WO2018055276A1 - Structure de détection de rayonnements électromagnétiques de type bolomètre et procédé de fabrication d'une telle structure - Google Patents

Structure de détection de rayonnements électromagnétiques de type bolomètre et procédé de fabrication d'une telle structure Download PDF

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Jean-Jacques Yon
Etienne FUXA
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Definitions

  • the invention relates to the field of optoelectronics and the detection of electromagnetic radiation.
  • the invention thus more precisely relates to a structure for detecting electromagnetic radiation of the bolometer type and a method of manufacturing such a structure.
  • Such a structure comprises:
  • an absorbent element configured to absorb electromagnetic radiation, generally provided in the form of a suspended membrane,
  • transducer having a characteristic that varies with the temperature, the transducer being associated with the absorbent element in order to enable a detection of the temperature rise of the said absorbent element during the absorption of the electromagnetic radiation.
  • the transducer is provided by a layer having thermistor properties, such as a layer of a metal oxide selected from the group comprising VOx vanadium oxides, NiOx nickel oxides, TiOx titanium oxides, or amorphous silicon layer aSi.
  • a layer having thermistor properties such as a layer of a metal oxide selected from the group comprising VOx vanadium oxides, NiOx nickel oxides, TiOx titanium oxides, or amorphous silicon layer aSi.
  • such structures can not be integrated as a matrix in a component having a network pitch of less than 10 ⁇ .
  • the surface of the absorbent element must be sufficient because of the limited sensitivity of the metal oxide layers used as a transducer, the temperature coefficient does not exceed 2 to 2.5% .K 1 with such layers.
  • US 7489024 uses layers made of silicon dioxide as an absorbent element. These layers, by their function, must have a significant thickness. This results in a significant thermal inertia and therefore a degraded response time. In addition, these layers are also provided at the level of isolation arms which isolate the structure from the rest of the component that it equips. Such promiscuity results in a loss of the part of the heat generated by the absorption of the electromagnetic radiation to the rest of the component.
  • the purpose of the invention is to remedy this drawback and thus aims to provide a bolometer-type structure that can be integrated as a matrix in a component having a grating pitch of less than 10 ⁇ .
  • the invention relates to a bolometer-type detection structure for the detection of electromagnetic radiation, the detection structure comprising:
  • At least one first absorbent element configured to absorb the electromagnetic radiation
  • the third zone being of a conductivity type selected from a group comprising a second conductivity type opposite to the first conductivity type and a type of conductivity in which the third zone is substantially empty of carriers,
  • At least one first gate electrode arranged to polarize the third zone.
  • the first gate electrode comprises at least a first metal portion forming the first absorbent element, said first metal portion having a thickness Ep respecting the following inequalities: 150 ⁇ - ⁇ 700 ⁇
  • the operation of the structure is optimized. Indeed, by these inequalities, the first metal portion has an impedance close to that of the vacuum which is of the order 377 ⁇ , this for relatively low thicknesses of the order of 10 nm.
  • the absorbent element therefore does not need to have a large thickness to obtain an absorption greater than 85%.
  • the mass of the necessary absorbent element and its inertia are thus significantly reduced with respect to the prior art.
  • the structure which has a low inertia and sensitivity optimized compared to the structures of the prior art. This sensitivity is thus particularly suitable for integration of the matrix-like structure in a component having a grating pitch of less than 10 ⁇ .
  • the thickness of the first metal portion respects the following inequalities:
  • the thickness of the first metal portion respects the following inequalities: 320 ⁇ - ⁇ 420 ⁇
  • the third zone interposes between the first and the second zone.
  • the third zone has a type of conductivity and a thickness such that, in the absence of polarization of the detection structure, the third zone is substantially empty of carriers.
  • the creation of the conduction channel makes it possible to populate the third zone of carriers of the first type of conductivity. It can be noted that for those skilled in the art the indication that "the third zone is depleted" is synonymous with such a type of conductivity in which the third zone is substantially empty of carriers.
  • MOS-FET transistor terminology generally used by those skilled in the art, it is understood above and in the remainder of this document, field effect transistor of the metal / oxide / semiconductor type. Indeed, the acronym MOS-FET originates from the English terminology "Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor”.
  • the first metal portion of the first gate electrode is made of a "middle-of-gap" type metal for the third zone, the first metal portion being preferably in a metal selected from the group comprising titanium nitrides, nitrides of tantalum and silicides of molybdenum for a third zone made of silicon, the first metal portion being advantageously made in a titanium nitride for a third zone made of silicon.
  • the transistor can operate with a relatively low inversion voltage since source-gate voltages between 50 mV and 75 mV are accessible while offering a high sensitivity of the transistor current at the temperature.
  • the Joule effect related to the polarization of the structure remains contained and slightly disturbs the operation of the structure.
  • intermediate-gap type metal the metal is chosen so as to have, in the absence of polarization of the structure, its Fermi energy in the band area. forbidden from the third zone and more precisely in the vicinity of the middle of the forbidden band of the third zone, typically at a level of energy distant from the middle of the forbidden band in a range between -25% and + 25% of the gap of the forbidden band.
  • Such a grid configuration is generally known to those skilled in the art under the English name of "mid-gap".
  • the "middle-of-gap type metals" comprise, in particular, titanium nitrides, tantalum nitrides and molybdenum silicides.
  • the first gate electrode is in short circuit with one of the first and second regions.
  • the structure With such a configuration, enabled by the possibility of low inversion voltage operation for a metal portion of the first gate electrode is made in a metal of the type "middle-of-gap", the structure requires only two tracks of conduction to be polarized. The paths of electrical conduction, and therefore thermal, between the reading electronics and the transistor are reduced to a minimum. It is therefore possible to provide thermal insulation between the transistor and the particularly optimized reading electronics.
  • the first zone is surrounded by the third zone, the third zone being surrounded by the second zone.
  • the first gate electrode has a high ratio of the gate width to the gate length, gate width and gate length to be considered as it is customary to express them in the formalism describing the gate electrode.
  • MOS-FET operation that is to say relative to the flow direction of the current between the first and the second zone of the transistor.
  • Such a ratio makes it possible to increase the sensitivity of the current of the transistor to the temperature.
  • such a ratio can be further obtained with a particularly important gate electrode length to optimize the signal-to-noise ratio of the structure since the noise is directly connected to the surface of the gate electrode. It is thus noted that with such a configuration, it is possible to obtain a length of the first gate electrode greater than 0.5 ⁇ .
  • the grid is thus de facto imposing and the ring shape is one that optimizes both its surface and the ratio of its width to its length in the space imposed by the pixel.
  • the transistor may further comprise:
  • the fourth zone being of the first conductivity type and the fifth zone being of a conductivity type selected from the group having a second conductivity type opposite to the first type of conductivity and a type of conductivity in which the third zone is substantially empty of carriers,
  • a third gate electrode arranged to bias the fifth zone
  • the fifth zone separates the second and the fourth zone from one another
  • the third gate electrode comprises at least a second metal portion forming a second absorbent element, said second metal portion having a thickness Ep respecting the following inequality: 150/2 ⁇ - ⁇ 700 ⁇ with p the resistivity of the metallic material forming said second portion
  • An assembly formed by the third, the second and the fifth zone can separate the first and the fourth zone from one another.
  • the fifth zone may surround the second zone, the fourth zone surrounding the fifth zone.
  • the first, third, second, fifth and fourth zones may follow each other in a first direction.
  • the grid surfaces of the first and third grid gate additions the total grid area is particularly important.
  • the signal-to-noise ratio can therefore, therefore, be particularly optimized for such a structure.
  • the third zone interposes between the second and the fourth zone.
  • the third zone may be of the conductivity type in which the third zone is substantially empty of carriers.
  • the parasitic effects related to a floating potential substrate such as those related to the Kink effect, are contained or even absent. It is therefore not necessary to add a connection to polarize the channel, ie the third zone. The thermal insulation of the transistor is therefore not degraded by such a polarization connection of the channel.
  • a reflective surface configured to form with the first absorbent member a quarter-wave cavity.
  • the first gate electrode may be separated from the third zone by a first and a second electrically insulating layer, one of the first and second electrically insulating layers being made of silicon dioxide, the other of the first and the second second electrically insulating layer being made of high dielectric constant dielectric insulation.
  • High dielectric dielectric insulator or, according to the English name generally used by those skilled in the art, "high-K” dielectric material, an insulating material whose dielectric constant is high compared to that of silicon dioxide which is equal to 3.9.
  • a dielectric material may be considered as a high dielectric constant material if it has a dielectric constant greater than or equal to at least 1.5 times, or even 2 to 3 times, that of silicon dioxide.
  • the structure may further comprise a read circuit configured to bias the transistor and to determine, from an operating current of the transistor, a rise in temperature of the absorbing element,
  • the reading circuit and the transistor being separated from each other by at least a first and a second isolation arm each comprising at least one conductive track for biasing the transistor.
  • Each of the conductive tracks of the first and second isolation arm may be a metal track forming a third absorbent element and has a thickness Ep respecting the following inequality: 150 ⁇ ⁇ - ⁇ 700 ⁇ with p the resistivity of the
  • the portion of the electromagnetic radiation not absorbed by the first absorbent element can be absorbed by the conductive tracks and participate in part in the temperature rise of the transistor.
  • the transistor may further comprise a second gate electrode on one side of the transistor which is opposite to the first gate electrode,
  • the second gate electrode having at least one metal portion a fourth absorbent element.
  • Such a second gate electrode makes it possible to adjust the threshold voltage of the transistor while increasing the absorber element surface.
  • the signal-to-noise ratio is therefore improved.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a detection structure comprising the following steps:
  • the first and second zones being of a first conductivity type
  • the third zone separating the first and second zones from each other and the third zone being from a conductivity type selected from a group having a second conductivity type opposite to the first conductivity type and a conductivity type in which the third zone is substantially empty of carriers
  • first gate electrode arranged to bias the third area to form a MOS-FET type transistor
  • the first gate electrode having at least a first metal portion forming an absorbent member configured to absorb electromagnetic radiation, this way the transistor is associated with the absorbent element to detect the temperature rise of said absorbent element during the absorption of the electromagnetic radiation, said first metal portion having a thickness Ep respecting the following inequality: 150/2 ⁇ - ⁇ 700 ⁇ with p the resistivity of the metallic material forming said metal portion.
  • the first metal portion of the first gate electrode is made of a "middle-of-gap" type metal for the third zone, the first metal portion preferably being in a metal selected from the group comprising titanium nitrides, tantalum nitrides and molybdenum silicides for a third zone made of silicon, the first metal portion being advantageously made in a titanium nitride for a third zone made of silicon.
  • the structure obtained with such a method has the advantages of using a first metal portion of the "gap-gap" type and thus allows operation of the low inverting voltage transistor.
  • a read circuit configured to bias the transistor and to determine, from an operating current of the transistor, a rise in temperature of the absorbent element
  • each of the first and second isolation arms comprising at least one conductive track
  • the structure thus manufactured has an optimized isolation vis-à-vis the read circuit, this in particular by the use of the first and second isolation arm.
  • a substep of forming a reflection surface may be provided.
  • the reflection surface may have an arrangement so as to form with the titanium nitride portion of the first electrode of grid a quarter-wave cavity.
  • the fabricated structure has the advantages of such a reflection surface.
  • FIGS. 1A to 1C schematically illustrate a structure according to the invention with, in FIG. 1A, a top view in dashed outline of the various elements composing the structure, in FIG. 1B and 1C a sectional view of this same structure along the BB axis, respectively. and the AA axis,
  • FIGS. 2A and 2B schematically illustrate, during manufacture, the parts of the structure respectively forming a reading circuit and a reflector, with in FIG. 2A a view from above and in FIG. 2B a sectional view along the CC axis. ,
  • FIGS. 3A and 3B schematically illustrate, during manufacture, the parts of the structure respectively forming an absorbent element and a transducer, with FIG. 3A a view from above and FIG. 3B a sectional view along the axis DD ,
  • FIGS. 4A and 4B schematically illustrate, during manufacture, the parts of the structure respectively forming insulating arms and the reflector, with in FIG. 4A a view from above and in FIG. 4B a sectional view along the EE axis. ,
  • FIG. 5 schematically illustrates the matrix organization of four structures according to the invention when they equip a component
  • FIG. 6 is a diagrammatic plan view of a structure according to a second embodiment in which the transducer comprises five zones.
  • FIG. 1A schematically illustrates a bolometer-type detection structure 10 according to the invention, such a detection structure 10 being adapted for the detection of electromagnetic radiation.
  • Such a detection structure 10 more particularly targets the detection of electromagnetic radiation in the infrared wavelength range.
  • the various values indicated in the embodiments described below relate to this practical application, in which the target wavelength range is far infrared, that is to say between 8 and 12 ⁇ .
  • the person skilled in the art is perfectly capable, from the present disclosure, of adapting these values in order to allow the aid of such a detection structure 10 to optimize the detection of electromagnetic radiation in a range of wavelengths other than infrared.
  • Such a detection structure 10 comprises:
  • a transistor 100 of the MOS-FET type comprising:
  • the third zone 113 separating the first and second zones 111, 112 from each other, the third zone 113 being of a type of conductivity in which the third zone is substantially empty of carriers, in other words the third zone 113 is completely depleted,
  • a first gate electrode 120 arranged to polarize the third zone 113, the first gate comprising a first absorption layer 210 of titanium nitride TiN forming the first absorbent element,
  • a second optional gate electrode 130 arranged on the face of the third zone which is opposite to the first gate electrode 120 for polarizing the third zone 113,
  • a first and a second isolation arm 310, 320 respectively comprising a first and a second conduction track 311, 321 for enabling the polarization of the transistor 100, the first track 311 being connected to the second zone 112, the second track 321 being connected to the first and third zones 111, 113 by short-circuiting them,
  • the first zone 111 forms the drain of the transistor
  • the second zone 112 forms the source of the transistor
  • the third zone 113 the channel of the transistor 100.
  • the transistor 100 in this first embodiment, operates in low insertion, the drain and the gate electrode being short-circuited and the VSD source and drain voltages and gate source VSG being equal.
  • Such a detection structure 10 may be manufactured in four different steps, a first step in which the readout circuit 340 is provided, a second step in which the transistor 100 is provided and its first gate electrode 120 forming the first element. absorbing, a third step in which are formed the isolation arms 310, 320 in contact with the transistor 100 and a fourth step in which the transistor assembly 100 / isolation arm 310, 320 is glued to the reading circuit 340. In this fourth step, it is also possible to make the second gate electrode 130.
  • FIGS. 2A and 2B thus illustrate the reading circuit 340 during manufacture during the step of supplying the read circuit.
  • the reading circuit 340 is, as illustrated in FIGS. 2A and 2B, arranged in a semiconductor medium 341, such as a silicon substrate, in which the components of the read circuit are formed.
  • the read circuit 340 is configured to bias the transistor and to determine, from an operating current of the transistor 100, a temperature rise of the first gate electrode 120.
  • Such a read circuit 340 is only represented by means of FIG. dotted representing its location in the support 341.
  • Such a read circuit 340 is of a type known to those skilled in the art and can thus be both a read circuit dedicated to a single transistor 100, a shared circuit for a group or for all the transistors equipping a component 1 (refer to FIG.
  • the reading circuit 340 comprises, on a connection face of the semiconductor medium 341, a first and a second connection pad 342, 343.
  • the first and the second second connection pad 342, 343 are made of a metallic material adapted to form an ohmic contact with the read circuit.
  • a metallic material may be, for example, made of copper.
  • the first and the second connection pad 342, 343, in the context of a practical application of the invention, may have a surface of 1 ⁇ per 1 ⁇ . It may also be noted that in FIG. 2A the first and second connection pads 342B, 343A of a first and a second adjacent detection structure are also shown.
  • connection face of the semiconductor support 341 is also provided, as illustrated in FIG. 2B, with a metal layer 344 to enable the forming a first portion 330 of the reflection surface 330, 331.
  • the metal layer 344 extends over a major part of the surface of the detection structure 10. It will be noted that in the practical application of the In the invention, the area occupied by the detection structure 10 may be a surface area of 5 ⁇ per 5 ⁇ .
  • connection face which is not coated by the first and the second connection pad 342, 343 and by the metal layer 344 is covered with a first passivation layer 345. It may be noted that according to a possibility of the invention such a cover of the connection side can be provided by a Damascene process.
  • the first passivation layer 345 is made of a dielectric material such as SiO 2 silicon dioxide or S13N4 silicon nitride.
  • the first passivation layer 345, the first and second connection pads 342, 343 and the metal layer 344 are covered by a first barrier layer 351.
  • the first barrier layer 351 is itself covered with a first layer sacrificial 352.
  • the first sacrificial layer 352 and the first barrier layer 351 are made of materials allowing a selective, preferably chemical etching of the first sacrificial layer 352, the first barrier layer 351 thus making it possible to stop the etching in particular to protect the first passivation layer 345.
  • the first sacrificial layer 352 may be made of silicon dioxide S102, the first barrier layer 351 being then made of alumina Al2O3 or aluminum nitride AIN, the selective etching then being obtained by chemical etching with hydrofluoric acid, preferably in the vapor phase.
  • the first barrier layer 351 and the first sacrificial layer 352 are both traversed, over their thickness and at the first and second connection pads 342, 343 and the metal layer 344, by metal pillars 353 forming, for the first and second connection pads 342, 343, connection via.
  • the metallic material of the metal pillars 353 may be copper.
  • the metal pillars 353 have a circular section whose diameter is substantially equal to 0.3 ⁇ . Thus each of the first and second connection pads 342, 343 is in contact with four metal pillars.
  • the first sacrificial layer 352 also includes: a first and a second bonding pad 354, 355 associated respectively with the first and second connection pads 342, 343 by means of the metal pillars 353,
  • first and second bonding pads 354, 355 are electrically connected to the first and second bond pads 342, 343 respectively, the first portion 330 of the reflection surface 330, 331 being mechanically connected to the metal layer. 344 by means of metal pillars 353.
  • the first and the second bonding pad 354, 355 and the reflecting layer 330 are flush with the first sacrificial layer 352 on the face of the first sacrificial layer 352 which is opposite to the first barrier layer 351.
  • the bonding pads may have, for example, a surface area of 1 ⁇ per 1 ⁇ .
  • the step of providing such a reading circuit comprises the following sub-steps:
  • FIGS. 3A and 3B illustrate transistor 100 during manufacture during the step of supplying transistor 100 and its first gate electrode 120 forming the first absorbing element.
  • the transistor 100 comprises the second gate electrode 130 and a first second blocking layer portion 141 covering the first, second and third regions 111, 112, 113 on their opposite side. the first gate electrode 120.
  • the second gate electrode 130 and the first second stop layer portion 141 covering the first, second and third regions 111, 112, 113 may nevertheless be formed later. during the step of bonding the transistor assembly 100 / isolation arm 310, 320 with reading circuit 340.
  • the first and the second zone 111, 112 and the first gate electrode 120 are covered, on the face by which they are connected to the first and second conduction tracks 321, by a second portion of the stop layer 141.
  • FIG. 3A illustrates a front view of the transistor
  • the first, second and third zones 111, 112, 113 of the transistor 100 are concentric, the first zone 111 is surrounded by the third zone 113, the third zone 113 being surrounded by the second zone 112. It can thus be seen in FIG. 3A that the first zone 111 occupies a central square surface, the third zone 113 occupying a square surface recessed from the first zone 111, the second zone occupying the remainder of the surface of the transistor 100.
  • the first, second, third zones 111, 112, 113 are all formed in a silicon semiconductor layer 110.
  • the first and the second zone 111, 112 have a first type of conductivity while the third zone 113 is a totally depleted zone.
  • Such depletion of the third zone 113 can be obtained by means of a substrate of silicon on oxide, or SOI for the abbreviation of "silicon on insulator", whose thickness of the silicon-on-insulator layer has been thinned by thermal oxidation and deoxidation at a thickness between 15 and 50 nm preferably between 25 and 50 nm, or even substantially equal to 50 nm.
  • the third zone 113 is advantageous, it is also conceivable, without departing from the scope of the invention, for the third zone 113 to be of a second type of conductivity opposite to the first type of conductivity.
  • the third zone 113 is covered with the first gate electrode
  • the first insulating layer 121 in contact with the third zone, is made of silicon dioxide Si0 2 while the second insulating layer 122, in contact with the first insulating layer 121, is produced in a high dielectric constant dielectric insulator such as Hafnium oxide.
  • the first insulating layer 121 may have a thickness of 9 nm, while the second insulating layer 122 made of hafnium oxide has a thickness of 3 nm.
  • the first gate electrode 120 in contact with the second insulating layer 122, may comprise the first absorption layer 210 and a first conductive layer 125.
  • the first absorption layer 210 in contact with the second insulating layer 122 is made of titanium nitride TiN while the first conductive layer 125 in contact with the first absorption layer 210 is made of a material adapted to allow an ohmic connection between the first electrode of gate 120 and the second conduction track 321 of the second isolation arm 320.
  • the first absorption layer 210 has a thickness of 10 nm
  • the first conduction layer 125 is realized polycrystalline silicon Si doped and has a thickness of 70 nm.
  • the first gate electrode 120 forms a gate electrode called "middle-of-gap".
  • the use of a first TiN titanium nitride absorption layer in contact with the insulating grid layers makes it possible to obtain a difference in output work between the silicon of the third zone and the metal of the gate electrode such that the threshold voltage of transistor 100 is low.
  • this configuration allows operation of the transistor with a gate / source voltage of between 2KT / q and 3KT / q (where K is the Bolzmann constant, T is the operating temperature of the transistor, and q is the elementary charge). that is, between 50 and 75 mV at room temperature, it is 300 K.
  • the resistance of the first absorption layer 210 is substantially adapted to that of the vacuum, that is to say 377 Ohm, which promotes the absorption of electromagnetic radiation by the first layer absorption 210.
  • the first gate electrode 120 may comprise instead of the first titanium nitride absorption layer, a first metal portion forming the first absorbent element, said first metal portion having a thickness Ep respecting the following inequalities:
  • this same first metal portion can advantageously respect the following inequalities:
  • the metallic material of the first metal portion may be a "middle-of-gap" type metal for the third zone 113, the first metal portion being preferentially in a metal selected from the group comprising titanium nitrides, tantalum nitrides and molybdenum silicides for a third zone made of silicon. It may also be noted that according to a less advantageous possibility of the invention in which the metallic material of the first metal portion is not a metal of the "middle-of-gap" type, the first metal portion can be made of an alloy of aluminum and titanium.
  • the assembly formed by the first, second and third zones 111, 112, 113, the first and second insulating layers 121, 122, the first absorption layer 210 and the conduction layer 125 are surrounded. a second stop layer 141.
  • the second stop layer 141 is itself coated on its face which covers the first gate electrode 120 and the first and second areas 111, 112 of a second sacrificial layer. 142.
  • the second barrier layer 141 and the second sacrificial layer are traversed by a first, a second and a third via conductor 145, 146, 147 opening respectively to the first zone 111, the second zone 112 and the first electrode
  • the second sacrificial layer 142 and the second barrier layer 141 are made of x allowing a selective etching, preferably chemical, of the second sacrificial layer 142, the second stop layer 141 thus making it possible to stop the etching.
  • the second sacrificial layer 142 may be made of SiO 2 silicon dioxide, the second barrier layer 141 then being made of Al 2 O 3 alumina or Al aluminum nitride.
  • each of the first, second and third via conductors 145, 146, 147 comprise a Ti titanium contact portion of 30 nm of thickness, an intermediate portion made of titanium nitride TiN 60 nm thick and a longitudinal portion of tungsten W.
  • the second stop layer 141 can also be coated, on its face opposite the second sacrificial layer 142, with the second gate electrode 130.
  • the second stop layer 142 can form an electrical insulator which makes it possible to electrically isolate the second gate electrode from the first, second and third zones 111, 112, 113.
  • the first portion the second layer sacrificial 142 and the second gate electrode 130 may be formed in the fourth step.
  • the first portion the second sacrificial layer 142 and the second gate electrode 130 are described more specifically in connection with the fourth step.
  • the step of providing such a transistor comprises the following substeps:
  • the first gate electrode 120 selective etching of the conductive layer 125, the first absorption layer 210, the insulating layer 122 and the first insulating layer 121 so as to form the first gate electrode 120, implanting the dopant element silicon layer of the first conductivity type to form the first and second regions, the first gate electpde for protecting the third zone 113 during implantation,
  • the first portion of the second stop layer 141 and the third gate electrode are formed during this fourth step, the first portion of the sacrificial layer 142 is formed simultaneously.
  • the second portion of the sacrificial layer 142 during the step of depositing at least the second portion of the second sacrificial layer 142 and the step of providing such a transistor further comprises the following sub-steps:
  • FIGS. 4A and 4B illustrate the isolation arms 310, 320 during manufacture during the step of supplying the isolation arms 310, 320.
  • the first and second isolation arm 310, 320 are provided in contact with the second sacrificial layer 142.
  • first and second isolation arms 310, 320 each comprise:
  • the first and second isolation arms 310, 320 are configured to thermally isolate the transistor 100 from the remainder of the component 1.
  • the first and second isolation arms 310, 320 have a length maximum for a minimum width and thickness.
  • the first and second isolation arms 310, 320 are each in the form of a coil occupying one half of the surface of the structure.
  • other configurations of the first and second isolation arm 310, 320 are possible.
  • each of the first and second isolation arms 310, 320 may be in the form of meanders interleaved by butting segments perpendicular to each other.
  • the first and second stiffening layers 312, 322, 313, 323 of the first and second isolation arms 310, 320 are made of a material resistant to selective etching of the first and second sacrificial layers 352, 142.
  • the first and second stiffening layers 312, 322, 313, 323 of the first and second isolation arms 310, 320 may be made of amorphous silicon, Al 2 O 3 alumina or nitride. aluminum AIN.
  • the first and second stiffening layers 312, 322, 313, 323 of the first and second isolation arms 310, 320 may have a thickness ranging from 10 to 100 nm, preferably from 20 to 60 nm, or even be substantially equal to 20 nm, in order to ensure sufficient rigidity to support the transistor 100.
  • the first stiffening layer 312 of the first isolation arm 310 has, at the second conductive via 146, a breakthrough in which is formed a first conductor to bring into contact the first conduction track 311 in electrical contact with the second via
  • the first stiffening layer 322 of the second isolation arm 320 has, at the level of the first and the third conductive via 145, 147, two openings in which are arranged a first and a second conductor in order to contacting the second conduction track 321 in electrical contact with the first and third conductive vias 145, 147, respectively.
  • the first and second conductors may be formed during the deposition of the first conduction track 311 by filling the corresponding holes with the metallic material forming the conductive track 311.
  • the first and second conduction tracks 311, 321 may be made of titanium nitride TiN (typical thickness 10 nm).
  • the first and second isolation arms 310, 320 form a third absorbent member to that formed by the first gate electrode 120.
  • the first and second conduction track 311, 321 may be made of a metal and have a thickness Ep respecting the following inequalities:
  • this same conduction track 311, 321 can advantageously respect the following inequalities:
  • the second stiffening layers 313, 323 of the first and second isolation arms 310, 320 comprise a first and a second spacing column 315, 325 corresponding respectively to the first and second bonding pads 354, 355 of the reading 340 and in electrical connection with the corresponding conduction track 311, 321.
  • the first and second spacer columns 315, 325 may have, for example, a diameter of 0.7 ⁇ .
  • the first and second spacing columns 315, 325 are extended by respectively a third and a fourth bonding stud 316, 326.
  • the third and fourth bonding studs 316, 326 are dimensioned in correspondence with respectively the first and the second bonding pad 354, 355.
  • each of the third and the fourth bonding pad 316, 326 may have a surface of 1 ⁇ per 1 ⁇ .
  • the first and second isolation arms 310, 320 and the first and second spacer columns are included in a third sacrificial layer 329 with the first and second spacer columns 315, 325 which protruding from the stiffening layer 313, 323.
  • the first and second spacer columns extend with the third and fourth bonding pads 316, 326 over the entire thickness of the third sacrificial layer 329.
  • the third and the fourth fourth bonding pad 316, 326 are flush with the third sacrificial layer 329 on the face of the third sacrificial layer 329 which is opposite to the first and second insulating arms 310, 320.
  • the third sacrificial layer 329 and the spacer columns 315, 325 are dimensioned so that the reflection surface 330, 331 forms with the first absorption layer 210 a quarter-wave cavity.
  • a second portion 331 of the reflection surface 330, 331 is also included in the third sacrificial layer 329 flush with the latter in correspondence of the first portion 330 of the reflection surface 330, 331.
  • the third sacrificial layer 329 in order to allow its selective etching during the etching of the first and second sacrificial layers 352, 142 and a collage between the assembly formed by the third sacrificial layer 329, the second portion 331 of the reflection surface 330, 331 and the third and fourth connection pads 316, 326, and the assembly formed by the first sacrificial layer 352, the first part of the reflection surface 330, 331 and the bonding pads 354, 355.
  • the step of providing the isolation arms comprises the following substeps:
  • the third and fourth pads of bonding and the second portion 331 of the reflection surface 330, 331, the third sacrificial layer 329, the second portion 331 of the reflection surface 330, 331 and the bonding pads 315, 325 can be subjected to a substep of planarization in order to promote molecular bonding
  • the fourth step of bonding the transistor assembly 100 / isolation arm 310, 320 with the read circuit 340 makes it possible to form the detection structure 10 according to the invention.
  • the assembly formed by the third sacrificial layer 329, the second portion 331 of the reflection surface 330, 331, and the third and fourth bonding pads 316, 326 are bonded molecularly to the assembly formed by the first sacrificial layer 352, the first portion 330 of the reflection surface 330, 331, and the bonding pads 354, 355 with the first bonding pad 354 connected to the third bonding pad 316 and the second bonding pad 355. connected to the fourth bonding pad 326.
  • additional sub-step is provided to form the first portion. the sacrificial layer 142 and the second gate electrode 130.
  • the first portion of the sacrificial layer 142 is made of the same material as that of the second portion of the sacrificial layer 142 formed during the second step.
  • the first portion of the sacrificial layer 142 may be made of alumina Al2O3 or aluminum nitride AlN.
  • the first portion of the sacrificial layer 142 forms an electrical insulator to electrically isolate the second gate electrode from the first, second and third regions 111, 112.
  • the second gate electrode 130 is advantageously made of titanium nitride TiN with a thickness substantially equal to 10 nm. According to this possibility, the second gate 130 forms a fourth absorbent element to that formed by the first gate electrode 120. In the same way as for the first absorption layer 210, the second gate electrode 130 can also be realized in a metal and have a thickness Ep respecting the following inequalities:
  • this same conduction track 311, 321 can advantageously respect the following inequalities:
  • the second gate 130 may be made of another material without departing from the scope of the invention.
  • a second gate electrode 130 may be made of polycrystalline silicon Si.
  • the second gate electrode 130 may be formed of two conductive layers, one of which may be possibly be titanium nitride TiN.
  • the fourth step further comprises the following steps:
  • first second stop layer portion 142 in contact with the first, second and third areas 111, 112, 113 on the face of the latter which is opposite the first gate electrode 120, opening of a through passage 131, illustrated in Figure 1B, in the first portion of the second sacrificial layer 142, said through passage opening into the second zone 112,
  • the fourth step further comprises the following sub-step of
  • first, second and third sacrificial layers 352, 142, 329 selective etching of the first, second and third sacrificial layers 352, 142, 329, for example by acid etching, the remainder of the detection structure 10 being protected by the first and second barrier layers 351, 141.
  • the transistor 100 is thermally insulated from the remainder of the detection structure 10 by the first and second isolation arms 310, 320.
  • this last step makes it possible, in the case where the detection structure 10 equips a component comprising a plurality of detection structures 10A, 10B, 10C, 10D, to isolate thermally the detection structure 10 of the corresponding reading circuit and detection structures 10A, 10B, 10C, 10D which are directly adjacent thereto.
  • FIG. 5 illustrates an example of integration of a detection structure 10 according to the invention into such a component 1 comprising a plurality of detection structures 10A, 10B, 10C, 10D organized in the form of a square matrix. . It can thus be seen in FIG.
  • the arrangement of the bonding pads 342, 343 in offset makes it possible to optimize the area occupied by each of the structures 10A, 10B, 10C, 10D, the first connection pad 342A, 342B, 342C , 342D being adjacent to the second connection pad 343A, 343B, 343C, 343D of the OA structure, 10B, 10C, 10D which is directly adjacent to it on the left, the second connection pad 343A, 343B, 343C, 343D being adjacent to the first connection pad 342A, 342B, 342C, 342D of the detection structure 10A, 10B, 10C, 10D which is directly adjacent to it on the right.
  • the receiving surface ie the surface of the first grid 120
  • Such a configuration allows to envisage components having a pitch between two structures 10A, 10B, 10C, 10D of the order of 5 ⁇ .
  • Figure 6 illustrates the arrangement of the gate electrode of a detection structure 10 according to a second embodiment of the invention in which the surface of absorption elements is optimized.
  • a detection structure 10 differs from a detection structure 10 according to the first embodiment in that the transistor comprises a first, second, third, fourth and fifth zone 111, 112, 113, 114, 115 and a first and third gate electrode 120, 140.
  • the first, second and third zones 111, 112, 113 and the first gate electrode 120 have a configuration identical to that described in the first embodiment, with the difference that the second zone 112 acts as a drain and therefore, it is short-circuited with the first gate electrode 120.
  • the second conduction track 321 makes it possible to polarize the second zone 112 and the first gate electrode 120, the first conduction path 311 for polarizing the first zone 111.
  • the fourth zone 114 is an area of the first conductivity type, with a configuration similar to that of the first and second areas 111, 112. Similar to the third area 113, the fifth area 115 may be a totally depleted area. The fifth zone 115 surrounds the second zone 112 and the fourth zone 114 surrounds the fifth zone.
  • the third gate electrode 140 has a configuration substantially identical to that of the first gate electrode and thus comprises, in the same way as the first gate electrode, a second absorption layer 220
  • the second conduction track 321 is configured to, as shown in FIG. 6, short-circuit the first gate electrode 120 with the third gate electrode 130 and with the second zone 112.
  • the second conduction track 312 is configured to, as shown in FIG. 6, short-circuit the first zone 111 with the fourth zone 114.
  • the present structure two transistors in parallel with each other and having an increased gate electrode area and a ratio of the gate width to the optimized gate length.
  • the first gate electrode 120 is short-circuited with one of the first and the second zone 111, 112
  • the first, second zone and the first gate electrode is polarized independently of each other. In such a configuration, it is then necessary to provide a third conductive track provided either in one of the first and the second isolation arm, or in a third isolation arm.
  • the shape of the zones and / or gate electrodes described in the context of the first and second embodiments are given by way of example and is in no way limiting.
  • a structure similar to that of the first embodiment with the difference that the first, second and third zones are succeed along a first direction.

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Abstract

Structure de détection (10) de type bolomètre pour la détection d'un rayonnement électromagnétique. La structure de détection (10) comporte un transistor (100) du type MOS-FET associé à l'élément absorbant pour détecter l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique. Le transistor (100) comporte au moins une première et au moins une deuxième zone (111, 112), au moins une troisième zone (113) séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone (111, 112), et au moins une première électrode de grille (120) agencée pour polariser la troisième zone (113). La première électrode de grille (120) comporte au moins une première portion métallique formant le premier élément absorbant. La première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes, Formule. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle structure

Description

STRUCTURE DE DÉTECTION DE RAYONNEMENTS ÉLECTROMAGNÉTIQUES DE TYPE BOLOMÈTRE ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE TELLE STRUCTURE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine de l'optoélectronique et de la détection de rayonnement électromagnétique.
L'invention a ainsi plus précisément pour objet une structure de détection de rayonnements électromagnétiques de type bolomètre et un procédé de fabrication d'une telle structure.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Afin de détecter les rayonnements électromagnétiques, notamment dans la gamme de longueurs d'onde de l'infrarouge, il est connu d'utiliser des structures de détection de rayonnements électromagnétiques de type bolomètre.
Une telle structure comporte :
un élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique, généralement fourni sous la forme d'une membrane suspendue,
- un transducteur présentant une caractéristique qui varie avec la température, le transducteur étant associé à l'élément absorbant afin de permettre une détection de l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique.
Classiquement, le transducteur est fourni par une couche présentant des propriétés de thermistance, telle qu'une couche d'un oxyde métallique sélectionné dans le groupe comportant les oxydes de vanadium VOx, les oxydes de nickel NiOx, les oxydes de titane TiOx, ou une couche de silicium amorphe aSi.
Néanmoins, avec un tel transducteur et avec une telle configuration, de telles structures ne peuvent être intégrées sous forme de matrice dans un composant présentant un pas de réseau inférieur à 10 μιη. En effet, afin de préserver une sensibilité acceptable, la surface de l'élément absorbant doit être suffisante en raison de la sensibilité limitée des couches d'oxyde métallique utilisées en tant que transducteur, le coefficient de température ne dépassant pas les 2 à 2,5 %.K 1 avec de telles couches.
Afin de fournir des structures de détection de type bolomètre présentant une sensibilité compatible avec une intégration dans des composants présentant des pas de réseau inférieurs à 10 μιη, plusieurs pistes ont été envisagées.
Parmi celles-ci, on peut notamment citer la possibilité enseignée par le document US 7489024 qui propose de substituer le transducteur par un transistor de type MOS-FET fonctionnant en régime de faible inversion. En effet, une telle substitution permet d'aboutir à un coefficient de température pouvant aller jusqu'à 10%. K 1, Néanmoins, la mise en œuvre proposée dans le document US 7489024 présente, malgré un coefficient de température optimisé, un nombre important d'inconvénients qui rend ce type de structure incompatible avec une intégration dans des composants présentant des pas de réseau inférieur à 10 μιη.
En effet, de par sa conception, la structure décrite dans le document
US 7489024 utilise des couches réalisées en dioxyde de silicium en tant qu'élément absorbant. Ces couches, de par leur fonction, doivent présenter une épaisseur significative. Il en résulte donc une inertie thermique importante et donc un temps de réponse dégradé. De plus, ces couches sont également fournies au niveau de bras d'isolation qui isolent la structure du reste du composant qu'elle équipe. Une telle promiscuité engendre une déperdition vers le reste du composant d'une partie de la chaleur générée par l'absorption du rayonnement électromagnétique.
Pour ces raisons et afin de conserver une sensibilité acceptable, les travaux des inventeurs de la structure décrite dans US 7489024, publiés notamment dans le journal scientifique « IEEE translation on Electron devices » volume 56 numéro 9 pages 1935 à 1942 en 2009, n'ont pas permis d'obtenir des structures dont le dimensionnement soit compatible avec une intégration sous forme de matrice dans un composant présentant un pas de réseau inférieur à 10 μιη. En effet, la surface minimale requise pour une telle structure est 45 μιη par 46 μιη. EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et a ainsi pour objet de fournir une structure de type bolomètre apte à être intégrée sous forme de matrice dans un composant présentant un pas de réseau inférieur à 10 μιη.
L'invention concerne à cet effet une structure de détection de type bolomètre pour la détection d'un rayonnement électromagnétique, la structure de détection comportant :
au moins un premier élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique,
- un transistor du type MOS-FET associé avec le premier élément absorbant pour détecter l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique, le transistor comportant :
o au moins une première et au moins une deuxième zone d'un premier type de conductivité,
o au moins une troisième zone séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone, la troisième zone étant d'un type de conductivité sélectionné dans un groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs,
o au moins une première électrode de grille agencée pour polariser la troisième zone.
La première électrode de grille comporte au moins une première portion métallique formant le premier élément absorbant, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 150 Ω≤—≤ 700 Ω
Ep avec p la résistivité du matériau métallique formant ladite portion métallique.
Avec une telle fourniture de l'élément absorbant sous la forme d'une portion de la première électrode de grille métallique, le fonctionnement de la structure s'en trouve optimisé. En effet, de par ces inégalités, la première portion métallique présente une impédance proche de celle du vide qui est de l'ordre 377 Ω, ceci pour des épaisseurs relativement faibles de l'ordre de 10 nm. L'élément absorbant n'a donc pas besoin d'avoir une épaisseur importante pour obtenir une absorption supérieure à 85%. On réduit ainsi par rapport à l'art antérieur significativement la masse de l'élément absorbant nécessaire et son inertie. Ainsi la structure qui présente une faible inertie et une sensibilité optimisée par rapport aux structures de l'art antérieur. Cette sensibilité est ainsi particulièrement adaptée pour une intégration de la structure sous forme de matrice dans un composant présentant un pas de réseau inférieur à 10 μιη.
Avantageusement l'épaisseur de la première portion métallique respecte les inégalités suivantes :
170 /2 < < 700 /2.
Ep
De cette manière il est possible d'obtenir une absorption supérieure à
90%.
Idéalement, l'épaisseur de la première portion métallique respecte les inégalités suivantes : 320 Ω≤—≤ 420 Ω
Ep
— peut être sensiblement égale à 377 Ω, c'est-à-dire compris entre 360 Ω
Ep
et 380 Ω.
On peut noter qu'une telle configuration peut notamment être obtenue avec une portion métallique en nitrure de titane TiN de 10 nm d'épaisseur.
On peut noter qu'avec une troisième zone séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone, la troisième zone s'interpose entre la première et la deuxième zone.
Par type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs, il doit être entendu ci-dessus et dans le reste de ce document que la troisième zone présente un type de conductivité et une épaisseur tels que, en l'absence de polarisation de la structure de détection, la troisième zone est sensiblement vide de porteurs. Bien entendu, en fonctionnement et lors de l'application d'une polarisation sur l'électrode de grille, la création du canal de conduction permet de peupler la troisième zone de porteurs du premier type de conductivité. On peut noter que pour l'homme du métier l'indication selon laquelle « la troisième zone est déplétée » est synonyme d'un tel type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs.
Par transistor MOS-FET, terminologie généralement utilisée par l'homme du métier, il est entendu ci-dessus et dans le reste de ce document, transistor à effet de champ du type métal/oxide/semconducteur. En effet, le sigle MOS-FET a pour origine la terminologie anglaise « Metal-Oxyde-Semiconductor Field Effect Transistor ».
La première portion métallique de la première électrode de grille est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène pour une troisième zone réalisée en silicium, la première portion métallique étant avantageusement réalisée dans un nitrure de titane pour une troisième zone réalisée en silicium.
Les inventeurs ont découvert qu'avec une telle adaptation du travail de sortie de la première portion métallique vis-à-vis de la troisième, le transistor peut fonctionner avec une tension d'inversion relativement faible puisque des tensions source- grille entre 50 mV et 75 mV sont accessibles tout en offrant une sensibilité élevée du courant du transistor à la température. Ainsi, l'effet Joule lié à la polarisation de la structure reste contenu et perturbe peu le fonctionnement de la structure.
On entend ci-dessus et dans le reste de ce document par « métal du type milieu-de-gap » que le métal est choisi de manière à présenter, en absence de polarisation de la structure, son énergie de Fermi dans la zone de bande interdite de la troisième zone et plus précisément au voisinage du milieu de la bande interdite de la troisième zone, typiquement à un niveau d'énergie distant du milieu de la bande interdite dans une gamme comprise entre -25% et +25% du gap de la bande interdite. Une telle configuration de grille est généralement connue par l'homme du métier sous la dénomination anglaise de « mid- gap ». Ainsi dans le cas où la troisième zone est réalisée en silicium, les « métals du type milieu-de-gap » comportent notamment les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène. La première électrode de grille est en court-circuit avec l'une de la première et la deuxième zone.
Avec une telle configuration, permise par la possibilité de fonctionnement à faible tension d'inversion pour une portion métallique de la première électrode de grille est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap », la structure ne nécessite que deux pistes de conduction pour être polarisée. Les chemins de conduction électrique, et donc thermique, entre l'électronique de lecture et le transistor sont réduits au minimum. Il est donc possible de fournir une isolation thermique entre le transistor et l'électronique de lecture particulièrement optimisée.
La première zone est entourée par la troisième zone, la troisième zone étant entourée par la deuxième zone.
Avec une telle configuration, la première électrode de grille présente un rapport élevé de la largeur de grille à la longueur de grille, largeur et longueur de Γ électrode de grille devant être considérés comme il est d'usage de les exprimer dans le formalisme décrivant le fonctionnement des MOS-FET, c'est à dire relativement à la direction de circulation du courant entre la première et la deuxième zone du transistor. Un tel rapport permet d'augmenter la sensibilité du courant du transistor à la température. Avec une telle configuration, un tel rapport peut en outre être obtenu avec une longueur de l'électrode de grille particulièrement importante pour optimiser le rapport signal sur bruit de la structure puisque le bruit est directement relié à la surface de l'électrode de grille. On note ainsi qu'avec une telle configuration, il est possible d'obtenir une longueur de la première électrode de grille supérieure à 0,5 μιη. On note aussi qu'avec une telle configuration on limite la première zone du transistor à une unique portion et la deuxième zone du transistor à une autre unique portion. La grille est donc de facto imposante et la forme en anneau est celle qui permet d'optimiser à la fois sa surface et le rapport de sa largeur à sa longueur dans l'espace imposé par le pixel.
Le transistor peut comporter en outre :
une quatrième et cinquième zone, la quatrième zone étant du premier type de conductivité et la cinquième zone étant d'un type de conductivité sélectionné dans le groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs,
une troisième électrode de grille agencée pour polariser la cinquième zone,
dans laquelle la cinquième zone sépare l'une de l'autre la deuxième et la quatrième zone, et dans laquelle la troisième électrode de grille comporte au moins une deuxième portion métallique formant un deuxième élément absorbant, ladite deuxième portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant l'inégalité suivante : 150/2 < — < 700 Ω avec p la résistivité du matériau métallique formant ladite deuxième portion
Ep
métallique.
Un ensemble formé par la troisième, la deuxième et la cinquième zone peut séparer l'une de l'autre la première et la quatrième zone.
La cinquième zone peut entourer la deuxième zone, la quatrième zone entourant la cinquième zone.
La première, la troisième, deuxième, la cinquième et la quatrième zone peuvent se succéder selon une première direction.
Ainsi, avec de telles caractéristiques, les surfaces de grille de la première et de la troisième électrode de grille s'additionnant, la surface totale de grille est particulièrement importante. Le rapport signal sur bruit peut donc, de ce fait, être particulièrement optimisé pour une telle structure.
On peut noter qu'avec une cinquième zone séparant l'une de l'autre la deuxième et la quatrième zone, la troisième zone s'interpose entre la deuxième et la quatrième zone.
La troisième zone peut être du type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs.
Avec une telle troisième zone, les effets parasites liés à un substrat à potentiel flottant, tels que ceux liés à l'effet Kink, sont contenus, voire absents. I l n'est donc pas nécessaire d'ajouter une connexion pour polariser le canal, c.a.d la troisième zone. L'isolation thermique du transistor n'est donc pas dégradée par une telle connexion de polarisation du canal. Il peut être prévu une surface réfléchissante configurée pour former avec le premier élément absorbant une cavité quart d'onde.
De cette manière, la part du rayonnement électromagnétique non absorbée par le premier élément absorbant est réfléchie par la surface réfléchissante en direction du premier élément absorbant afin d'y être absorbé. Ce phénomène est d'autant plus amplifié en raison de la résonnance créée par la formation de la cavité quart d'onde.
La première électrode de grille peut être séparée de la troisième zone par une première et une deuxième couche isolante électriquement, l'une de la première et de la deuxième couche isolante électriquement étant réalisée en dioxyde de silicium, l'autre de la première et la deuxième couche isolante électriquement étant réalisée en isolant diélectrique à haute constante diélectrique.
De cette manière il est possible de fournir une épaisseur d'isolation entre la première électrode de grille et la troisième zone relativement faible tout en limitant la contribution du bruit 1/f lors du fonctionnement du transistor.
II doit être entendu ci-dessus et dans le reste de ce document, par
« isolant diélectrique à haute constante diélectrique », ou, selon la dénomination anglaise généralement employée par l'homme du métier, par matériau diélectrique « high-K », un matériau isolant dont la constante diélectrique est élevée par rapport à celle du dioxyde de silicium qui est égale à 3,9. Ainsi, un matériau diélectrique pourra être considéré comme un matériau à haute constante diélectrique s'il présente une constante diélectrique supérieure ou égale à au moins 1,5 fois, voire 2 à 3 fois, celle du dioxyde de silicium.
La structure peut comporter en outre un circuit de lecture configuré pour polariser le transistor et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor une élévation de température de l'élément absorbant,
le circuit de lecture et le transistor étant séparés l'un de l'autre par au moins un premier et un deuxième bras d'isolation comportant chacun au moins une piste conductrice pour polariser le transistor.
De cette manière, le contact thermique entre le transistor et le circuit de lecture est réduit au minimum. La structure présente donc une inertie thermique relativement faible et voit sa sensibilité préservée. Chacune des pistes conductrices du premier et deuxième bras d'isolation peut être une piste métallique formant un troisième élément absorbant et présente une épaisseur Ep respectant l'inégalité suivante : 150 Ω <— < 700 Ω avec p la résistivité du
Ep
matériau métallique formant ladite deuxième portion métallique.
De cette manière, la part du rayonnement électromagnétique non absorbée par le premier élément absorbant peut être absorbée par les pistes conductrices et participer en partie à l'élévation de température du transistor.
Le transistor peut comporter en outre une deuxième électrode de grille sur une face du transistor qui est opposée à la première électrode de grille,
la deuxième électrode de grille comportant au moins une portion métallique un quatrième élément absorbant.
Une telle deuxième électrode de grille permet d'ajuster la tension seuil du transistor tout en en augmentant la surface d'élément absorbant. Le rapport signal sur bruit s'en trouve donc amélioré.
L'invention concerne également un Procédé de fabrication d'une structure de détection comportant les étapes suivantes :
fourniture d'au moins une première, deuxième et troisième zone, la première et deuxième zone étant d'un premier type de conductivité, la troisième zone séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone et la troisième zone étant d'un type de conductivité sélectionné dans un groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs,
formation d'une première électrode de grille agencée pour polariser la troisième zone de manière à former un transistor du type MOS-FET, la première électrode de grille comportant au moins une première portion métallique formant un élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique, de cette manière le transistor est associé à l'élément absorbant pour détecter l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant l'inégalité suivante : 150/2 < — < 700 Ω avec p la résistivité du matériau métallique formant ladite portion métallique.
Ep
Un tel procédé permet de fournir une structure selon l'invention et donc de bénéficier des avantages qui y sont liés.
Lors de l'étape de formation de la première électrode de grille, la première portion métallique de la première électrode de grille est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène pour une troisième zone réalisée en silicium, la première portion métallique étant avantageusement réalisée dans un nitrure de titane pour une troisième zone réalisée en silicium.
Ainsi la structure obtenue avec un tel procédé bénéficie des avantages liés à l'utilisation d'une première portion métallique du type « milieu-de-gap » et autorise donc un fonctionnement du transistor à faible tension d'inversion.
I I peut en outre être prévu des étapes de :
formation d'un circuit de lecture configuré pour polariser le transistor et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor une élévation de température de l'élément absorbant,
formation d'un premier et d'un deuxième bras d'isolation chacun des premier et deuxième bras d'isolation comportant au moins une piste conductrice,
association ensemble du transistor, des premier et deuxième bras d'isolation et du circuit de lecture, de tel façon que le circuit de lecture est connecté électriquement au transistor par l'intermédiaire des pistes conductrices respectives des premier et deuxième bras d'isolation.
La structure ainsi fabriquée présente une isolation optimisée vis-à-vis du circuit de lecture, ceci notamment de par l'utilisation du premier et du deuxième bras d'isolation.
Lors de l'étape de fourniture du circuit de lecture, il peut être prévu une sous-étape de formation d'une surface de réflexion, Lors de l'étape d'association ensemble du transistor, des premier et deuxième bras d'isolation et du circuit de lecture, la surface de réflexion peut présenter une disposition de manière à former avec la portion en nitrure de titane de la première électrode de grille une cavité quart d'onde.
Ainsi, la structure fabriquée bénéficie des avantages liés à une telle surface de réflexion.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
les figures 1A à 1C illustrent schématiquement une structure selon l'invention avec en figure 1A une vue de dessus figurant en pointillés les différents éléments composant la structure, en figure 1B et 1C une vue en coupe de cette même structure selon respectivement l'axe B-B et l'axe A-A,
les figure 2A et 2B illustrent schématiquement, ceci en cours de fabrication, les parties de la structure formant respectivement un circuit de lecture et un réflecteur, avec en figure 2A une vue de dessus et en figure 2B une vue en coupe selon l'axe C-C,
les figures 3A et 3B illustrent schématiquement, ceci en cours de fabrication, les parties de la structure formant respectivement un élément absorbant et un transducteur, avec en figure 3A une vue de de dessus et en figure 3B une vue en coupe selon l'axe D-D,
les figures 4A et 4B illustrent schématiquement, ceci en cours de fabrication, les parties de la structure formant respectivement des bras isolants et le réflecteur, avec en figure 4A une vue de de dessus et en figure 4B une vue en coupe selon l'axe E-E,
la figure 5 illustre schématiquement l'organisation en matrice de quatre structures selon l'invention lorsqu'elles équipent un composant, la figure 6 illustre schématiquement en vue de dessus une structure selon un deuxième mode de réalisation dans lequel le transducteur comporte cinq zones.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1A illustre schématiquement une structure de détection 10 de type bolomètre selon l'invention, une telle structure de détection 10 étant adaptée pour la détection d'un rayonnement électromagnétique.
Une telle structure de détection 10 vise plus particulièrement la détection de rayonnements électromagnétiques da ns la gamme de longueurs d'onde des infrarouges. Ainsi, les différentes valeurs indiquées dans les modes de réalisation décrits ci-après concernent cette application pratique, dans laquelle la gamme de longueurs d'onde visée est l'infrarouge lointain, c'est-à-dire entre 8 et 12 μιη. Bien entendu, l'homme du métier est parfaitement à même, à partir de la présente divulgation, d'adapter ces valeurs afin de permettre à l'aide d'une telle structure de détection 10 la détection optimisée de rayonnements électromagnétiques dans une gamme de longueurs d'onde autre que celle des infrarouges.
Une telle structure de détection 10 comporte :
- un transistor 100 du type MOS-FET comportant :
o au moins une première et au moins une deuxième zone 111, 112 d'un premier type de conductivité,
o au moins une troisième zone 113 séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone 111, 112, la troisième zone 113 étant d'un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs, autrement dit la troisième zone 113 est totalement déplétée,
o une première électrode de grille 120 agencée pour polariser la troisième zone 113, la première grille comportant une première couche d'absorption 210 en nitrure de titane TiN formant le premier élément absorbant,
o une deuxième électrode de grille 130 optionnelle agencée sur la face de la troisième zone qui est opposée à la première électrode de grille 120 pour polariser la troisième zone 113,
un premier et un deuxième bras d'isolation 310, 320 comportant respectivement une première et une deuxième piste de conduction 311, 321 pour permettre la polarisation du transistor 100, la première piste 311 étant connectée à la deuxième zone 112, la deuxième piste 321 étant connectée à la première et à la troisième zone 111, 113 en les mettant en court-circuit,
une surface de réflexion 330, 331 optionnelle disposée de manière à former avec la première couche d'absorption une cavité quart d'onde,
un circuit de lecture 340 dont seul le substrat 341 est figuré, le circuit de lecture 340 étant connecté électriquement aux première et deuxième pistes de conduction 311, 321 par l'intermédiaire de respectivement d'un premier, deuxième, troisième et quatrième plot de collage 354, 355, 316, 326.
On notera que dans une telle configuration, la première zone 111 forme le drain du transistor, la deuxième zone 112 forme la source du transistor et la troisième zone 113 le canal du transistor 100. Ainsi le transistor 100, dans ce premier mode de réalisation, fonctionne en faible insertion, le drain et l'électrode de grille étant en court- circuit et les tensions source-drain VSD et source grille VSG étant égales.
Une telle structure de détection 10 peut être fabriquée en quatre étapes différentes, une première étape lors de laquelle est fourni le circuit de lecture 340, une deuxième étape lors de laquelle sont fournis le transistor 100 et sa première électrode de grille 120 formant le premier élément absorbant, une troisième étape lors de laquelle sont formés les bras d'isolation 310, 320 en contact avec le transistor 100 et une quatrième étape lors de laquelle l'ensemble transistor 100 /bras d'isolation 310, 320 est collé au circuit de lecture 340. Lors de cette quatrième étape, il est également possible de réaliser la deuxième électrode de grille 130.
Les figures 2A et 2B illustrent ainsi le circuit de lecture 340 en cours de fabrication lors de l'étape de fourniture du circuit de lecture.
Ainsi, le circuit de lecture 340 est, comme illustré sur les figures 2A et 2B, aménagé dans un support semiconducteur 341, tel qu'un substrat en silicium, dans lequel sont ménagés les composants du circuit de lecture. Le circuit de lecture 340 est configuré pour polariser le transistor et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor 100 une élévation de température de la première électrode de grille 120. Un tel circuit de lecture 340 est uniquement figuré au moyen de pointillés représentant son emplacement dans le support 341. Un tel circuit de lecture 340 est d'un type connu de l'homme du métier et peut ainsi aussi bien être un circuit de lecture dédié à un seul transistor 100, qu'un circuit mutualisé pour un groupe ou pour tous les transistors équipant un composant 1 (se référer à la figure 5) ou encore un circuit de lecture composé d'une partie dédiée à un seul transistor et d'une partie mutualisée pour un groupe ou pour tous les transistors équipant un composant 1. De tels circuits de lecture, généralement de technologie MOS, étant connus de l'homme du métier, ils ne sont pas décrits plus précisément dans ce document.
Afin d'assurer la connexion entre le circuit de lecture 340 et le transistor 100, le circuit de lecture 340 comporte, sur une face de connexion du support semiconducteur 341, un premier et un deuxième plot de connexion 342, 343. Le premier et le deuxième plot de connexion 342, 343 sont réalisés dans un matériau métallique adapté pour former un contact ohmique avec le circuit de lecture. Ainsi, un tel matériau métallique peut être, par exemple, réalisé en cuivre. Le premier et le deuxième plot de connexion 342, 343, dans le cadre d'une application pratique de l'invention, peuvent présenter une surface de 1 μιη par 1 μιη. On peut également noter que sur la figure 2A sont également montrés les premier et deuxième plots de connexion 342B, 343A de respectivement une première et une deuxième structure de détection adjacente.
La face de connexion du support semiconducteur 341 est également munie, comme illustré sur la figure 2B, d'une couche métallique 344 pour permettre la formation d'une première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331. Ainsi, la couche métallique 344 s'étend sur une majeure partie de la surface de la structure de détection 10. On notera que dans l'application pratique de l'invention, la surface occupée par la structure de détection 10 peut être une surface de 5 μιη par 5 μιη.
La face de connexion qui n'est pas revêtue par le premier et le deuxième plot de connexion 342, 343 et par la couche métallique 344 est recouverte d'une première couche de passivation 345. On peut noter que selon une possibilité de l'invention, une telle couverture de la face connexion peut être fournie par un procédé Damascène. La première couche de passivation 345 est réalisée dans un matériau diélectrique tel qu'un dioxyde de silicium SI02 ou un nitrure de silicium S13N4.
La première couche de passivation 345, les premier et deuxième plots de connexion 342, 343 et la couche métallique 344 sont recouverts par une première couche d'arrêt 351. La première couche d'arrêt 351 est elle-même recouverte d'une première couche sacrificielle 352. La première couche sacrificielle 352 et la première couche d'arrêt 351 sont réalisées dans des matériaux autorisant une gravure sélective, préférentiellement chimique, de la première couche sacrificielle 352, la première couche d'arrêt 351 permettant donc d'arrêter la gravure afin de protéger notamment la première couche de passivation 345. Ainsi, classiquement, la première couche sacrificielle 352 peut être réalisée en dioxyde de silicium S1O2, la première couche d'arrêt 351 étant alors réalisée en alumine AI2O3 ou en nitrure d'aluminium AIN, la gravure sélective étant alors obtenue par une attaque chimique à l'acide fluorhydrique, préférentiellement en phase vapeur.
La première couche d'arrêt 351 et la première couche sacrificielle 352 sont toutes deux traversées, sur leur épaisseur et au niveau des premier et deuxième plots de connexion 342, 343 et de la couche métallique 344, par des piliers métalliques 353 formant, pour les premier et deuxième plots de connexion 342, 343, des via de connexion. Le matériau métallique des piliers métalliques 353 peut être du cuivre. Dans une application pratique de l'invention, les piliers métalliques 353 présentent une section circulaire dont le diamètre est sensiblement égal à 0,3 μιη. Ainsi chacun des premier et deuxième plots de connexion 342, 343 est en contact avec quatre piliers métalliques.
La première couche sacrificielle 352 inclut également : - un premier et un deuxième plot de collage 354, 355 associés respectivement aux premier et deuxième plots de connexion 342, 343 au moyen des piliers métalliques 353,
- la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331 associée à la couche métallique 344 au moyen des piliers métalliques 353.
De cette manière, les premier et deuxième plots de collage 354, 355 sont connectés électriquement à respectivement le premier et le deuxième plot de connexion 342, 343, la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331 étant connectée mécaniquement à la couche métallique 344 au moyen des piliers métalliques 353.
Le premier et le deuxième plot de collage 354, 355 et la couche réfléchissante 330 affleurent de la première couche sacrificielle 352 sur la face de la première couche sacrificielle 352 qui est opposée à la première couche d'arrêt 351.
Dans une application pratique de l'invention, les plots de collage peuvent présenter, par exemple, une surface de 1 μιη par 1 μιη.
Ainsi, l'étape de fourniture d'un tel circuit de lecture comporte les sous- étapes suivantes :
fourniture du substrat 341 dans lequel a été préalablement réalisé le circuit de lecture 340,
formation de la première couche de passivation 345,
- formation du premier et du deuxième plot de connexion 342, 343 et de la couche métallique 344, dans l'épaisseur de la couche de passivation 345,
dépôt de la première couche d'arrêt 351 en contact avec les premier et deuxième plots de connexion 342, 343, de la couche métallique et de la première couche de passivation 345,
- dépôt de la première couche sacrificielle 352 en contact avec la première couche d'arrêt 351,
ménagement de passages traversants dans la première couche d'arrêt 251 et dans la première couche sacrificielle 352, lesdits passages traversants débouchant sur les premier et deuxième plots de connexion 342, 343 et la couche métallique 344 pour permettre la formation des piliers métalliques 353, ménagement d'ouvertures superficielles dans la première couche sacrificielle 352 correspondant aux premier et deuxième plots de collage 354, 355 et à la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331,
dépôt d'un matériau métallique dans les passages traversants pour former les piliers métalliques 353, les premier et deuxième plots de collage 354, 355 et la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331.
On notera qu'il est possible de prévoir, afin de favoriser un collage moléculaire, une sous-étape de planarisation de la première couche sacrificielle 352, de la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331 et des premier et deuxième plots de collage 354, 355.
Les figures 3A et 3B illustrent le transistor 100 en cours de fabrication lors de l'étape de fourniture du transistor 100 et de sa première électrode de grille 120 formant le premier élément absorbant. On peut noter que sur les figures 3A et 3B le transistor 100 comporte la deuxième électrode de grille 130 et une première portion deuxième couche d'arrêt 141 recouvrant les première, deuxième et troisième zone 111, 112, 113 sur leur face qui est opposée à la première électrode de grille 120. Dans une variante préférée de l'invention, la deuxième électrode de grille 130 et la première portion deuxième couche d'arrêt 141 recouvrant les première, deuxième et troisième zone 111, 112, 113 peuvent néanmoins être formée ultérieurement lors de l'étape de collage de l'ensemble transistor 100 /bras d'isolation 310, 320 avec circuit de lecture 340. On notera que la première et la deuxième zone 111, 112 et la première électrode de grille 120 sont recouvertes, sur la face par laquelle elles sont connectées aux première et deuxième pistes de conduction 321, par une deuxième portion de la couche d'arrêt 141.
On peut ainsi voir sur la figure 3A qui illustre une vue de face du transistor
100 selon la face par laquelle le transistor 100 doit être relié au circuit de lecture 340. On peut ainsi voir que les première, deuxième et troisième zones 111, 112, 113 du transistor 100 sont concentriques, la première zone 111 est entourée par la troisième zone 113, la troisième zone 113 étant entourée par la deuxième zone 112. On peut ainsi voir sur la figure 3A que la première zone 111 occupe une surface carrée centrale, la troisième zone 113 occupant une surface carrée évidée de la première zone 111, la deuxième zone occupant le reste de la surface du transistor 100.
Les première, deuxième, troisième zones 111, 112, 113 sont toutes trois formées dans une couche semiconductrice 110 en silicium. La première et la deuxième zone 111, 112 présentent un premier type de conductivité alors que la troisième zone 113 est une zone totalement déplétée. Une telle déplétion de la troisième zone 113 peut être obtenue au moyen d'un substrat de silicium sur oxyde, ou SOI pour le sigle anglais de « silicon on insulator », dont l'épaisseur de la couche de silicium sur isolant a été amincie par oxydation thermique et désoxydation à une épaisseur comprise entre 15 et 50 nm préférentiellement entre 25 et 50 nm, voire sensiblement égale à 50 nm.
Bien entendu, si une telle déplétion totale de la troisième zone 113 est avantageuse, il est également envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, que la troisième zone 113 soit d'un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité.
La troisième zone 113 est recouverte de la première électrode de grille
120 et est séparée de cette dernière par une première et une deuxième couche isolante 121, 122 électriquement. Afin de minimiser la tension de fonctionnement du transistor, la première couche isolante 121, en contact de la troisième zone, est réalisée en dioxyde de silicium Si02 tandis que la deuxième couche isolante 122, en contact avec la première couche isolante 121, est réalisée dans un isolant diélectrique à haute constante diélectrique tel que l'oxyde d'Hafnium. On peut noter que dans une application pratique de l'invention, la première couche isolante 121 peut présenter une épaisseur de 9 nm, tandis que la deuxième couche isolante 122 réalisée en oxyde d'hafnium présente une épaisseur de 3 nm.
La première électrode de grille 120, en contact de la deuxième couche d'isolant 122, peut comporter la première couche d'absorption 210 et une première couche conductrice 125. La première couche d'absorption 210 en contact avec la deuxième couche isolante 122 est réalisée en nitrure de titane TiN tandis que la première couche conductrice 125 en contact avec la première couche d'absorption 210 est réalisée dans un matériau adapté pour permettre une connexion ohmique entre la première électrode de grille 120 et la deuxième piste de conduction 321 du deuxième bras d'isolation 320. Dans une application pratique de l'invention, la première couche d'absorption 210 présente une épaisseur de 10 nm, tandis que la première couche de conduction 125 est réalisée en silicium polycristallin Si dopé et présente une épaisseur de 70 nm.
Avec une telle configuration, la première électrode de grille 120 forme une électrode de grille dite « milieu-de-gap ». En effet, l'utilisation d'une première couche d'absorption en nitrure de titane TiN en contact avec les couches isolantes de grille permet d'obtenir une différence de travaux de sortie entre le silicium de la troisième zone et le métal de l'électrode de grille telle que la tension de seuil du transistor 100 soit faible. Ainsi, cette configuration autorise un fonctionnement du transistor avec une tension grille/source comprise entre 2KT/q et 3KT/q (K étant la constante de Bolzmann, T la température de fonctionnement du transistor et q la charge élémentaire), c'est-à-dire entre 50 et 75 mV à la température ambiante, c'est à 300 K. De plus, dans le cas où l'épaisseur de la première couche d'absorption 210 est sensiblement égale à 10 nm comme cela est le cas dans l'application pratique de l'invention, la résistance de la première couche d'absorption 210 est sensiblement adaptée à celle du vide, c'est-à-dire 377 Ohm, ce qui favorise l'absorption du rayonnement électromagnétique par la première couche d'absorption 210.
En variante, d'autre configuration de l'électrode de grille sont envisageable dans le cadre de l'invention. Ainsi la première électrode de grille 120 peut comporter en lieu et place de la première couche d'absorption en nitrure de titane, une première portion métallique formant premier élément absorbant, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes :
150 Ω <— < 700 Ω avec p la résistivité du matériau métallique formant ladite portion métallique.
Afin de fournir une absorption du rayonnement électromagnétique, cette même première portion métallique peut avantageusement respecter les inégalités suivantes :
320 Ω≤— < 420 Ω
Ep De manière encore plus avantageuse— peut être sensiblement égale à
Ep
377 Ω, c'est-à-dire compris entre 360 Ω et 380 Ω.
Selon cette variante, le matériau métallique de la première portion métallique peut être un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone 113, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène pour une troisième zone réalisée en silicium. On peut également noter que selon une possibilité moins avantageuse de l'invention dans laquelle le matériau métallique de la première portion métallique n'est pas un métal du type « milieu-de-gap », la première portion métallique peut être réalisée dans un alliage d'aluminium et de titane.
Comme illustré sur la figure 3B, l'ensemble formé par les première, deuxième et troisième zones 111, 112, 113, les première et deuxième couches isolantes 121, 122, la première couche d'absorption 210 et la couche de conduction 125 est entourée d'une deuxième couche d'arrêt 141. La deuxième couche d'arrêt 141 est elle-même revêtue, sur sa face qui recouvre la première électrode de grille 120 et les première et deuxième zones 111, 112, d'une deuxième couche sacrificielle 142. La deuxième couche d'arrêt 141 et la deuxième couche sacrificielle sont toutes deux traversées par un premier, un deuxième et un troisième via conducteur 145, 146, 147 débouchant respectivement sur la première zone 111, la deuxième zone 112 et la première électrode de grille 120. De la même manière que la première couche sacrificielle 352 et la première couche d'arrêt 351, la deuxième couche sacrificielle 142 et la deuxième couche d'arrêt 141 sont réalisées dans des matériaux autorisant une gravure sélective, préférentiellement chimique, de la deuxième couche sacrificielle 142, la deuxième couche d'arrêt 141 permettant donc d'arrêter la gravure. Ainsi, la deuxième couche sacrificielle 142 peut être réalisée en dioxyde de silicium Si02, la deuxième couche d'arrêt 141 étant alors réalisée en alumine AI2O3 ou en nitrure d'aluminium AIN.
Afin de fournir un contact optimisé entre chacun des premier, deuxième et troisième via conducteurs 145, 146, 147 et la première et la deuxième zone 111, 112 et la première électrode de grille 120, chacun des premier, deuxième et troisième via conducteurs 145, 146, 147 comportent une portion de contact en titane Ti de 30 nm d'épaisseur, une portion intermédiaire en nitrure de titane TiN de 60 nm d'épaisseur et une portion longitudinale en tungstène W.
Comme illustré sur la figure 3B, la deuxième couche d'arrêt 141 peut également être revêtue, sur sa face opposée à la deuxième couche sacrificielle 142, de la deuxième électrode de grille 130. Selon cette possibilité, la deuxième couche d'arrêt 142 forme un isolant électrique qui permet d'isoler électriquement la deuxième électrode de grille des première, deuxième et troisième zones 111, 112, 113. Comme cela a été précisé plus haut, selon une variante préférée de l'invention, la première portion la deuxième couche sacrificielle 142 et la deuxième électrode de grille 130 peuvent être formées lors de la quatrième étape. Ainsi, la première portion la deuxième couche sacrificielle 142 et la deuxième électrode de grille 130 sont décrites plus précisément en lien avec la quatrième étape.
Ainsi, l'étape de fourniture d'un tel transistor comporte les sous-étapes suivantes :
- fourniture du substrat du type SOI, non illustré
gravure et amincissement du substrat afin de fournir une couche de silicium 110 totalement déplétée,
dépôt de la première couche isolante 121, en contact avec la couche de silicium,
- dépôt de la deuxième couche isolante 122, en contact avec la première couche isolante 121,
dépôt de la première couche d'absorption 210 en contact de la deuxième couche isolante 122,
dépôt de la couche conductrice 125 en contact de la première couche d'absorption 210,
gravure sélective de la couche conductrice 125, de la première couche d'absorption 210, de la couche isolante 122 et de la première couche isolante 121 de manière à former la première électrode de grille 120, implantation de la couche de silicium d'éléments dopant du premier type de conductivité afin de former la première et la deuxième zone, la première électpde de grille permettant de protéger la troisième zone 113 pendant l'implantation,
dépôt de la deuxième couche d'arrêt 141,
- dépôt d'au moins la deuxième portion de la deuxième couche sacrificielle 142,
ouverture d'un premier, deuxième et troisième passage dans la deuxième portion deuxième couche d'arrêt 141 et dans la deuxième couche sacrificielle 142 correspondant respectivement au premier, deuxième et troisième via, les premier, deuxième et troisième passages débouchant respectivement dans la première et deuxième zone 111, 112 et la première électrode de grille 120,
dépôt successif dans les premier, deuxième et troisième passages de la première portion de contact en titane Ti, de la portion intermédiaire en nitrure de titane TiN et de la portion longitudinale en tungstène W.
Dans le cas où selon une variante non préférée de l'invention, la première portion de la deuxième couche d'arrêt 141 et la troisième électrode de grille sont formée lors de cette quatrième étape, la première portion de la couche sacrificielle 142 est formée simultanément à la deuxième portion de la couche sacrificielle 142 lors de l'étape de dépôt d'au moins la deuxième portion de la deuxième couche sacrificielle 142 et l'étape de fourniture d'un tel transistor comporte en outre les sous-étapes suivantes :
ouverture d'un passage traversant 131, illustré sur la figure 1B, dans la première portion de de la deuxième couche sacrificielle 142, ledit passage traversant débouchant dans la deuxième zone 112,
formation de la deuxième électrode de grille 130 en contact avec la première portion de la deuxième couche sacrificielle 142, un via conducteur étant alors formé dans le passage traversant 131 entre la deuxième électrode de grille 130 et la deuxième zone 112.
Les figures 4A et 4B illustrent les bras d'isolation 310, 320 en cours de fabrication lors de l'étape de fourniture des bras d'isolation 310, 320. Les premiers et deuxième bras d'isolation 310, 320 sont fournis en contact de la deuxième couche sacrificielle 142.
Ainsi le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 comporte chacun :
- une première couche de rigidification 312, 322 en contact de la deuxième couche sacrificielle 142,
la piste de conduction correspondante 311, 321 en contact avec la première couche de rigidification 312, 322 sur la face de la première couche de rigidification 312, 322 qui est opposée à la deuxième couche sacrificielle 142,
- une deuxième couche de rigidification 313, 323 en contact avec la piste de conduction correspondante 311, 321 sur la face de la piste de conduction correspondante 311, 321 qui est opposée à la première couche de rigidification 312, 322.
Le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 sont configurés pour isoler thermiquement le transistor 100 du reste du composant 1. Ainsi, comme illustré sur la figure 4A, le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 présentent une longueur maximale pour une largeur et une épaisseur minimales. Ainsi, le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 se présentent chacun sous la forme d'un serpentin occupant une moitié de la surface de la structure. En variante, d'autres configurations du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 sont envisageables. Par exemple chacun du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 peuvent se présenter sous la forme de méandres imbriqués par aboutage de segments perpendiculaires les uns avec les autres.
Les premières et les deuxièmes couches de rigidification 312, 322, 313, 323 du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 sont réalisées dans un matériau résistant à l'attaque sélective des première et deuxième couches sacrificielles 352, 142. Ainsi, dans une application pratique de l'invention, les premières et les deuxièmes couches de rigidification 312, 322, 313, 323 du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 peuvent être réalisées en silicium amorphe, alumine AI2O3 ou en nitrure d'aluminium AIN. La première et la deuxième couches de rigidification 312, 322, 313, 323 du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 peuvent présenter une épaisseur allant de 10 à 100 nm, préférentiellement de 20 à 60 nm, voire être sensiblement égale à 20 nm, ceci afin d'assurer une rigidité suffisante pour supporter le transistor 100.
La première couche de rigidification 312 du premier bras d'isolation 310 présente, au niveau du deuxième via conducteur 146, une percée dans laquelle est ménagé un premier conducteur afin de mettre en contact la première piste de conduction 311 en contact électrique avec le deuxième via conducteur 146. De la même façon, la première couche de rigidification 322 du deuxième bras d'isolation 320 présente, au niveau du premier et du troisième via conducteur 145, 147, deux percées dans lesquelles sont ménagés un premier et un deuxième conducteur afin de mettre en contact la deuxième piste de conduction 321 en contact électrique avec respectivement le premier et le troisième via conducteur 145, 147.
On peut noter qu'avantageusement, les premier et deuxième conducteurs peuvent formés lors du dépôt de la première piste de conduction 311 par comblement des percées correspondant par le matériau métallique formant la piste conductrice 311.
Selon une possibilité avantageuse de l'invention, les première et deuxième pistes de conduction 311, 321 peuvent être réalisées en nitrure de titane TiN (épaisseur typique 10 nm). De cette manière, le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 forment un troisième élément absorbant à celui formé par la première électrode de grille 120. En variante, et de la même façon que pour la première électrode de grille 120, la première et la deuxième piste de conduction 311, 321 peuvent être réalisées dans un métal et présenter une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes :
150/2≤-^≤ 700 Ω avec p la résistivité du matériau métallique formant
Ep ^ ^
ladite piste de conduction 311, 321. Afin de fournir une absorption du rayonnement électromagnétique, cette même piste de conduction 311, 321 peut avantageusement respecter les inégalités suivantes :
320 Ω≤— < 420 Ω
Ep
De manière encore plus avantageuse— peut être sensiblement égale à
Ep
377 Ω, c'est-à-dire compris entre 360 Ω et 380 Ω. Les deuxièmes couches de rigidification 313, 323 du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 comportent une première et une deuxième colonne d'espacement 315, 325 en correspondance avec respectivement le premier et deuxième plot de collage 354, 355 du circuit de lecture 340 et en connexion électrique avec la piste de conduction correspondante 311, 321. Dans une application pratique de l'invention, les première et deuxième colonnes d'espacement 315, 325 peuvent présenter, par exemple, un diamètre de 0,7 μιη.
La première et la deuxième colonnes d'espacement 315, 325 sont prolongées par respectivement un troisième et un quatrième plot de collage 316, 326. Le troisième et le quatrième plot de collage 316, 326 sont dimensionnés en correspondance avec respectivement le premier et le deuxième plot de collage 354, 355. Ainsi, chacun du troisième et le quatrième plot de collage 316, 326 peut présenter une surface de 1 μιη par 1 μιη.
Comme illustré sur la figure 4B, le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 et les première et deuxième colonnes d'espacement sont inclus dans une troisième couche sacrificielle 329 avec les première et deuxième colonnes d'espacement 315, 325 qui font saillie de la couche de rigidification 313, 323. Les première et deuxième colonnes d'espacement s'étendent avec les troisième et quatrième plots de collage 316, 326 sur toute l'épaisseur de la troisième couche sacrificielle 329. Ainsi, le troisième et le quatrième plot de collage 316, 326 affleurent de la troisième couche sacrificielle 329 sur la face de la troisième couche sacrificielle 329 qui est opposée aux premier et deuxième bras d'isolation 310, 320.
La troisième couche sacrificielle 329 et les colonnes d'espacement 315, 325 sont dimensionnées de manière que la surface de réflexion 330, 331 forme avec la première couche d'absorption 210 une cavité quart d'onde.
Une deuxième partie 331 de la surface de réflexion 330, 331 est également incluse dans la troisième couche sacrificielle 329 en affleurant de cette dernière en correspondance de la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331.
La troisième couche sacrificielle 329, afin d'autoriser sa gravure sélective lors de la gravure des première et deuxième couche sacrificielle 352, 142 et un collage moléculaire entre l'ensemble formé par la troisième couche sacrificielle 329, la deuxième partie 331 de la surface de réflexion 330, 331 et les troisième et quatrième plot de connexion 316, 326, et l'ensemble formé par la première couche sacrificielle 352, la première partie de la surface de réflexion 330, 331 et les plots de collage 354, 355.
Ainsi, l'étape de fourniture des bras d'isolation comporte les sous-étapes suivantes :
dépôt d'une première couche de rigidification pleine plaque en contact de la deuxième couche sacrificielle 142 sur la face de la deuxième couche sacrificielle 142 qui est opposée à la deuxième couche d'arrêt,
délimitation dans la première couche de rigidification pleine plaque des percées destinées à former les percées des premières couches de rigidification 312, 322 du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320,
dépôt dans les percées des premier, deuxième et troisième conducteurs,
dépôt d'une couche conductrice pleine plaque en contact avec la première couche de rigidification pleine plaque sur une face de la première couche de rigidification qui est opposée de la deuxième couche sacrificielle 142,
dépôt d'une deuxième couche de rigidification pleine plaque en contact de la couche conductrice pleine plaque sur une face de la couche conductrice pleine plaque qui est opposée de la première couche de rigidification pleine plaque,
gravure sélective de la première couche de rigidification pleine plaque, de la couche conductrice pleine plaque et de la deuxième couche de rigidification pleine plaque de manière à former les premier et deuxième bras d'isolation,
dépôt de la troisième couche sacrificielle 329 de manière à ce que le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320 soient inclus dans la troisième couche sacrificielle,
ménagement d'une première et d'une deuxième ouverture dans la troisième couche sacrificielle et dans respectivement des deuxièmes couches de rigidification 313, 323 du premier et du deuxième bras d'isolation 310, 320 afin de permettre la formation des colonnes d'espacement 315, 325 et de troisième et quatrième plots de collage 316, 326,
ménagement d'une troisième ouverture dans la troisième couche sacrificielle afin de permettre la formation d'une deuxième partie 331 de la surface de réflexion 330, 331,
dépôt métallique dans les première, deuxième et troisième ouvertures de la troisième couche sacrificielle et dans les première et deuxième ouvertures de chacun des deuxièmes couches de rigidification 313, 323 afin de former les première et deuxième colonnes d'espacement, les troisième et quatrième plots de collage et la deuxième partie 331 de la surface de réflexion 330, 331, la troisième couche sacrificielle 329, la deuxième partie 331 de la surface de réflexion 330, 331 et les plots de collage 315, 325 pouvant être soumises à une sous étape de planarisation afin de favoriser un collage moléculaire La quatrième étape de collage de l'ensemble transistor 100 /bras d'isolation 310, 320 avec le circuit de lecture 340 permet de former la structure de détection 10 selon l'invention. Lors de cette étape, l'ensemble formé par la troisième couche sacrificielle 329, la deuxième partie 331 de la surface de réflexion 330, 331, et les troisième et quatrième plots de collage 316, 326 est collé moléculairement à l'ensemble formé par la première couche sacrificielle 352, la première partie 330 de la surface de réflexion 330, 331, et les plots de collage 354, 355 avec le premier plot de collage 354 mis en relation de le troisième plot de collage 316 et le deuxième plot de collage 355 mis en relation de le quatrième plot de collage 326.
Une fois le collage moléculaire réalisé et dans le cadre de la variante préférée de l'invention dans laquelle la deuxième électrode de grille n'ont pas été réalisée lors de la deuxième étape, il est prévu des sous-étape supplémentaire pour former la première portion de la couche sacrificielle 142 et la deuxième électrode de grille 130.
Selon cette variante, la première portion de la couche sacrificielle 142 est réalisée dans le même matériau que celui de la deuxième portion de la couche sacrificielle 142 formée lors de la deuxième étape. Ainsi, la première portion de la couche sacrificielle 142 peut être réalisée en alumine AI2O3 ou en nitrure d'aluminium AIN. La première portion de la couche sacrificielle 142 forme ainci un isolant électrique pour isoler électriquement la deuxième électrode de grille des première, deuxième et troisième zones 111, 112.
La deuxième électrode de grille 130 est avantageusement réalisée en nitrure de titane TiN avec une épaisseur sensiblement égal à 10 nm. Selon cette possibilité, la deuxième grille 130 forme un quatrième élément absorbant à celui formé par la première électrode de grille 120. De la même façon que pour la première couche d'absorption 210, la deuxième électrode de grille 130 peut également être réalisée dans un métal et présenter une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes :
150/2 < < 700 /2 avec p la résistivité du matériau métallique formant
Ep ^ ^ ladite piste de conduction 311, 321. Afin de fournir une absorption du rayonnement électromagnétique, cette même piste de conduction 311, 321 peut avantageusement respecter les inégalités suivantes :
320 /2 <— < 420 /2
Ep
De manière encore plus avantageuse— peut être sensiblement égale à
Ep
377 Ω, c'est-à-dire compris entre 360 Ω et 380 Ω.
De la même façon, dans le cas où la deuxième électrode de grille 130 ne fournit aucune fonction d'absorption du rayonnement électromagnétique, la deuxième grille 130 peut être réalisée dans un autre matériau sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi, il est, par exemple, envisageable qu'une telle deuxième électrode de grille 130 soit réalisée en silicium polycristallin Si. Il est également envisageable que la deuxième électrode de grille 130 soit formée de deux couches conductrices, l'une d'elle pouvant éventuellement être en nitrure de titane TiN.
Ainsi, selon cette variante de l'invention, la quatrième étape comprend en outre les étapes suivantes :
formation de la première portion deuxième couche d'arrêt 142 en contact avec les première, deuxième et troisième zones 111, 112, 113 sur la face de ces dernières qui est opposée à la première électrode de grille 120, ouverture d'un passage traversant 131, illustré sur la figure 1B, dans la première portion de de la deuxième couche sacrificielle 142, ledit passage traversant débouchant dans la deuxième zone 112,
formation de la deuxième électrode de grille 130 en contact avec la première portion de la deuxième couche sacrificielle 142, un via conducteur étant alors formé dans le passage traversant 131 entre la deuxième électrode de grille 130 et la deuxième zone 112.
Que ce soit dans la variante de préférée décrite ci-dessus ou dans la variante dans laquelle la deuxième électrode de grille 120 est fournie lors de la deuxième étape, la quatrième étape comporte en outre la sous étape suivante de
gravure sélective des première, deuxième et troisième couches sacrificielles 352, 142, 329, par exemple par une attaque acide, le reste de la structure de détection 10 étant protégée par les première et deuxième couches d'arrêt 351, 141.
De cette manière, le transistor 100 est isolé thermiquement du reste de la structure de détection 10 par le premier et le deuxième bras d'isolation 310, 320.
On notera que cette dernière étape, avec celle de gravure et d'amincissement du substrat, permet, dans le cas où la structure de détection 10 équipe un composant comportant une pluralité de structures de détection 10A, 10B, 10C, 10D , d'isoler thermiquement la structure de détection 10 du circuit de lecture correspondant et des structures de détection 10A, 10B, 10C, 10D qui lui sont directement adjacente.
Ainsi, la figure 5 illustre un exemple d'intégration d'une structure de détection 10 selon l'invention dans un tel composant 1 comportant une pluralité de structures de détection 10A, 10B, 10C, 10D organisées sous la forme d'une matrice carrée. On peut ainsi voir sur la figure 5 que l'agencement des plots de collage 342, 343 en décalé permet d'optimiser la surface occupée par chacune des structures 10A, 10B, 10C, 10D, le premier plot de connexion 342A, 342B, 342C, 342D étant adjacent du deuxième plot de connexion 343A, 343B, 343C, 343D de la structurelOA, 10B, 10C, 10D qui lui est directement adjacente sur la gauche, le deuxième plot de connexion 343A, 343B, 343C, 343D étant adjacent du premier plot de connexion 342A, 342B, 342C, 342D de la structure de détection 10A, 10B, 10C, 10D qui lui est directement adjacente sur la droite. Avec une telle configuration, la surface de réception, i.e la surface de la première grille 120, occupe une surface optimisée. Une telle configuration laisse envisager des composants présentant un pas entre deux structures 10A, 10B, 10C, 10D de l'ordre de 5 μιη.
La figure 6 illustre l'agencement de l'électrode de grille d'une structure de détection 10 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la surface d'éléments d'absorption est optimisée. Une telle structure de détection 10 se différentie d'une structure de détection 10 selon le premier mode de réalisation en ce que le transistor comporte une premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième zone 111, 112, 113, 114, 115 et une première et troisième électrode de grille 120, 140.
La première, deuxième et troisième zone 111, 112, 113 et la première électrode de grille 120 présentent une configuration identique à celle décrite dans le premier mode de réalisation, à la différence près que, la deuxième zone 112 fait office de drain et c'est donc, de ce fait, elle qui est en court-circuit avec la première électrode de grille 120. Ainsi, la deuxième piste de conduction 321 permet de polariser la deuxième zone 112 et la première électrode de grille 120, la première piste de conduction 311 permettant de polariser la première zone 111.
La quatrième zone 114 est une zone du premier type de conductivité, avec une configuration similaire à celle de la première et la deuxième zone 111, 112. De façon similaire à la troisième zone 113, la cinquième zone 115 peut être une zone totalement déplétée. La cinquième zone 115 entoure la deuxième zone 112 et la quatrième zone 114 entoure la cinquième zone.
La troisième électrode de grille 140 présente une configuration sensiblement identique à celle de la première électrode de grille et comporte ainsi, de la même façon que la première électrode grille, une deuxième couche d'absorption 220
La deuxième piste de conduction 321 est configurée afin de, comme illustré sur la figure 6, mettre en court-circuit la première électrode de grille 120 avec la troisième électrode de grille 130 et avec la deuxième zone 112. La deuxième piste de conduction 312 est configurée afin de, comme illustré sur la figure 6, mettre en court-circuit la première zone 111 avec la quatrième zone 114. De cette manière, la structure présente deux transistors en parallèle l'un de l'autre et présente une surface d'électrode de grille augmentée et un rapport de la largeur de grille à la longueur de grille optimisé.
Bien entendu, si dans le premier et le deuxième mode de réalisation décrits ci-dessus, la première électrode de grille 120 est mises en court-circuit avec l'une de la première et la deuxième zone 111, 112, il est également envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention que les première, deuxième zone et la première électrode de grille soit polarisées indépendamment les unes des autres. Dans une telle configuration, il est alors nécessaire de prévoir une troisième piste conductrice fournie soit dans l'un du premier et du deuxième bras d'isolation, soit dans un troisième bras d'isolation. De la même façon, dans le cas où il est prévu une deuxième électrode de grille 130 sur la face des première, deuxième et troisième zones 111, 112, 113 opposée à la première face si cette dernière peut être polarisée au moyen d'une connexion électrique à la deuxième zone 112, il est également envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention que la deuxième électrode de grille 130 soit polarisée autrement. Dans une telle configuration, il est nécessaire de prévoir une troisième piste conductrice fournie soit dans l'un du premier et du deuxième bras d'isolation, soit dans un troisième bras d'isolation.
On peut également noter que si dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, il est prévu une deuxième électrode de grille 130, une telle deuxième grille 130 n'est pas nécessaire pour le bon fonctionnement de l'invention. Ainsi, il est parfaitement envisageable de d'ajuster la tension seuil du transistor au moyen de charges piégées dans l'une de la première et la deuxième couche isolante électriquement ou encore de prévoir une polarisation indépendante de la première électrode de grille 120.
De la même façon, si dans le premier et le deuxième mode de réalisation il est prévu une surface de réflexion 330, 331, il est également envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, que la structure de détection 10 en soit dépourvue.
On peut également noter que la forme des zones et/ou des électrodes de grille décrites dans le cadre du premier et du deuxième mode de réalisation sont donnés qu'à titre d'exemple et n'est nullement limitatif. Ainsi, il est également parfaitement envisageable dans le cadre de l'invention une structure similaire à celle du premier mode de réalisation à la différence près que les première, deuxième et troisième zones se succèdent le long d'une première direction. De la même façon, il est également envisageable une structure similaire à celle du deuxième mode de réalisation à la différence près que les première, deuxième et troisième, quatrième et cinquième zones se succèdent le long d'une première direction.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure de détection (10) de type bolomètre pour la détection d'un rayonnement électromagnétique, la structure de détection (10) comportant :
- au moins un premier élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique,
un transistor (100) du type MOS-FET associé avec le premier élément absorbant pour détecter l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique, le transistor comportant :
o au moins une première et au moins une deuxième zone (111,
112) d'un premier type de conductivité,
o au moins une troisième zone (113) séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone (111, 112), la troisième zone (113) étant d'un type de conductivité sélectionné dans un groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone (113) est sensiblement vide de porteurs,
o au moins une première électrode de grille (120) agencée pour polariser la troisième zone (113),
la structure de détection (10) étant caractérisée en ce que la première électrode de grille (120) comporte au moins une première portion métallique formant le premier élément absorbant, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 150 Ω <— < 700 Ω avec p la résistivité du
Ep
matériau métallique formant ladite portion métallique. 2. Structure de détection (10) selon la revendication 1 dans laquelle la première portion métallique de la première électrode de grille est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène pour une troisième zone (113) réalisée en silicium, la première portion métallique étant avantageusement réalisée dans un nitrure de titane pour une troisième zone (113) réalisée en silicium.
3. Structure de détection (10) selon la revendication 2 dans laquelle à la première électrode de grille (120) est en court-circuit avec l'une de la première et la deuxième zone (111, 112).
4. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première zone (111) est entourée par la troisième zone (113), la troisième zone (113) étant entourée par la deuxième zone (112).
5. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le transistor (100) comporte en outre :
une quatrième et cinquième zone (114, 115), la quatrième zone (114) étant du premier type de conductivité et la cinquième zone (115) étant d'un type de conductivité sélectionné dans le groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs,
une troisième électrode de grille agencée pour polariser la cinquième zone (115),
dans laquelle la cinquième zone (115) sépare l'une de l'autre la deuxième et la quatrième zone (112, 114), un ensemble formé par la troisième, la deuxième et la cinquième zone (113, 112, 115) séparant l'une de l'autre la première et la quatrième zone (111, 114), et dans laquelle la troisième électrode de grille (140) comporte au moins une deuxième portion métallique formant un deuxième élément absorbant, ladite deuxième portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 150 Ω <— < 700 Ω avec p la résistivité du matériau métallique formant ladite deuxième portion métallique.
6. Structure de détection (10) selon les revendications 4 et 5, dans laquelle la cinquième zone (115) entoure la deuxième zone (112) et dans laquelle la quatrième zone (114) entoure la cinquième zone (115).
7. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la troisième zone (113) est du type de conductivité dans lequel la troisième zone (113) est sensiblement vide de porteurs.
8. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle il est prévu une surface de réflexion (330, 331) configurée pour former avec le premier élément absorbant une cavité quart d'onde.
9. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comportant en outre un circuit de lecture (340) configuré pour polariser le transistor (100) et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor (100) une élévation de température de l'élément absorbant,
dans laquelle le circuit de lecture (340) et le transistor (100) sont séparés l'un de l'autre par au moins un premier et un deuxième bras d'isolation (310, 320) comportant chacun au moins une piste conductrice (311, 321) pour polariser le transistor (100).
10. Structure de détection (10) selon la revendication 9, dans laquelle chacune des pistes conductrices (311, 321) du premier et deuxième bras d'isolation (310, 320) est une piste métallique formant un troisième élément absorbant et présente une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 150 Ω <— < 700 Ω avec p la résistivité
Ep
du matériau métallique formant ladite deuxième portion métallique.
11. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le transistor comporte en outre une deuxième électrode de grille (130) sur une face du transistor qui est opposée à la première électrode de grille (120),
et dans laquelle la deuxième électrode de grille (130) comporte au moins une portion métallique formant un quatrième élément absorbant.
12. Procédé de fabrication d'une structure de détection (10) comportant les étapes suivantes :
fourniture d'au moins une première, deuxième et troisième zone (111, 112, 113), la première et deuxième zone(lll, 112) étant d'un premier type de conductivité, la troisième zone (113) séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone (111, 112) et la troisième zone (113) étant d'un type de conductivité sélectionné dans un groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs,
- formation d'une première électrode de grille (120) agencée pour polariser la troisième zone (113) de manière à former un transistor (100) du type MOS-FET, la première électrode de grille (100) comportant au moins une première portion métallique formant un élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique, de cette manière le transistor (100) est associé à l'élément absorbant pour détecter l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 150 Ω <— < 700 Ω avec p la résistivité du matériau
Ep
métallique formant ladite portion métallique.
13. Procédé de fabrication selon la revendication 12 dans lequel lors de l'étape de formation de la première électrode de grille (120), la première portion métallique de la première électrode de grille (120) est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène pour une troisième zone (113) réalisée en silicium, la première portion métallique étant avantageusement réalisée dans un nitrure de titane pour une troisième zone (113) réalisée en silicium.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 12 ou 13 dans lequel il est en outre prévu des étapes de :
formation d'un circuit de lecture (340) configuré pour polariser le transistor (100) et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor (100) une élévation de température de l'élément absorbant,
formation d'un premier et d'un deuxième bras d'isolation (310, 320), chacun des premier et deuxième bras d'isolation comportant au moins une piste conductrice (311, 321),
association ensemble du transistor (100), des premier et deuxième bras d'isolation (310, 320) et du circuit de lecture, de tel façon que le circuit de lecture (340) est connecté électriquement au transistor (100) par l'intermédiaire des pistes conductrices (311, 321) respectives des premier et deuxième bras d'isolation (310, 320).
15. Procédé de fabrication selon la revendication 14 dans lequel lors de l'étape de fourniture du circuit de lecture (340), il est prévu une sous-étape de formation d'une surface de réflexion (330, 331),
et dans laquelle lors de l'étape d'association ensemble du transistor
(100), des premier et deuxième bras d'isolation (310, 320) et du circuit de lecture (340), la surface de réflexion (330, 331) présente une disposition de manière à former avec la portion en nitrure de titane de la première électrode de grille (120) une cavité quart d'onde.
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