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PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF DE DETECTION COMPORTANT UNE STRUCTURE
D'ENCAPSULATION COMPORTANT UNE COUCHE MINCE OPAQUE REPOSANT SUR UNE PAROI
PERIPHERIQUE MINERALE
DOMAINE TECHNIQUE
[001] Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de détection d'un
rayonnement
électromagnétique, en particulier infrarouge ou térahertz, comportant une
structure
d'encapsulation dans laquelle est située une matrice de détecteurs thermiques
de compensation,
la structure d'encapsulation comportant une couche mince supérieure opaque au
rayonnement à
détecter. L'invention s'applique notamment au domaine de l'imagerie infrarouge
ou térahertz, de
la thermographie, voire de la détection de gaz.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[002] Un dispositif de détection d'un rayonnement électromagnétique peut
comporter une
matrice de pixels sensibles contenant chacun un détecteur thermique. Les
détecteurs thermiques
sont réalisés à partir d'un substrat de lecture contenant un circuit intégré
(ROIC) de lecture et
commande. Les détecteurs thermiques peuvent être du type à membrane absorbante
isolée
thermiquement du substrat de lecture. La membrane absorbante comporte un
absorbeur du
rayonnement électromagnétique à détecter associé à un transducteur
thermométrique dont une
propriété électrique varie en intensité en fonction de son échauffement.
[003] La température du transducteur thermométrique étant cependant grandement
dépendante de son environnement, la membrane absorbante est habituellement
isolée
thermiquement du substrat et du circuit de lecture, lequel est disposé dans le
substrat. Ainsi, la
membrane absorbante est généralement suspendue au-dessus du substrat par des
piliers
d'ancrage, et en est isolée thermiquement par des bras de maintien et
d'isolation thermique. Ces
piliers d'ancrage et bras d'isolation présentent également une fonction
électrique en assurant la
connexion électrique de la membrane suspendue au circuit de lecture disposé
dans le substrat.
[004] Cependant, lors de la lecture d'un signal électrique du détecteur
thermique lors de
l'absorption du rayonnement électromagnétique, la part utile du signal
électrique mesuré, qui est
associée à l'échauffement du transducteur thermométrique (induit par
l'absorption du
rayonnement électromagnétique à détecter), reste faible par rapport à
l'intensité du signal
électrique mesuré. Aussi, le dispositif de détection comporte habituellement
des détecteurs
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thermiques dits de compensation destinés à mesurer la part non utile du signal
électrique,
également appelé mode commun, associée à l'environnement du détecteur
thermique, laquelle est
ensuite soustraite au signal de réponse pour en déduire la part utile.
[005] Le dispositif de détection, en particulier lorsqu'il fonctionne en
mode 'rolling shutter', peut
alors comporter une matrice de pixels sensibles, et une matrice de pixels de
compensation
habituellement plus petite que la matrice de pixels sensibles, et un
intégrateur de type CTIA disposé
au pied de chaque colonne de pixels. En fonctionnement, la matrice de pixels
sensibles est lue ligne
par ligne. L'intégrateur reçoit le signal de réponse Id du détecteur thermique
et lui soustrait le signal
électrique Ic de mode commun mesuré par le détecteur de compensation
correspondant. Ainsi, la
part non utile contenue dans le signal de réponse Id est compensée par le mode
commun Ic. On
obtient ainsi la part utile Id-I, associée à l'absorption du rayonnement
électromagnétique à
détecter, sans qu'il soit nécessaire de réguler spécifiquement la température
du substrat.
[006] Le document W02012/056124A1 décrit un exemple de dispositif de détection
comportant
une matrice de pixels sensibles et une matrice de pixels de compensation.
Chaque pixel comporte
un détecteur thermique à membrane absorbante suspendue au-dessus du substrat
de lecture. Les
détecteurs thermiques sont réalisés sur et au travers d'une première couche
sacrificielle de
polyimide, et sont recouverts par une deuxième couche sacrificielle. Une
structure de
compensation forme une cavité dans laquelle est située la matrice de pixels de
compensation. Elle
comporte une couche mince opaque permettant d'écranter les pixels de
compensation, c'est-à-dire
de ne pas transmettre le rayonnement électromagnétique à détecter. Pour cela,
la couche mince
opaque est réalisée par dépôt conforme de manière à recouvrir continûment la
face supérieure et
les flancs des deux couches sacrificielles. Aussi, la couche mince opaque
comporte une paroi
supérieure s'étendant au-dessus des pixels de compensation et une paroi
périphérique, qui
reposent sur le substrat de lecture, s'étendant autour de ces derniers.
[007] II existe cependant un besoin de disposer d'un procédé de fabrication
d'un tel dispositif de
détection permettant d'améliorer la tenue mécanique de la structure
d'encapsulation de la matrice
de compensation, sans dégrader la qualité de l'écrantage optique, et sans
complexifier les étapes
de réalisation.
[008] On connaît par ailleurs le document US2009/0146059A1 qui
décrit un dispositif de
détection comportant des détecteurs thermiques et des éléments de
compensation. Cependant,
ces derniers sont structurellement différents des détecteurs thermiques qui
assurent la détection
du rayonnement électromagnétique d'intérêt, ce qui peut nuire à la qualité de
la compensation
effectuée.
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EXPOSÉ DE L'INVENTION
[009] L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie
aux inconvénients de l'art
antérieur. Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de fabrication
d'un dispositif de détection
d'un rayonnement électromagnétique, comportant les étapes suivantes :
o réalisation, sur et au travers d'une première couche sacrificielle
reposant sur un substrat
de lecture, d'une matrice de détection formée de détecteurs thermiques
destinés à
détecter le rayonnement électromagnétique, et d'au moins une matrice dite de
compensation formée de détecteurs thermiques destinés à ne pas détecter le
rayonnement électromagnétique, une deuxième couche sacrificielle recouvrant
les
détecteurs thermiques et la première couche sacrificielle ; les détecteurs
thermiques (20s)
de la matrice de compensation (2s) étant adaptés à détecter le rayonnement
électromagnétique et structurellement identiques aux détecteurs thermiques
(20p) de la
matrice de détection (2p) ;
o réalisation d'une structure d'encapsulation dite secondaire délimitant
une cavité
secondaire dans laquelle est située la matrice de compensation, et comportant
une paroi
périphérique ainsi qu'une paroi supérieure opaque reposant sur la paroi
périphérique et
formée d'au moins une couche mince opaque.
[0010] Selon l'invention, les première et deuxième couches sacrificielles sont
réalisées en un
matériau minéral. De plus, l'étape de réalisation de la structure
d'encapsulation comporte les
étapes suivantes :
o réalisation de la couche mince opaque de sorte qu'elle s'étende de
manière continûment
plane seulement sur une surface supérieure de la deuxième couche sacrificielle
minérale ;
o réalisation, dans la couche mince opaque, d'évents disposés en regard de
la matrice de
compensation ;
o suppression partielle des première et deuxième couches sacrificielles
minérales au travers
des évents, par gravure chimique, de manière à libérer la matrice de détection
et la matrice
de compensation, et à obtenir la paroi périphérique alors formée d'une portion
non gravée
des couches sacrificielles minérales et entourant la matrice de compensation,
la couche
mince opaque étant alors suspendue au-dessus de la matrice de compensation et
reposant
sur la paroi périphérique.
[0011] Certains aspects préférés, mais non limitatifs de ce procédé sont les
suivants.
[0012] Les première et deuxième couches sacrificielles peuvent être réalisées
en un même
matériau minéral à base d'un oxyde ou d'un nitrure de silicium.
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[0013] Les détecteurs thermiques de la matrice de détection comme les
détecteurs thermiques de
la matrice de compensation peuvent comporter chacun une membrane absorbante
apte à absorber
le rayonnement électromagnétique à détecter et peuvent comporter un
transducteur
thermométrique, suspendue au-dessus du substrat de lecture par des piliers
d'ancrage et des bras
de maintien et d'isolation thermique.
[0014] Les détecteurs thermiques de la matrice de détection et/ou les
détecteurs thermiques de
la matrice de compensation peuvent comporter chacun une couche réflectrice,
qui repose sur le
substrat de lecture, en-dessous de chaque membrane absorbante.
[0015] La paroi supérieure opaque peut comporter un empilement interférentiel
absorbant au
rayonnement électromagnétique à détecter
[0016] La couche mince opaque peut être une couche réfléchissante ou
absorbante au
rayonnement électromagnétique à détecter.
[0017] La couche mince opaque peut présenter une épaisseur uniforme.
[0018] La paroi supérieure opaque peut comporter en outre au moins une couche
mince de renfort
recouvrant la couche mince opaque, et peut présenter une bordure en saillie
vis-à-vis de la paroi
périphérique dans un plan parallèle au substrat de lecture, la bordure en
saillie comportant la
couche mince opaque et/ou la couche mince de renfort.
[0019] La cavité secondaire peut présenter une longueur et une largeur dans un
plan parallèle au
substrat de lecture, la largeur étant inférieure ou égale à 200p.m. La largeur
est inférieure à la
longueur.
[0020] La paroi supérieure opaque peut ne pas comporter de piliers de renfort,
réalisés d'un seul
tenant et en un même matériau avec une couche mince de la paroi supérieure
opaque, situés dans
la cavité secondaire et venant reposer sur le substrat de lecture.
[0021] Les couches sacrificielles minérales peuvent être réalisées en un
matériau absorbant au
rayonnement électromagnétique à détecter.
[0022] La couche mince opaque peut être réalisée en un matériau à effet
getter.
[0023] Le procédé de fabrication peut comporter les étapes suivantes :
o avant l'étape de suppression partielle, réalisation de la paroi supérieure
opaque formée
d'un empilement comportant une couche mince de protection réalisée en carbone
amorphe inerte à un agent de gravure utilisé lors de l'étape de suppression
partielle et
située au contact de la deuxième couche sacrificielle minérale, la couche
mince opaque
s'étendant uniquement sur et au contact de la couche mince de protection, de
sorte que,
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lors de l'étape de suppression partielle, la couche mince opaque est protégée
par la couche
mince de protection ;
o après l'étape de suppression partielle, suppression d'au moins une partie
de la couche
mince de protection par gravure chimique, de manière à rendre libre une face
inférieure
5 de la couche mince opaque.
[0024] Le procédé de fabrication peut comporter une étape de réalisation d'une
structure
d'encapsulation principale délimitant une cavité principale dans laquelle est
située la matrice de
détection, et comportant une paroi supérieure principale comportant une couche
mince
d'encapsulation reposant sur une paroi périphérique principale, par les étapes
suivantes :
o dépôt de la couche mince d'encapsulation sur la deuxième couche
sacrificielle minérale,
s'étendant au-dessus de la matrice de détection et de la matrice de
compensation ;
o réalisation, dans la couche mince d'encapsulation, d'évents principaux
disposés en regard
de la matrice de détection ;
o la suppression partielle des première et deuxième couches sacrificielles
minérales étant
effectuée de manière à former la paroi périphérique principale alors formée
d'une portion
non gravée des couches sacrificielles minérales et entourant la matrice de
détection, la
couche mince d'encapsulation étant alors suspendue au-dessus de la matrice de
détection
et reposant sur la paroi périphérique principale.
[0025] Le procédé de fabrication peut comporter une étape de réalisation d'une
chambre de
communication reliant la cavité secondaire et la cavité principale, la chambre
de communication
étant délimitée latéralement par une portion non gravée des première et
deuxième couches
sacrificielles minérales.
[0026] Le procédé de fabrication peut comporter une étape de réalisation de
piliers de renfort de
la couche mince d'encapsulation, reposant sur le substrat de lecture, de
préférence par
l'intermédiaire de piliers d'ancrage des détecteurs thermiques de la matrice
de détection.
[0027] La gravure chimique en milieu acide peut être effectuée à l'acide
fluorhydrique en phase
vapeur, et les première et deuxième couches sacrificielles minérales peuvent
être réalisées en un
matériau minéral à base de silicium, et de préférence en un oxyde de silicium.
Elle peut être
effectuée à l'aide d'un agent de gravure fluorocarboné en phase gazeuse, en
particulier lorsque les
couches sacrificielles minérales sont réalisées à base d'un nitrure de
silicium.
[0028] L'invention porte également sur un dispositif de détection d'un
rayonnement
électromagnétique, comportant :
o un substrat de lecture ;
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o une matrice de détection formée de détecteurs thermiques destinés à
détecter le
rayonnement électromagnétique ;
o au moins une matrice dite de compensation formée de détecteurs thermiques
destinés à
ne pas détecter le rayonnement électromagnétique, adaptés à détecter le
rayonnement
électromagnétique, et structurellement identiques aux détecteurs thermiques
(20p) de la
matrice de détection (2p) ;
o une structure d'encapsulation dite secondaire délimitant une cavité
secondaire dans
laquelle est située la matrice de compensation, et comportant une paroi
périphérique ainsi
qu'une paroi supérieure opaque reposant sur la paroi périphérique et formée
d'au moins
une couche mince opaque ;
o la couche mince opaque s'étendant de manière continûment plane, et la
paroi
périphérique étant réalisée en un matériau minéral.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0029] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention
apparaîtront mieux à la
lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation
préférées de celle-ci, donnée à
titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur
lesquels :
les figures lA à 1F sont des vues schématiques et partielles illustrant
différentes étapes d'un
procédé de fabrication d'un dispositif de détection selon un mode de
réalisation ;
la figure 2 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un dispositif
de détection selon une
variante au mode de réalisation illustré sur la fig.1F, dans lequel il
comporte plusieurs cavités
secondaires ;
les figures 3A à 3F sont des vues schématiques et partielles illustrant
différentes étapes d'un
procédé de fabrication d'un dispositif de détection selon une variante de
réalisation, dans laquelle
la couche mince opaque est réalisée en un matériau à effet getter ;
les figures 4A à 4D sont des vues schématiques et partielles illustrant
différentes étapes d'un
procédé de fabrication d'un dispositif de détection selon un autre mode de
réalisation, dans lequel
la structure d'encapsulation de la matrice de détection comporte un capot
rapporté et assemblé
au substrat de lecture.
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EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
[0030] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes
références représentent les
éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont
pas représentés à
l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les
différents modes de
réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent
être combinés entre eux.
Sauf indication contraire, les termes sensiblement , environ , de
l'ordre de signifient à
10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes compris entre
... et ... et
équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
[0031] L'invention porte d'une manière générale sur un procédé de fabrication
d'un dispositif de
détection d'un rayonnement électromagnétique infrarouge ou térahertz.
[0032] Ce dispositif de détection comporte une pluralité de détecteurs
thermiques, lesquels sont
répartis de manière à former au moins une matrice dite sensible, ou matrice de
détection, de
détecteurs thermiques destinés à détecter le rayonnement électromagnétique, et
au moins une
matrice dite de compensation de détecteurs thermiques destinés à ne pas
détecter le rayonnement
électromagnétique.
[0033] Le procédé de fabrication comporte une étape de réalisation de la
matrice de détecteurs
thermiques au moyen de couches sacrificielles dites minérales, réalisées en un
matériau minéral ou
inorganique, ces couches sacrificielles étant destinées à former une paroi
périphérique d'une
structure d'encapsulation. Il s'agit ici d'un matériau diélectrique à base de
silicium permettant
également la réalisation d'une couche diélectrique inter-métal du circuit de
lecture, c'est-à-dire un
matériau électriquement isolant, avec par exemple une constante diélectrique,
ou permittivité
relative, inférieure ou égale à 3,9, limitant ainsi la capacité parasite entre
les interconnexions. Ce
matériau minéral ne comporte pas de chaînes carbonées, et il peut être à base
d'un oxyde de
silicium, par exemple être un oxyde de silicium Si , éventuellement
organosilicié tel que du SiOC,
du SiOCH, ou un matériau de type verre fluoré tel que du Si0F. Il peut
également être à base d'un
nitrure de silicium, par exemple être un nitrure de silicium Sixl\ly. Il
s'agit de préférence d'un oxyde
de silicium SiOx.
[0034] Le procédé de fabrication comporte également une étape de suppression
partielle des
couches sacrificielles minérales par une gravure chimique, éventuellement une
gravure chimique
en milieu acide, par exemple à l'acide fluorhydrique en phase vapeur (HF
vapeur) en particulier
lorsque le matériau minéral est à base d'un oxyde de silicium. Dans le cas
d'un matériau minéral à
base d'un nitrure de silicium, la gravure partielle peut être effectuée à
l'aide d'une chimie
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fluorocarbonée en phase gazeuse. Quoi qu'il en soit, d'autres agents de
gravure peuvent être
utilisés en fonction de la nature du matériau minéral utilisé.
[0035] La matrice de compensation est située dans une cavité, de préférence
hermétique, formée
par une structure d'encapsulation qui s'étend au-dessus et autour des
détecteurs thermiques de
compensation. La structure d'encapsulation comporte au moins :
- une paroi périphérique minérale qui s'étend autour de la matrice de
compensation et délimite
latéralement la cavité. Comme explicité plus loin, la paroi périphérique
minérale est formée
d'une portion non gravée des couches sacrificielles minérales ;
- une paroi supérieure opaque, qui s'étend au-dessus de la matrice de
compensation et délimite
verticalement la cavité. Cette paroi supérieure opaque comporte au moins une
couche mince
opaque en un matériau opaque au rayonnement électromagnétique à détecter,
c'est-à-dire
dont la transmission est inférieure ou égale à 5%, voire inférieure ou égale à
1%.
[0036] Par couche mince, on entend une couche formée par les techniques de
dépôt de matériau
de la microélectronique, dont l'épaisseur est de préférence inférieure ou
égale à 1011m. Par ailleurs,
une couche mince est dite transparente lorsqu'elle présente un taux de
transmission supérieur ou
égal à 50%, de préférence à 75%, voire à 90% pour une longueur d'onde centrale
de la gamme
spectrale du rayonnement électromagnétique à détecter. Le taux d'absorption de
la couche mince
est de préférence inférieur ou égal à 50%, de préférence à 25%, et de
préférence encore à 10%.
[0037] Différents modes de réalisation sont illustrés par la suite, et
diffèrent essentiellement en ce
qui concerne la structure d'encapsulation définissant la cavité principale
dans laquelle est située la
matrice de détection. Il peut ainsi s'agir d'une structure d'encapsulation
entièrement réalisée par
dépôt de couches minces transparentes sur et au travers des couches
sacrificielles minérales ; ou
d'une structure d'encapsulation dont au moins une partie est reportée et
assemblée au substrat de
lecture.
[0038] Les figures 1A à 1F illustrent, de manière schématique et partielle,
différentes étapes d'un
procédé de fabrication d'un dispositif de détection 1 selon un mode de
réalisation, dans lequel les
structures d'encapsulation 30s, 30p de la matrice de compensation 2s et de la
matrice de détection
2p sont réalisées par dépôt de couches minces sur et au travers des couches
sacrificielles minérales
41, 42. Par souci de clarté, seule une partie de la matrice de détection 2p et
de la structure
d'encapsulation 30p correspondante sont représentées sur les figures. Dans cet
exemple, le
dispositif de détection 1 comporte une matrice de compensation 2s située dans
une cavité
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secondaire 3s, mais il peut en variante comporter plusieurs matrices de
compensation situées
chacune dans une cavité secondaire 3s dédiée (cf. fig.2).
[0039] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct
tridimensionnel XYZ, où le
plan XY est sensiblement parallèle au plan du substrat de lecture 10, l'axe Z
étant orienté suivant
une direction sensiblement orthogonale au plan du substrat de lecture 10 en
direction des
détecteurs thermiques 20p, 20s. Les termes vertical et verticalement
s'entendent comme
étant relatifs à une orientation sensiblement parallèle à l'axe Z, et les
termes horizontal et
horizontalement comme étant relatifs à une orientation sensiblement
parallèle au plan XY. Par
ailleurs, les termes inférieur et supérieur s'entendent comme étant
relatifs à un
positionnement croissant lorsqu'on s'éloigne du substrat de lecture 10 suivant
la direction +Z.
[0040] Le dispositif de détection 1 comporte :
- une matrice 2p, dite sensible, de détecteurs thermiques 20p
destinés à recevoir et détecter le
rayonnement électromagnétique d'intérêt, la matrice de détection 2p étant de
préférence
située dans une cavité principale 3p définie par une structure d'encapsulation
principale 30p;
- au moins une matrice 2s, dite de compensation, de détecteurs thermiques 20s
destinés à ne
pas recevoir le rayonnement électromagnétique d'intérêt, la matrice de
compensation 2s étant
située dans une cavité secondaire 3s définie par une structure d'encapsulation
secondaire 30s.
Cette structure d'encapsulation secondaire 30s comporte une paroi supérieure
opaque 32s
reposant sur une paroi périphérique minérale 31s et comportant a minima une
couche mince
opaque 33.
[0041] A titre d'exemple, les détecteurs thermiques 20p sont ici adaptés à
détecter un
rayonnement infrarouge dans la gamme LVVIR (Long Wavelength Infrared, en
anglais) dont la
longueur d'onde est comprise entre 81.1m et 14 m environ. Les détecteurs
thermiques 20p et 20s
sont connectés à un circuit de lecture 14 situé dans le substrat 10 (dit alors
substrat de lecture). Les
détecteurs thermiques sensibles 20p forment ainsi des pixels sensibles agencés
préférentiellement
de manière périodique, et peuvent présenter une dimension latérale dans le
plan du substrat de
lecture 10, de l'ordre de quelques dizaines de microns, par exemple égale à
10p.m environ voire
moins.
[0042] Les détecteurs thermiques de compensation 20s sont structurellement
similaires ou
identiques aux détecteurs thermiques sensibles 20p dans le sens où ils
comportent une membrane
suspendue 22 par des bras de maintien (non représentés) et des piliers
d'ancrage 21. La membrane
suspendue 22 peut également comporter un transducteur thermométrique. Ils
peuvent alors
fournir au circuit de lecture 14 un signal électrique représentatif d'un
échauffement par effet Joule
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lors de la lecture. Notons par ailleurs que certains détecteurs thermiques de
compensation peuvent
également fournir au circuit de lecture 14 un signal électrique représentatif,
en outre, de la
température du substrat de lecture 10 (mode commun). Pour cela, ces détecteurs
thermiques sont
thermalisés au substrat de lecture 10 dans la mesure où les bras de maintien
n'assurent pas
5 l'isolation thermique de la membrane absorbante 22 vis-à-vis du substrat
de lecture 10.
[0043] En référence à la fig.1A, on réalise la matrice de détection 2p et la
matrice de compensation
2s, à partir du substrat de lecture 10, sur et au travers d'une première
couche sacrificielle minérale
41. Le substrat de lecture 10 est réalisé à base de silicium, et est formé
d'un substrat support 11
contenant le circuit de lecture 14 adapté à commander et lire les détecteurs
thermiques 20p, 20s.
10 Le circuit de lecture 14 se présente ici sous la forme d'un circuit
intégré CMOS. Il comporte entre
autres des portions de lignes conductrices séparées les unes des autres par
des couches isolantes
inter-métal réalisées en un matériau diélectrique, par exemple un matériau
minéral à base de
silicium tel qu'un oxyde de silicium SiOx, un nitrure de silicium SiNx, entre
autres. Des portions
conductrices 12 affleurent la surface du substrat support 11, et assurent la
connexion électrique
des piliers d'ancrage 21 des détecteurs thermiques 20p, 20s au circuit de
lecture 14. De plus, une
ou plusieurs portions ou plots de connexion 7 (cf. fig.1F) affleurent la
surface du substrat support
11, et permettent de connecter le circuit de lecture 14 à un dispositif
électronique externe (non
représenté). Dans cet exemple, le circuit de lecture 14 est adapté à lire un
signal électrique émis
par les détecteurs thermiques de compensation 20s, qui est représentatif de
l'échauffement par
effet Joule lors de la lecture (et éventuellement représentatif de la
température du substrat de
lecture 10). Ainsi, en faisant une lecture différentielle du détecteur
thermique sensible 20p et du
détecteur thermique de compensation 20s, on peut soustraire du signal
électrique 'brut' la
composante parasite liée à l'échauffement par effet Joule (et éventuellement
la composante liée à
la température du substrat) pour ne conserver que la partie utile liée à la
détection du rayonnement
électromagnétique d'intérêt.
[0044] Chaque détecteur thermique sensible 20s, et de préférence chaque
détecteur thermique
20p de compensation, comporte une couche réflectrice 23 (réflecteur), qui
repose sur le substrat
de lecture 10 et est situé en regard (et donc en-dessous) de chaque membrane
absorbante 22. Le
réflecteur 23 peut être formé par une portion d'une ligne conductrice du
dernier niveau
d'interconnexion, celle-ci étant réalisée en un matériau adapté à réfléchir le
rayonnement
électromagnétique à détecter, ou être une couche déposée sur la couche de
protection 13
présentée ci-après. Il s'étend en regard de la membrane absorbante 22 du
détecteur thermique
sensible 20p, et est destiné à former avec celle-ci une cavité
interférentielle quart d'onde vis-à-vis
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du rayonnement électromagnétique à détecter. Il s'étend de préférence
également en regard de la
membrane absorbante 22 du détecteur thermique de compensation 20s.
[0045] Enfin, le substrat de lecture 10 comporte ici une couche de protection
13 de manière à
recouvrir notamment la couche isolante inter-métal supérieure. Cette couche de
protection 13
correspond ici à une couche d'arrêt de gravure réalisée en un matériau
sensiblement inerte à
l'agent de gravure chimique utilisé ultérieurement pour supprimer les
différentes couches
sacrificielles minérales, par exemple au milieu HF en phase vapeur. Cette
couche de protection 13
forme ainsi une couche hermétique et chimiquement inerte, et électriquement
isolante pour éviter
tout court-circuit entre les piliers d'ancrage 21. Elle permet ainsi d'éviter
que les couches isolantes
inter-métal sous-jacentes ne soient gravées lors de cette étape de suppression
des couches
sacrificielles minérales. Elle peut être formée en un oxyde ou nitrure
d'aluminium, voire en
trifluorure d'aluminium, ou encore en silicium amorphe non intentionnellement
dopé.
[0045] On réalise ensuite les détecteurs thermiques 20p, 20s sur le substrat
de lecture 10. Ces
étapes de réalisation sont identiques ou similaires à celles décrites
notamment dans le document
EP3239670A1. Les détecteurs thermiques sensibles 20p et les détecteurs
thermiques de
compensation 20s présentent ici avantageusement une structure similaire. Ils
sont ici des
microbolomètres comportant chacun une membrane absorbante 22, i.e. apte à
absorber le
rayonnement électromagnétique à détecter, suspendue au-dessus du substrat de
lecture 10 par
des piliers d'ancrage 21 et des bras de maintien (non représentés). Les bras
de maintien assurent
également l'isolation thermique des membranes absorbantes vis-à-vis du
substrat de lecture 10.
C'est le cas bien entendu des détecteurs thermiques sensibles 20p, mais
également des détecteurs
thermiques de compensation 20s qui fournissent ainsi un signal électrique
représentatif d'un
échauffement par effet Joule lors de la lecture.
[0047] La réalisation de membranes absorbantes 22 est classiquement effectuée
par des
techniques de micro-usinage de surface consistant à réaliser les piliers
d'ancrage 21 au travers
d'une première couche sacrificielle minérale 41, et les bras de maintien ainsi
que les membranes
absorbantes 22 sur la face supérieure de la couche sacrificielle minérale 41.
Chaque membrane
absorbante 22 comporte en outre un transducteur thermométrique, par exemple un
matériau
thermistance, relié au circuit de lecture 14 par des connexions électriques
prévues dans les bras
d'isolation thermique et dans les piliers d'ancrage 21.
[0048] Les détecteurs thermiques sensibles 20p sont situés dans une zone
principale de la surface
du substrat de lecture 10 destinée à correspondre à la cavité principale 3p
(cavité de détection), et
les détecteurs thermiques de compensation 20s sont situés dans une zone
secondaire de cette
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surface destinée à correspondre à la cavité secondaire 3s (cavité de
compensation). Notons que la
matrice de détection 2p peut contenir un grand nombre de détecteurs thermiques
20p, par
exemple 640x480. La matrice de compensation 2s peut, à titre d'exemple,
contenir 4x480
détecteurs thermiques 20s. La zone principale présente donc une plus grande
surface que la zone
secondaire.
[0049] On dépose ensuite une deuxième couche sacrificielle minérale 42
préférentiellement de
même nature que la couche sacrificielle minérale 41. La couche sacrificielle
minérale 42 recouvre
ainsi la couche sacrificielle minérale 41 ainsi que les détecteurs thermiques
sensibles 20p et les
détecteurs thermiques de compensation 20s. Elle présente une face supérieure
libre sensiblement
plane. D'une manière générale, les différentes couches sacrificielles
minérales 41, 42 peuvent être
un oxyde de silicium obtenu à partir d'un composé TEOS (orthosilicate de
tétraéthyle) déposé par
PECVD Les couches sacrificielles minérales 41, 42 peuvent être réalisées en
le même matériau
minéral.
[0050] En référence à la fig.1B, on réalise la couche mince opaque 33 destinée
à écranter la matrice
de compensation 2s, c'est-à-dire à éviter la transmission du rayonnement
électromagnétique à
détecter en direction des détecteurs thermiques de compensation 20s. La couche
mince opaque 33
peut être une couche réfléchissante ou absorbante du rayonnement
électromagnétique d'intérêt.
La couche mince opaque 33 est réalisée de sorte qu'elle s'étende de manière
continûment plane
seulement sur une surface supérieure (sur une partie de la face supérieure) de
la couche sacrificielle
minérale 42.
[0051] Dans cet exemple, on dépose une couche mince opaque 33 sur et au
contact de la deuxième
couche sacrificielle minérale 42. En variante, une ou plusieurs couches minces
peuvent avoir été
déposées au préalable sur la deuxième couche sacrificielle minérale 42. La
couche mince opaque
33 est déposée de manière à s'étendre de manière continûment plane au-dessus
de la matrice de
compensation 2s. Par continûment plane, on entend que la couche mince opaque
33 s'étend de
manière planaire dans le plan XY sur toute son étendue surfacique. Elle est
déposée de sorte qu'elle
présente une épaisseur sensiblement constante.
[0052] Dans le cas d'un matériau réfléchissant, il peut s'agir de l'aluminium,
de l'or, du tungstène,
du cuivre ou du titane, avec une épaisseur constante par exemple comprise
entre 100nm et
quelques centaines de nanomètres, par exemple égale à 300nm environ. De
préférence l'épaisseur
de la couche mince opaque 33 est inférieure ou égale à liirn pour ne pas
complexifier le procédé
de fabrication Ces matériaux de la couche mince opaque 33 sont
avantageusement sensiblement
inertes (ou faiblement réactifs) à la gravure chimique mise en uvre pour
supprimer partiellement
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les couches sacrificielles minérales 41, 42. Dans le cas où le matériau est
faiblement réactif à l'agent
de gravure utilisé, l'épaisseur du matériau déposé sera légèrement supérieure
à l'épaisseur finale
souhaitée, pour tenir compte d'une légère gravure partielle (amincissement)
lors de l'étape de
gravure chimique.
[0053] La couche mince opaque 33 peut être déposée par des techniques de dépôt
en couche
mince garantissant une uniformité de son épaisseur, par exemple par dépôt
physique en phase
vapeur (PVD, pour Physical Vapor Deposition, en anglais), du type par
pulvérisation cathodique
d'une cible métallique ou par évaporation sous vide d'un métal chauffé dans un
creuset.
[0054] On structure ensuite la couche mince opaque 33 par lithographie et
gravure localisée, de
sorte qu'elle ne s'étende pas au-dessus de la matrice de détection 2p. Elle
peut ainsi s'étendre
partout sur la deuxième couche sacrificielle minérale 42 (hormis au-dessus de
la matrice de
détection 2p ¨ comme illustré sur la fig.4A), ou peut ne s'étendre qu'au-
dessus de la matrice de
compensation 2s et de la zone secondaire (comme illustré sur la fig.1F). Quoi
qu'il en soit, la couche
mince opaque 33 s'étend au moins en partie au-dessus de la zone où sera
localisée la paroi
périphérique minérale 31s de la structure d'encapsulation secondaire 30s.
[0055] De préférence, on réalise ici des échancrures 43 et de préférence des
portions isolantes 44
en vue de la réalisation de piliers de renfort 35 de couche mince
d'encapsulation 34 de la structure
d'encapsulation principale 30p. Dans un premier temps, on réalise plusieurs
échancrures 43 qui
s'étendent à partir de la face supérieure de la deuxième couche sacrificielle
minérale 42 suivant
l'axe Z pour déboucher sur des piliers d'ancrage 21 des détecteurs thermiques
sensibles 20p.
Ensuite, on réalise avantageusement une pluralité de portions isolantes 44
dans les échancrures
43. Ces portions isolantes 44 sont des portions d'une couche mince réalisée en
un matériau
électriquement isolant. Elles permettent d'éviter un contact électrique entre
les détecteurs
thermiques sensibles 20p et la couche mince d'encapsulation 34 via ses piliers
de renfort 35. Pour
cela, on dépose une couche mince isolante sur la surface rendue libre des
piliers d'ancrage 21 à
l'intérieur des échancrures 43. La couche mince isolante est ici
avantageusement gravée localement
au-dessus des détecteurs thermiques sensibles 20p, de manière à ne pas
perturber ou réduire la
transmission du rayonnement électromagnétique à détecter, mais elle pourrait
ne pas être gravée.
Elle peut présenter une épaisseur comprise entre 10nm et 200nm environ. Elle
est réalisée en un
matériau inerte à la gravure chimique mise en oeuvre lors de la suppression
des couches
sacrificielles minérales, qui peut être choisi parmi l'AIN, l'A1203, l'Hf02.
[0056] En référence à la fig.1C, on réalise la couche mince d'encapsulation 34
de la structure
d'encapsulation principale 30p, cette couche mince d'encapsulation 34 étant
formée d'une portion
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supérieure s'étendant au-dessus de la matrice de détection Zp, et comportant
des piliers de renfort
35 situés dans la zone principale, distincts les uns des autres, et reposant
sur le substrat de lecture
via les piliers d'ancrage 21 des détecteurs thermiques sensibles 20p. Pour
cela, on procède au
dépôt conforme de la couche mince d'encapsulation 34, réalisée en un matériau
transparent au
5 rayonnement électromagnétique d'intérêt et inerte à la gravure chimique
mise en uvre
ultérieurement, d'une épaisseur comprise par exemple entre 200nm et 21im, par
exemple égale à
800nm environ voire moins, par exemple du silicium amorphe, du germanium
amorphe, un alliage
silicium-germanium amorphe, entre autres. La couche mince d'encapsulation 34
est déposée sur la
couche sacrificielle minérale 42 ainsi que dans les échancrures 43, par
exemple par une technique
10 de dépôt chimique en phase vapeur (CVD pour Chemical Vapor Deposition,
en anglais). De
préférence, elle recouvre également la couche mince opaque 33, assurant ainsi
un renforcement
de la tenue mécanique de ce qui sera la paroi supérieure opaque 32s de la
structure d'encapsulation
secondaire 30s. La couche mince d'encapsulation 34 comprend ainsi, réalisés
d'un seul tenant et
en le ou les mêmes matériaux : une portion supérieure, sensiblement plane dans
le plan XY, qui
s'étend au-dessus suivant l'axe Z de la matrice de détection 2p, et des
piliers de renfort 35 qui
reposent sur le substrat de lecture 10, ici de manière indirecte via les
piliers d'ancrage 21.
[0057] La couche mince d'encapsulation 34 forme ici une lame quart d'onde vis-
à-vis du
rayonnement électromagnétique d'intérêt. Ainsi, dans le cas du silicium
amorphe et pour une
bande spectrale de détection allant de 81..tm à 14p.m, elle présente
avantageusement une épaisseur
de 800nm environ. Ainsi, la paroi supérieure opaque 32s comportant la couche
mince opaque 33
et la couche mince d'encapsulation 34 (lame quart d'onde) forme un empilement
interférentiel qui,
tout en restant opaque au rayonnement électromagnétique d'intérêt, permet de
réduire la
réflexion de ce dernier par absorption dans la lame quart d'onde susceptibles
de former des images
parasites par le dispositif de détection 1. Notons ici que la paroi supérieure
opaque 32s peut bien
entendu comporter des couches minces supplémentaires, améliorant ainsi les
propriétés
interférentielles de cet empilement.
[0058] Plus largement, la couche mince opaque 33 peut être un multicouche
absorbant tel qu'un
empilement (multicouche) formé d'une alternance de couches minces élémentaires
métalliques et
diélectriques, réduisant ainsi les réflexions parasites. La couche mince
d'encapsulation 34 peut
également être un empilement formé d'une alternance de couches métalliques et
diélectriques,
qui reste toutefois transparent au rayonnement électromagnétique d'intérêt
lorsqu'elle s'étend au-
dessus de la matrice de détection 2p (cf. fig.1E, 3E) ou qui peut être opaque
(multicouche
absorbant) lorsqu'elle ne s'étend pas au-dessus de la matrice de détection 2p
(cf. fig.4C). Quoi qu'il
en soit, l'un et/ou l'autre des multicouches de la paroi supérieure opaque 32s
peuvent ainsi former
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un empilement interférentiel absorbant réduisant les réflexions parasites et
améliorant ainsi les
performances du dispositif de détection 1. Par ailleurs, la couche mince
opaque 33 et/ou la partie
de la couche mince d'encapsulation 34 située au-dessus de la matrice de
compensation 2s, et plus
largement la paroi supérieure opaque 32s, peuvent également présenter des
structurations
5 latérales, dans le plan XY, améliorant les propriétés d'opacité,
notamment par absorption du
rayonnement électromagnétique d'intérêt.
[0059] Les piliers de renfort 35 présentent des dimensions dans le plan XY de
l'ordre de celles des
piliers d'ancrage 21. Ainsi, les piliers d'ancrage 21 peuvent comporter chacun
une portion verticale
de dimensions dans le plan XY de l'ordre de 0.511m à 111m surmontée par une
portion supérieure
10 débordant latéralement de l'ordre de 0.211m à 0.51.1m vis-à-vis de la
portion verticale. Les piliers de
renfort 35 peuvent présenter ici des dimensions dans le plan XY de l'ordre de
0.511m à 211m environ.
[0060] On réalise ensuite des évents 36p, 36s permettant de réaliser les
cavités principale 3p et
secondaire 3s. Ces évents 36p, 36s débouchent sur la couche sacrificielle
minérale 42 et sont
destinés à permettre l'évacuation des différentes couches sacrificielles
minérales 41, 42 hors de la
15 cavité principale 3p et de la cavité secondaire 3s. Des premiers évents
36p sont réalisés au travers
de la couche mince d'encapsulation 34 et sont destinés à la formation de la
cavité principale 3p.
Des deuxièmes évents 36s sont réalisés au travers de la couche mince
d'encapsulation 34 et de la
couche mince opaque 33, et sont destinés à la formation de la cavité
secondaire 3s. Les évents 36p,
36s sont disposés uniquement en regard de la zone principale et de la zone
secondaire, par exemple
à raison de un évent par détecteur thermique. Ainsi, ils permettront de
libérer totalement la surface
du substrat de lecture 10 dans les zones principale et secondaire, et de
former la paroi périphérique
minérale 31s. Dans cet exemple, les évents 36p, 36s sont situés à la
perpendiculaire des membranes
suspendues des détecteurs thermiques sensibles 20p et des détecteurs
thermiques de
compensation 20s, mais ils peuvent être disposés différemment, notamment à la
perpendiculaire
de leurs piliers d'ancrage 21. Les évents 36p, 36s peuvent présenter
différentes formes dans le plan
XY, par exemple une forme circulaire d'un diamètre de 0.411m voire moins.
Ainsi, les premiers
évents 36p ne perturbent pas ou peu la transmission du rayonnement
électromagnétique d'intérêt,
et les deuxièmes évents 36s ne perturbent pas ou peu l'écrantage vis-à-vis de
ce rayonnement
électromagnétique d'intérêt.
[0061] En référence à la fig.1D, on effectue une gravure chimique adaptée à
supprimer
partiellement les couches sacrificielles minérales 41, 42. La gravure chimique
est une gravure par
exemple à l'acide fluorhydrique en phase vapeur, en particulier lorsque les
couches sacrificielles
minérales 41, 42 sont réalisées à base d'un oxyde de silicium. Les produits de
la réaction chimique
sont évacués au travers des évents 36p, 36s.
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[0062] Du fait de la disposition des évents 36p, 36s situés uniquement en
regard des matrices de
détection 2p et de compensation 2s, l'agent de gravure supprime entièrement
les couches
sacrificielles minérales 41, 42 situées dans ces zones, mais la gravure
chimique est effectuée de
sorte que l'agent de gravure ne grave pas une portion périphérique des couches
sacrificielles
minérales 41, 42 qui s'étend autour de la matrice de compensation 2s, et ici
également autour de
la matrice de détection 2p. Ainsi, la paroi périphérique minérale 31s entoure
la matrice de
compensation 2s et délimite latéralement la cavité secondaire 3s. Une paroi
périphérique minérale
entoure également la matrice de détection 2p et délimite latéralement la
cavité principale 3p (cf.
fig.1F). Les deux parois périphériques minérales 31s, 31p sont confondues
entre la cavité principale
3p et la cavité secondaire 3s.
[0063] Ainsi, la couche mince opaque 33 et la couche mince d'encapsulation 34
forment ensemble
une paroi supérieure opaque 32s, suspendue au-dessus de la matrice de
compensation 2s, qui
repose sur la paroi périphérique minérale 31s. Elle participe à délimiter,
avec cette dernière, la
cavité secondaire 3s. Et la couche mince d'encapsulation 34 est suspendue au-
dessus de la matrice
de détection 2p, et participe à délimiter la cavité principale 3p. Elle repose
sur la paroi périphérique
minérale 31p.
[0064] A la différence du document W02012/05612441, la structure
d'encapsulation 30s de la
cavité secondaire 3s ne comporte pas une paroi périphérique formée d'une
couche mince qui
s'étendrait au-dessus et autour de la matrice de compensation 2s, et viendrait
jusqu'au substrat de
lecture 10. Dans le cadre de l'invention, la structure d'encapsulation 30s de
la cavité secondaire 3s
comporte la paroi périphérique minérale 31s et une paroi supérieure opaque 32s
qui repose sur
cette dernière, et s'étend de manière continûment plane au-dessus de la
matrice de compensation
2s.
[0065] En référence à la fig.1E, on dépose une couche de scellement 37 sur la
couche mince
d'encapsulation 34 avec une épaisseur suffisante pour assurer le scellement,
i.e. le bouchage, des
évents 36s, 36p. Elle s'étend au moins en regard de la cavité principale 3p et
de la cavité secondaire
3s. La couche de scellement 37 est transparente au rayonnement
électromagnétique à détecter, et
peut être réalisée en germanium avec une épaisseur de 1.7 m environ par un
dépôt sous vide pour
une mise sous vide des détecteurs thermiques. On peut également déposer une
couche antireflet
(non représentée) permettant d'optimiser la transmission du rayonnement
électromagnétique au
travers de la structure d'encapsulation principale 30p. Cette couche
antireflet peut être réalisée en
sulfure de zinc avec une épaisseur de 1.2p.m environ.
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[0066] La fig.1F illustre en vue de dessus, de manière schématique et
partielle, le dispositif de
détection 1. La matrice de compensation 2s est située dans la cavité
secondaire 35, laquelle est
délimitée latéralement par la paroi périphérique minérale 31s (dont la bordure
intérieure est
représentée par un trait en pointillé) et verticalement par la couche mince
opaque 33 (trait
continu). Cette dernière s'étend de manière continûment planaire au-dessus de
la matrice de
compensation 2s, avec une épaisseur constante, et repose sur la paroi
périphérique minérale 31s.
La matrice de détection 2p est située dans la cavité principale 3p, laquelle
est délimitée
latéralement par la paroi périphérique minérale 31p (trait en pointillé) et
verticalement par la
couche mince d'encapsulation 34 (non représentée). Des plots de connexion 7
sont ici situés en
bordure des matrices de détecteurs thermiques 20p, 20s, et permettent de
connecter le circuit de
lecture 14 à un circuit électrique externe (non représenté). Ils sont
accessibles de l'extérieur par
des ouvertures réalisées dans des portions non gravées des couches
sacrificielles minérales (au
travers des couches 37, 34, 42 puis 41). On note que la cavité secondaire 3s
présente une dimension
latérale inférieure aux dimensions de la cavité principale 3p. Elle peut ainsi
être inférieure ou égale
à 2001.lm. Cette largeur est définie de sorte que la structure d'encapsulation
secondaire 30s ne
nécessite pas de piliers de renfort 35, à la différence ici de la structure
d'encapsulation principale
30p, qui seraient réalisés d'un seul tenant et en un même matériau avec une
couche mince (ici la
couche mince 34) de la paroi supérieure opaque 32s.
[0067] On obtient ainsi une cavité hermétique secondaire 3s, de préférence
sous vide ou à pression
réduite, dans laquelle sont logés les détecteurs thermiques de compensation
20s. La structure
d'encapsulation secondaire 30s comporte donc une paroi supérieure opaque 32s
formée ici de la
couche mince opaque 33, de la couche mince d'encapsulation 34, et de la couche
mince de
scellement 37, cette paroi supérieure opaque 32s reposant sur la paroi
périphérique minérale 31s.
[0068] Ainsi, la structure d'encapsulation secondaire 30s ne comporte pas de
structure de support
de la paroi supérieure opaque 32s sur le substrat de lecture 10 autre que la
paroi périphérique
minérale 31s, laquelle est issue des couches sacrificielles minérales 41, 42
nécessaires à la
réalisation des détecteurs thermiques 20p, 20s. Elle ne comporte donc pas une
paroi périphérique
en couche mince, réalisée au travers des couches sacrificielles minérales 41,
42, qui viendrait
reposer directement sur le substrat de lecture 10, comme dans le document
W02012/056124A1.
De plus, la paroi périphérique minérale 31s n'est pas réfléchissante, ce qui
permet d'éviter que de
la lumière parasite soit réfléchie vers les détecteurs thermiques sensibles
20p.
[0069] Outre le fait que cela permet de réduire la complexité du procédé de
fabrication (en
nombre d'étapes de réalisation, notamment), on évite également d'effectuer une
gravure localisée
des couches sacrificielles minérales 41, 42 qui viendrait déboucher sur la
couche de protection 13
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du substrat de lecture 10. On évite ainsi tout risque de dégradation de cette
couche de protection
13, notamment en termes d'étanchéité, ce qui écarte les risques de dégradation
du substrat de
lecture 10 lors de la gravure chimique à l'HF vapeur. De plus, on améliore la
tenue mécanique de la
structure d'encapsulation 30s dans la mesure où la paroi supérieure opaque 32s
est assemblée au
substrat de lecture 10 par une paroi périphérique minérale 31s qui présente
une interface avec le
substrat de lecture 10 de plus grande surface que dans le cas d'une paroi
périphérique en couche
mince.
[0070] De plus, l'absence de piliers de renfort 35 dans la cavité secondaire
3s permet d'éviter une
variation de la topologie de la couche mince opaque 33 dans le plan XY, voire
une variation
d'épaisseur. De telles variations peuvent se traduire par une dégradation de
la propriété optique
d'opacité de la couche mince opaque 33. De plus, de tels piliers de renfort
s'étendraient au travers
d'ouvertures pratiquées dans la couche mince opaque 33; ces ouvertures
dégraderaient
l'écrantage de la matrice de compensation 2s. Aussi, par l'absence des piliers
de renfort 35 dans la
cavité secondaire 3s, la couche mince opaque 33 peut rester continûment plane
et d'épaisseur
constante, préservant ainsi la bonne uniformité de sa propriété optique
d'opacité.
[0071] Par ailleurs, le fait de réaliser la couche mince opaque 33 par dépôt
PVD ouvre un plus grand
choix de matériaux possibles, notamment métalliques, que dans le cas où la
couche mince opaque
33 forme une paroi périphérique en couche mince, comme dans le
W02012/056124A1. En effet,
dans ce cas, il serait nécessaire d'utiliser des techniques de dépôt
spécifiques, comme par exemple
le dépôt chimique en phase vapeur (CVD, pour Chemical Vapor Deposition, en
anglais), ce qui limite
le choix des matériaux possibles. Par ailleurs, un plus grand choix des
matériaux possibles permet
de choisir un matériau opaque présentant une fonction supplémentaire, telle
qu'une fonction
getter, comme décrit plus loin en référence aux fig.3A à 3F.
[0072] Par ailleurs, la couche mince opaque 33, en reposant sur la paroi
périphérique minérale
31s, peut déborder latéralement vis-à-vis de la matrice de compensation 2s, ce
qui permet
d'obtenir une bonne efficacité d'écrantage. L'efficacité d'écrantage est
d'ailleurs d'autant plus
importante que le matériau de la paroi périphérique minérale 31s peut
participer à écranter
latéralement le rayonnement électromagnétique d'intérêt. En effet, à titre
d'exemple, un oxyde de
silicium présente une absorption élevée dans la bande spectrale entre 8 et
141inn.
[0073] Enfin, la paroi supérieure opaque 32s est décrite dans cet exemple à
titre illustratif. D'autres
configurations sont bien entendu possibles. Ainsi, la paroi supérieure opaque
32s peut comporter
d'autres couches minces, situées sous ou sur la couche mince opaque 33. Par
ailleurs, l'agencement
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des couches minces dans la paroi supérieure opaque 32s peut être choisi de
manière à tenir compte
des différences de contraintes mécaniques dans chacune des couches minces.
[0074] La figure 2 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un
dispositif de détection 1
selon une variante de celui illustré sur la fig.1F. Dans cet exemple, le
dispositif de détection 1 se
distingue de celui décrit sur la fig.1F essentiellement en ce qu'il comporte
plusieurs cavités
secondaires, ici deux, qui logent chacune une matrice de compensation 2s. Les
deux cavités
secondaires sont adjacentes et sont séparées par une même paroi périphérique
minérale 31s. La
couche mince opaque 33 s'étend ici de manière continue au-dessus des deux
matrices de
compensation 2s. Elle repose donc sur la paroi périphérique minérale 31s
située entre les deux
cavités secondaires. En variante, les structures d'encapsulation secondaires
30s peuvent comporter
chacune une couche mince opaque 33 dédiée. Quoi qu'il en soit, il est
avantageux de prévoir
plusieurs cavités secondaires lorsque le nombre requis de détecteurs
thermiques de compensation
20s ne permet pas de les loger tous dans une même cavité secondaire sans avoir
à réaliser des
piliers de renfort 35 similaires à ceux de la cavité principale. Autrement
dit, il est avantageux de
loger les détecteurs thermiques de compensation 20s dans plusieurs cavités
secondaires d'une
dimension latérale suffisamment réduite pour éviter d'avoir à réaliser des
piliers de renfort 35, par
exemple inférieure ou égale à 2001im environ.
[0075] Les figures 3A à 3F illustrent, de manière schématique et partielle,
différentes étapes d'un
procédé de fabrication selon une variante du mode de réalisation illustré sur
les fig.1A à 1F. Dans
cet exemple, la couche mince opaque 33 est réalisée en un matériau présentant
une fonction de
getter. D'une manière générale, un matériau à effet getter est un matériau
destiné à être exposé à
l'atmosphère de la cavité hermétique et apte à réaliser un pompage gazeux par
absorption et/ou
adsorption. Il peut s'agir du matériau métallique réfléchissant au rayonnement
électromagnétique
d'intérêt, par exemple le titane.
[0076] Dans cet exemple, le matériau métallique est sensible à l'agent de
gravure utilisé lors de la
gravure chimique utilisée pour la suppression partielle des couches
sacrificielles minérales 41, 42.
Aussi, il est protégé de cet agent de gravure par une couche sacrificielle de
protection 38 réalisée
en carbone amorphe.
[0077] Le carbone amorphe peut éventuellement être de type DLC (pour Diamond
Like Carbon, en
anglais), c'est-à-dire qu'il présente un fort taux d'hybridation en carbone
s'a'. Il est sensiblement
inerte vis-à-vis de la gravure chimique effectuée pour supprimer partiellement
les couches
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sacrificielles minérales 41, 42, c'est-à-dire qu'il réagit peu ou pas avec
l'agent de la gravure
chimique. Aussi, à l'issue de cette étape de suppression partielle, il protège
toujours le matériau
getter. La couche sacrificielle de protection 38 est adaptée à être supprimée
par une deuxième
gravure chimique telle qu'une gravure chimique sèche dont un agent de gravure
est par exemple
5 de l'oxygène contenu dans un plasma.
[0078] En référence à la fig.3A, on réalise la matrice de détection 2p et la
matrice de compensation
2s, sur et au travers de la première couche sacrificielle minérale 41. La
deuxième couche sacrificielle
minérale 42 recouvre les deux matrices de détecteurs thermiques 20p, 20s ainsi
que la première
couche sacrificielle minérale 41. Elle présente une face supérieure plane.
Cette étape est identique
10 à celle décrite précédemment.
[0079] En référence à la fig.3B, on réalise un empilement opaque formée d'une
couche mince de
protection 38 et de la couche mince opaque 33. Cet empilement s'étend de
manière planaire et
continue au-dessus de la matrice de compensation 2s, et ne s'étend pas au-
dessus de la matrice de
détection 2p. Il est destiné à reposer sur la paroi périphérique minérale 31s.
15 [0080] La couche mince de protection 38 repose sur et au contact de la
deuxième couche
sacrificielle minérale 42. Elle est destinée à protéger la couche mince opaque
33 lors de la gravure
chimique mise en uvre lors de la suppression partielle des couches
sacrificielles minérales 41, 42.
Elle est destinée à être supprimée lors d'une deuxième gravure chimique, à
laquelle la couche
mince opaque 33 est sensiblement inerte, par exemple par gravure chimique
sèche. Elle est réalisée
20 en carbone amorphe et présente une épaisseur par exemple comprise entre
50nm et 500nm.
[0081] La couche mince opaque 33 repose sur et au contact de la couche mince
de protection 38,
et n'est donc pas au contact de la deuxième couche sacrificielle minérale 42.
Elle est réalisée en un
matériau métallique réfléchissant au rayonnement électromagnétique à détecter
et présente un
effet getter, par exemple en titane.
[0082] On réalise également les échancrures 43 et les portions isolantes 44,
destinées à la
réalisation des piliers de renfort 35 de la couche mince d'encapsulation 34 de
la structure
d'encapsulation principale 30p, de la même manière que décrit précédemment.
[0083] En référence à la fig.3C, on dépose ensuite la couche mince
d'encapsulation 34, de manière
à recouvrir ici l'empilement opaque et à s'étendre au-dessus de la matrice de
détection 2p. Elle
remplit les échancrures 43 et forme les piliers de renfort 35. On réalise
également les premiers et
deuxièmes évents 36p, 36s.
[0084] En référence à la fig.3D, on effectue la gravure chimique de manière à
supprimer
partiellement les couches sacrificielles minérales 41, 42, et former ainsi les
cavités principale 3p et
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secondaire 3s délimitées par les parois périphériques minérales 31s, 31p (cf.
fig.3F). La paroi
supérieure opaque 32s est alors suspendue au-dessus de la matrice de
compensation 2s et repose
sur la paroi périphérique minérale 31s. La couche mince de protection 38
présente une partie de sa
face inférieure qui a été rendue libre. Cependant, elle a protégé la couche
mince opaque 33 vis-à-
vis de l'agent de gravure utilisée. L'intégrité structurelle de la couche
mince opaque 33 a donc été
préservée, et donc également ses propriétés optiques et son effet getter.
[0085] En référence à la fig.3E, on effectue une deuxième gravure chimique, à
laquelle la couche
mince de protection 38 est sensible, par exemple une gravure chimique sèche,
pour supprimer la
partie ayant sa surface inférieure libre. Une sur-gravure latérale peut
également avoir lieu. On rend
ainsi libre une partie de la face inférieure de la couche mince opaque 33. La
couche de scellement
est ensuite déposée pour obturer les évents 36p, 36s. On active ensuite la
chimisorption du
matériau à effet getter de la couche mince opaque 33 en soumettant le
dispositif de détection 1 à
un traitement thermique adéquat, par exemple dans un four ou une étuve.
[0086] La fig.3F est une vue de dessus, schématique et partielle, du
dispositif de détection 1 ainsi
obtenu. Pour que le matériau getter de la couche mince opaque 33 puisse
assurer le pompage
gazeux des cavités secondaire et principale, une chambre de communication 6
est réalisée, qui
assure la communication gazeuse entre les deux cavités. Elle est délimitée
latéralement par une
portion non gravée des couches sacrificielles minérales et est délimitée ici
verticalement par la paroi
supérieure opaque 32s. Pour obtenir cette chambre de communication 6 lors de
l'étape de
suppression partielle des couches sacrificielles minérales, des évents 36s,
36p sont été
préalablement réalisés au travers de la paroi supérieure opaque 32s, et
disposés au-dessus de la
zone destinée à former la chambre de communication 6. Les évents 36s
traversent ici les couches
34, 33 et 38, alors que les évents 36p ne traversent que la couche 34.
[0087] Les figures 4A à 4D illustrent, de manière schématique et partielle,
différentes étapes d'un
procédé de fabrication selon un autre mode de réalisation. Il diffère de ceux
décrits précédemment
essentiellement en ce que la structure d'encapsulation principale 30p ne
comporte pas une couche
mince d'encapsulation 34, mais un capot rigide rapporté 9, c'est-à-dire un
capot préalablement
réalisé puis rapporté et assemblé au substrat de lecture 10 de manière à
encapsuler la matrice de
détection 2p (le capot 9 encapsule ici également la matrice de compensation
2s). La structure
d'encapsulation principale 30p est ici similaire ou identique à celle décrite
dans le document
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[0088] Le capot 9 peut être réalisé à partir d'un substrat en silicium, et
structuré de manière à
comporter une paroi périphérique destinée à être assemblée au substrat de
lecture 10. La paroi
périphérique est fixée au substrat de lecture 10 par l'intermédiaire d'un
joint hermétique 8, ce
dernier étant de préférence au contact d'une portion d'accroche d'une couche
métallique. Le joint
hermétique 8 peut être obtenu par la refonte d'un métal fusible ou par la
formation d'un alliage
intermétallique.
[0089] Le procédé comporte alors une étape de réalisation (fig.4A) de la
matrice de détection 2p
et de la matrice de compensation sur le substrat de lecture 10, comme décrit
précédemment. La
paroi supérieure opaque 32s est ici formée d'un empilement comportant la
couche mince opaque
33 et une couche mince de renfort 39. La couche mince de renfort 39 peut
former une lame quart
d'onde, comme décrit précédemment. Elle participe ici à renforcer la tenue
mécanique de la paroi
supérieure opaque 32s. La paroi supérieure opaque 32s s'étend dans la zone
secondaire, et
éventuellement autour de la zone principale, mais ne s'étend pas au-dessus de
la matrice de
détection 2p. Dans cet exemple, elle est destinée à s'étendre au-delà de la
paroi périphérique
minérale 31s, de manière à former une portion en porte-à-faux (une partie qui
dépasse
latéralement au-delà de la paroi périphérique minérale 31s suivant une
direction opposée à la
cavité secondaire 3s).
[0090] On effectue ensuite (fig.4B) la suppression partielle des couches
sacrificielles minérales 41,
42 par gravure chimique. On libère ainsi la matrice de détection 2p, ainsi que
la matrice de
compensation 2s, laquelle est entourée par la paroi périphérique minérale 31s.
La paroi supérieure
opaque 32s présente alors la portion en porte-à-faux située entre la matrice
de compensation 2s
et la matrice de détection 2p. Dans cet exemple, cette portion en porte-à-faux
est formée des deux
couches minces 33, 39, mais en variante, elle peut n'être formée que de la
couche mince de renfort
39 (la couche mince opaque 33 s'arrêtant au-dessus de la paroi périphérique
minérale 31s). Le choix
entre ces deux configurations peut dépendre de la différence de contraintes
mécaniques entre ces
couches minces 33, 39. Ainsi, une configuration où la portion en porte-à-faux
ne serait formée que
de la couche mince de renfort 39 est avantageuse pour éviter un déséquilibre
des contraintes
mécaniques entre les deux couches 33, 39 et corriger une éventuelle déflexion
de la portion en
porte-à-faux. Notons qu'il apparaît qu'une attaque chimique en milieu acide
des couches
sacrificielles minérales 41, 42 en milieu confiné (i.e. sous la paroi
supérieure opaque 32s) présente
une vitesse de gravure latérale (dans le plan XY) supérieure à la vitesse de
gravure verticale (suivant
l'axe Z). Aussi, on obtient dans le même temps la libération de la matrice de
détection 2p et la
formation de la cavité secondaire 3s (gravure des couches 41 et 42 et
évacuation au travers des
évents 36s).
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[0091] On dépose ensuite (fig.4C) une ligne d'un matériau de scellement
destiné à former le joint
hermétique 8, qui repose sur le substrat de lecture 10 et entoure la matrice
de détection 2p. Il
entoure ici également la matrice de compensation 2s. Cette ligne de matériau
de scellement a été
déposée avant la suppression partielle des couches sacrificielles minérales
41,42, par exemple dans
une tranchée périphérique traversant les couches sacrificielles minérales et
entourant la matrice
de détection 2p. On reporte ensuite le capot 9 sur le joint hermétique 8 et on
l'assemble au substrat
de lecture 10. On note que le capot 9 assure l'obturation des évents 36s.
Ainsi, la cavité 3s est
contenue dans la cavité 3p.
[0092] La fig.4D est une vue de dessus, schématique et partielle, du
dispositif de détection 1
obtenu après l'étape de réalisation du joint hermétique 8 et avant le report
du capot 9. La paroi
périphérique minérale 31s de la structure d'encapsulation secondaire 30s
présente ici une largeur
inférieure à sa longueur, et s'étend longitudinalement autour de la matrice de
compensation 2s. La
couche mince opaque 33 s'étend au-dessus de la matrice de compensation 2s,
repose sur la paroi
périphérique minérale 31s, et présente ici une portion en porte-à-faux. Le
reste de la surface du
substrat de lecture 10 n'est ainsi pas recouvert par une portion non gravée
des couches sacrificielles
minérales.
[0093] Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits.
Différentes variantes et
modifications sont possibles tout en restant dans le cadre de l'invention.
[0094] Ainsi, la structure d'encapsulation principale 30p peut, en variante,
être similaire ou
identique à celle décrite dans le document EP3399290A1. Une telle structure
d'encapsulation
comporte une paroi périphérique qui entoure la matrice de détection 2p, et qui
est réalisée par une
technique de dépôt de couche mince. Une paroi supérieure peut être reportée et
assemblée sur la
paroi périphérique au moyen d'une poignée temporaire.
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