Brevet FR3089291A1 — publié le 20200605

Description Titre de l'invention : Structure de détection de rayonnement électro- magnétique à absorption optimisée et procédé de formation d'une telle structure Domaine technique 100011 L'invention concerne les structures de détection de rayonnement électromagnétique notamment dans le domaine des infrarouges. 100021 L'invention a ainsi plus précisément pour objet une structure de détection de rayonnement électromagnétique et un procédé de fabrication d'une telle structure. 100031 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 rayonnement électromagnétique de type bolomètre. 100041 Une telle structure comporte : - un élément absorbant con figuré pour absorber le rayonnement électroma- gnétique, 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. [0005] Afin d'autoriser une réduction de la taille de ces structures, il a été récemment proposé l'utilisation de transistors MOS-NET en tant que transducteur. [0006] Conformément au document W02018055276 Al. le transistor d'une structure selon une telle possibilité comprend : - au moins une première et au moins une deuxième zone d'un premier type de conductivité, au moins une troisième zone séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone, la troisième zone étant d'un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité avec une concentration en porteurs majoritaires inférieure à celle des première et deuxième zone, au moins une première électrode de grille agencée pour polariser la troisième zone. [0007] Au moins une métallisation d'un tel transistor, notamment l'électrode de grille, forme l'élément absorbant de la structure de détection. [0008] Dans cette configuration, conformément à la figure 1B du document W02018055276 Al, les première. troisième et quatrième zones se succèdent le long du plan d'absorption afin de former respectivement le drain, le canal et la source du 2 transistor CMOS. [0009] Si une structure de détection selon cette possibilité décrite dans le document W02018055276 Al permet de fournir une bonne absorption du rayonnement électromagnétique à détecter, ceci notamment par une optimisation de l'élément absorbant, cette absorption n'est toujours pas optimale. [0010] En effet, si, conformément à son enseignement, il est possible de fournir un élément absorbant présentant une impédance proche de celle du vide, c'est-à-dire de l'ordre de 376,9 Q, l'impédance totale de la structure, qui est celle perçue par l'onde électromagnétique à absorber, est en réalité inférieure et ne permet donc pas d'obtenir une absorption optimale. Cette impédance fait en effet intervenir, en plus de l'élément absorbant, l'ensemble des éléments du transistor dont notamment les première et deuxième zones qui sont fortement dopées pour permettre un bon contact électrique et présente une siliciuration, non figurée dans ce document W02018055276 Al, au niveau desdites zones peuvent diminuer drastiquement l'impédance. De ce fait la résistance équivalente perçue par le rayonnement électromagnétique est généralement comprise entre 1 et 100 Q/E, ce qui est relativement éloigné des 376,9 Q/E qui seraient nécessaire pour optimiser l'absorption du rayonnement électromagnétique par l'élément absorbant. Exposé de l'invention [0011] L'invention vise à remédier à cet inconvénient et a ainsi pour but de fournir une structure de détection comportant un transistor MOS-FET en tant que transducteur et qui est susceptible de présenter un taux d'absorption supérieur à une structure de l'art antérieur. [0012] L'invention concerne à cet effet une structure de détection de type bolomètre pour la détection d'un rayonnement électromagnétique, la structure de détection comportant : - au moins un élément absorbant configure pour absorber le rayonnement électromagnétique et s'étendant sensiblement selon un plan d'absorption, - un transistor 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 par ce dernier, le transistor comportant : o au moins une première et au moins une deuxième zone d'un premier type de conductivité, o au moins une troisième zone séparant l'une de l'autre la première et la deuxième zone, la troisième zone étant d'un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité avec une concentration en porteurs majoritaires inférieure à celle des première et deuxième zone, o une électrode de grille. 3 [0013] La première zone, la troisième zone et la deuxième zone sont formées par respec- tivement par une première, une troisième et une deuxième couche qui s'étendent selon le plan d'absorption parallèlement les unes aux autres et qui se succèdent selon une direction perpendiculaire audit plan d'absorption, chacune desdites première, deuxième et troisième zones présentant, selon l'épaisseur de la couche correspondante, au moins une paroi latérale. [0014] On notera que dans une configuration classique de l'invention la troisième zone présente une concentration en porteurs majoritaires significativement inférieure à celles des première et deuxième zones, c'est-à-dire inférieure à 10 fois celles des première et deuxième zones, voire 50 fois ou encore 100 fois celles desdites première et deuxième zones. [0015] L'électrode de grille recouvre la troisième zone le long d'au moins une paroi latérale de ladite troisième zone. [0016] Les inventeurs ont constaté que dans une structure telle que celle décrite dans le document W02018055276 Al, les zones dopées, que sont les première et deuxième zones, ont un rôle prépondérant dans la baisse de l'impédance équivalente perçue par le rayonnement. Or, la configuration de l'invention permet un bon contrôle des dimensions de ces dernières, puisqu'elles sont fournies sous forme de couches. Ainsi, l'invention autorise, par la possibilité d'épaisseur réduite des première et deuxième zones à laquelle elle donne accès, de fournir des première et deuxième zone présentant un volume fortement réduit vis-vis des structures de l'art antérieur et donc avec une influence réduite de ces dernières sur l'impédance équivalente perçue par l'onde électromagnétique à absorber. [0017] De plus, une telle configuration selon l'invention permet d'optimiser le rapport signal sur bruit de la structure. En effet, les travaux de L. Gitelman et de ses coauteurs publiés en 2009 dans la revue scientifique « IEEE transaction on electron devices » volume 56 numéro 9 pages 1935-1942, ont montré que la puissance équivalente du bruit, noté NEP dans le cadre de ces travaux, représentant l'inverse du signal sur bruit d'un tel transistor, varie inversement avec le courant drain-source et la puissance d'absorption. [0018] Or, si une telle structure autorise une optimisation de la puissance d'absorption, ceci par la configuration des première et deuxième zones, elle autorise également une optimisation du courant drain-source qui est directement dépendant de la géométrie du transistor. En effet, le courant drain-source est proportionnel au rapport W/L avec W la largeur du canal et L la longueur du canal. Or dans la configuration de l'invention dans laquelle chacune des zones est formée par une couche respective, la longueur du canal L est égale à l'épaisseur de la troisième zone. Ainsi, par une géométrie adaptée du transistor, comme par exemple des première, deuxième et troisième zones en forme annulaire, qui permet d'optimiser la largeur du canal W. il est possible d'optimiser le courant drain-source en bénéficiant d'une longueur L minimale du canal offerte par la configuration de l'invention. [0019] De cette manière, il est possible d'obtenir avec une structure selon l'invention une optimisation à la fois de l'absorption du rayonnement électromagnétique, ceci par une optimisation de l'impédance équivalente de l'élément absorbant qu'elle autorise, et du courant drain-source, de par l'optimisation de la longueur L du canal qu'elle autorise, vis-à-vis d'une structure de l'art antérieur comportant un transistor MOS-FET en tant que transducteur. [0020] La troisième zone peut présenter au moins deux parois latérales, l'électrode de grille recouvrant la troisième zone le long d'au moins deux parois latérales de ladite troisième zone qui sont opposées l'une à l'autre. [0021] De cette manière, le canal est formé au niveau de chacune des parois latérales. Ainsi, la largeur du canal W est multipliée par deux, puisque présent sur chacune des parois latérales, et le rapport W/L est lui-même multiplié par deux. Le courant drain-source en est donc optimisé. [0022] L'élément absorbant peut comprendre une portion d'absorption s'étendant au-delà d'un empilement formé par les première, troisième et deuxième zones. [0023] L'empilement formé par les première, troisième et deuxième zones peut entourer au moins en partie une zone du plan d'absorption, la portion d'absorption s'étendant au moins en partie sur ladite zone du plan d'absorption. [0024] De cette manière au niveau de ladite zone du plan d'absorption, l'empilement formé par les première, troisième et deuxième zones a peu, voire pas, d'influence sur l'impédance équivalente de l'élément absorbant perçu par le rayonnement électromagnétique à absorber. Ainsi, il est ainsi aisé de fournir une telle portion d'absorption avec une impédance équivalente proche de celle du vide. [0025] L'électrode grille peut comprendre l'élément absorbant. [0026] L'étrode de grille peut comprendre au moins une couche réalisée dans un métal « milieu de gap » pour au moins la troisième zone. [0027] Un tel métal « milieu de gap » permet de réduire la tension de polarisation de la grille et donc la chaleur dégagée par le transistor en fonctionnement. Cette chaleur résiduelle du transistor étant réduite, elle influence peu la mesure de l'élévation de température provoquée par l'absorption du rayonnement par l'élément absorbant. Il en résulte une optimisation de la sensibilité de la structure selon l'invention. [0028] La couche réalisée dans un métal « milieu de gap » peut être supporté par une couche diélectrique, le métal de la couche en métal « milieu de gap et les épaisseurs de ladite couche et de la couche diélectrique la supportant étant choisies de manière à respecter les inégalités suivantes : [0029] [Math .1] 1500