FR2906237A1 - Composants fluidiques double-face - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un composant fluidique caractérisé en ce qu'il comporte :- au moins un substrat (32) en un matériau pouvant être gravé, et une couche d'arrêt (34) de gravure de ce matériau,- des moyens (38) de détection de propriétés d'un fluide et/ou d'activation de ce fluide, réalisés sur un premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure,- des moyens (40) pour recevoir ledit fluide, réalisés dans le substrat, d'un deuxième côté de la couche d'arrêt de gravure.

Description

1 COMPOSANTS FLUIDIQUES DOUBLE-FACE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART

ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine des composants fluidiques, appliqués notamment à des dispositifs d'analyse biologiques. Elle permet d'améliorer, d'une part la fabrication des composants fluidiques, associés à des fonctions MEMS et des fonctions microélectroniques, tels que ceux à capillaire avec technologie APS-CMOS intégrée (APS signifiant Active Pixel Sensor ) et, d'autre part, l'intégration et le conditionnement de tels composants ; elle en facilite la mise en oeuvre, l'intégration système et l'utilisation. L'invention peut notamment être appliquée à des composants fluidiques ayant, d'une part, une structuration profonde (réservoir et/ou capillaire et/ou fermeture du composant) et, d'autre part, une structuration d'électrodes. Les composants APS fabriqués dans une technologie CMOS sont connus par exemple du document de F. Mallard et al., paru dans Biosensors and Bioelectronics , Vol. 20, 2005, p. 1813-1820.

Une puce APS comporte une zone active, comportant elle même une matrice de pixels, entourée en tout ou en parti, d'une zone de circuits microélectroniques de traitement électronique. Cette dernière est entourée de la zone des contacts électriques.

2906237 2 Ces contacts sont donc localisés à la périphérie du composant (sur 1, ou 2, ou 3 ou 4 côtés). Un pixel est constitué d'une zone active (photo-détecteur) et d'une zone de fonction électronique de 5 prétraitement du signal. La surface de détection (somme de l'ensemble des surfaces des photo-détecteurs) de la matrice de détection présente donc un taux de remplissage très inférieur à 100 %. Pour simplifier, dans la suite, on ne 10 reprend que la représentation minimum d'une telle puce c'est-à-dire la zone active d'un pixel, un photo-détecteur et la zone de reprise de contacts électriques avec dépôt d'un matériau de passivation (ici de l'oxyde de silicium).

15 La figure 1 présente une vue en coupe de l'empilement technologique concerné. Cette figure représente la structure d'un seul détecteur, et non d'une matrice de détecteurs. On voit sur cette figure la zone centrale 20 2, à la périphérie de laquelle les contacts 4 sont constitués de plots en métal recouverts d'une couche (oxyde) de passivation 5. Des parties dépassivées de ces plots, non représentées sur la figure, permettent la reprise des contacts électriques. La zone 25 intermédiaire 6 est normalement constituée de fonctions de traitement électronique du signal issu de la zone centrale 2 de détection. Pour intégrer cette technologie dans un composant fluidique, on peut adopter le principe tel 30 que décrit en figure 2.

2906237 3 La puce est collée sur un film mémoire support 12, de type PCB, comportant deux niveaux métalliques : un sur chaque face et un niveau 14 de via permettant la mise en contact des deux faces.

5 Une liaison par contacts 16 avec le film mémoire 12 est réalisée pour reprendre les contacts électriques de la puce. Une résine 18 de passivation est déposée et réticulée sur l'ensemble de cette connexion pour protéger toute la partie électrique du 10 composant (contacts sur la puce, fils de connexion et face électrique du film mémoire). Le film mémoire portant la puce est assemblé avec un capot 20, comportant des structurations fluidiques pour former une cavité 15 fluidique, reportée sur le composant. Un tel assemblage présente un certain nombre de problèmes. Du point de vue de la fluidique du composant, la maîtrise de la zone de dépôt de la résine 20 de protection 18 est un premier problème. On cherche, en effet, à ce que la résine recouvre l'ensemble des surfaces métalliques, tout en ayant une répartition minimale sur la surface de la puce, sous peine d'empiéter sur la zone active.

25 En pratique, une zone tampon d'au moins 500 pm est à prévoir entre les contacts et la zone active de la puce. Ceci représente une place perdue importante sur la puce. De plus, l'épaisseur de la résine 18 au- 30 dessus de la surface de l'assemblage puce-film mémoire 12 est un paramètre qui est peu reproductible. Ceci 2906237 4 apporte une contrainte supplémentaire à la profondeur de la fluidique du composant. Cette contrainte limite considérablement tout travail sur la réduction du volume de la cavité fluidique.

5 De même, la mise en oeuvre d'un report du capot implique l'existence d'un zone de report 13 entre ce capot et le support de la puce de détection, zone de report qu'il faut étanchéifier, d'où un élargissement supplémentaire de la chambre.

10 Le caractère non exactement reproductible de la forme de la passivation suivant le fluage de la résine 18 ne permet pas une bonne maîtrise des écoulements fluidiques dans le composant, et impose par exemple des zones mortes dans les coins des composants.

15 Le volume de la partie fluidique, défini en fait par la profondeur p structurée dans le capot 20, est difficilement reproductible. En outre, il est difficile de réaliser des profondeurs p (voir figure 2), dans le capot, inférieures à quelques centaines de 20 pm, par exemple 300 pm. Tout ceci, à savoir la non reproductibilité de l'environnement fluidique induisant une perturbation de l'écoulement et la variation de l'épaisseur de la veine liquide sur la puce, est préjudiciable à 25 l'homogénéité d'hybridation sur les bio-puces, notamment à multiples zones fonctionnalisées. Enfin, cette architecture d'assemblage impose, dans la chambre de réaction biologique, la présence d'une résine ou d'un polymère dont la nature 30 doit être prise en compte dans la mise au point des protocoles biologiques.

2906237 5 La fonctionnalisation (par exemple par des sondes biologiques) avant assemblage pose également problème. La présence de métaux (comme des plots de reprise de contact électrique), à la surface de la 5 puce, rend inutilisable tel quel tout protocole de fonctionnalisation biologique qui utilise des étapes d'oxydation ou de réduction, avec bases et acides. Le document de A.M. Jorgensen et al. (Sensors and actuators, B, 90, 2003, 15-21), décrit la 10 réalisation d'un ou plusieurs photodétecteurs sur la face arrière d'un substrat silicium comprenant une structuration fluidique sur la face avant du substrat. De plus, en ce qui concerne la connectique fluidique du composant, une gravure traversante est réalisée du côté 15 où sont réalisés les contacts électriques des détecteurs. Cette gravure permet de donner un accès à la fluidique, en face avant du substrat. On retrouve donc, sur la face arrière du substrat, les plots de contact des détecteurs, ainsi que les trous ou nias 20 fluidiques pour réaliser les entrées et sorties du composant fluidique. Dans ce document, la partie fluidique du composant est réalisée sur un substrat de 350 pm d'épaisseur et sur une profondeur de 72 pm 4 pm (pour 25 60 mn de gravure). Il reste donc une épaisseur de silicium, de l'ordre de 278 pm, sous la partie fluidique. Le détecteur réalisé collecte les paires électrons-trous créées par l'absorption des photons 30 issus de la partie fluidique du composant.

2906237 6 Compte tenu de l'absorption du silicium, ces paires sont créées dans une couche de l'ordre de 10 pm d'épaisseur, sous la partie fluidique. Ces paires sont collectées par les jonctions réalisées en face 5 arrière du composant. Elles doivent donc parcourir une forte épaisseur de silicium (262 pm) avant d'être collectées par les jonctions. Afin d'éviter la recombinaison des paires électrons-trous, il est recouru dans ce document à 10 l'utilisation d'un substrat silicium de haute résistivité (> 500 Q -cm). De plus, compte tenu de la grande distance à parcourir au sein du substrat, les photodétecteurs ne peuvent pas être densifiés à volonté. Par exemple, la figure 4 de ce document 15 représente une puce de 1 x 2 cm2, avec 9 reprises de contact électrique, ce qui représente au mieux 4 détecteurs sur la puce. La technologie de photodétecteur utilisée dans ce document est donc atypique et ne permet de 20 réaliser qu'un composant qui apporte un certain nombre de contraintes. Il se pose donc le problème de trouver un autre dispositif ne présentant pas de tels inconvénients.

25 En outre, la dernière étape de réalisation d'une puce APS (et CMOS en général), avant découpe des puces, consiste usuellement à réaliser une étape d'amincissement de substrats pour faciliter les étapes de packaging. Les substrats sont amincis jusqu'à une 30 épaisseur comprise, par exemple, entre 700 pm et 300 pm.

2906237 7 On cherche également une structure, et un procédé permettant de la réaliser, dans laquelle les problèmes posés par la mise en oeuvre d'une technique de report, en particulier l'alignement de la fluidique 5 vis-à-vis de la surface active, ne se posent pas. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne une puce ou un composant fluidique ou un dispositif d'analyse comportant : 10 - au moins un substrat en un matériau pouvant être gravé, et une couche d'arrêt de gravure de ce matériau, cette couche présentant un premier et un deuxième côté, - des moyens de détection d'au moins une 15 propriété d'un fluide et/ou d'activation de ce fluide, réalisés du premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure, - des moyens pour recevoir ledit fluide, réalisés dans le substrat, du deuxième côté de la 20 couche d'arrêt de gravure. Les moyens de détection d'au moins une propriété d'un fluide et/ou d'activation de ce fluide sont réalisés d'un premier côté de la couche d'arrêt de gravure : l'un et/ou l'autre de ces moyens peut être 25 formé dans ou sur la couche d'arrêt de gravure, ou dans ou sur une couche située sur la couche d'arrêt. On entend par moyens de détection de propriétés d'un fluide des moyens qui permettent de caractériser une ou des propriétés physiques et/ou 30 chimiques de ce fluide, par exemple la température, 2906237 8 et/ou l'activité photonique, et/ou le pH, et/ou la salinité, et/ou le potentiel électrochimique... etc. On entend par moyens d'activation d'un fluide des moyens qui permettent de modifier une ou des 5 propriétés physiques et/ou chimiques de ce fluide, par exemple des moyens de chauffage, et/ou d'agitation et/ou d'éclairage du fluide. Selon l'invention on utilise une face d'un composant comportant une couche d'arrêt, par exemple la 10 face arrière d'une puce APS, pour réaliser la partie fluidique du dispositif dans au moins une partie du substrat qui serait sinon, selon les techniques connues, éliminée. La partie fluidique et la partie détection et/ou activation sont séparées par la couche 15 d'arrêt. Cette dernière élimine toute circulation ou communication fluidique entre la partie fluidique et la partie détection et/ou activation. Une couche superficielle peut en outre être formée sur la couche d'arrêt, du côté des moyens de 20 détection et/ou d'activation. Selon un mode de réalisation la couche superficielle, la couche d'arrêt et le substrat forment un substrat SOI (silicon on insultor). Des moyens de détection peuvent être au 25 moins en partie réalisés dans ou sur cette couche superficielle. On peut donc utiliser un substrat SOI pour la réalisation de la partie détecteur, par exemple dans une technologie de type CMOS, de la puce ou du 30 composant fluidique ou du dispositif d'analyse selon l'invention.

2906237 9 La partie fluidique est donc définie dans, ou sous, la puce, cette dernière étant par exemple réalisée dans une technologie de type CMOS. La couche d'arrêt, l'oxyde enterré dans le 5 cas du substrat SOI, forme une couche d'arrêt de la gravure en face arrière pour définir la profondeur de la fluidique du composant dans le support. Ce dernier est par exemple en silicium ou, plus généralement, en matériau semi-conducteur. Les moyens de détection peuvent comporter au moins un photodétecteur. Un dispositif selon l'invention peut comporter en outre une couche d'oxyde de passivation et de rigidification. Des moyens de détection de propriétés électriques d'un fluide peuvent être réalisés, par exemple au moins en partie dans la couche d'arrêt de gravure. Une partie de ces moyens est en contact 20 avec la partie fluidique. Par ailleurs, des moyens d'activation d'un fluide par électromouillage peuvent également être réalisés, éventuellement avec des moyens électroniques de commande des moyens d'activation d'un fluide par 25 électromouillage. Des réservoirs de fluide peuvent aussi être réalisés dans le substrat. De préférence la couche d'arrêt, et éventuellement la couche superficielle réalisée sur la 30 couche d'arrêt, ont une épaisseur inférieure à 10 pm.

10 15 2906237 10 Dans un composant selon l'invention, les moyens pour recevoir un fluide peuvent avoir une profondeur bien contrôlée, par exemple inférieure à 300 pm.

5 Les moyens de détection et/ou d'activation peuvent être reliés à des électrodes dépassivées situées du premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure. L'invention permet également de réaliser 10 une matrice de détecteurs à haute densité comportant une pluralité de composants tels que décrits ci-dessus, séparés l'un de l'autre d'une distance inférieure à 10 pm. Selon l'invention, on adapte donc la 15 technologie de réalisation de la partie fluidique à une technologie microélectronique, par exemple de type CMOS. Une gravure profonde du matériau semi-conducteur du support est réalisée, pour qu'une 20 émission de photons à partir du fluide puisse atteindre les moyens de détection réalisés sur l'autre face du composant. Une puce ou un composant selon l'invention peut comporter un substrat rigidificateur.

25 Une fonctionnalisation avec des sondes biologiques, telles que des sondes nucléiques, peut en outre être réalisée. L'invention bénéficie en particulier de la possibilité d'utiliser la technologie APS pour réaliser 30 une matrice de détecteurs à haute densité (à un pas qui peut être inférieur à 10 pm), ce qui est impossible 2906237 11 avec la technologie décrite dans l'art antérieur déjà cité. De plus, les nias d'entrée dans la fluidique ne sont pas réalisés à travers le support du 5 substrat utilisé. On ne perd donc pas de surface utile sur la partie détection du composant. Ceci permet aussi de réaliser des étapes chimiques en fabrication collective - agressives sur la partie fluidique, sans donner accès à l'autre face du substrat (afin d'éviter 10 les détériorations des moyens de détection situés sur l'autre face). L'invention permet de tirer avantage de l'utilisation d'un substrat SOI et de la technologie CMOS associée. Elle permet en outre d'avoir un mode de 15 réalisation avantageux de la partie fluidique. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un composant fluidique comportant : a) la sélection d'un substrat en un matériau pouvant être gravé, muni d'une couche d'arrêt 20 de gravure de ce matériau, b) la formation de moyens de détection de propriétés d'un fluide et/ou d'activation de ce fluide, sur un premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure, 25 c) la formation de moyens pour recevoir ledit fluide, dans le substrat, par gravure de ce substrat à partir du deuxième côté de la couche d'arrêt de gravure et arrêt de la gravure sur cette couche d'arrêt.

30 L'invention concerne également l'utilisation d'un composant, ou d'une matrice, tel que 2906237 12 décrit ci-dessus, pour la mise en oeuvre d'une analyse biologique. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - Les figures 1 et 2 représentent un 5 dispositif connu, de type APS-CMOS, sans et avec capot de protection et de définition de la partie fluidique, - les figures 3A et 3B représentent des composants ou des substrats pouvant être utilisés dans pour la réalisation d'un composant fluidique selon 10 l'invention, - la figure 4A représente schématiquement l'implantation d'un composant CMOS sur un substrat de type semi-conducteur sur isolant, - la figure 4B représente un substrat 15 traité selon l'invention avec un capot du côté de la partie fluidique, -les figures 5A et 5B représentent un dispositif selon l'invention avec électrodes métalliques et reprises de contact en regard de la 20 partie fluidique du composant, - la figure 6 représente un dispositif selon l'invention avec électrodes métalliques dans la partie fluidique du composant et une structure CMOS isolée de la partie fluidique par une couche d'oxyde 25 d'un substrat SOI, - les figures 7 et 8 représentent des dispositifs selon l'invention avec moyens de déplacement par électromouillage.

2906237 13 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Pour simplifier l'exposé de l'invention, n'est montrée dans la suite qu'une version simplifiée d'une puce de détection, par la représentation d'une 5 version minimum, par exemple d'un seul photo-détecteur avec deux zones d'implantation et deux reprises de contacts électriques. L'invention englobe la réalisation avec un ou plusieurs composants plus complexes.

10 Dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessous, on utilise une couche d'arrêt pour graver la partie fluidique d'un composant fluidique, cette couche d'arrêt pouvant résulter par exemple d'une oxydation superficielle d'un substrat semi-conducteur 15 ou être la couche isolante d'un composant de type SOI ou semi-conducteur sur isolant. Ainsi, sur la figure 3A est représenté un substrat 70 en silicium sur lequel une couche superficielle 72 est obtenue par oxydation. En 20 variante, la couche 72 pourrait être une couche de nitrure de silicium Si3N4. La couche 72 et le substrat 70 forment un seul substrat. Sur la figure 3B est représenté un substrat SOI 30, qui comporte typiquement un support 32 en 25 matériau semi-conducteur, une couche 34 de matériau diélectrique, et une couche superficielle 36 de matériau semi-conducteur Dans les deux cas, on va pouvoir réaliser des moyens de détection et/ou d'activation électrique 30 et/ou magnétique et/ou thermique et/ou autre et/ou des moyens de type MEMS, soit dans la couche 72 soit dans 2906237 14 la couche superficielle 36 de matériau semi-conducteur et éventuellement dans la couche 34. La couche 72 ou la couche 34 serviront de couche d'arrêt lors d'une étape de gravure de la partie fluidique dans le substrat 70 5 ou dans le support 32. Il en résulte que la partie fluidique peut être réalisée aisément, sa profondeur d étant uniquement déterminée par l'épaisseur de la partie du substrat ou du support située sous la couche d'arrêt moins un éventuel amincissement partiel du 10 substrat. Par exemple la couche 72 (ou l'ensemble des deux couches 34 et 36) a une épaisseur e de quelques pm, par exemple comprise entre 1 pm et 10 pm, tandis que le substrat 70 ou le support 32 a une épaisseur 15 inférieure à quelques centaines de pm, par exemple inférieure à 500 pm ou comprise entre 50 pm et 300 pm. La présente invention permet d'éviter les techniques de report d'un capot fluidique ; le composant final n'aura donc pas de trace d'un tel 20 report de la partie fluidique sur la partie détection ou activation, comme expliqué ci-dessous dans les différents exemples. La figure 4A montre, dans le cas d'une puce CMOS, comment celle-ci peut-être réalisée sur un 25 substrat SOI dans le cadre d'un dispositif selon la présente invention. Un détecteur 38, ici à base d'un composant issu d'une technologie CMOS, est formé dans ou sur la couche superficielle 36 de semi-conducteur du substrat 30 SOI, sur un premier côté de la couche d'arrêt. Des électrodes 37, 39 permettent d'assurer les contacts 2906237 15 avec le détecteur. L'ensemble est disposé en face avant 41 du substrat SOI. Un procédé de réalisation de la puce ou du détecteur 38 peut être un procédé connu, appliqué à un 5 substrat SOI. On utilise donc des techniques CMOS connues pour réaliser la puce ou le détecteur. La figure 4B montre comment peut être agencée, directement sous la puce, d'un deuxième côté de la couche d'arrêt, une partie ou une chambre 10 fluidique 40 du composant, par gravure profonde en face arrière du substrat SOI. On grave le support 32, la couche 34 formant une couche d'arrêt de la gravure. Une couche de passivation peut être réalisée sur la face avant 41 de la partie détection de 15 la puce avant de réaliser la gravure profonde en face arrière 43. Elle est éliminée après cette étape de gravure profonde. Un substrat rigidificateur peut être assemblé de façon amovible ou non sur la face avant 41 pour parer à toute fragilisation du substrat 32 lors de 20 l'étape de gravure profonde. La partie fluidique d'un dispositif selon l'invention est donc maîtrisée. En effet, par un procédé selon l'invention, les étapes de réalisation de la fluidique mettent en oeuvre des procédés 25 d'alignement, tels que ceux utilisés en micro technologie, qui garantissent la précision de positionnement et la fabrication collective. Par rapport à une solution conventionnelle de gravure profonde de la fluidique - par exemple dans 30 un capot qui est ensuite reporté sur l'ensemble comme dans le cas du dispositif de la figure 2 - l'invention 2906237 16 permet d'éviter la phase de contrôle précis de la profondeur de gravure. En effet, dans l'invention, celle-ci s'arrête sur la couche d'arrêt, ici la couche 34 d'oxyde de silicium.

5 Pour réaliser la fermeture de la partie ou de la chambre fluidique du composant on rapporte et on scelle un capot plan 49 directement sous la puce. Ce capot est par exemple en verre, en silicium, en plastique ou en métal. Une technique connue pour 10 réaliser ce scellement est décrite dans le document FR 03 50218. Un tel composant est compatible avec les procédés de fonctionnalisation des substrats. Une fois la partie ou la chambre fluidique 15 réalisée sur la face opposée à celle portant la partie électrique 38 du substrat, on peut réaliser des étapes chimiques de fonctionnalisation sur une face 45 du substrat, côté fluidique, sans toucher à son autre face.

20 On peut donc réaliser ces étapes du côté fluidique 40 et ensuite éventuellement localiser des sondes biologiques au fond de cette partie fluidique. Le composant ainsi réalisé est compatible avec une chimie de fonctionnalisation, telle que 25 décrite dans FR 2 818 662, de mise en place de sondes biologiques à l'intérieur de la partie fluidique. L'invention permet d'utiliser à bon escient la partie support 32 en matériau semi-conducteur, ici en silicium, qui est considérée comme inutile dans le 30 cadre des techniques connues et bien souvent retirée 2906237 17 par amincissement du substrat après fabrication de la puce. L'invention ne nécessite pas de passivation des électrodes 37, 39 de reprise de contact, puisque 5 celles-ci sont situées sur la face 41 du substrat (du côté de la couche d'arrêt dédié à la détection), opposée à la face 43 à partir de laquelle la partie ou la chambre fluidique 40 (de l'autre côté de la couche d'arrêt) est réalisée. En outre, aucune communication 10 fluidique n'est établie entre ces deux faces 41, 43 ou entre la chambre 40 et la partie détection : un fluide n'a donc aucun contact direct avec les moyens de détection et/ou d'activation. L'étanchéité de la partie fluidique, par rapport à la partie électronique ou de 15 détection, ou du premier côté (côté moyens de détection et/ou d'activation) de la couche d'arrêt par rapport au deuxième côté (côté fluidique), est parfaite par construction. L'étude de la zone d'interface 33 entre la 20 partie fluidique et la couche d'arrêt peut montrer aisément qu'il n'y a pas eu report, mais qu'un seul et même substrat a été utilisé pour les deux parties, d'une part la partie de détection et/ou d'activation et d'autre part la partie fluidique.

25 L'invention évite en outre la perte de place qui aurait été nécessaire sur le composant pour laisser fluer une résine de passivation (telle que la résine 18 de la figure 2) ou pour réaliser l'étanchéité de la partie fluidique du composant (du fait notamment 30 d'une étape de report, telle que celle permettant de reporter le capot 20 dans le cas de la figure 2).

2906237 18 Elle est compatible avec une fabrication collective de la partie fluidique du composant, en regard de chaque puce, que cette dernière soit de type CMOS ou autre. Toute autre technologie basée sur un 5 semi-conducteur est envisageable, par exemple NMOS, ou BiCMOS. Un composant fluidique selon l'invention est directement compatible avec les techniques de reports sur circuit (contacts par microbilles, etc.) de 10 type pick and place , techniques qui sont déjà mises au point pour les puces silicium. Il s'agit là du report du composant achevé sur un circuit extérieur. L'invention apporte une réelle simplification en ce qui concerne le conditionnement et 15 la mise en oeuvre du composant. De préférence, et dans la mesure où on réalise une technologie fluidic below IC (ou partie fluidique sous circuit intégré ), les dimensions pour la mise en oeuvre des deux fonctions, de 20 détection et fluidique, sont à peu près identiques. L'invention peut avoir d'autres applications que celle expliquée ci-dessus, avec les mêmes avantages que ceux précédemment cités. Une détection électrique, par exemple par puce CMOS, peut 25 aussi être réalisée dans le cadre de l'invention. Comme illustré en figure 5A, on peut réaliser, lors de la formation de la puce CMOS, un des niveaux métalliques en gravant toute la couche superficielle de semi-conducteur de la face avant d'un 30 substrat SOI 30 (voir structure de la figure 3B) jusqu'à la couche 34 d'oxyde de silicium, qui forme 2906237 19 couche d'arrêt sur le support 32. Des électrodes métalliques 50, qui seront en regard de la partie ou de la chambre fluidique 40 dans le composant final, sont ensuite formées.

5 La gravure de la partie fluidique 40 du composant est alors possible, comme dans le mode de réalisation précédent, à partir de la face arrière du SOI, avec arrêt sur l'oxyde 34 et sur la couche métallique de la puce. Des nias électriques 52 sont 10 réalisés à travers la couche 34 pour relier les électrodes 50 à des reprises de contact 56 passivées, localisées sur l'autre face 35, non exposée au fluide, de la couche 34. Les électrodes 50, exposées à un fluide situé dans la partie fluidique 40, permettront 15 d'avoir accès à des propriétés électriques de ce dernier. Dans ce mode de réalisation avec détection électrique, la couche superficielle 36 de semi-conducteur de la face avant peut ne pas être éliminée : 20 ainsi, en figure 5B, est représenté un mode de réalisation dans lequel une partie de cette couche superficielle 36 de semi-conducteur subsiste. Dans ce cas, les reprises de contact 56 peuvent être formées en face avant de cette même couche 36.

25 Le composant de la figure 5A peut aussi être obtenu en partant d'un substrat de départ tel que celui de la figure 3A, comportant un substrat 70 avec couche d'arrêt en surface. Selon encore un autre mode de réalisation, 30 illustré en figure 6, on peut réaliser des électrodes métalliques 50, traversant la couche 34 et donc en 2906237 20 contact avec la partie fluidique 40 dans le composant final. Une structure CMOS 60 est réalisée dans la couche 36 et est isolée de la partie fluidique du composant par la couche d'oxyde 34 du substrat SOI. La 5 référence 65 désigne une couche de passivation en face 41 avant du substrat. Des reprises de contact 67, 69 sont également formées en face avant et partiellement dépassivées. Dans les cas des figures 5A - 6, là encore, 10 l'examen de la zone 33 d'interface suffit à révéler qu'il n'y a pas de trace de report de la partie fluidique sur la partie détection. La technologie de déplacement et de manipulation de gouttes ou de fluides par 15 électromouillage, connue par exemple du document FR 2 841 063 ou de l'article de M.G. Polack et al.

Electrowetting based actuation of droplets for integrated microfluidics , Lab Chip, 2002, 2, 96-101, peut également être utilisée dans la réalisation d'un 20 dispositif selon l'invention. Elle met en oeuvre une structuration fluidique autour des zones d'électrodes métalliquesd'électromouillage. En combinaison avec un tel composant de déplacement de fluide par 25 électromouillage, on peut également réaliser des réservoirs de distribution des réactifs ou bien définir un volume fermé de la partie active du composant, ou délimiter un volume d'huile. L'invention peut, là encore, être utilisée 30 pour apporter une simplification du conditionnement et de l'utilisation de tels composants.

2906237 21 Pour ce faire, s'il n'est simplement besoin que d'une matrice d'électrodes sans une électronique de commande intégrée comme un multiplexeur, on peut utiliser un substrat 70 de semi-conducteur comme 5 plaquette de départ, tel que celui illustré en figure 3A, à la place d'un substrat SOI (figure 7). Ce peut être un substrat 70 de silicium, oxydé pour obtenir une épaisseur souhaitée de couche 72 de diélectrique afin de réaliser la fonction 10 d'isolation du dispositif d'électromouillage. Les électrodes métalliques 74 sont alors réalisées sur la surface de cet oxyde 72 sans qu'il soit nécessaire de passiver la face avant 79. La partie fluidique ou la structuration fluidique peut alors être réalisée, comme 15 dans les autres modes de réalisation, par la face arrière du substrat, en utilisant l'oxyde de silicium 72 comme couche d'arrêt. Un dépôt de matériau hydrophobe 80 peut être réalisé en face arrière, afin de favoriser l'effet d'électromouillage.

20 Le schéma de la figure 7 montre en coupe une technologie simplifiée d'une puce avec déplacement de fluide par électromouillage, avec structuration fluidique en face arrière. Le procédé de gravure de la partie fluidique du composant peut être simplifié car 25 il ne participe pas à la définition du volume réactionnel : ce dernier est défini par le nombre d'électrodes d'électromouillage activées. La partie fluidique peut comporter plusieurs réservoirs : on en compte trois, référencés 30 71, 73, 75 sur la figure 7. A certains réservoirs peuvent être affectées des fonctions spécifiques : par 2906237 22 exemple, le réservoir 75 peut être une zone de réaction et de déplacement de gouttes, ces gouttes pouvant être amenées des réservoirs voisins 71, 73. Une couche 77 d'oxyde de passivation et de 5 rigidification peut être formée en face avant du substrat. Si on souhaite réaliser des moyens électroniques de gestion des matrices d'électrodes, il est possible d'utiliser une technologie CMOS en face 10 avant d'un substrat semi-conducteur sur isolant, comme sur les figures 4A à 6. Ainsi la figure 8 représente de nouveau une structure semi-conducteur sur isolant avec ses trois niveaux 32, 34, 36, comme sur les figures 4A et 4B, et des électrodes 74 d'électromouillage 15 réalisées en face avant d'une couche isolante 34 recouverte d'une couche hydrophobe 80 en face arrière. Des composants électroniques 60, par exemple de type CMOS, sont réalisés dans la couche de semi-conducteur 36. Les autres références désignent des 20 éléments identiques ou similaires à ceux de la figure 7. Dans le cas où on utilise un substrat semi-conducteur sur isolant (SOI) pour réaliser des électrodes, celles-ci peuvent être non seulement 25 métalliques, mais alternativement en semi-conducteur dopé, par exemple en silicium dopé. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, on peut combiner les réalisations avec détection électrique et optique. On peut aussi combiner 30 l'une et/ou l'autre de ces techniques de détection avec des électrodes de déplacement par électromouillage. En 2906237 23 variante, ou en combinaison avec des fonctions optiques et/ou électriques et/ou de déplacement par électromouillage, on peut incorporer tout type de détecteur et/ou actuateur, par exemple en technologie 5 MEMS dérivée de la technologie CMOS. D'une manière générale, on réalise la partie fluidique après la partie détection, car il est préférable de réaliser la partie à plus forte topologie à la fin. Mais il est également possible de procéder 10 dans l'ordre inverse. Pour graver la partie fluidique une méthode de gravure plus rapide que celle décrite dans l'art antérieur, en particulier dans le document de A.M. Jorgensen et al. déjà cité ci-dessus, peut être 15 utilisée (4 }gym/min au lieu de 1 }gym/min pour cette technique connue). Ainsi aucun critère particulier (en particulier en ce qui concerne sa résistivité) n'est imposé au support, par exemple en silicium, et aucune 20 modification de celui-ci n'est réalisée (résistivité standard CMOS). Or, dans la technique connue, une telle adaptation est nécessaire pour réaliser une fonction électronique adaptée. L'invention permet notamment de réaliser un 25 composant fluidique comportant des moyens de détection et/ou d'activation et des moyens - dits moyens fluidiques - pour recevoir un fluide, caractérisé en ce que : - les moyens de détection et/ou 30 d'activation sont réalisés dans ou sur une couche superficielle de matériau semi-conducteur ou dans ou 2906237 24 sur la couche d'isolant d'un substrat de type semi-conducteur sur isolant, - les moyens fluidiques sont disposés dans la partie support dudit substrat de type semi-5 conducteur sur isolant.

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Composant fluidique comportant : - au moins un substrat (32, 70) en un matériau pouvant être gravé, et une couche d'arrêt (34, 72) de gravure de ce matériau, - des moyens (38, 50, 52, 56) de détection de propriétés d'un fluide et/ou d'activation de ce fluide, réalisés sur un premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure, - des moyens (40) pour recevoir ledit fluide, réalisés dans le substrat, d'un deuxième côté de la couche d'arrêt de gravure.

2. Composant selon la revendication 1, comportant en outre un capot (49) qui ferme les moyens pour recevoir ledit fluide.

3. Composant selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre une couche (36) superficielle sur la couche d'arrêt, du côté des moyens de détection et/ou d'activation.

4. Composant selon la revendication 3, la couche superficielle, la couche d'arrêt et le substrat formant un substrat SOI.

5. Composant selon l'une des revendications 3 ou 4, comportant des moyens de détection dont au moins une partie est réalisée dans la couche superficielle (36). 2906237 26

6. Composant selon l'une des revendications 1 à 5, les moyens de détection comportant au moins un photo-détecteur. 5

7. Composant selon la revendication 5 ou 6, les moyens de détection étant de type CMOS.

8. Composant selon l'une des revendications 1 à 7, la couche d'arrêt (72) étant en 10 nitrure de silicium ou en oxyde de silicium.

9. Composant selon l'une des revendications 1 à 8, comportant en outre une couche (77) d'oxyde de passivation et de rigidification.

10. Composant selon l'une des revendications 1 à 9, comportant des moyens (50) de détection d'au moins une propriété électrique d'un fluide.

11. Composant selon la revendication 10, les moyens de détection d'au moins une propriété électrique étant en contact avec les moyens fluidiques (40). 25

12. Composant selon la revendication 11, les moyens de détection électrique étant réalisés au moins en partie dans la couche d'arrêt de gravure. 15 20 2906237 27

13. Composant selon l'une des revendications 1 à 12, comportant des moyens (60, 74, 80) d'activation d'un fluide par électromouillage. 5

14. Composant selon la revendication précédente, comportant en outre des moyens électroniques (60) de commande des moyens (60, 74, 80) d'activation d'un fluide par électromouillage. 10

15. Composant selon la revendication 14, comportant en outre des réservoirs (71, 73, 75) de fluide réalisés dans le substrat.

16. Composant selon l'une des 15 revendications 1 à 15, la couche d'arrêt, et éventuellement la couche superficielle (36) réalisée sur la couche d'arrêt, ayant une épaisseur inférieure à 10 pm. 20

17. Composant selon l'une des revendications 1 à 16, les moyens (40) pour recevoir ledit fluide ayant une profondeur inférieure à 300 pm.

18. Composant selon l'une des 25 revendications 1 à 17, les moyens de détection et/ou d'activation étant reliés à des électrodes dépassivées situées du premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure. 2906237 28

19. Composant selon l'une des revendications 1 à 18, comportant en outre un substrat supplémentaire de rigidification.

20. Composant selon l'une des revendications 1 à 19, comportant en outre une fonctionnalisation avec des sondes biologiques, telles que des sondes nucléiques.

21. Matrice de détecteurs à haute densité comportant une pluralité de composants selon l'une des revendications 1 à 20, séparés l'un de l'autre d'une distance inférieure à 10 pm.

22. Utilisation d'un composant selon l'une des revendications 1 à 20 ou d'une matrice selon la revendication 21, pour la mise en oeuvre d'une analyse biologique.

23. Procédé de réalisation d'un composant fluidique comportant : a) la sélection d'un substrat (32, 70) en un matériau pouvant être gravé, muni d'une couche d'arrêt (34, 72) de gravure de ce matériau, formée 25 intégralement avec ce substrat, b) la formation de moyens (38, 50, 52, 56) de détection de propriétés d'un fluide et/ou d'activation de ce fluide, sur un premier côté de ladite couche d'arrêt de gravure, 30 c) la formation de moyens (40) pour recevoir ledit fluide, dans le substrat, par gravure de 5 10 15 20 2906237 29 ce substrat à partir du deuxième côté de la couche d'arrêt de gravure et arrêt de la gravure sur cette couche d'arrêt. 5

24.Procédé selon la revendication 23, l'étape a) étant suivie d'une étape de formation d'une couche de passivation avant réalisation de l'étape b).

25.Procédé selon l'une des revendications 10 23 ou 24, comportant en outre une étape de fonctionnalisation des moyens pour recevoir ledit fluide.