Un actionneur électrostatique comprenant une pièce mobile constituée de lames parallèles les unes aux autres en forme de peigne, interdigitées avec un groupe de lames paral- lèles fixes également en forme de peigne, est décrit par exemple dans la demande de brevet français 008420 déposée par la demanderesse le 29 juin 2000. Les lames sont réalisées dans l'épaisseur d'une tranche de silicium. L'application d'une variation de tension sur l'un des ensembles de lames par rapport à l'autre provoque le déplacement des lames mobiles orthogonale- ment au plan des faces principales de la tranche de silicium.

La présente invention vise une structure de ce type qui soit particulièrement simple à réaliser, qui soit robuste et qui présente un temps de réponse particulièrement rapide.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un actionneur électrostatique réalisé dans une partie d'une tranche de matériau conducteur, comprenant un peigne de

lames mobiles parallèles en ledit matériau conducteur s'étendant à partir de la face supérieure de la tranche, orthogonalement à celle-ci, et un peigne de lames fixes en ledit matériau conduc- teur intercalé avec le peigne mobile et s'étendant à partir de la face inférieure de la tranche. Cet actionneur comprend un ensem- ble de doigts conducteurs s'étendant parallèlement les uns aux autres et parallèlement aux faces principales de la tranche, fixés d'un côté sur une zone isolée de la surface supérieure de la tranche, portant du côté de leur autre extrémité les lames mobiles, et comprenant une partie intermédiaire souple formant lame de ressort. Les lames fixes et mobiles ont des hauteurs intermédiaires entre l'épaisseur de la tranche et la moitié de ladite épaisseur.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit matériau conducteur est du silicium monocristallin dopé.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les doigts conducteurs sont en nickel.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la hauteur des lames mobiles à partir de la face supérieure de la tranche et des lames fixes à partir de la face inférieure de la tranche est de l'ordre des deux tiers de l'épaisseur de la tranche.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les lames fixes et mobiles sont formées à partir de deux couches de silicium séparées par une couche isolante, l'ensemble de ces deux couches étant accolé à une première plaque isolante du côté des doigts conducteurs, les lames fixes étant constituées de l'ensemble des deux couches de silicium et les doigts mobiles de la couche de silicium supérieure.

La présente invention prévoit aussi un procédé de fabrication d'un actionneur électrostatique du type susmentionné comprenant les étapes consistant à former sur la face supérieure d'une tranche de matériau conducteur une couche métallique, comportant des doigts solidaires d'une partie support formée sur une couche isolante reposant sur ladite tranche, et une couche

de masquage aux emplacements où l'on souhaite que cette face supérieure ne soit pas gravée ; former du côté de la face infé- rieure de la tranche un premier et un deuxième masque, l'ensem- ble de ces deux masques définissant des ouvertures aux emplace- ments où l'on souhaite que la tranche soit complètement gravée, le premier masque définissant des zones où l'on souhaite que la tranche soit partiellement gravée et le deuxième masque définis- sant des zones où l'on souhaite que la face inférieure de la tranche ne soit pas gravée ; effectuer une première gravure ani- sotrope verticale à partir de la face inférieure, cette première gravure étant masquée par les premier et deuxième masques et s'étendant sur plus de la moitié de l'épaisseur de la tranche ; éliminer le premier masque et effectuer une deuxième gravure anisotrope verticale à partir de la face inférieure, cette deuxième gravure se prolongeant jusqu'à traverser complètement la tranche aux emplacements où elle a déjà été gravée ; et effectuer une gravure anisotrope verticale à partir de la face supérieure de la tranche aux emplacements non protégés par la couche métallique et le masque complémentaire.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première gravure s'étend sur sensiblement les deux tiers de l'épaisseur de la tranche.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend les étapes suivantes : former sur la face supérieure d'un ensemble de deux couches de silicium séparées par une couche isolante une couche métallique comportant des doigts conducteurs solidaires d'une partie support formée sur ladite face, accoler la double couche du silicium, du côté des doigts conducteurs à une plaque isolante et araser la face inférieure de la couche de silicium inférieure ; former du côté de la face inférieure de la couche arasée un premier et un deuxième masque, l'ensemble de ces deux masques définissant des ouvertures aux emplacements où l'on souhaite que les deux couches soient complètement gravées, le

premier masque définissant des zones où l'on souhaite que la seule deuxième couche soit gravée et le deuxième masque définissant des zones où l'on souhaite que la face inférieure de la tranche ne soit pas gravée ; effectuer une première gravure anisotrope verticale à partir de la face inférieure jusqu'à la couche isolante intermé- diaire ; éliminer le premier masque et les parties apparentes de la couche isolante et effectuer une deuxième gravure aniso- trope verticale à partir de la face inférieure, cette deuxième gravure se prolongeant jusqu'à traverser complètement la tranche.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente une vue de dessus d'un action- neur électrostatique selon la présente invention ; la figure 2 représente une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 du premier mode de réalisation de la présente invention ; les figures 4A à 4C sont des vues en coupe prises dans la mme direction que la figure 2 et illustrent des étapes successives de fabrication d'un dispositif selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; les figures 5A à 5D sont des vues en coupe prises dans le mme plan que la figure 3 et illustrent des étapes succes- sives de réalisation d'un dispositif selon le premier mode de réalisation de la présente invention, les étapes des figures 5A à 5C correspondant aux étapes des figures 4A à 4C ;

la figure 6 représente une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 7 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 du deuxième mode de réalisation de la présente invention ; les figures 8A à 8C sont des vues en coupe prises dans la mme direction que la figure 6 et illustrent des étapes successives de fabrication d'un dispositif selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 9 est une vue en coupe prise dans le mme plan que la figure 7 et illustre une étape de réalisation d'un dispositif selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention, correspondant à l'étape de la figure 8C.

Comme cela est classique dans le domaine de la repré- sentation des microcomposants et des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle pour faciliter la représentation.

Un premier mode de réalisation d'un actionneur élec- trostatique selon la présente invention est représenté de façon schématique en vue de dessus en figure 1, en vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 en figure 2, et en vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 en figure 3.

L'actionneur électrostatique selon le premier mode de réalisation de l'invention est réalisé dans une portion 1 d'une tranche de silicium. On notera qu'un réseau de dispositifs simi- laires peut tre réalisé dans une mme tranche dans laquelle pourront également tre réalisés d'autres composants électromé- caniques ou électroniques. Un peigne fixe 2 est constitué de lames semiconductrices verticales (orthogonales au plan de la tranche) qui sont solidaires du corps de la tranche et s'éten- dent vers le haut à partir du fond de la tranche sur une hauteur inférieure à l'épaisseur totale de la tranche. Un peigne mobile est constitué de lames de silicium 3 interdigitées avec les lames de silicium 2. Chaque lame 3 du peigne mobile est fixée

par sa tranche supérieure à un doigt 4 d'un matériau conducteur.

Chacun des doigts 4 est constitué d'une portion d'une couche métallique comportant une partie de support reposant sur la surface supérieure de la tranche. Les lames 3 s'étendent du côté d'une extrémité de chaque doigt 4 à partir d'une zone 6 de chaque doigt métallique intermédiaire entre la partie de support 5 et le doigt 4. La zone intermédiaire 6 sert de suspension et forme ressort de rappel. Des barres de liaison 7 relient éven- tuellement les doigts les uns aux autres au niveau de la zone intermédiaire 6 pour améliorer la liaison mécanique et la répar- tition du potentiel électrique. La partie de support 5 est isolée du substrat 1 par une couche isolante 8.

Une connexion électrique non représentée est reliée à chaque peigne mobile, de préférence au niveau de la partie de support 5. Un contact électrique non représenté est solidaire du substrat 1 et du peigne fixe 2, par exemple du côté de la face supérieure du dispositif. Ainsi, quand une variation de poten- tiel est appliquée au peigne mobile par rapport au substrat 1, l'ensemble des lames 3 du peigne mobile est amené à fléchir vers le bas, comme cela est représenté en pointillés en figure 2. En outre, comme on le voit dans la vue en coupe de la figure 3, l'une des lames mobiles, désignée par la référence 9, est plus longue que les autres, de sorte que, quand le peigne mobile est amené à fléchir, la lame 9 fait saillie vers le bas. Cette lame 9 en silicium constitue un miroir et peut servir à défléchir un faisceau laser. La partie inférieure de la lame 9 peut tre revtue d'un matériau accroissant son pouvoir réflecteur, par exemple une couche d'or. On conçoit que, si un grand nombre de dispositifs selon la présente invention sont formés sur la mme tranche de silicium et sont disposés en réseau, ils peuvent servir à dévier vers l'un ou l'autre d'un ensemble de récepteurs l'un ou l'autre d'un ensemble de faisceaux laser, constituant ainsi un routeur optique.

Les figures 1 à 3 sont extrmement schématiques. A titre d'exemple dimensionnel, on pourra réaliser un dispositif

selon la présente invention dans une tranche de silicium d'une épaisseur de 300 Mm. Chaque lame du peigne mobile pourra avoir une hauteur de 200 Um, une épaisseur de 5 Mm et une longueur de 400 Mm. Les lames de la partie fixe pourront avoir des dimen- sions identiques, la distance entre une lame fixe et une lame mobile étant de l'ordre de 5 Mm. La partie de support 5 de la pièce métallique formant les doigts pourra avoir une longueur de 80/mi et la partie intermédiaire 6 une longueur de 80 pm. La couche d'oxyde 8 aura par exemple une épaisseur de 2 à 3 Mm.

Le prolongement 9 de l'une des dents 3 formant miroir pourra ne pas s'étendre sur toute la longueur de la dent mobile mais avoir par exemple une longueur de 200 gm et une hauteur de 100 à 200 Mm.

Avec de telles dimensions, une impulsion de tension de l'ordre de 50 V pourra donner un déplacement de la partie extrme d'une lame mobile de l'ordre de 100 ym, ce qui corres- pond à une saillie efficace et suffisante pour réfléchir un faisceau laser ayant un diamètre de spot inférieur à 100 Mm.

Bien que l'on ait mentionné une tranche de silicium, on pourra utiliser tout matériau conducteur. Le silicium est actuellement préféré car de nombreux procédés de traitement, de gravure et de dépôt de couches isolantes et conductrices ont été développés pour ce matériau dans le cadre de la microélec- tronique.

Le matériau de la couche métallique 4,5,6 pourra tre tout matériau conducteur pouvant tre déposé sur le sili- cium, adhérant bien au silicium et à l'oxyde de silicium, pouvant tre gravé de façon simple, pouvant servir de masque de gravure de silicium, et pouvant constituer une lame de ressort.

On pourra par exemple utiliser une couche de nickel d'une épais- seur de 1 à 2 Um, une couche de chrome, une couche de tungstène, ou toute combinaison de couches dont la première adhère bien sur le semiconducteur, et dont la ou les suivantes présentent une limite élastique de forte valeur.

Selon un autre aspect de la présente invention, la demanderesse propose un procédé particulièrement simple de réalisation de la structure des figures 1,2 et 3. Des étapes de ce procédé seront décrites en relation avec les figures 4A à 4C et 5A à 5C qui représentent respectivement des vues en coupe selon la ligne II-II et selon la ligne III-III de la figure 1, lors d'étapes successives de fabrication.

A une étape initiale illustrée en figures 4A et 5A, on dépose sur la face supérieure d'une tranche de silicium une couche d'un matériau conducteur, par exemple du nickel. Cette couche est gravée conformément au contour représenté schémati- quement en figure 1, c'est-à-dire comportant une partie support 5, une partie intermédiaire 6 et des doigts 4. La partie support repose sur une couche isolante, par exemple une couche d'oxyde de silicium 8. La couche d'oxyde de silicium est également déposée du côté de la face supérieure aux emplacements où l'on veut que, à la fin du processus, la tranche de silicium ne soit pas gravée du côté de sa face supérieure, c'est-à-dire essentiellement à la périphérie du dispositif selon la présente invention. A titre de variante, au lieu de partir d'une couche de nickel et de la graver, on pourra faire croître sélectivement du nickel par électrolyse sur une couche conductrice de base.

Du côté de la face inférieure, on dépose une première couche de masquage 11 et une deuxième couche de masquage 12.

L'ensemble de ces deux couches de masquage présente des ouver- tures aux emplacements où l'on veut creuser de part en part la tranche de silicium 1. La deuxième couche de masquage 12 recouvre la première couche de masquage 11 et est déposée directement sur la face inférieure en d'autres emplacements. La deuxième couche de masquage 12 peut tre éliminée sélectivement en laissant en place la première couche de masquage 11. La pre- mière couche de masquage 11 est disposée aux emplacements où l'on veut que, du côté de sa face inférieure, la tranche de silicium ne soit pas gravée en fin de processus.

A l'étape illustrée en figures 4B et 5B, on procède à une gravure anisotrope à partir de la face inférieure, par exemple en présence d'un plasma. On creuse ainsi, dans les zones où les couches de masquage 11 et 12 sont absentes, des premiers évidements sur une profondeur inférieure à l'épaisseur totale de la tranche et de préférence supérieure à la demi-épaisseur de la tranche. Par exemple, si la tranche a une épaisseur de l'ordre de 300 ym, les premiers évidements pourront avoir une profondeur de l'ordre de 200 Mm. On forme ainsi, comme l'illustre la figure 5B, une partie des évidements séparant les doigts fixes des doigts mobiles.

A l'étape illustrée en figures 4C et 5C, on élimine la couche de masquage 12 et l'on procède, à nouveau à partir de la surface inférieure de la tranche, à une gravure anisotrope qui est poursuivie jusqu'à traverser complètement la tranche dans les zones où celle-ci a déjà été gravée. On définit ainsi complètement les lames mobiles 3 qui sont séparées des lames fixes et qui s'étendent sur une partie de l'épaisseur de la tranche, supérieure à la moitié de l'épaisseur de cette tranche, par exemple sur une hauteur de 200 Mm si la tranche a une épais- seur de 300 ; nm, et qui restent solidaires des doigts 4. On a également dégagé la partie intermédiaire 6 de la plaque de nickel.

A l'étape suivante, visible dans la vue en coupe de la figure 5D mais non visible dans le plan de coupe des figures 4A, 4B et 4C, on procède à une gravure anisotrope verticale à partir de la face supérieure de la tranche. On réduit ainsi la hauteur des doigts non protégés par la couche de nickel 4, et on obtient ainsi des doigts fixes 2 de dimensions souhaitées.

Le dispositif de la présente invention est particuliè- rement sensible et permet une réponse particulièrement rapide du fait de la suspension du peigne mobile par la partie métallique 6 e De façon connue de l'homme de l'art, il existe des machines d'auto-alignement face avant, face arrière qui permet-

tent d'aligner les motifs de masque sur ces deux faces avec des précisions meilleures que 1 Am.

Comme on l'a mentionné précédemment, du côté de la face supérieure, les couches de masquage sont de préférence respectivement la couche d'oxyde 8 et la couche de nickel ou autre métal à laquelle sont accrochées les lames du peigne mobile 3. Du côté de la face inférieure, la couche de masquage 11 peut tre une couche d'oxyde et la couche de masquage 12 une couche de nickel. D'autres combinaisons de couches sélectivement gravables pourront bien entendu tre choisies.

Les figures 6 et 7 représentent des vues en coupe d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention dans les mmes plans de coupe que les figures 2 et 3, respectivement.

Comme dans le premier mode de réalisation de l'invention, on peut voir des doigts 4 en un matériau conducteur souple et élas- tique dont sont solidaires des lames d'un peigne mobile.

Dans ce deuxième mode de réalisation, l'actionneur est formé à partir d'un substrat de type SOI (silicium sur isolant), comprenant une première couche de silicium 20 et une deuxième couche de silicium 21 séparées par une couche mince isolante 22.

Les lames mobiles 26 sont constituées de portions de la seule couche semiconductrice supérieure 21 qui adhère aux doigts mobiles 4, et éventuellement de la couche isolante 22. Les lames fixes sont constituées de portions de l'ensemble des couches 20, 21 et 22.

De préférence, les couches 20 et 21 sont relativement minces, d'une épaisseur de l'ordre de 40 à 80 ym, et la struc- ture est montée sur une plaque isolante supérieure 25 qui adhère à la partie supérieure de la couche 21 sans adhérer aux doigts 4 qui, en position haute, sont en contact ou en quasi contact avec la plaque isolante 25 et qui viennent s'abaisser sous l'effet d'une tension appliquée, comme cela est représenté en pointillés en figure 6.

Comme dans le cas du premier mode de réalisation, le silicium est fortement dopé pour tre conducteur. On pourra

prévoir que l'un des doigts mobiles a une hauteur correspondant à toute la hauteur des couches 20,21 et 22, comme c'était le cas pour le doigt 9 du premier mode de réalisation.

Les portions de couche 20 des lames fixes sont mises à un premier potentiel, par exemple la masse ou 0 volt, et les portions 21 des lames fixes sont mises à un deuxième potentiel constant, par exemple 10 à 100 volts. L'ensemble des doigts conducteurs peut tre relié à un potentiel de 0 ou 10 à 100 volts. Pour un potentiel de 0 volt, les doigts seront en position haute et, pour un potentiel de 10 à 100 volts, l'ensemble du peigne mobile viendra en position basse.

Les dimensions en vue de dessus du deuxième mode de réalisation pourront tre similaires à celles décrites en rela- tion avec le premier mode de réalisation.

Selon que les lames fixes sont solidaires ou non des parties de silicium 21 sur lesquelles repose le conducteur flexible 4,5,6, ce conducteur devra tre isolé ou non de la couche 21.

Un mode de fabrication du deuxième mode de réalisation de la présente invention va tre décrit à titre d'exemple en relation avec les figures 8A, 8B et 8C qui sont des vues en coupe d'étapes intermédiaires dans le mme plan que la figure 7, et avec la figure 9 qui est une vue en coupe d'une étape inter- médiaire dans le mme plan que la figure 6.

Comme l'illustre la figure 8A, on part d'une structure de type silicium sur isolant dans laquelle, sur une plaque de silicium inférieure 40 est déposée une couche mince isolante 22 et au-dessus de laquelle est formée une couche de silicium 21.

Selon un mode de réalisation classique, cette structure peut tre formée en accolant deux plaques de silicium et en polissant la face supérieure pour obtenir une couche 21 d'épaisseur choisie, par exemple 40 à 80 ym.

Du côté de la face supérieure de la couche de silicium 21, on forme une couche d'un matériau conducteur, par exemple du nickel, cette couche est gravée conformément au contour repré-

senté schématiquement en figure 1. La couche conductrice est de préférence formée sur une couche isolante. Selon une variante de réalisation, on creuse la surface supérieure de la couche 21 selon le contour choisi de la couche conductrice, on isole la surface creusée et l'on remplit les évidements d'une couche conductrice, par exemple en déposant une couche relativement épaisse et en procédant à un polissage mécanochimique. On obtient ainsi la structure représentée en figure 8A (dans laquelle la couche d'isolement n'a pas été représentée).

A une étape suivante, illustrée en figure 8B, on accole la face supérieure de la structure, celle dans laquelle sont formées les doigts conducteurs 4, à une plaque isolante 25, par exemple une lame de verre. Dans le mode de réalisation représenté, la lame de verre peut tre amenée à adhérer par collage optique sur la face supérieure de silicium. On peut éga- lement procéder à un collage par liaison anodique (application d'une température de quelques centaines de degrés et d'une tension de l'ordre de 1000 V, le verre de la plaque 25 étant dopé pour tre conducteur). Dans les deux cas, la face supé- rieure de la couche métallique 4 n'adhérera pas à la plaque supérieure 25. Selon une autre variante, dans le cas où les conducteurs 4 sont en relief, on pourra déposer d'abord une couche intermédiaire dégageant la surface de la couche métal- lique 4 et plus épaisse que celle-ci et le collage électro- chimique se fera sur la couche intermédiaire. Une fois ce collage effectué, on pourra procéder à un arasement de la face inférieure de la plaque 40 pour obtenir la couche de silicium 20 décrite en relation avec la figure 6, ayant par exemple une épaisseur de 40 à 80 yam.

Ensuite, de façon analogue à ce qui a décrit en rela- tion avec la figure 5B, on procède au dépôt d'un double masque 51,52 du côté de la face inférieure pour dégager les divers doigts des peignes à former. On prévoit un masque simple aux emplacements où l'on voudra former les doigts mobiles et un

masque double aux autres emplacements, aucun masque n'étant formé au niveau des parties intercalaires entre les doigts.

A l'étape illustrée en figure 8C, on procède à une première gravure entre doigts, l'arrt de gravure se faisant sur la couche isolante 22. On élimine alors le masque 52 et l'on procède à une deuxième gravure pour arriver au résultat illustré en figure 7.

Selon un avantage de la présente invention, il n'est nécessaire de procéder à des gravures qu'à partir de la face inférieure et des arrts de gravure nets peuvent tre obtenus dans un premier temps sur la couche isolante intermédiaire 22, dans un deuxième temps sur la plaque de verre 25. Bien entendu, les diverses gravures seront effectuées par un procédé fortement anisotrope, par exemple le procédé connu sous l'acronyme DRIE de Deep Reactive Ionic Etching (gravure ionique réactive profonde).

La figure 9 représente une vue dans un plan perpendi- culaire à celui de la figure 8C et correspond à l'étape de la figure 6.

Bien entendu, divers contours pourront tre choisis pour l'ensemble des peignes mobiles. En outre, l'homme de l'art saura appliquer au deuxième mode de réalisation certaines au moins des variantes décrites en relation avec le premier mode de réalisation.