Scellement de substrats

L’étape de scellement de substrats est une étape importante pour la fabrication de dispositifs MEMS (Micro Electrical Mechanical Systems).

Des substrats de natures différentes ou identiques et de mêmes dimensions peuvent être scellés en cours ou en fin de procédé, après alignement en utilisant des techniques de scellement par soudure anodique, par contact direct ou par adjonction d'une couche intermédiaire. Ces techniques permettent de développer des procédés d’assemblage à l’échelle du substrat (Wafer Level Packaging)

  • Scellement par soudure anodique

La soudure anodique permet de sceller un substrat en verre (verre dopé Bore et contenant du sodium) et un substrat en silicium (oxydé ou non) à une température voisine de 420°C (à cette température les coefficients de dilatation du verre et du silicium sont proches), sous vide (ou non) en appliquant une pression mécanique et une tension continue de plusieurs centaines de volts. Des assemblages plus complexes (Si/Verre/Si ou Verre/Si/Verre) peuvent être réalisés en une seule fois en utilisant une polarisation alternée de plusieurs centaines de volts permettant au procédé de scellement de s’effectuer sur chaque face du substrat central lors de chaque demi-alternance.

  • Scellement par contact direct

La soudure par contact direct permet plus de flexibilité en terme d’utilisation de substrats de natures différentes ou identiques. Le procédé de soudure directe du silicium (Silicon Direct Bonding) est obtenu hydrophilisant préalablement (par voie chimique ou par plasma) la surface d’un (ou des deux) substrat(s) et en mettant les substrats en contact intime (pression mécanique). Le procédé de mise en contact se déroule généralement sous vide et est suivi d’une étape de traitement thermique qui permet de renforcer le scellement.

Il est également possible de sceller deux substrats en intercalant des polymères du type SU8, polyimides, BCB, etc. On dépose généralement le polymère sur un seul des 2 substrats. Il pourra avoir préalablement subit une étape de photolithographie (le polymère ne recouvre plus la totalité de la surface du substrat). Les deux substrats, sous vide et après traitement thermique (rampes et paliers de températures) sont mis en contact (pression mécanique). L’optimisation de ce type de scellement appelé soudure adhésive nécessite de nombreux développements technologiques en fonction des polymères utilisés.

Une autre technique de scellement consiste à réaliser un alliage Au-Si à une température voisine de 360°C par diffusion thermique sous une pression mécanique de l’or dans le silicium (ou autre couche). La soudure entre les deux substrats se produit lors de la phase de refroidissement. Ce type de scellement est appelé soudure eutectique.