont respectivement formées dans deux matériaux différents l'un de l'autre ; - la base support et la butée sont chacune en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : alliages ; Si ; SiC ; saphir ; - la base support peut comprendre des canaux traversants permettant une circulation de fluide entre l'extérieur et l'espace libre ; - la membrane est d'une structure choisie parmi : silicium, SOI ; PSOI, SOS, SiCOI, SiC ; - la structure micromécanique comprend en outre un couvercle du côté de la membrane opposé à la base support, ce couvercle étant éventuellement pourvu de canaux traversants ; - ladite structure micromécanique est de type capteur à jauges de contrainte supportées par la membrane. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un ensemble de substrats support, chacun des substrats support comprenant une butée et étant apte à remplir la fonction d'un substrat support d'une desdites structures micromécaniques, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce. Selon un troisième aspect, l'invention propose un ensemble de structures micromécaniques, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce. Selon un quatrième aspect, l'invention propose un procédé de réalisation de ladite structure micromécanique, comprenant la réalisation de la butée et de la base support à partir d'une plaquette comprenant au moins un matériau cristallin, la plaquette étant revêtue d'un masque à la gravure de forme prédéterminée, et comprenant une étape de gravure de la plaquette jusqu'à obtenir la butée qui correspond principalement à une partie de la plaquette protégée de la gravure par le masque. D'autres caractéristiques possibles de ce procédé sont : - la gravure est une gravure chimique employant des espèces chimiques aptes à attaquer chimiquement un matériau à enlever de la plaquette ; - la gravure est une gravure anisotropique ; - la gravure est mise en œuvre de sorte à conserver une partie non gravée de la plaquette, cette partie non gravée formant une base support de la butée après gravure ; - la plaquette comprend une première couche en un premier matériau cristallin et la base support en un deuxième matériau cristallin, et en ce que la gravure est mise en œuvre de sorte à graver de façon sélective le premier matériau vis-à-vis du deuxième matériau afin de former la butée ; - le procédé comprend en outre, après l'étape de gravure, une étape de mise en liaison d'un ensemble de membrane sur la base support, l'ensemble de membrane comportant une membrane et un moyen d'attache supportant la membrane, la liaison se faisant entre le moyen d'attache et la base support ; - l'étape de mise en liaison de l'ensemble de membrane sur la base support est mise en œuvre au moyen d'une liaison forte moléculaire ou atomique avec ou sans couche intermédiaire adhésive, par frittage ou par brasage ; - l'épaisseur de la plaquette et la forme du masque sont choisies de sorte que, après l'étape de gravure, la butée formée puisse être contenue dans l'espace libre situé sous la membrane, sans être en contact ni avec la membrane ni avec le moyen d'attache ; - l'épaisseur de la plaquette est choisie de sorte que, après gravure, il y ait un écart calibré entre la butée obtenue et la membrane, l'écart étant prédéterminé de sorte que la membrane entre en contact avec la butée à partir d'une déformation prédéterminée de la membrane ; - le procédé peut comporter en outre une étape d'usinage de sorte à former des canaux traversant la base support ; - le procédé comprend en outre une étape de collage d'un couvercle sur la membrane sur le côté de la membrane opposé à la base support ; - le couvercle est en verre, et le collage du couvercle est réalisé par scellement anodique ; - le couvercle est en silicium, et le collage du couvercle est réalisé par thermocompression ; - le procédé comprend en outre une étape d'usinage dans le couvercle pour y former des canaux traversants. Selon un cinquième aspect, l'invention propose un procédé de réalisation collective d'une pluralité desdits substrats supports comprenant chacun une butée et chacun étant apte à remplir la fonction de substrat support dans une structure micromécanique, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation collective des butées des substrats supports à partir d'une seule plaquette, en ce que la plaquette est revêtue d'un masque couvrant une pluralité de surfaces de la plaquette, et en ce qu'il comprend une étape unique de gravure de la plaquette jusqu'à obtenir les butées qui correspondent principalement aux parties de la plaquette protégées par le masque. D'autres aspects, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de mise en œuvre de procédé selon celle-ci, donnée à titre d'exemple et en référence aux figures annexées suivantes : Les figures 1a et 1 b représentent respectivement un premier et un deuxième exemple d'ensemble de membrane, selon des vues en coupe. Les figures 2a à 2d représentent différentes étapes d'un procédé de réalisation d'une structure micromécanique selon l'invention. La figure 2e représente une vue en coupe d'une variante d'une structure micromécanique, réalisée selon l'invention, comprenant des canaux traversant sa base support, la vue en coupe correspondant à la coupe selon le plan 1-1 de la figure 3. La figure 3 est une vue extérieure d'une structure micromécanique, réalisée selon l'invention, comprenant des canaux traversant sa base support, la vue étant dirigée perpendiculairement vers la base support. Les figures 4a à 4c représentent différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un ensemble de structures micromécaniques selon l'invention. Un premier but de l'invention est de réaliser une structure micromécanique destinée à mesurer ou à détecter une grandeur mécanique ou une grandeur dynamique, cette structure comprenant une membrane suspendue résistant à des contraintes externes (telles que des surpressions ou des suraccélérations) que cette dernière peut subir. Un deuxième but de l'invention est d'obtenir cette résistance à la surpression par un moyen qui : - ne modifie ni la structure ni la géométrie de la membrane suspendue, cette dernière gardant une épaisseur sensiblement homogène ; - ne modifie ni la structure ni la définition des éléments de mesure montés sur la membrane ; - n'encombre pas la partie exposée de la membrane ; - minimise les étapes de réalisation de la structure. La structure micromécanique atteint donc une résistance aux contraintes externes sans avoir eu à modifier pour cela la membrane suspendue, cette structure micromécanique pouvant ainsi fonctionner par exemple avec des membranes standard. Le principe général de réalisation d'une telle structure micromécanique comprend les réalisations distinctes des deux éléments suivants : - un ensemble de membrane ; - un substrat support de l'ensemble de membrane ; L'ensemble de membrane comprend : - une membrane, supportant des éléments de mesure de pression ou d'accélération ; - un moyen d'attache supportant la membrane afin qu'elle soit suspendue, et destinés à réaliser la jonction entre la membrane suspendue et le substrat support. L'ensemble de membrane présente donc sous la membrane un espace libre dans lequel la membrane peut se déformer. Cet espace libre est généralement formé par micro-usinage dans une plaquette initiale dont des parties (qui vont constituer le moyen d'attache de la membrane sur une base support) sont protégées. Les techniques de micro-usinage employées pour former un tel espace libre peuvent par exemple être de la gravure chimique, telle qu'une gravure KOH à une température déterminée d'un matériau tel que le silicium, et/ou une gravure profonde par ions réactifs, encore appelée DRIE (de l'acronyme anglo- saxon « Deep Reactive Ion Etch ») dans un substrat de surface d'origine plane. Les épaisseurs d'un ensemble de membrane selon l'invention sont typiquement de l'ordre d'environ quelques centaines de microns pour le moyen d'attache et d'environ 10 à 200 microns pour la membrane elle-même. En référence à la figure 1a, un premier exemple d'ensemble de membrane 20 de type SOI (acronyme anglo-saxon de « Silicon On Insulator ») est représenté. Cet ensemble de membrane 20, non limitatif selon l'invention, comporte un substrat 21 présentant ledit espace libre 40 de sorte à former une structure suspendue appelée membrane ayant un moyen d'attache 21a à une base support ultérieurement fournie, et une partie fine 21 b formant la partie inférieure de la structure suspendue. Ce substrat 21 est par exemple constitué de silicium monocristallin. Cet ensemble de membrane 20 comporte en outre sur le substrat 21 une couche électriquement isolante 22, telle qu'une couche de SiO2. Sur cette couche isolante 22, l'ensemble de membrane 20 comporte une pluralité de micro-structures en silicium monocristallin 23a et 23b situés sur des zones localisées de la partie fine 21b du support 21 et de la partie épaisse 21a du support 21. Typiquement, ces micro-structures 23a et 23b sont habituellement formées à partir d'une couche de silicium initiale, par exemple par photolithographie et gravure chimique ou plasma. La membrane de l'ensemble de membrane 20 est alors constituée de la partie fine 21 b et de la partie de la couche isolante 22 qui la recouvre. Cet ensemble de membrane 20 est de type SOI, les micro-structures 23a et 23b en silicium formant la partie silicium supérieure du SOI et la couche isolante 22 formant la partie isolante du SOI. La membrane 21 b peut se déformer sous l'effet d'une modification d'une grandeur physique telle que par exemple une pression mécanique appliquée directement par un fluide statique ou en mouvement, dans une direction perpendiculaire à la membrane, ou telle que par exemple une accélération La déformation de la membrane, sous l'action de ces forces extérieures, entraîne des modifications de propriétés physiques des micro-structures 23a et 23b (modifications de propriétés électriques ou modifications de contraintes mécaniques intrinsèques) ont lieu. Les micro-structures 23a et 23b servent ainsi d'éléments de mesure de la grandeur physique à mesurer (par exemple une pression mécanique ou une accélération), par l'observation que l'on peut faire desdites modifications de propriétés physiques. Ces micro-structures 23a et 23b peuvent par exemple chacune remplir une fonction de jauge de contraintes. Des parties métalliques 24a et 24b sont formées par exemple par dépôt sous vide suivi de photolithographie et gravure chimique sur, respectivement, les micro-structures 23a et 23b, définissant sur ces micro-structures 23a et 23b des zones de contacts électriques métal/semiconducteur 25a et 25b, et comprenant des liaisons métalliques 24a1 et 24b1 destinées à faire fonction de bornes de branchement à des moyens extérieurs de gestion des mesures. Ces couches métalliques 24a et 24b peuvent par exemple être constituées d'Aluminium. Afin de protéger la couche de silicium 23 d'agressions extérieuresThe invention relates to a micromechanical structure for measuring or detecting a mechanical quantity or a dynamic quantity, comprising a deformable membrane and a support substrate, the membrane being suspended above the support substrate thus defining a free space. Many such uses of these suspended membranes are known. Thus, capacitive sensors or strain gauges supported by the membrane can measure the deformations undergone by the membrane subjected to an external energy supply (such as for example a pressure applied perpendicular to the main plane of the membrane), by observing the changes in physical properties of the membrane associated with deformations (such as for example a change in electrical capacity or internal stresses). We can thus measure for example the modifications of energy brought to the membrane or of force exerted on the membrane and therefore monitor physical quantities in a certain medium (whether they are quantities of dynamic type, ie of acceleration type or deceleration type, and / or mechanical type). Such membranes subjected to high energies can become fragile, their intrinsic properties can be altered, and their structure can crack or even break. Means for protecting the membrane with high energies, such as overpressure energies, have been proposed. In document WO 90/04701, a membrane has been proposed mounted in a cavity delimited by two glass plates, the cavity having a determined depth so that, in the event of overpressure, the membrane comes in abutment against one or the other of the glass plates without experiencing any deterioration, the glass plates thus playing a function of stopping the deformation of the membrane, avoiding problems related to overpressure. However, this solution is restrictive due to the bulk of the space surrounding the membrane by the glass plates, thus limiting the applications to measurements of pressure of fluids injected through cavities passing through the glass plates. In addition, the addition of components on the membrane seems difficult to conceive if these components must also come into abutment with the glass plates, seriously risking damaging them. In document US Pat. No. 6,030,851, a membrane is suspended suspended above a flat support, thus defining a cavity of a determined depth to compensate for the deformation of the membrane during overpressure. This set of membranes requires precise adjustment of the depth of the cavity to a determined maximum value of deformation of the membrane. However, its structure presents limited possibilities for modifying this depth of cavity in the case where it has been improperly adjusted or if the determined maximum value of deformation of the membrane is modified. This membrane assembly therefore has a lack of flexibility with regard to its design and its field of application. Document WO 94/05986 describes a membrane suspended above a flat substrate defining a cavity therebetween, the membrane being provided with a plurality of individual stops extending in the cavity towards the substrate so that in the event of overpressure, the stops are supported on the substrate, thus avoiding excessive deformation of the membrane. Document US 6,330,829 proposes the same type of structure, but with a single individual stop. However, this type of membrane sees its structure and geometry modified for the sole need of its protection against overpressure. His intrinsic properties can thus be strongly modified, distorting the deflection measures; or, if they are mastered, these measures become more complex. In any case, the production of such a membrane is complex to carry out. Document US 4,852,408 discloses a membrane suspended above a glass support base defining a cavity therebetween, the support base being provided with a silicon stopper extending in the cavity of the support base towards the membrane so that in the event of overpressure the membrane takes support on the stop, thus avoiding excessive deformation of the membrane. This micromechanical structure thus attempts to overcome the difficulties set out above. Its production includes the following stages: preparation of the glass support base for a first bonding (in particular chemical cleaning of the surface to be bonded); first bonding by anodic sealing of the support base to an Si plate; selective etching of the Si plate to form said stop; preparation of the support base for a second bonding (chemical cleaning of the still free glass surface by removing the rest of the Si); second bonding by anodic sealing of this assembly with the membrane. Such an embodiment therefore requires two anodic seals preceded by cleaning steps. It therefore remains complex and time consuming. The present invention tends to improve the situation by proposing, according to a first aspect, a micromechanical structure intended to measure or detect a mechanical quantity or a dynamic quantity, comprising a deformable membrane and a support substrate comprising a support base, the membrane being suspended from the above the support substrate thus defining a free space, said micromechanical structure further comprising a stop limiting the deformations of the membrane, said stop extending in space free from the support base to the membrane, characterized in that the stop and the support base are each made of a crystalline material. Other possible characteristics of this micromechanical structure are: - the stop may have an electrically conductive upper face so as to establish electrical contact with the membrane when the latter is deformed enough to come to bear on it; - the support base and the stop are formed from a single material; - The support base and the stop are respectively formed from two different materials from each other; - The support base and the stop are each made of a material chosen from the following materials: alloys; Yes ; SiC; sapphire; - The support base may include through channels allowing circulation of fluid between the exterior and the free space; - The membrane is of a structure chosen from: silicon, SOI; PSOI, SOS, SiCOI, SiC; - The micromechanical structure further comprises a cover on the side of the membrane opposite to the support base, this cover possibly being provided with through channels; - Said micromechanical structure is of the sensor type with strain gauges supported by the membrane. According to a second aspect, the invention provides a set of support substrates, each of the support substrates comprising a stop and being capable of fulfilling the function of a support substrate of one of said micromechanical structures, characterized in that it consists of 'one piece. According to a third aspect, the invention proposes a set of micromechanical structures, characterized in that it consists of a single piece. According to a fourth aspect, the invention proposes a method for producing said micromechanical structure, comprising the production of the stop and of the support base from a wafer comprising at least one crystalline material, the wafer being coated with an etching mask of predetermined shape, and comprising a step of etching the wafer until the stop which mainly corresponds to part of the plate protected from engraving by the mask. Other possible characteristics of this process are: - the etching is a chemical etching using chemical species capable of chemically attacking a material to be removed from the wafer; - the etching is an anisotropic etching; - The etching is implemented so as to keep an unetched part of the wafer, this unetched part forming a support base for the stop after etching; the wafer comprises a first layer of a first crystalline material and the support base of a second crystalline material, and in that the etching is carried out so as to selectively etch the first material with respect to the second material in order to form the stop; the method further comprises, after the etching step, a step of connecting a set of membranes to the support base, the membrane set comprising a membrane and a fastening means supporting the membrane, the connection being made between the attachment means and the support base; - The step of linking the membrane assembly to the support base is implemented by means of a strong molecular or atomic bond with or without an adhesive intermediate layer, by sintering or by brazing; - The thickness of the plate and the shape of the mask are chosen so that, after the etching step, the stop formed can be contained in the free space located under the membrane, without being in contact with the membrane or with the attachment means; - The thickness of the wafer is chosen so that, after etching, there is a calibrated gap between the stop obtained and the membrane, the gap being predetermined so that the membrane comes into contact with the stopper from a predetermined deformation of the membrane; - The method may further include a machining step so as to form channels passing through the support base; - The method further comprises a step of bonding a cover on the membrane on the side of the membrane opposite the support base; - The cover is made of glass, and the cover is bonded by anodic sealing; - The cover is made of silicon, and the bonding of the cover is carried out by thermocompression; - The method further comprises a machining step in the cover to form through channels therein. According to a fifth aspect, the invention provides a method for the collective production of a plurality of said support substrates each comprising a stop and each being capable of fulfilling the function of support substrate in a micromechanical structure, characterized in that it comprises the production collective of the stops of the support substrates from a single wafer, in that the wafer is coated with a mask covering a plurality of surfaces of the wafer, and in that it comprises a single step of etching the wafer up to 'to obtain the stops which correspond mainly to the parts of the plate protected by the mask. Other aspects, aims and advantages will appear better on reading the following description of implementation of the method according to it, given by way of example and with reference to the following appended figures: FIGS. 1a and 1b respectively represent a first and a second example of a membrane assembly, according to section views. FIGS. 2a to 2d represent different stages of a method for producing a micromechanical structure according to the invention. FIG. 2e represents a sectional view of a variant of a micromechanical structure, produced according to the invention, comprising channels passing through its support base, the sectional view corresponding to the section along plane 1-1 of FIG. 3 FIG. 3 is an external view of a micromechanical structure, produced according to the invention, comprising channels passing through its support base, the view being directed perpendicularly to the support base. FIGS. 4a to 4c represent different stages of a method for producing a set of micromechanical structures according to the invention. A first object of the invention is to produce a micromechanical structure intended to measure or detect a mechanical quantity or a dynamic quantity, this structure comprising a suspended membrane resistant to external stresses (such as overpressures or overaccelerations) than the latter. may suffer. A second object of the invention is to obtain this resistance to overpressure by a means which: - does not modify either the structure or the geometry of the suspended membrane, the latter retaining a substantially uniform thickness; - does not modify the structure or the definition of the measuring elements mounted on the membrane; - does not clutter the exposed part of the membrane; - minimizes the stages of realization of the structure. The micromechanical structure therefore achieves resistance to external stresses without having to modify the suspended membrane for this, this micromechanical structure thus being able to operate, for example, with standard membranes. The general principle for producing such a micromechanical structure comprises the separate embodiments of the following two elements: - a membrane assembly; - a support substrate for the membrane assembly; The membrane assembly includes: - a membrane, supporting elements for measuring pressure or acceleration; - An attachment means supporting the membrane so that it is suspended, and intended to produce the junction between the suspended membrane and the support substrate. The membrane assembly therefore has a free space under the membrane in which the membrane can deform. This free space is generally formed by micro-machining in an initial wafer of which parts (which will constitute the means of attachment of the membrane to a support base) are protected. The micro-machining techniques used to form such a free space can for example be chemical etching, such as KOH etching at a determined temperature of a material such as silicon, and / or deep etching by reactive ions , also called DRIE (from the acronym “Deep Reactive Ion Etch”) in a surface substrate of plane origin. The thicknesses of a membrane assembly according to the invention are typically of the order of around a few hundred microns for the fastening means and around 10 to 200 microns for the membrane itself. With reference to FIG. 1a, a first example of a membrane assembly 20 of SOI type (English acronym for "Silicon On Insulator") is shown. This membrane assembly 20, not limiting according to the invention, comprises a substrate 21 having said free space 40 so as to form a suspended structure called membrane having a means of attachment 21a to a support base subsequently supplied, and a thin part 21 b forming the lower part of the suspended structure. This substrate 21 is for example made of monocrystalline silicon. This membrane assembly 20 further comprises on the substrate 21 an electrically insulating layer 22, such as a layer of SiO 2 . On this insulating layer 22, the membrane assembly 20 comprises a plurality of monocrystalline silicon micro-structures 23a and 23b located on localized areas of the fine part 21b of the support 21 and the thick part 21a of the support 21. Typically, these micro-structures 23a and 23b are usually formed from an initial silicon layer, for example by photolithography and chemical or plasma etching. The membrane of the membrane assembly 20 then consists of the thin part 21 b and the part of the insulating layer 22 which covers it. This membrane assembly 20 is of the SOI type, the silicon micro-structures 23a and 23b forming the upper silicon part of the SOI and the insulating layer 22 forming the insulating part of the SOI. The membrane 21 b can deform under the effect of a modification of a physical quantity such as for example a mechanical pressure applied directly by a static or moving fluid, in a direction perpendicular to the membrane, or such as for example acceleration The deformation of the membrane, under the action of these external forces, causes changes in the physical properties of the microstructures 23a and 23b (changes in electrical properties or changes in intrinsic mechanical stresses) take place. The micro-structures 23a and 23b thus serve as elements for measuring the physical quantity to be measured (for example a mechanical pressure or an acceleration), by the observation that said modifications of physical properties can be made. These micro-structures 23a and 23b can for example each fulfill a function of strain gauge. Metal parts 24a and 24b are formed for example by vacuum deposition followed by photolithography and chemical etching on, respectively, the micro-structures 23a and 23b, defining on these micro-structures 23a and 23b metal / semiconductor electrical contact areas 25a and 25b, and comprising metal links 24a1 and 24b1 intended to act as connection terminals for external measurement management means. These metal layers 24a and 24b can for example be made of Aluminum. In order to protect the silicon layer 23 from external aggressions
(frottement mécanique, contaminant chimique...), une couche de passivation contenant du nitrure, telle qu'une couche de SixNy, 26a et 26b est disposée directement sous les couches métalliques 24a et 24b, à l'exception des zones de liaisons électriques 25a et 25b. Cette couche de passivation 26a, 26b participe en outre à l'isolation électrique des couches métalliques 24a et 24b d'avec le reste de l'ensemble de membrane 20, à l'exception des contacts électriques 25a et 25b. Bien entendu, cet ensemble de membrane 20 discuté n'a été présenté ici qu'à titre d'exemple et ne se limite pas à une structure SOI, l'homme du métier comprendra que l'invention peut être mise en œuvre avec d'autres types d'ensemble de membrane 20 comprenant un espace libre 40, telles que des ensembles de membrane de type PSOI (« Polysilicon On Insulator »), SOS (« Silicon On Saphir »), SiCOI (« SiC On Insulator »), SiC ou Si. En référence à la figure 1 b, un deuxième exemple d'ensemble de membrane 20 de type SOI est représenté. Celui-ci est sensiblement identique à l'ensemble de membrane 20 représenté sur la figure 1a, à l'exception qu'il est en outre pourvu de plots 27a et 27b s'étendant de la surface libre de la membrane. Ces plots peuvent être de toute forme et ont un poids, un encombrement volumique et une disposition tels qu'ils ne modifient pas ou de façon négligeable les propriétés mécaniques et électriques de la membrane. Ces plots 27a et 27b sont par exemple constitués de silicium. Ces plots 27a et 27b sont destinés à supporter un couvercle 6, ce dernier pouvant servir de protection de la membrane contre des pressions extérieures éventuelles que la membrane pourrait subir. Optionnellement, cet ensemble de membrane 20 est muni non seulement des plots 27a et 27b, mais aussi dudit couvercle 6. Ce dernier pourra par exemple être constitué de verre (tel que le Pyrex®) scellé anodiquement auxdits plots 27a et 27b, ou en Si scellé auxdits plots 27a et 27b par thermocompression. Le couvercle 6 peut aussi être pourvu de canaux traversants 28a et 28b. Dans le cas où le couvercle 6 est en verre, ces canaux traversants 28a et 28b peuvent être pratiqués par usinage ultrasonique ou chimique. Ces canaux traversants 28a et 28b peuvent ainsi faire passer un fluide sous une pression à déterminer par les jauges SOI. En alternative, ce couvercle 6 pourra être solidarisé avec les plots 27a et 27b après que l'ensemble de membrane 20 soit lui-même solidarisé avec un substrat support. Ce type d'ensemble de membrane, couramment utilisé par exemple en tant que système de capteur de pression absolue, nécessite en effet un substrat support. Différentes étapes de réalisation d'un tel substrat support selon l'invention sont représentées en référence aux figures 2a à 2e. En référence à la figure 2a, le matériau de base à partir duquel sera réalisé le substrat support 10 d'un ensemble de membrane 20 se présente sous forme d'une plaquette 1 en matériau cristallin. Selon une première configuration, la plaquette 1 est en un matériau massif, tel qu'un matériau semiconducteur, comme par exemple du silicium ou du SiC monocristallin d'orientation cristalline judicieusement choisie, par exemple de type <100>. Selon une deuxième configuration, la plaquette 1 comprend deux matériaux cristallins différents. Par exemple, cette plaquette 1 a été réalisée par épitaxie d'une première couche en un premier matériau cristallin sur une base support en un deuxième matériau cristallin. Par exemple une première couche en SiC sur une base support en saphir monocristallin, ou une couche en SiGe sur une base support en Si monocristallin. Les surfaces de cette plaquette 1 peuvent éventuellement dans un premier temps être préparées, en mettant en œuvre une ou plusieurs des techniques suivantes prises seules ou en combinaison : rodage, polissage double face, nettoyage chimique, oxydation sacrificielle, ou toutes autres techniques pouvant améliorer la qualité de surface de la plaquette 1. Selon une première étape du procédé selon l'invention, et en référence à la figure 2a, une formation d'une couche isolante 2 de la plaquette 1 est mise en œuvre, par exemple par oxydation thermique à haute température de la plaquette 1 , entre 1000 et 1100°C pendant plusieurs heures, pour réaliser une couche isolante 2 en SiO2 d'une épaisseur suffisante, par exemple de 1 à 2 microns. II est important qu'après la formation de la couche isolante 2, la plaquette(mechanical friction, chemical contaminant, etc.), a passivation layer containing nitride, such as a layer of Si x N y , 26a and 26b is placed directly under the metal layers 24a and 24b, with the exception of the zones electrical connections 25a and 25b. This passivation layer 26a, 26b also participates in the electrical insulation of the metal layers 24a and 24b from the rest of the membrane assembly 20, with the exception of the electrical contacts 25a and 25b. Of course, this discussed membrane assembly 20 has been presented here only by way of example and is not limited to an SOI structure, the person skilled in the art will understand that the invention can be implemented with other types of membrane assembly 20 comprising a free space 40, such as membrane assemblies of the PSOI (“Polysilicon On Insulator”), SOS (“Silicon On Sapphire”), SiCOI (“SiC On Insulator”), SiC type or Si. With reference to FIG. 1 b, a second example of an SOI type membrane assembly 20 is shown. This is substantially identical to the membrane assembly 20 shown in Figure 1a, except that it is further provided with studs 27a and 27b extending from the free surface of the membrane. These studs can be of any shape and have a weight, a bulk and an arrangement such that they do not modify or negligibly the mechanical and electrical properties of the membrane. These pads 27a and 27b are for example made of silicon. These studs 27a and 27b are intended to support a cover 6, the latter being able to serve as protection of the membrane against possible external pressures that the membrane could undergo. Optionally, this membrane assembly 20 is provided not only with studs 27a and 27b, but also with said cover 6. The latter may for example be made of glass (such as Pyrex®) anodically sealed to said studs 27a and 27b, or in Si sealed to said studs 27a and 27b by thermocompression. The cover 6 can also be provided with through channels 28a and 28b. In the case where the cover 6 is made of glass, these through channels 28a and 28b can be formed by ultrasonic or chemical machining. These through channels 28a and 28b can thus pass a fluid under a pressure to be determined by the SOI gauges. Alternatively, this cover 6 can be secured to the studs 27a and 27b after the membrane assembly 20 is itself secured to a support substrate. This type of membrane assembly, commonly used for example as an absolute pressure sensor system, indeed requires a support substrate. Different stages of producing such a support substrate according to the invention are shown with reference to Figures 2a to 2e. With reference to FIG. 2a, the basic material from which the support substrate 10 of a membrane assembly 20 will be produced is in the form of a wafer 1 made of crystalline material. According to a first configuration, the wafer 1 is made of a solid material, such as a semiconductor material, such as for example silicon or monocrystalline SiC with a judiciously chosen crystalline orientation, for example of the <100> type. According to a second configuration, the wafer 1 comprises two different crystalline materials. For example, this plate 1 was produced by epitaxy of a first layer of a first crystalline material on a base support in a second crystalline material. For example a first layer of SiC on a support base in monocrystalline sapphire, or a layer in SiGe on a support base in monocrystalline Si. The surfaces of this wafer 1 can optionally be firstly prepared, by implementing one or more of the following techniques taken alone or in combination: running-in, double-sided polishing, chemical cleaning, sacrificial oxidation, or any other techniques which can improve the surface quality of the wafer 1. According to a first step of the method according to the invention, and with reference to FIG. 2a, a formation of an insulating layer 2 of the wafer 1 is implemented, for example by thermal oxidation at high temperature of the wafer 1, between 1000 and 1100 ° C for several hours, to produce an insulating layer 2 of SiO 2 of sufficient thickness, for example from 1 to 2 microns. It is important that after the formation of the insulating layer 2, the wafer
1 ait une épaisseur prédéterminée de sorte à contrôler l'épaisseur de la butée 5 à graver dans la plaquette 1 par la suite (en référence à la figure 2c), afin que lorsque l'ensemble de membrane 20 sera assemblé (en référence à la figure 2d) lors d'une étape ultérieure, il y ait un écart 41 déterminé entre la surface libre de la butée 5 obtenue et la membrane. Cet écart 41 représente la distance maximale de déformation de la membrane, une déformation plus importante que cet écart 41 mettant alors la membrane en appui contre la butée 5, empêchant ainsi une surdéformation liée à une surpression. Ainsi, la valeur de cet écart 41 peut être choisie en fonction des paramètres de résistance à la déformation de la membrane (dépendant notamment de son épaisseur et du matériau qui la constitue), avec un écart seuil à partir duquel la membrane risque de se détériorer. Lors de la réalisation de ce capteur de pression ou d'accélération 30, la valeur de cet écart 41 est principalement déterminée par : • la hauteur de suspension de la membrane non déformée par rapport à la base du moyen d'attache 21a ; et • l'épaisseur de la plaquette 1 , (typiquement comprise entre 100 et 1000 micromètres). En référence à la figure 2b, après dépôt de résine photosensible, une photolithographie de la couche isolante 2 est mise en œuvre. La forme du masque, ainsi que l'épaisseur de la plaquette 1 , doit être choisie de sorte que, après la prochaine étape de gravure (en référence à la figure 2c), la butée 5 qui sera formée puisse être contenue dans l'espace libre situé sous la membrane, sans être en contact ni avec le moyen d'attache 21a ni avec la membrane (voir figure 2d). Une gravure des parties apparentes en surface de la couche isolante 2 est alors mise en œuvre au moyen d'espèces chimiques déterminées et à des températures contrôlées. A cet effet, on pourra par exemple utiliser une gravure chimique telle qu'une gravure employant du HF pendant plusieurs minutes, pour retirer la couche isolante 2 en SiO2 d'une épaisseur de l'ordre de 1 ,6 micromètres sur les surfaces non protégées par la résine. En référence à la figure 2c, une butée 5, telle qu'ici un bossage 5, est gravée dans la plaquette 1. Optionnellement, on peut former une couche métallique sur la surface supérieure du bossage 5 pour constituer une électrode métallique au sommet de la butée, cette électrode assurant au besoin un contact électrique avec la face inférieure de la membrane lorsque celle-ci viendrait en appui en cas de surdéformation. La formation de cette couche métallique pouvant être réaliser avant la gravure (en ce cas cette gravure inclut aussi la gravure sélective de la couche métallique) ou après la gravure, en faisant un dépôt sélectif (par masquage) uniquement sur le bossage 5. Cette dernière configuration optionnelle pourrait ainsi permettre par exemple la détection électrique d'un seuil de pression appliquée sur la membrane, lorsque celle-ci vient en appui contre le bossage 5. Nous rappelons ici que la plaquette 1 est, selon une première configuration, en un matériau massif ou comprend, selon une deuxième configuration, une première couche en un premier matériau cristallin sur une base support en un deuxième matériau cristallin. Selon la première configuration, on pourra graver la plaquette 1 en utilisant une solution ayant une composition et une dilution appropriées au matériau à graver et pendant une durée contrôlée. Dans le cas où la plaquette 1 est en silicium, on pourra par exemple utiliser une solution à base de KOH ou de TMAH, éventuellement suivie d'une étape de finition de surface au moyen par exemple d'une ou de plusieurs des techniques de finition précitées prises seules ou en combinaison. Par exemple, une gravure de KOH à 80°C pendant environ 12 heures aura raison d'environ 500 μm. Selon la deuxième configuration, on pourra graver la plaquette 1 en utilisant une solution ayant une composition et une dilution appropriées pour graver sélectivement le premier matériau vis à vis du deuxième matériau. Dans un cas de figure particulier, une couche d'arrêt pourra être intercalée entre la première couche et la deuxième couche, de sorte que la première couche soit gravée sélectivement vis à vis de cette couche d'arrêt, puis que cette couche d'arrêt soit gravée sélectivement vis à vis de la deuxième couche. On atteint ainsi une surface de la deuxième couche très propre. Cette couche d'arrêt pourra par exemple être en SiO2. La couche isolante 2' forme ici une couche d'arrêt à la gravure de la plaquette 1 , protégeant ainsi la partie de la plaquette 1 qui lui est sous-jacente. Pourra être utilisée aussi une DRIE, éventuellement suivie d'une étape de finition de surface au moyen par exemple d'une ou de plusieurs des techniques de finition précitées prises seules ou en combinaison. Cette technique de gravure DRIE est une gravure anisotropique qui va alors permettre de graver la plaquette de silicium 1 tout autour de la couche isolante 2', cette dernière ayant alors un rôle similaire a un masque lors d'une photo lithogravure. La forme donnée à la couche isolante 2' lors de sa précédente étape de photolithographie discutée plus haut (en référence à la figure 1b) a ainsi déterminé la forme à donner au bossage 5 final après la mise en œuvre de la gravure. La gravure n'est pas réalisée sur toute l'épaisseur de la plaquette 1 , laissant une partie 4 de celle-ci non gravée sous la butée 5. Cette partie 4 forme alors une base support 4 à la butée 5. Il est souhaitable de laisser une épaisseur suffisante pour la base support 4 afin de rigidifier suffisamment le substrat support 10 ainsi formé. En outre, la gravure doit être particulièrement contrôlée pour pouvoir obtenir au final une butée 5 ayant une épaisseur déterminée pour être comprise dans l'espace libre de l'ensemble de membrane 20 à coller tout en conservant une fonction de butée calibrée à la déformation maximale attendue de la membrane (tel qu'expliqué auparavant). Une étape de finition de la surface de la partie non gravée est ensuite optionnellement mise en œuvre, par exemple par des moyens de gravure chimique appropriés. Un retrait de la couche isolante 2' est ensuite optionnellement mis en œuvre, par exemple au moyen d'une solution HF dans le cas où cette couche isolante 2' est en SiO2. Le substrat support 10 ainsi obtenu comprend un système d'arrêt (constitué de la butée 5) de la déformation d'une membrane (ultérieurement suspendue au-dessus de la butée 5) qui est : • un élément distinct de la membrane à suspendre ; • en trois dimensions, offrant une surface supérieure « en hauteur » sur laquelle la membrane une fois déformée pourra venir en appui ; • ce système d'arrêt (i.e. la butée 5) obtenu permet ainsi de pouvoir effectuer des finitions sur sa structure (avant la fixation du substrat support 10 à l'ensemble de membrane 20), et donc de le modifier dans sa forme ou dans ses dimensions, même après avoir été réalisé, offrant ainsi des possibilités pour rectifier des erreurs dans sa réalisation, ou de changer la hauteur de suspension ou la déformation maximale initialement déterminée de la membrane à suspendre. On pourra ainsi ajuster dans une certaine mesure les paramètres de la butée 5 en fonction des circonstances, en mettant par exemple en œuvre des techniques de finition telles des polissages, des gravures, etc. On pourra par exemple pratiquer des canaux à l'intérieur de la butée 5. La technique de réalisation de la butée 5 selon l'invention ne comprend aucun scellement anodique, contrairement à l'état de la technique, mais une simple gravure d'une unique plaquette 1 en matériau cristallin. La technique est donc grandement allégée, plus rapide et moins coûteuse. En référence à la figure 2d, une mise en liaison d'un ensemble de membrane 20 et du substrat support 10 est réalisé. L'ensemble de membrane 10 pourra par exemple être conforme à l'ensemble de membrane 20 de la figure 1a, ou de l'ensemble de membrane 20 de la figure 1 b, ou de l'ensemble de membrane 20 de la figure 1 b sans couvercle 6. Une préparation des surfaces avant mise en liaison peut être préalablement faite au moyen par exemple d'une ou plusieurs des techniques de préparation précitées, prises seules ou en combinaison. La mise en liaison du substrat 21 au substrat support 10 se fera au niveau du moyen d'attache 21a et des parties périphériques de la base support 4. La mise en liaison peut être réalisée au moyen d'une liaison moléculaire ou covalente avec ou sans couche intermédiaire adhésive, ou par frittage, ou par brasage. La structure micromécanique 30 ainsi obtenue est une membrane montée sur substrat support 10, présentant une butée 5 séparée de la membrane par un espace 41 de sorte que, lorsqu'une surpression est appliquée sur la membrane de sorte à être susceptible de détériorer cette dernière, la membrane vienne en butée contre la partie supérieure de la butée 5, limitant ainsi la déformation qu'elle aurait eu sans la présence de cette butée 5. Ainsi, cette simple butée 5 offre une sécurité de fonctionnement à la structure micromécanique 30 sans que la géométrie ou la structure initiale de l'ensemble de membrane 20 ne s'en trouve modifiée et sans ajouter d'éléments supplémentaires encombrant l'espace au dessus de la membrane pouvant alors perturber l'application de pression sur celle-ci. En référence à la figure 2e, des canaux optionnels peuvent avoir été préalablement pratiqués à travers la base support 4, par exemple par gravure sélective (après masquage). Dans ce dernier cas, la topographie du masque est choisie de sorte que les canaux 51 et 52 ne débouchent pas au niveau du bossage 5 ou du moyen d'attache 21a. De façon particulière, l'usinage réalisé à l'arrière de la base support 4 est paramétré de sorte à déboucher dans l'espace libre 40. En référence à la figure 3, une vue par l'arrière du capteur de pression ou d'accélération 30 permet de visualiser une configuration dans laquelle quatre canaux 51 , 52, 53 et 54 traversant la base support 4 ont été pratiqués (la figure 2e étant une vue en coupe selon le plan 1-1 représenté sur cette figure 3). Ainsi, sont obtenus des passages d'accès à la membrane « par l'arrière » dans lesquels des fluides (gaz ou liquides) peuvent circuler afin de créer une pression appliquée sous la membrane susceptible d'être mesurée par les éléments de mesure supportés par la membrane. Optionnellement, l'ensemble de membrane 20 solidarisé avec le substrat support 10 pour former la structure 30 est conforme à l'ensemble de membrane 20 représenté sur la figure 1 b sans le couvercle 6. Dans ce cas, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape supplémentaire de solidarisation d'un couvercle 6 à l'ensemble de membrane 20 via les plots 27a et 27b qu'il comprend. Le couvercle 6 pourra par exemple être constitué de verre (tel que le Pyrex®) scellé anodiquement auxdits plots 27a et 27b, ou en Si scellé auxdits plots 27a et 27b par thermocompression. Le couvercle 6 peut aussi être pourvu de canaux traversants 28a et 28b. Dans le cas où le couvercle 6 est en verre, ces canaux traversants 28a et 28b peuvent être pratiqués par usinage ultrasonique ou chimique. Ces canaux traversants 28a et 28b peuvent ainsi faire passer un fluide de l'extérieur sur la membrane. Ainsi, dans le cas où la base support 4 est également pourvue de canaux traversants 51 , 52, 53 et 54, la membrane pourra recevoir des pressions venant de « dessus » et de « dessous ». Selon un procédé particulier selon l'invention, une pluralité de substrats supports 10 selon l'invention peuvent être réalisées collectivement à partir d'une structure constituée en un seul matériau ou d'une structure constituée de plusieurs structures, telle que celle représentée figure 3a. En référence à la figure 4a, une structure comprend, de même que la structure représentée sur la figure 2b, une plaquette 1 recouverte en partie par un masque couvrant une pluralité de surfaces 2a', 2b', 2c' afin de former une pluralité de butées 5a, 5b et 5c (en référence à la figure 4b) dans la plaquette 1 sous-jacente au masque, contrairement à la structure représentée sur la figure 2b qui ne couvrait qu'une seule surface. En référence à la figure 4b, une pluralité de butées 5a, 5b, 5c, telles qu'ici les bossages 5a, 5b, 5c, est gravée collectivement dans la plaquette 1 dans des conditions et avec des moyens similaires à ceux décrits plus haut en référence à la figure 2c. Selon ce procédé selon l'invention il est donc possible de former collectivement et simultanément une pluralité de butées 5a, 5b, 5c. Dans une première configuration, les différentes butées 5a, 5b, 5c sont individualisées (au moyen par exemple d'une césure diamant) de sorte à former une pluralité de substrats support, chacun similaire à celui représenté sur la figure 2c. De même qu'en référence aux figures 3f à 3h, chacun de ces substrats support est ensuite lié à un ensemble de membrane, tel qu'un des deux ensembles de membrane 10 représentés sur les figures 1 et 2. Dans une deuxième configuration, un ensemble de membrane 10' comprenant une pluralité de cavités 40a, 40b, 40c, est lié sur le substrat support 10' de façon similaire à celle décrite en référence à la figure 2d, chaque cavité venant entourer les butées respectives 5a, 5b, 5c. La partie fine au-dessus de chaque butée 5a, 5b, 5c définissant une membrane munie chacune d'éléments de mesure de pression ou d'accélération. On obtient ainsi une structure micromécanique 30' comprenant une pluralité de membranes déformables proportionnellement aux forces qui lui sont appliquées. Optionnellement, des canaux 51-53, 55-57, 56-58 traversant la base support 4 peuvent être préalablement pratiqués, par exemple par gravure sélective, afin d'ouvrir un accès aux cavités respectives 40a, 40b, 40c à des fluides entrants. Optionnellement, les membranes sont ensuite individualisées (par exemple par césure diamant) pour former des structures micromécaniques chacune similaire à celle représentée sur la figure 2d ou 2e. La butée 5 et la base support 4 ont été illustrés dans ce document comme étant en silicium, du SiC, du SiGe et/ou du saphir, mais elles peuvent être constituées d'autres types de matériaux, tels que par exemple des alliages. 1 has a predetermined thickness so as to control the thickness of the stop 5 to be engraved in the wafer 1 subsequently (with reference to FIG. 2c), so that when the membrane assembly 20 is assembled (with reference to the Figure 2d) during a subsequent step, there is a gap 41 determined between the free surface of the stop 5 obtained and the membrane. This difference 41 represents the maximum distance of deformation of the membrane, a greater deformation than this difference 41 then putting the membrane in abutment against the stop 5, thus preventing an over-deformation linked to an overpressure. Thus, the value of this difference 41 can be chosen as a function of the parameters of resistance to deformation of the membrane (depending in particular on its thickness and on the material which constitutes it), with a threshold difference from which the membrane is liable to deteriorate. . During the production of this pressure or acceleration sensor 30, the value of this difference 41 is mainly determined by: • the suspension height of the non-deformed membrane relative to the base of the attachment means 21a; and • the thickness of the wafer 1, (typically between 100 and 1000 micrometers). With reference to FIG. 2b, after deposition of photosensitive resin, a photolithography of the insulating layer 2 is carried out. The form of the mask, as well as the thickness of the plate 1, must be chosen so that, after the next etching step (with reference to FIG. 2c), the stop 5 which will be formed can be contained in the space free located under the membrane, without being in contact either with the attachment means 21a or with the membrane (see FIG. 2d). An etching of the visible parts on the surface of the insulating layer 2 is then implemented by means of determined chemical species and at controlled temperatures. For this purpose, one could for example use a chemical etching such as an etching using HF for several minutes, to remove the insulating layer 2 made of SiO 2 with a thickness of the order of 1.6 micrometers on the surfaces not protected by resin. Referring to Figure 2c, a stop 5, such as here a boss 5, is etched in the wafer 1. Optionally, a metal layer can be formed on the upper surface of the boss 5 to form a metal electrode at the top of the stop, this electrode ensuring, if necessary, electrical contact with the underside of the membrane when the latter comes to bear in the event of over-deformation. This metallic layer can be formed before etching (in this case this etching also includes selective etching of the metallic layer) or after etching, by making a selective deposit (by masking) only on the boss 5. This latter optional configuration could thus allow, for example, the electrical detection of a pressure threshold applied to the membrane, when the latter comes to bear against the boss 5. We recall here that the wafer 1 is, according to a first configuration, in a solid material or comprises, according to a second configuration, a first layer of a first crystalline material on a support base of a second crystalline material. According to the first configuration, the wafer 1 can be etched using a solution having a composition and a dilution appropriate to the material to be etched and for a controlled period. In the case where the wafer 1 is made of silicon, it is possible for example to use a solution based on KOH or TMAH, optionally followed by a surface finishing step by means for example of one or more of the finishing techniques. above taken alone or in combination. For example, an etching of KOH at 80 ° C for about 12 hours will be right about 500 μm. According to the second configuration, the wafer 1 can be etched using a solution having an appropriate composition and dilution for selectively etching the first material with respect to the second material. In a particular case, a barrier layer may be interposed between the first layer and the second layer, so that the first layer is selectively etched with respect to this barrier layer, then this barrier layer either selectively etched with respect to the second layer. This achieves a very clean surface of the second layer. This barrier layer could for example be made of SiO 2 . The insulating layer 2 'here forms an etching stop layer for the wafer 1, thus protecting the part of the wafer 1 which is underlying it. Can also be used a DRIE, possibly followed by a surface finishing step by means for example of one or more of the aforementioned finishing techniques taken alone or in combination. This DRIE etching technique is an anisotropic etching which will then make it possible to etch the silicon wafer 1 all around the insulating layer 2 ′, the latter then having a role similar to a mask during a photo lithography. The shape given to the insulating layer 2 ′ during its previous photolithography step discussed above (with reference to FIG. 1b) thus determined the shape to be given to the final boss 5 after the etching has been carried out. The etching is not carried out over the entire thickness of the wafer 1, leaving a part 4 of the latter not engraved under the stop 5. This part 4 then forms a support base 4 at the stop 5. It is desirable to leave a sufficient thickness for the support base 4 in order to sufficiently stiffen the support substrate 10 thus formed. In addition, the etching must be particularly controlled in order to finally obtain a stop 5 having a thickness determined to be included in the free space of the membrane assembly 20 to be bonded while retaining a stop function calibrated at maximum deformation. expected from the membrane (as explained before). A step of finishing the surface of the non-etched part is then optionally implemented, for example by suitable chemical etching means. A removal of the insulating layer 2 ′ is then optionally implemented, for example by means of an HF solution in the case where this insulating layer 2 ′ is made of SiO 2 . The support substrate 10 thus obtained comprises a system for stopping (consisting of the stopper 5) from the deformation of a membrane (subsequently suspended above the stopper 5) which is: • a separate element from the membrane to be suspended; • in three dimensions, offering an upper “height” surface on which the membrane, once deformed, can come to bear; • this stop system (ie the stop 5) obtained thus makes it possible to be able to carry out finishes on its structure (before the fixing of the support substrate 10 to the membrane assembly 20), and therefore to modify it in its form or in its dimensions, even after being produced, thus offering possibilities for rectifying errors in its production, or for changing the suspension height or the initially determined maximum deformation of the membrane to be suspended. We can thus adjust to a certain extent the parameters of the stop 5 depending on the circumstances, for example by implementing finishing techniques such as polishing, etching, etc. We can for example practice channels inside the stopper 5. The technique for producing the stopper 5 according to the invention does not include any anodic sealing, unlike the prior art, but a simple engraving of a single plate 1 made of crystalline material. The technique is therefore greatly reduced, faster and less expensive. With reference to FIG. 2d, an assembly of a membrane assembly 20 and of the support substrate 10 is made. The membrane assembly 10 could for example conform to the membrane assembly 20 of FIG. 1a, or of the membrane assembly 20 of FIG. 1b, or of the membrane assembly 20 of FIG. 1b without cover 6. A preparation of the surfaces before connection can be carried out beforehand using for example one or more of the aforementioned preparation techniques, taken alone or in combination. The connection of the substrate 21 to the support substrate 10 will take place at the level of the attachment means 21a and of the peripheral parts of the support base 4. The connection can be carried out by means of a molecular or covalent bond with or without adhesive intermediate layer, or by sintering, or by brazing. The micromechanical structure 30 thus obtained is a membrane mounted on a support substrate 10, having a stop 5 separated from the membrane by a space 41 so that, when an overpressure is applied to the membrane so as to be liable to damage the latter, the membrane comes into abutment against the upper part of the abutment 5, thus limiting the deformation which it would have had without the presence of this abutment 5. Thus, this simple abutment 5 offers operational safety to the micromechanical structure 30 without the geometry or the initial structure of the membrane assembly 20 is not modified and without adding additional elements cluttering the space above the membrane which can then disturb the application of pressure thereon. With reference to FIG. 2e, optional channels may have been previously made through the support base 4, for example by selective etching (after masking). In the latter case, the topography of the mask is chosen so that the channels 51 and 52 do not open out at the level of the boss 5 or the attachment means 21a. In particular, the machining carried out at the rear of the support base 4 is configured so as to lead to the free space 40. With reference to FIG. 3, a view from the rear of the pressure sensor or acceleration 30 makes it possible to view a configuration in which four channels 51, 52, 53 and 54 passing through the support base 4 have been made (FIG. 2e being a sectional view along the plane 1-1 shown in this FIG. 3). Thus, access passages to the membrane are obtained "from the rear" in which fluids (gases or liquids) can circulate in order to create a pressure applied under the membrane capable of being measured by the measuring elements supported by the membrane. Optionally, the membrane assembly 20 secured to the support substrate 10 to form the structure 30 conforms to the membrane assembly 20 shown in FIG. 1 b without the cover 6. In this case, the method according to the invention further comprises an additional step of securing a cover 6 to the membrane assembly 20 via the pads 27a and 27b which He understands. The cover 6 may for example be made of glass (such as Pyrex®) anodically sealed to said pads 27a and 27b, or in Si sealed to said pads 27a and 27b by thermocompression. The cover 6 can also be provided with through channels 28a and 28b. In the case where the cover 6 is made of glass, these through channels 28a and 28b can be formed by ultrasonic or chemical machining. These through channels 28a and 28b can thus pass a fluid from the outside onto the membrane. Thus, in the case where the support base 4 is also provided with through channels 51, 52, 53 and 54, the membrane will be able to receive pressures coming from "above" and "below". According to a particular method according to the invention, a plurality of support substrates 10 according to the invention can be produced collectively from a structure made up of a single material or from a structure made up of several structures, such as that represented in FIG. 3a . With reference to FIG. 4a, a structure comprises, like the structure shown in FIG. 2b, a plate 1 partially covered by a mask covering a plurality of surfaces 2a ', 2b', 2c 'in order to form a plurality of stops 5a, 5b and 5c (with reference to FIG. 4b) in the wafer 1 underlying the mask, in contrast to the structure shown in FIG. 2b which covered only one surface. With reference to FIG. 4b, a plurality of stops 5a, 5b, 5c, such as here the bosses 5a, 5b, 5c, is collectively etched in the wafer 1 under conditions and with means similar to those described above in reference to Figure 2c. According to this method according to the invention it is therefore possible to form collectively and simultaneously a plurality of stops 5a, 5b, 5c. In a first configuration, the different stops 5a, 5b, 5c are individualized (by means for example of a diamond hyphen) so as to form a plurality of support substrates, each similar to that shown in FIG. 2c. As with reference to FIGS. 3f at 3h, each of these support substrates is then linked to a membrane assembly, such as one of the two membrane assemblies 10 represented in FIGS. 1 and 2. In a second configuration, a membrane assembly 10 'comprising a plurality of cavities 40a, 40b, 40c, is bonded to the support substrate 10' in a similar manner to that described with reference to FIG. 2d, each cavity coming to surround the respective stops 5a, 5b, 5c. The thin part above each stop 5a, 5b, 5c defining a membrane each provided with pressure or acceleration measuring elements. This gives a micromechanical structure 30 ′ comprising a plurality of deformable membranes proportional to the forces applied to it. Optionally, channels 51-53, 55-57, 56-58 passing through the support base 4 can be previously made, for example by selective etching, in order to open access to the respective cavities 40a, 40b, 40c to incoming fluids. Optionally, the membranes are then individualized (for example by diamond hyphenation) to form micromechanical structures each similar to that shown in FIG. 2d or 2e. The stop 5 and the support base 4 have been illustrated in this document as being in silicon, SiC, SiGe and / or sapphire, but they can be made up of other types of materials, such as for example alloys.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure micromécanique (20, 30) destinée à mesurer ou à détecter une grandeur mécanique ou une grandeur dynamique, comprenant une membrane déformable et un substrat support (10) comprenant une base support (4), la membrane étant suspendue au-dessus du substrat support définissant ainsi un espace libre, ladite structure micromécanique comportant en outre une butée (5) limitant les déformations de la membrane, ladite butée s'étendant dans l'espace libre à partir de la base support vers la membrane, caractérisée en ce que la butée et la base support sont chacune en un matériau cristallin. 1. Micromechanical structure (20, 30) intended to measure or detect a mechanical quantity or a dynamic quantity, comprising a deformable membrane and a support substrate (10) comprising a support base (4), the membrane being suspended above the support substrate thus defining a free space, said micromechanical structure further comprising a stop (5) limiting the deformations of the membrane, said stop extending in the free space from the support base towards the membrane, characterized in that the stop and the support base are each made of a crystalline material.
2. Structure micromécanique selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la butée présente une face supérieure électriquement conductrice de sorte à établir un contact électrique avec la membrane lorsque celle-ci est déformée suffisamment pour venir en appui sur elle. 2. Micromechanical structure according to the preceding claim, characterized in that the stop has an electrically conductive upper face so as to establish electrical contact with the membrane when the latter is deformed enough to come to bear on it.
3. Structure micromécanique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la base support et la butée sont formées dans un seul et même matériau. 3. Micromechanical structure according to one of claims 1 and 2, characterized in that the support base and the stop are formed from a single material.
4. Structure micromécanique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la base support et la butée sont respectivement formées dans deux matériaux différents l'un de l'autre. 4. Micromechanical structure according to one of claims 1 and 2, characterized in that the support base and the stop are respectively formed from two materials different from each other.
5. Structure micromécanique selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisée en ce que la base support et la butée sont chacune en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : alliages ; Si ; SiC ; saphir. 5. Micromechanical structure according to one of the two preceding claims, characterized in that the support base and the stop are each made of a material chosen from the following materials: alloys; Yes ; SiC; sapphire.
6. Structure micromécanique selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisée en ce que la base support comprend des canaux traversants permettant une circulation de fluide entre l'extérieur et l'espace libre. 6. Micromechanical structure according to one of the three preceding claims, characterized in that the support base comprises through channels allowing circulation of fluid between the exterior and the free space.
7. Structure micromécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la membrane est d'une structure choisie parmi : silicium, SOI, PSOI, SOS, SiCOI, SiC. 7. Micromechanical structure according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane is of a structure chosen from: silicon, SOI, PSOI, SOS, SiCOI, SiC.
8. Structure micromécanique selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un couvercle (6) du côté de la membrane opposé à la base support, ce couvercle étant éventuellement pourvu de canaux traversants. 8. Micromechanical structure according to the preceding claim, characterized in that it further comprises a cover (6) on the side of the membrane opposite to the support base, this cover possibly being provided with through channels.
9. Structure micromécanique du type capteur à jauges de contrainte supportées par la membrane, caractérisée en ce qu'il est constitué par une structure micromécanique selon l'une des revendications précédentes. 9. micromechanical structure of the sensor type with strain gauges supported by the membrane, characterized in that it is constituted by a micromechanical structure according to one of the preceding claims.
10. Ensemble de substrats support, chacun des substrats support comprenant une butée et chacun étant apte à remplir la fonction d'un substrat support d'une structure micromécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce. 10. Set of support substrates, each of the support substrates comprising a stop and each being capable of fulfilling the function of a support substrate of a micromechanical structure according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of one piece.
11. Ensemble de structures micromécaniques, chacune des structures micromécaniques étant conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce. 11. Set of micromechanical structures, each of the micromechanical structures being in accordance with one of claims 1 to 9, characterized in that it consists of a single piece.
12. Procédé de réalisation d'une structure micromécanique conforme à l'une des revendications précédentes, comprenant la réalisation de la butée et de la base support à partir d'une plaquette comprenant au moins un matériau cristallin, la plaquette étant revêtue d'un masque à la gravure de forme prédéterminée, et en ce qu'il comprend une étape de gravure de la plaquette jusqu'à obtenir la butée qui correspond principalement à une partie de la plaquette protégée de la gravure par le masque. 12. Method for producing a micromechanical structure according to one of the preceding claims, comprising producing the stop and the support base from a wafer comprising at least one crystalline material, the wafer being coated with a etching mask of predetermined shape, and in that it comprises a step of etching the wafer until the stop which corresponds mainly to a part of the wafer protected from etching by the mask.
13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la gravure est une gravure chimique employant des espèces chimiques aptes à attaquer chimiquement un matériau à enlever de la plaquette. 13. Method according to the preceding claim, characterized in that the etching is a chemical etching using chemical species capable of chemically attacking a material to be removed from the wafer.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la gravure est une gravure anisotropique. 14. Method according to claim 12, characterized in that the etching is an anisotropic etching.
15. Procédé selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que la gravure est mise en œuvre de sorte à conserver une partie non gravée de la plaquette, cette partie non gravée formant une base support de la butée après gravure. 15. Method according to one of the three preceding claims, characterized in that the etching is implemented so as to keep an unetched part of the wafer, this unetched part forming a support base for the stop after etching.
16. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la plaquette comprend une première couche en un premier matériau cristallin et la base support en un deuxième matériau cristallin, et en ce que la gravure est mise en œuvre de sorte à graver de façon sélective le premier matériau vis à vis du deuxième matériau afin de former la butée. 16. Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the wafer comprises a first layer of a first crystalline material and the support base of a second crystalline material, and in that the etching is carried out so to selectively etch the first material with respect to the second material in order to form the stop.
17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, après l'étape de gravure, une étape de mise en liaison d'un ensemble de membrane sur la base support, l'ensemble de membrane comportant une membrane et un moyen d'attache supportant la membrane, la liaison se faisant entre la base support et le moyen d'attache. 17. Method according to one of claims 12 to 16, characterized in that it further comprises, after the etching step, a step of connecting a set of membranes to the support base, the set membrane comprising a membrane and an attachment means supporting the membrane, the connection being made between the support base and the attachment means.
18. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mise en liaison de l'ensemble de membrane sur la base support est mise en œuvre au moyen d'une liaison forte moléculaire ou atomique avec ou sans couche intermédiaire adhésive, par frittage ou par brasage. 18. Method according to the preceding claim, characterized in that the step of linking the membrane assembly to the support base is implemented by means of a strong molecular or atomic bond with or without an adhesive intermediate layer, by sintering or by brazing.
19. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaquette et la forme du masque sont choisies de sorte que, après l'étape de gravure, la butée formée puisse être contenue dans l'espace libre situé sous la membrane, sans être en contact ni avec la membrane ni avec le moyen d'attache. 19. Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the thickness of the plate and the shape of the mask are chosen so that, after the etching step, the stop formed can be contained in the space free located under the membrane, without being in contact either with the membrane or with the attachment means.
20. Procédé selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaquette est choisie de sorte que, après gravure, il y ait un écart entre la butée obtenue et la membrane, l'écart étant prédéterminé de sorte que la membrane entre en contact avec la butée à partir d'une déformation prédéterminée de la membrane. 20. Method according to one of the three preceding claims, characterized in that the thickness of the wafer is chosen so that, after etching, there is a gap between the stop obtained and the membrane, the gap being predetermined by so that the membrane comes into contact with the stopper from a predetermined deformation of the membrane.
21. Procédé selon l'une des revendications 12 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'usinage de sorte à former des canaux traversant la base support. 21. Method according to one of claims 12 to 20, characterized in that it further comprises a machining step so as to form channels passing through the support base.
22. Procédé selon l'une des revendications 12 à 21 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de collage d'un couvercle sur la membrane sur le côté de la membrane opposé à la base support. 22. Method according to one of claims 12 to 21, characterized in that it further comprises a step of bonding a cover on the membrane on the side of the membrane opposite the support base.
23. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le couvercle est en verre, et en ce que le collage du couvercle est réalisé par scellement anodique. 23. Method according to the preceding claim, characterized in that the cover is made of glass, and in that the bonding of the cover is carried out by anodic sealing.
24. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le couvercle est en silicium, et en ce que le collage du couvercle est réalisé par thermocompression. 24. Method according to the preceding claim, characterized in that the cover is made of silicon, and in that the bonding of the cover is carried out by thermocompression.
25. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'usinage dans le couvercle pour y former des canaux traversants. 25. Method according to one of the two preceding claims, characterized in that it further comprises a step of machining in the cover to form through channels therein.
26. Procédé de réalisation collective d'une pluralité de substrats supports comprenant chacun une butée et chacun apte à remplir la fonction de substrat support dans une structure micromécanique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation collective des butées des substrats supports à partir d'une seule plaquette, en ce que la plaquette est revêtue d'un masque couvrant une pluralité de surfaces de la plaquette, et en ce qu'il comprend une étape unique de gravure de la plaquette jusqu'à obtenir les butées qui correspondent principalement aux parties de la plaquette protégées par le masque. 26. A method of collective production of a plurality of support substrates each comprising a stop and each capable of fulfilling the function of support substrate in a micromechanical structure according to one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises the production collective of the stops of the support substrates from a single wafer, in that the wafer is coated with a mask covering a plurality of surfaces of the wafer, and in that it comprises a single step of etching the wafer up to 'to obtain the stops which correspond mainly to the parts of the plate protected by the mask.
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