Brevet FR2593642A1 — publié le 19870731

La présente invention concerne un détecteur infrarouge matriciel, comprenant une matrice d'éléments infrarouge, 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 laide de moyens électroniques de traitement, soit à intégrer les signaux délivrés par les éléments de la matrice, soit à commuter séquentiellement es 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 cpupler les éléments de la matrice à des circuits électroniques de traitement par des connexions. Mais cette solution présente des inconvénients dus à la longueur des lignes de connexion, dans lesquelles sont engendrés des bruits parasites, et à leur nombre qui provoque une charge thermique à cause des pertes en ligne. Par ailleurs, cette solution conduit à des modules de détection d'encombrement important, avec un grand nombre de soudures élémentaires. On a ensuite proposé un détecteur infrarouge matriciel comprenant une première plaquette de semi-conducteur, de l'un des deux types p et n, des zones de autre des deux types dans la plaquette, s'étendant depuis l'une des deux faces de la plaquette, celle destinée à être exposée aux rayonnements infra-rouge, définissant des jonctions et formant une matrice de détecteurs élémentaires, une deuxième plaquette de semi-conducteur sur laquelle est disposée la première plaquette et comprenant au moins un circuit intégré pour le traitement des signaux délivrés par les détecteurs élémentaires de la matrice de la première plaquette, des bornes de contact métalliques connectant les dites zones de la première plaquette à des plages de métallisation associées de la plaquette de traitement, les bornes de contact étant formées par évaporation thermique ou pulvérisation cathodique sur des parois inclinées de la plaquette matricielle de détection réunissant sa face à éclairer à la face de la plaquette de traitement tournée vers la plaquette de détection. Un tel détecteur présente l'avantage attaché à des bornes de connexion pouvant être réalisées collectivement en une seule opération, compatible avec une forte densité d'implantation. Toutefois, les parois inclinées de la plaquette de détection, rendues nécessaires par la technique de réalisation des connexions, à cause des difficultés de réaliser une évaporation sur des parois verticales et d'avoir un contact continu sur les deux arêtes à franchir, soulèvent la difficulté de leur découpe et conduisent à un coefficient d'occupation, c'est-à-direà à un rapport entre la surface de la portion active et la surface totale de la plaquette, beaucoup plus faible qu'il ne pourrait l'être. En outre, cette technique de connexion exige bien entendu que la plaquette de détection et la plaquette de traitement soieit dià l'une sur l'autre avant la réalisation des bornes de contact. La demanderesse a donc cherché à éliminer les inconvénients de ce type de détecteur et à proposer, pour une plaquette de détection dont les deux faces sont réunies par des parois qui leur sont perpendiculaires, des bornes de contact entre les deux niveaux des deux faces, et qui en outre s'affranchissent du problème soulevé par les arêtes vives de ces parois. A cet effet, la présente invention concerne un détecteur infrarouge matriciel comprenant une première plaquette de semi-conducteur, de l'un des deux types p et n, des zones de l'autre des deux types dans la plaquette, s'étendant depuis l'une des deux faces de la plaquette, définissant des jonctions et formant une matrice de détecteurs élémentaires, les deux faces de la plaquette de détection étant réunies par des parois qui leur sont perpendiculaires, une deuxième plaquette de semi-conducteur sur laquelle est disposée la première plaquette# et comprenant au moins un circuit intégré pour le traitement des signaux délivrés par les détecteurs élémentaires de la matrice de la première plaquette, des bornes de contact métalliques connectant les dites zones de la première plaquette à des plages de métallisation associées de la plaquette de traitement, caractérisé par le fait que les bornes de contact métalliques sont intégrées à la plaquette de détection par l'une de leurs extrémités, elles sont en saillie hors de la plaquette de détection, et elles sont flexibles. L'invention, de fabrication rapide et économique, prévoit donc des contacts intégrés qui ne sont pas soudés sur la plaquette de détection, aucune dégradation du matériau de la plaquette ne pouvant ainsi être provoquée. Stil s'agit d'une plaquette à éclairage par la face arrière, la connexion des bornes de contact, par l'autre de leurs extrémités, à la plaquette de traitement est particulièrement simple. S'il s'agit d'une plaquette i éclairage par la face avant, on déforme les contacts flexibles pour les pousser vers la plaquette de traitement, avant de les connecter aux plages de mé-tallisation associées. Dans une forme de réalisation préférée du détecteur de l'invention, les bornes de contact sont d'abord formées par l'un des deux procédés d'évaporation thermique et de pulvérisation cathodique, avant d'être grossies par voie électrolytique. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de formes de réalisation préférées du détecteur de l'invention,en référence aux dessins annexés, sur lesquels Les figures 1 à 6 représentent une vue en coupe schématique d'une plaquette de détection du détecteur de l'invention, dans ses différentes phases de fabrication et de montage sur une plaquette de traitement. La figure 7 représente une vue en perspective d'une première forme de réalisation du détecteur de l'invention. La figure 8 représente une vue en perspective d'une deuxième forme de réalisation du détecteur de l'invention, et La figure 9 représente une vue en perspective dé l'ancrage sur la plaquette de détection d'une borne de contact de connexion du détecteur de l'invention. Décrivons tout d'abord les différentes phases du procédé de fabrication de la plaquette de détection, par exemple en technologie planar. On part d'un substrat massif 1, par exemple en HgCdTe, qui est un matériau semi-conducteur bien approprié notamment pour la détection d'objets ou de paysages dans les bandes spectrales de 3 à 5,1 et de 8 à 12pm, bien que l'invention ne soit pas limitée à un tel matériau. Le substrat 1 est plus précisément de type p, bien qu'on aurait également pu prendre un substrat de type n. Le substrat 1 se présente dès le départ sous forme d'un bloc parallélé pipédique d'épaisseur de quelques centaines de Itpn, entre deux faces parallèles opposées 2, 3 réunies par des parois verticales 4,5 qui leur sont perpendiculaires. On dépose tout d'abord une couche de masquage sur la face, par exemple, supérieure 2, en matériau diélectrique 6, et on procède à l'ouverture d'un certain nombre de fenôtres 7, par exemple par attaque chimique. On procède, à partir des fenêtres 7, à une diffusion de type n depuis la face 2, pour obtenir des zones 8 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 comme il sera précisé plus loin, de photodiodes élémentaires créées par les zones 8 de type n dans le substrat 1 de type p. On dépose ensuite, à travers un masque, sur l'isolant 6, et depuis les zones 8, de fines bandes métalliques de 0 d"épaisseur. Ce àépôt peue s'effectuer) quelques milliers de A d'épaisseur. Ce dépôt peut steffectuer soit par évaporation thermique, soit par pulvérisation cathodique. On plonge ensuite le substrat 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 9 de quelques vm d'épaisseur (fig. 1). On procède ensuite à un amincissement du substrat 1, par des moyens connus, par exemple par rodage ou polissage mécanique ou mécano-chimique, pour obtenir une plaquette 10, en l'espèce de 50 t d'épaisseur environ (fig. 2). On dépose alors sur toute la face inférieure 3 de la plaquette 10 une couche 26 de résine photosensible, puis on y applique un masque pourvu de lumières disposées au droit des zones 8 de type n et sensiblement plus étendues que ces zones, et on insole aux rayons ultra-violets pour polymériser la résine, en l'espèce négative, au droit des lumières et former ainsi des zones de réserve 11 devant résister à des agents d'attaque (photoresist), et correspondant à des motifs à conserver (fig. 3). La face supérieure étant masquée, on attaque depuis la face inférieure 3, en fait depuis la couche de résine 26, le substrat dans toute son épaisseur, y compris ltiso- lant 6, jusqu'aux bornes de contact 9, elles, par contre non comprises, les zones de résine polymérisée 11 résistant à cette attaque ainsi que les parties du substrat situées au droit de celles-ci bien entendu. L'attaque des agents doit donc être sélective vis-àvis des bornes de contact métalliques. L'attaque peut être réalisée par abrasion ionique; dans ce cas, on cessera l'abrasion juste après l'attaque de l'isolant 6. L'attaque peut encore être réalisée par voie chimique; dans ce cas, si les bornes de contact 9 sont par exemple en or, l'agent d'attaque peut être une solution de brome pur et d'alcool. On obtient ainsi une plaquette 12, de même épaisseur et de même longueur que le substrat 1 de départ, mais beaucoup plus étroite, de largeur égale à celle des zones de réserve 11 (fig. 4), et présentant encore des parois verticales 23, 24 perpendiculaires aux faces 2, 3. Après cette découpe, obtenue par attaque, on élimine les zones de réserve 11 et on monte la plaquette sur une autre plaquette de traitement, par exemple par collage (fig. 5) et on connecte les bornes 9 à la plaquette de traitement (fig. 6). Celle-ci est de préférence en silicium, mais il ne s'agit pas ici d'une limitation de l'invent ion. La plaquette de détection comporte donc des bornes de contact métalliques 9, intégrées à la plaquette et non soudées sur elle, par l'une de leurs extrémités 13, en saillie hors de la plaquette, par l'autre de leurs extrémités 14, qui présentent en outre la caractéristique d'être flexibles. Si on utilise la plaquette 12 en éclairage par la face arrière, la face 2, on la colle sur la plaquette de traitement, les zones 8 de type n et la face 2 tournées vers la plaquette de traitement, et les bornes 9 en contact avec la plaquette de traitement sur toute leur longueur. On procède ensuite à la connexion des extrémités 14 des bornes 9 à des plages de métallisation associées de la plaquette de traitement Cette technique d'éclairage par la face arrière n'est toutefois pas très satisfaisante pour la plaquette de l'invention. En effet, elle présente d'abord l'inconvénient d'un rendement quantique très faible.En second lieu, soit on est obligé d'amincir considérablement la plaquette de départ avec la difficulté de déterminer l'épaisseur à éliminer, soit on est obligé de procéder à une large diffusion pour approfondir les jonctions, donc d'élargir ces jonctions et par conséquent de réduire le coefficient d'occupation. Si donc on utilise la plaque-tte 12 en éclairage par la face avant, la face 2, celle portant les bornes 9, on la colle sur la plaquette de traitement 15, par la face arrière 3 (fig. 5). On procède ensuite à la connexion des bornes 9 à la plaquette de traitement, en déformant les bornes flexibles 9 pour les former ou les rabattre, vers la plaquette de traitement et on les connecte aux plages de métallisation associées 16 de la plaquette de traitement par leurs extrémités 14' (fig. 6). Le collage de la plaquette de détection 12 sur la plaquette de traitement 15 peut être effectué à l'aide d'une colle conductrice 23. Dans ce cas, le contact de type p est directement reporté sur la plaquette de traitement 15. Si on emploie une colle isolante, le contact p de la plaquette de détection est reporté sur la plaquette de traitement de la même manière que les contacts n. Quand à la connexion des extrémités en saillie 14 des bornes de contact 9 aux plages de métallisation associées 16 de la plaquette de traitement, par exemple constituées d'un dépôt d'or ou d'aluminium, elle peut s'effectuer par exemple par soudure, soit aux ultra-sons, soit par thermocompression, bien entendu, à l'aide d'un outil de soudure adapté au motif de la mosa#que de détecteurs élémentaires. L'exemple de réalisation du détecteur de la figure 7 comporte une plaquette de détection 120 à éclairage par la face avant, collée sur une plaquette de traitement 150, avec une mosaïque de détecteurs élémentaires 80 disposés dans la longueur de la plaquette suivant une ligne, et connectés à des rubans de métallisation associés 160 de la plaquette 130 respectivement par des bornes intégrées flexibles 90 rabattues sur les plages 160. L'exemple de réalisation du détecteur de la figure 8, comporte deux plaquettes identiques 220, à éclairage par la face avant, collées sur une même plaquette de traitement 250, avec, chacune, une mosaïque de détecteurs élémentaires 180, disposées dans la longueur de chacune des plaquettes de détection suivant deux lignes parallèles, et connectées à des pastilles de métallisation associées 260 de la plaquette de traitement 250 respectivement par des bornes intégrées flexibles 190 rabattues sur les pastilles 260. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux mosaïques décrites ci-dessus, toute autre configuration de lignes et de colonnes de détecteurs élémentaires en grand nombre rentrant aussi bien dans le cadre de la présente invention. L'intégration des bornes de contact flexibles 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. Pour améliorer l'intégration des bornes, ou encore l'ancrage des bornes, afin qu'elles résistent parfaitement aux efforts mécaniques auxquelles elles sont soumises quand on les rabat sur la plaquette de traitement et quand elles restent dans leur position rabattue, l'intégration est réalisée par une bordure fermée 17 de forme générale rectangulaire, présentant trois côtés 18, 19, 20 d'une certaine largeur, intégrés au substrat de type p, à l'extrieur de la zone n 8 associée, représentée en tirets sur la figure 9, et un côté élargi 21 en contact avec la zone n 8 et se prolongeant en 9, vers-ltextérieur de la plaquette, les côtés de la bordure 17 ménageant une fenêtre d'éclairage 22 sensiblement au droit de la zone n 8 de la jonction correspondante. REVENDICATIONS 1 - Détecteur infrarouge matriciel comprenant une première plaquette de semi-conducteur(12), de l'un des deux types p et n, des zones(8)de l'autre des deux types dans la plaquette, s'étendant depuis l'une(2)des deux faces de la plaquette, définissant des jonctions et formant une matrice de détecteurs élémentaires, les deux faces (2, 3)de la plaquette de détection étant réunies par des parois(23, 24)qui leur sont perpendiculaires, une deuxième plaquette de semi-conducteur(15)sur laquelle est disposée la première plaquette(12)et comprenant au moins un circuit intégré pour le traitement des signaux délivrés par les détecteurs élémentaires de la matrice de la première plaquette, des bornes de contact métalliques(9) connectant les dites zones(8)de la première plaquette(12) à des plages de métallisation associées(16)de la plaquette de traitement(15 caractérisé par le fait que les bornes de contact métalliques(9)sont intégrées à la plaquette de détection(12)par l'une(13)de leurs extrémités, elles sont en saillie hors de la plaquette de détection(12), et elles sont flexibles. 2 - Détecteur selon la revendication 1, dans lequel les bornes de contact(9)sont d'abord formées par l'un -des deux procédés d'évaporation thermique et de pulvérisation cathodique, avant autre grossies par voie électrolytique. 3 - Détecteur selon la revendication 2, dans lequel les bornes de contact(9)sont d'abord intégrées à la première plaquettetl) avant que celle-ci ne soit découpée. 4 - Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la première plaquette de détection(l2)est disposée sur la deuxième plaquette de traitement(15)par sa face(3)opposée à celle portant les bornes de contacts9} 5 - Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première plaquette de détection(12)est collée sur la deuxième plaquette de traitement(15). 6 - Détecteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les bornes de contact(9)sont intégrées à la plaquette de détection(12)par une bordure(17)ménageant une fenêtre d'éclairage(22)et comportant un côté en contact avec la zone(8)de la jonction correspondante. 7 - Détecteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la plaquette de détection(l2)est en HgCdTe,