FR3116152A1 - Fenetre optique en germanium, detecteur infrarouge et procede de realisation associes - Google Patents

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Stéphane ALTAZIN
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Abstract

L’invention concerne une fenêtre optique (11a) en germanium pour détecteur infrarouge, ladite fenêtre optique comportant une face externe (17) et une face interne (16), et étant munie :– d’un filtre multicouche interférentiel (20) ou un réseau périodique de diffraction (21) disposé sur la face externe (17) ; et– d’un réseau périodique de diffraction (21) disposé sur la face interne (16) ;ledit filtre multicouche interférentiel (20) ou le réseau périodique de diffraction (21) de la face externe (17) et ledit réseau périodique de diffraction (21) de la face interne (16) étant configurés pour atténuer le rayonnement incident dans un intervalle de longueurs d’onde compris entre 2 et 8 micromètres ;ladite fenêtre optique (11a) comportant une couche de protection (14) en silicium amorphe déposée sur ledit réseau périodique de diffraction (21) de ladite face interne (16). Figure pour abrégé : Fig 2.

Description

FENETRE OPTIQUE EN GERMANIUM, DETECTEUR INFRAROUGE ET PROCEDE DE REALISATION ASSOCIES
Domaine de l’invention
L’invention a trait au domaine technique de la détection infrarouge, et notamment la détection mettant en œuvre des micro-bolomètres. L’invention concerne une fenêtre optique, c’est-à-dire une pièce mécanique destinée à être scellée hermétiquement sur un substrat d’embase pour former un détecteur infrarouge. L’invention concerne également le détecteur infrarouge et le procédé de réalisation associés.
Au sens de l’invention, un détecteur ou capteur infrarouge est composé d’éléments sensibles de détection élémentaires se présentant traditionnellement sous la forme d’une matrice de tels éléments. Ainsi, les détecteurs élémentaires infrarouges forment les pixels d’une image infrarouge obtenue à partir du capteur infrarouge.
Plus particulièrement, l’invention vise à améliorer les propriétés spectrales des boitiers contenant les éléments sensibles de détection.
Etat de la technique
Un détecteur élémentaire se présente classiquement sous la forme d’un micro-bolomètre monté en suspension sur un substrat d’embase, et encapsulé dans un boitier hermétique. Le boitier hermétique est généralement défini par une fenêtre optique et des parois latérales fixées entre le substrat d’embase et la fenêtre optique. La fenêtre optique est transparente dans la gamme de longueurs d’onde d’intérêt, typiquement entre 2 et 14 micromètres, alors qu’un détecteur élémentaire est généralement sensible dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre 8 et 14 micromètres.
Pour améliorer les performances du détecteur élémentaire, cette fenêtre optique est structurée en regard du ou des micro-bolomètres. Typiquement, cette fenêtre optique est pourvue d’un filtre configuré pour atténuer les longueurs d’onde comprises entre 2 et 8 micromètres, de sorte que le micro-bolomètre ne capte que les longueurs d’onde d’intérêt comprises entre 8 et 14 micromètres.
En outre, les performances du détecteur élémentaire sont également liées au niveau de vide régnant au sein du boitier hermétique. Pour garantir l’isolation thermique entre le micro-bolomètre et le substrat inférieur, nécessaire pour aboutir aux performances attendues, le niveau de vide dans le boitier hermétique doit typiquement être inférieur à 10-3mbar. Ce niveau de vide est classiquement obtenu par un ou plusieurs getters déposés dans le boitier hermétique.
Pour obtenir une fenêtre optique de très faible défectivité et réalisable à faible coûts au moyen de techniques usuelles de fabrication collective à grande échelle, le document FR 2 985 576 propose de réaliser une fenêtre optique 110 dont la face externe 17 est recouverte d’un multicouche interférentiel 20, et dont la face interne 16 est pourvue d’un réseau périodique de diffraction 21, tel qu’illustré sur la de l’état de la technique.
Le filtre multicouche interférentiel20est conçu pour atténuer la transmission optique globale de la fenêtre optique110sur une première gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 8 micromètres, par exemple sur la gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 5 micromètres. La largeur réduite de cette gamme permet notamment de prévoir un filtre interférentiel présentant un nombre limité de couches, et corolairement un nombre et une taille de défauts limités par rapport à un filtre interférentiel conçu pour atténuer la transmission de la fenêtre optique110sur l’intervalle complet de 2 à 8 micromètres.
Le réseau périodique de diffraction21est conçu pour atténuer la transmission optique globale de la fenêtre optique11 0sur une deuxième gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 8 micromètres, par exemple sur la gamme de longueurs d’onde comprise entre 5 et 8 micromètres.
Après avoir formé la fenêtre optique110, celle-ci est classiquement reportée sur un substrat d’embase ou sur un boitier en céramique, sur lequel des micro-bolomètres sont montés en suspension, de sorte à former un détecteur élémentaire. Lors de ce report, la fenêtre optique110est fixée sur le substrat d’embase au moyen d’une soudure hermétique classiquement réalisée entre deux couches de silicium au moyen d’un cordon de soudure réalisé en or-étain et chauffé à une température comprise entre 300 et 320°C. Avec cette technique, plusieurs détecteurs élémentaires peuvent être formés simultanément sur un même wafer en silicium.
Le document FR 2 985 576 décrit deux matériaux pouvant être utilisés pour former la fenêtre optique110: le silicium et le germanium.
Le choix du matériau de la fenêtre optique110est particulièrement impactant pour le procédé de fabrication et les performances de la fenêtre optique11 0. En effet, il est connu que le germanium présente une meilleure transmission des rayonnements que le silicium dans la gamme de longueurs d’onde d’intérêt.
En effet, le germanium présente des pertes en réflexion, au niveau des interfaces de la fenêtre optique, prépondérantes par rapport aux pertes en absorption dans l’épaisseur de germanium, alors que le silicium présente des pertes en absorption et en réflexion comparables.
Cependant, le silicium est beaucoup plus simple à utiliser que le germanium car un grand nombre de procédés de fabrications utilisent des oxydants, tel que le plasma O2, ou des solutions aqueuses qui sont connus pour dégrader le germanium. Par exemple, pour déposer des couches métalliques sur la fenêtre optique, il est classique d’avoir recours à une étape photolithographie, une étape de dépôt de la couche métallique, suivie d’une étape d’élimination de résine, c’est-à-dire un procédé sans gravure. Ce procédé est appelé « lift off » dans la littérature anglo-saxonne. Ces couches métalliques peuvent être utilisées pour réaliser le scellement ou des fonctions getter à l’intérieur de l’enceinte hermétique.
Le problème technique de l’invention est de réaliser une fenêtre optique présentant des performances de transmittances améliorées, pouvant être réalisé par une production de masses, et capable de supporter un grand nombre de procédés de fabrications utilisant des oxydants, tel que le plasma O2, ou des solutions aqueuses.
Afin de résoudre ce problème technique, l’invention propose d’utiliser une fenêtre optique réalisée en germanium avec un réseau périodique de diffraction protégé par une couche de protection en silicium amorphe. Ainsi, la mise en œuvre du germanium permet d’améliorer les performances de transmittance, et corollairement, la couche de protection permet de limiter les contraintes industrielles sur la fenêtre optique.
A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne une fenêtre optique réalisée en germanium pour détecteur infrarouge, ladite fenêtre optique comportant une face externe et une face interne, et étant munie :
– d’un filtre multicouche interférentiel ou un réseau périodique de diffraction disposé sur la face externe ; et
– d’un réseau périodique de diffraction disposé sur la face interne ;
ledit filtre multicouche interférentiel ou le réseau périodique de diffraction de la face externe et ledit réseau périodique de diffraction de la face interne étant configurés pour atténuer le rayonnement incident dans un intervalle de longueurs d’onde compris entre 2 et 8 micromètres.
L’invention se caractérise en ce que ladite fenêtre optique comporte une couche de protection en silicium amorphe déposée sur le réseau périodique de diffraction de ladite face interne.
En d’autres termes, l’invention réside dans la combinaison d’une fenêtre optique en germanium comportant une première face présentant un filtre multicouche interférentiel ou un réseau périodique de diffraction et une seconde face présentant un réseau périodique de diffraction recouvert d’une couche de protection en silicium amorphe. Ainsi, une ou les deux faces de la fenêtre optique peuvent présenter un réseau périodique de diffraction.
De préférence, pour protéger efficacement le réseau périodique de diffraction, la couche de protection présente une épaisseur comprise entre 3 et 20 nanomètres. Ainsi, la couche de protection est suffisamment épaisse pour stabiliser la surface de la fenêtre optique en germanium et suffisamment fine pour ne pas modifier de manière significative les qualités optiques de la fenêtre optique en germanium.
L’invention est issue de l’observation selon laquelle les propriétés de filtrage d’un réseau périodique de diffraction, par exemple du type décrit dans le document FR 2 985 576, ne sont que très faiblement dégradées lorsque ledit réseau est recouvert d’une couche de silicium amorphe. Ainsi, il est possible d’utiliser un substrat en germanium au sein duquel est réalisé un réseau périodique de diffraction recouvert d’une couche de silicium amorphe.
Cette observation permet d’utiliser un substrat d’épaisseur importante, typiquement comprise entre 500 et 750 micromètres, sans dégrader la transmission car le germanium présente une meilleure transmission des rayonnements que le silicium dans la gamme de longueurs d’onde d’intérêt. Les contraintes de production peuvent, ainsi, être limitées car la fenêtre optique est plus facilement manipulable lorsqu’elle est épaisse.
En outre, la couche de protection permet également à pouvoir utiliser ce substrat en germanium, quelles que soient les conditions de structuration recherchées et, par exemple, en utilisant un matériau getter déposé sur la fenêtre optique. Pour ce faire, la fenêtre optique comporte préférentiellement une zone de transmission sur laquelle sont formées le réseau périodique de diffraction de la face interne et le filtre multicouche interférentiel ou le réseau périodique de diffraction de la face externe. La couche de matériau getter est alors déposée sur la face interne hors de la zone de transmission.
Ainsi, il a également été observé que la couche de protection en silicium amorphe permet de protéger le substrat en germanium des traitements chimiques, notamment les traitements en plasma O2, si bien qu’il est possible de réaliser des dépôts métalliques sans détériorer la structuration réalisée sur la fenêtre optique.
Le filtre multicouche interférentiel ou le réseau périodique de diffraction de la face externe et le réseau périodique de diffraction de la face interne peuvent être conformés pour réaliser chacun un filtrage du rayonnement incident entre 2 et et 8 micromètres.
En variante, le filtre multicouche interférentiel ou le réseau périodique de diffraction de la face externe et le réseau périodique de diffraction de la face interne peuvent être conformés pour réaliser deux filtrages distincts du rayonnement incident : un premier filtrage entre 2 et x micromètres et un second filtrage entre y et 8 micromètres.
En considérant x et y égaux à 5, le filtre de la face externe atténue la transmission de la fenêtre optique sur une première gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 5 micromètres, et le filtre de la face interne atténue la transmission de la fenêtre optique sur une seconde gamme de longueurs d’onde comprise entre 5 et 8 micromètres.
Selon un autre exemple, en considérant x égal à 6 et y égal à 4, le filtre de la face externe atténue la transmission de la fenêtre optique sur une première gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 6 micromètres, et le filtre de la face interne atténue la transmission de la fenêtre optique sur une seconde gamme de longueurs d’onde comprise entre 4 et 8 micromètres.
Pour obtenir cette coopération du filtre de la face externe avec le filtre de la face interne sur toute la gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 8 micromètres, il est nécessaire que x soit compris entre 2 et 8 micromètres, et que y soit inférieur ou égal à x.
L’utilisation d’un réseau périodique de diffraction selon l’invention, sur au moins une des faces d’une fenêtre optique d’un détecteur infrarouge, permet d’améliorer très sensiblement la maîtrise industrielle de la qualité de l’ensemble, c’est à dire la densité et la taille des défauts structuraux qui perturbent la propagation du front d’onde incident porteur de l’information utile. En effet, la réalisation d’un filtre multicouche interférentiel sur la face externe peut être obtenue avec une étape de dépôt rapide et simple à mettre en œuvre, par exemple en réalisant un empilement de sulfure de zinc et de germanium.
Cependant, la gestion des défauts de cette étape de dépôt est complexe à maitriser et l’utilisation classique d’un filtre multicouche interférentiel dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre 2 et 8 micromètres requiert la mise en œuvre d’un savoir-faire complexe, de sorte que la borne supérieure ne détériore pas la gamme de longueurs d’onde captée par le micro-bolomètre.
En réduisant la gamme de longueurs d’onde d’atténuation du filtre de la face externe entre 2 et x micromètres, avec x inférieur à 8 micromètres, les contraintes de réalisation de ce filtre de la face externe sont largement diminuées et elles sont reportées sur le filtre de type réseau périodique de diffraction de la face interne.
En ce qui concerne la face externe, un filtre multicouche interférentiel peut être déposé directement sur la face externe. En variante, la fenêtre optique peut comporter une couche d’isolation en silicium amorphe déposée sur la face externe et un filtre multicouche interférentiel déposé sur la couche d’isolation.
Comme la couche de protection, cette couche d’isolation permet de passiver la surface externe de la fenêtre optique pour protéger le substrat en germanium lors des étapes de dépôt du filtre multicouche interférentiel.
Selon une autre variante, la fenêtre optique peut comporter un réseau périodique de diffraction réalisé sur la face externe et une couche de protection en silicium amorphe déposée sur le réseau périodique de diffraction de la face externe.
Les réseaux périodiques de diffraction sont réalisables à l’aide de techniques usuelles de fabrication, et ce de manière reproductible et précise. Notamment, l’usage de substrats semi-conducteurs de type germanium semi-transparents, permet d’exploiter des technologies issues de la microélectronique, et plus particulièrement la réalisation d’un masque du réseau défini par photolithographie, et la formation des motifs en relief ou en creux du réseau par des méthodes de gravure sèche en environnement propre.
De préférence, au moins un réseau périodique de diffraction présente un réseau d’Archimède ou de Penrose. En effet, un réseau périodique de diffraction hexagonal induit une atténuation moyenne de 80% sur la gamme 5 - 8 micromètres, alors qu’un réseau ayant un pavage d’Archimède permet une atténuation moyenne supérieure à 90%, voire 95%, sur cette même gamme. Une symétrie avantageuse d’ordre élevé peut être obtenue si le réseau comprend une maille du type « quasicristal».
Par exemple, au moins un réseau périodique de diffraction peut correspondre à un réseau de motifs à deux dimensions issu de pavages de Penrose. Ces pavages présentent des motifs répétés périodiquement, dont la symétrie est d’ordre 5 ou 10. De tels réseaux peuvent être réalisés, par exemple, selon la méthode décrite par la publication : « Construction de pavages du plan par la méthode des multi-grilles », Denis Gratias, LEM-CNRS/ONERA, 2002.
En variante, au moins un réseau périodique de diffraction peut correspondre à un réseau de motifs dits d’Archimède, répétés périodiquement de manière à former des motifs plus grands, dont la symétrie est d’ordre 12. Notamment, un réseau périodique de diffraction de motifs issu d’un pavage d’Archimède permet d’obtenir une transition de faible largeur entre la gamme atténuée et la gamme transmise, à savoir une largeur d’environ 2 micromètres pour une coupure autour de 8 micromètres. A l’inverse, la coupure d’un réseau à maille carrée s’étendra sur une bande spectrale plus importante, typiquement une largeur d’environ 2,5 micromètres pour une coupure autour de 8 micromètres. De préférence, au moins un réseau périodique de diffraction comporte des plots présentant une période, un diamètre et une hauteur compris entre 1 et 2.5 micromètres.
Il s’ensuit que le réseau périodique de la face interne peut présenter une atténuation efficace dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre y et 8 micromètres.
Ainsi, la combinaison d’un filtre multicouche interférentiel ou d’un réseau périodique de diffraction sur la face externe et d’un réseau périodique de diffraction sur la face interne permet d’obtenir une reproductibilité et une qualité en termes de défauts bien supérieures à ce qui est typiquement réalisé par dépôt de deux filtres multicouches interférentiels.
L’invention permet ainsi de réaliser une fenêtre optique présentant des performances de transmittance améliorées, pouvant être réalisée par une production de masse, et capable de supporter un grand nombre de procédés de fabrications utilisant des oxydants, tel que le plasma O2, ou des solutions aqueuses.
Selon un second aspect de l’invention, l’invention concerne un détecteur infrarouge comprenant :
– au moins un détecteur élémentaire; et
– une fenêtre optique, du type de celle précédemment évoquée, fixée au-dessus dudit détecteur élémentaire.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de réalisation d’un détecteur infrarouge comportant les étapes suivantes :
– formation d’un filtre multicouche interférentiel ou d’un réseau périodique de diffraction sur une face externe d’une fenêtre optique en germanium ;
– formation d’un réseau périodique de diffraction sur une face interne de ladite fenêtre optique ;
ledit filtre multicouche interférentiel ou le réseau périodique de diffraction de la face externe et ledit réseau périodique de diffraction de la face interne étant configurés pour atténuer le rayonnement incident dans un intervalle de longueurs d’onde compris entre 2 et 8 micromètres ;
– report de ladite fenêtre optique au-dessus d’au moins un détecteur élémentaire; et
– fixation de ladite fenêtre optique au-dessus de l’au moins un détecteur élémentaire de sorte à former un boitier hermétique autour dudit au moins un détecteur élémentaire.
Selon un mode de réalisation, l’étape de dépôt de la couche de protection en silicium amorphe est réalisée par un dépôt chimique en phase vapeur. Ce dépôt chimique en phase vapeur permet d’obtenir un dépôt « conforme » avec une épaisseur nominale d'environ 10 nanomètres de la couche de protection en silicium amorphe.
Au sens de l’invention, un dépôt « conforme » correspond à un dépôt dans lequel les particules de matières déplacées lors du dépôt sont orientées aussi bien sur les parois verticales qu’horizontales de la surface à recouvrir sur lequel le dépôt est réalisé.
Selon un mode de réalisation, l’étape de formation d’un réseau périodique de diffraction est réalisée par dépôt d’une résine, puis photolithographie de ladite résine pour définir la forme du réseau périodique de diffraction, et enfin gravure ionique réactive et retrait de ladite résine.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d’exemple, et réalisée en relation avec les dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans lesquels :
La illustre une fenêtre optique en germanium de l’état de la technique ;
La illustre une fenêtre optique en germanium selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
La illustre une fenêtre optique en germanium selon un second mode de réalisation de l’invention ;
La illustre une fenêtre optique en germanium selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; et
Les figures 5a-5f illustrent les étapes de réalisation d’un détecteur infrarouge utilisant une fenêtre optique selon le premier mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l’invention
Les figures 2 à 4 illustrent trois modes de réalisation distincts d'une fenêtre optique11a-11c.
Pour ces trois modes de réalisation, la fenêtre optique11a-11cest réalisée dans un substrat en germanium12destiné à former un détecteur infrarouge10. En fonction du type de détecteur infrarouge10, la fenêtre optique11a-11cpeut-être destinée à recouvrir un ou plusieurs détecteurs élémentaires, par exemple des micro-bolomètres19. En effet, il est possible de former la fenêtre optique11a-11cpour recouvrir un seul micro-bolomètre19dans une implantation puce sur substrat, également connue sous l’appellation anglo-saxonne « chip to wafer », ou d’utiliser la fenêtre optique11a-11ccomme substrat capot dans une implantation substrat sur substrat, également connue sous l’appellation anglo-saxonne « wafer to wafer ». En outre, il est également possible d’intégrer le détecteur élémentaire19dans un boitier, par exemple un boîtier en céramique, en fixant la fenêtre optique11a-11cau-dessus du détecteur élémentaire19. La fixation du détecteur élémentaire19et de la fenêtre optique11a-11cdans un boîtier peut être réalisée par brasure ou scellement.
Quel que soit le type d’implantation envisagée, la fenêtre optique11a-11cprésente une face interne16, destinée à venir en regard d'au moins un micro-bolomètre19, structurée avec au moins un réseau périodique de diffraction21. De préférence, l’au moins un réseau périodique de diffraction21est circonscrit dans une zone de transmission31destinée à venir en regard d’un micro-bolomètre19. Ainsi, pour une implantation substrat sur substrat, la fenêtre optique présente plusieurs zones de transmission31juxtaposées et chaque zone de transmission est destinée à venir en regard d’un micro-bolomètre19disposé de façon matricielle sur un substrat d’embase18.
Tel que décrit dans le document FR 2 985 576, le réseau périodique de diffraction21peut être formé par des plots ou des trous s’étendent perpendiculairement depuis face interne16. Par exemple, le réseau périodique de diffraction21peut présenter un réseau d’Archimède ou de Penrose. En effet, un réseau périodique de diffraction hexagonal induit une atténuation moyenne de 80% sur la gamme 5 - 8 micromètres, alors qu’un réseau ayant un pavage d’Archimède permet une atténuation moyenne supérieure à 90%, voire 95%, sur cette même gamme. Une symétrie avantageuse d’ordre élevé peut être obtenue si le réseau comprend une maille du type « quasicristal». Par exemple, le réseau périodique de diffraction21peut correspondre à un réseau de motifs à deux dimensions issu de pavages de Penrose.
Il s’ensuit que le réseau périodique de diffraction21de la face interne16peut présenter une atténuation efficace dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre y et 8 micromètres.
Selon l'invention, ce réseau périodique de diffraction21est recouvert d'une couche de protection14en silicium amorphe de sorte à protéger le réseau périodique de diffraction21. Par exemple, l’épaisseur de cette couche de protection14peut être comprise entre 3 et 20 nanomètres. Sur cette couche de protection14, il est possible de déposer des éléments métalliques, tels qu'un matériau guetteur30ou un cordon de soudure29destiné à réaliser une soudure hermétique avec un substrat d'embase18.
Dans le mode de réalisation de la , la face externe 17 de la fenêtre optique 11a est recouverte d'un filtre multicouche interférentiel 20. Ce filtre multicouche interférentiel 20 est directement déposé sur le substrat en germanium 12.
En variante, tel que décrit dans le mode de réalisation de la , une couche d'isolation 25 en silicium amorphe peut être déposée sur le substrat en germanium 12 de sorte que le filtre multicouche interférentiel 20 soit déposé sur la couche d'isolation 25.
Dans le mode de réalisation de la , la face externe 17 comporte un réseau périodique de diffraction 21 et ce réseau périodique de diffraction 21 est recouvert d'une couche de protection 14 en silicium amorphe. La couche de protection 14 de la face externe 17 peut correspondre à la couche de protection 14 de la face interne 16. Au contraire, le réseau périodique de diffraction 21 de la face externe 17 présente préférentiellement une structure différente de celui de la face interne 16 de sorte à obtenir une plage de filtration distincte.
En effet, selon l’invention, le filtre multicouche interférentiel20ou le réseau périodique de diffraction21disposé sur la face externe17est configuré pour atténuer le rayonnement incident dans un intervalle de longueurs d’onde compris entre 2 et x micromètres. Avec le réseau périodique de diffraction21de la face interne16présentant une atténuation efficace dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre y et 8 micromètres, la fenêtre optique11a-11cpeut filtrer efficacement les longueurs d’ondes comprises entre 2 et 8 micromètres, en considérant x compris entre 2 et 8 micromètres et y inférieur ou égal à x.
Les figures 5a à 5f illustrent les étapes de formation d’un détecteur infrarouge 10 utilisant la fenêtre optique 11a de la . Dans une première étape, illustrée sur la figure 5a, un substrat massif de germanium 12 est nettoyé avant de procéder à la formation du filtre ayant pour fonction de filtrer les rayonnements entre 2 et 8 micromètres.
Le filtre est obtenu en structurant une première face 16 du substrat en germanium 12 au moyen d’une gravure ionique réactive permettant de former les motifs d’un réseau périodique de diffraction 21 dans une zone de transmission 31, tel qu’illustré sur la figure 5b. Pour ce faire, une résine est préalablement déposée et structurée par photolithographie pour définir la forme du réseau périodique de diffraction. Suite à la gravure ionique réactive, la résine est ensuite retirée.
La couche de protection 14 est ensuite déposée par dépôt chimique en phase vapeur sur toute la face 16 du substrat en germanium 12. Tel qu’illustré sur la figure 5c, cette étape de dépôt de la couche de protection 14 permet de recouvrir la face 16 et de protéger les parois verticales et le fond des motifs de structuration du réseau périodique de diffraction 21. Le substrat en germanium 12 est ainsi protégé sur sa face 16.
Tel qu’illustré sur la figure 5d, cette couche de protection 14 permet de déposer des couches métalliques, tels qu’une couche de matériau getter 30 ou un cordon de soudure 29. Ces couches métalliques 29-30 peuvent être déposées par dépôt chimique ou physique. Par exemple, pour déposer des couches métalliques 29-30 sur la fenêtre optique 11a-11c, il est possible d’avoir recours à une étape photolithographie, une étape de dépôt de la couche métallique 29-30, suivie d’une étape d’élimination de la résine, c’est-à-dire un procédé sans gravure. La couche de protection 14 permet de structurer ces couches métalliques 29-30 par des oxydants, tel que le plasma O2, ou des solutions aqueuses. Bien entendu, il n’est pas nécessaire de déposer ces couches métalliques 29-30 pour arriver à l’invention et la couche de protection 14 permet de protéger le substrat en germanium 12 quels que soit les besoins du procédé de fabrication du détecteur infrarouge 10.
Les couches métalliques29-30peuvent être à base de nickel, de chrome, de titane, d’or ou d’alliages à base de zirconium, de fer, de vanadium ou d’aluminium. Par exemple, le matériau getter30peut correspondre à du titane et le cordon de soudure29peut être réalisé en or-étain.
Après avoir réalisé la face16, le substrat en germanium12est retourné pour structurer la face17destinée à former la face externe17lorsque la fenêtre optique11aest reportée sur le substrat d’embase18. En variante, la face17peut être structurée avant la face16sans changer l’invention.
Dans le mode de réalisation de la , cette face 17 est structurée avec un filtre multicouche interférentiel 20 déposé directement sur le substrat en germanium 12. Ce filtre multicouche interférentiel 20 peut être obtenu en réalisant un empilement de couches de sulfure de zinc et de germanium.
Après avoir formé le substrat capot 12, celui-ci est ensuite reporté sur un substrat d’embase 18, sur lequel un micro-bolomètre 19 est monté en suspension, tel qu’illustré sur la figure 5f. Lors de ce report, la face interne 16 est déposée au contact d’une surface supérieure de montants 27 s’élevant perpendiculairement par rapport au substrat d’embase 18. Une soudure hermétique est alors réalisée en chauffant le cordon de soudure 29 à une température comprise entre 300 et 320°C dans un environnement sous pression contrôlée de sorte à garantir le niveau de vide dans la cavité formée autour du micro-bolomètre 19.
En variante, plusieurs détecteurs élémentaires peuvent être formés simultanément sur un même substrat avec une étape consistant à découper le substrat d’embase et la fenêtre optique pour séparer les différents détecteurs élémentaires ainsi formés.
En conclusion, l’invention permet d’obtenir un détecteur infrarouge10avec une fenêtre optique11a-11cen germanium, c’est-à-dire avec des performances de transmittance améliorées, pouvant être réalisé par une production de masse, et capable de supporter un grand nombre de procédés de fabrication utilisant des oxydants, tel que le plasma O2, ou des solutions aqueuses.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les détecteurs élémentaires dans le domaine infrarouge, tels que les micro-bolomètres utilisant un matériau thermométrique à base d’oxyde de vanadium, d’oxyde de nickel ou d’oxyde de titane. L’invention peut également être appliquée aux détecteurs refroidis ou aux photodiodes à base de tellurure de mercure-cadmium, d’indium-galium-arsenide ou de germanium.

Claims (11)

  1. Fenêtre optique (11a-11c) en germanium pour détecteur infrarouge, ladite fenêtre optique comportant une face externe (17) et une face interne (16), et étant munie :
    – d’un filtre multicouche interférentiel (20) ou un réseau périodique de diffraction (21) disposé sur la face externe (17) ; et
    – d’un réseau périodique de diffraction (21) disposé sur la face interne (16) ;
    ledit filtre multicouche interférentiel (20) ou le réseau périodique de diffraction (21) de la face externe (17) et ledit réseau périodique de diffraction (21) de la face interne (16) étant configurés pour atténuer le rayonnement incident dans un intervalle de longueurs d’onde compris entre 2 et 8 micromètres ;
    caractérisé e en ce que la fenêtre optique (11a-11c) comporte une couche de protection (14) réalisée en silicium amorphe déposée sur ledit réseau périodique de diffraction (21) de la face interne (16).
  2. Fenêtre optique selon la revendication 1 comportant une zone de transmission (31) sur laquelle sont formées le réseau périodique de diffraction (21) de la face interne (16) et le filtre multicouche interférentiel (20) ou le réseau périodique de diffraction (21) de la face externe (17), l’épaisseur (e) de ladite fenêtre optique (11a-11c) étant comprise entre 500 et 750 micromètres.
  3. Fenêtre optique selon la revendication 2 comportant une couche de matériau getter (30) déposée sur la face interne (16) hors de ladite zone de transmission (31).
  4. Fenêtre optique selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la couche de protection (14) présente une épaisseur comprise entre 3 et 20 nanomètres.
  5. Fenêtre optique selon l’une des revendications 1 à 4, comportant un filtre multicouche interférentiel (20) directement déposé sur la face externe (17).
  6. Fenêtre optique selon l’une des revendications 1 à 4, comportant une couche d’isolation (25) en silicium amorphe déposée sur la face externe (17) et un filtre multicouche interférentiel (20) déposé sur ladite couche d’isolation (25).
  7. Fenêtre optique selon l’une des revendications 1 à 4, comportant un réseau périodique de diffraction (21) réalisé sur la face externe (17) et une couche de protection (14) en silicium amorphe déposée sur le réseau périodique de diffraction (21) de ladite face externe (17).
  8. Détecteur infrarouge (10) comprenant :
    – au moins un détecteur élémentaire (19) ; et
    – une fenêtre optique (11a-11c), selon l’une des revendications 1 à 7, fixée au-dessus dudit détecteur élémentaire (19).
  9. Procédé de réalisation d’un détecteur infrarouge (10) comportant les étapes suivantes :
    – formation d’un filtre multicouche interférentiel (20) ou d’un réseau périodique de diffraction (21) sur une face externe (17) d’une fenêtre optique (11a-11c) réalisée en germanium ;
    – formation d’un réseau périodique de diffraction (21) sur une face interne (16) de ladite fenêtre optique (11a-11c) ;
    ledit filtre multicouche interférentiel (20) ou le réseau périodique de diffraction (21) de la face externe (17) et ledit réseau périodique de diffraction (21) de la face interne (16) étant configurés pour atténuer le rayonnement incident dans un intervalle de longueurs d’onde compris entre 2 et 8 micromètres ;
    – dépôt d’une couche de protection (14) en silicium amorphe sur ledit réseau périodique de diffraction (21) de la face interne (16) de la fenêtre optique (11a-11c) ;
    – report de ladite fenêtre optique (11a-11c) au-dessus d’au moins un détecteur élémentaire (19) ; et
    – fixation de la fenêtre optique (11a-11c) au-dessus du au moins un détecteur élémentaire (19) de sorte à former un boitier hermétique autour dudit détecteur infrarouge (19).
  10. Procédé de réalisation d’un détecteur infrarouge selon la revendication 9, dans lequel l’étape de dépôt de la couche de protection (14) en silicium amorphe est réalisée par dépôt chimique en phase vapeur.
  11. Procédé de réalisation d’un détecteur infrarouge selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’étape de formation d’un réseau périodique de diffraction (21) est réalisée par dépôt d’une résine, photolithographie de ladite résine pour définir la forme du réseau périodique de diffraction (21), gravure ionique réactive et retrait de ladite résine.
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