Nouveaux matériaux getter en couches minces à base d'éléments de transition et de terres rares pour l'encapsulation sous vide de MEMS

par Clément Bessouet

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Johan Moulin et de Alain Bosseboeuf.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical, Optical, Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (laboratoire) , Microsystèmes et nanobiotechnologies (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Certains MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) doivent être maintenus sous vide pour conserver des performances optimales. C'est par exemple le cas des résonateurs ou des bolomètres. Ils sont alors encapsulés sous vide grâce à un capot de protection soudé hermétiquement sur le substrat, l'ensemble étant réalisé avec les techniques de microfabrication. De plus, pour compenser les fuites, le dégazage et assurer une pression inférieure à 10-3 mbar pendant la durée de vie du composant (10 ans ou plus) un matériau getter réalisant un pompage par sorption des gaz doit être déposé dans la cavité. Le matériau getter doit préalablement être rendu réactif par activation thermique (diffusion en volume de l'oxyde superficiel de passivation) et avoir une capacité de sorption élevée La problématique actuelle, de portée scientifique et industrielle, réside dans la fragilité croissante de dispositifs de plus en plus performants, impliquant que la température pendant la soudure du capot comme pendant l'activation du getter doit être la plus basse possible, alors que l'efficacité de ces étapes diminue avec cette température. Le département Microsystèmes & Nanobiofluidique du C2N travaille ainsi depuis plusieurs années sur le développement de nouveaux matériaux pour l'encapsulation sous vide basse température : (i) soudures métalliques par phase liquide transitoire (Transient Liquid Phase, TLP) avec des alliages de type AuSi, CuSn, ou AuIn, (ii) matériaux getter en couches minces à base de zirconium, vanadium et titane. Ces matériaux sont intégrés dans un procédé de packaging au niveau du wafer (Wafer-Level Packaging (WLP)) qui consiste à paralléliser le packaging en soudant deux wafers, l'un portant les dispositifs à encapsuler, l'autre portant les capots à souder.

  • Titre traduit

    New transition elements and rare earth getter thin films for MEMS vacuum packaging


  • Résumé

    Some MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) such as bolometers or resonators must be kept under vacuum to present optimal performances. They are packaged by bonding a cap under vacuum and temperature. In addition, to compensate leaks and permeation for a long time (more than 10 years), a getter thin film must be deposited inside the cavity, which adsorb gases by diffusion of species inside the film. The getter is thermally activated during the bonding. A major challenge consists in decreasing the temperature needed to solder the cap and activate the getter. In this way, the Microsystems & Nanobiofluidics department of the C2N works since many years on (i) low temperature Transient Liquid Phase (TLP) metallic soldering with AuSi, CuSn or AuIn and (ii) zirconium, vanadium and titanium based getter thin films. These materials are integrated in a Wafer-Level Packaging (WLP) packaging process which consists in the bonding of two waders, one supporting the caps and the other one supporting the MEMS.