Brevet FR2718570A1 — publié le 19951013

COMPOSANT HYBRIDE SEMICONDUCTEUR Le domaine de l'invention est celui des composants semiconducteurs et notamment celui des détecteurs infrarouges. Actuellement, il existe des détecteurs infrarouges en matériau semiconducteur type composé Ill-V (Cr, As), IV-VI (Pb, Te) ou Il-VI (tel que HgCdTe) présentant de très bonnes performances en détection. Néanmoins, ces matériaux ne conviennent pas pour réaliser aisément une électronique de lecture comme celle existante dans le silicium. C'est pourquoi des dispositifs mixtes siliciumlmatériau semiconducteur autre (type GaAs) se sont fortement développés. Ils nécessitent cependant l'hybridation de deux circuits distincts Si et GaAs par exemple. De nombreuses techniques d'hybridation de matériaux sur Si sont connues et notamment celles utilisant des billes d'indium comme l'illustre la figure 1. Un circuit silicium comprend des zones conductrices métalliques (Zi) sur lesquelles sont déposées des billes d'indium (In) elles-mêmes connectées sur d'autres zones conductrices (Z'i) déposées sur des éléments actifs (Ai) d'un substrat semiconducteur (GaAs par exemple). Cette technique présente néanmoins des limites. En effet, il existe une grande différence entre les coefficients de dilatation thermique du silicium et ceux des autres semiconducteurs. Or, si l'hybridation est réalisée au-dessus de la température ambiante, les éléments actifs (type détecteur infrarouge) sont destinés à fonctionner à très basses températures , les billes d'indium subissent alors de très grandes contraintes à ces températures et ne permettent pas, par exemple de réaliser de grandes barrettes de détecteurs IR hybridées sur circuit de lecture Si. La taille des dispositifs ne peut guère dépasser environ 10 mm. Une autre limitation se trouve être dans la taille des billes d'indium qui ne peut être adaptée à la taille de quelques microns correspondant à la taille de petites diodes, lorsque l'on cherche à densifier au maximum les fonctions actives sur des substrats semiconducteurs de taille imposée. Pour résoudre ces différents problèmes l'invention propose un nouveau type de composant semiconducteur hybride utilisant une méthode d'hybridation duale de la précédente, c'est-à-dire consistant à rapporter des circuits de lecture en silicium sur un substrat semiconducteur autre que du silicium. Plus précisément, le principe de l'invention est de réaliser des réseaux d'interconnexion sur le substrat semiconducteur lui-même. Ceci permet de séparer et de déporter les points d'interconnexion. L'invention a ainsi pour objet un composant hybride semiconducteur, comprenant un substrat, des éléments actifs et des circuits de lecture en silicium desdits éléments actifs, caractérisé en ce que le substrat est en matériau semiconducteur mixte de type composé Ill-V, Il-VI, IV-Vi et qu'il comprend des réseaux plans d'interconnexion entre des tronçons (Ti) de substrat comprenant les éléments actifs et des tronçons de substrat (Ti) à hybrider avec des circuits de lecture silicium. Ces réseaux d'interconnexion permettent ainsi de relier des pixels (Pi) situés au niveau des tronçons (Ti) à des pixels (P'i) situés au niveau des tronçons (Ti). L'invention sera mieux comprise grace à la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente un composant hybride selon l'art connu, utilisant un substrat de silicium - la figure 2 représente un exemple de composant hybride selon l'invention utilisant un substrat GaAs: * la figure 2a schématise un réseau d'interconnexion utilisé dans un composant selon l'invention, * la figure 2b schématise en coupe ce réseau d'interconnexion; - la figure 3 illustre un composant selon l'invention en vue de dessus; - la figure 4 illustre un exemple de composant selon l'invention, dans lequel la surface utile de circuit de silicium est augmentée; - la figure 5 illustre un exemple de composant selon l'invention comprenant des éléments actifs de très petite taille. Le composant semiconducteur selon l'invention permet la réalisation de dispositifs linéaires semiconducteurs de longueurs supérieures à une dizaine de mm, à partir du moment où l'on dispose d'un substrat semiconducteur de surface suffisante. Pour obtenir ces dispositifs linéaires, ii n'est plus nécessaire d'envisager des opérations de raboutage comme celles qui existaient dans l'art antérieur, dès lors que l'on cherchait à augmenter la longueur de ces dispositifs actifs, notamment barrettes de diodes. A partir d'un substrat d'AsGa par exemple dont le diamètre peut atteindre 3", il est possible de réaliser un ensemble de dispositifs hybrides Si/GaAs de taille inférieure ou égaie à environ 8 mm, taille pour laquelle les différences de coefficient de dilatation thermique entre les deux matériaux sont encore tolérables lorsque l'on utilise les dispositifs hybrides à très basses températures. La figure 2 illustre un exemple de composant semiconducteur selon l'invention. La figure 2a schématise un réseau d'interconnexion entre les éléments actifs (Ai) et les circuits de lecture Si (Csi). La figure 2b schématise en coupe ce réseau d'interconnexion. Plus précisément et selon des techniques classiques, des éléments actifs sont élaborés au niveau du substrat GaAs, insérés entre des contacts ohmiques, I'ensemble étant recouvert d'une couche isolante (I). Le réseau d'interconnexion électrique est alors réalisé selon les techniques classiques de microélectronique 111-V. Au niveau des tronçons (Ti) définis précédemment il devient possible de réaliser par l'intermédiaire de billes d'indium et nouvelle métallisation la connexion avec des circuits de lecture en silicium. La figure 3 illustre à cet égard une vue de dessus d'un exemple de composant hybride selon l'invention présentant un tronçon principal (T1) comportant des éléments actifs que l'on cherche à lire, connecté à différents tronçons (Ti) sur lesquels on vient déposer par hybridation des circuits silicium. L'avantage du composant selon l'invention est double. D'une part, il permet d'augmenter la surface utile du circuit silicium et donc d'augmenter la capacité d'intégration utilisée dans le circuit de lecture et de détection élémentaire d'une barrette de détecteur IR par exemple (ceci est illustré à la figure 4). D'autre part, il permet de résoudre le problème d'hybridation d'éléments actifs de très faible dimension, lié à la taille critique des billes d'indium (environ 25 pm) qui ne peut suivre les très faibles dimensions. Ce dernier aspect est mis en évidence à la figure 5 qui consiste à connecter de tout petits pixels liés aux éléments actifs à des pixels plus gros de dimensions adaptées à celles des techniques classiques d'hybridation. REVENDICATIONS 1. Composant hybride semiconducteur comprenant un substrat, des éléments actifs et des circuits de lecture en silicium desdits éléments actifs, caractérisé en ce que le substrat est en matériau semiconducteur mixte de type composé Ill-V, Il-VI, IV-VI et qu'il comprend des réseaux plans d'interconnexion entre des tronçons (Ti) de substrat comprenant les éléments actifs et des tronçons de substrat (Ti)' à hybrider avec des circuits de lecture silicium. 2. Composant hybride semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est en GaAs. 3. Composant hybride semiconducteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments actifs sont des détecteurs infrarouge. 4. Composant hybride semiconducteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tronçons (Ti) comprennent des pixels conducteurs (Pi) connectés à des pixels conducteurs (P'i) des tronçons (Ti)', lesdits pixels (Pi) étant très petits devant les pixels (P'i).