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Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG (30/10/1998), COURTOIS Bernard (Dir.)
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Etude et conception de microsystèmes micro-usinés par la face avant en utilisant des technologies standards des circuits intégrés sur arséniure de gallium
R. Perez Ribas1

L'intérêt et le développement des microsystèmes aujourd'hui sont basés sur les mêmes principes qui ont fait le succès des circuits intégrés. Comme dans la microéléctronique, le silicium est le matériau le plus utilisé parmi les microsystèmes. Malgré cette hégémonie, il existe d'autres alternatives pour les applications où le silicium n'est pas très performant. L'arséniure de gallium (AsGa) se montre prometteur car des effets comme la piézo­électricité, la piézo­resistivité et l'émission de rayonnement lumineux peuvent efficacement être exploités.
La fabrication des microstructures suspendues (mécaniques) compatibles avec des
technologies standards des circuits intégrés en AsGa est présentée dans cette thèse. Ces
microstructures sont obtenues à travers le micro­usinage en volume par la face avant et ne demandent
aucune modification du procédé si ce n'est une étape post­process de gravure destinée à libérer les
structures devant être suspendues. Ce principe permet la fabrication collective en grandes quantités et
à bas coût puisque s'insérant dans une filière industrielle stabilisée.
Dans ce travail, plusieurs solutions de gravure ont été étudiées et caractérisées. Les vitesses de
gravure et les éventuels dégâts dans les couches diélectriques et de métallisation des plots ont été
vérifiés. A partir de ces résultats, deux applications potentielles pour les microsystèmes en AsGa ont
été considérées : les composants thermiques qui tirent parti du coefficient Seebeck de l'AsGa et de
l'isolation thermique des structures suspendues, et les composants électroniques passifs micro­usinés
pour les circuits micro­ondes, comme les lignes micro­rubans et les inductances planaires.
Finalement, un ensemble d'outils de CAO pour les microsystèmes a été développé. Des modules
spécifiques ont été assemblés à l'environnement Mentor Graphics, comme par exemple la vérification
des règles de dessins pour les microsystèmes, des outils pour la visualisation du layout en coupe et en
trois dimensions, et des simulateurs de gravure.
Mots clés microsystèmes, arséniure de gallium, micro­usinage, thermocouple, inductance
planaire, outils de CAO.
1:  TIMA - Techniques of Informatics and Microelectronics for integrated systems Architecture
quality and reliability of electronic components – microsystems
http://tima.imag.fr/publications/files/th/ecm_74.pdf

Maskless front-side bulk micromachining compatible with standard GaAs IC technology
The increasing interest on microelectromechanical systems (MEMS) nowadays is due to the same reasons that guaranteed the digital integrated circuit (IC) success in the last decade, such as miniaturization, design flexibility, volume manufacturability, reliability and reproducibility. Besides the low cost and mature silicon technologies, alternative materials have also been targeted to applications where silicon lacks. Particularly, gallium arsenide (GaAs) seems to be very promising since piezoelectric, piezoresistive and optical effects can be exploited, as well as high-temperature and high-speed electronic circuit operation are available. n this thesis, a front-side bulk micromachining approach compatible to standard GaAs microelectronics technologies is investigated for collective fabrication of low cost, high volume microsystems applications. Free-standing structures are easily released through a maskless post-process wet chemical etching, with no modification in the IC fabrication, no damage in the pad metallization and passivation layers, and no influence on the unconcerned electronic parts. Initially, several etching solutions have been studied and characterized for micromachining purpose in terms of the preferential or anisotropic etching, the selectivity of GaAs to AlGaAs layers, the possible damages on the substrate surface layers, and the different etch rates for specific crystallographic directions. Next, potential micromachined devices compatible to such approach are evaluated for sensor, actuators, and microwave applications. Special attention is given to GaAs thermocouple-based devices, e.g., microwave power sensor, and suspended planar spiral inductors and transformers, which present numerous advantages to standard structures because of the significant reduction in parasitic capacitance effects and associated losses. Finally, a set of CAD tools related to the layout level design, such as cross-section and three-dimensional layout viewers, layout generators, bulk etching simulator for vertical profile, and open area converter have been developed on the Mentor Graphics environment.