FR3081990A1 - DETECTION DEVICE WITH A THERMAL DETECTOR COMPRISING A SEALING AND FOCUSING LAYER - Google Patents

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Goeffroy Dumont
Laurent Frey
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    • G01J5/0806Focusing or collimating elements, e.g. lenses or concave mirrors

Abstract

L'invention porte sur un dispositif de détection comportant au moins un détecteur thermique (10) disposé dans une cavité (3) définie par une structure d'encapsulation (20) comportant une couche mince d'encapsulation (21) et une couche mince de scellement (24), celle-ci comportant une portion focalisatrice (30) structurée de sorte que son épaisseur locale diminue latéralement à partir de l'axe optique (Δ).The invention relates to a detection device comprising at least one thermal detector (10) arranged in a cavity (3) defined by an encapsulation structure (20) comprising a thin encapsulation layer (21) and a thin layer of sealing (24), the latter comprising a focusing portion (30) structured so that its local thickness decreases laterally from the optical axis (Δ).

Description

DISPOSITIF DE DETECTION A DETECTEUR THERMIQUE ET COMPORTANT UNE COUCHE DE SCELLEMENT ET DE FOCALISATIONDETECTION DEVICE WITH A THERMAL DETECTOR COMPRISING A SEALING AND FOCUSING LAYER

DOMAINE TECHNIQUE [ooi] Le domaine de l’invention est celui des dispositifs de détection de rayonnement électromagnétique, en particulier infrarouge ou térahertz, comportant au moins un détecteur thermique encapsulé dans une cavité éventuellement hermétique. Celle-ci est formée notamment par une structure d’encapsulation comportant une portion de couche mince formant une structure optique convergente. L’invention s’applique en particulier au domaine de l’imagerie infrarouge ou térahertz, de la thermographie, voire de la détection de gaz.TECHNICAL FIELD [ooi] The field of the invention is that of devices for detecting electromagnetic radiation, in particular infrared or terahertz, comprising at least one thermal detector encapsulated in a possibly hermetic cavity. This is formed in particular by an encapsulation structure comprising a portion of thin layer forming a converging optical structure. The invention applies in particular to the field of infrared or terahertz imaging, thermography, or even gas detection.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [002] Les dispositifs de détection de rayonnement électromagnétique, par exemple infrarouge ou térahertz, peuvent comprendre une matrice de détecteurs thermiques comportant chacun une membrane apte à absorber le rayonnement électromagnétique à détecter. Pour assurer l’isolation thermique des détecteurs thermiques vis-à-vis du substrat de lecture, les membranes absorbantes sont habituellement suspendues au-dessus du substrat par des piliers d’ancrage, et sont isolées thermiquement de celui-ci par des bras de maintien et d’isolation thermique. Ces piliers d’ancrage et bras d’isolation présentent également une fonction électrique en reliant électriquement les membranes absorbantes au circuit de lecture généralement disposé dans le substrat.STATE OF THE PRIOR ART [002] The devices for detecting electromagnetic radiation, for example infrared or terahertz, may comprise a matrix of thermal detectors each comprising a membrane capable of absorbing the electromagnetic radiation to be detected. To ensure thermal insulation of thermal detectors vis-à-vis the reading substrate, the absorbent membranes are usually suspended above the substrate by anchoring pillars, and are thermally insulated therefrom by holding arms and thermal insulation. These anchoring pillars and isolation arms also have an electrical function by electrically connecting the absorbent membranes to the reading circuit generally arranged in the substrate.

[003] Pour assurer un fonctionnement optimal des détecteurs thermiques, un faible niveau de pression peut être requis. Pour cela, les détecteurs thermiques sont généralement confinés, ou encapsulés, seuls ou à plusieurs, dans au moins une cavité hermétique sous vide ou à pression réduite. La cavité hermétique est définie par une structure d’encapsulation, également appelée capsule. Plus précisément, comme l’illustre le document de Dumont et al, Current progress on pixel level packaging for uncooled IRFPA, Proc. SPIE 8353, Infrared Technology and Applications XXXVIII, 83531I 2012, la structure d’encapsulation comporte uneTo ensure optimum operation of the thermal detectors, a low pressure level may be required. For this, the thermal detectors are generally confined, or encapsulated, alone or in groups, in at least one hermetic cavity under vacuum or at reduced pressure. The airtight cavity is defined by an encapsulation structure, also called a capsule. More specifically, as illustrated in the document by Dumont et al, Current progress on pixel level packaging for uncooled IRFPA, Proc. SPIE 8353, Infrared Technology and Applications XXXVIII, 83531I 2012, the encapsulation structure includes a

DD18770 - ICG090256 couche mince d’encapsulation qui définit, avec le substrat, la cavité hermétique. La couche mince d’encapsulation comporte au moins un évent de libération permettant l’évacuation, hors de la cavité, des couches sacrificielles utilisées lors du procédé de fabrication. Une couche mince de scellement recouvre au moins partiellement la couche d’encapsulation et assure l’herméticité de la cavité en obturant le ou les évents de libération. Les couches minces d’encapsulation et de scellement sont transparentes au rayonnement électromagnétique à détecter.DD18770 - ICG090256 thin encapsulation layer that defines, with the substrate, the airtight cavity. The thin encapsulation layer comprises at least one release vent allowing the evacuation, out of the cavity, of the sacrificial layers used during the manufacturing process. A thin sealing layer at least partially covers the encapsulation layer and ensures the hermeticity of the cavity by closing the release vent (s). The thin encapsulation and sealing layers are transparent to the electromagnetic radiation to be detected.

[004] La figure i illustre un exemple de dispositif de détection i tel que décrit dans le document W02013/079855. Il comporte au moins un détecteur thermique 10, reposant sur un substrat de lecture 2, et encapsulé dans une cavité hermétique 3 définie par une structure d’encapsulation 20. Dans cet exemple, la couche de scellement 24 présente une fonction supplémentaire outre l’obturation de l’évent de libération 22, à savoir une fonction optique de focalisation du rayonnement électromagnétique à détecter sur la membrane absorbante 11. Pour cela, la couche de scellement 24 comporte une portion focalisatrice A30, laquelle est localement structurée de manière à former un réseau de motifs A30.1 de bas indice de réfraction au sein du matériau de haut indice de la couche de scellement 24. La taille des motifs A30.1 (échancrures) augmente latéralement à partir d’un axe optique associé à la portion focalisatrice A30 de manière à induire une diminution latérale de l’indice optique effectif, à partir de l’axe optique, conduisant ainsi le rayonnement électromagnétique à détecter à converger vers la membrane absorbante 11. Les motifs A30.1 sont agencés de manière périodique avec une période sub-longueur d’onde, c’est-à-dire inférieure à la longueur d’onde centrale Àc de la bande spectrale de détection, et présentent au moins une dimension latérale dans le plan XY également sub-longueur d’onde.Figure i illustrates an example of detection device i as described in document W02013 / 079855. It comprises at least one thermal detector 10, resting on a reading substrate 2, and encapsulated in a hermetic cavity 3 defined by an encapsulation structure 20. In this example, the sealing layer 24 has an additional function in addition to sealing. of the release vent 22, namely an optical function for focusing the electromagnetic radiation to be detected on the absorbent membrane 11. For this, the sealing layer 24 comprises a focusing portion A30, which is locally structured so as to form a network of A30.1 patterns of low refractive index within the high index material of the sealing layer 24. The size of the A30.1 patterns (notches) increases laterally from an optical axis associated with the focusing portion A30 of so as to induce a lateral decrease in the effective optical index, from the optical axis, thus leading the electromagnetic radiation to be detected er to converge towards the absorbent membrane 11. The patterns A30.1 are arranged periodically with a sub-wavelength period, that is to say less than the central wavelength λ c of the spectral band detection, and have at least one lateral dimension in the XY plane also sub-wavelength.

[005] Cependant, il existe un besoin de disposer d’un dispositif de détection similaire à celui décrit précédemment, comportant une couche de scellement présentant une fonction mécanique d’obturation de la cavité et une fonction optique de focalisation, qui présente des risques réduits de rupture d’étanchéité de la capsule et/ou une complexité diminuée de son procédé de fabrication. Il existe également un besoin de disposer d’un dispositif de détection dont le taux d’absorption de la membrane absorbante peut être augmenté.However, there is a need to have a detection device similar to that described above, comprising a sealing layer having a mechanical function for closing the cavity and an optical focusing function, which presents reduced risks. seal rupture of the capsule and / or reduced complexity of its manufacturing process. There is also a need to have a detection device whose absorption rate of the absorbent membrane can be increased.

DD18770 - ICG090256DD18770 - ICG090256

EXPOSÉ DE L’INVENTION [006] L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer un dispositif de détection, comportant au moins une portion focalisatrice, dont les risques de défauts d’herméticité de la cavité sont le cas échéant réduits et/ou pouvant être réalisé par un procédé de fabrication dont la complexité est diminuée. Une telle portion focalisatrice est également susceptible de permettre une augmentation du taux d’absorption du rayonnement électromagnétique à détecter par le détecteur thermique.PRESENTATION OF THE INVENTION The object of the invention is to remedy at least in part the drawbacks of the prior art, and more particularly to propose a detection device, comprising at least one focusing portion, the risks of defects of which hermeticity of the cavity are reduced if necessary and / or can be achieved by a manufacturing process whose complexity is reduced. Such a focusing portion is also capable of allowing an increase in the absorption rate of the electromagnetic radiation to be detected by the thermal detector.

[007] Pour cela, l’objet de l’invention est un dispositif de détection d’un rayonnement électromagnétique, comportant un substrat de lecture ; au moins un détecteur thermique, comportant une membrane absorbante isolée thermiquement du substrat de lecture ; une structure d’encapsulation définissant avec le substrat une cavité dans laquelle est situé le détecteur thermique, comportant : une couche mince d’encapsulation s’étendant au-dessus du détecteur thermique, et comportant au moins un orifice traversant dit évent de libération, et une couche mince de scellement recouvrant la couche d’encapsulation et obturant l’évent de libération, comportant une portion focalisatrice située en regard de la membrane absorbante et adaptée à focaliser le rayonnement électromagnétique à détecter en direction de la membrane absorbante suivant un axe optique.For this, the object of the invention is a device for detecting electromagnetic radiation, comprising a reading substrate; at least one thermal detector, comprising an absorbent membrane thermally insulated from the reading substrate; an encapsulation structure defining with the substrate a cavity in which the thermal detector is located, comprising: a thin encapsulation layer extending above the thermal detector, and comprising at least one orifice passing through said release vent, and a thin sealing layer covering the encapsulation layer and closing the release vent, comprising a focusing portion located opposite the absorbent membrane and adapted to focus the electromagnetic radiation to be detected in the direction of the absorbent membrane along an optical axis.

[008] Selon l’invention, la portion focalisatrice est structurée de manière à présenter une épaisseur locale qui diminue latéralement à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique.According to the invention, the focusing portion is structured so as to have a local thickness which decreases laterally as one moves away from the optical axis.

[009] L’épaisseur est ici l’épaisseur physique du matériau formant la portion focalisatrice. Ainsi, l’épaisseur locale de la portion focalisatrice peut diminuer entre une valeur haute située au niveau de l’axe optique, et une valeur basse, de préférence nulle. La valeur haute correspond au sommet de la portion focalisatrice, et la valeur basse à l’extrémité périphérique de la portion focalisatrice. La portion focalisatrice peut ainsi présenter une surface inférieure, ou base, par laquelle elle repose sur la couche d’encapsulation et une surface supérieure dont la distance locale à la base définie l’épaisseur locale. La diminution latérale de l’épaisseur locale peut être continue ou non à partir de l’axe optique. Ainsi, dans le cas où la structure est dite tronquée, le sommet de la portion focalisatrice comporte un plateau où l’épaisseurThe thickness here is the physical thickness of the material forming the focusing portion. Thus, the local thickness of the focusing portion can decrease between a high value located at the optical axis, and a low value, preferably zero. The high value corresponds to the top of the focusing portion, and the low value at the peripheral end of the focusing portion. The focusing portion can thus have a lower surface, or base, by which it rests on the encapsulation layer and an upper surface whose local distance to the base defines the local thickness. The lateral reduction of the local thickness may or may not be continuous from the optical axis. Thus, in the case where the structure is said to be truncated, the top of the focusing portion comprises a plate where the thickness

DD18770 - ICG090256 locale est maximale et constante. L’épaisseur locale diminue alors à partir du plateau jusqu’à l’extrémité périphérique.DD18770 - ICG090256 local is maximum and constant. The local thickness then decreases from the plateau to the peripheral end.

[ooio] Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce dispositif de détection sont les suivants.[ooio] Some preferred but non-limiting aspects of this detection device are as follows.

[ooii] Le dispositif de détection peut comporter une pluralité de détecteurs thermiques placés dans une ou plusieurs cavités définies par la structure d’encapsulation. La couche mince de scellement peut comporter une pluralité de portions focalisatrices, distinctes les unes des autres, chacune étant située en regard d’une membrane absorbante d’un détecteur thermique différent.[ooii] The detection device may include a plurality of thermal detectors placed in one or more cavities defined by the encapsulation structure. The thin sealing layer may comprise a plurality of focusing portions, distinct from each other, each being located opposite an absorbent membrane of a different thermal detector.

[ooi2] Plusieurs détecteurs thermiques peuvent être placés dans la même cavité.[ooi2] Several thermal detectors can be placed in the same cavity.

[ooi3] L’axe optique peut former en outre un axe de symétrie pour la portion focalisatrice.[ooi3] The optical axis can also form an axis of symmetry for the focusing portion.

[0014] L’axe optique peut être sensiblement orthogonal au plan du substrat de lecture. Il peut passer sensiblement au centre de la membrane absorbante.The optical axis can be substantially orthogonal to the plane of the reading substrate. It can pass substantially through the center of the absorbent membrane.

[0015] La portion focalisatrice peut présenter une épaisseur locale maximale comprise entre o,4pm et 3pm.The focusing portion may have a maximum local thickness between o, 4pm and 3pm.

[0016] La portion focalisatrice peut présenter un rapport entre un rayon de courbure moyen et une dimension latérale d’un pixel sensible associé à un détecteur thermique de préférence supérieur ou égal à 0,5, et de préférence compris entre 0,5 et 1,5. Le dispositif de détection peut comporter une pluralité de pixels sensibles comportant chacun un détecteur thermique, les pixels sensibles étant agencés périodiquement selon un pas p. La dimension latérale du pixel sensible peut alors être le pas p.The focusing portion may have a ratio between an average radius of curvature and a lateral dimension of a sensitive pixel associated with a thermal detector preferably greater than or equal to 0.5, and preferably between 0.5 and 1 5. The detection device may include a plurality of sensitive pixels, each comprising a thermal detector, the sensitive pixels being arranged periodically at a pitch p. The lateral dimension of the sensitive pixel can then be the pitch p.

[0017] La portion focalisatrice peut présenter une étendue surfacique, dans un plan parallèle au plan du substrat de lecture, supérieure ou égale à celle de la membrane absorbante.The focusing portion may have a surface area, in a plane parallel to the plane of the reading substrate, greater than or equal to that of the absorbent membrane.

[0018] L’évent de libération peut être obturé par la portion focalisatrice, et de préférence est situé en regard d’un sommet de la portion focalisatrice ayant une épaisseur locale maximale.The release vent can be closed by the focusing portion, and preferably is located opposite a top of the focusing portion having a maximum local thickness.

[ooi9] La couche mince d’encapsulation peut s’étendre au-dessus de la membrane absorbante à une distance comprise entre 0,5 et 3,5pm.[ooi9] The thin encapsulation layer can extend over the absorbent membrane at a distance between 0.5 and 3.5pm.

DD18770 - ICG090256 [0020] La portion focalisatrice peut présenter un sommet formé par un plateau au niveau duquel l’épaisseur locale est constante et maximale.DD18770 - ICG090256 The focusing portion may have an apex formed by a plate at which the local thickness is constant and maximum.

[0021] La couche mince de scellement peut être réalisée en au moins un matériau distinct de celui de la couche mince d’encapsulation, de préférence en un matériau à base de germanium.The thin sealing layer can be made of at least one material distinct from that of the thin encapsulation layer, preferably a germanium-based material.

[0022] L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’un dispositif de détection selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant les étapes suivantes :The invention also relates to a method of manufacturing a detection device according to any one of the preceding characteristics, comprising the following steps:

i) réalisation de la membrane absorbante du détecteur thermique, à partir d’une première couche sacrificielle reposant sur le substrat de lecture ;i) production of the absorbent membrane of the thermal detector, from a first sacrificial layer resting on the reading substrate;

ii) réalisation de la couche d’encapsulation à partir d’une deuxième couche sacrificielle reposant sur la première couche sacrificielle, de manière à entourer la membrane absorbante ;ii) making the encapsulation layer from a second sacrificial layer resting on the first sacrificial layer, so as to surround the absorbent membrane;

iii) gravure d’au moins un évent de libération au travers de la couche d’encapsulation, et suppression des première et deuxième couches sacrificielles ;iii) etching of at least one release vent through the encapsulation layer, and removal of the first and second sacrificial layers;

iv) réalisation d’au moins ladite portion focalisatrice d’une couche mince de scellement déposée sur la couche d’encapsulation et obturant l’évent de libération.iv) producing at least said focusing portion of a thin sealing layer deposited on the encapsulation layer and closing the release vent.

[0023] L’étape de réalisation de la portion focalisatrice peut comporter les sousétapes suivantes :The step of producing the focusing portion may include the following sub-steps:

a. dépôt d’une couche de résine photosensible sur la couche mince de scellement ;at. depositing a layer of photosensitive resin on the thin sealing layer;

b. structuration de la couche de résine photosensible, de manière à former au moins un plot photosensible présentant une forme géométrique finale sensiblement identique à une forme géométrique prédéterminée de la portion focalisatrice ;b. structuring of the photosensitive resin layer, so as to form at least one photosensitive pad having a final geometric shape substantially identical to a predetermined geometric shape of the focusing portion;

c. gravure du plot photosensible et de la couche de scellement, de manière à former au moins la portion focalisatrice, laquelle présente la forme géométrique prédéterminée.vs. etching of the photosensitive stud and of the sealing layer, so as to form at least the focusing portion, which has the predetermined geometric shape.

[0024] La structuration de la couche de résine peut comporter une étape de fluage et/ou comporter une étape de lithographie à niveaux de gris.The structuring of the resin layer may include a creep step and / or include a grayscale lithography step.

DD18770 - ÎCG090256DD18770 - ÎCG090256

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS [0025] 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 :BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other aspects, aims, advantages and characteristics of the invention will appear better on reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of nonlimiting example, and made with reference to the accompanying drawings in which:

la figure i, déjà décrite, est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un exemple de dispositif de détection selon l’art antérieur, comportant une couche de scellement présentant une structure optique convergente ;Figure i, already described, is a sectional view, schematic and partial, of an example of a detection device according to the prior art, comprising a sealing layer having a converging optical structure;

la figure 2 est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation ;Figure 2 is a schematic and partial sectional view of a detection device according to one embodiment;

les figures 3A à 3C sont des vues de dessus de différents exemples de pixels sensibles comportant chacun une portion focalisatrice, celle-ci étant de forme de cône pyramidal tronqué (fig.3A), de cône de révolution tronqué (fig.3B), et de calotte sphérique (fig.3C) ;FIGS. 3A to 3C are top views of different examples of sensitive pixels each comprising a focusing portion, the latter being in the form of a truncated pyramid cone (FIG. 3A), of truncated cone of revolution (FIG. 3B), and spherical cap (fig.3C);

la figure 4 est une vue en coupe, schématique et partielle d’une portion focalisatrice à forme de cône en marches d’escalier, présentant un rayon de courbure moyen ;Figure 4 is a schematic and partial sectional view of a focusing portion in the form of a cone in staircase steps, having a mean radius of curvature;

la figure 5 est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un dispositif de détection selon un autre mode de réalisation, dans lequel plusieurs détecteurs thermiques sont situés dans la même cavité éventuellement hermétique ;Figure 5 is a schematic and partial sectional view of a detection device according to another embodiment, in which several thermal detectors are located in the same possibly hermetic cavity;

Les figures 6A à 6G illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication du dispositif de détection selon le mode de réalisation illustré sur la fig.2.FIGS. 6A to 6G illustrate different stages of a method of manufacturing the detection device according to the embodiment illustrated in FIG. 2.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0026] 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.DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS In the figures and in the following description, the same references represent the same or similar elements. In addition, the different elements are not shown to scale so as to favor the clarity of the figures. Furthermore, the different embodiments and variants are not mutually exclusive and can be combined with one another. Unless otherwise noted, the terms "substantially", "approximately", "in the order of" mean to the nearest 10%.

DD18770 - ICG090256 [0027] L’invention porte notamment sur un dispositif de détection d’un rayonnement électromagnétique comportant au moins un détecteur thermique encapsulé dans une cavité éventuellement hermétique. Le détecteur thermique peut être adapté à détecter un rayonnement infrarouge ou térahertz. Il peut en particulier détecter un rayonnement infrarouge compris dans la bande de longueurs d’onde infrarouges longues (gamme LWIR) allant de 7pm à 14 pm environ.DD18770 - ICG090256 The invention relates in particular to a device for detecting electromagnetic radiation comprising at least one thermal detector encapsulated in a possibly hermetic cavity. The thermal detector can be adapted to detect infrared or terahertz radiation. It can in particular detect infrared radiation included in the long infrared wavelength band (LWIR range) ranging from approximately 7 pm to 14 pm.

[0028] Le détecteur thermique comporte une membrane absorbante située dans la cavité éventuellement hermétique, laquelle est définie par une structure d’encapsulation comportant une couche mince d’encapsulation à évent de libération, recouverte par une couche mince de scellement obturant l’évent de libération. Par couche mince, on entend une couche déposée par les techniques de dépôt de matériaux de la microélectronique, dont l’épaisseur est de préférence inférieure à 10 pm. Dans la suite de la description, on considère que la cavité est hermétique, mais la couche de scellement peut venir obturer le ou les évents sans nécessairement rendre hermétique la cavité. Dans ce cas, l’herméticité peut être assurée au niveau d’un boîtier ou par l’assemblage à une structure d’encapsulation globale réalisée au niveau d’un wafer.The thermal detector comprises an absorbent membrane located in the possibly hermetic cavity, which is defined by an encapsulation structure comprising a thin encapsulation layer with release vent, covered by a thin layer of seal closing the vent release. By thin layer is meant a layer deposited by the techniques of deposition of microelectronics materials, the thickness of which is preferably less than 10 μm. In the following description, it is considered that the cavity is hermetic, but the sealing layer can seal the vent (s) without necessarily making the cavity hermetic. In this case, the hermeticity can be ensured at the level of a housing or by the assembly to a global encapsulation structure produced at the level of a wafer.

[0029] Selon l’invention, la couche de scellement comporte une portion structurée formant une lentille réfractive convergente, permettant de focaliser le rayonnement électromagnétique incident en direction de la membrane absorbante. La portion de la couche de scellement est structurée de manière à présenter une épaisseur locale qui diminue latéralement à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique Δ.According to the invention, the sealing layer comprises a structured portion forming a convergent refractive lens, making it possible to focus the incident electromagnetic radiation towards the absorbent membrane. The portion of the sealing layer is structured so as to have a local thickness which decreases laterally as one moves away from the optical axis Δ.

[0030] La figure 2 est une vue schématique, en coupe transversale, d’un exemple de dispositif de détection 1 selon un mode de réalisation. Dans cet exemple, le détecteur thermique 10 comporte un transducteur thermométrique résistif 12 adapté à détecter un rayonnement infrarouge LWIR. Le dispositif de détection 1 comporte ici une matrice de détecteurs thermiques 10 formant des pixels sensibles, dont un seul pixel est représenté. La structure d’encapsulation 20 définit une pluralité de cavités hermétiques 3 encapsulant chacune un unique détecteur thermique 10 (configuration dite PLP, pour Pixel Level Packaging, en anglais).Figure 2 is a schematic view, in cross section, of an example of detection device 1 according to one embodiment. In this example, the thermal detector 10 includes a resistive thermometric transducer 12 adapted to detect infrared radiation LWIR. The detection device 1 here comprises a matrix of thermal detectors 10 forming sensitive pixels, of which only one pixel is represented. The encapsulation structure 20 defines a plurality of hermetic cavities 3 each encapsulating a single thermal detector 10 (so-called PLP configuration, for Pixel Level Packaging, in English).

[0031] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel (Χ,Υ,Ζ), où le plan XY est sensiblement parallèle au plan d’unWe define here and for the remainder of the description a three-dimensional direct coordinate system (Χ, Υ, Ζ), where the XY plane is substantially parallel to the plane of a

DD18770 - ICG090256 substrat de lecture du dispositif de détection i, l’axe Z étant orienté suivant une direction sensiblement orthogonale au plan du substrat de lecture. Par ailleurs, les termes « inférieur » et « supérieur » s’entendent comme étant relatifs à un positionnement croissant lorsqu’on s’éloigne du substrat de lecture suivant la direction +Z.DD18770 - ICG090256 reading substrate of the detection device i, the Z axis being oriented in a direction substantially orthogonal to the plane of the reading substrate. Furthermore, the terms “lower” and “upper” are understood to be relative to an increasing positioning when one moves away from the reading substrate in the + Z direction.

[0032] Le dispositif de détection i comporte un substrat de lecture 2, réalisé dans cet exemple à base de silicium, contenant un circuit électronique permettant la commande et la lecture du détecteur thermique 10. Le circuit de lecture se présente ici sous la forme d’un circuit intégré CMOS situé dans un substrat support. Il comporte des portions de lignes conductrices, par exemple métalliques, séparées les unes des autres par un matériau diélectrique, par exemple un matériau minéral à base de silicium tel qu’un oxyde de silicium SiOx, un nitrure de silicium SiNx, ou leurs alliages. Il peut également comporter des éléments électroniques actifs (non représentés), par exemple des diodes, transistors, condensateurs, résistances..., connectés par des interconnexions électriques au détecteur thermique 10 d’une part, et à un plot de connexion (non représenté) d’autre part, ce dernier étant destiné à relier électriquement le système de détection à un dispositif électronique externe.The detection device i comprises a reading substrate 2, produced in this example based on silicon, containing an electronic circuit allowing the control and the reading of the thermal detector 10. The reading circuit is here in the form of '' a CMOS integrated circuit located in a support substrate. It comprises portions of conductive lines, for example metallic, separated from each other by a dielectric material, for example a mineral material based on silicon such as a silicon oxide SiOx, a silicon nitride SiN x , or their alloys . It may also include active electronic elements (not shown), for example diodes, transistors, capacitors, resistors, etc., connected by electrical interconnections to the thermal detector 10 on the one hand, and to a connection pad (not shown ) on the other hand, the latter being intended to electrically connect the detection system to an external electronic device.

[0033] La face supérieure du substrat de lecture 2 peut être revêtue d’une couche de protection (non représentée) notamment lorsque des couches sacrificielles minérales sont utilisées lors de la réalisation de la membrane absorbante n et de la structure d’encapsulation 20, les couches sacrificielles minérales étant ensuite éliminées par attaque chimique en milieu acide. Elle peut recouvrir ou être recouverte par une couche réflectrice 14 disposée sous la membrane absorbante 11. Lorsqu’elle revêt la couche réflectrice 14, elle est réalisée en un matériau au moins partiellement transparent au rayonnement électromagnétique à détecter. La couche de protection présente une fonction d’arrêt de gravure, et est adaptée à assurer une protection du substrat de lecture et des couches diélectriques inter-métal réalisées en un matériau minéral vis-à-vis de l’attaque chimique mise en œuvre pour graver les couches sacrificielles minérales mentionnées précédemment. Cette couche de protection forme ainsi une couche hermétique et chimiquement inerte. Elle est électriquement isolante pour éviter tout court-circuit entre les portions de ligne métallique. Elle peut ainsi être réalisée en alumine AI2O3, voire en oxyde d’hafnium, entre autres. Elle peut présenter une épaisseur comprise entre quelques dizaines etThe upper face of the reading substrate 2 can be coated with a protective layer (not shown), in particular when mineral sacrificial layers are used during the production of the absorbent membrane n and of the encapsulation structure 20, the mineral sacrificial layers then being removed by chemical attack in an acid medium. It can cover or be covered by a reflective layer 14 placed under the absorbent membrane 11. When it covers the reflective layer 14, it is made of a material at least partially transparent to the electromagnetic radiation to be detected. The protective layer has an etching stop function, and is suitable for ensuring protection of the reading substrate and of the inter-metal dielectric layers made of a mineral material with respect to the chemical attack implemented for etch the mineral sacrificial layers mentioned above. This protective layer thus forms a hermetic and chemically inert layer. It is electrically insulating to avoid any short circuit between the metal line portions. It can thus be made of alumina AI2O3, or even of hafnium oxide, among others. It can have a thickness of between a few tens and

DD18770 - ICG090256 quelques centaines de nanomètres, par exemple comprise entre lonm et 5oonm, de préférence comprise entre lonm et 30nm.DD18770 - ICG090256 a few hundred nanometers, for example between lonm and 5oonm, preferably between lonm and 30nm.

[0034] Le détecteur thermique 10 comporte une membrane absorbante h intégrant un transducteur thermométrique 12, par exemple un matériau thermistance tel que du silicium amorphe ou un oxyde de vanadium, thermiquement isolée du substrat de lecture 2. Pour cela, la membrane absorbante h est suspendue au-dessus du substrat de lecture par des piliers d’ancrage 13 et des bras d’isolation thermique (non représentés). Les piliers d’ancrage 13 sont électriquement conducteurs, et traversent localement la couche de protection pour assurer un contact électrique avec le circuit de lecture. La membrane absorbante 11 est espacée du substrat de lecture 2, et en particulier de la couche réflectrice 14, d’une distance non nulle. Cette distance est de préférence ajustée de manière à former une cavité interférentielle quart d’onde optimisant l’absorption du rayonnement électromagnétique à détecter par la membrane suspendue 11. La membrane absorbante 11 est espacée du substrat de lecture 2, et plus précisément du réflecteur 14, d’une distance typiquement comprise entre ipm et 5pm, de préférence 2pm, lorsque le détecteur thermique 10 est conçu pour la détection d’un rayonnement infrarouge compris dans le LWIR.The thermal detector 10 comprises an absorbent membrane h integrating a thermometric transducer 12, for example a thermistor material such as amorphous silicon or a vanadium oxide, thermally isolated from the reading substrate 2. For this, the absorbent membrane h is suspended above the reading substrate by anchoring pillars 13 and thermal insulation arms (not shown). The anchoring pillars 13 are electrically conductive, and locally pass through the protective layer to ensure electrical contact with the reading circuit. The absorbent membrane 11 is spaced from the reading substrate 2, and in particular from the reflective layer 14, by a non-zero distance. This distance is preferably adjusted so as to form a quarter-wave interference cavity optimizing the absorption of the electromagnetic radiation to be detected by the suspended membrane 11. The absorbent membrane 11 is spaced from the reading substrate 2, and more precisely from the reflector 14 , a distance typically between ipm and 5pm, preferably 2pm, when the thermal detector 10 is designed for the detection of infrared radiation included in the LWIR.

[0035] Le dispositif de détection 1 comporte une structure d’encapsulation 20, ou capsule, qui définit, avec le substrat de lecture 2, une cavité hermétique 3 à l’intérieur de laquelle se trouve le détecteur thermique 10.The detection device 1 comprises an encapsulation structure 20, or capsule, which defines, with the reading substrate 2, a hermetic cavity 3 inside which the thermal detector 10 is located.

[0036] La structure d’encapsulation 20 comporte une couche mince d’encapsulation 21 formée d’une paroi supérieure 21.1 sensiblement plane qui s’étend au-dessus du détecteur thermique 10, à une distance non nulle de la membrane suspendue, par exemple comprise entre 0,5pm et 5pm, de préférence comprise entre 0,5pm et 3,5pm, de préférence égale à 1,5pm. Elle comporte en outre, dans cet exemple, une paroi latérale 21.2, éventuellement périphérique de manière à entourer le détecteur thermique 10 dans le plan (X,Y), qui s’étend continûment à partir de la paroi supérieure 21.1 et vient reposer localement sur le substrat de lecture 2. La couche mince d’encapsulation 21 s’étend donc dans cet exemple de manière continue audessus et autour du détecteur thermique 10 de manière à définir la cavité 3 avec le substrat de lecture 2. A titre d’exemple, la couche d’encapsulation 21 peut être réalisée en silicium amorphe et présenter une épaisseur comprise entre quelques centaines de nanomètres et quelques microns, par exemple égale à o,8pm environ.The encapsulation structure 20 comprises a thin encapsulation layer 21 formed by a substantially planar upper wall 21.1 which extends above the thermal detector 10, at a non-zero distance from the suspended membrane, for example between 0.5pm and 5pm, preferably between 0.5pm and 3.5pm, preferably equal to 1.5pm. It further comprises, in this example, a side wall 21.2, possibly peripheral so as to surround the thermal detector 10 in the plane (X, Y), which extends continuously from the upper wall 21.1 and comes to rest locally on the reading substrate 2. The thin encapsulation layer 21 therefore extends in this example continuously above and around the thermal detector 10 so as to define the cavity 3 with the reading substrate 2. By way of example, the encapsulation layer 21 can be made of amorphous silicon and have a thickness of between a few hundred nanometers and a few microns, for example equal to about 0.8 μm.

DD18770 - ICG090256 [0037] La couche d’encapsulation 21 peut être revêtue d’une couche mince d’arrêt de gravure 23. Cette couche est avantageuse lorsque le matériau d’encapsulation est identique à celui de la couche de scellement 24. Elle peut cependant être omise lorsque les matériaux d’encapsulation et de scellement sont différents. Cette couche d’arrêt de gravure 23 peut s’étendre continûment sur la couche d’encapsulation 21, hormis au niveau de l’évent de libération 22, et être recouverte par la couche antireflet 25 et par la couche de scellement 24. Cette couche d’arrêt de gravure 23 est alors transparente au rayonnement électromagnétique. En variante, elle peut s’étendre essentiellement entre deux portions focalisatrices 30 adjacentes et non pas en regard des membranes absorbantes, et ainsi être recouverte principalement par la couche antireflet 25. Cette couche d’arrêt de gravure 23 peut présenter une épaisseur comprise entre tonm et toonm, par exemple égale à 2onm environ. Elle peut être réalisée en un oxyde ou nitrure de silicium dans le cas où les couches sacrificielles décrites plus loin sont de nature organique, ou en AIN, AI2O3, Hf02, entre autres, dans le cas où les couches sacrificielles sont minérales (par ex. en S1O2).DD18770 - ICG090256 The encapsulation layer 21 can be coated with a thin etching stop layer 23. This layer is advantageous when the encapsulation material is identical to that of the sealing layer 24. It can however, be omitted when the encapsulation and sealing materials are different. This etching stop layer 23 can extend continuously over the encapsulation layer 21, except at the level of the release vent 22, and be covered by the anti-reflective layer 25 and by the sealing layer 24. This layer etching stop 23 is then transparent to electromagnetic radiation. As a variant, it may extend essentially between two focusing portions 30 adjacent and not opposite the absorbent membranes, and thus be covered mainly by the anti-reflective layer 25. This etching stop layer 23 may have a thickness of between tonm and toonm, for example equal to about 2onm. It can be made of a silicon oxide or nitride in the case where the sacrificial layers described below are of an organic nature, or in AIN, AI2O3, Hf0 2 , among others, in the case where the sacrificial layers are mineral (for example in S1O2).

[0038] La couche mince d’encapsulation 21 comportant au moins un orifice traversant formant un évent de libération 22, la structure d’encapsulation 20 comporte au moins une couche de scellement 24, recouvrant au moins partiellement la couche mince d’encapsulation 21 de manière à obturer l’évent de libération 22, assurant ainsi l’herméticité de la cavité 3. La couche de scellement 24 est réalisée en au moins un matériau transparent au rayonnement électromagnétique à détecter. A titre d’exemple, la couche de scellement 24 peut être réalisée en germanium ou en silicium amorphe, voire en alliage de silicium et de germanium. Le matériau de scellement peut être identique au matériau d’encapsulation, mais il est de préférence distinct de ce dernier. Ainsi, la couche d’encapsulation 21 est de préférence, réalisée en silicium amorphe et la couche de scellement 24 en germanium. Le matériau de scellement présente de préférence un indice optique élevé à la longueur d’onde centrale de la bande spectrale de détection, par exemple un indice optique de 4 à la longueur d’onde de 10 pm, comme c’est le cas du germanium. Par indice optique, on entend ici l’indice de réfraction du matériau. Comme détaillé plus loin, elle présente une épaisseur locale qui varie dans le plan XY entre une valeur haute et une valeur basse, de préférence nulle. La valeur haute peut être comprise entre quelques centaines de nanomètres et quelques microns. Elle est avantageusement supérieure ou égale à 0,4pm, dans la mesure où la portionThe thin encapsulation layer 21 comprising at least one through orifice forming a release vent 22, the encapsulation structure 20 comprises at least one sealing layer 24, at least partially covering the thin encapsulation layer 21 of so as to close the release vent 22, thus ensuring the hermeticity of the cavity 3. The sealing layer 24 is made of at least one material transparent to the electromagnetic radiation to be detected. By way of example, the sealing layer 24 can be made of germanium or amorphous silicon, or even of an alloy of silicon and germanium. The sealing material may be identical to the encapsulation material, but it is preferably distinct from the latter. Thus, the encapsulation layer 21 is preferably made of amorphous silicon and the sealing layer 24 of germanium. The sealing material preferably has a high optical index at the central wavelength of the detection spectral band, for example an optical index of 4 at the wavelength of 10 μm, as is the case for germanium. . By optical index is meant here the refractive index of the material. As detailed below, it has a local thickness which varies in the XY plane between a high value and a low value, preferably zero. The high value can be between a few hundred nanometers and a few microns. It is advantageously greater than or equal to 0.4 pm, insofar as the portion

DD18770 - ICG090256 focalisatrice présente alors un effet optique de convergence du rayonnement incident, et permet d’obturer l’évent de libération. Elle peut être supérieure ou égale à i,ipm, et de préférence est égale à i,6pm. Elle peut être inférieure ou égale à 3pm. Elle peut ainsi être comprise entre o,4pm et 3pm.DD18770 - ICG090256 focusing device then has an optical effect of convergence of the incident radiation, and allows to close the release vent. It can be greater than or equal to i, ipm, and preferably is equal to i, 6pm. It can be less than or equal to 3pm. It can thus be between o, 4pm and 3pm.

[0039] La couche de scellement 24 peut être recouverte par une couche antireflet 25, par exemple une couche réalisée en ZnS. La couche antireflet 25 peut ainsi présenter une épaisseur comprise entre quelques centaines de nanomètres et quelques microns, par exemple égale à i,2pm environ dans le cadre de la détection du rayonnement LWIR. La couche antireflet 25 peut présenter une épaisseur sensiblement constante, et recouvrir continûment la couche d’encapsulation 21 définissant les différentes cavités hermétiques 3 des détecteurs thermiques 10.The sealing layer 24 may be covered by an antireflection layer 25, for example a layer made of ZnS. The antireflection layer 25 can thus have a thickness of between a few hundred nanometers and a few microns, for example equal to approximately 1.2 μm in the context of the detection of LWIR radiation. The anti-reflective layer 25 may have a substantially constant thickness, and continuously cover the encapsulation layer 21 defining the various hermetic cavities 3 of the thermal detectors 10.

[0040] La couche de scellement 24 comporte une portion focalisatrice 30 ayant une fonction optique de focalisation du rayonnement électromagnétique incident en direction de la membrane absorbante 11. La portion focalisatrice 30 forme une lentille réfractive convergente par sa structuration telle que son épaisseur locale diminue latéralement, ici dans un plan parallèle au plan du substrat, à partir d’un axe optique Δ. Elle se distingue ainsi des réseaux à structuration sub-longueur d’onde comme dans l’exemple de l’art antérieur mentionné précédemment.The sealing layer 24 includes a focusing portion 30 having an optical function of focusing the incident electromagnetic radiation in the direction of the absorbent membrane 11. The focusing portion 30 forms a convergent refractive lens by its structure such that its local thickness decreases laterally , here in a plane parallel to the plane of the substrate, from an optical axis Δ. It is thus distinguished from subwavelength structured networks as in the example of the prior art mentioned above.

[0041] La portion focalisatrice 30 est positionnée en regard de la membrane absorbante 11. De préférence, elle présente un axe optique Δ sensiblement parallèle à l’axe Z, et positionné de préférence sensiblement au centre de la membrane absorbante 11. L’axe optique Δ peut être décalé vis-à-vis du centre de la membrane, et/ou peut être orienté de manière inclinée vis-à-vis de l’axe Z, notamment pour les pixels sensibles situés en bord de la matrice et pour un dispositif de détection 1 à grand champ de vue. De préférence, elle présente une étendue surfacique dans le plan XY au moins égale à celle de la membrane absorbante 11. Son étendue surfacique peut être comprise entre celle de la membrane absorbante 11 et celle du pixel sensible Px.The focusing portion 30 is positioned opposite the absorbent membrane 11. Preferably, it has an optical axis Δ substantially parallel to the axis Z, and preferably positioned substantially at the center of the absorbent membrane 11. The axis Δ optic can be offset from the center of the membrane, and / or can be tilted towards the Z axis, especially for sensitive pixels located at the edge of the matrix and for a detection device 1 with large field of view. Preferably, it has a surface area in the XY plane at least equal to that of the absorbent membrane 11. Its surface area can be between that of the absorbent membrane 11 and that of the sensitive pixel Px.

[0042] La portion focalisatrice 30 forme ainsi une structuration locale de la couche de scellement 24, dans le sens où elle présente une diminution latérale de son épaisseur locale, c’est-à-dire de sa dimension suivant l’axe Z, à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique Δ. Autrement dit, l’épaisseur locale diminue à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique Δ dans le plan XY, entre une valeur haute au niveauThe focusing portion 30 thus forms a local structuring of the sealing layer 24, in the sense that it has a lateral decrease in its local thickness, that is to say in its dimension along the axis Z, to measure as one moves away from the optical axis Δ. In other words, the local thickness decreases as one moves away from the optical axis Δ in the XY plane, between a high value at the level

DD18770 - ICG090256 de l’axe optique Δ et une valeur basse, de préférence nulle. La portion focalisatrice 30 présente une continuité de matière. L’épaisseur locale diminue continûment entre une valeur haute à son sommet 33 (au niveau de l’axe optique Δ) et une valeur basse, de préférence nulle, à son extrémité périphérique 34. L’axe optique Δ peut également former un axe de symétrie de la portion focalisatrice 30. Il peut s’agir d’un axe de révolution lorsque la portion focalisatrice 30 présente une forme de dôme ou de calotte, d’un axe de symétrie de rotation d’ordre n lorsque la portion focalisatrice 30 présente une forme de polyèdre. Par symétrie de rotation d’ordre n, on entend une symétrie autour de l’axe optique Δ d’un angle égal à 36o°/n. Ainsi, dans le cas où la portion focalisatrice 30 présente une forme pyramidale, la symétrie de rotation est d’ordre 2 lorsque sa base 31 de la pyramide est rectangulaire, d’ordre 3 lorsqu’elle est triangulaire, et d’ordre 4 lorsqu’elle est carrée.DD18770 - ICG090256 of the optical axis Δ and a low value, preferably zero. The focusing portion 30 has a continuity of material. The local thickness decreases continuously between a high value at its apex 33 (at the level of the optical axis Δ) and a low value, preferably zero, at its peripheral end 34. The optical axis Δ can also form an axis of symmetry of the focusing portion 30. It may be an axis of revolution when the focusing portion 30 has a dome or cap shape, an axis of rotation symmetry of order n when the focusing portion 30 has a form of polyhedron. By rotation symmetry of order n is meant symmetry about the optical axis Δ by an angle equal to 36 ° / n. Thus, in the case where the focusing portion 30 has a pyramidal shape, the rotation symmetry is of order 2 when its base 31 of the pyramid is rectangular, of order 3 when it is triangular, and of order 4 when 'it is square.

[0043] Elle comporte une base 31 qui repose sur la paroi supérieure 21.1 de la couche d’encapsulation 21 (ici via la couche d’arrêt 23) et obture avantageusement l’évent de libération 22, et une surface supérieure 32 qui s’étend suivant l’axe Z et définit l’épaisseur locale. La surface supérieure 32 présente un sommet 33 formé par une extrémité pointue ou un plateau. Au sommet 33, l’épaisseur locale de la portion focalisatrice 30 est maximale, et peut être comprise entre quelques centaines de nanomètres et quelques microns, par exemple comprise entre 0,4pm et 3pm environ, de préférence de l’ordre de i,6pm. La zone de la surface supérieure 32 reliant l’extrémité périphérique 34 de la base 31 au sommet 33 peut être formée d’une surface courbe dans le cas d’une portion focalisatrice 30 de forme conique de révolution, ou de plusieurs surfaces planes dans le cas d’une portion focalisatrice 30 de forme conique pyramidale. La surface supérieure 32 peut former, vis-à-vis de la base 31, un angle d’inclinaison a défini à partir de l’extrémité périphérique 34. De préférence, l’angle d’inclinaison a est compris entre 20° et 30°, permettant ainsi d’optimiser le taux d’absorption du rayonnement électromagnétique à détecter par la membrane absorbante 11.It comprises a base 31 which rests on the upper wall 21.1 of the encapsulation layer 21 (here via the stop layer 23) and advantageously closes the release vent 22, and an upper surface 32 which s extends along the Z axis and defines the local thickness. The upper surface 32 has a top 33 formed by a pointed end or a plate. At the top 33, the local thickness of the focusing portion 30 is maximum, and can be between a few hundred nanometers and a few microns, for example between 0.4pm and 3pm approximately, preferably of the order of 1.6pm. . The area of the upper surface 32 connecting the peripheral end 34 of the base 31 to the top 33 can be formed by a curved surface in the case of a focusing portion 30 of conical shape of revolution, or by several planar surfaces in the case of a focusing portion 30 of pyramidal conical shape. The upper surface 32 can form, with respect to the base 31, an angle of inclination a defined from the peripheral end 34. Preferably, the angle of inclination a is between 20 ° and 30 °, thus making it possible to optimize the absorption rate of the electromagnetic radiation to be detected by the absorbent membrane 11.

[0044] D’une manière générale, la portion focalisatrice 30 peut présenter une forme ellipsoïdale et/ou une forme de polyèdre. Elle peut ainsi présenter une forme de calotte ellipsoïdale à base 31 circulaire (calotte sphérique) ou ovale, éventuellement tronquée. Elle peut présenter une forme de cône de révolution ou un cône pyramidal, éventuellement tronqué. Ainsi, la surface supérieure 32 peut être courbeIn general, the focusing portion 30 can have an ellipsoidal shape and / or a polyhedron shape. It can thus have an ellipsoidal cap shape with a circular base 31 (spherical cap) or oval, possibly truncated. It may have the shape of a cone of revolution or a pyramidal cone, possibly truncated. Thus, the upper surface 32 can be curved

DD18770 - ICG090256 dans un plan passant par l’axe Z (calotte), être courbe dans un plan XY (cône de révolution) ou présenter plusieurs côtés plans (cône pyramidal). Le sommet 33 est dit tronqué lorsqu’il est formé par un plateau et non par une extrémité pointue ou sphérique.DD18770 - ICG090256 in a plane passing through the Z axis (cap), being curved in an XY plane (cone of revolution) or having several planar sides (pyramid cone). The vertex 33 is said to be truncated when it is formed by a plate and not by a pointed or spherical end.

[0045] La fig.2 illustre un exemple de couche de scellement 24 dont la portion focalisatrice 30 présente une forme de cône tronqué. La base 31 de la portion focalisatrice 30 repose sur la couche d’encapsulation 21 et obture ici l’évent de libération 22. A ce titre, il est avantageux que l’évent de libération 22 soit situé au droit, c’est-à-dire en regard du sommet 33 de la portion focalisatrice 30 suivant l’axe Z, dans la mesure où l’épaisseur locale de celle-ci y est maximale, ce qui réduit les risques de défaut d’obturation de l’évent de libération 22. La surface supérieure 32 s’étend de manière sensiblement conique autour de l’axe optique Δ, aux incertitudes technologiques près. Notons à cet égard que les géométries représentées ici sont schématiques : une surface peut ainsi présenter dans la réalité une variation locale de forme liée aux incertitudes technologiques. De même, une arête ne présente généralement un angle marqué mais plutôt une forme légèrement arrondie.Fig.2 illustrates an example of a sealing layer 24 whose focusing portion 30 has the shape of a truncated cone. The base 31 of the focusing portion 30 rests on the encapsulation layer 21 and closes here the release vent 22. As such, it is advantageous that the release vent 22 is located at right, that is to say -to say opposite the apex 33 of the focusing portion 30 along the axis Z, insofar as the local thickness of the latter is maximum there, which reduces the risks of failure to shut off the release vent 22. The upper surface 32 extends in a substantially conical manner around the optical axis Δ, apart from the technological uncertainties. Note in this respect that the geometries represented here are schematic: a surface can thus present in reality a local variation of shape linked to technological uncertainties. Likewise, an edge does not generally have a marked angle but rather a slightly rounded shape.

[0046] Par ailleurs, la portion focalisatrice 30 présente ici une étendue surfacique, dans le plan XY, sensiblement égale, voire légèrement inférieure à la surface p2 des pixels sensibles (p étant le pas des pixels sensibles), de sorte qu’elle est distincte de la portion focalisatrice 30 du pixel sensible voisin, comme il sera détaillé plus loin en référence à la fig.5. Ainsi, la couche de scellement 24 peut être formée de plusieurs portions focalisatrices 30 distinctes les unes des autres. En variante (non représentée), les portions focalisatrices 30 peuvent être reliées les unes aux autres par une couche mince de liaison, qui s’étend entre les pixels sensibles, et présentent de préférence une épaisseur locale sensiblement constante. Enfin, la couche antireflet 25 revêt ici continûment la portion focalisatrice 30 de la couche de scellement 24. Elle peut revêtir continûment les différentes portions focalisatrices 30 de la couche de scellement 24, ou être formée de plusieurs portions antireflet distinctes les unes des autres, à raison d’une portion antireflet par pixel sensible.Furthermore, the focusing portion 30 here has a surface area, in the XY plane, substantially equal, or even slightly less than the area p 2 of the sensitive pixels (p being the pitch of the sensitive pixels), so that it is distinct from the focusing portion 30 of the neighboring sensitive pixel, as will be detailed below with reference to FIG. 5. Thus, the sealing layer 24 can be formed of several focusing portions 30 distinct from each other. Alternatively (not shown), the focusing portions 30 can be connected to each other by a thin connecting layer, which extends between the sensitive pixels, and preferably have a substantially constant local thickness. Finally, the anti-reflective layer 25 here continuously coats the focusing portion 30 of the sealing layer 24. It can continuously coat the different focusing portions 30 of the sealing layer 24, or be formed of several anti-reflective portions distinct from each other, with due to one anti-reflective portion per sensitive pixel.

[0047] Les figures 3A à 3C sont des vues de dessus, schématiques et partielles, de différents exemples de pixels sensibles Px comportant chacun une portion focalisatrice 30. Dans ces exemples, les pixels sensibles Px sont répartis en matrice au pas p. Les portions focalisatrices 30 présentent ici une étendue surfaciqueFigures 3A to 3C are top views, schematic and partial, of different examples of sensitive pixels Px each comprising a focusing portion 30. In these examples, the sensitive pixels Px are distributed in a matrix at p pitch. The focusing portions 30 here have a surface area

DD18770 - ICG090256 inférieure à celle p2 des pixels sensibles notés Px, de sorte qu’elles sont distinctes les unes des autres. La fig.3A illustre des portions focalisatrices 30 pyramidales tronquées à base 31 carrée. La fig.3B illustre des portions focalisatrices 30 coniques de révolution à base 31 circulaire. Et la fig.3C illustre des portions focalisatrices 30 à forme de calotte sphérique. Ces formes géométriques sont données ici à titre illustratif, et d’autres formes sont possibles.DD18770 - ICG090256 lower than that p 2 of the sensitive pixels denoted Px, so that they are distinct from each other. Fig.3A illustrates focusing portions 30 truncated pyramids with a square base 31. Fig.3B illustrates focusing portions 30 conical revolution with circular base 31. And fig.3C illustrates focusing portions 30 in the form of a spherical cap. These geometric shapes are given here for illustrative purposes, and other shapes are possible.

[0048] A ce titre, la figure 4 est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un autre exemple de portion focalisatrice 30, par exemple réalisée par lithographie en niveaux de gris. La figure est bien entendu schématique : les marches sont ici représentées à angles droits, alors que, dans les faits, elles sont plutôt localement arrondies. Par souci de clarté, la partie obturant l’évent de libération 22 n’est pas représentée. La portion focalisatrice 30 présente une forme de cône de révolution ou de cône pyramidal, dont la surface supérieure est formée d’une pluralité de marches d’escalier 35. Les marches 35 peuvent ainsi être circulaires (cône de révolution) ou polygonales (cône pyramidal). La hauteur de chaque marche, suivant l’axe Z, est très inférieure à la longueur d’onde centrale de la bande spectrale de détection. A titre d’exemple, elle peut être comprise entre 2onm et loonm environ, ce qui est très inférieur à la longueur d’onde centrale Àc de iopm dans le cas de la bande spectrale de détection LWIR. Ainsi, la variation latérale d’épaisseur locale de la portion focalisatrice 30 est optiquement continue vis-à-vis du rayonnement électromagnétique à détecter.As such, Figure 4 is a sectional view, schematic and partial, of another example of focusing portion 30, for example produced by lithography in gray levels. The figure is of course schematic: the steps are here represented at right angles, whereas, in fact, they are rather locally rounded. For the sake of clarity, the part closing off the release vent 22 is not shown. The focusing portion 30 has a shape of a cone of revolution or a pyramid cone, the upper surface of which is formed by a plurality of stair treads 35. The treads 35 can thus be circular (cone of revolution) or polygonal (pyramid cone) ). The height of each step, along the Z axis, is much less than the central wavelength of the detection spectral band. By way of example, it can be between 2 μm and approximately loonm, which is much less than the central wavelength λ c of iopm in the case of the spectral band of detection LWIR. Thus, the lateral variation in local thickness of the focusing portion 30 is optically continuous with respect to the electromagnetic radiation to be detected.

[0049] Par ailleurs, les inventeurs ont constaté que le taux d’absorption du rayonnement électromagnétique à détecter dépend d’un rayon de courbure moyen associé à la portion focalisatrice 30. Le rayon de courbure moyen peut être défini comme étant le rayon d’une calotte sphérique minimisant la distance locale avec la surface supérieure 32, comme l’illustre la fig.4. Ainsi, à titre illustratif, on considère une membrane absorbante 11 d’une surface 6pmx6pm, positionnée à 2pm du réflecteur 14, et distante de 1,5 pm de la paroi supérieure 21.1 d’encapsulation. Cette dernière est réalisée en silicium amorphe d’une épaisseur de o,8pm, la portion focalisatrice 30 est de type calotte sphérique à étendue surfacique I2pmxi2pm et réalisée en germanium, et la couche antireflet 25 est du ZnS d’une épaisseur de i,2pm. En l’absence de la portion focalisatrice 30 de la couche de scellement 24, le taux d’absorption est de l’ordre de 18%. Or, les inventeurs ont constaté qu’ilFurthermore, the inventors have found that the absorption rate of the electromagnetic radiation to be detected depends on an average radius of curvature associated with the focusing portion 30. The average radius of curvature can be defined as the radius of a spherical cap minimizing the local distance from the upper surface 32, as illustrated in FIG. 4. Thus, by way of illustration, we consider an absorbent membrane 11 with a 6pm × 6pm surface, positioned 2pm from the reflector 14, and 1.5 pm from the upper wall 21.1 of encapsulation. The latter is made of amorphous silicon with a thickness of 0.8pm, the focusing portion 30 is of the spherical cap type with surface area I2pmxi2pm and made of germanium, and the antireflection layer 25 is ZnS with a thickness of 1.2pm . In the absence of the focusing portion 30 of the sealing layer 24, the absorption rate is around 18%. However, the inventors have found that it

DD18770 - ICG090256 augmente avec le rayon de courbure. Il est supérieur à la valeur de référence à partir d’un rayon de courbure de 8pm environ, et atteint 35,5% lorsque le rayon de courbure est égal à i2pm environ. Cela correspond à une épaisseur locale maximale de germanium égale à i,6pm environ, ce qui permet en outre d’assurer une obturation efficace de l’évent de libération 22. Ainsi, le rayon de courbure moyen r est avantageusement compris entre 8pm et i6pm dans le cas d’un pas des pixels sensibles de l’ordre de i2pm environ. D’une manière générale, un ratio r/p entre le rayon de courbure moyen r et le pas p des pixels sensibles est de préférence supérieur ou égal à 0,5, et de préférence compris entre 0,5 et 1,5.DD18770 - ICG090256 increases with the radius of curvature. It is greater than the reference value from a radius of curvature of approximately 8pm, and reaches 35.5% when the radius of curvature is equal to approximately i2pm. This corresponds to a maximum local thickness of germanium equal to approximately i, 6 μm, which also makes it possible to ensure effective sealing of the release vent 22. Thus, the mean radius of curvature r is advantageously between 8 μm and i 6 μm in the case of a sensitive pixel pitch of the order of approximately i2pm. In general, a ratio r / p between the mean radius of curvature r and the pitch p of the sensitive pixels is preferably greater than or equal to 0.5, and preferably between 0.5 and 1.5.

[0050] La figure 5 est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un exemple de dispositif de détection 1 qui diffère essentiellement de celui illustré sur la fig.2 en ce que la structure d’encapsulation 20 définit une même cavité hermétique 3 dans laquelle sont situés plusieurs détecteurs thermiques 10. Un exemple d’une telle configuration est décrit notamment dans le document EP3067674.Figure 5 is a sectional view, schematic and partial, of an example of detection device 1 which differs essentially from that illustrated in fig.2 in that the encapsulation structure 20 defines the same hermetic cavity 3 in which are located several thermal detectors 10. An example of such a configuration is described in particular in document EP3067674.

[0051] Dans cet exemple, la couche de scellement 24 est formée de plusieurs portions focalisatrices 30 distinctes les unes des autres, c’est-à-dire disjointes. En variante (non représentée), comme mentionné précédemment, les portions focalisatrices 30 peuvent être jointes, c’est-à-dire être physiquement reliées deux à deux par une zone de liaison réalisée en le même matériau de scellement. L’épaisseur locale de la couche de scellement 24 est alors maximale au niveau des sommets 33 des portions focalisatrices 30 et minimale au niveau des zones de liaison. Une même couche antireflet 25 revêt ici de manière continue les différentes portions focalisatrices 30.In this example, the sealing layer 24 is formed of several focusing portions 30 distinct from each other, that is to say disjoint. As a variant (not shown), as mentioned above, the focusing portions 30 can be joined, that is to say be physically connected two by two by a connection zone made of the same sealing material. The local thickness of the sealing layer 24 is then maximum at the vertices 33 of the focusing portions 30 and minimum at the level of the connection zones. The same anti-reflective layer 25 here continuously coats the different focusing portions 30.

[0052] Les inventeurs ont constaté que le fait que les portions focalisatrices 30 soient distinctes est avantageux pour la tenue mécanique de la structure d’encapsulation 20, notamment lorsque le matériau de scellement est différent de celui d’encapsulation, et notamment lorsque la structure d’encapsulation 20 présente une configuration à plusieurs détecteurs dans une même cavité. En effet, lors du procédé de fabrication, la structure d’encapsulation 20 peut être soumise à une ou plusieurs montées en température. Or, elle peut alors subir des contraintes mécaniques susceptibles de fragiliser sa tenue mécanique du fait de la différence de coefficients de dilatation thermique entre les matériaux de scellement et d’encapsulation. Les inventeurs ont ainsi constaté que, lorsque les portions focalisatrices 30 sontThe inventors have found that the fact that the focusing portions 30 are distinct is advantageous for the mechanical strength of the encapsulation structure 20, in particular when the sealing material is different from that of encapsulation, and in particular when the structure Encapsulation 20 has a configuration with several detectors in the same cavity. Indeed, during the manufacturing process, the encapsulation structure 20 can be subjected to one or more temperature increases. However, it can then undergo mechanical stresses liable to weaken its mechanical strength due to the difference in thermal expansion coefficients between the sealing and encapsulation materials. The inventors have thus found that, when the focusing portions 30 are

DD18770 - ICG090256 distinctes, la tenue mécanique de la structure d’encapsulation 20 est améliorée, et donc l’herméticité de la cavité 3 est préservée.DD18770 - ICG090256 distinct, the mechanical strength of the encapsulation structure 20 is improved, and therefore the hermeticity of the cavity 3 is preserved.

[0053] Par ailleurs, il est avantageux que la couche de scellement 24 soit réalisée en un matériau à base de germanium, par exemple en germanium dont l’indice optique est de 4 à la longueur d’onde de 10 pm environ. En effet, la portion focalisatrice 30 forme une lentille réfractive convergente dont la distance focale est diminuée par rapport à celle de l’exemple de l’art antérieur mentionné précédemment. Ainsi, la partie supérieure 21.1 de la couche d’encapsulation 21 peut être placée à une distance faible vis-à-vis de la membrane absorbante 11, par exemple une distance comprise entre quelques centaines de nanomètres et quelques microns, par exemple comprise entre 0,5pm et 5pm, de préférence comprise entre 0,5pm et 2pm, par exemple égale à 1,5 pm environ. Ainsi, la distance totale séparant la partie supérieure 21.1 de la couche d’encapsulation 21 vis-à-vis du substrat de lecture 2 est réduite, ce qui améliore la tenue mécanique de la structure d’encapsulation 20 d’une part, et réduit le temps nécessaire à l’évacuation de couches sacrificielles au travers de l’évent de libération 22 d’autre part. La couche de scellement 24 peut également être réalisée en le même matériau que la couche d’encapsulation 21, par exemple en silicium amorphe. Dans ce cas, la valeur haute de l’épaisseur locale de la portion focalisatrice 30 est de préférence de l’ordre de 9pm.Furthermore, it is advantageous that the sealing layer 24 is made of a germanium-based material, for example germanium, the optical index of which is 4 at the wavelength of approximately 10 μm. Indeed, the focusing portion 30 forms a convergent refractive lens whose focal distance is reduced compared to that of the example of the prior art mentioned above. Thus, the upper part 21.1 of the encapsulation layer 21 can be placed at a small distance from the absorbent membrane 11, for example a distance between a few hundred nanometers and a few microns, for example between 0 , 5pm and 5pm, preferably between 0.5pm and 2pm, for example equal to approximately 1.5 pm. Thus, the total distance separating the upper part 21.1 of the encapsulation layer 21 from the reading substrate 2 is reduced, which improves the mechanical strength of the encapsulation structure 20 on the one hand, and reduces the time required for the evacuation of sacrificial layers through the release vent 22 on the other hand. The sealing layer 24 can also be made of the same material as the encapsulation layer 21, for example in amorphous silicon. In this case, the high value of the local thickness of the focusing portion 30 is preferably of the order of 9 pm.

[0054] Ainsi, le dispositif de détection 1 comporte une couche de scellement 24 qui présente une fonction mécanique d’obturation de l’évent de libération 22 et une fonction optique de focalisation du rayonnement électromagnétique à détection en direction de la membrane absorbante 11. A la différence de l’exemple de l’art antérieur décrit précédemment, la portion focalisatrice 30 de la couche de scellement 24 forme une lentille convergente réfractive par sa structuration dans laquelle elle présente une épaisseur locale qui diminue latéralement à mesure que l’on s’éloigne son axe optique, ce qui permet de diminuer la complexité du procédé de fabrication. En effet, elle n’est donc pas formée d’une pluralité de motifs de dimensions sub-longueur d’onde dont la réalisation peut rendre particulièrement complexe le procédé de fabrication. De plus, les risques de rupture d’herméticité de la cavité 3 sont réduits dans la mesure où la portion focalisatrice 30 ne comporte pas de motifs susceptibles d’être traversants comme dans l’exemple de l’art antérieur. De plus, le taux d’absorption de la membrane absorbante 11 peut être amélioréThus, the detection device 1 comprises a sealing layer 24 which has a mechanical function for closing the release vent 22 and an optical function for focusing the electromagnetic radiation for detection in the direction of the absorbent membrane 11. Unlike the example of the prior art described above, the focusing portion 30 of the sealing layer 24 forms a convergent refractive lens by its structure in which it has a local thickness which decreases laterally as one s moves its optical axis away, which reduces the complexity of the manufacturing process. Indeed, it is therefore not formed from a plurality of patterns of sub-wavelength dimensions, the production of which can make the manufacturing process particularly complex. In addition, the risks of rupture of hermeticity of the cavity 3 are reduced insofar as the focusing portion 30 does not include patterns which are likely to pass through as in the example of the prior art. In addition, the absorption rate of the absorbent membrane 11 can be improved

DD18770 - ICG090256 lorsque la portion focalisatrice 30 présente un rayon de courbure moyen satisfaisant. Enfin, la distance entre la membrane absorbante et la couche d’encapsulation est réduite, notamment par rapport à l’exemple de l’art antérieur mentionné précédemment, ce qui permet d’améliorer la tenue mécanique de la structure d’encapsulation.DD18770 - ICG090256 when the focusing portion 30 has a satisfactory mean radius of curvature. Finally, the distance between the absorbent membrane and the encapsulation layer is reduced, in particular compared to the example of the prior art mentioned above, which makes it possible to improve the mechanical strength of the encapsulation structure.

[0055] Les figures 6A à 6G illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication du dispositif de détection 1 représenté sur la fig.2.FIGS. 6A to 6G illustrate different stages of a method of manufacturing the detection device 1 shown in FIG. 2.

[0056] En référence à la fig.6A, on réalise, sur un substrat fonctionnalisé 2 contenant un circuit de lecture (non représenté), une matrice de détecteurs thermiques 10, connectés chacun au circuit de lecture CMOS. Les détecteurs thermiques 10 sont ici des microbolomètres comportant chacun une membrane 11 apte à absorber le rayonnement électromagnétique à détecter, suspendue au-dessus du substrat de lecture 2 et isolée thermiquement de celui-ci par des piliers d’ancrage 13 et des bras de maintien et d’isolation thermique (non représentés). L’obtention de membranes absorbantes 11 est classiquement obtenue par des techniques de micro-usinage de surface consistant à réaliser les membranes absorbantes 11 sur une première couche sacrificielle 41 qui est éliminée en fin de procédé. Chaque membrane absorbante 11 comporte en outre un transducteur thermométrique 12, par exemple un matériau thermistance relié au circuit de lecture CMOS par des connexions électriques prévues dans les piliers d’ancrage 13. Par ailleurs, une couche réflectrice 14 repose sur la surface supérieure du substrat de lecture 2, située en regard de la membrane absorbante 11. Des portions d’accroche (non représentées) peuvent également reposer sur la surface supérieure du substrat de lecture 2, par exemple des portions d’accroche sur lesquelles la paroi latérale 21.2 de la couche mince d’encapsulation 21 est destinée à reposer, et des portions d’accroche sur lesquels reposent les piliers d’ancrage 13.Referring to Fig.6A, there is provided on a functionalized substrate 2 containing a read circuit (not shown), a matrix of thermal detectors 10, each connected to the CMOS read circuit. The thermal detectors 10 are here microbolometers each comprising a membrane 11 capable of absorbing the electromagnetic radiation to be detected, suspended above the reading substrate 2 and thermally insulated therefrom by anchoring pillars 13 and holding arms and thermal insulation (not shown). Obtaining absorbent membranes 11 is conventionally obtained by surface micromachining techniques consisting in producing the absorbent membranes 11 on a first sacrificial layer 41 which is eliminated at the end of the process. Each absorbent membrane 11 further comprises a thermometric transducer 12, for example a thermistor material connected to the CMOS reading circuit by electrical connections provided in the anchoring pillars 13. Furthermore, a reflective layer 14 rests on the upper surface of the substrate reading 2, located opposite the absorbent membrane 11. Attachment portions (not shown) may also rest on the upper surface of the reading substrate 2, for example attachment portions on which the side wall 21.2 of the thin encapsulation layer 21 is intended to rest, and grip portions on which the anchoring pillars 13 rest.

[0057] En référence à la fig.6B, on réalise la couche mince d’encapsulation 21 de la structure d’encapsulation 20. Pour cela, on dépose une deuxième couche sacrificielle 42, préférentiellement de même nature que la première couche sacrificielle 41, par exemple en polyimide ou en un oxyde de silicium. La couche sacrificielle 42 recouvre la couche sacrificielle 41 ainsi que la membrane absorbante 11 et les piliers d’ancrageReferring to FIG. 6B, the thin encapsulation layer 21 of the encapsulation structure 20 is produced. For this, a second sacrificial layer 42 is deposited, preferably of the same nature as the first sacrificial layer 41, for example in polyimide or in a silicon oxide. The sacrificial layer 42 covers the sacrificial layer 41 as well as the absorbent membrane 11 and the anchoring pillars

13. Par des techniques classiques de photolithographie, on grave ensuite localement13. Using conventional photolithography techniques, we then locally engrave

DD18770 - ICG090256 les couches sacrificielles 41, 42 jusqu’à la surface du substrat de lecture 2 (ou jusqu’aux portions d’accroche mentionnées précédemment). Les zones gravées peuvent prendre la forme de tranchées de périmètre continu et fermé entourant un ou plusieurs détecteurs thermiques 10, ou peuvent prendre la forme d’échancrures localisées entre les détecteurs thermiques 10. On procède ensuite au dépôt conforme de la couche mince d’encapsulation 21, ici de silicium amorphe, qui recouvre à la fois la surface supérieure de la couche sacrificielle 42 et les flancs des tranchées, par exemple par un dépôt chimique en phase vapeur (CVD pour Chemical Vapor Deposition, en anglais). La couche mince d’encapsulation 21 comprend une partie supérieure 21.1 qui s’étend au-dessus et à distance de la membrane absorbante 11, et une partie latérale 21.2 qui entoure dans le plan XY de manière continue un ou plusieurs détecteurs thermiques 10.DD18770 - ICG090256 the sacrificial layers 41, 42 up to the surface of the reading substrate 2 (or up to the grip portions mentioned above). The etched zones can take the form of trenches of continuous and closed perimeter surrounding one or more thermal detectors 10, or can take the form of localized notches between the thermal detectors 10. The thin encapsulation layer is then deposited properly 21, here of amorphous silicon, which covers both the upper surface of the sacrificial layer 42 and the sides of the trenches, for example by chemical vapor deposition (CVD for Chemical Vapor Deposition, in English). The thin encapsulation layer 21 comprises an upper part 21.1 which extends above and at a distance from the absorbent membrane 11, and a lateral part 21.2 which continuously surrounds one or more thermal detectors 10 in the XY plane.

[0058] On dépose ensuite une couche mince d’arrêt de gravure 23 sur la face supérieure de la couche mince d’encapsulation 21. La couche d’arrêt 23 peut ainsi être une couche de HfO2, d’AlN ou d’Al2O3 dans le cas de couches sacrificielles minérales, d’une épaisseur par exemple inférieure ou égale à 2onm environ de manière à limiter son impact sur la transmission du rayonnement électromagnétique à détecter. Dans cet exemple, la couche d’arrêt 23 s’étend sur toute la face supérieure de la couche d’encapsulation 21, mais, en variante, elle peut être gravée localement pour ne garder que des portions situées au niveau des parties latérales 21.2 de la couche d’encapsulation 21.Then depositing a thin etching stop layer 23 on the upper face of the thin encapsulation layer 21. The stop layer 23 can thus be a layer of HfO 2 , AlN or Al 2 O 3 in the case of mineral sacrificial layers, of a thickness for example less than or equal to about 2 μm so as to limit its impact on the transmission of the electromagnetic radiation to be detected. In this example, the stop layer 23 extends over the entire upper face of the encapsulation layer 21, but, as a variant, it can be etched locally so as to keep only portions located at the level of the lateral parts 21.2 of the encapsulation layer 21.

[0059] On réalise ensuite une gravure localisée de la couche d’encapsulation 21 et ici de la couche d’arrêt 23, de manière à réaliser des orifices traversants formant les évents de libération 22. Chaque évent de libération 22 est ici avantageusement positionné en regard du centre d’une membrane absorbante 11, c’est-à-dire dans une zone dans laquelle la portion focalisatrice 30 est destinée à présenter une épaisseur locale maximale. La membrane absorbante 11 peut alors être structurée de manière à présenter un orifice traversant (non représenté) situé en regard de l’évent de libération 22, comme décrit dans le document EP3067675.Then performs a localized etching of the encapsulation layer 21 and here of the stop layer 23, so as to produce through orifices forming the release vents 22. Each release vent 22 is here advantageously positioned in look from the center of an absorbent membrane 11, that is to say in an area in which the focusing portion 30 is intended to have a maximum local thickness. The absorbent membrane 11 can then be structured so as to present a through orifice (not shown) located opposite the release vent 22, as described in document EP3067675.

[0060] En référence à la fig.6C, on réalise l’élimination des différentes couches sacrificielles 41, 42, par exemple par gravure sèche sous plasma d’oxygène avec apport éventuel de N2 et de CF4 dans le cas de couches sacrificielles organiques, ou par gravure humide en HF vapeur dans le cas de couches sacrificielles minérales, àReferring to FIG. 6C, the various sacrificial layers 41, 42 are eliminated, for example by dry etching under oxygen plasma with possible addition of N2 and CF4 in the case of organic sacrificial layers, or by wet etching in steam HF in the case of mineral sacrificial layers,

DD18770 - ICG090256 travers les différents d’évents de libération 22, de manière à mettre en suspension la membrane absorbante 11 de chaque détecteur thermique 10. On réalise la mise sous vide ou sous pression réduite du dispositif de détection 1.DD18770 - ICG090256 through the various release vents 22, so as to suspend the absorbent membrane 11 of each thermal detector 10. The detection device 1 is placed under vacuum or under reduced pressure.

[0061] On dépose ensuite la couche mince de scellement 24 sur la couche d’encapsulation 21, de manière à obturer l’évent de libération 22. La cavité 3 est alors sous vide ou sous pression réduite, et est rendue hermétique par la couche de scellement 24. La couche de scellement 24 est réalisée en un matériau à haut indice optique, par exemple du germanium. Son épaisseur est ici ajustée de manière à être au moins égale à l’épaisseur locale maximale de la portion focalisatrice 30, par exemple ici i,6pm environ.Then depositing the thin sealing layer 24 on the encapsulation layer 21, so as to close the release vent 22. The cavity 3 is then under vacuum or under reduced pressure, and is made airtight by the layer sealing 24. The sealing layer 24 is made of a material with a high optical index, for example germanium. Its thickness is here adjusted so as to be at least equal to the maximum local thickness of the focusing portion 30, for example here i, 6 pm approximately.

[0062] En référence à la fig.6D, on dépose une couche de résine photosensible destinée à définir ultérieurement, par photolithographie et gravure, la forme géométrique désirée des portions focalisatrices 30 de la couche de scellement 24. La forme géométrique désirée est la forme ellipsoïdale et/ou polyédrique mentionnée précédemment. La résine photosensible est un matériau dont la solubilité à un solvant développeur varie sous l’effet d’un rayonnement d’insolation qui lui est appliqué, ici dans le cadre d’une étape de photolithographie. La résine photosensible est ici une résine positive. Elle est déposée de manière à recouvrir continûment la couche de scellement 24, et présente une épaisseur ajustée en fonction de l’épaisseur locale maximale désirée des portions focalisatrices 30. La résine photosensible est ensuite insolée et développée de manière à former des plots photosensibles 43 distincts, positionnés dans les zones où les portions focalisatrices 30 sont destinées à être situées. Les plots photosensibles 43 présentent des dimensions initiales préalablement ajustées de manière à obtenir ensuite une forme géométrique finale correspondant à la forme géométrique voulue des portions focalisatrices 30.Referring to fig.6D, a layer of photosensitive resin is deposited for later defining, by photolithography and etching, the desired geometric shape of the focusing portions 30 of the sealing layer 24. The desired geometric shape is the shape ellipsoidal and / or polyhedral mentioned previously. Photosensitive resin is a material whose solubility to a developer solvent varies under the effect of sunshine applied to it, here as part of a photolithography step. The photosensitive resin is here a positive resin. It is deposited so as to continuously cover the sealing layer 24, and has a thickness adjusted as a function of the maximum local thickness desired of the focusing portions 30. The photosensitive resin is then exposed and developed so as to form distinct photosensitive pads 43 , positioned in the areas where the focusing portions 30 are intended to be located. The photosensitive pads 43 have initial dimensions previously adjusted so as to then obtain a final geometric shape corresponding to the desired geometric shape of the focusing portions 30.

[0063] En référence à la fig.6E, on réalise ensuite le fluage des plots photosensibles 43, de manière à ce qu’ils présentent la forme géométrique finale voulue. Ainsi, les flancs des plots photosensibles 43 s’inclinent suivant l’angle d’inclinaison voulu. L’angle d’inclinaison peut ainsi être obtenu en ajustant les conditions de fluage, notamment la température et la durée de recuit. Les plots photosensibles 43 peuvent présenter alors une forme géométrique finale (épaisseur locale, angle d’inclinaison, plateau, etc...) sensiblement identique à la forme géométrique voulue des portions focalisatrices 30, en fonction de la sélectivité de la gravure. Les conditions de fluageReferring to fig.6E, the creep of the photosensitive pads 43 is then carried out, so that they have the desired final geometric shape. Thus, the sides of the photosensitive pads 43 tilt at the desired angle of inclination. The angle of inclination can thus be obtained by adjusting the creep conditions, in particular the temperature and the annealing time. The photosensitive pads 43 can then have a final geometric shape (local thickness, angle of inclination, plate, etc.) substantially identical to the desired geometric shape of the focusing portions 30, depending on the selectivity of the etching. Creep conditions

DD18770 - ICG090256 pour obtenir la forme géométrique finale désirée sont connues de l’homme du métier, et peuvent correspondre au procédé décrit dans le document W02015/107202 dans le cas où les plots photosensibles 43 sont reliés les uns aux autres par une couche de faible épaisseur. En variante, la forme géométrique finale des plots photosensibles 43 peut être obtenue au moyen d’un masque à niveaux de gris, selon des techniques de la microélectronique connues de l’homme du métier. D’autres techniques classiques de la microélectronique peuvent être utilisées, comme la lithographie par nano-impression, par ex. décrite dans le document US5772905.DD18770 - ICG090256 to obtain the desired final geometric shape are known to the person skilled in the art, and may correspond to the process described in document W02015 / 107202 in the case where the photosensitive pads 43 are connected to each other by a layer of weak thickness. Alternatively, the final geometric shape of the photosensitive pads 43 can be obtained by means of a gray-level mask, according to microelectronic techniques known to those skilled in the art. Other conventional techniques of microelectronics can be used, such as nano-impression lithography, e.g. described in document US5772905.

[0064] En référence à la fig.6F, la couche de scellement 24 est gravée, et reproduit ainsi la forme géométrique finale des plots photosensibles, de sorte que l’on obtient alors des portions focalisatrices 30 d’une forme géométrique sensiblement identique. La couche d’arrêt de gravure 23 est avantageuse lorsque les matériaux de scellement et d’encapsulation sont identiques, par exemple du silicium amorphe. Elle peut être omise lorsque la couche d’encapsulation 21 est réalisée en silicium amorphe et la couche de scellement 24 en germanium. Dans cet exemple, les portions focalisatrices 30 sont avantageusement distinctes les unes des autres, permettant ainsi d’améliorer la tenue mécanique de la structure d’encapsulation 20. [0065] En référence à la fig.6G, on peut ensuite déposer une couche antireflet 25, par exemple réalisée en ZnS ou en carbone amorphe, et présentant une épaisseur par exemple égale à i,2pm environ dans le cas du ZnS. On obtient ainsi un dispositif de détection 1 comportant des portions 30 de couche mince assurant le scellement des évents de libération 22 d’une part, et la focalisation du rayonnement électromagnétique à détecter en direction de la membrane absorbante 11 d’autre part. Les portions focalisatrices 30 forment des lentilles convergentes réfractives.Referring to fig.6F, the sealing layer 24 is etched, and thus reproduces the final geometric shape of the photosensitive pads, so that one then obtains focusing portions 30 of a substantially identical geometric shape. The etching stop layer 23 is advantageous when the sealing and encapsulation materials are identical, for example amorphous silicon. It can be omitted when the encapsulation layer 21 is made of amorphous silicon and the sealing layer 24 of germanium. In this example, the focusing portions 30 are advantageously distinct from each other, thus making it possible to improve the mechanical strength of the encapsulation structure 20. With reference to FIG. 6G, an anti-reflective layer can then be deposited 25, for example made of ZnS or of amorphous carbon, and having a thickness for example equal to about 1.2 μm in the case of ZnS. One thus obtains a detection device 1 comprising portions 30 of thin layer ensuring the sealing of the release vents 22 on the one hand, and the focusing of the electromagnetic radiation to be detected in the direction of the absorbent membrane 11 on the other hand. The focusing portions 30 form convergent refractive lenses.

[0066] Ainsi, comme mentionné précédemment, le procédé de fabrication de la portion focalisatrice 30 est simplifié par rapport à celui de l’exemple de l’art antérieur mentionné précédemment dans la mesure où la portion focalisatrice 30 relève de l’optique réfractive et non pas de l’optique des réseaux. En effet, la forme géométrique des portions focalisatrices 30 peut être définie simplement par les techniques classiques de la microélectronique, telles que le fluage, la lithographie à niveaux de gris, la lithographie par nano-impression, voire la gravure anisotrope deThus, as mentioned previously, the method for manufacturing the focusing portion 30 is simplified compared to that of the example of the prior art mentioned previously insofar as the focusing portion 30 is subject to refractive optics and not from the perspective of networks. Indeed, the geometric shape of the focusing portions 30 can be defined simply by the conventional techniques of microelectronics, such as creep, gray level lithography, lithography by nano-printing, even anisotropic etching of

DD18770 - ICG090256 la couche de scellement 24. Il n’est pas nécessaire de réaliser des motifs réguliers dont les dimensions sont sub-longueur d’onde.DD18770 - ICG090256 the sealing layer 24. It is not necessary to produce regular patterns whose dimensions are sub-wavelength.

[0067] Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.Specific embodiments have just been described. Different variants and modifications will appear to those skilled in the art.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection (1) d’un rayonnement électromagnétique, comportant : o un substrat de lecture (2) ;1. Device for detecting (1) electromagnetic radiation, comprising: o a reading substrate (2); o au moins un détecteur thermique (10), comportant une membrane absorbante (11) isolée thermiquement du substrat de lecture (2) ;o at least one thermal detector (10), comprising an absorbent membrane (11) thermally insulated from the reading substrate (2); o une structure d’encapsulation (20) définissant avec le substrat une cavité (3) dans laquelle est situé le détecteur thermique (10), comportant :o an encapsulation structure (20) defining with the substrate a cavity (3) in which the thermal detector (10) is located, comprising: • une couche mince d’encapsulation (21) s’étendant au-dessus du détecteur thermique (10), et comportant au moins un orifice traversant dit évent de libération (22) ;• a thin encapsulation layer (21) extending above the thermal detector (10), and comprising at least one through orifice said release vent (22); • une couche mince de scellement (24) recouvrant la couche d’encapsulation (21) et obturant l’évent de libération (22), comportant une portion focalisatrice (30) située en regard de la membrane absorbante (11) et adaptée à focaliser le rayonnement électromagnétique à détecter en direction de la membrane absorbante (11) suivant un axe optique (Δ) ;• a thin sealing layer (24) covering the encapsulation layer (21) and closing the release vent (22), comprising a focusing portion (30) located opposite the absorbent membrane (11) and adapted to focus the electromagnetic radiation to be detected in the direction of the absorbent membrane (11) along an optical axis (Δ); caractérisé en ce que :characterized in that: • la portion focalisatrice (30) est structurée de manière à présenter une épaisseur locale qui diminue latéralement à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique (Δ).• the focusing portion (30) is structured so as to have a local thickness which decreases laterally as one moves away from the optical axis (Δ). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, comportant :2. Device (1) according to claim 1, comprising: o une pluralité de détecteurs thermiques (10) placés dans une ou plusieurs cavités (3) définies par la structure d’encapsulation (20), • la couche mince de scellement (24) comportant une pluralité de portions focalisatrices (30), distinctes les unes des autres, chacune étant située en regard d’une membrane absorbante (11) d’un détecteur thermique (10) différent.o a plurality of thermal detectors (10) placed in one or more cavities (3) defined by the encapsulation structure (20), • the thin sealing layer (24) comprising a plurality of focusing portions (30), distinct from the each other, each being located opposite an absorbent membrane (11) of a different thermal detector (10). 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel plusieurs détecteurs thermiques (10) sont placés dans la même cavité (3).3. Device (1) according to claim 2, in which several thermal detectors (10) are placed in the same cavity (3). 4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’axe optique (Δ) forme en outre un axe de symétrie pour la portion focalisatrice (30).4. Device (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical axis (Δ) further forms an axis of symmetry for the focusing portion (30). DD18770 - ICG090256DD18770 - ICG090256 5- Dispositif (ι) selon l’une quelconque des revendications i à 4, dans lequel l’axe optique (Δ) est sensiblement orthogonal au plan du substrat de lecture (2) et passe sensiblement au centre de la membrane absorbante (11).5- Device (ι) according to any one of claims i to 4, wherein the optical axis (Δ) is substantially orthogonal to the plane of the reading substrate (2) and passes substantially to the center of the absorbent membrane (11) . 6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite portion focalisatrice (30) présente une épaisseur locale maximale comprise entre o,4pm et 3pm.6. Device (1) according to any one of claims 1 to 5, wherein said focusing portion (30) has a maximum local thickness between o, 4pm and 3pm. 7. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite portion focalisatrice (30) présente un rapport entre un rayon de courbure moyen (r) et une dimension latérale (p) d’un pixel sensible associé à un détecteur thermique de préférence supérieur ou égal à 0,5, et de préférence compris entre 0,5 et 1,5.7. Device (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein said focusing portion (30) has a ratio between an average radius of curvature (r) and a lateral dimension (p) of an associated sensitive pixel to a thermal detector preferably greater than or equal to 0.5, and preferably between 0.5 and 1.5. 8. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite portion focalisatrice (30) présente une étendue surfacique, dans un plan parallèle au plan du substrat de lecture (2), supérieure ou égale à celle de la membrane absorbante (11).8. Device (1) according to any one of claims 1 to 7, wherein said focusing portion (30) has a surface area, in a plane parallel to the plane of the reading substrate (2), greater than or equal to that of the absorbent membrane (11). 9. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’évent de libération (22) est obturé par la portion focalisatrice (30), et de préférence est situé en regard d’un sommet (33) de la portion focalisatrice (30) ayant une épaisseur locale maximale.9. Device (1) according to any one of claims 1 to 8, wherein the release vent (22) is closed by the focusing portion (30), and preferably is located opposite a vertex (33 ) of the focusing portion (30) having a maximum local thickness. 10. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la couche mince d’encapsulation (21) s’étend au-dessus de la membrane absorbante (11) à une distance comprise entre 0,5 et 3,5pm.10. Device (1) according to any one of claims 1 to 9, wherein the thin encapsulation layer (21) extends above the absorbent membrane (11) at a distance between 0.5 and 3,5pm. 11. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la portion focalisatrice (30) présente un sommet (33) formé par un plateau au niveau duquel l’épaisseur locale est constante et maximale.11. Device (1) according to any one of claims 1 to 10, in which the focusing portion (30) has an apex (33) formed by a plate at which the local thickness is constant and maximum. 12. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la couche mince de scellement (24) est réalisée en au moins un matériau distinct de celui de la couche mince d’encapsulation (21), de préférence en un matériau à base de germanium.12. Device (1) according to any one of claims 1 to 11, in which the thin sealing layer (24) is made of at least one material distinct from that of the thin encapsulation layer (21), preferably made of a germanium-based material. DD18770 - ICG090256DD18770 - ICG090256 13- Procédé de fabrication d’un dispositif de détection (i) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :13- Method of manufacturing a detection device (i) according to any one of the preceding claims, comprising the following steps: i) réalisation de la membrane absorbante (n) du détecteur thermique (10), à partir d’une première couche sacrificielle (41) reposant sur le substrat de lecture (2);i) production of the absorbent membrane (n) of the thermal detector (10), from a first sacrificial layer (41) resting on the reading substrate (2); ii) réalisation de la couche d’encapsulation (21) à partir d’une deuxième couche sacrificielle (42) reposant sur la première couche sacrificielle (41), de manière à entourer la membrane absorbante (11) ;ii) making the encapsulation layer (21) from a second sacrificial layer (42) resting on the first sacrificial layer (41), so as to surround the absorbent membrane (11); iii) gravure d’au moins un évent de libération (22) au travers de la couche d’encapsulation (21), et suppression des première et deuxième couches sacrificielles (41, 42) ;iii) etching of at least one release vent (22) through the encapsulation layer (21), and removal of the first and second sacrificial layers (41, 42); iv) réalisation d’au moins une portion focalisatrice (30) d’une couche mince de scellement (24) déposée sur la couche d’encapsulation (21) et obturant l’évent de libération (22).iv) making at least one focusing portion (30) of a thin sealing layer (24) deposited on the encapsulation layer (21) and closing the release vent (22). 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l’étape de réalisation de la portion focalisatrice (30) comporte les sous-étapes suivantes :14. The method of claim 13, wherein the step of producing the focusing portion (30) comprises the following substeps: a. dépôt d’une couche de résine photosensible sur la couche mince de scellement (24) ;at. depositing a layer of photosensitive resin on the thin sealing layer (24); b. structuration de la couche de résine photosensible, de manière à former au moins un plot photosensible (43) présentant une forme géométrique finale sensiblement identique à une forme géométrique prédéterminée de la portion focalisatrice (30) ;b. structuring of the photosensitive resin layer, so as to form at least one photosensitive pad (43) having a final geometric shape substantially identical to a predetermined geometric shape of the focusing portion (30); c. gravure du plot photosensible (43) et de la couche de scellement (24), de manière à former au moins la portion focalisatrice (30), laquelle présente la forme géométrique prédéterminée.vs. etching of the photosensitive stud (43) and of the sealing layer (24), so as to form at least the focusing portion (30), which has the predetermined geometric shape. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la structuration de la couche de résine comporte une étape de fluage et/ou comporte une étape de lithographie à niveaux de gris.15. The method of claim 14, wherein the structuring of the resin layer comprises a creep step and / or comprises a gray level lithography step.
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