WO2023156717A1 - Method for producing an elementary detector for an infrared sensor, associated elementary detector and associated infrared sensor - Google Patents

Method for producing an elementary detector for an infrared sensor, associated elementary detector and associated infrared sensor Download PDF

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WO2023156717A1
WO2023156717A1 PCT/FR2022/052170 FR2022052170W WO2023156717A1 WO 2023156717 A1 WO2023156717 A1 WO 2023156717A1 FR 2022052170 W FR2022052170 W FR 2022052170W WO 2023156717 A1 WO2023156717 A1 WO 2023156717A1
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optical window
level
micro
bolometers
base substrate
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PCT/FR2022/052170
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Willy LUDURCZAK
Sylvain LEMETTRE
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Lynred
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    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices

Definitions

  • the invention relates to the field of infrared detection, and in particular detection using micro-bolometers.
  • the invention relates to a method for producing at least one elementary detector of an infrared sensor.
  • the invention also relates to the elementary detector and the associated infrared sensor.
  • the invention aims to improve the precision of measurement of the elementary detectors by using, for each elementary detector, at least two micro-bolometers associated with separate filters of an optical window which is associated with it, so as to obtain a more precise and/or more information-rich infrared image of the observed scene.
  • An elementary detector of an infrared sensor is conventionally in the form of a micro-bolometer mounted in suspension on a substrate, and encapsulated under vacuum in a box or an airtight volume.
  • the hermetic box generally consists of an optical window and side walls fixed between the substrate and the optical window.
  • the uncoated optical window exhibits a transmittance that is wider than the wavelength range of interest.
  • An elementary detector consisting of a micro-bolometer and an optical window is for example designed to have maximum sensitivity in the 8-14 micrometer spectral band, while being insensitive to flux outside this spectral band.
  • this optical window is treated or structured with respect to the micro-bolometer(s).
  • this optical window is intended to attenuate wavelengths between 2 and 8 micrometers, and to form an antireflection filter for wavelengths of interest between 8 and 14 micrometers.
  • the performance of the elementary detector is also linked to the level of vacuum prevailing within the hermetic casing.
  • the level of vacuum in the hermetic case must typically be less than 10 ⁇ 3 mbar.
  • a getter material is conventionally integrated within the hermetic case.
  • document FR 2 985 576 proposes to produce, as illustrated in FIGS. 1 and 2, an elementary detector 100 with an optical window 130, the outer face 17 of which is covered with a multilayer interference filter 20, and whose inner face 16 is provided with a periodic diffraction grating 210.
  • the interference multilayer filter 20 can be designed to attenuate the overall optical transmission of the optical window 130 over a first range of wavelengths between 2 and 8 micrometers, for example over the range of wavelengths between 2 and 5 micrometers. Unlike the filters which are made to filter the wavelengths over the entire range of wavelengths between 2 and 8 micrometers, the reduced extent of this range makes it possible in particular to provide an interference filter having a limited number of layers, and as a corollary, a limited number and size of defects compared to an interference filter designed to attenuate the transmission of the optical window 130 over the complete range of 2 to 8 micrometers.
  • the periodic diffraction grating 210 can be designed to attenuate the overall optical transmission of the optical window 130 over a second range of wavelengths between 2 and 8 micrometers, for example over the range of wavelengths comprised between 5 and 8 micrometers.
  • the optical window 130 After having formed the optical window 130, it is conventionally transferred to the side walls 140 of a base substrate 12 on which one or more micro-bolometers 11 are mounted in suspension, so as to form one or more elementary detectors. During this transfer, the optical window 130 is fixed to the side walls 140 by means of a hermetic weld implementing a gold-tin weld bead 29 heated to a temperature between 280 and 350°C. The sealing heat treatment also activates the getter material.
  • the optical window 130 is conventionally common and identical for all the micro-bolometers 11 juxtaposed on the base substrate 12, as illustrated in FIG. 2 of the state of the art.
  • the micro-bolometers 11 are identical and are surmounted by an optical window 130 with identical filtering properties so that the micro-bolometers 11 form structurally identical elementary detectors 100, making it possible to capture several distinct scene points of a infrared image.
  • the upper wall of the hermetic box is produced by at least two distinct layers: an upper encapsulation layer 161 and a sealing layer 172.
  • the upper encapsulation layer 161 is made monolithically on the substrate, that is to say using two sacrificial layers: a first sacrificial layer to form the micro-bolometers 11, and a second sacrificial layer deposited on the micro - bolometers 11 to produce the upper encapsulation layer 161 and the supporting structure 150 of the upper encapsulation layer 161.
  • Monolithic manufacturing poses the problem of the elimination of the sacrificial layers when the upper encapsulation layer 161 is formed on the micro-bolometers 11.
  • the solution described proposes making vents 170-171 within the upper encapsulation layer 161 or in the support structure 150 to allow the evacuation of the sacrificial layers.
  • another problem also arises in connection with the getter material which risks being damaged by the elimination of the sacrificial layers.
  • vents 170-171 in the upper encapsulation layer 161 proposes making vents 170-171 in the upper encapsulation layer 161 and covering these vents 170-171, after the removal of the sacrificial layers, with a sealing layer 172 onto which the getter material 173 is attached, using transfer attachment technology.
  • Vents 170 are conventionally formed substantially at the center of each micro-bolometer 11.
  • a side vent 171 is formed on the side of the hermetic case.
  • the getter material 173 attached to the sealing layer 172 finds itself positioned in this side vent 171 during the transfer of the sealing layer 172 onto the upper encapsulation layer 161.
  • the getter material 173 is preserved from the step of elimination of the sacrificial layers, since it is introduced into the hermetic case only after this step of elimination of the sacrificial layers.
  • a direct bonding technique is used.
  • the direct bonding can be of the SAB type, for “Surface Activated Bonding” in the Anglo-Saxon literature or sealing by surface activation, or ADB, for “Atomic Diffusion Bonding” in the Anglo-Saxon literature or sealing by atomic diffusion.
  • Direct bonding of the SAB type makes it possible to fix two surfaces previously activated under vacuum by a plasma.
  • the activation of the two surfaces can be carried out at room temperature, in the absence of any interlayer bonding material of the resin or polymer type.
  • This bonding technique is described in particular in the publication by Takagi et al. “Surface activated bonding of silicon wafers at room temperature”, Appl. Phys. Lett. 68, 2222 (1996).
  • Direct bonding of the ADB type makes it possible to fix two metal layers. It is described in particular in the publication by Shimatsu and Uomoto “Atomic diffusion bonding of wafers with thin nanocrystalline metal films”, J. Vac. Science. Technology. B 28, 706 (2010).
  • document EP 3,828,521 also proposes using a particularly wide supporting structure and resting on a sacrificial layer during direct bonding.
  • the sacrificial layers are removed around the micro-bolometers, but these sacrificial layers are retained in the supporting structure.
  • this support structure When the direct bonding is carried out, this support structure must be opened in order to then proceed to the removal of the sacrificial layers integrated into the support structure.
  • the major problem of document EP 3,828,521 lies in the use of both a monolithic manufacturing technology and a transfer manufacturing technology to form the optical window arranged on the micro-bolometers 11.
  • the The optical window formed on the micro-bolometers 11 consists of the upper encapsulation layer 161, produced by the monolithic fabrication technology, and the sealing layer 172, produced by the transfer fabrication technology.
  • the monolithic manufacturing technology makes it possible to limit the costs but leads to the integration of many impurities which degrade the transmittance of the optical window, unlike the transfer manufacturing technology which is conventionally used to limit these impurities. but incurs higher costs.
  • document EP 3,828,521 combines the two disadvantages of these technologies without having the advantages because such a combination imposes a high production cost and the formation of at least part of the optical window by manufacturing. monolithic limits the transmittance of the optical window.
  • the invention relates more particularly to the production of at least one elementary detector of an infrared sensor in which each elementary detector comprises at least two micro-bolometers associated with distinct filters of a single optical window fixed on a base substrate carrying the micro-bolometers using the transfer fixing technique, the filters being precisely positioned with respect to the micro-bolometers and fixed sufficiently close to the micro-bolometers to limit parasitic radiation.
  • the invention proposes to respond to this technical problem by using an optical window formed to define two distinct depth levels: a connection level, corresponding to the parts of the optical window with the greatest thickness, intended to carry out the fixing of the window optical with the base substrate by direct bonding of the SAB type, and a cavity level, corresponding to the parts of the optical window with the smallest thickness, making it possible to form at least part of the volume of the hermetic box for encapsulating the micro- bolometers.
  • optical window can be obtained by etching the optical window to form the cavity level.
  • bond level not being etched, it is naturally flat and conducive to direct bonding of the SAB type.
  • the filters made in the cavity level correspond to specific periodic diffraction gratings structured at the cavity level of the optical window, these gratings having attenuation characteristics of distinct wavelength ranges.
  • the filters can be made on a flat substrate, and extra thicknesses can be formed after the filters have been made to form the bonding level.
  • This embodiment makes it easier to produce the filters in the cavity level, and it is therefore possible to use multilayer interference filters or any other known filter.
  • micro-bolometers are formed on a base substrate.
  • the specific filters of the cavity level are aligned with the micro-bolometers so that the elementary detector comprises several micro-bolometers associated with distinct filters, each micro-bolometer thus capturing a specific range of wavelengths.
  • the combination of these different wavelength ranges makes it possible to build a more precise infrared image and/or richer in information.
  • the invention relates to a method for producing at least one elementary detector of infrared radiation, each elementary detector comprising at least two micro-bolometers each associated with a distinct filter of a window single lens, the method comprising the following steps: deposition and structuring of a sacrificial layer on a base substrate; formation of anchor nails and load-bearing structures in the thickness of the sacrificial layer; production of a membrane for each of the micro-bolometers on the anchoring nails and support zones on the load-bearing structures; elimination of the sacrificial layer to suspend the membranes of the micro-bolometers on the anchoring nails; formation on at least part of an internal face of the optical window of two distinct depth levels: a connection level corresponding to the parts of the optical window with the greatest thickness and a cavity level corresponding to the parts of the optical window with the smallest thickness; production of a set of specific filters with distinct filtration properties in terms of wavelengths in the cavity level; production of a filter on an
  • the invention resides in the combination of a filter, for example an interference multilayer filter or a periodic diffraction grating, formed on the external face of the optical window, the filtering properties of which are common to all the micro-bolometers, and a set of specific filters, the filtering properties of which are distinct for at least two micro-bolometers forming an elementary detector.
  • a filter for example an interference multilayer filter or a periodic diffraction grating
  • the "internal" face of the optical window corresponds to the face intended to face the base substrate, while the “external” face of the optical window corresponds to the face of the optical window furthest from the base substrate.
  • the internal face of the optical window comprises two distinct depth levels, a connection level and a cavity level.
  • the distance separating the cavity level of the optical window and the membranes of the micro-bolometers can be less than 10 micrometers.
  • the filters specific to the internal face are made in the cavity level.
  • Specific filters can match all known filters.
  • the filters correspond to periodic diffraction gratings.
  • the topology of the cavity level it can be technologically complex to structure a periodic diffraction grating in the cavity level to attenuate certain infrared wavelengths, in particular beyond 14 micrometers.
  • At least two periodic diffraction gratings of the internal face of the optical window also exhibit distinct infrared radiation filtration ranges.
  • the micro-bolometers present under or plumb with these periodic diffraction gratings are sensitive to distinct wavelength ranges.
  • Direct bonding of the SAB type makes it possible to guarantee the precision of alignment of the specific filters with the micro-bolometers and the structuring of the cavity level makes it possible to obtain a small distance between the specific filters of the internal face and the base substrate, typically a distance of less than 10 micrometers.
  • this manufacturing method makes it possible to produce, by using the transfer fixing technique, an elementary detector comprising at least two micro-bolometers associated with separate filters, the filters being precisely positioned with respect to said micro-bolometers and fixed in such a way close enough to them to limit crosstalk.
  • the optical window By structuring the optical window to define the cavity level, the optical window has a topology which makes it possible to form at least part of the hermetic casing.
  • the cavity level by etching the cavity level to a sufficient depth, for example close to 5 micrometers, it is possible to form all of the side walls of the hermetic box in the optical window and to fix the latter directly on the support zones provided on the base substrate, on either side of the micro-bolometers.
  • the support zones are raised relative to the base substrate. To do this, it is advantageous to produce these support zones in the same plane as that in which the membranes of the micro-bolometers are inscribed, by implementing only a single sacrificial layer.
  • the method of the invention comprises a step of producing a support structure in the thickness of said sacrificial layer, the support zones being produced on the support structure.
  • the load-bearing structure of the support zones can be produced with the same manufacturing steps as the anchoring nails, and the support zones can be produced concomitantly with the membrane manufacturing steps, for example the steps for depositing the base layers. of silicon conducive to direct bonding of the SAB type.
  • the optical window is produced in a solid cover substrate of silicon or germanium, and the support zones are also produced based on silicon or germanium, for example amorphous silicon.
  • the getter material can be made of zirconium, titanium, vanadium, hafnium, niobium, tantalum, cobalt, yttrium, barium, iron, palladium, platinum or an alloy of these materials.
  • chromium (Cr), aluminum (Al), nickel (Ni) and rare earths, such as cerium (Ce), cesium (Cs), scandium (Sc) or lanthanum ( La) can be added to these metals to improve getter characteristics, such as grain size.
  • This getter material can be deposited in the cavity level of the optical window, after the production of the specific filters.
  • the getter material is deposited in the cavity level of the optical window outside the zones for producing the specific filters.
  • the getter material is deposited in a trench at the cavity level of the optical window, said trench being formed outside the zones for producing the specific filters.
  • the thermal activation of the getter material desorbs gases, mainly consisting of hydrogen, nitrogen, carbon oxides, argon and compounds of carbon and hydrogen, such as methane.
  • the desorption of these gases comes from all the internal walls of the hermetic box and from the elements present in this hermetic box, such as the micro-bolometers.
  • the ratio of the surface of the walls to the volume of the hermetic box being increasing with the reduction in volume, the partial pressure of the gases desorbed in the hermetic box is also increasing.
  • getter materials having a more effective absorption capacity than the commonly used getter materials.
  • Another technique consists in limiting the desorption of gas inside the hermetic box after sealing by activating the getter material before transferring the optical window to the base substrate.
  • the gas desorption is mainly due to the processes of metal sealing and activation of the getter material.
  • the getter material in the vacuum chamber used to carry out the SAB-type direct bonding because this chamber has a volume that is necessarily greater than the volume of the hermetic box.
  • the partial pressure of the gases desorbed in the enclosure is limited by the volume of the enclosure.
  • the getter material To obtain effective activation of the getter material, it is however necessary for the getter material to remain under sufficiently restrictive pressure conditions so that it does not absorb too large a quantity of gas before being positioned in the hermetic box.
  • the SAB type direct bonding being carried out at a vacuum level, typically of the order of 10' 8 mbar, much lower than the level expected in the hermetic box, typically 10' 3 mbar, it is possible to maintain the pressure conditions direct bonding of the SAB type to carry out the activation of the getter material before the fixing of the optical window on the base substrate.
  • the getter material prior to the transfer of the bonding level of the optical window onto the support zones of the base substrate, the getter material is thermally activated under a pressure compatible with the pressure conditions of direct bonding of the SAB type, said pressure being maintained during the transfer and direct bonding steps of the optical window on the support areas.
  • the getter material can be activated under a pressure of between 10'9 and 10'7 mbar.
  • This embodiment thus makes it possible to guarantee a high level of vacuum in a cavity of small volume, allowing the bringing together of the specific filters of the micro-bolometers in order to limit parasitic radiation.
  • the invention relates to an elementary detector of infrared radiation comprising: a base substrate on which at least two micro-bolometers are mounted in suspension on anchoring nails, the base substrate also comprising support zones fixed to supporting structures, the membranes of the micro-bolometers and the support zones extending in the same plane; and an optical window comprising:
  • an internal face having two distinct depth levels: a connection level and a cavity level; the cavity level of the internal face comprising at least two specific filters with distinct filtering properties for the wavelengths of infrared radiation;
  • the invention relates to an infrared sensor comprising: a base substrate integrating a read circuit; a set of elementary detectors according to the second aspect of the invention, connected to the read circuit, and arranged in matrix form on the base substrate.
  • FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a hermetic box, integrating an elementary detector, produced by a manufacturing technique by transfer according to the state of the art
  • FIG. 2 illustrates a sectional view of a hermetic box, integrating three elementary detectors, produced by a transfer manufacturing technique according to the state of the art
  • FIG. 3 illustrates a sectional view of a hermetic box, integrating two elementary detectors, produced by a monolithic manufacturing technique and by transfer according to the state of the art;
  • FIG. 4 illustrates a sectional view of an elementary detector according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 5 illustrates a sectional view of an elementary detector according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 6 illustrates a sectional view of an elementary detector according to a third embodiment of the invention.
  • FIGS. 7a-7d illustrate in sectional view the steps for producing the optical window of two elementary detectors according to the embodiment of FIG. 5;
  • FIGS 8a-8e illustrate in sectional view the steps for producing the base substrate of two elementary detectors according to the embodiment of Figure 5;
  • Figures 9a-9c illustrate the steps for associating the base substrate and the optical window of two elementary detectors according to the embodiment of Figure 5;
  • FIG. 10 illustrates the evolution of the transmittance as a function of the wavelength of the filter arranged on the external face of the optical window according to one embodiment of the invention
  • FIG. 11 illustrates the evolution of the transmittance as a function of the wavelength of a first periodic diffraction grating arranged on the internal face of the optical window according to one embodiment of the invention
  • FIG. 12 illustrates the evolution of the transmittance as a function of the wavelength of a second periodic diffraction grating arranged on the internal face of the optical window according to one embodiment of the invention
  • FIG. 13 illustrates the evolution of the overall transmittance of the optical window with respect to the first periodic diffraction grating according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 14 illustrates the evolution of the overall transmittance of the optical window with respect to the second periodic diffraction grating according to one embodiment of the invention.
  • Figures 4, 5 and 6 illustrate three different embodiments of an elementary detector 10a-10c of infrared radiation.
  • the elementary detector 10a-10c comprises three identical micro-bolometers 11. These micro-bolometers 11 are intended to pick up distinct wavelengths in order to form an elementary detector 10a-10c with greater precision and/or a greater quantity of information than elementary detectors incorporating a single micro-bolometer.
  • distinct filters 21a-21c are associated with the three micro-bolometers 11 of the elementary detector 10a-10c.
  • FIGS. 4 to 6 illustrate three micro-bolometers 11 associated with distinct filters 21a-21c, within the meaning of the invention, the elementary detector 10a-10c can comprise only two micro-bolometers 11 associated with two distinct filters.
  • each elementary detector 10a-10c can be formed by an array of two micro-bolometers 11 arranged in a row and two micro-bolometers 11 arranged in a column so as to use four micro-bolometers 11, at least two of which make it possible to capture distinct wavelengths.
  • an optical window 13 attached above the micro-bolometers 11 has two separate filters: a filter made on the outer face 17 of the optical window 13; and filters 21a-21c formed on the internal face 16 of the optical window 13 and presenting distinct filtration ranges.
  • this can be structured with a periodic diffraction grating 20a, as illustrated in FIGS. 4 and 6, or with an interference multilayer filter 20b, as illustrated in FIG. 5 .
  • the periodic diffraction grating 20a or the interference multilayer filter 20b are common to all the micro-bolometers 11 present under the optical window 13.
  • the filters 21a-21c of the internal face 16 it is possible to etch a cavity level NC in the optical window 13 so that the internal face 16 of the optical window 13 has a link level NL and a cavity level NC .
  • the cavity level NC can be used to structure periodic diffraction gratings 21a-21c having distinct filtering ranges.
  • the micro-bolometers 11 of the elementary detector 10a-10c can pick up distinct wavelengths while the micro-bolometers 11 are identical, it is necessary to modify the filtering capacities of these periodic networks of diffraction 21a-21c.
  • the filters 21a-21c of the internal face 16 can correspond to multilayer interference filters or to any other known filter. These filters 21a-21c of the inner face 16 can be made on the flat optical window before depositing extra thicknesses to form the connection level NL.
  • Figures 10 to 14 illustrate infrared wavelength attenuation ranges using the combination of an interference multilayer filter 20b, forming a low pass filter as shown in Figure 10, with two periodic diffraction gratings 21a -21b corresponding to high pass filters with distinct cut-off wavelengths, as shown in Figures 11 and 12.
  • the combination of the periodic diffraction grating 21a with the interference multilayer filter 20b makes it possible to obtain a wavelength transmission range Ail different from the wavelength transmission range A ⁇ 2 resulting from the combination of the periodic diffraction grating 21b and the interference multilayer filter 20b.
  • the micro-bolometers 11 of the same elementary detector 10a-10c make it possible to capture distinct wavelength ranges such as the Ail and A12 wavelength ranges. It follows that it is possible to create an infrared image by using a network of elementary detectors 10a-10c arranged in a line and in a column to form the pixels of an infrared image with a precision and/or a quantity of information important.
  • the transfer manufacturing technology is implemented by transferring the internal face 16 of the optical window 13 onto a base substrate 12 on which the micro-bolometers 11 are formed.
  • a base substrate 12 integrating a read circuit is used.
  • a sacrificial layer 15 can first be deposited on the base substrate 12, as illustrated in FIG. 8a. Openings are then made in this sacrificial layer 15 to define the position of the anchoring studs 23 of the micro-bolometers 11.
  • the support structure 24 is for example in the form of a set of concentric cords arranged around the anchoring nails 23 of the micro-bolometers 11. Indeed, the cords surround all the micro-bolometers 11 of the elementary detector 10a-10c so as to form part of the encapsulation cavity of the micro-bolometers 11, in cooperation with the upper face of the base substrate 12 and the optical window 13. To guarantee the mechanical support of the support zones 25, several cords are used to surround the micro-bolometers 11 and form the supporting structure 24.
  • the support zones 25 directly on the base substrate 12 by using a sufficiently thick optical window 13 and a sufficiently deep NC cavity level, typically with a depth of the order of 5 micrometers.
  • a sufficiently thick optical window 13 and a sufficiently deep NC cavity level typically with a depth of the order of 5 micrometers.
  • the depth of the NC cavity level relative to the NL connection level is substantially equal to the height of the anchoring nails 23, so that it is not possible to fix the level of connection NL directly on the base substrate 12 and that it is necessary to raise the support zones 25.
  • a support layer and electrodes can be deposited on these anchoring studs 23 and on the supporting structure 24, as illustrated in Figure 8b.
  • the support layer can, for example, be made of amorphous silicon while the electrodes can be made of titanium nitride and are deposited to form electrical contact with the anchoring studs 23.
  • FIG. 8c illustrates the deposition of a thermometric material between the electrodes, for example made of vanadium oxide, as well as the encapsulation of the electrical material and of the electrodes.
  • FIG. 8d illustrates the step of structuring the support arms of the membrane of the microbolometers 11.
  • the sacrificial layer 15 is removed, thus leaving the support zones 25 ready to receive the optical window 13 and suspending the micro-bolometers 11 on the anchoring nails 23, as illustrated in FIG. 8e.
  • the support zones 25 are not structured by creating patterns as in the support arms so that the sacrificial layer 15 remains present between the cords concentric of the support structure 24.
  • the support zones 25 can undergo a planarization step to optimize direct bonding of the SAB type before completing the preparation of the base substrate 12.
  • the optical window 13 can be produced independently of the steps for preparing the base substrate 12, for example on another production line. This optical window 13 is first of all prepared by depositing the multilayer interference filter 20b or by forming the periodic diffraction grating 20a on the external face 17 of the optical window 13.
  • a first step in the preparation of the optical window 13 consists in forming an interference multilayer filter 20b on the external face 17 according to techniques well known in the field, generally by evaporation.
  • the multilayer interference filter 20b can be made by superimposing low refractive index layers, usually zinc sulphide (ZnS), and high refractive index layers, usually germanium (Ge).
  • the latter is turned over to prepare the internal face 16 intended to be transferred onto the base substrate 12.
  • the internal face 16 can be prepared before the external face 17 without changing the invention.
  • the first step of forming the internal face 16 of the optical window 13 consists in etching at least a part of the internal face 16 to define two distinct levels of depth: the level of connection NL in the parts which are not engraved and the NC cavity level resulting from the etched part of the optical window 13.
  • FIGS. 7 to 9 illustrate the collective production of several elementary detectors 10a-10c, the optical window 13 is therefore etched to obtain several juxtaposed NC cavity levels.
  • a single elementary detector 10a-10c can be formed so that a single NC cavity level can be etched in the internal face 16 of the optical window 13.
  • the step of structuring the different NC cavity level(s) of the optical window 13 can be produced by reactive ion etching, by wet etching or by laser ablation.
  • the formation of the cavity level NC makes it possible to create a half-cavity at the level of the internal face 16 of the optical window 13. This half-cavity will allow, when the optical window 13 is transferred to the base substrate 12, to form part of the encapsulation cavity of the micro-bolometers 11, in cooperation with the upper face of the base substrate 12 and possibly the supporting structure 24.
  • the distinct periodic diffraction gratings 21a-21c can be made in the NC cavity level, as shown in Fig. 7c.
  • the separate filters 21a-21c are designed to attenuate the optical transmission of the optical window 13 differently.
  • the separate filters 21a-21c can have separate geometries, with distinct fill rates or pitches.
  • These separate filters 21a-21c can be produced using photolithographic or etching techniques customary in the state of the art which allow both large-scale production and high reproducibility, so that the size and the diffraction grating defect density are very limited.
  • To form the etching mask in the depth of the NC cavity level it is possible to use a technique of spraying the etching mask, this technique being known by the English expression "spray coating".
  • getter material 19 may also be deposited adjacent to the separate periodic diffraction gratings 21a-21c.
  • the getter material 19 can be made of zirconium, titanium, vanadium, hafnium, niobium, tantalum, cobalt, yttrium, barium, iron, palladium, platinum or an alloy of these materials.
  • chromium (Cr), aluminum (Al), nickel (Ni) and rare earths such as cerium (Ce), cesium (Cs), scandium (Sc) or lanthanum (La ) can be added to these metals to improve getter characteristics, such as grain size.
  • This getter material 19 is used to guarantee the level of vacuum in the cavity formed by the hermetic encapsulation case around the micro-bolometers 11.
  • This getter material 19 can be deposited, for example by evaporation, directly on the level cavity NC or in a trench 18 previously formed in the cavity level NC.
  • a trench 18 can be formed next to the periodic diffraction gratings 21a-21c distinct from the optical window 13.
  • This trench 18 can have the primary function of increasing the volume of the cavity formed around the micro-bolometers 11, thus making it possible to expand the gases inside the cavity and to limit the complexity in order to maintain the desired level of vacuum in the cavity.
  • the getter material 19 can be deposited on all or part of the bottom of this trench 18.
  • the formation of this trench 18 can be analogous to the formation of the periodic diffraction gratings 21a-21c distinct from the optical window 13, that is to say by using photolithographic or usual etching techniques of the state of the technique, and possibly a technique for spraying the etching mask.
  • the trench 18 can be made before or after the separate periodic diffraction gratings 21a-21c of the optical window 13.
  • the getter material 19 is deposited outside the areas of production of the specific periodic diffraction gratings 21a-21c.
  • the optical window 13 can be transferred onto the base substrate 12, as illustrated in FIG. 9a.
  • a direct bonding of the SAB type of the bonding level NL of the optical window 13 on the support zones 25 of the base substrate 12 is implemented to guarantee the alignment and the fixing of the optical window 13 with respect to the substrate. base 12.
  • the optical window 13 can then be cut out to prepare the separation of the various elementary detectors 10a-10c thus formed.
  • the base substrate 12 is also cut after the optical window 13 has been cut to complete the separation of the elementary detectors 10a-10c, as illustrated in FIG. 9c.
  • the invention makes it possible to collectively produce several elementary detectors 10a-10c integrating at least two micro-bolometers 11 making it possible to capture distinct wavelength ranges by means of an optical window 13 fixed by direct bonding of the SAB type on a base substrate 12.
  • This direct bonding makes it possible to guarantee the alignment of the periodic diffraction gratings 21a-21c distinct from the optical window 13.
  • the height of the cavity formed around the micro-bolometers 11 can also be reduced to limit optical crosstalk.
  • the distance separating the cavity level NC of the optical window 13 and the membranes of the micro-bolometers 11 can be less than 10 micrometers.
  • the direct bonding of the SAB type must be carried out under a very high level of vacuum, preferably between 10' 9 and 10' 7 mbar, typically close to 10 8 mbar.
  • a very high level of vacuum preferably between 10' 9 and 10' 7 mbar, typically close to 10 8 mbar.
  • the SAB-type direct bonding is then carried out without adding heat so that the desorption of the molecules is limited in the cavity.
  • the getter material 19 can therefore absorb the weak gases remaining in the cavity to guarantee a high level of vacuum throughout the lifetime of the elementary detector 10a-10c, even with a cavity of very low volume, typically less than 10 mm 3 .
  • the use of a heat input before the SAB-type direct bonding allows a greater degree of freedom than sealing processes involving one or more metal layers. For example, it is possible to heat the base substrate 12 more strongly to obtain the degassing of the layers forming the micro-bolometers 11, since the metal layers used for sealing are no longer present and the supply of heat no longer risks to lead to an interdiffusion of the metallic layers between them and/or with the base substrate 12.
  • the invention therefore makes it possible to obtain an infrared sensor integrating elementary detectors 10a-10c of more precise infrared radiation and/or making it possible to obtain a quantity of information greater than the infrared sensors of the state of the art.

Abstract

The invention relates to a method for producing at least one elementary detector (10a) of infrared radiation, each elementary detector (10a) comprising at least two microbolometers (11) each associated with a separate filter (21a-21c) of an optical window (13), the method comprising the following steps: - producing microbolometers (11) on a base substrate (12); - forming at least part of an inner face (16) of the optical window (13) to define two separate depth levels: a bonding level (NL) and a cavity level (NC); - producing a set of specific filters (21a-21c) with separate filtration properties in terms of wavelengths in the cavity level; - transferring the bonding level of the optical window to support zones (25) of the base substrate; and - direct adhesive bonding, of the SAB type, of the bonding level to the base substrate.

Description

PROCEDE DE REALISATION D’UN DETECTEUR ELEMENTAIRE POUR UN CAPTEUR INFRAROUGE, DETECTEUR ELEMENTAIRE ET CAPTEUR INFRAROUGE ASSOCIES METHOD FOR MAKING AN ELEMENTARY DETECTOR FOR AN INFRARED SENSOR, ELEMENTARY DETECTOR AND ASSOCIATED INFRARED SENSOR
DOMAINE DE L’INVENTION FIELD OF THE INVENTION
L’invention a trait au domaine de la détection infrarouge, et notamment la détection mettant en œuvre des micro-bolomètres. L’invention concerne un procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un capteur infrarouge. L’invention vise également le détecteur élémentaire et le capteur infrarouge associés. The invention relates to the field of infrared detection, and in particular detection using micro-bolometers. The invention relates to a method for producing at least one elementary detector of an infrared sensor. The invention also relates to the elementary detector and the associated infrared sensor.
Plus particulièrement, l’invention vise à améliorer la précision de mesure des détecteurs élémentaires en utilisant, pour chaque détecteur élémentaire, au moins deux micro-bolomètres associés à des filtres distincts d’une fenêtre optique qui lui est associée, de sorte à obtenir une image infrarouge plus précise et/ou plus riche en informations de la scène observée. More particularly, the invention aims to improve the precision of measurement of the elementary detectors by using, for each elementary detector, at least two micro-bolometers associated with separate filters of an optical window which is associated with it, so as to obtain a more precise and/or more information-rich infrared image of the observed scene.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Un détecteur élémentaire d’un capteur infrarouge se présente classiquement sous la forme d’un micro-bolomètre monté en suspension sur un substrat, et encapsulé sous vide dans un boitier ou un volume hermétique. Le boitier hermétique est généralement constitué par une fenêtre optique et des parois latérales fixées entre le substrat et la fenêtre optique. Intrinsèquement, la fenêtre optique non traitée présente une transmittance plus large que la gamme de longueurs d’onde d’intérêt. Un détecteur élémentaire formé d’un micro-bolomètre et d’une fenêtre optique est par exemple conçu pour présenter un maximum de sensibilité sur la bande spectrale 8-14 micromètres, tout en étant peu sensible au flux en dehors de cette bande spectrale. An elementary detector of an infrared sensor is conventionally in the form of a micro-bolometer mounted in suspension on a substrate, and encapsulated under vacuum in a box or an airtight volume. The hermetic box generally consists of an optical window and side walls fixed between the substrate and the optical window. Inherently, the uncoated optical window exhibits a transmittance that is wider than the wavelength range of interest. An elementary detector consisting of a micro-bolometer and an optical window is for example designed to have maximum sensitivity in the 8-14 micrometer spectral band, while being insensitive to flux outside this spectral band.
Pour améliorer les performances du détecteur élémentaire, cette fenêtre optique est traitée ou structurée au regard du ou des micro-bolomètres. Typiquement, cette fenêtre optique est destinée à atténuer les longueurs d’onde comprises entre 2 et 8 micromètres, et à former un filtre antireflet pour les longueurs d’onde d’intérêt comprises entre 8 et 14 micromètres. To improve the performance of the elementary detector, this optical window is treated or structured with respect to the micro-bolometer(s). Typically, this optical window is intended to attenuate wavelengths between 2 and 8 micrometers, and to form an antireflection filter for wavelengths of interest between 8 and 14 micrometers.
En outre, les performances du détecteur élémentaire sont également liées au niveau de vide régnant au sein du boitier hermétique. Afin de garantir l’isolation thermique entre le micro- bolomètre et le substrat, nécessaire pour aboutir aux performances attendues, le niveau de vide dans le boitier hermétique doit typiquement être inférieur à 10’3 mbar. Pour garantir ce niveau de vide, un matériau getter est classiquement intégré au sein du boitier hermétique. Par exemple, pour obtenir une détection efficace, le document FR 2 985 576 propose de réaliser, tel qu’illustré au sein des figures 1 et 2, un détecteur élémentaire 100 avec une fenêtre optique 130, dont la face externe 17 est recouverte d’un filtre multicouche interférentiel 20, et dont la face interne 16 est pourvue d’un réseau périodique de diffraction 210. Furthermore, the performance of the elementary detector is also linked to the level of vacuum prevailing within the hermetic casing. In order to guarantee the thermal insulation between the microbolometer and the substrate, which is necessary to achieve the expected performance, the level of vacuum in the hermetic case must typically be less than 10 −3 mbar. To guarantee this level of vacuum, a getter material is conventionally integrated within the hermetic case. For example, to obtain effective detection, document FR 2 985 576 proposes to produce, as illustrated in FIGS. 1 and 2, an elementary detector 100 with an optical window 130, the outer face 17 of which is covered with a multilayer interference filter 20, and whose inner face 16 is provided with a periodic diffraction grating 210.
Le filtre multicouche interférentiel 20 peut être conçu pour atténuer la transmission optique globale de la fenêtre optique 130 sur 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. Contrairement aux filtres qui sont réalisés pour filtrer les longueurs d’onde sur toute la gamme de longueurs d’onde entre 2 et 8 micromètres, l’étendue réduite de cette gamme permet notamment de prévoir un filtre interférentiel présentant un nombre limité de couches, et corollairement un nombre et une taille de défauts limités par rapport à un filtre interférentiel conçu pour atténuer la transmission de la fenêtre optique 130 sur l’intervalle complet de 2 à 8 micromètres. The interference multilayer filter 20 can be designed to attenuate the overall optical transmission of the optical window 130 over a first range of wavelengths between 2 and 8 micrometers, for example over the range of wavelengths between 2 and 5 micrometers. Unlike the filters which are made to filter the wavelengths over the entire range of wavelengths between 2 and 8 micrometers, the reduced extent of this range makes it possible in particular to provide an interference filter having a limited number of layers, and as a corollary, a limited number and size of defects compared to an interference filter designed to attenuate the transmission of the optical window 130 over the complete range of 2 to 8 micrometers.
En outre, le réseau périodique de diffraction 210 peut être conçu pour atténuer la transmission optique globale de la fenêtre optique 130 sur 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. Further, the periodic diffraction grating 210 can be designed to attenuate the overall optical transmission of the optical window 130 over a second range of wavelengths between 2 and 8 micrometers, for example over the range of wavelengths comprised between 5 and 8 micrometers.
Après avoir formé la fenêtre optique 130, celle-ci est classiquement reportée sur des parois latérales 140 d’un substrat d’embase 12 sur lequel un ou plusieurs micro-bolomètres 11 sont montés en suspension, de sorte à former un plusieurs détecteurs élémentaires. Lors de ce report, la fenêtre optique 130 est fixée sur les parois latérales 140 au moyen d’une soudure hermétique mettant en œuvre un cordon de soudure 29 en or-étain chauffé à une température comprise entre 280 et 350°C. Le traitement thermique de scellement active également le matériau getter. After having formed the optical window 130, it is conventionally transferred to the side walls 140 of a base substrate 12 on which one or more micro-bolometers 11 are mounted in suspension, so as to form one or more elementary detectors. During this transfer, the optical window 130 is fixed to the side walls 140 by means of a hermetic weld implementing a gold-tin weld bead 29 heated to a temperature between 280 and 350°C. The sealing heat treatment also activates the getter material.
La fenêtre optique 130 est classiquement commune et identique pour tous les micro-bolomètres 11 juxtaposés sur le substrat d’embase 12, tel qu’illustré sur la figure 2 de l’état de la technique. Ainsi, les micro-bolomètres 11 sont identiques et sont surmontés par une fenêtre optique 130 avec des propriétés de filtrages identiques si bien que les micro-bolomètres 11 forment des détecteurs élémentaires 100 structurellement identiques, permettant de capter plusieurs points de scène distincts d’une image infrarouge. The optical window 130 is conventionally common and identical for all the micro-bolometers 11 juxtaposed on the base substrate 12, as illustrated in FIG. 2 of the state of the art. Thus, the micro-bolometers 11 are identical and are surmounted by an optical window 130 with identical filtering properties so that the micro-bolometers 11 form structurally identical elementary detectors 100, making it possible to capture several distinct scene points of a infrared image.
Pour améliorer la précision de mesure des capteurs afin d’obtenir une image infrarouge plus précise et/ou plus riche en informations de la scène observée, il est recherché depuis longtemps d’utiliser plusieurs micro-bolomètres juxtaposés pour former un détecteur élémentaire en utilisant un filtre distinct pour chacun des différents micro-bolomètres. Cette technique est utilisée dans le domaine du visible avec les filtres de Bayer associés à plusieurs éléments sensibles distincts qui permettent d’obtenir une image en couleurs. Dans le cas des capteurs infrarouges, le but n’est pas d’obtenir une image en couleurs, mais une image infrarouge plus précise et/ou plus riche en informations de la scène observée, par exemple plus résolue ou plus contrastée, en utilisant plusieurs micro-bolomètres pour détecter des gammes de longueur d’onde distinctes dans la bande spectrale 8-14 micromètres, avec éventuellement des recoupements associés à des traitements d’images. To improve the measurement precision of the sensors in order to obtain a more precise infrared image and/or richer in information of the observed scene, it has long been sought to use several juxtaposed micro-bolometers to form an elementary detector by using a separate filter for each of the different micro-bolometers. This technique is used in the visible range with Bayer filters associated with several distinct sensitive elements which make it possible to obtain a color image. In the case of infrared sensors, the goal is not to obtain a color image, but a more precise infrared image and/or richer in information of the observed scene, for example more resolved or more contrasted, by using several micro-bolometers to detect distinct wavelength ranges in the 8-14 micrometer spectral band, possibly with overlaps associated with image processing.
Plusieurs barrières techniques limitent cependant la réalisation de tels capteurs infrarouges. En effet, pour réaliser un capteur infrarouge pourvu de filtres différenciés pour chacun des micro- bolomètres juxtaposés qui le constituent, et notamment pour s’assurer que lesdits filtres soient effectivement chacun en lien avec un seul micro-bolomètre, il est nécessaire de limiter le phénomène de diaphonie optique entre les filtres, c’est-à-dire que les rayonnements traversant l’un des filtres ne puissent pas atteindre les micro-bolomètres adjacents. Pour ce faire, il est possible d’espacer les micro-bolomètres d’une distance importante, typiquement supérieure à plusieurs micromètres. Cependant, cette solution limite la densité d’intégration, et donc la résolution de l’image infrarouge. However, several technical barriers limit the production of such infrared sensors. Indeed, to produce an infrared sensor provided with differentiated filters for each of the juxtaposed micro-bolometers which constitute it, and in particular to ensure that said filters are each effectively linked to a single micro-bolometer, it is necessary to limit the phenomenon of optical crosstalk between the filters, that is to say that the radiation passing through one of the filters cannot reach the adjacent micro-bolometers. To do this, it is possible to space the micro-bolometers by a significant distance, typically greater than several micrometers. However, this solution limits the integration density, and therefore the resolution of the infrared image.
Ainsi, pour limiter la diaphonie optique entre les filtres sans dégrader la résolution de l’image infrarouge, il est recherché d’une part, de garantir un alignement précis entre les filtres et les micro-bolomètres associés à chaque filtre et, d’autre part, de limiter la distance séparant la fenêtre optique du plan focal des micro-bolomètres, c’est-à-dire la hauteur du boitier hermétique. Thus, to limit the optical crosstalk between the filters without degrading the resolution of the infrared image, it is sought on the one hand, to guarantee a precise alignment between the filters and the micro-bolometers associated with each filter and, on the other hand, to limit the distance separating the optical window from the focal plane of the micro-bolometers, that is to say the height of the hermetic case.
Or, la limitation de la hauteur du boitier hermétique entraine un certain nombre de contraintes techniques, notamment la problématique tendant à garantir le niveau de vide dans un boitier hermétique de faible volume, tel que décrit dans le document WO 2021/223951. However, the limitation of the height of the hermetic box leads to a certain number of technical constraints, in particular the problem tending to guarantee the level of vacuum in a low-volume hermetic box, as described in document WO 2021/223951.
Par ailleurs, la fabrication par report des détecteurs élémentaires, illustrés sur les figures 1 et 2, pose également un problème d’alignement des filtres de la fenêtre optique 130 avec les micro- bolomètres 11. Furthermore, the manufacture by transfer of the elementary detectors, illustrated in FIGS. 1 and 2, also poses a problem of alignment of the filters of the optical window 130 with the microbolometers 11.
Afin d’obtenir un alignement précis de la fenêtre optique 130, il est possible de ne pas utiliser la technologie de fabrication par report, telle qu’évoquée ci-dessus, mais de réaliser ladite fenêtre de façon monolithique, c’est-à-dire en mettant en œuvre plusieurs couches sacrificielles par dépôts de matière successifs sur les micro-bolomètres. Cette technologie de fabrication monolithique ne permet cependant pas d’obtenir une qualité de filtration aussi précise que celle obtenue à l’aide de filtres réalisés indépendamment des micro-bolomètres. En effet, les parois formées par fabrication monolithique présentent un plus grand nombre d’impuretés que les substrats utilisés pour la fabrication par report. Ainsi, en formant une fenêtre optique avec la technologie de fabrication monolithique, cette dernière présente de nombreuses impuretés qui dégradent sa transmittance. En pratique, la fabrication monolithique est utilisée pour réaliser des composants à moindre coût mais avec des performances limitées. In order to obtain a precise alignment of the optical window 130, it is possible not to use the manufacturing technology by transfer, as mentioned above, but to produce said window monolithically, that is to say by implementing several sacrificial layers by successive deposits of material on the micro-bolometers. This monolithic manufacturing technology does not, however, make it possible to obtain a quality of filtration as precise as that obtained using filters produced independently of the micro-bolometers. Indeed, the walls formed by monolithic manufacture present a greater number of impurities than the substrates used for transfer fabrication. Thus, by forming an optical window with the monolithic manufacturing technology, the latter presents many impurities which degrade its transmittance. In practice, monolithic manufacturing is used to make components at lower cost but with limited performance.
Il s’ensuit que pour obtenir une filtration suffisamment différenciée en termes de sélectivité de longueurs d’onde, la technologie de fabrication monolithique n’est pas souhaitée. It follows that to achieve sufficiently differentiated filtration in terms of wavelength selectivity, monolithic manufacturing technology is not desired.
Un exemple de fabrication, utilisant à la fois la technologie monolithique et la technologie de fixation par report, est décrit dans le document EP 3.828.521 et illustré sur la figure 3. An example of manufacture, using both monolithic technology and transfer fixing technology, is described in document EP 3,828,521 and illustrated in figure 3.
Ce document décrit la réalisation d’un ensemble de micro-bolomètres 11 encapsulés sous vide dans un boitier hermétique. Pour ce faire, la paroi supérieure du boitier hermétique est réalisée par au moins deux couches distinctes : une couche d’encapsulation supérieure 161 et une couche de scellement 172. This document describes the production of a set of micro-bolometers 11 encapsulated under vacuum in a hermetic case. To do this, the upper wall of the hermetic box is produced by at least two distinct layers: an upper encapsulation layer 161 and a sealing layer 172.
La couche d’encapsulation supérieure 161 est réalisée de manière monolithique sur le substrat, c’est-à-dire en utilisant deux couches sacrificielles : une première couche sacrificielle pour former les micro-bolomètres 11, et une seconde couche sacrificielle déposée sur les micro- bolomètres 11 pour réaliser la couche d’encapsulation supérieure 161 et la structure porteuse 150 de la couche d’encapsulation supérieure 161. La fabrication monolithique pose cependant le problème de l’élimination des couches sacrificielles lorsque la couche d’encapsulation supérieure 161 est formée sur les micro-bolomètres 11. Pour ce faire, la solution décrite propose de réaliser des évents 170-171 au sein de la couche d’encapsulation supérieure 161 ou dans la structure porteuse 150 pour permettre l’évacuation des couches sacrificielles. Par ailleurs, lors de l’élimination des couches sacrificielles, se pose également un autre problème en lien avec le matériau getter qui risque d’être détérioré par la suppression des couches sacrificielles. The upper encapsulation layer 161 is made monolithically on the substrate, that is to say using two sacrificial layers: a first sacrificial layer to form the micro-bolometers 11, and a second sacrificial layer deposited on the micro - bolometers 11 to produce the upper encapsulation layer 161 and the supporting structure 150 of the upper encapsulation layer 161. Monolithic manufacturing, however, poses the problem of the elimination of the sacrificial layers when the upper encapsulation layer 161 is formed on the micro-bolometers 11. To do this, the solution described proposes making vents 170-171 within the upper encapsulation layer 161 or in the support structure 150 to allow the evacuation of the sacrificial layers. Moreover, during the elimination of the sacrificial layers, another problem also arises in connection with the getter material which risks being damaged by the elimination of the sacrificial layers.
Pour résoudre ces deux problèmes, le document EP 3.828.521 propose de réaliser des évents 170- 171 dans la couche d’encapsulation supérieure 161 et de recouvrir ces évents 170-171, après la suppression des couches sacrificielles, par une couche de scellement 172 sur laquelle le matériau getter 173 est fixé, en utilisant la technologie de fixation par report. Des évents 170 sont classiquement formés sensiblement au centre de chaque micro-bolomètre 11. En outre, un évent latéral 171 est formé sur le côté du boitier hermétique. Le matériau getter 173 fixé sur la couche de scellement 172 se retrouve positionné dans cet évent latéral 171 lors du report de la couche de scellement 172 sur la couche d’encapsulation supérieure 161. Ainsi, le matériau getter 173 est préservé de l’étape de suppression des couches sacrificielles, puisqu’il n’est introduit dans le boitier hermétique qu’après cette étape de suppression des couches sacrificielles. Pour réaliser le report de manière précise, car il faut que le matériau getter 173 de toutes les cavités formées simultanément pénètre dans les évents latéraux 171 de la couche d’encapsulation supérieure 161, une technique de collage direct est utilisée. To solve these two problems, document EP 3,828,521 proposes making vents 170-171 in the upper encapsulation layer 161 and covering these vents 170-171, after the removal of the sacrificial layers, with a sealing layer 172 onto which the getter material 173 is attached, using transfer attachment technology. Vents 170 are conventionally formed substantially at the center of each micro-bolometer 11. In addition, a side vent 171 is formed on the side of the hermetic case. The getter material 173 attached to the sealing layer 172 finds itself positioned in this side vent 171 during the transfer of the sealing layer 172 onto the upper encapsulation layer 161. Thus, the getter material 173 is preserved from the step of elimination of the sacrificial layers, since it is introduced into the hermetic case only after this step of elimination of the sacrificial layers. To carry out the transfer precisely, because the getter material 173 of all the cavities formed simultaneously must penetrate the side vents 171 of the upper encapsulation layer 161, a direct bonding technique is used.
Selon ce document, le collage direct peut être de type SAB, pour « Surface Activated Bonding » dans la littérature anglo-saxonne ou scellement par activation de surface, ou ADB, pour « Atomic Diffusion Bonding » dans la littérature anglo-saxonne ou scellement par diffusion atomique,. According to this document, the direct bonding can be of the SAB type, for "Surface Activated Bonding" in the Anglo-Saxon literature or sealing by surface activation, or ADB, for "Atomic Diffusion Bonding" in the Anglo-Saxon literature or sealing by atomic diffusion.
Le collage direct de type SAB permet de fixer deux surfaces préalablement activées sous vide par un plasma. L’activation des deux surfaces peut être réalisée à température ambiante, en l’absence de tout matériau de collage intercalaire de type résine ou polymère. Cette technique de collage est notamment décrite dans la publication de Takagi et al. « Surface activated bonding of silicon wafers at room temperature” , Appl. Phys. Lett. 68, 2222 (1996). Direct bonding of the SAB type makes it possible to fix two surfaces previously activated under vacuum by a plasma. The activation of the two surfaces can be carried out at room temperature, in the absence of any interlayer bonding material of the resin or polymer type. This bonding technique is described in particular in the publication by Takagi et al. “Surface activated bonding of silicon wafers at room temperature”, Appl. Phys. Lett. 68, 2222 (1996).
Le collage direct de type ADB permet de fixer deux couches métalliques. Elle est notamment décrite dans la publication de Shimatsu et Uomoto « Atomic diffusion bonding of wafers with thin nanocrystalline metal films », J. Vac. Sci. Technol. B 28, 706 (2010). Direct bonding of the ADB type makes it possible to fix two metal layers. It is described in particular in the publication by Shimatsu and Uomoto “Atomic diffusion bonding of wafers with thin nanocrystalline metal films”, J. Vac. Science. Technology. B 28, 706 (2010).
Cette technique de fabrication utilisant à la fois la technologie monolithique et la technologie de fixation par report est cependant complexe à mettre en œuvre. En effet, pour pouvoir utiliser une couche de scellement 172 particulièrement fine, et limiter la perte de transmittance, le document EP 3.828.521 propose de réaliser ladite couche de scellement 172 dans un substrat de type SOI pour silicium sur oxyde ou « Silicon On Insulator » dans la littérature anglo-saxonne. Après la fixation par report, la couche de silicium massive est supprimée avec arrêt de la gravure sur la couche d’oxyde. This manufacturing technique using both monolithic technology and transfer fixing technology is however complex to implement. Indeed, in order to be able to use a particularly thin sealing layer 172, and limit the loss of transmittance, document EP 3,828,521 proposes making said sealing layer 172 in an SOI type substrate for silicon on oxide or "Silicon On Insulator in Anglo-Saxon literature. After fixing by transfer, the massive silicon layer is removed with stopping of the etching on the oxide layer.
Par ailleurs, pour disposer d’un support efficace pour le collage direct, le document EP 3.828.521 propose également d’utiliser une structure porteuse particulièrement large et reposant sur une couche sacrificielle lors du collage direct. Ainsi, avant de mettre en œuvre le collage direct, les couches sacrificielles sont retirées autour des micro-bolomètres, mais ces couches sacrificielles sont conservées dans la structure porteuse. Furthermore, to have an effective support for direct bonding, document EP 3,828,521 also proposes using a particularly wide supporting structure and resting on a sacrificial layer during direct bonding. Thus, before implementing direct bonding, the sacrificial layers are removed around the micro-bolometers, but these sacrificial layers are retained in the supporting structure.
Lorsque le collage direct est réalisé, cette structure porteuse doit être ouverte pour procéder ensuite au retrait des couches sacrificielles intégrées dans la structure porteuse. Pour mettre en œuvre à la fois la technologie monolithique et la technologie de fixation par report, il convient donc de réaliser de nombreuses étapes pour : structurer la couche d’encapsulation supérieure 161 et la structure porteuse 150 en utilisant deux couches sacrificielles ; réaliser des évents 170-171 dans la couche d’encapsulation supérieure 161 ; supprimer les couches sacrificielles autour des micro-bolomètres 11 ; obturer les évents 170-171 par collage direct d’un substrat SOI sur la couche d’encapsulation supérieure 161 et la structure porteuse 150 ; le substrat SOI comportant une couche de scellement 172 sur laquelle un matériau getter 173 est précédemment mis en place ; supprimer la couche de silicium massive du substrat SOI avec arrêt sur la couche d’oxyde ; ouvrir la couche de scellement 172 en regard de la structure porteuse 150 ; et supprimer les couches sacrificielles internes à la structure porteuse 150. When the direct bonding is carried out, this support structure must be opened in order to then proceed to the removal of the sacrificial layers integrated into the support structure. To implement both the monolithic technology and the transfer fixing technology, it is therefore necessary to carry out many steps to: structuring the upper encapsulation layer 161 and the carrier structure 150 using two sacrificial layers; making vents 170-171 in the upper encapsulation layer 161; remove the sacrificial layers around the micro-bolometers 11; blocking the vents 170-171 by direct bonding of an SOI substrate on the upper encapsulation layer 161 and the supporting structure 150; the SOI substrate comprising a sealing layer 172 on which a getter material 173 is previously placed; removing the massive silicon layer from the SOI substrate with a stop on the oxide layer; open the sealing layer 172 facing the supporting structure 150; and remove the sacrificial layers internal to the supporting structure 150.
Le problème majeur du document EP 3.828.521 réside dans l’utilisation à la fois d’une technologie de fabrication monolithique et d’une technologie de fabrication par report pour former la fenêtre optique disposée sur les micro-bolomètres 11. En effet, la fenêtre optique formée sur les micro-bolomètres 11 est constituée de la couche d’encapsulation supérieure 161, réalisée par la technologie de fabrication monolithique, et de la couche de scellement 172, réalisée par la technologie de fabrication par report. Or, tel que décrit précédemment, la technologie de fabrication monolithique permet de limiter les coûts mais entraine l’intégration de nombreuses impuretés qui dégradent la transmittance de la fenêtre optique, contrairement à la technologie de fabrication par report qui est classiquement utilisée pour limiter ces impuretés mais induit des coûts plus importants. En combinant ces deux technologies, le document EP 3.828.521 cumule les deux inconvénients de ces technologies sans en avoir les avantages car une telle combinaison impose un coût de production important et la formation d’au moins une partie de la fenêtre optique par la fabrication monolithique limite la transmittance de la fenêtre optique. The major problem of document EP 3,828,521 lies in the use of both a monolithic manufacturing technology and a transfer manufacturing technology to form the optical window arranged on the micro-bolometers 11. Indeed, the The optical window formed on the micro-bolometers 11 consists of the upper encapsulation layer 161, produced by the monolithic fabrication technology, and the sealing layer 172, produced by the transfer fabrication technology. However, as described above, the monolithic manufacturing technology makes it possible to limit the costs but leads to the integration of many impurities which degrade the transmittance of the optical window, unlike the transfer manufacturing technology which is conventionally used to limit these impurities. but incurs higher costs. By combining these two technologies, document EP 3,828,521 combines the two disadvantages of these technologies without having the advantages because such a combination imposes a high production cost and the formation of at least part of the optical window by manufacturing. monolithic limits the transmittance of the optical window.
Pour obtenir une fenêtre optique avec des filtres très sélectifs dans une gamme de longueurs d’onde, il est recherché d’utiliser uniquement la technologie de fixation par report. To obtain an optical window with very selective filters in a range of wavelengths, it is desired to use only the transfer fixing technology.
L’invention vise plus particulièrement la réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un capteur infrarouge dans lequel chaque détecteur élémentaire comporte au moins deux micro- bolomètres associés à des filtres distincts d’une fenêtre optique unique fixée sur un substrat d’embase portant les micro-bolomètres en utilisant la technique de fixation par report, les filtres étant précisément positionnés par rapport aux micro-bolomètres et fixés de manière suffisamment proche des micro-bolomètres pour limiter les rayonnements parasites. EXPOSE DE L’INVENTION The invention relates more particularly to the production of at least one elementary detector of an infrared sensor in which each elementary detector comprises at least two micro-bolometers associated with distinct filters of a single optical window fixed on a base substrate carrying the micro-bolometers using the transfer fixing technique, the filters being precisely positioned with respect to the micro-bolometers and fixed sufficiently close to the micro-bolometers to limit parasitic radiation. DISCLOSURE OF THE INVENTION
L’invention propose de répondre à ce problème technique en utilisant une fenêtre optique formée pour définir deux niveaux de profondeurs distincts : un niveau de liaison, correspondant aux parties de la fenêtre optique avec la plus grande épaisseur, destiné à réaliser la fixation de la fenêtre optique avec le substrat d’embase par collage direct de type SAB, et un niveau cavité, correspondant aux parties de la fenêtre optique avec la plus faible épaisseur, permettant de former au moins une partie du volume du boitier hermétique d’encapsulation des micro- bolomètres. The invention proposes to respond to this technical problem by using an optical window formed to define two distinct depth levels: a connection level, corresponding to the parts of the optical window with the greatest thickness, intended to carry out the fixing of the window optical with the base substrate by direct bonding of the SAB type, and a cavity level, corresponding to the parts of the optical window with the smallest thickness, making it possible to form at least part of the volume of the hermetic box for encapsulating the micro- bolometers.
Ces deux niveaux de la fenêtre optique peuvent être obtenus par gravure de la fenêtre optique pour former le niveau cavité. Dans ce mode de réalisation, le niveau de liaison n’étant pas gravé, il est naturellement plan et propice au collage direct de type SAB. These two levels of the optical window can be obtained by etching the optical window to form the cavity level. In this embodiment, the bond level not being etched, it is naturally flat and conducive to direct bonding of the SAB type.
De préférence, dans ce mode de réalisation, les filtres réalisés dans le niveau cavité correspondent à des réseaux périodiques de diffraction spécifiques structurés au niveau cavité de la fenêtre optique, ces réseaux présentant des caractéristiques d’atténuation de gammes de longueurs d’onde distinctes. Preferably, in this embodiment, the filters made in the cavity level correspond to specific periodic diffraction gratings structured at the cavity level of the optical window, these gratings having attenuation characteristics of distinct wavelength ranges.
En variante, les filtres peuvent être réalisés sur un substrat plan, et des surépaisseurs peuvent être formées après la réalisation des filtres pour former le niveau de liaison. Ce mode de réalisation permet de réaliser plus facilement les filtres dans le niveau cavité, et il est donc possible d’utiliser des filtres multicouches interférentiels ou tout autre filtre connu. As a variant, the filters can be made on a flat substrate, and extra thicknesses can be formed after the filters have been made to form the bonding level. This embodiment makes it easier to produce the filters in the cavity level, and it is therefore possible to use multilayer interference filters or any other known filter.
Quel que soit le mode de réalisation, des micro-bolomètres sont formés sur un substrat d’embase. Lors du report de la fenêtre optique sur le substrat d’embase, les filtres spécifiques du niveau cavité sont alignés avec les micro-bolomètres de sorte que le détecteur élémentaire comporte plusieurs micro-bolomètres associés à des filtres distincts, chaque micro-bolomètre captant ainsi une gamme de longueurs d’onde spécifique. L’association de ces différentes gammes de longueurs d’onde permet de construire une image infrarouge plus précise et/ou plus riche en informations. Whatever the embodiment, micro-bolometers are formed on a base substrate. During the transfer of the optical window onto the base substrate, the specific filters of the cavity level are aligned with the micro-bolometers so that the elementary detector comprises several micro-bolometers associated with distinct filters, each micro-bolometer thus capturing a specific range of wavelengths. The combination of these different wavelength ranges makes it possible to build a more precise infrared image and/or richer in information.
A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge, chaque détecteur élémentaire comprenant au moins deux micro-bolomètres associés chacun à un filtre distinct d’une fenêtre optique unique, le procédé comprenant les étapes suivantes : dépôt et structuration d’une couche sacrificielle sur un substrat d’embase ; formation de clous d’ancrage et de structures porteuses dans l’épaisseur de la couche sacrificielle ; réalisation d’une membrane pour chacun des micro-bolomètres sur les clous d’ancrage et des zones de support sur les structures porteuses ; élimination de la couche sacrificielle pour mettre en suspension les membranes des micro- bolomètres sur les clous d’ancrage ; formation sur au moins une partie d’une face interne de la fenêtre optique de deux niveaux de profondeurs distincts : un niveau de liaison correspondant aux parties de la fenêtre optique avec la plus grande épaisseur et un niveau cavité correspondant aux parties de la fenêtre optique avec la plus faible épaisseur ; réalisation d’un ensemble de filtres spécifiques avec des propriétés de filtration distinctes en termes de longueurs d’onde dans le niveau cavité ; réalisation d’un filtre sur une face externe de la fenêtre optique ; opposée à la face interne ; report du niveau de liaison de la fenêtre optique sur les zones de support du substrat d’embase de sorte que les filtres spécifiques sont disposés en regard de différents micro- bolomètres ; et collage direct de type SAB du niveau de liaison de la fenêtre optique sur les zones de support du substrat d’embase. To this end, according to a first aspect, the invention relates to a method for producing at least one elementary detector of infrared radiation, each elementary detector comprising at least two micro-bolometers each associated with a distinct filter of a window single lens, the method comprising the following steps: deposition and structuring of a sacrificial layer on a base substrate; formation of anchor nails and load-bearing structures in the thickness of the sacrificial layer; production of a membrane for each of the micro-bolometers on the anchoring nails and support zones on the load-bearing structures; elimination of the sacrificial layer to suspend the membranes of the micro-bolometers on the anchoring nails; formation on at least part of an internal face of the optical window of two distinct depth levels: a connection level corresponding to the parts of the optical window with the greatest thickness and a cavity level corresponding to the parts of the optical window with the smallest thickness; production of a set of specific filters with distinct filtration properties in terms of wavelengths in the cavity level; production of a filter on an external face of the optical window; opposite the inner face; transfer of the level of bonding of the optical window onto the support zones of the base substrate so that the specific filters are placed facing different micro-bolometers; and direct bonding of the SAB type of the bonding level of the optical window on the support zones of the base substrate.
En d’autres termes, l’invention réside dans la combinaison d’un filtre, par exemple un filtre multicouche interférentiel ou un réseau périodique de diffraction, formé sur la face externe de la fenêtre optique, dont les propriétés de filtrage sont communes à tous les micro-bolomètres, et d’un ensemble de filtres spécifiques, dont les propriétés de filtrage sont distinctes pour au moins deux micro-bolomètres formant un détecteur élémentaire. In other words, the invention resides in the combination of a filter, for example an interference multilayer filter or a periodic diffraction grating, formed on the external face of the optical window, the filtering properties of which are common to all the micro-bolometers, and a set of specific filters, the filtering properties of which are distinct for at least two micro-bolometers forming an elementary detector.
Au sens de l’invention, la face « interne » de la fenêtre optique correspond à la face destinée à venir en regard du substrat d’embase, alors que la face « externe » de la fenêtre optique correspond à la face de la fenêtre optique la plus éloignée du substrat d’embase. Within the meaning of the invention, the "internal" face of the optical window corresponds to the face intended to face the base substrate, while the "external" face of the optical window corresponds to the face of the optical window furthest from the base substrate.
La face interne de la fenêtre optique comprend deux niveaux de profondeurs distincts, un niveau de liaison et un niveau cavité. Par exemple, la distance séparant le niveau cavité de la fenêtre optique et les membranes des micro-bolomètres peut être inférieure à 10 micromètres. Les filtres spécifiques de la face interne sont réalisés dans le niveau cavité. The internal face of the optical window comprises two distinct depth levels, a connection level and a cavity level. For example, the distance separating the cavity level of the optical window and the membranes of the micro-bolometers can be less than 10 micrometers. The filters specific to the internal face are made in the cavity level.
Les filtres spécifiques peuvent correspondre à tous les filtres connus. Par exemple, les filtres correspondent à des réseaux périodiques de diffraction. Compte tenu de la topologie du niveau cavité, il peut être complexe technologiquement de structurer un réseau périodique de diffraction dans le niveau cavité pour atténuer certaines longueurs d’ondes infrarouge, notamment au-delà de 14 micromètres. Specific filters can match all known filters. For example, the filters correspond to periodic diffraction gratings. Given the topology of the cavity level, it can be technologically complex to structure a periodic diffraction grating in the cavity level to attenuate certain infrared wavelengths, in particular beyond 14 micrometers.
En associant un filtre avec la face externe de la fenêtre optique, qui ne présente pas de topologies, il est possible de concevoir un tel filtre de telle sorte qu’il atténue la transmission de la fenêtre optique de ces longueurs d’ondes infrarouge au-delà de 14 micromètres. By associating a filter with the external face of the optical window, which does not present topologies, it is possible to design such a filter in such a way that it attenuates the transmission of the optical window of these infrared wavelengths above beyond 14 micrometers.
En outre, au moins deux réseaux périodiques de diffraction de la face interne de la fenêtre optique présentent également des gammes de filtration des rayonnements infrarouge distinctes. Ainsi, les micro-bolomètres présents sous ou à l’aplomb de ces réseaux périodiques de diffraction sont sensibles à des gammes de longueurs d’onde distinctes. In addition, at least two periodic diffraction gratings of the internal face of the optical window also exhibit distinct infrared radiation filtration ranges. Thus, the micro-bolometers present under or plumb with these periodic diffraction gratings are sensitive to distinct wavelength ranges.
Le collage direct de type SAB permet de garantir la précision d’alignement des filtres spécifiques avec les micro-bolomètres et la structuration du niveau cavité permet d’obtenir une faible distance entre les filtres spécifiques de la face interne et le substrat d’embase, typiquement une distance inférieure à 10 micromètres. Direct bonding of the SAB type makes it possible to guarantee the precision of alignment of the specific filters with the micro-bolometers and the structuring of the cavity level makes it possible to obtain a small distance between the specific filters of the internal face and the base substrate, typically a distance of less than 10 micrometers.
Ainsi, ce procédé de fabrication permet de réaliser, en utilisant la technique de fixation par report, un détecteur élémentaire comprenant au moins deux micro-bolomètres associés à des filtres distincts, les filtres étant précisément positionnés par rapport auxdits micro-bolomètres et fixés de manière suffisamment proche de ces derniers pour limiter la diaphonie. Thus, this manufacturing method makes it possible to produce, by using the transfer fixing technique, an elementary detector comprising at least two micro-bolometers associated with separate filters, the filters being precisely positioned with respect to said micro-bolometers and fixed in such a way close enough to them to limit crosstalk.
En structurant la fenêtre optique pour définir le niveau cavité, la fenêtre optique présente une topologie qui permet de former au moins une partie du boitier hermétique. By structuring the optical window to define the cavity level, the optical window has a topology which makes it possible to form at least part of the hermetic casing.
En effet, en gravant le niveau cavité à une profondeur suffisante, par exemple proche de 5 micromètres, il est possible de former l’intégralité des parois latérales du boitier hermétique dans la fenêtre optique et de fixer cette dernière directement sur des zones de support ménagées sur le substrat d’embase, de part et d’autre des micro-bolomètres. Indeed, by etching the cavity level to a sufficient depth, for example close to 5 micrometers, it is possible to form all of the side walls of the hermetic box in the optical window and to fix the latter directly on the support zones provided on the base substrate, on either side of the micro-bolometers.
Selon l’invention, pour limiter la profondeur du niveau cavité de la fenêtre optique, les zones de support sont surélevées par rapport au substrat d’embase. Pour ce faire, il est avantageux de réaliser ces zones de support dans le même plan que celui dans lequel s’inscrivent les membranes des micro-bolomètres, en ne mettant en œuvre qu’une seule couche sacrificielle. Ainsi, le procédé de l’invention comporte une étape de réalisation d’une structure porteuse dans l’épaisseur de ladite couche sacrificielle, les zones de support étant réalisées sur la structure porteuse. According to the invention, to limit the depth of the cavity level of the optical window, the support zones are raised relative to the base substrate. To do this, it is advantageous to produce these support zones in the same plane as that in which the membranes of the micro-bolometers are inscribed, by implementing only a single sacrificial layer. Thus, the method of the invention comprises a step of producing a support structure in the thickness of said sacrificial layer, the support zones being produced on the support structure.
La structure porteuse des zones de support peut être réalisée avec les mêmes étapes de fabrication que les clous d’ancrage, et les zones de support peuvent être réalisées concomitamment avec les étapes de fabrication des membranes, par exemple les étapes de dépôt des couches à base de silicium propices au collage direct de type SAB. The load-bearing structure of the support zones can be produced with the same manufacturing steps as the anchoring nails, and the support zones can be produced concomitantly with the membrane manufacturing steps, for example the steps for depositing the base layers. of silicon conducive to direct bonding of the SAB type.
En effet, le collage direct de type SAB peut être réalisé avec des couches de silicium ou de germanium. Ainsi, la fenêtre optique est réalisée dans un substrat capot massif de silicium ou de germanium, et les zones de support sont également réalisées à base de silicium ou de germanium, par exemple en silicium amorphe. Indeed, SAB-type direct bonding can be achieved with layers of silicon or germanium. Thus, the optical window is produced in a solid cover substrate of silicon or germanium, and the support zones are also produced based on silicon or germanium, for example amorphous silicon.
Avant de procéder au collage direct, il est également possible de réaliser une étape de planarisation du niveau de liaison de la fenêtre optique et/ou des zones de support du substrat d’embase, de sorte à garantir la tenue mécanique et le niveau de vide requis dans le boitier hermétique formé par l’association de la fenêtre optique et du substrat d’embase. Before proceeding with direct bonding, it is also possible to carry out a step of planarization of the level of bonding of the optical window and/or of the support zones of the base substrate, so as to guarantee the mechanical strength and the level of vacuum. required in the hermetic box formed by the association of the optical window and the base substrate.
Pour garantir ce niveau de vide, par exemple un vide d’au moins 10’3 mbar, il est possible d’utiliser un matériau getter mis en place au sein du boitier hermétique. Le matériau getter peut être réalisé en zirconium, en titane, en vanadium, en hafnium, en niobium, en tantale, en cobalt, en yttrium, en baryum, en fer, en palladium, en platine ou en alliage de ces matériaux. De plus, du chrome (Cr), de l’aluminium (Al), du nickel (Ni) et des terres rares, telles que le cérium (Ce), le césium (Cs), le scandium (Sc) ou le lanthane (La) peuvent être ajoutés à ces métaux pour améliorer les caractéristiques du getter, telles que la taille des grains. Ce matériau getter peut être déposé dans le niveau cavité de la fenêtre optique, après la réalisation des filtres spécifiques. Selon un mode de réalisation, le matériau getter est déposé dans le niveau cavité de la fenêtre optique en dehors des zones de réalisation des filtres spécifiques. En variante, le matériau getter est déposé dans une tranchée du niveau cavité de la fenêtre optique, ladite tranchée étant ménagée en dehors des zones de réalisation des filtres spécifiques. To guarantee this level of vacuum, for example a vacuum of at least 10.sup.3 mbar, it is possible to use a getter material placed within the hermetic box. The getter material can be made of zirconium, titanium, vanadium, hafnium, niobium, tantalum, cobalt, yttrium, barium, iron, palladium, platinum or an alloy of these materials. In addition, chromium (Cr), aluminum (Al), nickel (Ni) and rare earths, such as cerium (Ce), cesium (Cs), scandium (Sc) or lanthanum ( La) can be added to these metals to improve getter characteristics, such as grain size. This getter material can be deposited in the cavity level of the optical window, after the production of the specific filters. According to one embodiment, the getter material is deposited in the cavity level of the optical window outside the zones for producing the specific filters. As a variant, the getter material is deposited in a trench at the cavity level of the optical window, said trench being formed outside the zones for producing the specific filters.
Quelle que soit la stratégie d’implantation du matériau getter dans le niveau cavité de la fenêtre optique, il est requis d’activer thermiquement ledit getter pour qu’il commence à absorber les gaz présents dans le boitier hermétique et garantir le niveau de vide. Pour ce faire, il est classique d’activer thermiquement le matériau getter après le scellement du boitier hermétique sous vide. Cependant, tel que décrit dans le document WO 2021/223951, l’activation thermique du matériau getter désorbe des gaz, majoritairement constitués d’hydrogène, d’azote, d’oxydes de carbone, d’argon et de composés de carbone et d’hydrogène, tels que le méthane. Whatever the strategy for implantation of the getter material in the cavity level of the optical window, it is necessary to thermally activate said getter so that it begins to absorb the gases present in the hermetic casing and guarantee the level of vacuum. To do this, it is conventional to thermally activate the getter material after the sealing of the hermetic box under vacuum. However, as described in document WO 2021/223951, the thermal activation of the getter material desorbs gases, mainly consisting of hydrogen, nitrogen, carbon oxides, argon and compounds of carbon and hydrogen, such as methane.
La désorption de ces gaz provient de toutes les parois internes du boitier hermétique et des éléments présents dans ce boitier hermétique, tels que les micro-bolomètres. The desorption of these gases comes from all the internal walls of the hermetic box and from the elements present in this hermetic box, such as the micro-bolometers.
Ainsi, en diminuant le volume du boitier hermétique pour rapprocher les filtres spécifiques des micro-bolomètres, le rapport de la surface des parois sur le volume du boitier hermétique étant croissant avec la réduction du volume, la pression partielle des gaz désorbés dans le boitier hermétique est elle aussi croissante. Thus, by decreasing the volume of the hermetic box to bring the specific filters closer to the micro-bolometers, the ratio of the surface of the walls to the volume of the hermetic box being increasing with the reduction in volume, the partial pressure of the gases desorbed in the hermetic box is also increasing.
Pour garantir le niveau de vide nonobstant une pression partielle croissante due à la diminution du volume du boitier hermétique, il est possible d’utiliser des matériaux getter présentant une capacité d’absorption plus efficace que les matériaux getter communément utilisés. To guarantee the vacuum level notwithstanding an increasing partial pressure due to the reduction in the volume of the hermetic box, it is possible to use getter materials having a more effective absorption capacity than the commonly used getter materials.
Une autre technique consiste à limiter la désorption de gaz à l’intérieur du boitier hermétique après le scellement en activant le matériau getter avant de reporter la fenêtre optique sur le substrat d’embase. En effet, la désorption de gaz est principalement due aux procédés de scellement métallique et d’activation du matériau getter. En utilisant un collage direct de type SAB, il n’est pas nécessaire de chauffer les surfaces de fixation et ce procédé limite donc la désorption de gaz. Another technique consists in limiting the desorption of gas inside the hermetic box after sealing by activating the getter material before transferring the optical window to the base substrate. Indeed, the gas desorption is mainly due to the processes of metal sealing and activation of the getter material. By using SAB-type direct bonding, it is not necessary to heat the bonding surfaces and this process therefore limits gas desorption.
Par ailleurs, il est possible de chauffer le matériau getter dans l’enceinte sous vide utilisée pour réaliser le collage direct de type SAB car cette enceinte présente un volume nécessairement plus important que le volume du boitier hermétique. Ainsi, la pression partielle des gaz désorbés dans l’enceinte est limitée par le volume de l’enceinte. Furthermore, it is possible to heat the getter material in the vacuum chamber used to carry out the SAB-type direct bonding because this chamber has a volume that is necessarily greater than the volume of the hermetic box. Thus, the partial pressure of the gases desorbed in the enclosure is limited by the volume of the enclosure.
Pour obtenir une activation efficace du matériau getter, il est cependant nécessaire que le matériau getter demeure dans des conditions de pression suffisamment contraignantes pour qu’il n’absorbe pas une quantité de gaz trop importante avant d’être positionné dans le boitier hermétique. To obtain effective activation of the getter material, it is however necessary for the getter material to remain under sufficiently restrictive pressure conditions so that it does not absorb too large a quantity of gas before being positioned in the hermetic box.
Le collage direct de type SAB étant réalisé à un niveau de vide, typiquement de l’ordre de 10’8 mbar, bien inférieur au niveau attendu dans le boitier hermétique, typiquement 10’3 mbar, il est possible de maintenir les conditions de pression du collage direct de type SAB pour réaliser l’activation du matériau getter avant la fixation de la fenêtre optique sur le substrat d’embase. Dans ce mode de réalisation, préalablement au report du niveau de liaison de la fenêtre optique sur les zones de support du substrat d’embase, le matériau getter est thermiquement activé sous une pression compatible avec les conditions de pression du collage direct de type SAB, ladite pression étant conservée lors des étapes de report et de collage direct de la fenêtre optique sur les zones de support. Typiquement, le matériau getter peut être activé sous une pression comprise entre 10’9 et 10’7 mbar. The SAB type direct bonding being carried out at a vacuum level, typically of the order of 10' 8 mbar, much lower than the level expected in the hermetic box, typically 10' 3 mbar, it is possible to maintain the pressure conditions direct bonding of the SAB type to carry out the activation of the getter material before the fixing of the optical window on the base substrate. In this embodiment, prior to the transfer of the bonding level of the optical window onto the support zones of the base substrate, the getter material is thermally activated under a pressure compatible with the pressure conditions of direct bonding of the SAB type, said pressure being maintained during the transfer and direct bonding steps of the optical window on the support areas. Typically, the getter material can be activated under a pressure of between 10'9 and 10'7 mbar.
Ce mode de réalisation permet ainsi de garantir un niveau de vide important dans une cavité de faible volume, permettant le rapprochement des filtres spécifiques des micro-bolomètres pour limiter les rayonnements parasites. This embodiment thus makes it possible to guarantee a high level of vacuum in a cavity of small volume, allowing the bringing together of the specific filters of the micro-bolometers in order to limit parasitic radiation.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge comprenant : un substrat d’embase sur lequel au moins deux micro-bolomètres sont montés en suspension sur des clous d’ancrage, le substrat d’embase comportant également des zones de support fixées sur des structures porteuses, les membranes des micro-bolomètres et les zones de support s’étendant dans un même plan ; et une fenêtre optique comprenant : According to a second aspect, the invention relates to an elementary detector of infrared radiation comprising: a base substrate on which at least two micro-bolometers are mounted in suspension on anchoring nails, the base substrate also comprising support zones fixed to supporting structures, the membranes of the micro-bolometers and the support zones extending in the same plane; and an optical window comprising:
■ une face interne présentant deux niveaux de profondeurs distincts : un niveau de liaison et un niveau cavité ; le niveau cavité de la face interne comprenant au moins deux filtres spécifiques avec des propriétés de filtration distinctes des longueurs d’onde du rayonnement infrarouge ; ■ an internal face having two distinct depth levels: a connection level and a cavity level; the cavity level of the internal face comprising at least two specific filters with distinct filtering properties for the wavelengths of infrared radiation;
■ une face externe de la fenêtre optique, opposée à la face interne, comprenant un réseau périodique de diffraction ou un filtre multicouche interférentiel présentant une capacité de filtration uniforme du rayonnement infrarouge pour lesdits au moins deux micro-bolomètres ; le niveau de liaison de la fenêtre optique étant fixé sur des zones de support du substrat d’embase de sorte que chaque réseau périodique de diffraction spécifique est disposé en regard d’un seul micro-bolomètre. ■ an outer face of the optical window, opposite the inner face, comprising a periodic diffraction grating or an interference multilayer filter having a uniform infrared radiation filtering capacity for said at least two micro-bolometers; the bonding level of the optical window being fixed on the support zones of the base substrate so that each specific periodic diffraction grating is arranged opposite a single micro-bolometer.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un capteur infrarouge comprenant : un substrat d’embase intégrant un circuit de lecture ; un ensemble de détecteurs élémentaires selon le second aspect de l’invention, connectés au circuit de lecture, et agencés sous forme matricielle sur le substrat d’embase. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES According to a third aspect, the invention relates to an infrared sensor comprising: a base substrate integrating a read circuit; a set of elementary detectors according to the second aspect of the invention, connected to the read circuit, and arranged in matrix form on the base substrate. BRIEF DESCRIPTION OF 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 : The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and made in relation to the appended drawings, in which identical references designate identical or similar elements, and in which:
La figure 1 illustre une vue en coupe d’un boitier hermétique, intégrant un détecteur élémentaire, réalisé par une technique de fabrication par report selon l’état de la technique ;FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a hermetic box, integrating an elementary detector, produced by a manufacturing technique by transfer according to the state of the art;
La figure 2 illustre une vue en coupe d’un boitier hermétique, intégrant trois détecteurs élémentaires, réalisé par une technique de fabrication par report selon l’état de la technique ;FIG. 2 illustrates a sectional view of a hermetic box, integrating three elementary detectors, produced by a transfer manufacturing technique according to the state of the art;
La figure 3 illustre une vue en coupe d’un boitier hermétique, intégrant deux détecteurs élémentaires, réalisé par une technique de fabrication monolithique et par report selon l’état de la technique ; FIG. 3 illustrates a sectional view of a hermetic box, integrating two elementary detectors, produced by a monolithic manufacturing technique and by transfer according to the state of the art;
La figure 4 illustre une vue en coupe d’un détecteur élémentaire selon un premier mode de réalisation de l’invention ; FIG. 4 illustrates a sectional view of an elementary detector according to a first embodiment of the invention;
La figure 5 illustre une vue en coupe d’un détecteur élémentaire selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; FIG. 5 illustrates a sectional view of an elementary detector according to a second embodiment of the invention;
La figure 6 illustre une vue en coupe d’un détecteur élémentaire selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; FIG. 6 illustrates a sectional view of an elementary detector according to a third embodiment of the invention;
Les figures 7a-7d illustrent en vue en coupe les étapes de réalisation de la fenêtre optique de deux détecteurs élémentaires selon le mode de réalisation de la figure 5 ; FIGS. 7a-7d illustrate in sectional view the steps for producing the optical window of two elementary detectors according to the embodiment of FIG. 5;
Les figures 8a-8e illustrent en vue en coupe les étapes de réalisation du substrat d’embase de deux détecteurs élémentaires selon le mode de réalisation de la figure 5 ; Figures 8a-8e illustrate in sectional view the steps for producing the base substrate of two elementary detectors according to the embodiment of Figure 5;
Les figures 9a-9c illustrent les étapes d’association du substrat d’embase et de la fenêtre optique de deux détecteurs élémentaires selon le mode de réalisation de la figure 5 ; Figures 9a-9c illustrate the steps for associating the base substrate and the optical window of two elementary detectors according to the embodiment of Figure 5;
La figure 10 illustre l’évolution de la transmittance en fonction de la longueur d’onde du filtre disposé sur la face externe de la fenêtre optique selon un mode de réalisation de l’invention ;FIG. 10 illustrates the evolution of the transmittance as a function of the wavelength of the filter arranged on the external face of the optical window according to one embodiment of the invention;
La figure 11 illustre l’évolution de la transmittance en fonction de la longueur d’onde d’un premier réseau périodique de diffraction disposé sur la face interne de la fenêtre optique selon un mode de réalisation de l’invention ; FIG. 11 illustrates the evolution of the transmittance as a function of the wavelength of a first periodic diffraction grating arranged on the internal face of the optical window according to one embodiment of the invention;
La figure 12 illustre l’évolution de la transmittance en fonction de la longueur d’onde d’un second réseau périodique de diffraction disposé sur la face interne de la fenêtre optique selon un mode de réalisation de l’invention ; FIG. 12 illustrates the evolution of the transmittance as a function of the wavelength of a second periodic diffraction grating arranged on the internal face of the optical window according to one embodiment of the invention;
La figure 13 illustre l’évolution de la transmittance globale de la fenêtre optique en regard du premier réseau périodique de diffraction selon un mode de réalisation de l’invention ; etFIG. 13 illustrates the evolution of the overall transmittance of the optical window with respect to the first periodic diffraction grating according to one embodiment of the invention; And
La figure 14 illustre l’évolution de la transmittance globale de la fenêtre optique en regard du second réseau périodique de diffraction selon un mode de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION FIG. 14 illustrates the evolution of the overall transmittance of the optical window with respect to the second periodic diffraction grating according to one embodiment of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Les figures 4, 5 et 6 illustrent trois modes de réalisation différents d'un détecteur élémentaire 10a-10c d’un rayonnement infrarouge. Dans les trois modes de réalisation, le détecteur élémentaire 10a-10c comporte trois micro-bolomètres 11 identiques. Ces micro-bolomètres 11 sont destinés à capter des longueurs d'onde distinctes afin de former un détecteur élémentaire 10a-10c avec une précision et/ou une quantité d'informations plus importantes que les détecteurs élémentaires incorporant un seul micro-bolomètre. Figures 4, 5 and 6 illustrate three different embodiments of an elementary detector 10a-10c of infrared radiation. In the three embodiments, the elementary detector 10a-10c comprises three identical micro-bolometers 11. These micro-bolometers 11 are intended to pick up distinct wavelengths in order to form an elementary detector 10a-10c with greater precision and/or a greater quantity of information than elementary detectors incorporating a single micro-bolometer.
Afin que chaque micro-bolomètre 11 capte une gamme de longueurs d'onde distincte, des filtres distincts 21a-21c sont associés aux trois micro-bolomètres 11 du détecteur élémentaire 10a- 10c. In order for each micro-bolometer 11 to capture a distinct range of wavelengths, distinct filters 21a-21c are associated with the three micro-bolometers 11 of the elementary detector 10a-10c.
Bien que les figures 4 à 6 illustrent trois micro-bolomètres 11 associés à des filtres distincts 21a-21c, au sens de l'invention, le détecteur élémentaire 10a-10c peut ne comporter que deux micro-bolomètres 11 associés à deux filtres distincts. Although FIGS. 4 to 6 illustrate three micro-bolometers 11 associated with distinct filters 21a-21c, within the meaning of the invention, the elementary detector 10a-10c can comprise only two micro-bolometers 11 associated with two distinct filters.
De même, chaque détecteur élémentaire 10a- 10c peut être formée par un réseau de deux micro- bolomètres 11 disposés en ligne et deux micro-bolomètres 11 disposés en colonne de sorte à utiliser quatre micro-bolomètres 11 dont au moins deux permettent de capter des longueurs d'ondes distinctes. Similarly, each elementary detector 10a-10c can be formed by an array of two micro-bolometers 11 arranged in a row and two micro-bolometers 11 arranged in a column so as to use four micro-bolometers 11, at least two of which make it possible to capture distinct wavelengths.
Pour ce faire, une fenêtre optique 13 rapportée au-dessus des micro-bolomètres 11 présente deux filtres distincts : un filtre réalisé sur la face externe 17 de la fenêtre optique 13 ; et des filtres 21a-21c formés sur la face interne 16 la fenêtre optique 13 et présentant des gammes de filtration distinctes. To do this, an optical window 13 attached above the micro-bolometers 11 has two separate filters: a filter made on the outer face 17 of the optical window 13; and filters 21a-21c formed on the internal face 16 of the optical window 13 and presenting distinct filtration ranges.
En ce qui concerne la face externe 17, celle-ci peut être structurée avec un réseau périodique de diffraction 20a, tel qu’illustré sur les figures 4 et 6, ou avec un filtre multicouche interférentiel 20b, tel qu'illustré sur la figure 5. As regards the external face 17, this can be structured with a periodic diffraction grating 20a, as illustrated in FIGS. 4 and 6, or with an interference multilayer filter 20b, as illustrated in FIG. 5 .
Dans tous les modes de réalisation des figures 4 à 6, le réseau périodique de diffraction 20a ou le filtre multicouche interférentiel 20b sont communs à l’ensemble des micro-bolomètres 11 présents sous la fenêtre optique 13. In all the embodiments of FIGS. 4 to 6, the periodic diffraction grating 20a or the interference multilayer filter 20b are common to all the micro-bolometers 11 present under the optical window 13.
Pour former les filtres 21a-21c de la face interne 16, il est possible de graver un niveau cavité NC dans la fenêtre optique 13 de sorte que la face interne 16 de la fenêtre optique 13 présente un niveau de liaison NL et un niveau cavité NC. Le niveau cavité NC peut être utilisé pour structurer des réseaux périodiques de diffraction 21a- 21c présentant des gammes de filtrage distinctes. Dans ce mode de réalisation, pour que les micro-bolomètres 11 du détecteur élémentaire 10a- 10c puissent capter des longueurs d'onde distinctes alors que les micro-bolomètres 11 sont identiques, il convient de modifier les capacités de filtrage de ces réseaux périodiques de diffraction 21a-21c. To form the filters 21a-21c of the internal face 16, it is possible to etch a cavity level NC in the optical window 13 so that the internal face 16 of the optical window 13 has a link level NL and a cavity level NC . The cavity level NC can be used to structure periodic diffraction gratings 21a-21c having distinct filtering ranges. In this embodiment, so that the micro-bolometers 11 of the elementary detector 10a-10c can pick up distinct wavelengths while the micro-bolometers 11 are identical, it is necessary to modify the filtering capacities of these periodic networks of diffraction 21a-21c.
En variante, les filtres 21a-21c de la face interne 16 peuvent correspondre à des filtres multicouches interférentiels ou à tout autre filtre connu. Ces filtres 21a-21c de la face interne 16 peuvent être réalisés sur la fenêtre optique plane avant de déposer des surépaisseurs pour former le niveau de liaison NL. As a variant, the filters 21a-21c of the internal face 16 can correspond to multilayer interference filters or to any other known filter. These filters 21a-21c of the inner face 16 can be made on the flat optical window before depositing extra thicknesses to form the connection level NL.
Les figures 10 à 14 illustrent des plages d'atténuation des longueurs d'onde infrarouges en utilisant la combinaison d’un filtre multicouche interférentiel 20b, formant un filtre passe bas tel qu'illustré sur la figure 10, avec deux réseaux périodiques de diffraction 21a-21b correspondant à des filtres passe haut avec des longueurs d'onde de coupure distinctes, tel qu'illustré sur les figures 11 et 12. Tel qu'illustré sur les figures 13 et 14, la combinaison du réseau périodique de diffraction 21a avec le filtre multicouche interférentiel 20b permet d'obtenir une gamme de transmission des longueurs d'onde Ail différente de la gamme de transmission des longueurs d'onde AÀ2 résultant de la combinaison du réseau périodique de diffraction 21b et du filtre multicouche interférentiel 20b. Figures 10 to 14 illustrate infrared wavelength attenuation ranges using the combination of an interference multilayer filter 20b, forming a low pass filter as shown in Figure 10, with two periodic diffraction gratings 21a -21b corresponding to high pass filters with distinct cut-off wavelengths, as shown in Figures 11 and 12. As shown in Figures 13 and 14, the combination of the periodic diffraction grating 21a with the interference multilayer filter 20b makes it possible to obtain a wavelength transmission range Ail different from the wavelength transmission range AÀ2 resulting from the combination of the periodic diffraction grating 21b and the interference multilayer filter 20b.
Ainsi, les micro-bolomètres 11 d’un même détecteur élémentaire 10a- 10c permettent de capter des gammes de longueur d’onde distinctes telles que les gammes de longueurs d'onde Ail et A12. Il s'ensuit qu'il est possible de créer une image infrarouge en utilisant un réseau de détecteurs élémentaires 10a-10c agencées en ligne et en colonne pour former les pixels d’une image infrarouge avec une précision et/ou une quantité d’informations importantes. Thus, the micro-bolometers 11 of the same elementary detector 10a-10c make it possible to capture distinct wavelength ranges such as the Ail and A12 wavelength ranges. It follows that it is possible to create an infrared image by using a network of elementary detectors 10a-10c arranged in a line and in a column to form the pixels of an infrared image with a precision and/or a quantity of information important.
Pour obtenir un tel détecteur élémentaire 10a-10c, la technologie de fabrication par report est mise en œuvre en reportant la face interne 16 de la fenêtre optique 13 sur un substrat d’embase 12 sur lequel les micro-bolomètres 11 sont formés. To obtain such an elementary detector 10a-10c, the transfer manufacturing technology is implemented by transferring the internal face 16 of the optical window 13 onto a base substrate 12 on which the micro-bolometers 11 are formed.
Pour réaliser les micro-bolomètres 11, un substrat d’embase 12 intégrant un circuit de lecture est utilisé. Une couche sacrificielle 15 peut tout d’abord être déposée sur le substrat d’embase 12, tel qu'illustré sur la figure 8a. Des ouvertures sont ensuite réalisées dans cette couche sacrificielle 15 pour définir la position des clous d'ancrage 23 des micro-bolomètres 11. Outre les clous d'ancrage 23, il est également possible de former des zones de support 25 surélevées sur le substrat d’embase 12. Pour ce faire, simultanément avec la formation des clous d’ancrage 23 à travers la couche sacrificielle 15 pour atteindre les connexions du circuit de lecture du substrat d’embase 12, une structure porteuse 24 peut être réalisée à travers ladite couche sacrificielle 15 pour soutenir des zones de support 25. La structure porteuse 24 se présente par exemple sous la forme d’un ensemble de cordons concentriques et disposés tout autour des clous d'ancrage 23 des micro-bolomètres 11. En effet, les cordons entourent tous les micro-bolomètres 11 du détecteur élémentaire 10a- 10c de sorte à former une partie de cavité d’encapsulation des micro-bolomètres 11, en coopération avec la face supérieure du substrat d’embase 12 et la fenêtre optique 13. Pour garantir le support mécanique des zones de support 25, plusieurs cordons sont utilisés pour entourer les micro-bolomètres 11 et former la structure porteuse 24. To produce the micro-bolometers 11, a base substrate 12 integrating a read circuit is used. A sacrificial layer 15 can first be deposited on the base substrate 12, as illustrated in FIG. 8a. Openings are then made in this sacrificial layer 15 to define the position of the anchoring studs 23 of the micro-bolometers 11. In addition to the anchoring studs 23, it is also possible to form raised support zones 25 on the substrate of base 12. To do this, simultaneously with the formation of the anchoring nails 23 through the sacrificial layer 15 to reach the connections of the circuit of reading the base substrate 12, a support structure 24 can be made through said sacrificial layer 15 to support support areas 25. The support structure 24 is for example in the form of a set of concentric cords arranged around the anchoring nails 23 of the micro-bolometers 11. Indeed, the cords surround all the micro-bolometers 11 of the elementary detector 10a-10c so as to form part of the encapsulation cavity of the micro-bolometers 11, in cooperation with the upper face of the base substrate 12 and the optical window 13. To guarantee the mechanical support of the support zones 25, several cords are used to surround the micro-bolometers 11 and form the supporting structure 24.
En variante, il est possible de ménager les zones de support 25 directement sur le substrat d’embase 12 en utilisant une fenêtre optique 13 suffisamment épaisse et un niveau cavité NC suffisamment profond, typiquement d’une profondeur de l’ordre de 5 micromètres. Ainsi, il est possible de ne pas réaliser la structure porteuse 24 et d’utiliser uniquement la fenêtre optique 13 et la différence de profondeur entre le niveau de liaison NL et le niveau cavité NC pour former les parois latérales du boitier hermétique d’encapsulation des micro-bolomètre 11. As a variant, it is possible to arrange the support zones 25 directly on the base substrate 12 by using a sufficiently thick optical window 13 and a sufficiently deep NC cavity level, typically with a depth of the order of 5 micrometers. Thus, it is possible not to produce the support structure 24 and to use only the optical window 13 and the difference in depth between the level of connection NL and the level cavity NC to form the side walls of the hermetic box for encapsulating the micro-bolometer 11.
Dans l'exemple des figures 4 à 6, la profondeur du niveau cavité NC par rapport au niveau de liaison NL par exemple de l’ordre de 2 micromètres, est sensiblement égale à la hauteur des clous d'ancrage 23, si bien qu'il n'est pas possible de fixer le niveau de liaison NL directement sur le substrat d’embase 12 et qu’il convient de surélever les zones de support 25. In the example of Figures 4 to 6, the depth of the NC cavity level relative to the NL connection level, for example of the order of 2 micrometers, is substantially equal to the height of the anchoring nails 23, so that it is not possible to fix the level of connection NL directly on the base substrate 12 and that it is necessary to raise the support zones 25.
Lorsque la structure porteuse 24 et les clous d’ancrage 23 sont formés à travers la couche sacrificielle 15, une couche de support et des électrodes peuvent être déposés sur ces clous d’ancrage 23 et sur la structure porteuse 24, tel qu’illustré sur la figure 8b. La couche de support peut, par exemple, être réalisée en silicium amorphe alors que les électrodes peuvent être réalisées en nitrure de titane et sont déposées pour former un contact électrique avec les clous d’ancrage 23. When the support structure 24 and the anchoring studs 23 are formed through the sacrificial layer 15, a support layer and electrodes can be deposited on these anchoring studs 23 and on the supporting structure 24, as illustrated in Figure 8b. The support layer can, for example, be made of amorphous silicon while the electrodes can be made of titanium nitride and are deposited to form electrical contact with the anchoring studs 23.
Pour poursuivre la réalisation des micro-bolomètres 11, la figure 8c illustre le dépôt d'un matériau thermométrique entre les électrodes, par exemple en oxyde de vanadium, ainsi que l'encapsulation du matériau électrique et des électrodes. To continue the production of the micro-bolometers 11, FIG. 8c illustrates the deposition of a thermometric material between the electrodes, for example made of vanadium oxide, as well as the encapsulation of the electrical material and of the electrodes.
La figure 8d illustre l'étape de structuration des bras de soutien de la membrane des micro- bolomètres 11. Pour terminer la préparation du substrat d’embase 12, la couche sacrificielle 15 est retirée, laissant ainsi les zones de support 25 prêtes à recevoir la fenêtre optique 13 et mettant en suspension les micro-bolomètres 11 sur les clous d'ancrage 23, tel qu'illustré sur la figure 8e. Il est à noter que les zones de support 25 ne sont pas structurées en créant des motifs comme dans les bras de soutien si bien que la couche sacrificielle 15 demeure présente entre les cordons concentriques de la structure porteuse 24. Par ailleurs, les zones de support 25 peuvent subir une étape de planarisation pour optimiser le collage direct de type SAB avant de terminer la préparation du substrat d’embase 12. FIG. 8d illustrates the step of structuring the support arms of the membrane of the microbolometers 11. To complete the preparation of the base substrate 12, the sacrificial layer 15 is removed, thus leaving the support zones 25 ready to receive the optical window 13 and suspending the micro-bolometers 11 on the anchoring nails 23, as illustrated in FIG. 8e. It should be noted that the support zones 25 are not structured by creating patterns as in the support arms so that the sacrificial layer 15 remains present between the cords concentric of the support structure 24. In addition, the support zones 25 can undergo a planarization step to optimize direct bonding of the SAB type before completing the preparation of the base substrate 12.
La fenêtre optique 13 peut être réalisée indépendamment des étapes de préparation du substrat d’embase 12, par exemple sur une autre chaîne de fabrication. Cette fenêtre optique 13 est tout d'abord préparée en déposant le filtre multicouche interférentiel 20b ou en formant le réseau périodique de diffraction 20a sur la face externe 17 de la fenêtre optique 13. The optical window 13 can be produced independently of the steps for preparing the base substrate 12, for example on another production line. This optical window 13 is first of all prepared by depositing the multilayer interference filter 20b or by forming the periodic diffraction grating 20a on the external face 17 of the optical window 13.
Dans l'exemple de la figure 7a, une première étape de préparation de la fenêtre optique 13 consiste à former un filtre multicouche interférentiel 20b sur la face externe 17 selon les techniques bien connues du domaine, généralement par évaporation. Par exemple, le filtre multicouche interférentiel 20b peut être réalisé par une superposition de couches de bas indice de réfraction, usuellement en sulfure de zinc (ZnS), et de couches de haut indice de réfraction, usuellement en germanium (Ge). In the example of FIG. 7a, a first step in the preparation of the optical window 13 consists in forming an interference multilayer filter 20b on the external face 17 according to techniques well known in the field, generally by evaporation. For example, the multilayer interference filter 20b can be made by superimposing low refractive index layers, usually zinc sulphide (ZnS), and high refractive index layers, usually germanium (Ge).
Dans la suite du procédé de formation de la fenêtre optique 13, celle-ci est retournée pour préparer la face interne 16 destinée à être reportée sur le substrat d’embase 12. En variante, la face interne 16 peut être préparée avant la face externe 17 sans changer l'invention. Following the process for forming the optical window 13, the latter is turned over to prepare the internal face 16 intended to be transferred onto the base substrate 12. As a variant, the internal face 16 can be prepared before the external face 17 without changing the invention.
La première étape de formation de la face interne 16 de la fenêtre optique 13 consiste à graver au moins une partie de la face interne 16 pour définir deux niveaux de profondeur distincts : le niveau de liaison NL dans les parties qui ne sont pas gravées et le niveau cavité NC résultant de la partie gravée de la fenêtre optique 13. En effet, les figures 7 à 9 illustrent la réalisation collective de plusieurs détecteurs élémentaires 10a-10c, la fenêtre optique 13 est donc gravée pour obtenir plusieurs niveaux cavités NC juxtaposés. The first step of forming the internal face 16 of the optical window 13 consists in etching at least a part of the internal face 16 to define two distinct levels of depth: the level of connection NL in the parts which are not engraved and the NC cavity level resulting from the etched part of the optical window 13. Indeed, FIGS. 7 to 9 illustrate the collective production of several elementary detectors 10a-10c, the optical window 13 is therefore etched to obtain several juxtaposed NC cavity levels.
En variante, un seul détecteur élémentaire 10a-10c peut-être formée si bien qu'un seul niveau cavité NC peut être gravé dans la face interne 16 de la fenêtre optique 13. L’étape de structuration du ou des différentes niveaux cavité NC de la fenêtre optique 13 peut être réalisée par une gravure ionique réactive, par gravure humide ou par ablation laser. As a variant, a single elementary detector 10a-10c can be formed so that a single NC cavity level can be etched in the internal face 16 of the optical window 13. The step of structuring the different NC cavity level(s) of the optical window 13 can be produced by reactive ion etching, by wet etching or by laser ablation.
Tel qu'illustré sur la figure 7b, la formation du niveau cavité NC permet de créer une demi- cavité au niveau de la face interne 16 de la fenêtre optique 13. Cette demi-cavité permettra, lorsque la fenêtre optique 13 sera reportée sur le substrat d’embase 12, de former une partie de la cavité d’encapsulation des micro-bolomètres 11, en coopération avec la face supérieure du substrat d’embase 12 et éventuellement la structure porteuse 24. Lorsque le niveau cavité NC est formé, les réseaux périodiques de diffraction distincts 21a-21c peuvent être réalisés dans le niveau cavité NC, tel qu'illustré sur la figure 7c. As illustrated in FIG. 7b, the formation of the cavity level NC makes it possible to create a half-cavity at the level of the internal face 16 of the optical window 13. This half-cavity will allow, when the optical window 13 is transferred to the base substrate 12, to form part of the encapsulation cavity of the micro-bolometers 11, in cooperation with the upper face of the base substrate 12 and possibly the supporting structure 24. When the NC cavity level is formed, the distinct periodic diffraction gratings 21a-21c can be made in the NC cavity level, as shown in Fig. 7c.
Les filtres distincts 21a-21c, par exemple des réseaux de plots gravés dans le niveau cavité NC, sont conçus pour atténuer différemment la transmission optique de la fenêtre optique 13. Pour ce faire, les filtres distincts 21a-21c peuvent présenter des géométries distinctes, avec des taux de remplissage ou des pas distincts. Ces filtres distincts 21a-21c peuvent être réalisés à l’aide de techniques de photolithographic ou de gravure usuelles de l’état de la technique qui permettent à la fois une production à grande échelle et une reproductibilité élevée, de sorte que la taille et la densité de défauts du réseau de diffraction sont très limitées. Pour former le masque de gravure dans la profondeur du niveau cavité NC, il est possible d’utiliser une technique de pulvérisation du masque de gravure, cette technique étant connue sous l’expression anglo- saxonne « spray coating ». The separate filters 21a-21c, for example networks of pads etched in the NC cavity level, are designed to attenuate the optical transmission of the optical window 13 differently. To do this, the separate filters 21a-21c can have separate geometries, with distinct fill rates or pitches. These separate filters 21a-21c can be produced using photolithographic or etching techniques customary in the state of the art which allow both large-scale production and high reproducibility, so that the size and the diffraction grating defect density are very limited. To form the etching mask in the depth of the NC cavity level, it is possible to use a technique of spraying the etching mask, this technique being known by the English expression "spray coating".
Tel qu'illustré sur la figure 7d, un matériau getter 19 peut également être déposé à côté des réseaux périodiques de diffraction distincts 21a-21c. Le matériau getter 19 peut être réalisé en zirconium, en titane, en vanadium, en hafnium, en niobium, en tantale, en cobalt, en yttrium, en baryum, en fer, en palladium, en platine ou en alliage de ces matériaux. De plus, du chrome (Cr), de l’aluminium (Al), du nickel (Ni) et des terres rares telles que le cérium (Ce), le césium (Cs), le scandium (Sc) ou le lanthane (La) peuvent être ajoutés à ces métaux pour améliorer les caractéristiques du getter, telles que la taille des grains. As shown in Figure 7d, getter material 19 may also be deposited adjacent to the separate periodic diffraction gratings 21a-21c. The getter material 19 can be made of zirconium, titanium, vanadium, hafnium, niobium, tantalum, cobalt, yttrium, barium, iron, palladium, platinum or an alloy of these materials. In addition, chromium (Cr), aluminum (Al), nickel (Ni) and rare earths such as cerium (Ce), cesium (Cs), scandium (Sc) or lanthanum (La ) can be added to these metals to improve getter characteristics, such as grain size.
Ce matériau getter 19 est utilisé pour garantir le niveau de vide dans la cavité formée par le boîtier hermétique d’encapsulation autour des micro-bolomètres 11. Ce matériau getter 19 peut être déposé, par exemple par évaporation, directement sur le niveau cavité NC ou dans une tranchée 18 préalablement formée dans le niveau cavité NC. This getter material 19 is used to guarantee the level of vacuum in the cavity formed by the hermetic encapsulation case around the micro-bolometers 11. This getter material 19 can be deposited, for example by evaporation, directly on the level cavity NC or in a trench 18 previously formed in the cavity level NC.
En effet, tel qu’illustré sur la figure 6, une tranchée 18 peut être formée à côté des réseaux périodiques de diffraction distincts 21a-21c de la fenêtre optique 13. Cette tranchée 18 peut avoir pour fonction première d’augmenter le volume de la cavité formée autour des micro- bolomètres 11, permettant ainsi de détendre les gaz à l’intérieur de la cavité et de limiter la complexité pour maintenir le niveau de vide recherché dans la cavité. Par ailleurs, le matériau getter 19 peut être déposé sur tout ou partie du fond de cette tranchée 18. La formation de cette tranchée 18 peut être analogue à la formation des réseaux périodiques de diffraction distincts 21a-21c de la fenêtre optique 13, c’est-à-dire en utilisant des techniques de photolithographic ou de gravure usuelles de l’état de la technique, et éventuellement une technique de pulvérisation du masque de gravure. La tranchée 18 peut être réalisée avant ou après les réseaux périodiques de diffraction distincts 21a-21c de la fenêtre optique 13. Indeed, as illustrated in FIG. 6, a trench 18 can be formed next to the periodic diffraction gratings 21a-21c distinct from the optical window 13. This trench 18 can have the primary function of increasing the volume of the cavity formed around the micro-bolometers 11, thus making it possible to expand the gases inside the cavity and to limit the complexity in order to maintain the desired level of vacuum in the cavity. Furthermore, the getter material 19 can be deposited on all or part of the bottom of this trench 18. The formation of this trench 18 can be analogous to the formation of the periodic diffraction gratings 21a-21c distinct from the optical window 13, that is to say by using photolithographic or usual etching techniques of the state of the technique, and possibly a technique for spraying the etching mask. The trench 18 can be made before or after the separate periodic diffraction gratings 21a-21c of the optical window 13.
Dans tous les cas, le matériau getter 19 est déposé en dehors des zones de réalisation des réseaux périodiques de diffraction spécifiques 21a-21c. In all cases, the getter material 19 is deposited outside the areas of production of the specific periodic diffraction gratings 21a-21c.
Lorsque la fenêtre optique 13 et le substrat d’embase 12 sont formés, la fenêtre optique 13 peut être reportée sur le substrat d’embase 12, tel qu'illustré sur la figure 9a. Un collage direct de type SAB du niveau de liaison NL de la fenêtre optique 13 sur les zones de support 25 du substrat d’embase 12 est mis en œuvre pour garantir l’alignement et la fixation de la fenêtre optique 13 par rapport au substrat d’embase 12. Tel qu'illustré sur la figure 9b, la fenêtre optique 13 peut ensuite être découpée pour préparer la séparation des différents détecteurs élémentaires 10a-10c ainsi formées. Le substrat d’embase 12 est également découpé après la découpe de la fenêtre optique 13 pour compléter la séparation des détecteurs élémentaires 10a- 10c, tel qu'illustré sur la figure 9c. When the optical window 13 and the base substrate 12 are formed, the optical window 13 can be transferred onto the base substrate 12, as illustrated in FIG. 9a. A direct bonding of the SAB type of the bonding level NL of the optical window 13 on the support zones 25 of the base substrate 12 is implemented to guarantee the alignment and the fixing of the optical window 13 with respect to the substrate. base 12. As illustrated in FIG. 9b, the optical window 13 can then be cut out to prepare the separation of the various elementary detectors 10a-10c thus formed. The base substrate 12 is also cut after the optical window 13 has been cut to complete the separation of the elementary detectors 10a-10c, as illustrated in FIG. 9c.
Ainsi, l’invention permet de réaliser collectivement plusieurs détecteurs élémentaires 10a- 10c intégrant au moins deux micro-bolomètres 11 permettant de capter des gammes de longueurs d’onde distinctes au moyen d'une fenêtre optique 13 fixée par collage direct de type SAB sur un substrat d’embase 12. Ce collage direct permet de garantir l’alignement des réseaux périodiques de diffraction 21a-21c distincts de la fenêtre optique 13. Par ailleurs, la hauteur de la cavité formée autour des micro-bolomètres 11 peut également être réduite pour limiter la diaphonie optique. Typiquement, la distance séparant le niveau cavité NC de la fenêtre optique 13 et les membranes des micro-bolomètres 11 peut être inférieure à 10 micromètres. Thus, the invention makes it possible to collectively produce several elementary detectors 10a-10c integrating at least two micro-bolometers 11 making it possible to capture distinct wavelength ranges by means of an optical window 13 fixed by direct bonding of the SAB type on a base substrate 12. This direct bonding makes it possible to guarantee the alignment of the periodic diffraction gratings 21a-21c distinct from the optical window 13. Furthermore, the height of the cavity formed around the micro-bolometers 11 can also be reduced to limit optical crosstalk. Typically, the distance separating the cavity level NC of the optical window 13 and the membranes of the micro-bolometers 11 can be less than 10 micrometers.
Pour garantir le niveau de vide dans la cavité avec une hauteur réduite, il est préférable d’activer le matériau guetteur 19 avant de réaliser le collage direct de type SAB. En effet, pour réaliser la fixation entre la fenêtre optique 13 et le substrat d’embase 12, le collage direct de type SAB doit être réalisé sous un niveau de vide très important, préférentiellement compris entre 10’9 et 10’7 mbar, typiquement proche de 10 8 mbar. Avec un tel niveau de vide, il est possible de chauffer à la fois le substrat d’embase 12 et la fenêtre optique 13 de sorte que ces éléments et le matériau getter 19 dégazent un maximum de molécules avant la fixation. Le collage direct de type SAB est ensuite réalisé sans apport de chaleur si bien que la désorption des molécules est limitée dans la cavité. Le matériau getter 19 peut donc absorber les faibles gaz demeurant dans la cavité pour garantir un niveau de vide important pendant toute la durée de vie du détecteur élémentaire 10a-10c, même avec une cavité de très faible volume, typiquement inférieur à 10 mm3. To guarantee the level of vacuum in the cavity with a reduced height, it is preferable to activate the spotter material 19 before carrying out the direct bonding of the SAB type. Indeed, to achieve the attachment between the optical window 13 and the base substrate 12, the direct bonding of the SAB type must be carried out under a very high level of vacuum, preferably between 10' 9 and 10' 7 mbar, typically close to 10 8 mbar. With such a level of vacuum, it is possible to heat both the base substrate 12 and the optical window 13 so that these elements and the getter material 19 degas a maximum of molecules before fixing. The SAB-type direct bonding is then carried out without adding heat so that the desorption of the molecules is limited in the cavity. The getter material 19 can therefore absorb the weak gases remaining in the cavity to guarantee a high level of vacuum throughout the lifetime of the elementary detector 10a-10c, even with a cavity of very low volume, typically less than 10 mm 3 .
En outre, l’utilisation d’un apport de chaleur avant le collage direct de type SAB permet un plus grand degré de liberté que les procédés de scellement impliquant une ou plusieurs couches métalliques. Par exemple, il est possible de chauffer plus fortement le substrat d’embase 12 pour obtenir le dégazage des couches formant les micro-bolomètres 11, car les couches métalliques utilisées pour le scellement ne sont plus présentes et l’apport de chaleur ne risque plus d’aboutir à une interdiffusion des couches métalliques entre elles et/ou avec le substrat d’embase 12. In addition, the use of a heat input before the SAB-type direct bonding allows a greater degree of freedom than sealing processes involving one or more metal layers. For example, it is possible to heat the base substrate 12 more strongly to obtain the degassing of the layers forming the micro-bolometers 11, since the metal layers used for sealing are no longer present and the supply of heat no longer risks to lead to an interdiffusion of the metallic layers between them and/or with the base substrate 12.
L’invention permet donc d'obtenir un capteur infrarouge intégrant des détecteurs élémentaires 10a-10c d'un rayonnement infrarouge plus précis et/ou permettant d'obtenir une quantité d’informations supérieures aux capteurs infrarouges de l’état de la technique. The invention therefore makes it possible to obtain an infrared sensor integrating elementary detectors 10a-10c of more precise infrared radiation and/or making it possible to obtain a quantity of information greater than the infrared sensors of the state of the art.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire (10a-10c) d’un rayonnement infrarouge, chaque détecteur élémentaire (10a- 10c) comprenant au moins deux micro- bolomètres (11) associés chacun à un filtre distinct (21a-21c) d’une fenêtre optique (13), le procédé comprenant les étapes suivantes : dépôt et structuration d’une couche sacrificielle (22) sur un substrat d’embase (12) ; formation de clous d’ancrage (23) et de structures porteuses (24) dans l’épaisseur de la couche sacrificielle (22) ; réalisation d’une membrane (26) pour chacun des micro-bolomètres ( 11 ) sur les clous d’ancrage (23) et des zones de support (25) sur les structures porteuses (24) ; élimination de la couche sacrificielle (22) pour mettre en suspension les membranes (26) des micro-bolomètres (11) sur les clous d’ancrage (23) ; formation sur au moins une partie d’une face interne (16) de la fenêtre optique (13) de deux niveaux de profondeurs distincts : un niveau de liaison (NL) correspondant aux parties de la fenêtre optique (13) avec la plus grande épaisseur et un niveau cavité (NC) correspondant aux parties de la fenêtre optique (13) avec la plus faible épaisseur ; réalisation d’un ensemble de filtres spécifiques (21a-21c) avec des propriétés de filtration distinctes en termes de longueurs d’onde dans le niveau cavité (NC) ; réalisation d’un filtre (20a-20b) sur une face externe (17) de la fenêtre optique (13), opposée à la face interne (16) ; report du niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) sur les zones de support (25) du substrat d’embase (12) de sorte que les filtres spécifiques (21a-21c) sont disposés en regard desdits au moins deux micro-bolomètres (11) ; et collage direct de type SAB du niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) sur les zones de support (25) du substrat d’embase (12). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon la revendication 1, dans lequel la fenêtre optique (13) est gravée pour former le niveau cavité (NC), les filtres spécifiques (21a-21c) correspondant à des réseaux périodiques de diffraction structurés dans le niveau cavité (NC). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon la revendication 1, dans lequel le niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) est formée par dépôt de surépaisseurs sur le niveau cavité (NC). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, préalablement à l’étape de report du niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) sur les zones de support (25) du substrat d’embase (12), le niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) et/ou les zones de support (25) subissent une étape de planarisation. Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel un matériau getter (19) est déposé dans le niveau cavité (NC) de la fenêtre optique (13) en dehors des zones de réalisation des filtres spécifiques (21a-21c). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel un matériau getter (19) est déposé dans une tranchée (18) du niveau cavité (NC) de la fenêtre optique (13), ladite tranchée (18) étant ménagée en dehors des zones de réalisation des filtres spécifiques (21a-21c). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le matériau getter (19) est réalisé en zirconium, en titane, en vanadium, en hafnium, en niobium, en tantale, en cobalt, en yttrium, en baryum, en fer, en palladium, en platine ou en alliage de ces matériaux, complété éventuellement par du chrome (Cr), de l’aluminium (Al), du nickel (Ni) et des terres rares, telles que le cérium (Ce), le césium (Cs), le scandium (Sc) ou le lanthane (La). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel, préalablement au report du niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) sur les zones de support (25) du substrat d’embase (12), le matériau getter (19) est thermiquement activé sous une pression compatible avec les conditions de pression du collage direct de type SAB, ladite pression étant conservée lors des étapes de report et de collage direct de la fenêtre optique (13) sur les zones de support (25). Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon la revendication 8, dans lequel le matériau getter (19) est activé sous une pression comprise entre 10’9 et 10’7 mbar. 10. Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’étape de formation du niveau cavité (NC) de la fenêtre optique (13) est réalisée par une gravure ionique réactive, une gravure humide ou une ablation laser. CLAIMS Method for producing at least one elementary detector (10a-10c) of infrared radiation, each elementary detector (10a-10c) comprising at least two micro-bolometers (11) each associated with a distinct filter (21a-21c ) an optical window (13), the method comprising the following steps: depositing and structuring a sacrificial layer (22) on a base substrate (12); formation of anchor nails (23) and bearing structures (24) in the thickness of the sacrificial layer (22); production of a membrane (26) for each of the micro-bolometers (11) on the anchoring nails (23) and support zones (25) on the load-bearing structures (24); elimination of the sacrificial layer (22) to suspend the membranes (26) of the micro-bolometers (11) on the anchoring nails (23); formation on at least part of an internal face (16) of the optical window (13) of two distinct depth levels: a connection level (NL) corresponding to the parts of the optical window (13) with the greatest thickness and a cavity level (NC) corresponding to the parts of the optical window (13) with the smallest thickness; production of a set of specific filters (21a-21c) with distinct filtration properties in terms of wavelengths in the cavity level (NC); making a filter (20a-20b) on an outer face (17) of the optical window (13), opposite the inner face (16); transfer of the connection level (NL) of the optical window (13) onto the support zones (25) of the base substrate (12) so that the specific filters (21a-21c) are placed facing said at least two micro-bolometers (11); and SAB-type direct bonding of the bond level (NL) of the optical window (13) to the support areas (25) of the base substrate (12). Method for producing at least one elementary infrared radiation detector according to claim 1, in which the optical window (13) is etched to form the cavity level (NC), the specific filters (21a-21c) corresponding to periodic diffraction gratings structured in the cavity level (NC). Method for producing at least one elementary infrared radiation detector according to claim 1, in which the connection level (NL) of the optical window (13) is formed by depositing additional thicknesses on the cavity level (NC). Method for producing at least one elementary detector of infrared radiation according to one of Claims 1 to 3, in which, prior to the step of transferring the link level (NL) of the optical window (13) onto the support areas (25) of the base substrate (12), the bond level (NL) of the optical window (13) and/or the support areas (25) undergo a planarization step. Method for producing at least one elementary detector of infrared radiation according to one of Claims 1 to 4, in which a getter material (19) is deposited in the cavity level (NC) of the optical window (13) in outside of the zones for carrying out the specific filters (21a-21c). Method for producing at least one elementary detector of infrared radiation according to one of Claims 1 to 4, in which a getter material (19) is deposited in a trench (18) of the cavity level (NC) of the window optic (13), said trench (18) being formed outside the zones for producing the specific filters (21a-21c). Method for producing at least one elementary infrared radiation detector according to claim 5 or 6, in which the getter material (19) is made of zirconium, titanium, vanadium, hafnium, niobium, tantalum, cobalt, yttrium, barium, iron, palladium, platinum or an alloy of these materials, possibly supplemented by chromium (Cr), aluminum (Al), nickel (Ni) and rare earths , such as cerium (Ce), cesium (Cs), scandium (Sc) or lanthanum (La). Method for producing at least one elementary detector of infrared radiation according to one of Claims 5 to 7, in which, prior to the transfer of the connection level (NL) of the optical window (13) onto the support zones (25) of the base substrate (12), the getter material (19) is thermally activated under a pressure compatible with the pressure conditions of SAB-type direct bonding, said pressure being maintained during the transfer and direct bonding steps of the optical window (13) on the support areas (25). Method for producing at least one elementary infrared radiation detector according to claim 8, in which the getter material (19) is activated under a pressure of between 10' 9 and 10' 7 mbar. 10. Method for producing at least one elementary detector of infrared radiation according to one of claims 1 to 9, in which the step of forming the cavity level (NC) of the optical window (13) is carried out by reactive ion etching, wet etching or laser ablation.
11. Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire d’un rayonnement infrarouge selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le filtre (20a) de la face externe (17) de la fenêtre optique (13) est constitué d’un réseau périodique de diffraction. 11. Method for producing at least one elementary detector of infrared radiation according to one of claims 1 to 10, in which the filter (20a) of the external face (17) of the optical window (13) consists of a periodic diffraction grating.
12. Procédé de réalisation d’au moins un détecteur élémentaire selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le filtre (20b) de la face externe (17) de la fenêtre optique (13) est constitué d’un filtre multicouche interférentiel. 12. Method for producing at least one elementary detector according to one of claims 1 to 10, in which the filter (20b) of the outer face (17) of the optical window (13) consists of a multilayer filter interferential.
13. Détecteur élémentaire (10a- 10c) d’un rayonnement infrarouge comprenant : un substrat d’embase (12) sur lequel au moins deux micro-bolomètres (11) sont montés en suspension sur des clous d’ancrage (23), le substrat d’embase (12) comportant également des zones de support (25) fixées sur des structures porteuses (24), les membranes des micro-bolomètres (11) et les zones de support (25) s’étendant dans un même plan ; et une fenêtre optique (13) comprenant : 13. Elementary detector (10a-10c) of infrared radiation comprising: a base substrate (12) on which at least two micro-bolometers (11) are mounted in suspension on anchoring nails (23), the base substrate (12) also comprising support zones (25) fixed to support structures (24), the membranes of the micro-bolometers (11) and the support zones (25) extending in the same plane; and an optical window (13) comprising:
■ une face interne (16) présentant deux niveaux de profondeurs distincts : un niveau de liaison (NL) et un niveau cavité (NC) ; le niveau cavité (NC) de la face interne (16) comprenant au moins deux filtres spécifiques (21a-21c) avec des propriétés de filtration distinctes des longueurs d’onde du rayonnement infrarouge ; ■ an internal face (16) having two distinct depth levels: a connection level (NL) and a cavity level (NC); the cavity level (NC) of the internal face (16) comprising at least two specific filters (21a-21c) with distinct filtration properties of the wavelengths of the infrared radiation;
■ une face externe (17) de la fenêtre optique (13), opposée à la face interne (16), comprenant un réseau périodique de diffraction (20a) ou un filtre multicouche interférentiel (20b) présentant une capacité de filtration uniforme du rayonnement infrarouge pour lesdits au moins deux micro-bolomètres (11) ; le niveau de liaison (NL) de la fenêtre optique (13) étant fixé sur des zones de support (25) du substrat d’embase (12) de sorte que chaque filtre spécifique (21a-21c) est disposé en regard d’un seul micro-bolomètre (11). ■ an external face (17) of the optical window (13), opposite the internal face (16), comprising a periodic diffraction grating (20a) or an interference multilayer filter (20b) having a uniform infrared radiation filtering capacity for said at least two micro-bolometers (11); the connection level (NL) of the optical window (13) being fixed on support zones (25) of the base substrate (12) so that each specific filter (21a-21c) is placed facing a single micro-bolometer (11).
14. Détecteur élémentaire selon la revendication 13, dans lequel la distance séparant le niveau cavité (NC) de la fenêtre optique (13) et les membranes des micro-bolomètres (11) est inférieure à 10 micromètres. eur infrarouge comprenant : un substrat d’embase (12) intégrant un circuit de lecture ; un ensemble de détecteurs élémentaires (10a- 10c) selon la revendication 13 ou 14, connectés au circuit de lecture, et agencés sous forme matricielle sur le substrat d’embase (12). 14. Elementary detector according to claim 13, in which the distance separating the cavity level (NC) of the optical window (13) and the membranes of the micro-bolometers (11) is less than 10 micrometers. infrared sensor comprising: a base substrate (12) integrating a read circuit; a set of elementary detectors (10a-10c) according to claim 13 or 14, connected to the read circuit, and arranged in matrix form on the base substrate (12).
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