Brevet FR2556831A1 — publié le 19850621

La présente invention concerne les bolomètres et, en particulier, un bolomètre obtenu a partir d'un matériau semi-conducteur. La présente invention concerne également les procédés de fabrication du bolometre. Un bolometre est un détecteur d'infrarouges constitué d'une résistance électrique mince de tres petite taille ou d'un autre dispositif possédant une résistance à coefficient de température élevé. Il est en général monté sur une membrane ou une pellicule minces qui lui confèrent une capacité thermique et une conductance de fuite aussi réduites que possible. La structure est revêtue d'un matériau noir mat de sorte que, lorsqu'elle reçoit des rayons infrarouges, elle s'échauffe, sa résistance électrique varie en conséquence et elle fournit un signal de sortie par l'intermédiaire de circuits électroniques appropriés. Traditionnellement, les bolometres sont fabriqués par évaporation de métaux, comme l'or, le platine, le nickel, le tellure ou le bismuth, qui viennent se déposer sur des pellicules composées de différentes substances, notamment des substances organiques comme la nitrocellulose ou inorganiques comme l'alumine. Les bolometres fabriqués selon cette méthode ont une résistance dont le coefficient de tem pérature est compris entre 1 x 10 3 et3 x 10-3 (tC)~1. Ces coeffi- cients sont trop faibles pour certaines applications, par exemple pour les sytemes thermographiques. Ces dispositifs sont également très fragiles et leur fabrication sous forme réduite et compacte est très difficile. t1 objectif de la présente invention est donc de réduire, voire d'éliminer ces inconvénients. La demande de brevet britannique ne 8321807 concerne un capteur d'infrarouges comprenant un réseau d1 élé- mazas d'antenne en cornet réalisés dans un corps de silicium mono cristal, ainsi que des Eement de bolomètre affectés chacun un cor- net ; en service, les radiations reçues par ledit cornet sont détec tées, Conformément à un aspect de la présente inventions il est pré- vu un élément de bolomètre comprenant un dispositif sensible à la tem pérature réalise dans un matériau semi-conducteur monocrista)lin support te par un film réfractaire isolant. Conòreement à un autre aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de fabrication d'un bolomètre, ledit procédé censistant à doper sélectivement une tranche semi-conductrice pour obtenir sur l'une des faces de ladite tranche un secteur de conductivité opposée à celle de la tranche, à revêtir ladite face d'une couche de matériau réfractaire et à procéder à une attaque chimique sélective de ladite tranche à partir de l'autre face pour élimi- ner le matériau de substrat dudit secteur dopé. En général, le semi-conducteur est en silicium et le film support en nitrure de silicium. Dans un exemple de réalisation avantageux, le film de nitrure de silicium est placé au-dessus d'une ouverture pratiquée dans un substrat de silicium servant à supporter le bolometre. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue en coupe du bolomètre de la figure 2, - la figure 2, une we de dessus du bolomètre de la figure 1, - les figures 3 et 4 des étapes successives de la fabrication du dispositif conforme aux figures 1 et 2. Conformément aux figures 1 et 2, le bolomètre 11 comprend une piste de résistance semi-conductrice en forme de serpentin placée sur un film ou une membrane réfractaire isolante 12. En général, le film 12 est disposé au-dessus d'une ouverture 13 prévue dans un substrat semi-conducteur monocristallin 14 de façon que le bolomètre 11 su en vis-à-vis avec l'ouverture. Selon un exemple de réalisation avantageux, le substrat 14 est en silicium et le film 12 est un film de nitrure de silicium appliqué surla surface de silicium selon les techniques classiques de traitement des semi-conducteurs. Le bolomètre proprement dit peut également être exécuté en silicium dopé par implantation ionique. En général, le bolomètre 11 comprend une bande sinueuse de silicium de 1 à 3 microns de largeur et de 0,05 à 0,2 microns d'é- paisseur. Cette bande peut être constituée d'une tranche de silicium d'orientation (100). D'une manière avantageuse, la bande est prévue pour que le courant électrique qui la traverse soit dirigé dans le sens (100) des axes des cristaux. Cette mesure permet de réduire les effets pié zorésistifs qui, dans certaines conditions, peuvent donner naissance à ~es -signaux erronés. ta membrane de nitrure de silicium supportant le bo lomètre 11 a en général une épaisseur de 400 à 600 A. il est noter que, bien que les figures 1 et 2 ne montrent qu'un seul élément de bolomètre, plusieurs éléments peuvent être mis en place sous forme de réseau sur un substrat commun. Une telle structure peut être utilisée, par exemple, dans le cas d'un capteur d'images infrarouges. Dans un autre exemple de réalisation, l'élément de bolomètre Il peut comporter un système bipolaire, c'est-à-dire une diode à jonction ou un transistor. tes sorties isolées par jonctions PN 15 (figure 1) peuvent également être prévues. Les figures 3 à 6 montrent une séquence de fabrication du dispositif conforme aux figures 1 et 2. Une tranche de silicium 21 (figure 3), réalisée par exemple en matériau de type P, reçoit une couche de vernis photosensible 22 puis fait l'objet d'une implantation en ions dopants N, par exemple en phospore, afin de déterminer les secteurs 23 où doivent être exécutés les éléments de bolomètre, De préférence, cette implantation s'effectue sous énergie réduite pour lbiter la profondeur de pénétration - et avec une dose complete, en général 1015 cl 3, pour disposer d'un coefficient de température de sensibilité élevé.Après implantation, la couche de vernis photosensible 22 est éliminée et la tranche 21 subit un recuit. tes deux faces de la tranche sont alors enduites d'une couche 24 (figure 4) de nitrure ou d'oxyde de silicium selon une profondeur de 300 à 600 A. Des fenêtres 25 (figure 5) sont ouvertes dans la couche 24 au dos de la tranche, à l'opposé de chaque secteur de bolomètre 23. La tranche est mise en présence d'une solution sélective d'attaque chimique composée par exemple d'hydroxyde de potassium et d'isopropanol ou de diéthylèneanline et de pyrocatéchol, et une tension de polarisation est appliquée entre le secteur 23 et les solutiens d'attaque. La tranche est attaquée par sa face arrière de sorte que seul l'élément 23 qui est isolé par la jonction P-N polarisée en inverse subsiste du matériau de base. En dernier lieu, des contacts (non représentés) peuvent sistre appliqués aux extrémités de chaque élément de bolomètre et la structure peut Etre revêtue d'un absorbeur optique comme du noir d'or. Une technique similaire peut être employée pour attaquer une tranche de type N à partir d'un dispositif de type P. La polarité est la même et la jonction PN est donc polarisée en sens direct. Toutefois, dans la mesure où la tension de polarisation nécessaire n'est que de 0,65 volts et où une jonction PN de silicium polarisée en sens direct n'assure pas une conduction importante au-dessous de 0,8 volts, on peut obtenir une attaque satisfaisante. Il est à noter que lorsque l'élément de bolomètre est une diode ou un transistor, il peut être placé dans un puits approprié de type P ou N pour permettre l'exécution de l'opération d'attaque. I1 est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qu a titre d'exemple non limitatif et que de nonibreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. RENTENDIATIONS 1. Elément de bolomètre comprenant un dispositif (11) sensible à la température exécuté en matériau semi-conducteur monocristallin placé sur un film support réfractaire isolant (12). 2. Elément de bolomètre conforme à la revendication 1 et comprenant du silicium de type N. 3. Elément de bolomètre conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le film support (12) est placé sur une tranche de substrat de silicium (14). 4. Elément de bolomètre conforme à la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le film support (12) est réalisé en nitrure de silicium ou en oxyde de silicium. 5. Elément de bolomètre conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur possède une orientation (100). 6. Elément de bolomètre conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif (11) sensible à la température est une résistance. 7. Elément de bolomètre conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif (11) sensible à la température est un transistor bipolaire ou une diode à jonction. 8. Procédé de fabrication d'un élément de bolomètre comprenant un dopage sélectif d'une tranche de semi-conducteur (21) pour former, sur l'une des faces de la tranche, un secteur de conductivité opposée à celle de la tranche, une enduction de ladite face avec une couche (24) de matériau réfractaire et une attaque chimique sélective de la tranche (21) à partir de son autre face pour éliminer le matériau du substrat dudit secteur dopé. 9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ledit secteur dopé est soumis à une polarisation électrique inverse pendant ladite attaque. 10. Elément de bolomètre réalisé selon le procédé indiqué dans les revendications 8 ou 9. 11. Réseau pour images infrarouges intégrant plusieurs éléments de bolomètre conformes à l'une des revendications 1 à 7 ou à la revendication 10.