FR3113127A1 - Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe - Google Patents
Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe Download PDFInfo
- Publication number
- FR3113127A1 FR3113127A1 FR2008003A FR2008003A FR3113127A1 FR 3113127 A1 FR3113127 A1 FR 3113127A1 FR 2008003 A FR2008003 A FR 2008003A FR 2008003 A FR2008003 A FR 2008003A FR 3113127 A1 FR3113127 A1 FR 3113127A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- layer
- micro
- bolometer
- producing
- openings
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000026683 transduction Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000010361 transduction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 135
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 34
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 27
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 21
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 claims 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/024—Special manufacturing steps or sacrificial layers or layer structures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
L’invention concerne un procédé de réalisation d’un micro-bolomètre d’imagerie infrarouge comportant les étapes suivantes :– dépôt et gravure d’une couche sacrificielle puis d’une couche de support (13) sur un substrat (11) ;– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau absorbeur (14) sur la couche de support (13) et sur les parois internes des ouvertures ;– dépôt d’une couche d’arrêt conductrice (20) sur le matériau absorbeur (14) ;– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau conducteur (21) à base de tungstène, induisant le remplissage des ouvertures ;– gravure ionique réactive du matériau conducteur (21) jusqu’à la couche d’arrêt (20) ;– retrait de la couche d’arrêt en dehors des ouvertures ;– dépôt d’au moins une couche de transduction thermique-électrique (17-18) sur le matériau absorbeur (14) ; et– suppression de la couche sacrificielle. Figure pour abrégé : Fig 2j
Description
Domaine de l’invention
La présente invention a trait au domaine de la détection de rayonnements électromagnétiques et, plus précisément, à la détection de rayonnements infrarouges.
L’invention concerne, d’une part, un procédé de réalisation d’un micro-bolomètre d’imagerie infrarouge simplifié et, d’autre part, un micro-bolomètre associé.
Etat antérieur de la technique
Dans le domaine des détecteurs mis en œuvre pour l’imagerie infrarouge, il est connu d’utiliser des dispositifs agencés sous forme matricielle, susceptibles de fonctionner à température ambiante, c’est-à-dire ne nécessitant pas de refroidissement à de très basses températures, contrairement aux dispositifs de détection appelés "détecteurs quantiques" qui eux, nécessitent un fonctionnement à très basse température.
Ces détecteurs utilisent traditionnellement la variation d’une grandeur physique d’un matériau ou assemblage de matériaux approprié(s), en fonction de la température, au voisinage de 300K. Dans le cas particulier des détecteurs micro-bolométriques, les plus couramment utilisés, cette grandeur physique est la résistivité électrique, mais d’autres grandeurs peuvent être exploitées, telle la constante diélectrique, la polarisation, la dilatation thermique, l’indice de réfraction, etc.
Un tel détecteur non refroidi associe généralement :
– des moyens d’absorption du rayonnement thermique et de conversion de celui-ci en chaleur ;
– des moyens d’isolation thermique du détecteur, de telle sorte à permettre à celui-ci de s’échauffer sous l’action du rayonnement thermique ;
– des moyens de thermométrie qui, dans le cadre d’un détecteur micro-bolométrique, mettent en œuvre un élément résistif dont la résistance varie avec la température ;
– et des moyens de lecture des signaux électriques fournis par les moyens de thermométrie.
– des moyens d’absorption du rayonnement thermique et de conversion de celui-ci en chaleur ;
– des moyens d’isolation thermique du détecteur, de telle sorte à permettre à celui-ci de s’échauffer sous l’action du rayonnement thermique ;
– des moyens de thermométrie qui, dans le cadre d’un détecteur micro-bolométrique, mettent en œuvre un élément résistif dont la résistance varie avec la température ;
– et des moyens de lecture des signaux électriques fournis par les moyens de thermométrie.
Les détecteurs destinés à l’imagerie thermique, ou infrarouge, sont classiquement réalisés sous la forme d’une matrice de détecteurs élémentaires, formant des points d’image ou pixels, selon une ou deux dimensions. Pour garantir l’isolation thermique des détecteurs, ces derniers sont suspendus au-dessus d’un substrat via des bras de soutien.
Le substrat comporte usuellement des moyens d’adressage séquentiel des détecteurs élémentaires et des moyens d’excitation électrique et de pré-traitement des signaux électriques générés à partir de ces détecteurs élémentaires. Ce substrat et les moyens intégrés sont communément désignés par le terme « circuit de lecture ».
Pour obtenir une scène par l’intermédiaire de ce détecteur, cette scène est captée à travers une optique adaptée sur la matrice de détecteurs élémentaires, et des stimuli électriques cadencés sont appliqués par l’intermédiaire du circuit de lecture à chacun des détecteurs élémentaires, ou à chaque rangée de tels détecteurs, afin d’obtenir un signal électrique constituant l’image de la température atteinte par chacun des détecteurs élémentaires. Ce signal est traité de manière plus ou moins élaborée par le circuit de lecture, puis éventuellement par un dispositif électronique extérieur au boîtier afin de générer l’image thermique de la scène observée.
Plus précisément, un détecteur élémentaire est constitué d’une membrane maintenue en suspension fixe au-dessus du substrat. La membrane intègre un matériau thermométrique et un matériau absorbeur qui réalisent une transduction des rayonnements infrarouges. Le matériau absorbeur, par exemple métallique, s’étendant sous le matériau thermométrique et dans les bras de soutien. Outre la lecture du signal aux bornes du matériau thermomètre, le matériau absorbeur a également pour fonction d’absorber le flux infrarouge pour permettre un échauffement du matériau thermométrique. La quantité de rayonnement infrarouge absorbée est dépendante de la surface de cet absorbeur.
Pour optimiser l’absorption du rayonnement infrarouge, le matériau absorbeur couvre un maximum de surface dans l’empreinte du pixel. En pratique, sa surface est limitée par celle de la membrane. L’épaisseur du matériau absorbeur est ajustée de façon à ce que son impédance effective par carré soit adaptée à celle du vide : Z0= 377 ohm/carré.
Les figures 1a à 1j illustrent un procédé de réalisation d’un micro-bolomètre de l’état de la technique, tel que décrit dans le document FR 3 066 321.
Une première étape, illustrée sur la , consiste à déposer et à structurer une couche sacrificielle 12, une couche de support 13 et une couche d’arrêt 30 sur un substrat 11 intégrant le circuit de lecture. La gravure de ces trois couches 12, 13, 30 permet d’obtenir des ouvertures 250 dans lesquelles des clous d’ancrage 100 peuvent être formés. Ces ouvertures 250 présentent classiquement une forme cylindrique avec un diamètre compris entre 0,5 et 1 micromètre.
Les clou d’ancrage 100 intègrent classiquement des parois externes 14 et une âme interne 15. Les parois externes 14 forment une couche barrière pour protéger l’âme interne 15 et elles sont préférentiellement réalisées avec le même matériau ultérieurement déposé pour former l’absorbeur 16. Par exemple, les parois externes 14 et le matériau absorbeur 16 peuvent être réalisés en nitrure de titane. Tel qu’illustré sur la , les parois externes 14 peuvent être déposées par un dépôt chimique en phase vapeur (technique connue sous l’acronyme anglo-saxon CVD pour « Chemical Vapor Deposition ») dans l’ouverture 250 et sur la couche d’arrêt 30.
L’âme interne 15 vise à assurer la résistance mécanique du clou d’ancrage 100 afin de supporter la membrane. Tel que décrit dans le document EP 3 211 390, l’âme interne 15 peut être réalisée en cuivre ou en tungstène. Pour ce faire, une âme interne 15 en tungstène peut être déposée selon le procédé damascène avec un dépôt en phase vapeur du matériau constitutif de l’âme, tel qu’illustré sur la , suivi d’un polissage mécano-chimique. De même que pour les parois externes 14, le matériau formant l’âme interne 15 est déposé dans l’ouverture 250 et sur le matériau formant les parois externes déposé sur la couche d’arrêt 30.
La couche d’arrêt30permet de procéder au retrait des matériaux14et15déposés en dehors de l’ouverture250. Pour ce faire, un polissage mécano-chimique est mis en œuvre de sorte à obtenir une surface plane, telle qu’illustrée sur la .
La couche d’arrêt 30 est ensuite supprimée, tel qu’illustré sur la , par la mise en œuvre d’une gravure chimique en milieu aqueux offrant une très bonne sélectivité de gravure vis-à-vis de la couche de support 13 et vis-à-vis des matériaux 14 et 15 déposés dans l’ouverture 250. Lorsque la couche d’arrêt 30 est supprimée, une partie supérieure du clou d’ancrage 100 s’étend au-dessus de la couche de support 13.
L’absorbeur16est ensuite déposé sur la couche de support13et la partie supérieure du clou d’ancrage100, en saillie par rapport à la couche de support13.
Ce faisant, l’absorbeur16est également en contact avec les matériaux14et15déposés dans l’ouverture250, constituant ainsi un contact électrique entre l’absorbeur16et les parois externes14du clou d’ancrage100, tel qu’illustré sur la .
L’étape suivante, illustrée sur la , consiste à structurer l’absorbeur 16 pour former les électrodes et les portions d’absorption du micro-bolomètre. Deux couches de transduction thermique-électrique 17, 18 sont ensuite déposées sur la couche de support 13 et l’absorbeur 16, tel qu’illustré sur les figures 1h et 1i. Ces deux couches de transduction thermique-électrique 17, 18 sont, par exemple, réalisées en silicium amorphe.
La seconde couche de transduction thermique-électrique18peut être gravée localement de sorte que la partie restante de cette couche18forme l’élément thermométrique de la membrane. Les parties de la couche de transduction thermique-électrique18localisés sur les zones destinées à former les bras de soutien de la membrane sont supprimées de sorte à améliorer l’isolation thermique de la membrane.
Les couches13,17et18sont ensuite gravées selon le motif souhaité pour former la membrane et les bras de soutien de la membrane. Enfin, l’étape 1j illustre le retrait de la couche sacrificielle12, libérant ainsi la membrane en suspension sur les clous d’ancrage100.
Ce procédé ainsi décrit permet d’assurer le contact électrique entre l’absorbeur16et le substrat11au moyen des parois externes14du clou d’ancrage100.
Cependant, l’étape de polissage nécessite l’utilisation d’une couche d’arrêt30, qu’il convient de retirer sans dégrader la couche de support13ni les matériaux14et15déposés dans l’ouverture250.
Si la sélectivité de ce retrait n’est pas optimum, il existe un risque de retirer une partie supérieure des parois externes14et corollairement de dégrader le contact électrique entre l’absorbeur16et les parois externes14 ; et donc de dégrader la qualité de l’image obtenue par le micro-bolomètre. En outre, l’étape de polissage mécano-chimique est un processus complexe et couteux à mettre en œuvre qui nécessite la réalisation d’une surépaisseurhesur la couche de support13au niveau des clous d’ancrage100.
Le problème technique qu’entend résoudre l’invention est donc de réaliser un micro-bolomètre avec des clous d’ancrage présentant un contact électrique fiable entre l’absorbeur et le substrat, tout en limitant la complexité de réalisation du clou d’ancrage.
L’invention est issue d’une observation selon laquelle il est possible de réaliser une âme d’un clou d’ancrage réalisée en un matériau conducteur à base de tungstène sans mettre en œuvre le procédé de polissage mécano-chimique et en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur suivi d’une gravure ionique réactive.
Le dépôt chimique en phase vapeur est, comme déjà évoqué, plus connu sous l’acronyme CVD pour «Chemical Vapor Deposition» dans la littérature anglo-saxonne. La gravure ionique réactive est plus connue sous l’acronyme RIE pour «Reactive -Ion Etching» dans la littérature anglo-saxonne. Cette gravure ionique réactive peut être mise en œuvre avec une couche d’arrêt conductrice, de sorte à protéger le dépôt du matériau absorbeur précédemment réalisé et à assurer la continuité électrique à l’intérieur du clou d’ancrage. Ainsi, il n’est pas nécessaire de structurer le matériau formant les parois externes du clou d’ancrage avant de déposer le matériau conducteur à base de tungstène formant l’âme du clou d’ancrage, car il n’est pas nécessaire d’utiliser une différence de niveaux entre la partie supérieure du clou d’ancrage et la couche de support pour garantir la tenue mécanique. Il s’ensuit qu’il est possible de former l’absorbeur et les parois externes d’un clou d’ancrage avec un même dépôt CVD, ce qui garantit fortement le contact électrique entre l’absorbeur et le substrat.
L’invention propose donc de répondre au problème technique en utilisant le dépôt CVD et la gravure RIE pour former l’âme des clous d’ancrage.
A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de réalisation d’un micro-bolomètre d’imagerie infrarouge comportant une membrane montée en suspension sur des clous d’ancrage, le procédé comportant les étapes suivantes :
– dépôt d’une couche sacrificielle puis d’une couche de support sur un substrat ;
– gravure de la couche de support et de la couche sacrificielle pour former des ouvertures destinées à former les clous d’ancrage ;
– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau absorbeur sur la couche de support et sur les parois internes des ouvertures ;
– dépôt d’une couche d’arrêt conductrice sur le matériau absorbeur ;
– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau conducteur à base de tungstène, induisant le remplissage des ouvertures ;
– gravure ionique réactive du matériau conducteur jusqu’à la couche d’arrêt ;
– retrait de la couche d’arrêt en dehors des ouvertures;
– dépôt d’au moins une couche de transduction thermique-électrique sur le matériau absorbeur ; et
– suppression de la couche sacrificielle.
– dépôt d’une couche sacrificielle puis d’une couche de support sur un substrat ;
– gravure de la couche de support et de la couche sacrificielle pour former des ouvertures destinées à former les clous d’ancrage ;
– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau absorbeur sur la couche de support et sur les parois internes des ouvertures ;
– dépôt d’une couche d’arrêt conductrice sur le matériau absorbeur ;
– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau conducteur à base de tungstène, induisant le remplissage des ouvertures ;
– gravure ionique réactive du matériau conducteur jusqu’à la couche d’arrêt ;
– retrait de la couche d’arrêt en dehors des ouvertures;
– dépôt d’au moins une couche de transduction thermique-électrique sur le matériau absorbeur ; et
– suppression de la couche sacrificielle.
L’invention permet, ainsi, d’obtenir un micro-bolomètre avec des clous d’ancrage facilement réalisables, puisque les procédés de dépôt CVD et de structuration RIE sont bien connus de l’état de la technique pour d’autres techniques de micro fabrication, et ils sont plus simples à maîtriser et moins couteux que le polissage mécano-chimique.
Au sens de l’invention, par remplissage des ouvertures, on entend un remplissage partiel ou total des ouvertures. Au minimum, le remplissage doit être suffisant pour permettre au clou d’ancrage de supporter le poids de la membrane.
Pour garantir une résistance mécanique de support de la membrane satisfaisante avec les technologies actuelles de réalisation des micro-bolomètres, l’étape de structuration de la couche de support et de la couche sacrificielle forme préférentiellement des ouvertures dont la largeur est supérieure à 200 nanomètres et inférieure à 1 micromètre.
Au sens de l’invention, la « largeur » des ouvertures correspond à la plus grande dimension de la section transversale des ouvertures. Ainsi, si les ouvertures sont cylindriques, la largeur des ouvertures correspond au diamètre de celles-ci.
Ce mode de réalisation permet de remplir efficacement les ouvertures avec le dépôt CVD. En effet, ce procédé CVD permet de déposer une épaisseur limitée de matière, typiquement inférieure à 300 nanomètres. En mettant en œuvre des ouvertures de faible largeur, le dépôt CVD permet de remplir une partie suffisante des ouvertures pour obtenir un clou d’ancrage capable de supporter le poids d’une membrane classique, c’est-à-dire une membrane telle que décrite dans le document FR 3 066 321.
En outre, le dépôt CVD permet de mettre en œuvre un matériau conducteur en tungstène ou en siliciure de tungstène, alors que les procédés de dépôt de l’état de la technique ne permettent pas l’utilisation du siliciure de tungstène. La structuration RIE du siliciure de tungstène est un procédé connu et maîtrisé, notamment pour les dépôts de faible épaisseur, elle est donc plus facilement industrialisable que celle du tungstène pur.
Le dépôt CVD et la structuration RIE peuvent être réalisés plusieurs fois consécutivement pour déposer l’épaisseur recherchée du matériau conducteur à base de tungstène dans les ouvertures.
Par exemple, l’étape de dépôt chimique en phase vapeur du matériau conducteur conduit à une épaisseur d’un tel matériau comprise entre 100 et 350 nanomètres. Cette plage d’épaisseur est suffisante pour obtenir un clou d’ancrage capable de supporter le poids d’une membrane classique.
L’invention permet également d’améliorer la conductivité électrique entre l’absorbeur et le substrat puisque l’absorbeur est formé en même temps que les parois externes du clou d’ancrage par un dépôt CVD. De préférence, l’étape de dépôt chimique en phase vapeur du matériau absorbeur dépose une épaisseur de matériau absorbeur comprise entre 5 et 10 nanomètres. Par exemple, le dépôt CVD peut être réalisé de telle sorte à obtenir un matériau absorbeur de 8 nanomètres d’épaisseur. Cette épaisseur de matériau absorbeur permet de réaliser les fonctions d’électrode et d’absorbeur de la membrane en limitant la quantité de matière utilisée.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre le dépôt, sur la couche de transduction thermique-électrique, d’une couche d’encapsulation résistante à la gravure de la couche sacrificielle. Cette couche d’encapsulation permet de protéger ladite couche de transduction thermique-électrique lors de l’étape de suppression de la couche sacrificielle.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre le dépôt, sur le substrat, d’une couche de protection résistante à la gravure de la couche sacrificielle. La formation des ouvertures entrainant une gravure de la couche de protection, cette couche de protection permet de protéger le substrat lors de l’étape de suppression de la couche sacrificielle.
Typiquement, cette étape de suppression de la couche sacrificielle peut être réalisée à base d’acide fluorhydrique. La couche d’arrêt de la gravure de la couche sacrificielle peut être réalisée en AlN ou en Al2O3. En variante, d’autres types de couches sacrificielles peuvent être utilisées en adaptant la couche d’arrêt de la gravure de la couche sacrificielle.
Selon un mode de réalisation, le matériau absorbeur est réalisé en nitrure de titane de sorte à capter efficacement le rayonnement infrarouge tout en assurant une conductivité électrique efficace.
De préférence, avec un absorbeur en nitrure de titane, la couche d’arrêt est réalisée en aluminium. Ainsi, il est possible de retirer la couche d’arrêt sans dégrader l’absorbeur, par exemple au moyen d’une gravure humide avec de l’acide nitrique, de l’acide phosphorique ou de l’eau. Ces traitements chimiques présentent des propriétés très sélectives pour l’aluminium et sont pratiquement inoffensifs pour le nitrure de titane.
De préférence, l’étape de dépôt de la couche d’arrêt sur le matériau absorbeur est réalisée par un dépôt physique en phase vapeur.
Par exemple, l’étape de dépôt de la couche d’arrêt sur le matériau absorbeur dépose une épaisseur de la couche d’arrêt comprise entre 10 et 50 nanomètres. Cette épaisseur de la couche d’arrêt permet d’arrêter efficacement la gravure ionique réactive du matériau conducteur en limitant la quantité de matière utilisée.
Selon un second aspect, l’invention concerne un micro-bolomètre d’imagerie infrarouge comportant une membrane montée en suspension au-dessus d’un substrat par des bras de soutien fixés sur des clous d’ancrage, la membrane intégrant une couche de support, une couche de matériau absorbeur et au moins une couche de transduction thermique-électrique, chaque clou d’ancrage comportant :
– des parois externes formées par le matériau absorbeur ; et
– une âme interne.
– des parois externes formées par le matériau absorbeur ; et
– une âme interne.
Selon l’invention, l’âme interne est réalisée en tungstène ou en siliciure de tungstène ; et la membrane présente une hauteur inférieure à 50 nanomètres sur la couche de support au niveau de chaque clou d’ancrage.
Par exemple, la couche de transduction thermique-électrique est réalisé en silicium amorphe.
Brève description des figures
L’invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, dont les détails sont donnés uniquement à titre d’exemple, et développée en relation avec les figures annexées, dans lesquelles des références identiques se rapportent à des éléments identiques :
Description détaillée de l’invention
La description qui suit présente un procédé de réalisation d’un micro-bolomètre utilisant une formation particulière des clous d’ancrage10. La formation de la membrane du micro-bolomètre est également décrite de sorte à obtenir la structuration complète du micro-bolomètre.
La forme et la nature des matériaux utilisés pour former la membrane peuvent varier pour peu que cette membrane intègre un matériau absorbeur16et un matériau réalisant la transduction thermique-électrique17-18. De plus, les étapes de dépôt et de structuration du matériau réalisant la transduction thermique-électrique17-18peuvent varier sans changer l’invention.
Tel qu’illustré sur les figures 2a à 2k, la réalisation d’un micro-bolomètre selon l’invention comporte une première étape consistant à déposer une couche sacrificielle12sur un substrat11intégrant préférentiellement un circuit de lecture. Des couches peuvent également être déposées sur le substrat avant le dépôt de cette couche sacrificielle12, par exemple un réflecteur ou une couche de protection35destinée à protéger le circuit de lecture lors de l’étape de retrait de la couche sacrificielle12.
Après dépôt de la couche sacrificielle12, une couche de support13est déposée sur cette couche sacrificielle12, par exemple une couche inerte vis-à-vis d’une gravure à base d’acide fluorhydrique destinée au retrait d’une couche sacrificielle12en SiO2, c’est-à-dire une couche de support13par exemple réalisée en SiC, Al2O3, AlN… La nature de la couche de support13et de l’éventuelle couche d’arrêt déposée sur le substrat dépend de la nature de la couche sacrificielle12utilisée.
De même l’épaisseur de la couche de support13dépend des propriétés recherchées. Par exemple la couche de support13peut présenter une épaisseur comprise entre 10 et 100 nanomètres.
Après avoir déposé la couche de support13, une gravure RIE est réalisée pour former des ouvertures25à travers la couche de support13, la couche sacrificielle12et l’éventuelle couche d’arrêt déposée sur le substrat. Ces ouvertures25définissent les futurs emplacements des clous d’ancrage10. De préférence, ces ouvertures25sont cylindriques et présentent un diamètredsupérieur à 200 nanomètres et inférieur à 1 micromètre pour permettre le remplissage ultérieur de ces ouvertures25par le procédé de l’invention. Les ouvertures25peuvent présenter d’autres formes que des cylindres, la largeurdcorrespondant alors à la plus grande dimension de la section transversale de ces ouvertures25, mesurable sur le substrat11.
À l’issue de cette étape de gravure RIE, tel qu’illustré sur la , un dépôt conforme de matériau absorbeur 14 est réalisé sur la couche de support 13 et dans les ouvertures 25.
Au sens de l’invention, un dépôt « conforme » correspond à un dépôt dans lequel les particules de matières déplacées lors du dépôt sont orientées aussi bien sur les parois verticales qu’horizontales de la surface à recouvrir sur lequel le dépôt est réalisé.
De préférence, ce dépôt est réalisé par CVD configuré pour réaliser un dépôt conforme et obtenir une épaisseur nominale d’environ 10 nanomètres de matériau absorbeur14.
Par exemple, le matériau absorbeur 14 peut être réalisé en nitrure de titane TiN. Ce dépôt, illustré sur la , a pour vocation de former l’absorbeur 14 de la membrane ainsi que la couche externe des clous d’ancrage 10.
À l’issue de cette étape de dépôt du matériau absorbeur14, le procédé se poursuit par le dépôt d’une couche d’arrêt20conductrice. De préférence, la couche d’arrêt20conductrice est réalisée en aluminium, et elle est déposée par un dépôt physique en phase vapeur ou PVD (selon l’acronyme anglo-saxon «Physical Vapor Deposition») avec une épaisseur comprise entre 10 et 50 nanomètres. Cette étape permet de déposer une épaisseur suffisante afin de constituer une couche d’arrêt à la gravure ultérieure d’un matériau de remplissage21des clous d’ancrage10.
La directivité du dépôt PVD de la couche d’arrêt20ainsi que la directivité du dépôt PVD du matériau absorbeur14permettent d’obtenir une couche d’arrêt20déposée uniquement dans le fond de l’ouverture25et sur le matériau absorbeur14déposé sur la couche de support13.
Le procédé se poursuit ensuite par un dépôt chimique en phase vapeur – CVD d’un matériau conducteur 21 à base de tungstène de sorte à remplir les ouvertures 25, tel qu’illustré sur la . Pour combler efficacement chaque ouverture 25, l’épaisseur de dépôt de ce matériau conducteur 21 est préférentiellement supérieure à la moitié du diamètre de l’ouverture 25, par exemple comprise entre 100 et 350 nanomètres.
Ce matériau conducteur21est de préférence constitué de siliciure de tungstène.
Suite à ce dépôt du matériau conducteur 21 assurant le remplissage du clou d’ancrage 10, une gravure ionique réactive du matériau conducteur 21 est réalisée jusqu’à la couche d’arrêt 20, tel qu’illustré sur la . Les caractéristiques de cette gravure ionique réactive peuvent être ajustées de sorte que la partie supérieure du matériau conducteur 21 soit légèrement gravée au niveau des clous d’ancrage 10. Ainsi, à l’issue de cette étape de gravure, la hauteur du matériau conducteur 21 peut être inférieure à la hauteur de la couche d’arrêt 20.
Cette couche d’arrêt 20 est ensuite retirée, tel qu’illustré sur la . Pour ce faire, lorsque la couche d’arrêt 20 est réalisée en aluminium, une gravure humide à base d’acide nitrique, d’acide phosphorique ou d’eau peut être mise en œuvre pour retirer la couche d’arrêt 20. Cette technologie de retrait de la couche d’arrêt 20 doit préférentiellement être très sélective par rapport à la couche de matériau absorbeur 14, de sorte à ne pas dégrader cette couche de matériau absorbeur 14.
L’étape suivante, illustrée sur la , consiste à structurer l’absorbeur 16 pour former les électrodes et les portions d’absorption du micro-bolomètre. Deux couches de transduction thermique-électrique 17, 18 sont ensuite déposées sur la couche de support 13 et l’absorbeur 16, tel qu’illustré sur les figures 2h et 2i. Ces deux couches de transduction thermique-électrique 17, 18 sont, par exemple, réalisées en silicium amorphe.
La seconde couche de transduction thermique-électrique18peut être gravée localement de sorte que la partie restante de cette couche18constitue l’élément thermométrique de la membrane. Les parties de la couche de transduction thermique-électrique18localisées sur les zones destinées à former les bras de soutien de la membrane sont supprimées par gravure ionique réactive de sorte à améliorer l’isolation thermique de la membrane. Tel qu’illustré sur l’étape 2j, il est possible de protéger les couches de transduction thermique-électrique17,18par une couche d’encapsulation36.
Les couches13,17,18et36sont ensuite gravées selon le motif souhaité pour former la membrane et les bras de soutien de la membrane.
Enfin, l’étape 2k illustre le retrait de la couche sacrificielle12, libérant ainsi la membrane en suspensions sur les clous d’ancrage10.
L’invention permet ainsi d’obtenir un micro-bolomètre avec des clous d’ancrage10plus simples à réaliser, en raison de l’absence de mise en œuvre de la technologie de polissage. En effet, contrairement aux procédés de réalisation de l’état de la technique, l’invention propose de déposer la couche de matériau absorbeur14et la paroi externe des clous d’ancrage dans une même étape de dépôt au lieu de réaliser deux dépôt consécutifs.
En outre, les clous d’ancrage10peuvent présenter une largeurdcomprise entre 200 nanomètres et 1 micromètre avec une hauteurhlimitée sur la couche de support13au niveau des clous d’ancrage10.
En effet, le matériau conducteur21peut s’étendre au même niveau que le matériau absorbeur14si bien que seule l’épaisseur de la couche thermique-électrique17est nécessaire au-dessus du matériau conducteur21.
Claims (14)
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre d’imagerie infrarouge comportant une membrane montée en suspension au moyen de clous d’ancrage (10) au-dessus d’un substrat, le procédé comportant les étapes suivantes :
– dépôt d’une couche sacrificielle (12) puis d’une couche de support (13) sur un substrat (11) ;
– gravure de la couche de support (13) et de la couche sacrificielle (12) pour obtenir des ouvertures (25) destinées à former les clous d’ancrage (10) ;
– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau absorbeur (14) sur la couche de support (13) et sur les parois internes des ouvertures (25) ;
– dépôt d’une couche d’arrêt conductrice (20) sur le matériau absorbeur (14) ;
– dépôt chimique en phase vapeur d’un matériau conducteur (21) à base de tungstène, induisant le remplissage des ouvertures (25) ;
– gravure ionique réactive du matériau conducteur (21) jusqu’à la couche d’arrêt conductrice (20) ;
– retrait de la couche d’arrêt (20) en dehors des ouvertures (25) ;
– dépôt d’au moins une couche de transduction thermique-électrique (17-18) sur le matériau absorbeur (14) ; et
– suppression de la couche sacrificielle (12). - Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon la revendication 1, dans lequel le procédé comporte en outre le dépôt, sur le substrat (11), d’une couche de protection (35) résistant à la gravure de la couche sacrificielle (12), la formation des ouvertures (25) entrainant une gravure de la couche de protection (35).
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de gravure de la couche de support (13) et de la couche sacrificielle (12) forme des ouvertures (25) dont la largeur (d) est supérieure à 200 nanomètres et inférieure à 1 micromètre.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau conducteur (21) est constitué de tungstène ou de siliciure de tungstène.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape de dépôt chimique en phase vapeur du matériau conducteur (21) dépose une épaisseur de matériau conducteur (21) comprise entre 100 et 350 nanomètres.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de dépôt chimique en phase vapeur du matériau absorbeur (14) dépose une épaisseur de matériau absorbeur (14) comprise entre 5 et 10 nanomètres.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau absorbeur (14) est réalisé en nitrure de titane.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape de dépôt de la couche d’arrêt conductrice (20) sur le matériau absorbeur (14) est réalisée par dépôt physique en phase vapeur.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’épaisseur de la couche d’arrêt conductrice (20) est comprise entre 10 et 50 nanomètres.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la couche d’arrêt conductrice (20) est réalisée en aluminium.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel l’étape de retrait de la couche d’arrêt conductrice (20) est réalisée par gravure humide avec de l’acide nitrique, de l’acide phosphorique ou de l’eau.
- Procédé de réalisation d’un micro-bolomètre selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le procédé comporte en outre le dépôt, sur ladite au moins une couche de transduction thermique-électrique (17-18), d’une couche d’encapsulation (36) résistant à la gravure de la couche sacrificielle (12).
- Micro-bolomètre d’imagerie infrarouge, réalisé avec le procédé selon l’une des revendications 1 à 12, comportant une membrane montée en suspension au-dessus d’un substrat (11) par des bras de soutien fixés sur des clous d’ancrage (10), la membrane intégrant une couche de support (13), un matériau absorbeur (14) et au moins une couche de transduction thermique-électrique (17, 18), chaque clou d’ancrage (10) comportant :
– des parois externes formées par le matériau absorbeur (14) ; et
– une âme interne (21) ;
caractérisé en ce que l’âme interne (21) est réalisée en tungstène ou en siliciure de tungstène, et en ce que la membrane présente une hauteur (h) inférieure à 50 nanomètres sur la couche de support (13) au niveau de chaque clou d’ancrage (10). - Micro-bolomètre d’imagerie infrarouge selon la revendication 13, dans lequel chaque clou d’ancrage (10) présente une largeur (d) supérieure à 200 nanomètres et inférieure à 1 micromètre.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2008003A FR3113127B1 (fr) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe |
| TW110126554A TW202225648A (zh) | 2020-07-29 | 2021-07-20 | 紅外線成像微輻射熱計形成方法及相關微輻射熱計 |
| PCT/FR2021/051392 WO2022023658A1 (fr) | 2020-07-29 | 2021-07-26 | Procede de realisation d'un micro-bolometre d'imagerie infrarouge et micro-bolometre associe |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2008003A FR3113127B1 (fr) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe |
| FR2008003 | 2020-07-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3113127A1 true FR3113127A1 (fr) | 2022-02-04 |
| FR3113127B1 FR3113127B1 (fr) | 2022-07-08 |
Family
ID=73643014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2008003A Expired - Fee Related FR3113127B1 (fr) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3113127B1 (fr) |
| TW (1) | TW202225648A (fr) |
| WO (1) | WO2022023658A1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170113928A1 (en) * | 2014-07-09 | 2017-04-27 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V | Device and method for producing a device comprising micro or nanostructures |
| EP3211390A1 (fr) | 2016-02-24 | 2017-08-30 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a plot de connexion electrique sureleve |
| EP3239670A1 (fr) * | 2016-04-28 | 2017-11-01 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Procede de realisation d'un dispositif de detection de rayonnement electromagnetique comportant une couche en un materiau getter |
| EP3401657A1 (fr) * | 2017-05-09 | 2018-11-14 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Procede de realisation d'un detecteur bolometrique |
-
2020
- 2020-07-29 FR FR2008003A patent/FR3113127B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2021
- 2021-07-20 TW TW110126554A patent/TW202225648A/zh unknown
- 2021-07-26 WO PCT/FR2021/051392 patent/WO2022023658A1/fr active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170113928A1 (en) * | 2014-07-09 | 2017-04-27 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V | Device and method for producing a device comprising micro or nanostructures |
| EP3211390A1 (fr) | 2016-02-24 | 2017-08-30 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a plot de connexion electrique sureleve |
| EP3239670A1 (fr) * | 2016-04-28 | 2017-11-01 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Procede de realisation d'un dispositif de detection de rayonnement electromagnetique comportant une couche en un materiau getter |
| EP3401657A1 (fr) * | 2017-05-09 | 2018-11-14 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Procede de realisation d'un detecteur bolometrique |
| FR3066321A1 (fr) | 2017-05-09 | 2018-11-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de realisation d'un detecteur bolometrique |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202225648A (zh) | 2022-07-01 |
| WO2022023658A1 (fr) | 2022-02-03 |
| FR3113127B1 (fr) | 2022-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2853751C (fr) | Detecteur infrarouge a base de micro-planches bolometriques suspendues | |
| EP3401657B1 (fr) | Procede de realisation d'un detecteur bolometrique | |
| EP1653205B1 (fr) | Détecteur bolométrique à isolation thermique par constriction | |
| EP3182081B1 (fr) | Dispositif de detection a membranes bolometriques suspendues a fort rendement d'absorption et rapport signal sur bruit | |
| EP3211390B1 (fr) | Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a plot de connexion electrique sureleve | |
| EP3067675B1 (fr) | Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a structure d'encapsulation hermetique a event de liberation | |
| WO2022023664A1 (fr) | Micro-bolometre d'imagerie infrarouge et procedes de realisation associes | |
| FR2999805A1 (fr) | Procede de realisation d'un dispositif de detection infrarouge | |
| FR2936868A1 (fr) | Detecteur thermique a micro-encapsulation. | |
| FR3033044A1 (fr) | Dispositif de detection de rayonnement comportant une structure d'encapsulation a tenue mecanique amelioree | |
| CA3062133A1 (fr) | Detecteur thermique a membrane suspendue comportant un absorbeur deformable | |
| EP2731908B1 (fr) | Capteur miniaturise a element chauffant et procede de fabrication associe. | |
| WO2006120362A1 (fr) | Detecteur thermique de rayonnements electromagnetiques et dispositif de detection infrarouge mettant en oeuvre de tels detecteurs | |
| EP2840589B1 (fr) | Procédé améliore de séparation entre une zone activé d'un substrat et sa face arrière ou une portion de sa face arrière | |
| FR3050526A1 (fr) | Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a structure d’encapsulation comportant au moins un filtre interferentiel | |
| EP1399722A1 (fr) | Microbolometre et son procede de fabrication | |
| EP3067676B1 (fr) | Dispositif de detection de rayonnement comportant une structure d'encapsulation a tenue mecanique amelioree | |
| FR3098904A1 (fr) | Micro-bolometre a faible capacite thermique et procede de fabrication associe | |
| FR3113127A1 (fr) | Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe | |
| FR3113125A1 (fr) | Procede de realisation d’un micro-bolometre d’imagerie infrarouge et micro-bolometre associe | |
| EP4271973A1 (fr) | Procede de fabrication d'un dispositif de detection comportant une structure d'encapsulation comportant une couche mince opaque reposant sur une paroi peripherique minerale | |
| FR3108786A1 (fr) | Pixel d'un capteur de lumière et son procédé de fabrication | |
| FR3133447A1 (fr) | Micro-bolometre d’imagerie infrarouge | |
| WO2020074838A1 (fr) | Procede de fabrication d'un dispositif de detection d'un rayonnement electromagnetique comportant un element de detection suspendu | |
| FR3070487A1 (fr) | Detecteur de rayonnement electromagnetique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220204 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20240306 |