Brevet FR2536908A1 — publié le 19840601

La présente invention concerne un procédé de fabrica- tion d'un détecteur infra-rouge matriciel, comprenant une matrice d'éléments infrarouges, notamment pour caméra, par exemple pour reconnaissance aérienne. L'avantage de tels détecteurs à matrice réside dans le fait que l'adressage; ou le balayage, des éléments de la matrice s'effectue de manière électronique, et non'plus mécaniquement par spot lumineux. L'adressage consiste en fait, à l'aide de moyens élec- troniques de traitement, soit à intégrer les signaux délivrés par les éléments de la matrice, soit à commuter séquentiel- lement les éléments de la matrice sur un circuit de lecture des signaux délivrés On conçoit donc que chacun des éléments de la matrice est connecté à ces moyens électroniques de- traitement. On a déjà proposé de coupler les éléments de la matrice à des circuits électroniques de traitement par des connexions. Mais cette solution présente des inconvénients dus à la lon- gueur des lignes de connexion, dans lesquelles sont engendrés des bruits parasites, et à leur nombre qui provoque une char- ge thermique à cause des pertes-en ligne Par ailleurs, cet- te solution conduit à des modules de détection d'encombrement important, avec un grand nombre de soudures élémentaires. On a ensuite proposé de fabriquer un détecteur infra- rouge matriciel en prenant une première plaquette de semi- conducteur de l'un des deux types p et n, préalablement dé- coupée, en diffusant des zones de l'autre des deux types, depuis la face avant à éclairer de la plaquette, pour définir des fonctions et former une matrice de détecteurs élémentai- res, en disposant la première plaquette de détection sur une deuxième plaquette de semi-conducteur agencée pour traiter les signaux délivrés par les détecteurs élémentaires de la matrice de la première plaquette, et en formant, sur la face avant de la plaquette de détection, sur l'une des parois de celle-ciréunissant sa face avant et la face de la deuxième plaquette de traitement tournée vers la plaquette de détec- tion, et sur cette face de la plaquette de traitement, des bornes de contact métalliques connectant lesdites zones de la plaquette de détection à des plages de métallisation associées de la plaquette de traitement Un tel procédé de fabrication présente déjà l'avantage de pouvoir former les bornes de connexioncollectivement en une seule opération. Toutefois, ce procédé présente l'inconvénient selon lequel, avant la réalisation de ces bornes de connexion, les deux plaquettes de détection et de traitement doivent déjà être l'une sur l'autre Il en résulte un risque de défaut d'alignement des bornes de connexion et des plages de métal- lisation de la plaquette de traitement Il en résulte égale- ment un risque de discontinuité électrique dû à la disconti- nuité structurelle, au niveau du joint entre les deux pla- quettes, généralement constitué de colle. La présente invention vise donc à pallier ces inconvé- nients. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un détecteur infrarouge matriciel à éclaira- ge par la face avant, caractérisé-par le fait qu'on prend une première plaquette de semi-conducteur de l'un des deux types p et n, on y forme, dépuis la face avant à éclairer, un relief en îlots, on y diffuse-, depuis le niveau haut du relief, des zones de l'autre des deux types pour définir des fonctions et former une matrice de détecteurs élémentaires, on forme, sur le niveau haut du relief, depuis les zones de l'autre des deux types,sur au moins l'une des parois du relief réunissant les niveaux haut et' bas et sur le niveau-bas du relief de la pla- quette de détection, du côté de ladite une paroi, des bornes de contact métalliques on amincit la plaquette de détection depuis sa face arrière opposée à celle à éclairer, jusqu'au niveau bas du relief, pour dégager les bornes de contact, on dispose la plaquette de détection amincie, par sa face arrière, sur une deuxième plaquette de semi-conducteur, agencée pour traiter les signaux délivrés par les détecteurs élémentaires de la matrice de la plaquette de détection, et on connecte lesdites bornes de contact à des plages de métallisation asso- ciées de la plaquette de traitement. Ainsi, et grâce à l'invention, la formation des bornes de connexion dans les "sillon S", au niveau bas du relief en ilots, de la plaquette de détection, ne pose pas de difficul- té puisque la structure est continue, et tout risque de rup- ture électrique se trouve donc éliminé En outre, un aligne- ment parfait des bornes de connexion et des plages de métal- lisation de la plaquette de traitement peut être réalisé sans difficulté. Enfin, le procédé de fabrication de l'invention est ra- pide et économique et n'entraîne aucune dégradation du maté- riau de la plaquette de détection. Dansune mise en oeuvre préférée du procédé de l'inven- tion, on forme les bornes de contact par l'un des deux pro- cédés d'évaporation thermique et de pulvérisation cathodique, avant de les grossir par voie électrolytique. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une mise en oeuvre préférée du pro- cédé de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: les figures 1 'à 9 représentent une vue en'coupe sché- matique d'une plaquette de détection dans-ses différentes pha- ses de fabrication et de montage sur une plaquette de traite- ment, selon le procédé de l'invention, et la figure 10 représente une vue en perspective de l'ancrage sur la plaquette de détection d'une borne de contact de connexion du détecteur fabriqué selon le procédé de l'in- vention Vont donc maintenant être décrites les différentes pha- ses du procédé de fabrication d'un détecteur infrarouge matri- ciel à éclairage par la face avant, par exemple en technolo- gie planar. On part d'un substrat massif 1, par exemple enj Hg Cd Te, qui est un matériau semi-conducteur bien approprié, notamment pour la détection d'objets ou de paysages dans les bandes spectrales de 3 à 5 pm et de 8 à 12 min, bien que l'invention ne soit pas limitée à un tel matériau Le substrat l est plus précisément-de type p, bien qu'on aurait-pu également prendre un substrat de type n Le substrat 1 se présente dès le départ sous forme d 4 'u Ii rlaqui-tte d'en-J;r-n 1 mm d'Mpaisselr dans le r as - n idére Le substrat 1 est poli et soumis à une attaque chimique afin d'obtenir des parois parfaitement planes et ayant un bon état de surface physico-chimique. On dépose ensuite sur toute la face supérieure, ou avant, 2 de la plaquette 1, celle destinée à être éclairée, une couche 5 de résine photosensible puis on y applique un masque pourvu de lumières r 6 gulièrement espacées selon le motif désir 6, et on insole aux rayons ultra-violets pour polymériser la résine, en l'espèce négative, au droit des lumières et former ainsi des îlots de réserve 3 devant résister à des agents d'attaque) et correspondant à des reliefs 4, à conserver. On attaque depuis la couche de résine 5 le substrat 1 jusqu'à l'obtention d'une structure en relief présentant des ilots 4 et des sillons 6, entre les Ilots 4 La hauteur des îlots 4 peut avantageusement être comprise entre 30 et 50 Ym. -20 L'attaque peut être réalisée par abrasion ionique ou encore par voie chimique, par exemple avec une solution de brome pur et d'alcool. Après cette "découpe", on élimine les zones de réserve 3, à l'aide du solvant approprié. On procède ensuite à un léger polissage pour adoucir la structure des Ilots 4 et arrondir leurs bords 7. Après avoir déposé une couche de masquage 10, en maté- riau diélectrique sur la face supérieure 8 des ilots 4, sur l'une de leurs parois 12 plus ou moins verticales, réunissant leurs niveaux haut et bas, et sur une partie des sillons 6, adjacents aux parois concernées, procédé, à la partie supé- rieure des 1 ots 4, à I'ouverture de fenêtres de diffusion 11 dans cette couche 10, par exemple par attaque chimique, on procède, à partir de ces fenêtres, à une diffusion de type n, depuis la face 8, pour obtenir des zones 9 de type n Bien entendu, si on était parti d'un substrat de type n, on aurait procédé ensuite à une diffusion de type p. On obtient ainsi, une série, ou mieux une mosaïque, de photodiodes élémentaires créées par les zones 9 de type N dans le substrat 1 de type p des îlots 4. On dépose ensuite, à travers un masque, sur l'isolant 10, et depuis les zones 9, de fines bandes métalliques 13 de quelques milliers de A d'épaisseur, qui s'étendent donc d'un côté des lots 4, de la zone 9 au sillon 6 correspondant. Ce dépôt peut s'effectuer, soit par évaporation thermique, soit par pulvérisation cathodique On plonge ensuite le substrat 1 dans-un bain d'électrolyte pour faire grossir les. bandes métalliques préalablement déposées, par passage d'un courant à travers les bandes métalliques et le massif p du substrat, jusqu'à obtenir des bornes de contact 13 de quel- ques jpm d'épaisseur. Grâce aux bords arrondis des ilots 4, les bornes de contact 13 sont déposées sans risque de discontinuité élec- trique. On procède ensuite à l'amincissement de la plaquette et au dégagement des bornes de contact 13. A cet effet, on colle tout d'abord la plaquette 1, par sa face supérieure active présentant la structure en relief, sur une plaque-support 14, par exemple en verre, au moyen par exemple de cire 15 La plaque 14 assure la protection mé- canique de la face active de la plaquette ainsi que le main- tien et le positionnement de la plaquette pendant les opéra- tions d'amincissement et de dégagement des bornes de contact. On procède ensuite à l'amincissement de la plaquette 1, depuis sa face arrière 16 opposée à celle destinée à être éclairée, pour réduire l'épaisseur totale de la plaquette 1 de 1 mm à environ 70 à 100,pm, par des moyens connus, par exemple par rodage ou polissage mécanique ou mécano-chimique. Enfin, on procède toujours depuis la face arrière, au dégagement des bornes 13, en attaquant le substrat jusqu'à ces bornes, celles-ci non comprises, mais la couche 10, quant à elle, comprise. L'attaque des agents doit donc être sélective vis-à-vis des bornes Cette attaque peut être réalisée par abrasion ionique; dans ce cas, on cessera l'abrasion juste après 2536908- l'attaque de la couche isolante 10 Cette attaque peut encore être réalisée par voie chimique; dans ce cas, si les bornes sont par exemple en or, l'agent d'attaque peut être une solu- tion de brome pur et d'alcool. On obtient ainsi une plaquette sensiblement de même épaisseur que les Ilots 4 précédemment découpés, s'étendant entre le niveau 17, correspondant sensiblement à celui des sillons 6 maintenant disparus et représenté en traits inter- rompus sur la figure 7, a l'épaisseur près de la couche 10 en saillie hors de l'îlot associé, également attaqué et la face supérieure destinée à être éclairée. Il reste ensuite, après la séparation des îlots, à monter la plaquette amincie 19 ou plus exactement les-diffé- rentespièces d'ilots ainsi découpées, sur une autre plaquette de traitement 18 par sa face arrière 17,et par exemple, par collage 19, et à connecter collectivement les bornes 13, préformées et intégrées à la plaquette de détection, à la plaquette de traitement 18, et plus précisément à des plages de métallisation associées 20, par leurs pattes en saillie hors de ilots 4, toutes Au nêioe niveau que les plages 20,et à reporter ainsi les contacts N sur la plaquette de traitement La plaquette 18 agencée pour traiter les signaux délivrés par les détec- teurs de la matrice de la plaquette de détection, est de préférence en silicium, mais il ne s'agit pas ici d'une li- mitation de l'invention. Le collage de la plaquette de détection sur la plaquet- te de traitement 18 peut être effectué à l'aide d'une colle conductrice 19 Dans ce cas, le contact de type p de la pla- quette de détection est directement reporté sur la plaquette de traitement 18 Si on emploie une colle isolante, le con- tact p de la plaquette de détection est reporté sur la pla- quette de traitement de la même manière que les contacts n. Quant à la connexion des pattes en saillie des bornes 13 de la plaquette de détection aux plages de métallisation -associées 20 de la plaquette de traitement 18, par exemple constituées d'un dépôt d'or ou d'aluminium, elle peut s'ef- fectuer par exemple par soudure, soit aux ultra-sons, soit par thermocompression, à l'aide d'un outil de soudure adapté au motif de la mosaïque de détecteurs élémentaires. On notera que les bornes de contact 13 ont une longueur telle qu'elles descendent le long des parois des llots et s'étendent au-delà en saillie hors de ces llots d'une lon- gueur nécessaire à la prise du contact sur la plage associée du circuit de traitement de la plaquette 18. Bien entendu, l'invention se rapporte à toute configu- ration de mosaïque, ou de matrice, de détecteurs élémentaires On notera aussi que pendant le dégagement des bornes de contact 13, là structure des îlots 4 évite tout risque O d'infiltration de l'agent d'attaque vers les photodiodes et que les bornes elles-mêmes ne sont pas endommagées grâce à leur renforcement électrolytique. L'intégration des bornes de contact 13 des détecteurs élémentaires de la plaquette de détection de l'invention est réalisée par formation de chacune des bornes depuis au moins une-'partie de la zone N associée 9 Pour améliorer L'inté- gration des bornes, ou encore l'ancrage des bornes, l'intégra- tion est réalisée par une bordure fermée 21 de forme généra- le rectangulaire, présentant trois côtés 22, 23, 24 d'une certaine largeur, intégrés au substrat de type p, à l'exté- rieur de la zone N 9 associée, et un côté élargi 25 en contact avec la zone n 9 et se prolongeant en 13, vers l'extérieur de la plaquette, les côtés de la bordure 21 ménageant une fena- tre d'éclairage 26 sensiblement au droit de la zone N 9 de la jonction correspondante. Revendications 1 Procédé de fabrication d'un détecteur infrarouge matriciel à-éclairage par la face avan-t, caractérisé par le fait qu'on prend une première plaquette ( 1) de semi-conducteur de l'un des deux types p et-n, on y forme, depuis la face- avant ( 8) à éclairer, un relief en ilots ( 4), on y diffuse, depuis le niveau haut ( 8) du relief, des zones ( 9) de l'au- tre des-deux types p et n, pour définir des jonctions et former une matrice de détecteurs élémentaires, on forme sur le niveau haut ( 8) du relief, depuis lesdites zones ( 9), sur au moins l'une des parois ( 12) du relief réunissant ses ni- veaux haut ( 8) et bas ( 6) et sur le niveau bas ( 6) du relief, du côté de ladite une paroi, des bornes de contact métalli- ques ( 13), on amincit la plaquette de détection ( 1) depuis- sa face arrière jusqu'au niveau bas ( 6) du relief et on dé- gage les bornes de contact ( 13), on dispose la plaquette de détection amincie, par sa face arrière, sur une deuxième pla- quette de semi-conducteur ( 18) agencée pour traiter les si- gnaux délivrés par les détecteurs élémentaires de la plaquette dedétection, et on connecte lesdites bornes de contact ( 13) à des plages de métallisation associées ( 20) de la plaquette de traitement ( 18). 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel les bornes de contact ( 13) sont d'abord formées par l'un des deux procédés d'évaporation thermique et de pulvérisation catho- dique, avant d'être grossies par voie électrolytique. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on adoucit la structure ( 7) des ilots ( 4) après leur formation. 30. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, avant d'amincir la plaquette ( 1),on la colle ( 15) par sa face avant sur une plaque-support ( 4). Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on amincit' la plaquette de détection de façon méca- nique. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on dégage les bornes de contact ( 13) par voie chimique. 2536908-' 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on dégage les bornes de contact ( 13) par abrasion ionique. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on dispose la plaquette de détection ( 1,4) sur la plaquette de traitement ( 18) par collage. 9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on part d'une plaquette en Hg Cd Te.