Brevet FR3056292A1 — publié le 20180323

STRUCTURE DE DÉTECTION DE RAYONNEMENTS ÉLECTROMAGNÉTIQUES DE TYPE BOLOMÈTRE ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE TELLE STRUCTURE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de l'optoélectronique et de la détection de rayonnement électromagnétique. L'invention a ainsi plus précisément pour objet une structure de détection de rayonnements électromagnétiques de type bolomètre et un procédé de fabrication d'une telle structure. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin de détecter les rayonnements électromagnétiques, notamment dans la gamme de longueurs d'onde de l'infrarouge, il est connu d'utiliser des structures de détection de rayonnements électromagnétiques de type bolomètre. Une telle structure comporte : un élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique, généralement fourni sous la forme d'une membrane suspendue, un transducteur présentant une caractéristique qui varie avec la température, le transducteur étant associé à l'élément absorbant afin de permettre une détection de l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique. Classiquement, le transducteur est fourni par une couche présentant des propriétés de thermistance, telle qu'une couche d'un oxyde métallique sélectionné dans le groupe comportant les oxydes de vanadium VOx, les oxydes de nickel NiOx, les oxydes de titane TiOx, ou une couche de silicium amorphe aSi. Néanmoins, avec un tel transducteur et avec une telle configuration, de telles structures ne peuvent être intégrées sous forme de matrice dans un composant présentant un pas de réseau inférieur à 10 um. En effet, afin de préserver une sensibilité 3056292 2 acceptable, la surface de l'élément absorbant doit être suffisante en raison de la sensibilité limitée des couches d'oxyde métallique utilisées en tant que transducteur, le coefficient de température ne dépassant pas les 2 à 2,5 %.1 REVENDICATIONS1. Structure de détection (10) de type bolomètre pour la détection d'un rayonnement électromagnétique, la structure de détection (10) comportant : au moins un premier élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique, - un transistor (100) du type MOS-FET associé avec le premier élément absorbant pour détecter l'élévation de température dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique, le transistor comportant : o au moins une première et au moins une deuxième zone (111, 112) d'un premier type de conductivité, o au moins une troisième zone (113) séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone (111, 112), la troisième zone (113) étant d'un type de conductivité sélectionné dans un groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone (113) est sensiblement vide de porteurs, o au moins une première grille (120) agencée pour polariser la troisième zone (113), la structure de détection (10) étant caractérisée en ce que la première grille (120) comporte au moins une première portion métallique formant le premier élément absorbant, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 15012 2. Structure de détection (10) selon la revendication 1 dans laquelle la première portion métallique de la première grille est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de molybdène pour une troisième zone (113) réalisée 3056292 33 en silicium, la première portion métallique étant avantageusement réalisée dans un nitrure de titane pour une troisième zone (113) réalisée en silicium. 3. Structure de détection (10) selon la revendication 2 dans laquelle à 5 la première grille (120) est en court-circuit avec l'une de la première et la deuxième zone (111, 112). 4. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première zone (111) est entourée par la troisième 10 zone (113), la troisième zone (113) étant entourée par la deuxième zone (112). 5. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le transistor (100) comporte en outre : une quatrième et cinquième zone (114, 115), la quatrième zone (114) 15 étant du premier type de conductivité et la cinquième zone (115) étant d'un type de conductivité sélectionné dans le groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs, - une troisième grille agencée pour polariser la cinquième zone (115), 20 dans laquelle la cinquième zone (115) sépare l'une de l'autre la deuxième et la quatrième zone (112, 114), et dans laquelle la troisième grille (140) comporte au moins une deuxième portion métallique formant un deuxième élément absorbant, ladite deuxième portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 15012 6. Structure de détection (10) selon les revendications 4 et 5, dans laquelle la cinquième zone (115) entoure la deuxième zone (112) et dans laquelle la quatrième zone (114) entoure la cinquième zone (115). 3056292 34 7. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la troisième zone (113) est du type de conductivité dans lequel la troisième zone (113) est sensiblement vide de porteurs. 5 8. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle il est prévu une surface de réflexion (330, 331) configurée pour former avec le premier élément absorbant une cavité quart d'onde. 9. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 8 comportant en outre un circuit de lecture (340) configuré pour polariser le transistor (100) et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor (100) une élévation de température de l'élément absorbant, dans laquelle le circuit de lecture (340) et le transistor (100) sont séparés l'un de l'autre par au moins un premier et un deuxième bras d'isolation (310, 320) 15 comportant chacun au moins une piste conductrice (311, 321) pour polariser le transistor (100). 10. Structure de détection (10) selon la revendication 9, dans laquelle chacune des pistes conductrices (311, 321) du premier et deuxième bras d'isolation (310, 20 320) est une piste métallique formant un troisième élément absorbant et présente une P épaisseur Ep respectant les inégalités suivantes : 15012 11. Structure de détection (10) selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 10, dans laquelle le transistor comporte en outre une deuxième grille (130) sur une face du transistor qui est opposée à la première grille (120), et dans laquelle la deuxième grille (130) comporte au moins une portion métallique un quatrième élément absorbant. 3056292 12. Procédé de fabrication d'une structure de détection (10) comportant les étapes suivantes : - fourniture d'au moins une première, deuxième et troisième zone (111, 112, 113), la première et deuxième zone(111, 112) étant d'un premier type de 5 conductivité, la troisième zone (113) séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone (111, 112) et la troisième zone (113) étant d'un type de conductivité sélectionné dans un groupe comportant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et un type de conductivité dans lequel la troisième zone est sensiblement vide de porteurs, 10 - formation d'une première grille (120) agencée pour polariser la troisième zone (113) de manière à former un transistor (100) du type MOS-FET, la première grille (100) comportant au moins une première portion métallique formant un élément absorbant configuré pour absorber le rayonnement électromagnétique, de cette manière le transistor (100) est associé à l'élément absorbant pour détecter l'élévation de température 15 dudit élément absorbant lors de l'absorption du rayonnement électromagnétique, ladite première portion métallique présentant une épaisseur Ep respectant les inégalités P suivantes : 15012 13. Procédé de fabrication selon la revendication 12 dans lequel lors de l'étape de formation de la première grille (120), la première portion métallique de la première grille (120) est réalisée dans un métal du type « milieu-de-gap » pour la troisième zone, la première portion métallique étant préférentiellement dans un métal choisie dans le groupe comportant les nitrures de titane, les nitrures de tantale et les siliciures de 25 molybdène pour une troisième zone (113) réalisée en silicium, la première portion métallique étant avantageusement réalisée dans un nitrure de titane pour une troisième zone (113) réalisée en silicium. 14. Procédé de fabrication selon la revendication 12 ou 13 dans lequel il 30 est en outre prévu des étapes de : 3056292 36 - formation d'un circuit de lecture (340) configuré pour polariser le transistor (100) et pour déterminer, à partir d'un courant de fonctionnement du transistor (100) une élévation de température de l'élément absorbant, - formation d'un premier et d'un deuxième bras d'isolation (310, 320), 5 chacun des premier et deuxième bras d'isolation comportant au moins une piste conductrice (311, 321), association ensemble du transistor (100), des premier et deuxième bras d'isolation (310, 320) et du circuit de lecture, de tel façon que le circuit de lecture (340) est connecté électriquement au transistor (100) par l'intermédiaire des pistes conductrices 10 (311, 321) respectives des premier et deuxième bras d'isolation (310, 320). 15. Procédé de fabrication selon la revendication 14 dans lequel lors de l'étape de fourniture du circuit de lecture (340), il est prévu une sous-étape de formation d'une surface de réflexion (330, 331), 15 et dans laquelle lors de l'étape d'association ensemble du transistor (100), des premier et deuxième bras d'isolation (310, 320) et du circuit de lecture (340), la surface de réflexion (330, 331) présente une disposition de manière à former avec la portion en nitrure de titane de la première grille (120) une cavité quart d'onde.