FR3138517A1

FR3138517A1 - BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND METHOD FOR PRODUCING IT

Info

Publication number: FR3138517A1
Application number: FR2207795A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Boudou
Original assignee: Lynred SAS
Current assignee: Lynred SAS
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2024-02-02
Also published as: WO2024023402A1

Abstract

L’invention concerne un micro-bolomètre aveugle d’imagerie infrarouge (10) comprenant :– un substrat (11) ; – une membrane (14) ; et– un écran d’occultation (19) disposé au-dessus de la membrane (14) de sorte à bloquer les rayonnements infrarouges incidents ; ledit écran d’occultation (19) comprenant :. au moins une couche métallique présentant une épaisseur supérieure à 150 nanomètres ; et. au moins deux évents de libération (32) destinés à permettre le retrait d’au moins une couche sacrificielle mise en œuvre lors du procédé de fabrication du micro-bolomètre aveugle (10), chaque évent de libération (32) présentant un taux d’ouverture inférieur à 30% et une taille inférieure à 3 micromètres. Figure pour abrégé : Fig 1The invention relates to an infrared imaging blind micro-bolometer (10) comprising: – a substrate (11); – a membrane (14); and– a concealment screen (19) arranged above the membrane (14) so as to block incident infrared radiation; said concealment screen (19) comprising:. at least one metal layer having a thickness greater than 150 nanometers; And. at least two release vents (32) intended to allow the removal of at least one sacrificial layer implemented during the manufacturing process of the blind micro-bolometer (10), each release vent (32) having a rate of opening less than 30% and a size less than 3 micrometers. Figure for abstract: Fig 1

Description

BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND METHOD FOR PRODUCING IT

Field of the invention

La présente invention a trait au domaine de la détection de rayonnements électromagnétiques et, plus précisément, à la compensation des erreurs de détection des détecteurs infrarouges mettant en œuvre des micro-bolomètres.The present invention relates to the field of detection of electromagnetic radiation and, more precisely, to the compensation of detection errors of infrared detectors using micro-bolometers.

L’invention concerne, d’une part, un micro-bolomètre aveugle et, d’autre part, un procédé de réalisation associé.The invention relates, on the one hand, to a blind micro-bolometer and, on the other hand, to an associated production method.

Prior state of the art

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.In the field of detectors used for infrared imaging, it is known to use devices arranged in matrix form, capable of operating at ambient temperature, that is to say not requiring cooling at very low temperatures, unlike detection devices called "quantum detectors" which require operation at very low temperatures.

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.These detectors traditionally use the variation of a physical quantity of a material or assembly of appropriate materials as a function of temperature, around 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.In the particular case of micro-bolometric detectors, the most commonly used, this physical quantity is the electrical resistivity, but other quantities can be used, such as the dielectric constant, polarization, thermal expansion, refractive index, 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.Such an uncooled detector generally combines:
– means of absorbing thermal radiation and converting it into heat;
– means of thermal insulation of the detector, so as to allow it to heat up under the action of thermal radiation;
– thermometry means which, in the context of a micro-bolometric detector, use a resistive element whose resistance varies with the temperature;
– and means for reading the electrical signals provided by the thermometry means.

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. Les moyens d'absorption et les moyens de thermométrie sont alors associés pour former une membrane montée en suspension au-dessus du substrat au moyen de plots sur lesquels sont fixés les bras de soutien.Detectors intended for thermal or infrared imaging are conventionally produced in the form of a matrix of elementary detectors, forming image points or pixels, in one or two dimensions. To guarantee the thermal insulation of the detectors, they are suspended above a substrate via support arms. The absorption means and the thermometry means are then combined to form a membrane mounted in suspension above the substrate by means of studs on which the support arms are fixed.

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 ».The substrate usually comprises means for sequentially addressing the elementary detectors and means for electrical excitation and pre-processing of the electrical signals generated from these elementary detectors. This substrate and the integrated means are commonly referred to as “reading circuit”.

Dans le cas de détecteurs infrarouges utilisant des micro-bolomètres, les moyens de pré-traitement peuvent intégrer des micro-bolomètres dédiés à la compensation d’effets indésirables dégradant la qualité des signaux mesurés. Ces micro-bolomètres dédiés à la compensation sont appelés micro-bolomètres de référence. Une mesure différentielle est alors généralement réalisée entre un micro-bolomètre sensible et un micro-bolomètre de référence pour filtrer chaque mesure issue d’un micro-bolomètre sensible.In the case of infrared detectors using micro-bolometers, the pre-processing means can integrate micro-bolometers dedicated to compensating for undesirable effects degrading the quality of the measured signals. These micro-bolometers dedicated to compensation are called reference micro-bolometers. A differential measurement is then generally carried out between a sensitive micro-bolometer and a reference micro-bolometer to filter each measurement from a sensitive micro-bolometer.

Par exemple, certains micro-bolomètres de référence permettent de rejeter une composante non utile du signal, appelée mode commun, qui peut être largement prédominante. La réjection de cette composante permet de lire le signal utile en utilisant au maximum la dynamique électrique du circuit de lecture. Pour ce faire, ces micro-bolomètres de référence sont thermalisés au substrat, et sont dépourvus de couche absorbante.For example, certain reference micro-bolometers make it possible to reject a non-useful component of the signal, called common mode, which can be largely predominant. The rejection of this component makes it possible to read the useful signal using the electrical dynamics of the reading circuit as much as possible. To do this, these reference micro-bolometers are thermalized to the substrate, and do not have an absorbent layer.

L’invention concerne plus spécifiquement un autre type de micro-bolomètres de référence ; les micro-bolomètres de référence dit aveugles, qui permettent, en association avec les micro-bolomètres de détection, la mesure différentielle d’une variation de température au moyen d’un matériau thermométrique présent à la fois dans les micro-bolomètres de détection et les micro-bolomètres aveugles.The invention relates more specifically to another type of reference micro-bolometers; so-called blind reference micro-bolometers, which allow, in association with detection micro-bolometers, the differential measurement of a temperature variation by means of a thermometric material present both in the detection micro-bolometers and blind micro-bolometers.

Ainsi, contrairement aux micro-bolomètres de référence thermalisés avec le substrat, les micro-bolomètres de référence aveugles ne sont pas thermalisés avec le substrat et ils sont pourvus d’un écran d’occultation.Thus, unlike reference micro-bolometers thermalized with the substrate, blind reference micro-bolometers are not thermalized with the substrate and they are provided with an occultation screen.

La variation de température détectée par le matériau thermométrique est issue de plusieurs facteurs : le flux utile à détecter, l’auto-échauffement inhérent au mode de lecture, et les flux parasites. Dans le but d’améliorer la précision de mesure, l’écrantage des micro-bolomètres aveugles vise à compenser de manière efficace toute source de variation de température autre que celle issue du flux utile à détecter, entre les micro-bolomètres de détection et ceux de compensation.The temperature variation detected by the thermometric material comes from several factors: the useful flow to be detected, the self-heating inherent in the reading mode, and the parasitic flows. With the aim of improving measurement precision, the screening of blind micro-bolometers aims to effectively compensate for any source of temperature variation other than that resulting from the useful flow to be detected, between the detection micro-bolometers and those compensation.

Selon cette approche, ces deux types de micro-bolomètres présentent préférentiellement les mêmes propriétés thermiques et électriques de sorte à garantir la précision de la mesure.According to this approach, these two types of micro-bolometers preferably have the same thermal and electrical properties so as to guarantee the precision of the measurement.

Dans le cas des micro-bolomètres aveugles, la formation de l’écran d’occultation sur la membrane complexifie grandement le retrait des couches sacrificielles mises en œuvre pour former la membrane en suspension et pour former l’écran d’occultation sur celle-ci. En effet, l’écran d’occultation doit être monté en suspension au-dessus de la membrane. Pour ce faire, il est connu d’utiliser une seconde couche sacrificielle déposée sur la membrane et sur la première couche sacrificielle autour de la membrane. Des ouvertures sont réalisées dans cette seconde couche sacrificielle autour de la membrane pour déposer une structure porteuse avant de former l’écran d’occultation sur cette structure porteuse.In the case of blind micro-bolometers, the formation of the occultation screen on the membrane greatly complicates the removal of the sacrificial layers used to form the membrane in suspension and to form the occultation screen on it. . In fact, the occultation screen must be mounted suspended above the membrane. To do this, it is known to use a second sacrificial layer deposited on the membrane and on the first sacrificial layer around the membrane. Openings are made in this second sacrificial layer around the membrane to deposit a supporting structure before forming the occultation screen on this supporting structure.

Pour éliminer la seconde couche sacrificielle, et potentiellement la première couche sacrificielle simultanément, il est nécessaire de réaliser au moins un évent de libération dans l’écran d’occultation ou au sein de la structure porteuse. Généralement, l’écran d’occultation ou la structure porteuse sont communs à plusieurs micro-bolomètres aveugles disposés en pied de ligne ou de colonne et un évent est ménagé pour chaque micro-bolomètre aveugle.To eliminate the second sacrificial layer, and potentially the first sacrificial layer simultaneously, it is necessary to produce at least one release vent in the occultation screen or within the supporting structure. Generally, the occultation screen or the supporting structure is common to several blind micro-bolometers arranged at the bottom of the line or column and a vent is provided for each blind micro-bolometer.

La libération de la membrane des micro-bolomètres, c’est-à-dire la suppression des couches sacrificielles, est ensuite réalisée par retrait des couches sacrificielles à travers les évents de libération réalisés. Classiquement, le procédé de libération met en œuvre une gravure par plasma oxygéné pour retirer des couches sacrificielles typiquement réalisées en polyimide.The release of the membrane from the micro-bolometers, that is to say the removal of the sacrificial layers, is then carried out by removal of the sacrificial layers through the release vents made. Conventionally, the release process uses oxygen plasma etching to remove sacrificial layers typically made of polyimide.

Ainsi, tel que décrit dans le document JP 2011/232157, les évents de libération sont utilisés de sorte que les flux de gaz réactifs et produits de réaction pénètrent et sortent de la cavité formée par l’écran d’occultation et la structure porteuse perpendiculairement au plan formé par l’écran d’occultation.Thus, as described in document JP 2011/232157, the release vents are used so that the flows of reactive gases and reaction products enter and exit the cavity formed by the occultation screen and the supporting structure perpendicularly to the plane formed by the occultation screen.

La réalisation des évents de libération au sein de l’écran d’occultation pose cependant un problème technique.However, the creation of the release vents within the concealment screen poses a technical problem.

En effet, une partie des rayonnements infrarouges peut passer à travers ces évents de libération et entrainer un échauffement indésiré de la membrane. Il s’ensuit que l’aveuglement du micro-bolomètre n’est pas parfait, et la compensation n’est pas toujours efficace, dégradant ainsi l’image globale issue du capteur infrarouge.Indeed, part of the infrared radiation can pass through these release vents and cause unwanted heating of the membrane. It follows that the blinding of the micro-bolometer is not perfect, and the compensation is not always effective, thus degrading the overall image from the infrared sensor.

Pour résoudre ce problème technique, une solution consiste à former les évents de libération dans une zone de l’écran d’occultation qui n’est pas situé en regard de la membrane. Pour ce faire, le document EP 3 243 052 propose une structure porteuse en forme de marches d’escalier, c’est à dire avec au moins une marche intermédiaire entre le plan du substrat et le plan de l’écran d’occultation. Ainsi, la structure porteuse présente un plan de marche parallèle respectivement aux plans du substrat, de la membrane et de l’écran d’occultation, et ce plan de marche parallèle peut être utilisé pour positionner les évents de libération.To resolve this technical problem, one solution consists of forming the release vents in an area of the occultation screen which is not located opposite the membrane. To do this, document EP 3 243 052 proposes a supporting structure in the form of staircase steps, that is to say with at least one intermediate step between the plane of the substrate and the plane of the occultation screen. Thus, the supporting structure has a walking plane parallel respectively to the planes of the substrate, the membrane and the occultation screen, and this parallel walking plane can be used to position the release vents.

Cette solution consistant à déporter les évents de libération sur une surface horizontale d’une marche intermédiaire d’une structure en escalier permet effectivement de limiter la dégradation des propriétés otiques de l’écran d’occultation inhérente à la présence des évents de libération, car ces derniers peuvent être ménagés au même niveau que le plan de la membrane, limitant ainsi la propagation des rayonnements parasites susceptibles de passer à travers les évents de libération pour atteindre la membrane. Cependant, cette solution nécessite un élargissement de la structure porteuse pour placer les évents de libération, limitant ainsi la densité d’intégration de ces micro-bolomètres aveugles.This solution consisting of offsetting the release vents on a horizontal surface of an intermediate step of a staircase structure effectively makes it possible to limit the degradation of the optical properties of the occultation screen inherent to the presence of the release vents, because the latter can be placed at the same level as the plane of the membrane, thus limiting the propagation of parasitic radiation likely to pass through the release vents to reach the membrane. However, this solution requires an enlargement of the supporting structure to place the release vents, thus limiting the integration density of these blind micro-bolometers.

En outre, pour limiter efficacement la propagation des rayonnements parasites susceptibles de passer à travers les évents de libération et corollairement d’atteindre la membrane, il est classiquement requis de limiter la section des évents de libération, même en utilisant des évents déportés sur une marche intermédiaire d’une structure porteuse en marche d’escalier. Par exemple, le document EP 2 633 279 propose d’utiliser un évent de libération pour chaque micro-bolomètre aveugle avec une taille inférieure à 1 micromètre afin d’atténuer efficacement la transmission des rayonnements infrarouges à travers l’évent de libération.Furthermore, to effectively limit the propagation of parasitic radiation likely to pass through the release vents and as a corollary to reach the membrane, it is conventionally required to limit the section of the release vents, even by using offset vents on a step. intermediate of a supporting stair-step structure. For example, document EP 2 633 279 proposes using a release vent for each blind micro-bolometer with a size less than 1 micrometer in order to effectively attenuate the transmission of infrared radiation through the release vent.

Dans le cadre de l’invention, il a été déterminé numériquement que, pour un évent de libération de section carrée situé au-dessus d’une membrane bolométrique, la limite de longueur de chaque côté de l’évent est de 1.6 micromètre pour obtenir des rayonnements parasites acceptables, c’est-à-dire un pouvoir d’écrantage d’au moins 99%. La section de l’évent de libération de cette simulation est donc de 2.56 µm².In the context of the invention, it was determined numerically that, for a release vent of square section located above a bolometric membrane, the length limit on each side of the vent is 1.6 micrometer to obtain acceptable parasitic radiation, i.e. a screening power of at least 99%. The section of the release vent of this simulation is therefore 2.56 µm².

Au sens de l’invention, le «pouvoir d’écrantage» correspond au pourcentage de flux incident bloqué par l’écran d’occultation. La réponse électro-optique d’un micro-bolomètre, également appelée réponse résiduelle, est la différence de niveau continu mesurée lorsque ce micro-bolomètre est successivement illuminé par deux corps noirs à des températures différentes. Cette réponse résiduelle s’exprime donc en V/K ou, plus habituellement, en mV/K.For the purposes of the invention, the “ screening power ” corresponds to the percentage of incident flow blocked by the occultation screen. The electro-optical response of a micro-bolometer, also called residual response, is the difference in continuous level measured when this micro-bolometer is successively illuminated by two black bodies at different temperatures. This residual response is therefore expressed in V/K or, more usually, in mV/K.

Pour évaluer le pouvoir d’écrantage, il est ainsi possible de mesurer la réponse résiduelle d’un micro-bolomètre aveugle et celle d’un micro-bolomètre de détection situé à proximité du micro-bolomètre aveugle. Le pouvoir d’écrantage correspond alors au rapport entre les deux réponses, soit la réponse du micro-bolomètre de détection diminuée de la réponse du micro-bolomètre aveugle sur la réponse du micro-bolomètre de détection. De préférence, les valeurs de réponses sont issues d’une moyenne sur un ensemble de micro-bolomètres de détection et aveugles.To evaluate the screening power, it is thus possible to measure the residual response of a blind micro-bolometer and that of a detection micro-bolometer located near the blind micro-bolometer. The screening power then corresponds to the ratio between the two responses, i.e. the response of the detection micro-bolometer reduced by the response of the blind micro-bolometer on the response of the detection micro-bolometer. Preferably, the response values are taken from an average over a set of detection and blind micro-bolometers.

En raison de la limitation des dimensions des évents de libération, la vitesse de libération, c’est-à-dire la durée nécessaire pour retirer tout le volume des couches sacrificielles à travers lesdits évents, est particulièrement longue. Par exemple, la vitesse de libération d’une membrane à travers les évents peut être de l’ordre d’une heure, tandis que les membranes des micro-bolomètres de détection, c’est-à-dire les membranes non recouvertes par les écrans d’occultation, peuvent être libérées en 15 minutes.Due to the limitation in the dimensions of the release vents, the release speed, i.e. the time required to remove the entire volume of the sacrificial layers through said vents, is particularly long. For example, the rate of release of a membrane through the vents can be of the order of one hour, while the membranes of the detection micro-bolometers, that is to say the membranes not covered by the blackout screens, can be released in 15 minutes.

Cette différence dans les durées de libération des membranes peut entrainer une sur-gravure des membranes des micro-bolomètres de détection par rapport aux membranes des micro-bolomètres de compensation.This difference in the release times of the membranes can lead to over-etching of the membranes of the detection micro-bolometers compared to the membranes of the compensation micro-bolometers.

Bien que les membranes des micro-bolomètres de compensation et des micro-bolomètres de détection soient préférentiellement réalisées simultanément pour présenter les mêmes propriétés thermiques et électriques, cette sur-gravure des membranes des micro-bolomètres de détection peut conduire à des écarts entre les propriétés thermiques et électriques des micro-bolomètres de détection et des micro-bolomètres de compensation.Although the membranes of the compensation micro-bolometers and the detection micro-bolometers are preferably produced simultaneously to present the same thermal and electrical properties, this over-etching of the membranes of the detection micro-bolometers can lead to discrepancies between the properties. thermal and electrical detection micro-bolometers and compensation micro-bolometers.

Ainsi, cette sur-gravure peut dégrader la précision de la compensation réalisée par les micro-bolomètres de compensation.Thus, this over-etching can degrade the precision of the compensation carried out by the compensation micro-bolometers.

Plus précisément, il est recherché une différence relative entre les résistances des micro-bolomètres aveugles et celle des micro-bolomètres de détection inférieure à 1%.More precisely, a relative difference between the resistances of the blind micro-bolometers and that of the detection micro-bolometers of less than 1% is sought.

Au sens de l’invention, la «différence relative» correspond au pourcentage de différence de résistance entre un micro-bolomètre aveugle et celle d’un micro-bolomètre de détection situé à proximité du micro-bolomètre aveugle. Cette résistance peut être simplement mesurée aux bornes du micro-bolomètre aveugle et aux bornes du micro-bolomètre de détection dans une chambre obscure, c’est-à-dire sans rayonnement infrarouge capté par le micro-bolomètre de détection. La différence relative correspond donc au rapport entre les deux mesures de résistance, soit la mesure de résistance du micro-bolomètre de détection diminuée de la mesure de résistance du micro-bolomètre aveugle sur la mesure de résistance du micro-bolomètre de détection. De préférence, les mesures sont issues d’une moyenne sur un ensemble de micro-bolomètres de détection et aveugles.For the purposes of the invention, the “ relative difference ” corresponds to the percentage difference in resistance between a blind micro-bolometer and that of a detection micro-bolometer located near the blind micro-bolometer. This resistance can simply be measured at the terminals of the blind micro-bolometer and at the terminals of the detection micro-bolometer in a dark room, that is to say without infrared radiation captured by the detection micro-bolometer. The relative difference therefore corresponds to the ratio between the two resistance measurements, i.e. the resistance measurement of the detection micro-bolometer reduced by the resistance measurement of the blind micro-bolometer on the resistance measurement of the detection micro-bolometer. Preferably, the measurements are taken from an average over a set of detection and blind micro-bolometers.

Le problème technique que l’invention entend résoudre consiste donc à obtenir un micro-bolomètre aveugle d’imagerie infrarouge comportant des évents de libération limitant les rayonnements parasites et permettant d’aboutir à une vitesse de libération de la membrane du micro-bolomètre aveugle acceptable et proche de celle des membranes des micro-bolomètres de détection, en limitant la différence entre la résistance d’un micro-bolomètre aveugle et celle d’un micro-bolomètre de détection.The technical problem that the invention intends to solve therefore consists of obtaining a blind infrared imaging micro-bolometer comprising release vents limiting parasitic radiation and making it possible to achieve an acceptable release speed of the blind micro-bolometer membrane. and close to that of the membranes of detection micro-bolometers, by limiting the difference between the resistance of a blind micro-bolometer and that of a detection micro-bolometer.

Afin de répondre à ce problème technique, l’invention propose d’utiliser au moins deux évents de libération par micro-bolomètre aveugle présentant des dimensions suffisamment réduites pour limiter la transmission des rayonnements infrarouges.In order to respond to this technical problem, the invention proposes to use at least two release vents per blind micro-bolometer having sufficiently small dimensions to limit the transmission of infrared radiation.

En effet, l’invention est issue de l’observation selon laquelle la multiplication des évents de libération de petites dimensions n’augmente pas la transmittance des rayonnements infrarouges à travers l’écran d’occultation. En raison de cette observation contre-intuitive, l’homme du métier, qui naturellement aurait considéré que la transmittance des rayonnements infrarouges est directement proportionnelle à la surface ouverte de l’écran d’occultation, également appelé taux d’ouverture, n’aurait pas emprunté cette voie.Indeed, the invention comes from the observation that the multiplication of small release vents does not increase the transmittance of infrared radiation through the occultation screen. Because of this counterintuitive observation, the person skilled in the art, who would naturally have considered that the transmittance of infrared radiation is directly proportional to the open surface of the occultation screen, also called aperture rate, would not have not taken this route.

Au sens de l’invention, le «taux d’ouverture» de l’écran d’occultation correspond ainsi à la surface totale des évents de libération formés en regard d’un micro-bolomètre aveugle sur la surface totale du micro-bolomètre aveugle.Within the meaning of the invention, the “ opening rate ” of the occultation screen thus corresponds to the total surface of the release vents formed facing a blind micro-bolometer on the total surface of the blind micro-bolometer .

Pour des raisons de simplification du procédé de fabrication, l’état de la technique propose toujours d’utiliser un seul évent de libération lorsque celui-ci est disposé en regard du micro-bolomètre aveugle.For reasons of simplification of the manufacturing process, the state of the art still suggests using a single release vent when it is placed opposite the blind micro-bolometer.

Fort de l’observation de l’invention selon laquelle ces deux contraintes ne sont pas inextricablement liées, il est désormais possible de limiter la durée de libération de la membrane du micro-bolomètre aveugle sans dégrader la transmittance des rayonnements infrarouges à travers l’écran d’occultation en multipliant les évents à travers ledit écran.Strengthened by the observation of the invention according to which these two constraints are not inextricably linked, it is now possible to limit the release duration of the membrane of the blind micro-bolometer without degrading the transmittance of infrared radiation through the screen concealment by multiplying the vents through said screen.

Pour obtenir cet effet surprenant, il a été observé qu’il est nécessaire d’utiliser un écran d’occultation avec une couche métallique suffisamment épaisse, typiquement une couche métallique présentant une épaisseur supérieure à 150 nanomètres.To obtain this surprising effect, it has been observed that it is necessary to use a concealment screen with a sufficiently thick metal layer, typically a metal layer having a thickness greater than 150 nanometers.

Par ailleurs, chaque évent de libération doit présenter un taux d’ouverture inférieur à 30% et une taille inférieure à 3 micromètres.Furthermore, each release vent must have an opening rate of less than 30% and a size of less than 3 micrometers.

Au sens de l’invention, la «taille» d’un évent de libération correspond à la plus grande dimension dudit évent, par exemple la diagonale d’un évent carré ou rectangulaire ou le diamètre d’un évent circulaire.For the purposes of the invention, the “ size ” of a release vent corresponds to the largest dimension of said vent, for example the diagonal of a square or rectangular vent or the diameter of a circular vent.

Selon un premier aspect, l’invention concerne un micro-bolomètre aveugle d’imagerie infrarouge comprenant :
– un substrat ;
– une membrane, comportant au moins deux électrodes et un élément thermo-résistif, montée en suspension au-dessus du substrat ;
– un écran d’occultation disposé au-dessus de la membrane de sorte à bloquer les rayonnements infrarouges incidents ; ledit écran d’occultation étant monté en suspension au-dessus de la membrane et du substrat au moyen d’une structure porteuse fixée sur le substrat ; et
– un évent de libération ménagé au sein dudit écran d’occultation et destiné à permettre le retrait d’au moins une couche sacrificielle mise en œuvre lors du procédé de fabrication du micro-bolomètre aveugle.According to a first aspect, the invention relates to a blind infrared imaging micro-bolometer comprising:
– a substrate;
– a membrane, comprising at least two electrodes and a thermo-resistive element, mounted in suspension above the substrate;
– a concealment screen placed above the membrane so as to block incident infrared radiation; said occultation screen being mounted in suspension above the membrane and the substrate by means of a supporting structure fixed to the substrate; And
– a release vent provided within said occultation screen and intended to allow the removal of at least one sacrificial layer implemented during the manufacturing process of the blind micro-bolometer.

L’invention se caractérise en ce que l’écran d’occultation comprend :
– au moins une couche métallique présentant une épaisseur supérieure à 150 nanomètres ; et
– au moins deux évents de libération, chaque évent de libération présentant un taux d’ouverture inférieur à 30% et une taille inférieure à 3 micromètres.The invention is characterized in that the concealment screen comprises:
– at least one metal layer having a thickness greater than 150 nanometers; And
– at least two release vents, each release vent having an opening rate of less than 30% and a size of less than 3 micrometers.

L’invention permet d’obtenir un micro-bolomètre aveugle, ou un ensemble de micro-bolomètres aveugles réalisés collectivement, avec un pouvoir d’écrantage d’au moins 99% et une différence relative entre les résistances des micro-bolomètres aveugles et celle des micro-bolomètres de détection inférieure à 1%.The invention makes it possible to obtain a blind micro-bolometer, or a set of blind micro-bolometers produced collectively, with a screening power of at least 99% and a relative difference between the resistances of the blind micro-bolometers and that micro-bolometers detection less than 1%.

Cette amélioration de la différence relative est inhérente à la réduction de la durée de libération car le temps d’exposition des membranes des micro-bolomètres de détection est désormais plus proche du temps d’exposition des membranes des micro-bolomètres aveugles, et le risque de sur-gravure des membranes des micro-bolomètres de détection est limité.This improvement in the relative difference is inherent to the reduction in release time because the exposure time of the detection micro-bolometer membranes is now closer to the exposure time of the blind micro-bolometer membranes, and the risk over-etching of the membranes of detection micro-bolometers is limited.

Cette réduction de la durée de libération dépend du taux d’ouverture de l’écran d’occultation. L’augmentation possible de ce taux d’ouverture pour conserver un pouvoir d’écrantage d’au moins 99% dépend du pouvoir d’écrantage initial de l’écran d’occultation, c’est-à-dire de la nature et de l’épaisseur de la couche métallique intégrée dans ledit écran. Bien entendu, il est possible de mettre en œuvre l’invention pour obtenir un pouvoir d’écrantage inférieur à 99%.This reduction in release duration depends on the opening rate of the occultation screen. The possible increase in this opening rate to maintain a screening power of at least 99% depends on the initial screening power of the occultation screen, that is to say on the nature and the thickness of the metal layer integrated into said screen. Of course, it is possible to implement the invention to obtain a screening power of less than 99%.

Par exemple, pour un écran d’occultation comportant une couche métallique réalisée en titane ou en chrome, l’épaisseur de la couche métallique est préférentiellement supérieure à 400 nanomètres et le taux d’ouverture est préférentiellement inférieur à 25%.For example, for a concealment screen comprising a metal layer made of titanium or chrome, the thickness of the metal layer is preferably greater than 400 nanometers and the opening rate is preferably less than 25%.

Dans un autre exemple dans lequel l’écran d’occultation comporte une couche métallique réalisée en aluminium, en or, en argent, en cuivre, en platine, en molybdène ou en tungstène, l’épaisseur de la couche métallique est préférentiellement supérieure à 100 nanomètres et le taux d’ouverture est préférentiellement inférieur à 25%.In another example in which the occultation screen comprises a metallic layer made of aluminum, gold, silver, copper, platinum, molybdenum or tungsten, the thickness of the metallic layer is preferably greater than 100 nanometers and the opening rate is preferably less than 25%.

Ainsi, la variation du taux d’ouverture possible dépend de l’épaisseur et de la nature de la couche métallique constitutive de l’écran d’occultation.Thus, the variation in the possible opening rate depends on the thickness and nature of the metal layer constituting the occultation screen.

Par ailleurs, le taux d’ouverture peut être obtenu avec des évents de libération de formes variables sans changer l’invention.Furthermore, the opening rate can be obtained with release vents of variable shapes without changing the invention.

Par exemple, les évents de libération peuvent être de forme carrée, rectangulaire, circulaire, hexagonale…For example, release vents can be square, rectangular, circular, hexagonal, etc.

Il est néanmoins important que la taille de chaque évent soit inférieure à 3 micromètres.It is nevertheless important that the size of each vent is less than 3 micrometers.

Les évents peuvent être placés aléatoirement dans l’écran d’occultation ou organisés sous la forme d’un réseau périodique d’au moins quatre évents de libération par micro-bolomètre aveugle, les évents de libération étant par exemple agencés en lignes et en colonnes.The vents can be placed randomly in the occultation screen or organized in the form of a periodic network of at least four release vents per blind micro-bolometer, the release vents being for example arranged in rows and columns .

Au sens de l’invention, un «réseau périodique» indique que les évents de chaque micro-bolomètre aveugle sont régulièrement espacés les uns des autres par un pas régulier. Avec au moins deux lignes et deux colonnes, le réseau périodique est formé au minimum avec quatre évents de libération. Bien entendu, il est possible d’utiliser plus de deux colonnes ou plus de deux lignes.For the purposes of the invention, a “ periodic network ” indicates that the vents of each blind micro-bolometer are regularly spaced from each other by a regular pitch. With at least two rows and two columns, the periodic network is formed at a minimum with four release vents. Of course, it is possible to use more than two columns or more than two rows.

Par exemple, pour un réseau périodique de trois lignes et de trois colonnes, alors que la section maximum d’un seul évent de libération a précédemment été estimée à 2.56 µm² pour obtenir un pouvoir d’écrantage supérieur à 99%, il a été observé qu’il est possible d’utiliser un réseau périodique de 9 évents de libération de section circulaire avec un diamètre de 1.4 micromètre et un pas de 4 micromètres entre les évents et d’obtenir également un pouvoir d’écrantage supérieur à 99%. Avec cette configuration particulière, la section de chaque évent de libération est de 1.54 µm² et la section totale est de 13.85 µm². La vitesse de libération étant directement liée à la section totale des évents de libération de chaque micro-bolomètre aveugle, le passage d’une section de 2.56 µm² à une section totale de 13.85 µm² permet d’améliorer significativement la vitesse de libération. Il est donc possible d’obtenir une différence relative entre les résistances des micro-bolomètres aveugles et celle des micro-bolomètres de détection inférieure à 1%.For example, for a periodic network of three lines and three columns, while the maximum section of a single release vent was previously estimated at 2.56 µm² to obtain a screening power greater than 99%, it was observed that it is possible to use a periodic network of 9 release vents of circular section with a diameter of 1.4 micrometers and a pitch of 4 micrometers between the vents and also obtain a screening power greater than 99%. With this particular configuration, the section of each release vent is 1.54 µm² and the total section is 13.85 µm². The release speed being directly linked to the total section of the release vents of each blind micro-bolometer, the passage from a section of 2.56 µm² to a total section of 13.85 µm² makes it possible to significantly improve the release speed. It is therefore possible to obtain a relative difference between the resistances of blind micro-bolometers and that of detection micro-bolometers of less than 1%.

Les simulations de l’invention ont montré que l’invention est particulièrement efficace avec des réseaux de neuf ou seize évents de libération, avec trois lignes et trois colonnes ou avec quatre lignes et quatre colonnes.Simulations of the invention have shown that the invention is particularly effective with networks of nine or sixteen release vents, with three rows and three columns or with four rows and four columns.

Selon un second aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un micro-bolomètre aveugle d’imagerie infrarouge comprenant les étapes suivantes :
– réalisation de la membrane sur une première couche sacrificielle déposée sur un substrat ;
– dépôt d’une seconde couche sacrificielle sur la membrane et sur la première couche sacrificielle ;
– réalisation d’ouvertures à la périphérie de la membrane au sein desdites première et seconde couches sacrificielles jusqu’à atteindre le substrat ;
– dépôt d’au moins une couche d’aveuglement sur la seconde couche sacrificielle et dans les ouvertures, de sorte à former un écran d’occultation et une structure porteuse ; ladite au moins une couche d’aveuglement comportant au moins une couche métallique présentant une épaisseur supérieure à 150 nanomètres ;
– réalisation d’au moins deux évents de libération dans l’écran d’occultation, chaque évent de libération présentant un taux d’ouverture inférieur à 30% et une taille inférieure à 3 micromètres ; et
– retrait des première et seconde couches sacrificielles au moyen d’un fluide de gravure à travers les évents de libération ainsi formés.According to a second aspect, the invention relates to a method of manufacturing a blind infrared imaging micro-bolometer comprising the following steps:
– production of the membrane on a first sacrificial layer deposited on a substrate;
– deposition of a second sacrificial layer on the membrane and on the first sacrificial layer;
– creation of openings at the periphery of the membrane within said first and second sacrificial layers until reaching the substrate;
– deposition of at least one blinding layer on the second sacrificial layer and in the openings, so as to form a concealment screen and a supporting structure; said at least one blinding layer comprising at least one metal layer having a thickness greater than 150 nanometers;
– production of at least two release vents in the concealment screen, each release vent having an opening rate of less than 30% and a size of less than 3 micrometers; And
– removal of the first and second sacrificial layers by means of an etching fluid through the release vents thus formed.

L’utilisation de plusieurs évents de libération avec un taux d’ouverture inférieur à 30% et une taille inférieure à 3 micromètres permet de limiter la durée de libération de la membrane du micro-bolomètre aveugle. Ainsi, l’étape de retrait des première et seconde couches sacrificielles est préférentiellement réalisée pendant une durée inférieure à 10 minutes.The use of several release vents with an opening rate less than 30% and a size less than 3 micrometers makes it possible to limit the release duration of the blind micro-bolometer membrane. Thus, the step of removing the first and second sacrificial layers is preferably carried out for a period of less than 10 minutes.

Brief description of the 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 :The invention will be clearly understood on reading the description which follows, the details of which are given solely by way of example, and developed in relation to the appended figures, in which identical references relate to identical elements:

est une vue schématique en section d’un micro-bolomètre aveugle selon un mode de réalisation de l’invention. is a schematic sectional view of a blind micro-bolometer according to one embodiment of the invention.

est une vue schématique de dessus du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic top view of the blind micro-bolometer of the .

est une vue schématique en section d’une première étape de réalisation du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic sectional view of a first stage of producing the blind micro-bolometer of the .

est une vue schématique en section d’une deuxième étape de réalisation du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic sectional view of a second stage of producing the blind micro-bolometer of the .

est une vue schématique en section d’une troisième étape de réalisation du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic sectional view of a third stage of producing the blind micro-bolometer of the .

est une vue schématique en section d’une quatrième étape de réalisation du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic sectional view of a fourth stage of producing the blind micro-bolometer of the .

est une vue schématique en section d’une cinquième étape de réalisation du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic sectional view of a fifth stage of producing the blind micro-bolometer of the .

est une vue schématique en section d’une sixième étape de réalisation du micro-bolomètre aveugle de la . is a schematic sectional view of a sixth step of producing the blind micro-bolometer of the .

Detailed description of the invention

Les figures 1 et 2 illustrent un micro-bolomètre aveugle10comprenant une membrane14montée en suspension sur un substrat11par des clous d’ancrage15. La membrane14comporte un élément thermo-résistif et au moins deux électrodes connectées sur les clous d’ancrage15pour mesurer la résistance du matériau thermo-résistif qui varie en fonction de la température de celui-ci.Figures 1 and 2 illustrate a blind micro-bolometer 10 comprising a membrane 14 mounted in suspension on a substrate 11 by anchoring nails 15 . The membrane 14 comprises a thermo-resistive element and at least two electrodes connected to the anchoring nails 15 to measure the resistance of the thermo-resistive material which varies as a function of its temperature.

Pour bloquer les rayonnements infrarouges pouvant atteindre la membrane14, un écran d’occultation19est fixé au-dessus de la membrane14. Plus précisément, l’écran d’occultation19se présente comme une plaque soutenue par une structure porteuse30fixée sur le substrat11à la périphérie de la membrane14.To block infrared radiation that can reach the membrane 14 , an occultation screen 19 is fixed above the membrane 14 . More precisely, the occultation screen 19 is presented as a plate supported by a supporting structure 30 fixed on the substrate 11 at the periphery of the membrane 14 .

Dans l’exemple des figures 1 et 2, la structure porteuse30présente des pieds20s’étendant depuis l’écran d’occultation19jusqu’au substrat11au moyen de deux parois latérales31en forme de V. En variante, la structure porteuse30peut reposer sur des plots déposés sur le substrat11.In the example of Figures 1 and 2, the supporting structure 30 has feet 20 extending from the concealment screen 19 to the substrate 11 by means of two V-shaped side walls 31. As a variant, the supporting structure 30 can rest on pads deposited on the substrate 11 .

Selon l’invention, l’écran d’occultation19comprend au moins deux évents de libération32présentant un taux d’ouverture inférieur à 30% et une taille inférieure à 3 micromètres. Tel qu’illustré sur la , les évents de libération32peuvent être de forme carrée et agencés en lignes et en colonnes pour former un réseau périodique de seize évents de libération32. En variante, les évents de libération32peuvent prendre d’autres formes, par exemple une forme rectangulaire, circulaire ou hexagonale.According to the invention, the concealment screen 19 comprises at least two release vents 32 having an opening rate of less than 30% and a size of less than 3 micrometers. As illustrated on the , the release vents 32 may be square in shape and arranged in rows and columns to form a periodic network of sixteen release vents 32 . Alternatively, the release vents 32 may take other shapes, for example a rectangular, circular or hexagonal shape.

Il est également possible de former un réseau de 4 ou 9 évents de libération32ou même de réaliser plusieurs évents de libération32distincts sans changer l’invention.It is also possible to form a network of 4 or 9 release vents 32 or even to produce several distinct release vents 32 without changing the invention.

En outre, pour garantir un écrantage efficace des rayonnements infrarouges avec les multiples évents de libération32, l’écran d’occultation19doit intégrer au moins une couche métallique présentant une épaisseur supérieure à 150 nanomètres.Furthermore, to guarantee effective screening of infrared radiation with the multiple release vents 32 , the occultation screen 19 must integrate at least one metal layer having a thickness greater than 150 nanometers.

Cette couche métallique peut être la seule couche constitutive de l’écran d’occultation19, également utilisée pour former les parois latérales31de la structure porteuse30. En variante, la couche métallique peut être déposée sur une couche de support ou interposée entre deux couches d’encapsulation. Ainsi, la structure porteuse30peut intégrer ou non la couche métallique constitutive de l’écran d’occultation19.This metal layer can be the only layer constituting the concealment screen 19 , also used to form the side walls 31 of the supporting structure 30 . Alternatively, the metal layer can be deposited on a support layer or interposed between two encapsulation layers. Thus, the supporting structure 30 may or may not integrate the metal layer constituting the occultation screen 19 .

L’épaisseur de la couche métallique dépend du matériau utilisé. Pour une couche métallique réalisée en titane on en chrome, l’épaisseur de la couche métallique est préférentiellement supérieure à 400 nanomètres et le taux d’ouverture est inférieur à 25%. Pour une couche métallique réalisée en aluminium, en or, en argent, en cuivre, en platine, en molybdène ou en tungstène, l’épaisseur de la couche métallique est préférentiellement supérieure à 100 nanomètres et le taux d’ouverture est inférieur à 25%.The thickness of the metal layer depends on the material used. For a metal layer made of titanium or chromium, the thickness of the metal layer is preferably greater than 400 nanometers and the opening rate is less than 25%. For a metal layer made of aluminum, gold, silver, copper, platinum, molybdenum or tungsten, the thickness of the metal layer is preferably greater than 100 nanometers and the opening rate is less than 25% .

L’invention sera mieux comprise en référence aux figures 3 à 8 qui illustrent le procédé de réalisation du micro-bolomètre aveugle10des figures 1 et 2.The invention will be better understood with reference to Figures 3 to 8 which illustrate the method of producing the blind micro-bolometer 10 of Figures 1 and 2.

Tel qu'illustré sur la , une première couche sacrificielle12est déposée sur le substrat11de sorte à permettre la formation de la membrane14. Le substrat11intègre les éléments d'adressage et de lecture du micro-bolomètre10.As illustrated on the , a first sacrificial layer 12 is deposited on the substrate 11 so as to allow the formation of the membrane 14 . The substrate 11 integrates the addressing and reading elements of the micro-bolometer 10 .

Des couches peuvent également être déposées sur le substrat11avant le dépôt de cette couche sacrificielle12, par exemple un réflecteur ou une couche d'arrêt destinée à protéger le circuit de lecture lors de l'étape de retrait de la couche sacrificielle12, par exemple une couche réalisée en dioxyde de silicium SiO₂.Layers can also be deposited on the substrate 11 before the deposition of this sacrificial layer 12 , for example a reflector or a stopping layer intended to protect the reading circuit during the step of removing the sacrificial layer 12 , for example example a layer made of silicon dioxide SiO ₂ .

Des ouvertures13sont ensuite gravées dans la première couche sacrificielle12par une gravure ionique réactive. La gravure ionique réactive est plus connue sous l’acronyme RIE pour «Reactive -Ion Etching» dans la littérature anglo-saxonne.Openings 13 are then etched in the first sacrificial layer 12 by reactive ion etching. Reactive ion etching is better known by the acronym RIE for “ Reactive -Ion Etching ” in Anglo-Saxon literature.

Puis, tel qu'illustré sur la , les couches formant la membrane14, les clous d'ancrage15, et les bras de soutien de la membrane14sont ensuite déposées dans les ouvertures13et sur la première couche sacrificielle12.Then, as illustrated on the , the layers forming the membrane 14 , the anchoring nails 15 , and the support arms of the membrane 14 are then deposited in the openings 13 and on the first sacrificial layer 12 .

Par exemple, les ouvertures13peuvent être remplies par un matériau conducteur formant les clous d’ancrage15, tel que du nitrure de titane, ou du tungstène.For example, the openings 13 can be filled with a conductive material forming the anchoring nails 15 , such as titanium nitride or tungsten.

Classiquement, les éléments14et15intègrent au moins des couches métalliques et des couches de support de sorte à former au moins deux électrodes connectées entre le substrat11et la membrane14. Par exemple, les électrodes peuvent être réalisées en nitrure de titane avec une épaisseur comprise entre 5 et 20 nanomètres. Les couches de support peuvent être réalisées en silicium amorphe avec une épaisseur comprise entre 10 et 100 nanomètres. La membrane14comporte également un élément thermo-résistif connecté entre les deux électrodes. Cet élément thermo-résistif peut être réalisé en silicium amorphe, en oxyde de titane ou en oxyde de vanadium et déposé par faisceau ionique avec une épaisseur comprise entre 10 et 200 nanomètres.Conventionally, the elements 14 and 15 integrate at least metal layers and support layers so as to form at least two electrodes connected between the substrate 11 and the membrane 14 . For example, the electrodes can be made of titanium nitride with a thickness of between 5 and 20 nanometers. The support layers can be made of amorphous silicon with a thickness of between 10 and 100 nanometers. The membrane 14 also includes a thermo-resistive element connected between the two electrodes. This thermo-resistive element can be made of amorphous silicon, titanium oxide or vanadium oxide and deposited by ion beam with a thickness of between 10 and 200 nanometers.

De préférence, les étapes de réalisation de ces éléments14et15du micro-bolomètre10sont réalisées simultanément avec celles des micro-bolomètres de détection (non représentés), de sorte que le micro-bolomètre aveugle10formé sur la première couche sacrificielle12présente des propriétés thermiques et résistives identiques à celles des micro-bolomètres de détection. Par exemple, les étapes de réalisation du micro-bolomètre10peuvent correspondre à celles décrites dans le document FR 3045148.Preferably, the steps of producing these elements 14 and 15 of the micro-bolometer 10 are carried out simultaneously with those of the detection micro-bolometers (not shown), so that the blind micro-bolometer 10 formed on the first sacrificial layer 12 has thermal and resistive properties identical to those of detection micro-bolometers. For example, the steps for producing the micro-bolometer 10 may correspond to those described in document FR 3045148.

Après délimitation et structuration de la membrane14et des bras de soutien par une ou plusieurs gravures ioniques réactives, une seconde couche sacrificielle17est déposée sur la première couche sacrificielle12, sur la membrane14et sur les bras de soutien, tel qu'illustré sur la . Cette seconde couche sacrificielle17est préférentiellement réalisée en dioxyde de silicium SiO₂.After demarcation and structuring of the membrane 14 and the support arms by one or more reactive ionic etchings, a second sacrificial layer 17 is deposited on the first sacrificial layer 12 , on the membrane 14 and on the support arms, as illustrated on the . This second sacrificial layer 17 is preferably made of silicon dioxide SiO ₂ .

Cette seconde couche sacrificielle17est destinée à permettre la formation de la structure de support30et de l'écran d'occultation19, dont la fonction est de masquer la membrane14de sorte à la rendre très peu sensible, voire insensible aux rayonnements infrarouges incidents. Pour ce faire, des ouvertures18sont gravées dans les deux couches sacrificielles12et17par une ou plusieurs gravures ioniques réactives jusqu'à atteindre le substrat11, tel qu'illustré sur la .This second sacrificial layer 17 is intended to allow the formation of the support structure 30 and the concealment screen 19 , the function of which is to mask the membrane 14 so as to make it very insensitive, or even insensitive, to infrared radiation. incidents. To do this, openings 18 are etched in the two sacrificial layers 12 and 17 by one or more reactive ionic etchings until reaching the substrate 11 , as illustrated on the .

En outre, les couches sacrificielles12et17peuvent être classiquement réalisées en polyimide.In addition, the sacrificial layers 12 and 17 can conventionally be made of polyimide.

De préférence, les couches sacrificielles12et17sont réalisées en oxyde de silicium déposées à basse température, c’est-à-dire à une température inférieure à 400°C par dépôt chimique en phase vapeur. Des couches sacrificielles12et17réalisées en oxyde de silicium permettent de mettre en œuvre un procédé de gravure particulièrement précis, par exemple une gravure ionique réactive avec un pas de gravure inférieur à 1 micromètre. Ce procédé de gravure permet d’obtenir des pieds20avec des largeurs très fines.Preferably, the sacrificial layers 12 and 17 are made of silicon oxide deposited at low temperature, that is to say at a temperature below 400° C. by chemical vapor deposition. Sacrificial layers 12 and 17 made of silicon oxide make it possible to implement a particularly precise etching process, for example reactive ion etching with an etching pitch of less than 1 micrometer. This engraving process makes it possible to obtain feet 20 with very fine widths.

Après la réalisation des ouvertures discontinues18, la illustre la réalisation de la structure porteuse30et de l’écran d’occultation19. Pour ce faire, une couche de titane peut être déposée sur la seconde couche sacrificielle17et dans les ouvertures18de sorte à former des parois latérales31de la structure porteuse30, ainsi que l’écran d’occultation19. Cette couche de titane peut être déposée par dépôt chimique en phase vapeur avec une épaisseur comprise entre 400 et 600 nanomètres.After the production of the discontinuous openings 18 , the illustrates the production of the supporting structure 30 and the concealment screen 19 . To do this, a layer of titanium can be deposited on the second sacrificial layer 17 and in the openings 18 so as to form side walls 31 of the supporting structure 30 , as well as the occultation screen 19 . This layer of titanium can be deposited by chemical vapor deposition with a thickness of between 400 and 600 nanometers.

L’étape illustrée sur la vise à former les évents de libération32et à supprimer l’écran d’occultation19en dehors de l’emprise attendue du micro-bolomètre aveugle sur le substrat11, c’est-à-dire pour éviter que l’écran d’occultation19ne s’étende au regard de la membrane d’un micro-bolomètre de détection voisin. Cette étape définit préférentiellement un surplomb22sur les bords des ouvertures18.The step illustrated on the aims to form the release vents 32 and to remove the occultation screen 19 outside the expected grip of the blind micro-bolometer on the substrate 11 , that is to say to prevent the screen from occultation 19 does not extend towards the membrane of a neighboring detection micro-bolometer. This step preferably defines an overhang 22 on the edges of the openings 18 .

En ce qui concerne les évents de libération32, cette étape permet de définir la position, le nombre et la forme des évents de libération32. De préférence, cette étape est réalisée par une gravure ionique réactive de l’écran d’occultation19.With regard to the release vents 32 , this step makes it possible to define the position, number and shape of the release vents 32 . Preferably, this step is carried out by reactive ion etching of the occultation screen 19 .

Par exemple, il est possible de former un réseau périodique de 16 évents de libération32de forme carrée avec des côtés de 1 micromètre et un pas de 4 micromètres entre lesdits évents32et d’obtenir un pouvoir d’écrantage supérieur à 99%. Avec cette configuration particulière, la section de chaque évent de libération32est de 1 µm² et la section totale est de 16 µm².For example, it is possible to form a periodic network of 16 release vents 32 of square shape with sides of 1 micrometer and a pitch of 4 micrometers between said vents 32 and to obtain a screening power greater than 99%. With this particular configuration, the section of each release vent 32 is 1 µm² and the total section is 16 µm².

En variante, il est possible de former un réseau périodique de 9 évents de libération32de section circulaire avec un diamètre de 1.4 micromètre et un pas de 4 micromètres entre lesdits évents32et d’obtenir également un pouvoir d’écrantage supérieur à 99%. Avec cette configuration particulière, la section de chaque évent de libération32est de 1.54 µm² et la section totale est de 13.85 µm².Alternatively, it is possible to form a periodic network of 9 release vents 32 of circular section with a diameter of 1.4 micrometers and a pitch of 4 micrometers between said vents 32 and also to obtain a screening power greater than 99% . With this particular configuration, the section of each release vent 32 is 1.54 µm² and the total section is 13.85 µm².

A partir de la structure illustrée sur la , il est possible de supprimer les couches sacrificielles12et17en utilisant les évents de libération32. Ainsi, le fluide de gravure est introduit et extrait avec les couches sacrificielles12et17par l’ensemble de ces évents de libération32simultanément. Avec la section totale de l’ensemble des évents de libération32, le retrait des couches sacrificielles12et17peut être réalisé pendant une durée inférieure à 10 minutes.From the structure illustrated on the , it is possible to remove the sacrificial layers 12 and 17 using the release vents 32 . Thus, the etching fluid is introduced and extracted with the sacrificial layers 12 and 17 through all of these release vents 32 simultaneously. With the total section of all the release vents 32 , the removal of the sacrificial layers 12 and 17 can be carried out for a period of less than 10 minutes.

Typiquement, le fluide de gravure peut être constitué d’acide fluorhydrique, permettant de supprimer des couches sacrificielles réalisées en oxyde de silicium, ou encore d’un plasma oxygéné permettant de supprimer des couches sacrificielles réalisées en polyimide.Typically, the etching fluid can consist of hydrofluoric acid, making it possible to remove sacrificial layers made of silicon oxide, or of an oxygenated plasma making it possible to remove sacrificial layers made of polyimide.

Le retrait des couches sacrificielles12et17permet d’obtenir le micro-bolomètre10illustré sur les figures 1 et 2.Removal of the sacrificial layers 12 and 17 makes it possible to obtain the micro-bolometer 10 illustrated in Figures 1 and 2.

Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'écran d’occultation19recouvre un seul micro-bolomètre aveugle10. En variante, un écran d’occultation19peut recouvrir plusieurs micro-bolomètres aveugles10juxtaposés avec une seule structure porteuse30commune à ces différents micro-bolomètres aveugles10.In the example of Figures 1 and 2, the concealment screen 19 covers a single blind micro-bolometer 10 . Alternatively, an occultation screen 19 can cover several blind micro-bolometers 10 juxtaposed with a single supporting structure 30 common to these different blind micro-bolometers 10 .

Quel que soit le nombre de micro-bolomètres aveugles10recouverts par l’écran d’occultation19, chaque micro-bolomètre aveugle10est disposé en regard d’au moins deux évents de libération32formés dans l’écran d’occultation19de sorte à obtenir un retrait rapide des couches sacrificielles12et17.Whatever the number of blind micro-bolometers 10 covered by the occultation screen 19 , each blind micro-bolometer 10 is arranged facing at least two release vents 32 formed in the occultation screen 19 of so as to obtain rapid removal of the sacrificial layers 12 and 17 .

L’invention permet ainsi d’obtenir un micro-bolomètre aveugle d’imagerie infrarouge comportant des évents de libération limitant les rayonnements parasites et permettant d’aboutir à une vitesse de libération acceptable et proche de celle des membranes des micro-bolomètres de détection, sans limiter la densité d’intégration du micro-bolomètre aveugle.The invention thus makes it possible to obtain a blind infrared imaging micro-bolometer comprising release vents limiting parasitic radiation and making it possible to achieve an acceptable release speed close to that of the membranes of detection micro-bolometers, without limiting the integration density of the blind micro-bolometer.

Claims

Blind infrared imaging micro-bolometer (10) comprising:
– a substrate (11);
– a membrane (14), comprising at least two electrodes and a thermo-resistive element, mounted in suspension above the substrate (11); And
– an occultation screen (19) arranged above the membrane (14) so as to block incident infrared radiation; said occultation screen (19) being mounted in suspension above the membrane (14) and the substrate (11) by means of a supporting structure (20) fixed to the substrate (11);
characterized in that said concealment screen (19) comprises:
– at least one metal layer having a thickness greater than 150 nanometers; And
– at least two release vents (32) provided within said concealment screen (19) and intended to allow the removal of at least one sacrificial layer (12, 17) implemented during the manufacturing process of the micro- blind bolometer (10), each release vent (32) having an opening rate of less than 30% and a size of less than 3 micrometers.

Blind infrared imaging micro-bolometer according to claim 1, in which the occultation screen (19) comprises a metallic layer made of titanium or chromium, the thickness of the metallic layer being greater than 400 nanometers and the rate opening being less than 25%.

Blind infrared imaging micro-bolometer according to claim 1, in which the occultation screen (19) comprises a metallic layer made of aluminum, gold, silver, copper, platinum, molybdenum or tungsten, the thickness of the metal layer being greater than 150 nanometers and the opening rate being less than 25%.

Blind infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 1 to 3, in which the release vents (32) are organized in the form of a periodic network of at least four release vents (32) per micro -blind bolometer (10), the release vents (32) being arranged in rows and columns.

Blind infrared imaging micro-bolometer according to claim 4, wherein the release vents (32) are organized in the form of a periodic array of nine release vents (32) per blind micro-bolometer (10), with three rows and three columns.

Blind infrared imaging micro-bolometer according to claim 4, wherein the release vents (32) are organized in the form of a periodic array of sixteen release vents (32) per blind micro-bolometer (10), with four rows and four columns.

Method for producing a blind infrared imaging micro-bolometer comprising the following steps:
– production of a membrane comprising at least two electrodes and a thermo-resistive element on a first sacrificial layer (12) deposited on a substrate (11);
– deposition of a second sacrificial layer (17) on the membrane (14) and on the first sacrificial layer (12);
– production of openings (18) at the periphery of the membrane (14) within said first and second sacrificial layers (12, 17) until reaching the substrate (11);
– deposition of at least one blinding layer on the second sacrificial layer (17) and in the openings (18), so as to form a concealment screen (19) and a supporting structure (20); said at least one blinding layer comprising at least one metal layer having a thickness greater than 150 nanometers;
– production of at least two release vents (32) in the concealment screen (19), each release vent (32) having an opening rate of less than 30% and a size of less than 3 micrometers; And
– removal of the first and second sacrificial layers (12, 17) by means of an etching fluid through the release vents (32) thus formed.

Method of manufacturing a blind infrared imaging micro-bolometer according to claim 7, in which the metal layer used in the constitution of the occultation screen is made of titanium or chromium, the thickness of said metal layer being greater than 400 nanometers and the opening rate is less than 25%.

Method of manufacturing a blind infrared imaging micro-bolometer according to claim 7, in which the metal layer used in the constitution of the occultation screen is made of aluminum, gold, silver, copper, platinum, molybdenum or tungsten, the thickness of the metal layer being greater than 150 nanometers and the opening rate is less than 25%.

Method of manufacturing a blind infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 7 to 9, in which the step of removing the first and second sacrificial layers (12, 17) is carried out for a duration of less than 10 minutes.