CA3250623A1

CA3250623A1 - Infrared imaging microbolometer

Info

Publication number: CA3250623A1
Application number: CA3250623A
Authority: CA
Inventors: Marc Guillaumont; Willy LUDURCZAK
Original assignee: Lynred SAS
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-09-14
Also published as: WO2023170353A1; CN118633015A; EP4490478A1; FR3133447A1; FR3133447B1; KR20240159909A; US20250113735A1

Abstract

Ce micro-bolometre d'imagerie infrarouge (10a) integrant une membrane (20) montee en suspension au-dessus d'un substrat (11) au moyen de bras de soutien fixes sur des clous d'ancrage (14), comprend : • une couche de support (13) s'etendant au sein de la membrane (20) et des bras de soutien; • des electrodes (16) disposees sur la couche de support (13) et au contact avec les clous d'ancrage (14), chaque electrode (16) s'etendant au sein d'un bras de soutien; • un materiau thermo-resistif (18) dispose au sein la membrane (20) en contact electrique avec les electrodes (16); et • au moins une couche d'encapsulation superieure (15) des bras de soutien et du materiau thermo-resistif (18); • une couche d'encapsulation laterale (33) des bras de soutien disposee au contact des bords lateraux desdits bras de soutien, ladite couche d'encapsulation laterale (33) etant resistante a la gravure a base d'acide fluorhydrique.

Description

Micro-bolometre D’lMAGERIE INFRAROUGE DOMAINE DE L’lNVENTION La presente invention a trait an domaine de la detection de rayonnements electromagnetiques et, plus precisement, a la detection de rayonnements infrarouges. L’invention conceme un micro-bolometre d’imagerie infrarouge presentant une grande sensibilite. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Dans le domaine des detecteurs mis en oeuvre pour rimagerie infrarouge, il est connu d'utiliser des dispositifs agences sous forme matricielle, susceptibles de fonctionner a temperature ambiante, c'est-a-dire ne necessitant pas de refroidissement a de tres basses temperatures, contrairement aux dispositifs de detection appeles "detecteurs quantiques" qui eux, necessitent un fonctionnement a tres basse temperature. Ces detecteurs utilisent traditionnellement la variation d'une grandeur physique d'un materiau ou assemblage de materiaux approprie(s) en fonction de la temperature, au voisinage de 300K. Dans le cas particulier des detecteurs micro-bolometriques, les plus couramment utilises, cette grandeur physique est la resistivite electrique, mais d’autres grandeurs peuvent etre exploitees, telle la constante dielectrique, la polarisation, la dilatation thermique, 1’indice de refraction, etc. Un tel detecteur non refroidi associe generalement : des moyens d'absorption du rayonnement thermique et de conversion de celui-ci en chaleur ; des moyens d'isolation thermique du detecteur, de telle sorte a permettre a celui-ci de s'echauffer sous faction du rayonnement thermique ; des moyens de thermometric qui, dans le cadre d'un detecteur micro-bolometrique, mettent en oeuvre un element resistif dont la resistance varie avec la temperature ; et des moyens de lecture des signaux electriques foumis par les moyens de thermometric.5 10 15 20 25 30 35 2 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Les detecteurs destines a rimagene thermique, on infrarouge, sont classiquement realises sous la forme d'une matrice de detecteurs elementaires, formant des points d’image ou pixels, selon une ou deux dimensions. Pour garantir 1’isolation thermique des detecteurs, ces demiers sont suspendus au-dessus d’un substrat via des bras de soutien. Le substrat comporte usuellement des moyens d'adressage sequentiel des detecteurs elementaires et des moyens d'excitation electrique et de pre-traitement des signaux electriques generes a partir de ces detecteurs elementaires. Ce substrat et les moyens integres sont communement designes par le terme « circuit de lecture ». Pour obtenir une scene par 1'intermediaire de ces detecteurs, cette scene est captee a travers une optique adaptee sur la matrice de detecteurs elementaires, et des stimuli electriques cadences sont appliques par 1'intermediaire du circuit de lecture a chacun des detecteurs elementaires, ou a chaque rangee de tels detecteurs, afin d'obtenir un signal electrique constituant 1'image de la temperature atteinte par chacun desdits detecteurs elementaires. Ce signal est traite de maniere plus ou moins elaboree par le circuit de lecture, puis eventuellement par un dispositif electronique exterieur au boitier afin de generer 1'image thermique de la scene observee. Plus precisement, un detecteur elementaire est constitue d’une membrane maintenue en suspension fixe au-dessus du substrat par les bras de soutien. La membrane integre un materiau thermo-resistif qui realise une transduction des rayonnements infrarouges, formant les moyens de thermometric. La mesure de la resistance electrique du materiau thermo-resistif est realisee par deux electrodes, par exemple metallique, s’etendant sous le materiau thermometrique et dans les bras de soutien. Outre la lecture du signal aux homes du materiau thermo-resistif, les electrodes peuvent egalement avoir pour fonction d’absorber au moins une partie du flux infrarouge pour le transformer en chaleur et le transmettre au materiau thermo-resistif. Dans ce cas, la quantite de rayonnement infrarouge absorbee est dependante de la surface de cet absorbeur. Pour optimiser 1’absorption du rayonnement infrarouge, les electrodes couvrent un maximum de surface dans 1’empreinte du pixel. En pratique, la surface des electrodes est limitee par celle de la membrane.5 10 15 20 25 30 35 3 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 L’epaisseur et la resistivite electnque des electrodes est ajustee de faqon a ce que son impedance effective par carre soit adaptee a celle du vide : Zo = 377 ohm/carre. Les detecteurs elementaires sont classiquement formes sur un substrat de silicium qui inclut le circuit de lecture. A 1’aide des procedes de depot de couches metalliques ou dielectriques, des precedes de photolithographic et des precedes de gravure de la microelectronique, une couche sacrificielle est realisee sur le substrat, puis une membrane sensible au rayonnement infrarouge est realisee sur cette couche sacrificielle tout en structurant cette membrane de maniere a assurer une continuity electrique entre celle-ci et le circuit de lecture. Selon differentes approches, la couche sacrificielle est realisee en polyimide ou en oxyde de silicium car ces materiaux peuvent etre graves a l’aide d’un precede isotrope permettant de retirer ladite couche sacrificielle sous la membrane et laisser cette membrane dans un etat suspendu au-dessus du substrat. Cette propriete est necessaire pour le fonctionnement des detecteurs elementaires. Les precedes de gravure classiquement mis en oeuvre sont les precedes plasma a base de dioxygene ou les precedes de gravure a base d’acide fluorhydrique, respectivement dedies a la suppression d’une couche sacrificielle en polyimide ou en oxyde de silicium. Il est particulierement avantageux d’utiliser une couche sacrificielle en oxyde de silicium associee a une gravure a base d’acide fluorhydrique. En effet, cela permet de reutiliser les precedes les plus performants de la microelectronique. Ainsi, il est possible d’obtenir une meilleure finesse de gravure et, de ce fait, d’obtenir de plus petits pas pixels a la performance requise en comparaison avec 1’utilisation d’une couche sacrificielle en polyimide associee a une gravure a base de dioxygene. La membrane est realisee a l’aide d’au moins un materiau thermoresistif generalement obtenu par un depot forme d’un alliage de silicium et de germanium, ou d’un depot compose d’oxyde de vanadium. Cette couche peut egalement inclure des elements tels que 1’azote, le bore, le carbone... Pour structurer la membrane, d’autres materiaux sont necessaires, et cette membrane est done le resultat d’un empilement comprenant le materiau thermoresistif, agremente d’un ou plusieurs materiaux dielectriques et des electrodes realisees par un depot metallique. Cet empilement est structure en plusieurs sequences de depot, photolithographie, et gravure de maniere a realiser le detecteur elementaire, egalement appele micro-bolometre.5 10 15 20 25 30 35 4 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Les figures laa 1f illustrent un procede de realisation d’un micro-bolometre 100 del’etat de la technique, tel que par exemple decrit dans le document EP 3 182 081. Une premiere etape, illustree sur la figure la, consiste a deposer et a structurer une couche sacrificielle 12 et une couche de support 13 sur un substrat 11 integrant le circuit de lecture. La structuration de ces deux couches 12, 13 permet d’obtenir des ouvertures dans lesquelles des clous d’ancrage 14 peuvent etre formes. Tel qu’illustre sur la figure lb, la formation des clous d’ancrage 14 dans les ouvertures vise a obtenir un plot conducteur s’etendant au moins jusqu’au niveau de la face superieure de la couche de support 13. Au moins deux electrodes 16 sont ensuite deposees et structurees sur la couche de support 13 et sur la partie superieure du clou d’ancrage 14. Lorsque la couche de support 13 sur laquelle les electrodes 16 sont deposees presente une faible resistivite electrique, il est necessaire d’eloigner d’une distance dl les extremites 37 des electrodes 16, afin de limiter les courants de fuites entre lesdites electrodes 16. Cette distance dl peut representer environ 50% du pas pixel, c’est-a-dire 50% de la distance entre les clous d’ancrage 14. Un materiau thermo-resistif 18 est ensuite depose sur la couche de support 13 et sur les electrodes 16 de sorte a assurer une continuite electrique entre lesdites electrodes 16. Une gravure de ce materiau thermo-resistif 18 permet de delimiter son emplacement au centre du micro-bolometre 100, c’est-a-dire dans la zone destinee a former la membrane 20 de celui-ci, tel qu’illustre sur la figure Id. La gravure du materiau thermo-resistif 18 est classiquement realisee par gravure ionique reactive, egalement appelee gravure RIE pour « Reactive-Ion Etching » dans la litterature anglo-saxonne, en arretant la gravure sur les deux electrodes 16. Cette etape de gravure constitue une difficulte technique car les deux electrodes 16 sont souvent particulierement fines, avec une epaisseur typiquement inferieure a 20 nanometres. Or, la gravure RIE mise en oeuvre pour delimiter 1’emplacement du materiau thermoresistif 18 risque, si elle n’est pas parfaitement calibree, de deteriorer les electrodes 16 et de diminuer les performances du micro-bolometre 100.5 10 15 20 25 30 35 5 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Tel qu’illustre sur la figure le, une couche d’encapsulation superieure 190 est ensuite deposee sur les electrodes 16 et sur le materiau thermo-resistif 18. Cette couche d’encapsulation superieure 190 permet de former une protection superieure et laterale au materiau thermo-resistif 18, ainsi qu’une protection superieure aux electrodes 16. En effet, pour obtenir un faible coefficient de bruit basse frequence, il est connu d’utiliser un materiau thermo-resistif 18 realise en oxyde de vanadium. Cependant, 1’oxyde de vanadium est sensible a l’acide fluorhydrique classiquement utilise lors de 1’etape de retrait d’une couche sacrificielle 12 realisee en dioxyde de silicium. Ainsi, il est souvent necessaire de proteger le materiau thermo-resistif 18, au moins pour que 1’etape de retrait de la couche sacrificielle ne deteriore pas ledit materiau. Pour ce faire, la couche d’encapsulation superieure 190 est classiquement deposee pour encapsuler le materiau thermo-resistif 18. Cette couche d’encapsulation superieure 190 a egalement pour fonction d’encapsuler les electrodes 16 afin d’assurer la tenue mecanique de la membrane 20 en fonction de 1’application recherchee, c’est-a-dire en fonction de la resistance aux chocs recherchee du micro-bolometre 100. Par ailleurs, il est recherche de limiter la conduction thermique des bras de soutien 21 pour isoler la membrane 20 de la temperature du substrat 11. Ainsi, pour chaque micro-bolometre 100, il existe une epaisseur ideale des bras de soutien 21 et de la couche d’encapsulation superieure 190 pour laquelle les bras de soutien 21 presentent une epaisseur minimale et done une conductance thermique minimale, tout en respectant les contraintes mecaniques recherchees. Pour obtenir un micro-bolometre 100 presentant une sensibilite elevee, il est recherche une conductance thermique faible des bras de soutien 21 et une surface importante de captation des rayonnements infrarouges. Pour ce faire, les electrodes 16 realisent de preference la fonction d’absorbeur des rayonnements infrarouges. Outre les electrodes 16, un autre materiau absorbeur peut egalement etre depose sur la couche d’encapsulation superieure 190, au-dessus de la membrane, tel que decrit par exemple dans le document EP 3 870 945. Ainsi, 1’association des electrodes 16 et du materiau absorbeur permet d’obtenir une surface importante de captation des rayonnements infrarouges.5 10 15 20 25 30 35 6 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Cependant, le depot d’un tel materiau absorbeur necessite de deposer la couche d’encapsulation superieure 190 en deux etapes, avant et apres le depot dudit materiau absorbeur, afin d’eviter que ce dernier soit depose directement sur le materiau thermometrique 18 et afin de le proteger de la gravure de la couche sacrificielle 12. Apres le depot complet de cette couche d’encapsulation superieure 190, en une ou deux etapes, les couches 13, 16 et 190 sont ensuite gravees selon le motif souhaite pour former les bras de soutien 21 de la membrane 20. Enfin, 1’etape If illustre le retrait de la couche sacrificielle 12, liberant ainsi la membrane 20 en suspension sur les clous d’ancrage 14 par 1’intermediaire des bras de soutien 21. Lors de cette etape de liberation, le materiau thermometrique 18 et 1’eventuel materiau absorbeur sont proteges de la gravure de la couche sacrificielle 12 par la couche de support 13 et la couche d’encapsulation superieure 190. Ces couches 13 et 190 sont done selectionnees pour resister au procede de gravure mis en oeuvre pour obtenir le retrait de la couche sacrificielle 12, par exemple la gravure a base de dioxygene ou a base d’acide fluorhydrique, alors que le materiau thermometrique 18 et 1’eventuel materiau absorbeur peuvent etre selectionnes respectivement pour leurs performances de transduction thermique-electrique et de captation des rayonnements infrarouges. De meme, les motifs des bras de soutien 21 de la membrane 20 etant formes avant1’etape de liberation, la gravure attaque egalement les parois laterales des bras de soutien 21, si bien que les electrodes 16 et tous les materiaux eventuellement integres dans les bras de soutien 21, entre les couches 13 et 190, doivent egalement resister a la gravure de la couche sacrificielle 12. Cette contrainte limite grandement les possibilites de formation des bras de soutien 21 et, dans certains cas, il n’est pas possible d’utiliser les materiaux les plus performants en termes de resistivite electrique, de resistance thermique et/ou de resistance mecanique pour former lesdits bras de soutien 21 en raison de cette contrainte de resistance a la gravure de la couche sacrificielle 12, notamment lorsque cette demiere est realisee en oxyde de silicium et que la gravure met en oeuvre de l’acide fluorhydrique.5 10 15 20 25 30 35 7 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Le probleme technique que 1’mvention entend resoudre consiste a obtenir un microbolometre d’imagerie infrarouge dans lequel les materiaux integres dans les bras de soutien sont proteges de la gravure de la couche sacrificielle a base d’acide fluorhydrique de sorte a pouvoir utiliser des materiaux plus performants en termes de resistivite electrique, de resistance thermique et/ou de resistance mecanique pour former les bras de soutien, ameliorant ainsi les performances du micro-bolometre. EXPOSE DE L’INVENTION Pour repondre a ce probleme technique, 1’invention propose de former les bras de soutien avec une couche d’encapsulation laterale des bras de soutien resistante a la gravure de la couche sacrificielle, c’est-a-dire resistance a la gravure a base d’acide fluorhydrique, de sorte a proteger les materiaux integres dans les bras de soutien. Ainsi, 1’invention conceme un micro-bolometre d’imagerie inffarouge integrant une membrane montee en suspension au-dessus d’un substrat au moyen de bras de soutien fixes sur des clous d’ancrage, le micro-bolometre comprenant : • une couche de support s’etendant au sein de la membrane et des bras de soutien ; • des electrodes disposees sur la couche de support et au contact avec les clous d’ancrage, chaque electrode s’etendant au sein des bras de soutien ; • un materiau thermo-resistif dispose au sein la membrane en contact electrique avec les electrodes ; et • au moins une couche d’encapsulation superieure des bras de soutien et du materiau thermo-resistif. L’invention se caracterise en ce que le micro-bolometre comprend egalement une couche d’encapsulation laterale des bras de soutien disposee au contact des bords lateraux desdits bras de soutien, ladite couche d’encapsulation laterale etant resistante a la gravure a base d’acide fluorhydrique, de sorte a former, avec la couche de support et la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien, une encapsulation hermetique a la gravure a base d’acide fluorhydrique. Au sens de 1’invention, une « encapsulation hermetique » indique que les bras de soutien sont proteges de la gravure a base d’acide fluorhydrique au moyen de l’association de la couche d’encapsulation laterale, de la couche de support et de la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien.5 10 15 20 25 30 35 8 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 En reahsant 1’encapsulation des bras de soutien, rinvention permet d’utiliser des materiaux tres performants en termes de resistivite electrique, de resistance thermique et/ou de resistance mecanique a 1’interieur des bras de soutien. Par exemple, le materiau constitutif des electrodes peut etre sensible au retrait de la couche sacrificielle sans risquer d’etre deteriore par 1’etape de suppression de ladite couche sacrificielle. Par exemple, il est desormais possible d’utiliser le titane sous sa forme metallique pour former les electrodes bien que ce materiau ne soit pas compatible avec une gravure a base d’acide fluorhydrique. De meme, il est possible d’integrer dans les bras de soutien, de part et d’autre des electrodes, deux couches de materiaux dont la resistivite electrique est suffisamment elevee pour permettre le rapprochement des electrodes au centre de la membrane en limitant les courants de fuites. Pour ce faire, ces deux couches resistives sont en continuite I’une avec 1’autre entre les extremites des electrodes presentes au sein de la membrane de sorte a former une barriere isolante entre lesdites extremites. Ainsi, ce mode de realisation permet d’obtenir une surface de captation importante sans utiliser un materiau absorbeur depose sur le materiau thermometrique. Dans ce mode de realisation, le micro-bolometre comprend egalement : • une couche resistive inferieure disposee entre la couche de support et les electrodes ; et • une couche resistive superieure disposee entre les electrodes et la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien ; les couches resistives inferieure et superieure etant en continuite I’une avec l’autre entre des extremites des electrodes s’etendant au sein de la membrane, constituant ce faisant une barriere isolante entre les electrodes, permettant ainsi d’augmenter la surface des electrodes s’etendant au sein de la membrane. Au sens de 1’invention, une couche « resistive » correspond a une couche presentant une resistivite electrique au moins 10 000 fois superieure a celle du materiau thermo-resistif. Par exemple, le materiau thermo-resistif peut etre realise en un alliage amorphe riche en silicium, en oxyde de vanadium, en oxyde de titane ou en oxyde de nickel. Ainsi, le materiau thermo-resistif peut presenter une resistivite electrique comprise entre 0,1 et 100 Ohm.cm. Au contraire, les couches resistives inferieure et superieure peuvent presenter une resistivite electrique superieure a 104 Ohm.cm.5 10 15 20 25 30 35 9 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 La resistivite electrique des couches resistives vise pnncipalement a eviter les courants de fuites susceptibles de se produire entre les extremites des electrodes s’etendant au sein de la membrane. Ainsi, la resistivite electrique peut etre recherchee en fonction de la proximite souhaitee d’implantation des electrodes. Outre les proprietes de resistivite electrique des couches resistives inferieure et superieure, ces couches peuvent egalement etre dimensionnees, en termes d’epaisseur ou de materiau constitutif, pour repondre aux besoins de resistance thermique et de resistance mecanique des bras de soutien. Pour repondre a ces differentes contraintes, les couches resistives inferieure et superieure peuvent etre realisees en dioxyde d'hafhium, en nitrure de silicium, en oxyde de silicium, en oxynitrure de silicium, en nitrure de bore, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium, en carbonitrure de silicium, en borure de silicium, en oxyborure de silicium, en boronitrure de silicium, en borocarbure de silicium, ou en oxycarbure de silicium. Au sens de 1’invention, et dans la suite de la description, la « hauteur » du microbolometre correspond a la dimension perpendiculaire au plan du substrat sur lequel est fixe le micro-bolometre. Ainsi, la couche de support forme une couche d’encapsulation « inferieure » de la membrane et des bras de soutien ; elle correspond a la couche la plus proche du substrat et elle s’etend dans un plan inferieur de la membrane et des bras de soutien, parallele au plan du substrat. La couche d’encapsulation « superieure » correspond, quant a elle, a la couche d’encapsulation la plus eloignee du substrat, et elle s’etend dans un plan superieur de la membrane et des bras de soutien, egalement parallele au plan du substrat. L’invention peut utiliser plusieurs couches d’encapsulation superieures differentes : une couche d’encapsulation superieure pour la membrane et une couche d’encapsulation superieure pour les bras de soutien. En outre, la couche resistive « inferieure » correspond a la couche placee au contact des electrodes la plus proche du substrat, et la couche resistive « superieure » correspond a la couche placee au contact des electrodes la plus eloignee du substrat.5 10 15 20 25 30 35 10 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 La couche d’encapsulation « laterale » des bras de soutien correspond a 1’epaisseur de matiere presente sur le pourtour lateral des bras de soutien, entre la couche de support et la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien. La couche d’encapsulation laterale s’etend done dans un plan perpendiculaire aux plans de la couche d’encapsulation inferieure et de la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien. Preferentiellement, la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien et la couche d’encapsulation laterale sont de natures ou d’epaisseurs distinctes. Par exemple, la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien peut etre realisee en nitrure de bore, en alumine, en carbure de silicium ou en nitrure d’aluminium. La couche d’encapsulation laterale peut etre realisees en un alliage amorphe riche en silicium ou en bore, en oxyde d’aluminium, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium ou en carbure de bore. Par exemple, le couche d’encapsulation laterale peut comporter au moins 25% de silicium, potentiellement allie avec de 1’azote, du bore, du carbone ou de 1’hydrogene. Altemativement, la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien et la couche d’encapsulation laterale des bras de soutien sont realisees en un meme materiau, typiquement un alliage amorphe riche en silicium ou en bore, en oxyde d’aluminium, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium ou en carbure de bore. Le nitrure de bore, 1’alumine, le nitrure d’aluminium, le carbure de silicium ainsi qu’un alliage amorphe riche en silicium presentent la propriete de resister a une gravure a base d’acide fluorhydrique (HF) classiquement utilisee pour retirer une couche sacrificielle realisee en oxyde de silicium (SiOx). Lorsque les differentes couches d’encapsulation sont realisees dans le meme materiau, il est possible de distinguer ces differentes couches par leur epaisseur respective. Par epaisseur, on entend : • s’agissant de la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien , la dimension perpendiculaire au plan du substrat dans lequel s’inscrit le micro-bolometre ; et • s’agissant de la couche d’encapsulation laterale des bras de soutien, une dimension parallele audit plan du substrat ; cette demiere epaisseur est typiquement mesuree a la base de la couche d’encapsulation laterale.5 10 15 20 25 30 35 11 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Par ailleurs, la couche d’encapsulation laterale des bras de soutien peut presenter un ergot faisant saillie par rapport a la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien d’au moins 10 nanometres. Cette forme caracteristique peut resulter de la realisation de la couche d’encapsulation laterale independamment de la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera bien comprise a la lecture de la description qui suit, dont les details sont donnes uniquement a titre d’exemple, et developpee en relation avec les figures annexees, dans lesquelles des references identiques se rapportent a des elements identiques : les figures 1a-1f illustrent les etapes de realisation d’un micro-bolometre de 1’etat de la technique ; la figure 2a est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un premier mode de realisation de 1’invention ; la figure 2b est un agrandissement partiel de la vue schematique en section de la figure 2a ; la figure 3 est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un second mode de realisation de 1’invention ; la figure 4 est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un troisieme mode de realisation de 1’invention ; la figure 5 est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un quatrieme mode de realisation de 1’invention ; la figure 6 est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un cinquieme mode de realisation de 1’invention ; la figure 7 est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un sixieme mode de realisation de 1’invention ; et la figure 8 est une vue schematique en section d’un micro-bolometre selon un septierne mode de realisation de 1’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Tel qu'illustre sur la figure 2a, 1’invention vise un micro-bolometre 10a comprenant une membrane 20 montee en suspension sur un substrat 11. Le substrat 11 integre classiquement un circuit de lecture, c’est-a-dire un ensemble de composants permettant notamment la polarisation, l’adressage et la mesure de la resistance de la membrane 205 10 15 20 25 30 35 12 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 du micro-bolometre 10a. Plus precisement, le circuit de lecture effectue la mesure de la resistance d’un materiau thermo-resistif 18 encapsule dans la membrane 20. Pour ce faire, le materiau thermo-resistif 18 est connecte electriquement au circuit de lecture par des electrodes 16 et des clous d’ancrage 14. La membrane 20 a pour fonction de realiser une transduction thermique/resistive des rayonnements infrarouges. Pour limiter 1’influence de la temperature du substrat 11, cette membrane 20 est montee en suspension sur les clous d’ancrage 14 par1’intermediaire de bras de soutien 21. Ainsi, les clous d’ancrage 14 s’etendent perpendiculairement par rapport au substrat 11, et les bras de soutien et la membrane 20 s’etendent dans un plan parallele au plan du substrat 11. Il existe deux formes majcures de micro-bolometres : les micro-bolometres suspendus entre deux clous d’ancrage 14 et les micro-bolometres suspendus entre quatre clous d’ancrage 14. Quel que soit le micro-bolometre utilise, ces clous d’ancrage 14 peuvent etre realises en un materiau metallique, tel que du nitrure de titane, du cuivre, du tungstene ou de 1’aluminium. Ils peuvent etre de section transversale cylindrique avec un diametre voisin de 500 nanometres. Pour garantir la structure mecanique de la membrane 20 et des bras de soutien 21, une couche de support 13 forme la couche inferieure de la membrane 20 et des bras de soutien 21. Cette couche de support 13 peut, par exemple, etre realisee en un alliage amorphe riche en silicium, en carbure de silicium, en alumine ou en nitrure d’aluminium, et presenterune epaisseur comprise entre 10 et 100 nanometres. Selon 1’invention, une couche resistive inferieure 34 est disposee entre la couche de support 13 et les electrodes 16. Cette couche resistive inferieure 34 peut etre realisee en dioxyde d'hafnium, en nitrure de silicium, en oxyde de silicium, en oxynitrure de silicium, en nitrure de bore, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium, en carbonitrure de silicium, en borure de silicium, en oxyborure de silicium, en boronitrure de silicium, en borocarbure de silicium, ou en oxycarbure de silicium. La couche de support 13 et la couche resistive inferieure 34 sont traversees par les clous d’ancrage 14. Ainsi, les electrodes 16 sont fixees sur la couche resistive inferieure 34 et sur 1'extremite superieure des clous d’ancrage 14, de sorte a assurer un contact electrique avec ces clous d’ancrage 14. Ces electrodes 16 peuvent etre realisees en nitrure de titane5 10 15 20 25 30 35 13 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 avec une epaisseur comprise entre 5 et 20 nanometres. En outre, ces electrodes 16 sont structurees dans la partie centrale de la membrane 20 de sorte que la mesure de la resistance electrique entre deux electrodes 16 permette de mesurer la resistance electrique du materiau thermo-resistif 18. Contrairement a 1’etat de la technique, les extremites 37 des electrodes 16 peuvent etre tres proches I’une de 1’autre. Par exemple, lesdites extremites 37 peuvent etre distantes d’une distance d2, inferieure a 500 nanometres, typiquement entre 200 nanometres et 1 micrometre. Il est a noter qu’une variation de topologie des couches deposees sur les electrodes 16 peut apparaitre en raison de cette distance d2, de maniere analogue a la variation de topologie illustree sur la figure If. Cependant, compte tenu de la faible distance d2 comparativement a la distance dl de la figure If et de la faible epaisseur des electrodes 16, cette topologie peut etre negligeable si bien que cette variation de topologie n’est pas representee sur les figures 2 a 8. En outre, le materiau constitutif des electrodes 16 peut etre selectionne uniquement pour repondre aux contraintes de resistivite electrique, de conductivite thermique ou de captation des rayonnements infrarouges, independant des contraintes de resistance au retrait de la couche sacrificielle. Par exemple, il est desormais possible de former les electrodes 16 en titane sous forme metallique, voire en cuivre, chrome, cobalt ou aluminium. Pour augmenter la surface des electrodes 16, une couche resistive superieure 35 est disposee entre les electrodes 16 et une couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien. Cette couche resistive superieure 35 est preferentiellement realisee avec le meme materiau que la couche resistive inferieure 34, et elle s’etend entre les extremites 37 des electrodes 16 de sorte a former une barriere isolante 36 entre les electrodes 16. Tel qu’illustre sur la figure 2b, la couche resistive superieure 35 presente preferentiellement une epaisseur e2 equivalente a 1’epaisseur e2 de la couche resistive inferieure 34. La couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien peut etre realisee en un alliage amorphe riche en silicium, potentiellement allie avec de 1’azote, du bore, du carbone ou de 1’hydrogene, avec une epaisseur ei egale a Tepaisseur de la couche de support 13, ces deux couches formant les couches d’encapsulation des bras de soutien 21.5 10 15 20 25 30 35 14 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Pour un exemple chiffre, avec des couches d’encapsulation 13, 15 des bras de soutien 21 realisees en un alliage amorphe riche en silicium ou en bore, en oxyde d’aluminium, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium ou en carbure de bore, des couches resistives 34-35 realisees en dioxyde d'hafnium peuvent etre utilisees car ce materiau presente une conductivite thermique faible, de 1’ordre de 0.35 W/(m.K) et une resistance mecanique importante, c’est-a-dire un module d’Young proche de 150 GPa. Par exemple, en considerant des bras de soutien 21 d’une epaisseur fixe de 108 nanometres, avec des electrodes 16 presentant une epaisseur de 8 nanometres et des couches d’encapsulation 13, 15 presentant une epaisseur totale de 100 nanometres, il est possible d’estimer l’apport de 1’integration des couches resistives 34-35 a la place d’une partie du volume des couches d’encapsulation 13, 15. Typiquement, avec la meme epaisseur totale de 100 nanometres des couches d’encapsulation 13, 15, la conductivite thermique effective des bras de soutien 21 peut etre typiquement de 1’ordre de trois fois inferieure pour une epaisseur e2 de 20 nanometres de chaque couche resistive 34-35, comparativement a une epaisseur e2 nulle. L’integration des couches resistives 34-35 permet done de diminuer sensiblement la conductivite thermique des bras de soutien 21. Outre la couche de support 13, les couches resistives 34-35, les electrodes 16 et la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien 15, et les bras de soutien 21 peuvent egalement comprendre une couche d’arret 30 deposee sur la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien. Cette couche d’arret 30 peut, par exemple, etre realisee en nitrure de bore ou en nitrure d’aluminium, et presenter une epaisseur comprise entre 5 et 100 nanometres. En outre, cette couche d’arret 30 peut etre completee ou remplacee par une couche d’alumine et/ou une couche de carbure de silicium avec une epaisseur comprise entre 10 et 100 nanometres. Dans 1’exemple de la figure 2a, cette couche d’arret 30 est presente sur la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien, limitativement au niveau de la membrane 20. Dans ce mode de realisation, le materiau thermo-resistif 18 est depose sur la couche d’arret 30 et sur les electrodes 16 en passant par des ouvertures 17 menagees a travers la couche resistive superieure 35, la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien et la couche d’arret 30. Preferentiellement, le materiau thermo-resistif 18 est realise en oxyde de vanadium depose avec une epaisseur comprise entre 10 et 200 nanometres.5 10 15 20 25 30 35 15 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243 Le mode de realisation de la figure 5 illustre un micro-bolometre lOd realise de maniere analogue a celui de la figure 2a mais sans les couches resistives 34 et 35. L’exemple du mode de realisation de la figure 8 est plus simple. En effet, le microbolometre 10g presente un materiau thermo-resistif 18 depose sur les electrodes 16 de maniere analogue a 1’etat de la technique. De plus, les electrodes 16 de la figure 8 sont egalement encapsulees entre une couche de support 13 et une couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien et du materiau thermo-resistif 18. Outre ces elements visibles sur la figure If de 1’etat de la technique, le micro-bolometre 10g presente egalement une couche d’encapsulation laterale 33 des bras de soutien 21 disposee au contact des bords lateraux desdits bras de soutien 21. Ce mode de realisation permet d'utiliser n'importe quel materiau pour 1'electrode 16, en particulier des materiaux de tres faible conductivite thermique mais non compatibles avec la liberation a base d’acide fluoridrique. Suivant le gain sur ce parametre, ainsi que les volumes respectifs des materiaux, le gain peut etre sensible malgre le rajout de 1'encapsulation laterale 33. Dans le mode de realisation de la figure 3, le micro-bolometre 10b comporte un materiau thermo-resistif 18 depose sur la couche d’arret 30 et sur des vias conducteurs 40 formes dans les ouvertures 17. De preference, les vias conducteurs 40 sont constitues de tungstene ou de siliciure de tungstene. L'epaisseur des vias conducteurs 40 est comprise entre 100 et 300 nanometres. Pour garantir le remplissage des ouvertures 17, l’epaisseur de depot des vias conducteurs 40 est preferentiellement superieure a la moitie de la largeur des ouvertures 17. Le remplissage des ouvertures 17 peut egalement etre obtenu par le depot d’une fine couche en nitrure de titane, deposee par depot chimique en phase vapeur, suivi par le depot CVD ou PVD du tungstene ou du siliciure de tungstene. Ainsi, une couche de nitrure de titane d’epaisseur comprise entre 10 et 50 nanometres peut etre utilisee pour former les parois extemes des vias conducteurs 40. Le mode de realisation de la figure 6 illustre un micro-bolometre lOe realise de maniere analogue a celui de la figure 3 mais sans les couches resistives 34 et 35. Dans le mode de realisation de la figure 4, le micro-bolometre 10c comporte un materiau thermo-resistif 18 depose sur une couche d’arret 30 gravee au centre de la membrane 20 et limitee uniquement au niveau des bords lateraux de cette demiere. Au centre de la membrane, le materiau thermo-resistif 18 est depose sur la couche de support 13 et surWO 2023/170353 16 PCT/FR2023/050243 des zones de siliciuration 41 formees dans la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien, lorsque cette derniere integre du silicium. Pour realiser le contact electrique entre les electrodes 16 et les zones de siliciuration 41, un materiau metallique 42 pent etre implante localement dans la couche resistive superieure 35. 5 Ces zones de siliciuration 41 peuvent etre obtenues par incorporation d’un materiau metallique de siliciuration dans une couche dielectrique ou par implantation localisee. Par exemple, la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien pent etre realisee en un alliage amorphe riche en silicium ou en bore, en oxyde d’aluminium, en 10 nitrure d’aluminium, en carbure de silicium ou en carbure de bore. Le materiau metallique de siliciuration peut etre realise en nickel ou en cobalt et possiblement additionne de platine, de sorte a former du siliciure de nickel. Afin d’obtenir un depot localise du materiau metallique de siliciuration, une couche 15 sacrificielle peut etre deposee sur la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien, et des ouvertures peuvent etre structurees dans cette couche sacrificielle jusqu’a atteindre ladite couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien. Le materiau metallique de siliciuration peut ensuite etre depose sur la couche sacrificielle et dans les ouvertures. 20 Par exemple, le materiau metallique de siliciuration peut etre depose avec une epaisseur comprise entre 5 et 50 nanometres. L’incorporation du materiau metallique de siliciuration dans la couche d’encapsulation 25 superieure 15 des bras de soutien et dans la couche resistive superieure 35 peut alors etre realisee par une etape de diffusion obtenue par recuit thermique, avec une temperature comprise entre 100°C et 200°C pendant une duree d’au moins 30 secondes. Ce recuit thermique permet d’obtenir des zones de siliciuration 41 dans lesquelles au moins une partie des atomes du materiau metallique de siliciuration sont presents. 30 Le mode de realisation de la figure 7 illustre un micro-bolometre lOf realise de maniere analogue a celui de la figure 4 mais sans les couches resistives 34 et 35. Quel que soit le mode de realisation, le materiau thermo-resistif 18 est depose en contact 35 electrique avec les electrodes 16.WO 2023/170353 17 PCT/FR2023/050243 La face superieure du materiau thermo-resistif 18 est protegee par une couche d’encapsulation superieure 19 de la membrane, qui peut etre differente de la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien. Cette couche d’encapsulation superieure 19 de la membrane peut etre constituee d’une couche d’arret, par exemple 5 realisee en nitrure de bore ou en nitrure d’aluminium avec une epaisseur comprise entre 10 et 100 nanometres. En variante, tel qu’illustre sur les figures 3 a 5, cette couche d’encapsulation superieure 19 de la membrane peut etre constituee d’une couche d’alliage amorphe riche en silicium avec une epaisseur comprise entre 10 et 100 nanometres. 10 Le materiau thermo-resistif 18 et les bras de soutien 21 sont egalement proteges lateralement par une couche d’encapsulation laterale 33. Cette couche d’encapsulation laterale 33 peut etre constituee d’une couche d’alliage 15 amorphe riche en silicium avec une epaisseur e3 comprise entre 5 et 50 nanometres. La couche d’encapsulation laterale 33 peut etre tres fine de sorte a assurer une tres bonne hermeticite a la gravure a base d’acide fluorhydrique tout en garantissant l’ajout d’un minimum de matiere pour ne pas degrader 1’isolation thermique du materiau thermoresistif 18. 20 De preference, la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien, la couche d’encapsulation laterale 33 et la couche d’encapsulation superieure 19 de la membrane sont realisees par au moins deux depots distincts, de sorte que 1’epaisseur et/ou la nature de ces couches different entre ces couches. 25 Plus particulierement, tel qu’illustre sur la figure 2b, 1’epaisseur ei de la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien est differente de 1’epaisseur e3 de la couche d’encapsulation laterale 33. 30 Tel qu’illustre sur la figure 2b, la couche d’encapsulation laterale 33 s’etendant dans un plan perpendiculaire aux plans de la couche de support 13 et de la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien, 1’epaisseur es de ladite couche d’encapsulation laterale 33 correspond a 1’epaisseur de matiere presente autour des bras de soutien 21. Le procede de realisation de cette couche d’encapsulation laterale 33 peut induire la 35 formation d’un ergot 50 faisant saillie par rapport a la couche d’encapsulation superieure 15 des bras de soutien d’une hauteur h d’au moins 10 nanometres.WO 2023/170353 18 PCT/FR2023/050243 Ces micro-bolometres 10a-10g peuvent etre realises par les methodes utilisant des couches sacrificielles, notamment les methodes divulguees dans les documents FR 3 098 904 et WO 2018/122382. 5 De maniere generale, 1’invention propose de realiser des bras de soutien 21 presentant une couche d’encapsulation laterale 33 permettant de limiter les contraintes de selection des materiaux integres dans les bras de soutien 21. Il est desormais possible d’utiliser des materiaux plus performants en termes de resistivite electrique, de resistance thermique et/ou de resistance mecanique pour former les bras de soutien. 10 L’invention permet ainsi d’obtenir un micro-bolometre lOa-lOg presentant des performances ameliorees.

Claims

REVENDICATIONS 1. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge (10a-10g) integrant une membrane (20) montee en suspension au-dessus d’un substrat (11) au moyen de bras de soutien (21) fixes sur des clous d’ancrage (14), le micro-bolometre (10a-10g) comprenant : • une couche de support (13) s’etendant au sein de la membrane (20) et des bras de soutien (21) ; • des electrodes (16) disposees sur la couche de support (13) et au contact avec les clous d’ancrage (14), chaque electrode (16) s’etendant au sein d’un bras de soutien (21) ; • un materiau thermo-resistif (18) dispose au sein la membrane (20) en contact electrique avec les electrodes (16) ; et • au moins une couche d’encapsulation superieure (15, 19) des bras de soutien (21) et du materiau thermo-resistif (18) ; caracterise en ce que le micro-bolometre (10a-10g) comprend egalement une couche d’encapsulation laterale (33) des bras de soutien disposee au contact des bords lateraux desdits bras de soutien (21), ladite couche d’encapsulation laterale (33) etant resistante a la gravure a base d’acide fluorhydrique de sorte a former, avec la couche de support (13) et la couche d’encapsulation superieure (15) des bras de soutien (21), une encapsulation hermetique a la gravure a base d’acide fluorhydrique.
2. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon la revendication 1, dans lequel la couche d’encapsulation superieure (15) des bras de soutien et la couche d’encapsulation laterale (33) des bras de soutien sont de natures distinctes.
3. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche d’encapsulation superieure (15) des bras de soutien et la couche d’encapsulation laterale (33) des bras de soutien sont d’epaisseurs distinctes.
4. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon I’une des revendications 1 a 3, dans lequel la couche d’encapsulation laterale (33) des bras de soutien presente un ergot (50) faisant saillie par rapport a la couche d’encapsulation superieure (15) des bras de soutien d’au moins 10 nanometres.5 10 15 20 25 30 35 20 WO 2023/170353 PCT/FR2023/050243
5. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon la revendication 1, dans lequel la couche d’encapsulation laterale (33) des bras de soutien et la couche d’encapsulation superieure (15) des bras de soutien sont realisees en un alliage amorphe riche en silicium ou en bore, en oxyde d’aluminium, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium ou en carbure de bore.
6. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon I’une des revendications 1 a 5, dans lequel le micro-bolometre (10a-10g) comprend egalement : • une couche resistive inferieure (34) disposee entre la couche de support (13) et les electrodes (16) ; et • une couche resistive superieure (35) disposee entre les electrodes (16) et la couche d’encapsulation superieure des bras de soutien (15) ; les couches resistives inferieure et superieure etant en continuite I’une avec 1’autre entre des extremites (37) des electrodes (16) s’etendant au sein de la membrane (20), constituant ce faisant une barriere isolante (36) entre les electrodes, permettant ainsi d’augmenter la surface des electrodes (16) s’etendant au sein de la membrane (20).
7. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon la revendication 6, dans lequel les couches resistives inferieure et superieure presentent une resistivite electrique superieure a 104 Ohm.cm.
8. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon I’une des revendications 6 et 7, dans lequel les couches resistives inferieure et superieure sont realisees en dioxyde d'hafhium, en nitrure de silicium, en oxyde de silicium, en oxynitrure de silicium, en nitrure de bore, en nitrure d’aluminium, en carbure de silicium, en carbonitrure de silicium, en borure de silicium, en oxyborure de silicium, en boronitrure de silicium, en borocarbure de silicium ou en oxycarbure de silicium.
9. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon I’une des revendications 1 a 8, dans lequel le materiau thermo-resistif (18) est realise en un alliage amorphe riche en silicium, en oxyde de vanadium, en oxyde de titane ou en oxyde de nickel.
10. Micro-bolometre d’imagerie infrarouge selon I’une des revendications 1 a 9, dans lequel les electrodes (16) sont realisees en metal, choisi dans le groupe comprenant le titane, le cuivre, le chrome, le cobalt et 1’aluminium.