ELECTROMAGNETIQUE A DIAPHOTIE REDUITE

DOMAINE TECHNIQUE

[ooi] Le domaine de l’invention est celui des dispositifs de détection de rayonnement électromagnétique, en particulier infrarouge, comportant une matrice de détecteurs thermiques à membranes absorbantes suspendues au-dessus du substrat. L’invention s’applique notamment au domaine de l’imagerie infrarouge et de la thermographie.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[002] Un dispositif de détection de rayonnement électromagnétique, par exemple infrarouge, comprend habituellement une matrice de détecteurs thermiques, formant une pluralité de pixels sensibles, comportant chacun une portion apte à absorber le rayonnement électromagnétique à détecter.

[003] Dans le but d’assurer l’isolation thermique des détecteurs thermiques, les portions absorbantes se présentent habituellement sous la forme de membranes suspendues par des piliers d’ancrage au-dessus du substrat, et isolées thermiquement de celui-ci par des bras de maintien et d’isolation thermique. Ces piliers d’ancrage et bras de maintien assurent également une fonction électrique en reliant électriquement les membranes absorbantes à un circuit de lecture généralement disposé dans le substrat.

[004] La figure t illustre un exemple d’un détecteur thermique to d’un tel dispositif de détection t. Chaque membrane absorbante n des pixels sensibles est suspendue au-dessus du substrat 2 à une distance non nulle de ce dernier. Pour améliorer l’absorption du rayonnement électromagnétique à détecter, une couche réflectrice 14 peut être disposée sur le substrat 2 en regard de la membrane absorbante 11.

L’espacement entre la membrane absorbante 11 et la couche réflectrice 14 est alors choisi pour former une cavité quart d’onde résonnante pour une longueur d’onde de référence comprise dans la gamme de longueurs d’onde du rayonnement électromagnétique à détecter. [005] Il existe cependant un besoin de disposer de tels dispositifs de détection dont la diaphotie soit réduite.

EXPOSÉ DE L’INVENTION

[006] L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer un dispositif de détection de rayonnement électromagnétique, par exemple infrarouge, qui présente une diaphotie réduite.

[007] Pour cela, l’objet de l’invention est un dispositif de détection d’un rayonnement électromagnétique, comprenant :

- un substrat, comportant un circuit de lecture ;

- une matrice de détecteurs thermiques destinés à absorber le rayonnement électromagnétique à détecter, disposés sur le substrat, chaque détecteur thermique comprenant :

o une membrane absorbante suspendue au-dessus du substrat par des piliers d’ancrage disposés sur et au contact du substrat, et par des bras de maintien, les piliers d’ancrage et les bras de maintien assurant une connexion électrique de la membrane absorbante au circuit de lecture, et o une couche réflectrice disposée sur le substrat en regard de la membrane absorbante.

[008] Selon l’invention, le dispositif de détection comporte au moins une paroi verticale opaque, disposée sur et au contact du substrat et s’étendant longitudinalement entre deux détecteurs thermiques adjacents, et réalisée en un matériau opaque vis-à-vis du rayonnement électromagnétique à détecter.

[009] De plus, la paroi verticale opaque s’étend longitudinalement suivant un axe passant par deux piliers d’ancrage voisins. Autrement dit, la paroi verticale opaque s’étend de manière coaxiale à un axe passant par deux piliers voisins. Par ailleurs, chaque pilier d’ancrage est une structure présentant une hauteur, suivant un axe orthogonal à un plan parallèle au substrat, supérieure à ses dimensions dans le plan parallèle au substrat. Par « disposé sur le substrat », on entend qui repose sur le substrat suivant un axe orthogonal à un plan parallèle au substrat. [ooio] La paroi verticale opaque est, par ailleurs, réalisée d’un seul tenant avec au moins un pilier d’ancrage. Chaque paroi verticale opaque est avantageusement réalisée en le ou les mêmes matériaux que les piliers d’ancrage.

[ooii] Certains aspects préférés, mais non limitatifs de ce dispositif de détection sont les suivants.

[ooi2] Chaque détecteur thermique peut être entouré, dans un plan parallèle au substrat, par des parois verticales opaques. Il peut être entouré de manière continue ou discontinue.

[ooi3] Chaque détecteur thermique peut comporter quatre piliers d’ancrage. Chacun des côtés de la membrane absorbante, dans un plan parallèle au substrat, est bordé par au moins deux parois verticales opaques distantes l’une de l’autre suivant leur axe longitudinal. Les deux parois verticales opaques s’étendent de préférence de manière coaxiale.

[ooi4] La paroi verticale opaque peut être distante des bras de maintien et de la membrane absorbante. On permet ainsi l’évacuation de la couche sacrificielle utilisée pour la réalisation des détecteurs thermiques. De plus, l’isolation thermique des membranes absorbantes n’est pas perturbée par la présence de la paroi verticale opaques.

[ooi5] Le dispositif de détection peut comporter une pluralité de parois verticales opaques. Au moins deux parois verticales opaques peuvent s’étendre longitudinalement entre les membranes absorbantes des deux détecteurs thermiques adjacents, lesdites parois verticales opaques étant distantes l’une de l’autre suivant leur axe longitudinal.

[ooi6] Lesdites parois verticales opaques peuvent être distantes l’une de l’autre suivant leur axe longitudinal d’une distance inférieure ou égale à l ₀ /io, lo étant une longueur d’onde centrale d’une gamme de longueurs d’onde du rayonnement électromagnétique à détecter.

[ooi7] Ladite distance peut être inférieure ou égale à i,4pm.

[ooi8] Un même détecteur thermique peut être entouré d’une pluralité de parois verticales opaques distinctes les unes des autres et espacées les unes des autres d’une distance non nulle. [0019] Le matériau opaque peut présenter une transmission du rayonnement électromagnétique à détecter inférieure ou égale à 5%, et de préférence inférieure ou égale à 1%.

[0020] Le rayonnement électromagnétique à détecter peut présenter une gamme de longueurs d’onde comprise de 8pm à 14pm.

[0021] Une ou plusieurs parois verticales opaques consécutives peuvent border un même côté d’un détecteur thermique sur au moins 50% de la longueur du côté.

[0022] L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’un dispositif de détection selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes. Le procédé comporte les étapes suivantes :

- fourniture du substrat ;

- dépôt d’une couche sacrificielle sur le substrat ;

- réalisation d’au moins une paroi verticale opaque et des piliers d’ancrage au travers de la couche sacrificielle ;

- réalisation des bras de maintien et de la membrane absorbante sur la couche sacrificielle ;

- suppression de la couche sacrificielle.

[0023] Les piliers d’ancrage et la paroi verticale opaque sont avantageusement réalisés simultanément et en le ou les mêmes matériaux.

[0024] La paroi verticale opaque présente avantageusement une hauteur, suivant un axe orthogonal à un plan parallèle au substrat, sensiblement égale à celle des piliers d’ancrage.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0025] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

la figure î, déjà décrite, est une vue schématique en perspective d’un détecteur thermique d’un dispositif de détection selon un exemple de l’art antérieur ; les figures 2A et 2B sont des vues schématiques de dessus d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation, illustrant les membranes absorbantes suspendues des pixels sensibles (fîg.2A) et les couches réflectrices séparées par des parois verticales opaques (fig.2B) ;

les figures 3A et 3B sont des vues schématiques du dispositif de détection illustré sur les fîg.2A et 2B, suivant le plan de coupe A-A (fîg.3A) et suivant le plan de coupe B-B (fig. ₃ B) ;

les figures 4A à 4I sont des vues schématiques en coupe de différentes étapes d’un procédé de fabrication du dispositif de détection selon une variante de réalisation ; les figures 5A à 5C sont des vues schématiques de dessus de différents dispositifs de détection selon des variantes de réalisation, et la figure 5D est une vue schématique de la variante illustrée sur la fîg.sC suivant le plan de coupe E-E ;

la figure 6A est une vue schématique de dessus d’un dispositif de détection selon une variante de réalisation, et les figures 6B, 6C, 6D sont des vues schématiques en coupe de la variante illustrée sur la fîg.6A suivant différents plans de coupe.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

[0026] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à io% près. Par ailleurs, l’expression « comportant un » doit être comprise comme « comportant au moins un », sauf indication contraire.

[0027] Les figures 2A-2B et 3A-3B illustrent un dispositif de détection 1 de rayonnement électromagnétique selon un mode de réalisation. Les fig. 2A et 2B sont des vues de dessus illustrant les membranes absorbantes 11 suspendues des détecteurs thermiques 10 (fig.2A) et les couches réflectrices 14 séparées deux à deux par des parois verticales opaques 31 (fîg.2B). Les fîg.3A et 3B sont des vues en coupe du dispositif de détection i suivant le plan de coupe A-A (fîg.3A) et suivant le plan de coupe B-B (fig.3B).

[0028] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel (C,U,Z), où le plan (X,Y) est sensiblement parallèle au plan d’un substrat 2 du dispositif de détection t, l’axe Z étant orienté suivant une direction sensiblement orthogonale au plan du substrat 2. Les termes « vertical » et « verticalement » s’étendent comme étant relatifs à une orientation sensiblement parallèle à l’axe Z, et les termes « horizontal » et « horizontalement » comme étant relatifs à une orientation sensiblement parallèle au plan (X,Y). Par ailleurs, les termes « inférieur » et « supérieur » s’étendent comme étant relatifs à un positionnement croissant lorsqu’on s’éloigne du substrat 2 suivant la direction +Z.

[0029] Dans cet exemple, le dispositif de détection t de rayonnement électromagnétique est adapté à détecter un rayonnement infrarouge. Il comporte une matrice de détecteurs thermiques to formant des pixels sensibles, disposés ici en matrice 2x2. Cet exemple est donné uniquement à titre illustratif, des matrices plus complexes étant réalisables, par exemple allant jusqu’à 1024x768 pixels sensibles 10.

[0030] Il comprend un substrat 2, par exemple réalisé à base de silicium, comprenant un circuit de lecture réalisé en technologie CMOS, permettant d’appliquer les polarisations électriques nécessaires au fonctionnement des détecteurs thermiques 10 et de lire les signaux issus de ceux-ci en réponse à la détection du rayonnement électromagnétique d’intérêt.

[0031] Le circuit de lecture peut comporter une partie inférieure (non représentée) formée de dispositifs électroniques de type MOS, par exemple des transistors, diodes, condensateurs, adaptés à la mise en œuvre des différentes fonctions électroniques du circuit de lecture. Il comporte en outre plusieurs niveaux d’interconnexions électriques assurant les liaisons électriques entre les différents dispositifs MOS et les détecteurs thermiques 10, ainsi que la liaison électrique à au moins un plot de connexion électrique (non représenté) du circuit de lecture avec l’extérieur du dispositif de détection 1.

[0032] Le circuit de lecture comporte ainsi plusieurs niveaux d’interconnexions électriques formés chacun d’une pluralité de lignes métalliques sensiblement planaires reliées aux lignes métalliques des niveaux inférieurs par des vias 22 électriquement conducteurs, ou connexions verticales. Les différents niveaux d’interconnexions électriques sont séparés les uns des autres par des couches diélectriques 24, appelées diélectriques inter-métal (ou IMD, pour Inter-Metal Dielectric, en anglais), celles-ci étant traversées verticalement par les vias conducteurs 22. Chaque couche diélectrique inter-métal 24 peut être réalisée en un oxyde de silicium SiOx ou un nitrure de silicium SiN _x , voire en un alliage à base d’oxyde de silicium présentant une faible permittivité relative, tel que du SiOF, du SiOC, du SiOCH, etc...

[0033] Dans cet exemple, le circuit de lecture comporte un niveau supérieur d’interconnexion métallique formé d’une première portion 21 de ligne métallique, située en regard d’un détecteur thermique 10, et destinée à être reliée électriquement à ce détecteur 10. Les portions 21 de ligne métallique de ce niveau d’interconnexion métallique sont reliées électriquement à des portions 23 de ligne métallique de niveau inférieur par des vias conducteurs 22. Ces portions et les vias conducteurs sont isolés électriquement les uns des autres par une couche diélectrique inter-métal 24.

[0034] Le substrat 2 peut comporter en outre une couche d’arrêt de gravure (non représentée) qui recouvre la surface formée par les portions 21 de ligne métallique et par la couche diélectrique inter-métal 24. Cette couche d’arrêt de gravure est notamment adaptée, le cas échéant, à assurer une protection du substrat 2 et du circuit de lecture vis-à-vis d’une attaque chimique, par exemple en milieu acide HF (acide fluorhydrique), mise en œuvre pour graver une partie d’une couche sacrificielle utilisée lors de la réalisation du dispositif de détection 1. Cette couche d’arrêt de gravure forme ainsi une couche hermétique et chimiquement inerte assurant une protection des couches diélectriques inter-métal et des lignes métalliques sous-jacentes vis-à-vis de l’attaque chimique, et est électriquement isolante pour éviter tout court-circuit électrique entre les portions de ligne métallique. La couche d’arrêt de gravure peut être réalisée en alumine AI ₂ O ₃ , voire en nitrure ou fluorure d’aluminium. Elle peut présenter une épaisseur comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de nanomètres, par exemple comprise entre tonm et soonm.

[0035] Les détecteurs thermiques 10 comprennent chacun une portion adaptée à absorber le rayonnement à détecter. Cette portion absorbante est isolée thermiquement du substrat 2 et est disposée au niveau d’une membrane n, dite absorbante, suspendue au-dessus du substrat 2 par des éléments de maintien et d’isolation thermique tels que des piliers d’ancrage 12 associés à des bras de maintien 13 et d’isolation thermique.

[0036] Les piliers d’ancrage 12 sont électriquement conducteurs et traversent localement la couche d’arrêt de gravure pour assurer un contact électrique avec la portion 21 de la ligne métallique. La membrane absorbante 11 est espacée du substrat 2, et plus particulièrement de la couche réflectrice 14, d’une distance H typiquement comprise entre îpm et 5pm, par exemple 2pm environ quand les détecteurs thermiques 10 sont conçus pour la détection d’un rayonnement infrarouge de longueur d’onde comprise entre 8pm et 14pm (bande LWIR de transmission atmosphérique), formant ainsi une cavité quart d’onde 3 améliorant l’absorption du rayonnement électromagnétique par la membrane suspendue 11. Les piliers d’ancrage 12 peuvent présenter une forme de tige ou de colonne, de section droite dans le plan XY sensiblement arrondie (par exemple circulaire), voire polygonale (par exemple carrée ou rectangulaire), d’une surface comprise par exemple entre o,05pm ² et 5pm ² , par exemple égale à o,2pm ² . Ils peuvent être réalisés à base de cuivre ou de tungstène, par exemple en Cu, W, ou WSi, et comporter si nécessaire une couche barrière à base de titane.

[0037] Chaque pixel sensible 10 comporte en outre une couche réflectrice 14 reposant sur le substrat 2, et dans cet exemple, reposant sur la couche d’arrêt de gravure. Comme décrit plus loin, elle peut, en variante, être située sous la couche d’arrêt de gravure et être formée par une portion de ligne métallique du niveau supérieur d’interconnexion. La couche réflectrice 14 peut être réalisée en au moins un matériau métallique, par exemple en au moins un matériau à base de cuivre, d’aluminium, voire de tungstène. Dans le cas où elle est située sous une couche d’arrêt de gravure, elle peut être formée d’une même couche continue s’étendant sous chaque pixel sensible. Chaque couche réflectrice 14 est alors une zone de la même couche réflectrice continue.

[0038] Dans la suite de la description, les détecteurs thermiques 10 sont des bolomètres dont la membrane absorbante 11 comporte un matériau thermistance dont la conductivité électrique varie en fonction de réchauffement de la membrane absorbante 11. Cependant, cet exemple est donné à titre illustratif et est nullement limitatif. Tout autre type de détecteur thermique 10 peut être utilisé, par exemple des détecteurs pyroélectriques, ferroélectriques, voire des thermopiles.

[0039] Les détecteurs thermiques îo peuvent être rapprochés les uns des autres, notamment en reliant les bras de maintien 13 de différents détecteurs thermiques 10 à un même pilier d’ancrage 12, l’architecture de lecture des détecteurs thermiques étant alors adaptée, comme le décrivent les documents EP1106980 et EP1359400. Il en résulte une amélioration de la sensibilité des détecteurs de par l’allongement des bras de maintien 13 et une augmentation du taux de remplissage par la réduction de la surface de chaque pixel sensible 10 non dédiée à l’absorption du rayonnement électromagnétique. Le dispositif de détection 1 est ainsi particulièrement adapté aux petits pas de matriçage, en particulier à un pas inférieur ou égal à i2pm.

[0040] Le dispositif de détection 1 comporte au moins une paroi verticale opaque 31 située entre deux pixels sensibles 10 adjacents, et réalisée en un matériau opaque vis-à-vis du rayonnement électromagnétique à détecter, c’est-à-dire dont la transmission du rayonnement électromagnétique à détecter est inférieure ou égale à 5%, voire inférieure ou égale à 1%. Elle est configurée pour limiter la diaphotie entre les deux pixels sensibles 10 adjacents. La diaphotie ( crosstalk , en anglais), ou diaphonie optique, est le phénomène d’influence d’un pixel sensible 10 sur ses voisins. Il s’agit ici notamment de la détection par un pixel sensible 10A d’une partie d’un rayonnement électromagnétique incident sur un pixel sensible adjacent 10B ayant été réfléchie par la couche réflectrice 14. La diaphotie se traduit par une diminution du contraste d’une image détectée, et donc par une dégradation de la fonction de transfert de modulation (FTM) du dispositif de détection 1.

[0041] Ainsi, dans cet exemple, la paroi verticale opaque 31 est disposée entre deux pixels sensibles 10 adjacents, et plus précisément est située entre la membrane absorbante 11 d’un pixel sensible IOA et celle du pixel sensible IOB adjacent. Elle s’étend longitudinalement de manière sensiblement parallèle à la bordure 11.1 d’une membrane absorbante 11. Elle peut être rectiligne, comme illustré sur la fîg.2B, voire être courbe, ou peut être formée de plusieurs portions rectilignes et inclinées deux à deux. Elle s’étend verticalement, suivant l’axe Z, à partir du substrat 2, de manière sensiblement orthogonale à celui-ci.

[0042] D’une manière générale, comme détaillé plus loin, la paroi verticale opaque 31 peut être réalisée d’un même tenant avec un pilier d’ancrage 12 (cf. fig.2B) ou être distincte des piliers d’ancrage, c’est-à-dire non physiquement reliée à ces derniers (cf. fig.5B et 5C). De préférence, chaque paroi verticale opaque 31 est distante des bras de maintien 13 et des membranes absorbantes 11 des différents pixels sensibles 10, ceci pour éviter toute perturbation des propriétés thermiques et/ou électriques des détecteurs thermiques 10. Dans ce cas, l’espacement entre la paroi verticale opaque 31 d’une part et les bras de maintien 13 et les membranes absorbantes 11 d’autre part peut être un espacement vertical (suivant l’axe Z) et/ou un espacement horizontal (dans le plan XY). Elle est, de préférence, également distante des couches réflectrices 14 des pixels sensibles 10 adjacents, notamment lorsque les parois verticales opaques 31 sont réalisées d’un seul tenant avec les piliers d’ancrage 12, de manière à éviter, le cas échéant, de court-circuiter électriquement les piliers d’ancrage 12 par la couche réflectrice 14.

[0043] Chaque paroi verticale opaque 31 présente une longueur supérieure à sa largeur, avec par exemple un rapport longueur/largeur supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 5, voire à 10. A titre illustratif, elle peut ainsi présenter une largeur de soonm voire moins, et une longueur de 5pm voire plus. La largeur de chaque paroi verticale opaque 31 peut être de l’ordre de quelques centaines de nanomètres à quelques microns. Elle est de préférence inférieure à îpm, et de préférence inférieure ou égale à soonm.

[0044] De préférence, la longueur d’au moins une paroi verticale opaque 31 située entre deux pixels sensibles 10 adjacents est supérieure ou égale à 50%, 75%, et de préférence 90% de la longueur L d’un côté de pixel sensible. Ici, la longueur L d’un côté d’un pixel sensible est définie comme étant la distance séparant le centre de deux piliers d’ancrage 12 du pixel sensible, les centres des pixels d’ancrage 12 étant projetés orthogonalement sur un axe parallèle à une bordure 11.1 de la membrane absorbante 11 du pixel sensible en question. Alternativement, comme illustré sur la fîg.2B, plusieurs parois verticales opaques 31 peuvent s’étendre longitudinalement en regard d’une même bordure 11.1 d’une membrane absorbante 11, et former ainsi un ensemble longitudinal de parois verticales opaques 31. La longueur cumulée de cet ensemble longitudinal de parois verticales opaques 31 peut alors être supérieure ou égale à 50%, de préférence à 75%, voire à 90%, à la longueur L d’un côté d’un pixel sensible. [0045] Dans le cas où plusieurs parois verticales opaques 31 forment un même ensemble longitudinal, les parois verticales opaques 31 sont avantageusement espacées deux à deux, suivant l’axe longitudinal, d’une distance inférieure ou égale à lo/io, voire à lo/20, lo étant une longueur d’onde centrale de la gamme de longueurs d’onde du rayonnement électromagnétique à détecter, par exemple égale à îopm ou npm environ pour une gamme de longueurs d’onde du rayonnement électromagnétique à détecter allant de 8pm et i4pm. La distance peut ainsi être inférieure ou égale à i,4pm, par exemple inférieure ou égale à i,2pm, par exemple égale à îpm environ, voire égale à soonm environ. Ainsi, cette ouverture verticale 32 séparant deux parois verticales opaques 31 du même ensemble longitudinal permet de limiter la diaphotie dans la mesure où le faisceau lumineux « voit » une même paroi verticale opaque continue et non pas deux parois verticales opaques distantes l’une de l’autre. De plus, cette ouverture verticale permet d’éviter tout risque de court-circuit électrique entre les piliers d’ancrage, en particulier lorsque deux parois verticales opaques consécutives sont électriquement connectées à des piliers d’ancrage distincts. Par ailleurs, cette ouverture verticale permet également d’accélérer la gravure du matériau sacrificiel utilisé lors de la réalisation de la membrane absorbante 11 (détaillé plus loin) et d’en rendre plus efficace l’évacuation.

[0046] Dans cet exemple, comme l’illustre la fîg.3A, l’ouverture verticale 32 présente une hauteur suivant l’axe Z égale à la hauteur des deux parois verticales opaques 31, de sorte que ces parois verticales opaques 31 sont distinctes l’une de l’autre. En variante, deux parois verticales opaques 31 consécutives peuvent ne pas être distinctes et peuvent ainsi être reliées l’une à l’autre par une portion longitudinale (non représentée), de sorte que l’ouverture verticale 32 présente une hauteur inférieure à la hauteur desdites parois verticales opaques 31. Dans ce cas, ces parois verticales opaques 31 consécutives ne sont pas électriquement connectées à des piliers d’ancrage distincts, pour éviter ainsi de court-circuiter électriquement le pixel sensible 10.

[0047] Comme l’illustre la fig.3B, chaque paroi verticale opaque 31 peut présenter une hauteur h _P configurée pour limiter notamment la réception, par la membrane absorbante 11 d’un pixel sensible IOA, d’une partie du rayonnement électromagnétique incident sur le pixel sensible IOB adjacent ayant été réfléchie par sa couche réflectrice 14. Cette hauteur h _P est de préférence supérieure ou égale à d _P /tan(a), où dp est la distance moyenne séparant la bordure d’une couche réflectrice 14 d’un pixel sensible 10 de la bordure en regard de la paroi verticale opaque 31, et a étant l’angle minimal par rapport à la normale formé par un faisceau du rayonnement électromagnétique réfléchi par la couche réflectrice 14 du pixel sensible IOB et détecté par la membrane absorbante 11 du pixel sensible adjacent IOA. AU premier ordre, tan(a)=e/H où e est la distance moyenne séparant la bordure 14.1 d’une couche réflectrice 14 d’un pixel sensible 10, vis-à-vis de la bordure en regard de la membrane absorbante 11 du pixel sensible 10 adjacent, et H étant la distance suivant l’axe Z séparant la couche réflectrice 14 d’une membrane absorbante 11, c’est-à-dire la hauteur de la cavité quart d’onde 3 située sous la membrane absorbante 11. Chaque ou certaines parois verticales opaques 31 peuvent présenter une hauteur h _P permettant également de limiter la transmission d’une partie d’un rayonnement incident sur le pixel sensible IOB adjacent, ayant été transmise par la membrane absorbante 11 du pixel IOB en direction de la couche réflectrice 14 du pixel sensible IOA. D’une manière générale, la hauteur h _P des parois verticales opaques 31 est avantageusement supérieure ou égale à 90% de la hauteur H de la cavité quart d’onde 3, celle-ci étant sensiblement égale à la hauteur des piliers d’ancrage 12.

[0048] Chaque paroi verticale opaque 31 est réalisée en au moins un matériau opaque vis-à-vis du rayonnement électromagnétique à détecter. Pour un rayonnement ayant une gamme de longueur d’onde comprise par exemple entre 8pm et 14 pm environ, la paroi verticale opaque 31 peut ainsi être réalisée en cuivre, tungstène, aluminium, entre autres, et leurs alliages. Une enveloppe à base de titane, par exemple en Ti, TiN ou TiW, ou à base de tantale, par exemple Ta ou TaN, peut entourer la périphérie d’un cœur réalisé à base de Cu, W. Cette enveloppe peut assurer des fonctions de couche barrière vis-à-vis de la diffusion éventuelle du cuivre ou du tungstène. Cette enveloppe présente une épaisseur de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, et ne modifie pas les propriétés optiques de la paroi verticale opaque 31. D’une manière générale, par « à base d’un élément chimique », on entend que le matériau est formé de cet élément chimique, ou est un alliage formé d’au moins cet élément chimique. De préférence, la paroi verticale opaque 31 est réalisée en un matériau réfléchissant vis-à-vis du rayonnement électromagnétique à détecter, tel que le cuivre, le tungstène et l’aluminium, entre autres, et leurs alliages, permettant ainsi d’améliorer la fonction de transfert de modulation (FTM) du dispositif de détection.

[0049] De préférence, chaque pixel sensible îo est longé par au moins une paroi verticale opaque 31 qui s’étend entre ce pixel sensible 10 et un pixel sensible 10 adjacent. Aussi, l’ensemble des parois verticales opaques 31 forme une structure d’isolation optique, de forme alvéolaire, chaque alvéole étant une cavité dans laquelle est situé un détecteur thermique 10 destiné à recevoir le rayonnement électromagnétique à détecter. Cette structure d’isolation optique permet ainsi de fortement limiter la diaphotie entre les pixels sensibles 10.

[0050] La structure d’isolation optique comporte ainsi au moins une partie longitudinale opaque située entre les membranes absorbantes 11 des deux pixels sensibles 10 adjacents, qui s’étend suivant un axe longitudinal sensiblement parallèle aux bordures 11.1 desdites membranes absorbantes 11. De préférence, chaque pixel sensible 10 est entouré par quatre parties longitudinales opaques. Chaque partie longitudinale opaque est formée d’au moins une paroi verticale opaque 31, s’étendant à partir du substrat 2 suivant un axe vertical sensiblement parallèle à l’axe Z. Chaque paroi verticale opaque 31 est disposée entre les deux pixels sensibles 10 adjacents, et donc entre les membranes absorbantes 11 desdits pixels sensibles 10. Les parois verticales opaques 31 entourant un même pixel sensible 10 sont avantageusement distinctes les unes des autres, de manière à accélérer la gravure du matériau sacrificiel utilisé lors de la réalisation de la cavité quart d’onde 3 (décrit plus loin) et à en permettre une évacuation efficace, tout en écartant, le cas échéant, les risques de court-circuit électrique du pixel sensible. Elles sont de préférence espacées les unes des autres d’une distance inférieure ou égale à lo/io, voire à lo/20, par exemple d’une distance inférieure ou égale à i,4pm, voire à tpm ou moins.

[0051] Dans l’exemple illustré sur la fîg.2B, les parois verticales opaques 31 de la structure d’isolation optique s’étendent longitudinalement suivant un axe passant avantageusement par deux piliers d’ancrage 12, permettant ainsi de maximiser le taux de remplissage (fill factor, en anglais), c’est-à-dire le rapport entre la surface de la membrane absorbante 11 sur la surface totale du pixel sensible 10, dans le plan du substrat 2. [0052] De plus, les parois verticales opaques 31 sont avantageusement réalisées ici d’un même tenant avec les piliers d’ancrage 12, améliorant ainsi la tenue mécanique des parois verticales opaques 31. Ainsi, les parois verticales opaques 31 et les piliers d’ancrage 12 sont de préférence réalisés en les mêmes matériaux, ce qui simplifie les étapes du procédé de fabrication du dispositif de détection 1.

[0053] Des parois verticales opaques 31 peuvent être situées sous des bras de maintien 13 suivant l’axe Z, c’est-à-dire être situées au droit des bras de maintien 13, voire sous des membranes absorbantes 11. Comme l’illustre la fîg.3B, les parois verticales opaques 31 présentent alors une hauteur h _P inférieure à la hauteur H de la cavité quart d’onde 3 pour éviter de venir contacter les bras de maintien 13 et les membranes absorbantes 11. Ainsi, la structure d’isolation optique n’entraîne pas ou quasiment pas de dégradation des propriétés thermiques et/ou électriques des détecteurs thermiques. A titre d’exemple, les parois verticales opaques 31 peuvent être espacées des bras de maintien 13 et/ou des membranes absorbantes 11 d’une distance supérieure ou égale à îoonm, par exemple égale à 200nm. Cette distance peut être de l’ordre de 10% de la hauteur H de la cavité quart d’onde 3. D’autres parois verticales opaques 31 peuvent n’être pas situées au droit d’un bras de maintien 13 ou d’une membrane absorbante 11, et présenter une hauteur h _P supérieure ou égale à la hauteur H de la cavité quart d’onde 3. De telles parois 31 peuvent ainsi présenter une hauteur égale à celle des piliers d’ancrage 12 (cf. par exemple la fîg.sD décrite plus loin).

[0054] Ainsi, le dispositif de détection 1 selon le mode de réalisation présente une diaphotie réduite par la présence d’au moins une paroi verticale opaque 31 disposée entre deux pixels sensibles 10 adjacents, en particulier lorsque chaque pixel sensible 10 est optiquement séparé de son voisin par une telle paroi verticale opaque 31. Le fait que les parois verticales opaques 31 qui entourent un même pixel sensible 10 soient distinctes les unes des autres permet d’augmenter la vitesse de la réaction de gravure et de rendre plus efficace l’évacuation du matériau sacrificiel utilisé lors de la réalisation des membranes absorbantes 11. Par ailleurs, le fait que les parois verticales opaques 31 soient situées longitudinalement suivant un axe passant par des piliers d’ancrage 12 permet d’augmenter le taux de remplissage (fill factor).

[0055] Le dispositif de détection 1 selon l’invention se distingue ainsi de celui décrit dans la demande de brevet EP2447688 qui comporte un détecteur thermique de référence totalement isolé optiquement de son environnement par un capot absorbant. Ce détecteur thermique présente la même structure absorbante que les pixels sensibles, mais ne peut donc être qualifié de pixel sensible dans la mesure où il n’est pas destiné à recevoir le rayonnement électromagnétique à détecter. Aussi, ce dispositif de détection selon ce document de l’art antérieur ne prévoit pas de moyens configurés pour réduire la diaphotie entre les pixels sensibles îo adjacents.

[0056] Le dispositif de détection i selon l’invention se distingue également de celui décrit dans la demande de brevet EP3067674 qui comporte des parois verticales disposées entre deux pixels sensibles 10 voisins. En effet, ces parois verticales sont des portions du capot d’encapsulation réalisé par définition en un matériau transparent au rayonnement électromagnétique à détecter. Ce dispositif de détection selon ce document de l’art antérieur ne prévoit pas non plus de moyens structurels configurés pour réduire la diaphotie entre les pixels sensibles 10 adjacents.

[0057] Les figures 4A à 4I illustrent différentes étapes d’un procédé de réalisation du dispositif de détection 1 selon un mode de réalisation, qui diffère de celui illustré sur les figures 2A-2B et 3A-3B essentiellement en ce que les couches réflectrices 14 sont formées par des portions de la ligne métallique du niveau supérieur du circuit de lecture.

[0058] En référence à la fig-4A, on réalise un substrat 2 comportant un circuit de lecture de type circuit CMOS apte à alimenter et mesurer le signal délivré par les détecteurs thermiques. Il comporte ainsi des éléments électroniques actifs, tels que des diodes, transistors, condensateurs, résistances..., connectés électriquement par des interconnections métalliques aux détecteurs thermiques, ainsi qu’à un ou plusieurs plots de connexion (non représentés) destinés à relier électriquement le dispositif de détection 1 à un dispositif électronique externe. Comme décrit précédemment, le circuit de lecture comporte ici un niveau d’interconnexion électrique comportant une première portion 21 d’une ligne métallique, électriquement reliée à une portion 23 de ligne métallique d’un niveau inférieur d’interconnexion électrique par un via conducteur 22, et une deuxième portion 14 de la même ligne métallique destinée à former la couche réflectrice. Les vias et lignes métalliques sont séparés les uns des autres par des couches diélectriques inter-métal 24. Le substrat 2 comporte ici une face supérieure au niveau de laquelle affleurent les portions 21, 14 de la même ligne métallique et la couche diélectrique inter-métal 24. Cette étape de réalisation du substrat 2 peut être identique ou similaire à celle décrite dans le document EP2743659.

[0059] On dépose, sur au moins une partie de la face supérieure du substrat 2, une couche d’arrêt de gravure 40. Celle-ci recouvre ainsi continûment la couche diélectrique inter-métal 24, la première portion 21 de ligne métallique, et la couche réflectrice 14. La couche d’arrêt de gravure 40 comporte un matériau sensiblement inerte à une gravure chimique mise en œuvre ultérieurement pour supprimer la ou les couches sacrificielles minérales, plus précisément une attaque chimique en milieu HF en phase vapeur. La couche d’arrêt de gravure 40 permet ainsi d’éviter que les couches diélectriques inter-métal du circuit CMOS ne soient gravées lors des étapes de suppression des couches sacrificielles. Elle peut être formée d’alumine AI ₂ O ₃ , voire de nitrure d’aluminium, de trifluorure d’aluminium, ou de silicium amorphe non intentionnellement dopé. Elle peut être déposée par exemple par ALD (pour Atomic Loyer Déposition, en anglais) et présenter une épaisseur par exemple de l’ordre d’une dizaine de nanomètres à quelques centaines de nanomètres, par exemple une épaisseur comprise entre 2onm et isonm.

[0060] En référence aux fig-4B et 4C (la fîg.4B étant une vue selon le plan de coupe C-C de la fîg-4C), on dépose sur le substrat 2 une couche sacrificielle 41 en un matériau de préférence minéral, par exemple en un oxyde de silicium déposé par PECVD (pour Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition, en anglais). Elle s’étend continûment sur sensiblement toute la surface du substrat 2 et recouvre la couche d’arrêt de gravure 40. Dans cet exemple où les parois verticales opaques 31 sont destinées à être situées sous les bras de maintien 13 et/ou sous les membranes absorbantes 11, l’épaisseur suivant l’axe Z de la couche sacrificielle 41 définit ici la hauteur h _P des parois verticales opaques 31 qui seront ensuite réalisées.

[0061] On réalise ensuite des orifices verticaux 42 destinés à la formation des piliers d’ancrage 12, et également des tranchées 43 destinées à la formation des parois verticales opaques 31. Les orifices verticaux 42 et les tranchées 43 sont avantageusement réalisés de manière concomitante, c’est-à-dire simultanée. Ils sont réalisés par photolithographie et gravure. Les orifices verticaux 42 traversent la couche sacrificielle 41 ainsi que la couche d’arrêt de gravure 40 pour déboucher respectivement sur la première portion 21 de ligne métallique. Les orifices verticaux 42 peuvent présenter une section droite dans le plan (X,Y) de forme arrondie, par exemple circulaire, voire polygonale, et de surface sensiblement égale ici à o,2pm ² . Les tranchées 43 traversent la couche sacrificielle 41 jusqu’à déboucher ici sur la couche d’arrêt de gravure 40. Les tranchées 43 s’étendent longitudinalement dans le plan (X,Y) de manière à être situées entre deux pixels sensibles 10 adjacents. Elles présentent ici une largeur dans le plan (X,Y) de dimension sensiblement égale à o,5pm, voire moins. Dans cet exemple, les tranchées 43 débouchent longitudinalement sur les orifices verticaux 42, puisque les parois verticales opaques 31 seront réalisées ici d’un seul tenant avec les piliers d’ancrage 12.

[0062] En référence aux fig-4D et 4E (la fîg.4D étant une vue suivant le plan de coupe C-C et la fig-4E une vue suivant le plan de coupe D-D), on réalise ensuite une partie inférieure 12.1 des piliers d’ancrage 12 dans les orifices verticaux 42, et on réalise les parois verticales opaques 31 dans les tranchées 43. La partie inférieure 12.1 des piliers d’ancrage 12 et les parois verticales opaques 31 peuvent ici être réalisées de manière simultanée. Elles sont de plus réalisées d’un seul tenant, c’est-à-dire que chaque paroi verticale opaque 31 présente une continuité de manière avec un pilier d’ancrage 12. Elles sont réalisées par remplissage des orifices verticaux 42 et des tranchées 43 par un ou plusieurs matériaux électriquement conducteurs et optiquement opaques. A titre d’exemple, elles peuvent comporter une couche barrière à base de titane déposée par MOCVD (pour Métal Organic Chemical Vapor Déposition, en anglais) sur les flancs des orifices verticaux 42 et des tranchées 43, et un cœur à base de cuivre ou de tungstène déposé par exemple par ECD (pour Electro Chemical Déposition, en anglais), voire à base d’aluminium, remplissant l’espace délimité transversalement par la couche d’ accroche. Les parois verticales opaques 31 peuvent ainsi être réalisées de manière concomitante à la formation des parties inférieures 12.1 des piliers d’ancrage 12, et de manière identique en termes de matériaux. Une étape de CMP permet ensuite de planariser la surface supérieure formée par la couche sacrificielle 41, la partie inférieure 12.1 des piliers d’ancrage 12 et les parois verticales opaques 31.

[0063] En référence aux fig.4F et 4G (la fîg.4F étant une vue suivant le plan de coupe C-C et la fîg.4G une vue suivant le plan de coupe D-D), on réalise ensuite la partie supérieure 12.2 des piliers d’ancrage 12. Pour cela, une deuxième couche sacrificielle 44 est déposée sur la première couche sacrificielle 41, et des orifices verticaux sont réalisés au travers de l’épaisseur de la deuxième couche sacrificielle 44 pour déboucher sur la partie inférieure 12.1 des piliers d’ancrage 12. La partie supérieure 12.2 des piliers d’ancrage 12 est ensuite réalisée de manière identique ou similaire à l’étape de réalisation de la partie inférieure 12.1. On obtient ainsi des piliers d’ancrage 12 dont la hauteur correspond à la hauteur voulue H de la cavité quart d’onde 3. Ils présentent ici une hauteur H supérieure à celle h _P des parois verticales opaques 31, permettant ainsi de réaliser les membranes absorbantes 11 sans risque de contact thermique et/ou électrique avec les parois verticales opaques 31. En variante, la partie supérieure 12.2 des piliers d’ancrage 12 peut être réalisée par dépôt d’une couche métallique continue, réalisée par exemple à base de TiN et d’Al, puis gravure de la couche métallique continue de manière à ne garder que des plots métalliques au-dessus des parties inférieures 12.1, formant ainsi les parties supérieures 12.2. La partie supérieure 12.2 des piliers d’ancrage 12 peut présenter une épaisseur de l’ordre d’une à quelques centaines de nanomètres, par exemple de l’ordre de 100 à 200 nm.

[0064] On réalise ensuite les bras de maintien 13 et les membranes absorbantes 11. Cette étape peut être effectuée de manière identique ou similaire à celle décrite dans le document EP2743659 et n’est pas reprise en détail. Ainsi, la membrane absorbante 11 peut comporter un premier matériau adapté à absorber le rayonnement électromagnétique d’intérêt et un second matériau thermistance dont la conductivité électrique varie en fonction de l’échauffement de la membrane.

[0065] En référence aux fig.4H et 4I (la fîg.4H étant une vue suivant le plan de coupe C-C et la fig.41 une vue suivant le plan de coupe D-D), on effectue une gravure des couches sacrificielles 41, 44 de manière à suspendre la membrane absorbante 11. La gravure peut être effectuée par une attaque chimique à l’acide fluorhydrique (HF) en phase vapeur. L’attaque chimique grave sensiblement toute les couches sacrificielles 41, 44 situées au niveau du détecteur thermique 10, permettant ainsi de suspendre la membrane absorbante 11 au-dessus du substrat 2. La réaction d’attaque chimique est ainsi plus rapide et les produits de la réaction d’attaque chimique peuvent être évacués de manière efficace au travers des ouvertures verticales 32 qui séparent les parois verticales opaques 31 les unes des autres, de sorte que des résidus de matériau sacrificiel ne sont quasiment plus présents dans la cavité quart d’onde 3. De plus, la faible dimension des ouvertures verticales 32 séparant les parois verticales opaques 31 permet également de limiter la transmission du rayonnement électromagnétique d’un pixel sensible 10 à l’autre, réduisant ainsi la diaphotie.

[0066] Les figures 5A à 5C sont des vues de dessus de dispositifs de détection selon différentes variantes de réalisation, qui se distinguent de celui illustré sur les fîg.2A- 2B et 3A-3B essentiellement par l’agencement des parois verticales opaques 31 et le nombre et la disposition des piliers d’ancrage 12. La figure 5D est une vue en coupe suivant le plan E-E de la variante illustrée sur la fig.sC.

[0067] Ainsi, la fig.sA illustre un dispositif de détection 1 dans lequel chaque pixel sensible 10 comporte deux piliers d’ancrage 12 qui ne sont pas partagés avec des pixels sensibles 10 adjacents. Dans cet exemple, des parois verticales opaques 31 sont réalisées d’un seul tenant avec les piliers d’ancrage 12 alors que d’autres en sont distinctes. Par ailleurs, deux rangées parallèles de parois verticales opaques 31 sont disposées entre deux pixels sensibles 10 adjacents. D’une manière générale, cet agencement de parois verticales opaques 31 qui entourent la membrane absorbante 12 de chaque pixel sensible 10 est particulièrement avantageux lorsque ces parois sont réalisées en un matériau réfléchissant, améliorant ainsi la fonction de transfert de modulation du dispositif de détection 1.

[0068] La fig.5B illustre un dispositif de détection 1 dans lequel les parois verticales opaques 31 sont chacune distinctes des piliers d’ancrage 12. Ainsi, des ouvertures verticales 32 sont formées entre chaque paroi verticale opaque 31 et le pilier d’ancrage 12 voisin, dont la dimension dans le plan XY est de préférence inférieure ou égale à l ₀ /io, voire à lo/20, par exemple inférieure ou égale à i,4pm. Chaque côté d’une couche réflectrice 14 est ici longé par une seule paroi verticale opaque 31. Par ailleurs, une seule paroi verticale opaque 31 est située entre deux couches réflectrices 14 adjacentes, permettant ainsi d’améliorer le taux de remplissage associé à chaque pixel sensible 10. Les parois verticales opaques 31 n’étant pas au droit d’un bras de maintien 13 ou d’une membrane absorbante 11 peut présenter une hauteur h _P plus importante, par exemple peut présenter la même hauteur que les piliers d’ancrage 12, réduisant encore la diaphotie entre les pixels sensibles 10.

[0069] Les fig.5C et 5D illustrent un dispositif de détection 1 qui diffère de celui illustré sur la fig.sA essentiellement en ce que les parois verticales opaques 31 ne sont pas disposées longitudinalement suivant un axe passant par deux piliers d’ancrage 12 voisins, mais entourent non seulement la membrane absorbante 11 des pixels sensibles 10, mais également les piliers d’ancrage 12. Le taux de remplissage associé à chaque pixel sensible 10 n’est pas optimal, mais les parois verticales opaques 31 forment ici plusieurs ouvertures verticales 32 situées aux coins des pixels sensibles 10 ainsi qu’au milieu des bordures 14.1 des couches réflectrices 14, permettant ainsi une gravure plus rapide de la ou des couches sacrificielles ainsi qu’une évacuation plus importante des matériaux sacrificiels. Par ailleurs, les parois verticales opaques 31 ne sont ici pas situées sous des bras de maintien 13 ni sous des membranes absorbantes 11, de sorte qu’elles peuvent présenter une hauteur h _P égale, voire supérieure à la hauteur H de la cavité quart d’onde 3. Elles peuvent, par exemple, présenter une hauteur h _P sensiblement égale à la hauteur des piliers d’ancrage 12. Ainsi, la diaphotie entre les pixels sensibles 10 est encore réduite. La réalisation d’une telle variante est simplifiée par rapport à celle décrite en référence aux fig.4A-4l, dans la mesure où il n’est pas nécessaire de réaliser la partie supérieure 12.2 des piliers d’ancrage 12.

[0070] Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.

[0071] Ainsi, la figure 6A est une vue schématique et partielle d’un dispositif de détection 1 selon une autre variante de réalisation. Les figures 6B, 6C, 6D est des vues en coupe de ce dispositif de détection 1, respectivement suivant les plans de coupe A-A, B-B, et C-C. Le dispositif de détection se distingue de ceux décrits précédemment essentiellement en ce que les parois verticales opaques 31 présentent une hauteur suivant l’axe Z sensiblement égale à celle des piliers d’ancrage 12. Elles entourent le détecteur thermique 10 suivant ses quatre côtés dans le plan XY. Chaque côté est bordé par deux parois verticales opaques qui s’étendent longitudinalement de manière coaxiale, et sont espacées dans le plan XY par une ouverture 32. Elles présentent une épaisseur (ou largeur) dans le plan XY par exemple comprise entre 200nm et soonm, et sont espacées dans le plan XY l’une de l’autre par l’ouverture 32 d’une distance comprise par exemple entre 200nm et îpm. Chaque paroi verticale opaque est réalisée d’un seul tenant avec un pilier d’ancrage 12 et en le ou les mêmes matériaux. Chaque bras de maintien 13 s’étend dans le plan XY à partir d’un pilier d’ancrage 12. Il borde ici deux côtés de la membrane absorbante 11 avant d’être assemblé à elle. Chaque bras de maintien 13 peut présenter une largeur dans le plan XY par exemple comprise entre îoonm et 300nm. Dans la mesure où les parois verticales opaques 31 présentent une hauteur égale à celle des piliers d’ancrage 12, les bras de maintien 13 sont espacés de celles-ci dans le plan XY d’une distance par exemple comprise entre îoonm et 300nm. Ainsi, le dispositif de détection 1 présente ici une diaphotie réduite et un facteur de remplissage élevé. Par ailleurs, la tenue mécanique des parois 31 est renforcée par le fait qu’elles sont réalisées d’un seul tenant avec les piliers 12. Et le procédé est simplifié par le fait que les parois 31 et les piliers 12 sont réalisés en une même étape et avec le ou les mêmes matériaux.