Brevet FR2745956A1 — publié le 19970912

a présente Invention concerne un procédé de fabricaticn d'une structure à Ticropont(s) pour un dispositif micro-usiné. ' Inventon concerne particulièrement, mais non exclusivement, la fabrication d'un micropont pour un élément détecteur de rayonnement. L'utilisation de l'effet pyroélectrique dans des détecteurs thermiques est bien établie. Dans une forme de réalisation, un détecteur thermique connu comporte un réseau bidimensionnel (un réseau plan). Les éléments détecteurs thermiques sont couplés à un circuit de lecture pour donner un dispositif de formation d'une image étoilée de visualisation. Des éléments détecteurs sont constitués d'une matière ferroélectrique. Diverses technologies ont été développées pour fabriquer de tels détecteurs. Elles comprennent des technologies hybrides, selon lesquelles le circuit de lecture et le réseau des éléments ferroélectriques sont fabriqués séparément et joints ou reliés dans un procédé de liaison tel qu'une liaison de jonction du type "flip-chip". En variante, on utilise des technologies intégrées dans lesquelles le réseau est fabriqué à partir d'une mince pellicule de matière ferroélectrique déposée directement sur le circuit de lecture. Les éléments détecteurs sont délimités et définis alors par des procédés de micro-usinage. Une exigence que les éléments détecteurs thermiques doivent satisfaire consiste en une isolation thermique par rapport au substrat, ce que l'on peut obtenir en formant des structures de microponts séparées du substrat, sauf en de tout petits chaînons. On réalise une séparation par rapport au substrat en fabriquant la structure du ou des microponts sur une couche à sacrifier ensulte couche sacrlficiellej par enlèvement par attaque de gravure chimique, couche qui est enlevée après la formation du micropont. Les matières ferroélectriques peuvent servir au-dessous Certains procédés de dépôt de minces pellicules ferroélectriques (par exemple du dépôt à partir d'une solution) sont des procédés de réalisation de structures planes ("procédé planaire"), la pellicule en cours de croissance tendant à être plus lisse que la surface du substrat sur laquelle on fait croître cette pellicule. Il arrive souvent que le circuit sur lequel la mince pellicule ferroélectrique est déposée, par exemple un circuit de lecture, n'est pas plan ou planaire mais est inégale ayant des particularités de circuit comme des trajets et voies d'interconnexion. Si une pellicule ferroélectrique est déposée sur une telle surface irrégulière ou non lisse, cela peut soulever des problèmes de comportement et/ou de rendement d'éléments détecteurs thermiques, car l'épaisseur de pellicule varie avec la position sur le circuit. Par suite, il n'est pas possible d'obtenir un champ électrique uniforme sur la totalité de ia pellicule ferroélectrique au cours de la formation ou de l'interversion des pôles (pour les dispositifs pyroélectriques) ou en service (pour les dispositifs du type bolomètre diélectrique). Le champ électrique appliqué à la pellicule dépend de l'épaisseur de la pellicule. Pour de très minces régions, la tension électrique appliquée à la pellicule doit être limitée pour éviter une rupture de la pellicule. Dans ce cas, on applique un champ électrique réduit sur des régions plus épaisses de la pellicule. Cela va conduire à une perte de rendement radiométrique et à une augmentation de la tendance à une rupture ou à du perçage sous un champ électrique appliqué, pendant l'établissement ou l'interversion des pôles ou en service. Une façon d'attaquer le problème de nonhomogénéité de l'épaisseur de la pellicule consiste à micro-usiner des microponts sur des zones planes ou planaires du substrat, qui ne sont pas recouvertes par des particularités superficielles comme des pistes et des voies de connexion. Cependant, cela diminue le facteur de remplissage du substrat et conduit à donner au réseau ferroélectrique une distribution clairsemée. Cela ne permet pas d'utiliser efficacement l'espace sur le substrat, ce qui est désavantageux puisqu'un plus grand facteur de remplissage produit une meilleure formation d'image. Un but de l'invention consiste à surmonter ou à résoudre certains des problèmes exposés ci-dessus. Selon un premier aspect, l'invention propose un procédé pour fabriquer une structure de micropont sur un substrat, le procédé comprenant les étapes consistant à faire croître sur le substrat une couche pour formation d'une structure plane, la couche pour formation d'une structure plane comprenant une couche sacrificielle; à faire croître une couche de matière active sur la couche de formation d'une structure plane; et à enlever par attaque chimique de gravure la couche sacrificielle pour laisser un micropont de matière active ayant une épaisseur sensiblement uniforme. Une couche pour formation d'une structure plane est une couche déposée sur une surface réceptrice de couche et qui produit une surface plane ou planaire, quelle que soit la topographie de la surface réceptrice de la couche. il se peut que la possibilité d'obtention d'une structure plane apparaisse lors du dépôt de la couche de formation d'une structure plane ou bien que la formation d'une structure plane se produise dans une étape se situant après le dépôt de la couche pour formation d'une structure plane (ou structure "planaire"'. La couche de formation d'une structure plane peut comprendre une couche unique jouant à la fois le rôle de formation d'une structure plane et d'une couche sacrificielle. En variante, il peut y avoir des couches individuelles, dont l'une au moins joue le rôle de formation d'une structure plane et dont l'une au moins est sacrifiée. Cependant, s'il y a des couches individuelles, la ou les couches jouant le rôle de formation d'une structure plane peut ou peuvent également être enlevées par attaque chimique de gravure, en totalité ou en partie. I1 peut y avoir deux ou plusieurs couches élémentaires dans la couche de formation d'une structure plane. Elles peuvent être déposées successivement. La couche de formation d'une structure plane peut comprendre du polyimide, de l'oxyde de zinc et/ou du verre déposé par rotation ou par tillage. En variante, la couche pour formation d'une structure plane peut comprendre une matière comme du dioxyde de silicium, qui est déposée et est ensuite rendue plane, par exemple par une technique de polissage comme un polissage par voie mécanique et/ou chimique. Dans une forme de réalisation dans laquelle la couche de formation d'une structure plane comprend une couche sacrificielle et une couche jouant un rôle de formation de structure plane, la couche sacrificielle peut être placée par-dessus la couche jouant le rôle de formation d'une structure plane, ou inversement. Dans une forme de réalisation dans laquelle la couche de formation d'une structure plane comprend deux ou plusieurs couches élémentaires, toutes les couches élémentaires peuvent être enlevées par attaque chimique en laissant un intervalle délimité par le substrat et par une face opposée de la couche ferroélectrique. En variante, une ou plusieurs couches peuvent ne pas être enlevées par attache chimique et peuvent demeurer. La couche jouant le rôle de formation d'une structure plane ne doit pas être enlevée par attaque chimique. Dans une forme de réalisation, la couche de formation d'une structure plane comprend une couche sacrificielle n'ayant pas le rôle de formation d'une structure plane et qui est rendue plane à l'aide d'une matière fluide, par exemple une photoréserve. La matière fluide, pouvant être appliquée par écoulement, peut être soumise à attaque chimique. De la matière fluide peut être seule enlevée par attaque chimique ou bien un peu de couche superficielle peut également être enlevée par attaque chimique. De préférence, la couche jouant le rôle de formation d'une structure plane est déposée par une technique de sol-gel. De préférence, la couche jouant le rôle de formation d'une structure plane n'est pas la couche de matière active. De préférence, la structure à micropont est destinée à un dispositif utilisant l'effet pyroélectrique. La structure à micropont peut être un élément détecteur thermique. I1 peut s'agir d'un élément détecteur thermique pour un réseau de détecteurs thermiques permettant la visualisation ou la formation d'images en deux dimensions (des images planes). Un tel élément peut servir à déceler du rayonnement infrarouge (IR), notamment dans les intervalles de 3 à 5 ssm et de 8 à 14 Um. En variante, la structure à micropont peut être un élément détecteur destiné à déceler du rayonnement électromagnétique dans certaines parties du spectre autres que l'infrarouge, ce qui comprend le rayonnement visible, les rayons X et d'autres domaines de rayonnement. L'invention peut s'appliquer à des dispositifs à ultrasons pour formation d'image et/ou à des dispositifs inertiels, comme des accéléromètres et des gyroscopes. De préférence, la matière active comprend une matière ferroélectrique. La matière ferroélectrique peut comprendre du tantalate de plomb et de zirconium (PZT), du titanate de plomb et de lanthane (PLT) , ou du tantalate de plomb et de scandium (PST). La couche de matière active peut commodément être formée par dépôt à partir d'une solution et/ou par une technique de sol-gel. De préférence, la structure à micropont est fabriquée sur un substrat en silicium. De façon extrêmement préférable, elle est fabriquée sur un dispositif faisant partie d'un circuit de lecture ou constituant un tel circuit de lecture. Selon un second aspect, l'invention propose une structure de micropont fabriquée selon le premier aspect de l'invention. Selon un troisième aspect, l'invention propose un dispositif opto-électronique comprenant une structure à micropont selon le second aspect de l'invention. Des exemples de l'invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemple seulement, en référence aux figures d'accompagnement, sur lesquelles: la figure 1 montre une vue latérale schématique d'un circuit de lecture non revêtu; la figure 2 montre un micropont fabriqué par micro-usinage sur le circuit de la figure 1; la figure 3 montre un micropont fabriqué selon l'invention; les figures 4 à 7 montrent des étapes de la fabrication du micropont selon la figure 3; la figure 8 montre une étape d'une variante de méthode de fabrication; et la figure 9 montre un micropont fabriqué selon la variante de méthode de fabrication. La figure 1 montre une vue latérale d'une petite partie dlun circuit ;0 de lecture (de façon générale sur du silicium) avant le début de la fabrication d'un micropont. Le circuit 10 comporte une surface supérieure 11. La topographie de surface du circuit 10 correspond à des particularités 12, comme des pistes ou tracés d'interconnexion et des voies de liaison. Les particularités 12 ont de 1 ssm à 1,5 Sm de hauteur. Elles produisent une surface non homogène ou inégale sur laquelle des couches sont déposées. La figure 2 montre un micropont ferroélectrique fabriqué sur le circuit 10 de lecture, par utilisation de méthodes connues de micro-usinage. Un micropont 14 comprend une électrode supérieure 16 (en titane) , une couche ferroélectrique 18, et une électrode inférieure 20 (en platine) . La couche ferroélectrique 18 est du titanate de plomb et de zirconium (ou titanatezirconate de plomb; PZT) ou du tantalate de plomb et de scandium (PST), ec elle est déposée par une méthode de dépôt à partir d'une solution. Le micropont 14 est supporté sur des supports 22 du pont. Un intervalle vide, à creux ou à entrefer 24,est créé entre la surface du circuit de lecture 10 et la face opposée du micropont 14 (l'électrode inférieure 20). La hauteur du creux est de l'ordre d'environ 2 ssm. C'est ce creux qui assure une isolation thermique substantielle du micropont 14 par rapport au circuit 10. L'épaisseur de la couche ferroélectrique 18 varie sur toute l'étendue de cette couche. La raison en est qu'en fabrication le circuit 10 est revêtu d'une couche sacrificielle qui en épouse la surface 11. Cela crée une surface inégale de la couche sacrificielle sur laquelle l'électrode inférieure 20 et la couche ferroélectrique 18 sont déposées. La couche ferroélectrique 18 a pour rôle d'obtenir une structure plane et, donc, son épaisseur varie. Après le dépôt de la couche ferroélectrique 18, la couche sacrificielle est enlevée par attaque chimique. La figure 3 montre un micropont 30 ferroélectrique qui a été fabriqué selon l'invention. Le micropont 30 est semblable au micropont 14 de la figure 2 et des indices correspondants de référence ont été appliqués à des détails correspondants. La principale différence dans le cas du micropont de la figure 3 est que la couche ferroélectrique 18 a une épaisseur uniforme et présente une surface inférieure plane qui n'épouse pas la topographie de la surface 11. Les étapes opératoires Impliquées dans l'obtention d'une surface ou d'une structure plane pour le substrat, avant la fabrication du micropont 30, sont présentées sur les igures 4 à 7. La figure 4 montre une couche unique 40, appliquée au substrat 10 pour obtention d'une structure plane. Dans cet exemple, la couche 40 a été déposée à partir d'une solution. il peut s'agir d'oxyde de zinc déposé par une méthode sol-gel. Cependant, d'autres procédés de dépôt de cette couche peuvent servir, ce qui comprend une fusion à nouveau et un étalement de la couche 40, opération dans laquelle du verre est appliqué par filage et est ensuite enlevé par attaque chimique. Cela peut être réalisé en combinaison avec du dépôt de vapeur chimique, par exemple une couche obtenue par dépôt de vapeur chimique peut être déposée avant le verre filé, après le verre filé ou bien à la fois avant et après le dépôt du verre filé. Dans cet exemple, la couche 40 de formation dune structure plane ou de planage est une couche sacrificielle. Une structure de micropont(s)comme celle présentée sur la figure 3 (indices de référence 16, 18, 20) est déposée sur la couche 40 de formation d'une structure plane ou de planage, par utilisation de procédés traditionnels qui sont bien connus en pratique. La couche 40 doit ensuite être enlevée par attaque chimique. La figure 5 montre un substrat 10 sur lequel a été appliquée une couche sacrificielle 42. La couche sacrificielle 42 (couche à sacrifier) n'a pas un rôle de formation d'une structure ruc ture plane ou de planage et elle a été déposée par une technique produisant une couche qui épouse la topographie de la surface 11 du substrat. Dans cet exemple, la couche sacrificielle 42 est formée par du chrome qui a été déposé par projection par pulvérisation électrique. La couche sacrificielle 42 (qui peut être du polyimide) est rendue plane par son recouvrement par une couche 44 fluidiflable ou pouvant être étalée, comme une couche de photoréserve, qui est ensuite refluidifiée et réétalée pour obtenir une surface plane. En variante, la couche 44 peut être réalisée en une matière de planage ou de formation d'une structure plane, comme du verre appliqué par filage ou par rotation Cela produit la structure présentée sur la figure 6. La couche 44 est enlevée par attaque à sec (la figure 7 montre une couche 44 fluidifiable et étalable, partieIlement enlevée au cours de l'opération d'attaque chimique) jusqu'à ce que le point le plus élevé de la couche sacrificielle ait été atteint ou Jusqu'à enlèvement de la quasi totalité de la couche 44 fluidifiable et étalable. Dans ce dernier cas, cela exige une opération d'attaque chimique donnant des vitesses identiques d'attaque sur la couche sacrificielle 42 et sur la couche fluidifiable et étalable 44, afin d'obtenir à la fin de l'opération d'attaque chimique une surface plane sur la couche sacrificielle. Un procédé convenable d'attaque à sec est l'attaque par des ions réactifs dans de l'oxygène ou un polissage avec des cendres à l'aide de plasma dans de l'oxygène. Un autre exemple de couche 44 fluidifiable et étalable est représenté par de la photoréserve (qui peut être fluidifiée et étalée à nouveau par son chauffage jusqu'à unetempérature convenable). La figure 8 montre une étape dans un procédé dans lequel on utilise une sous-couche 50 pour produire une surface plane avant le dépôt d'une couche sacrificielle (ou à sacrifier) 52. La sous-couche 50 est une couche de planage ou d'obtention d'une structure plane, du type étudié ci-dessus à propos des autres exemples. La couche sacrificlelle 52, formée par croissance sur la sous-couche 50, va naturellement être plane par elle-même. Dans les exemples ci-dessus, la couche de planage ou d'obtention d'une structure plane peut être une réserve fluide, fusible et étalable, ou être un polyimide. Le polyimide peut être déposé par revêtement centrifuge ou par filage d'une solution de précurseur, ce qui est suivi d'un traitement de durcissement à température élevée. Une autre couche de formation d'une structure plane ou de planage est constituée par de l'oxyde de zinc déposé par ie procédé de dépôt à partir d'une solution. La couche sacrificielle peut être constituée par du chrome déposé par projection par pulvérisation électrique. Une autre couche de planage ou de formation d'une structure plane peut être une couche (qui épouse la topographie de la surface sous-jacente) et qui est polie de façon à être plane. Une technique de polissage convenable est représentée par du polissage mécanique et chimique. Un substrat, comme une pastille de silicium, comporte, déposée sur sa surface, une couche d'une matière diélectrique, par exemple du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium, et en épouse la forme de surface ec a une épaisseur au moins aussi grande que la différence de hauteur entre les points le plus élevé et le plus bas de la pastille ou de la "puce". Une épaisseur convenable est d'environ 3 ptm. La couche épousant la forme de la sous-couche peut être déposée par un procédé de dépôt de vapeur chimique, tel qu'un procédé de dépôt de vapeur chimique avec amplification par du plasma. La couche épousant la forme de la sous-couche est rendue plane par polissage mécanique et chimique. Le substrat ou la pastille de silicium est monté(e) en un organe de serrage de pastille, qui sert à presser avec une pression réglée la couche, épousant la forme de la sous-couche, sur un tampon de polissage. Le tampon de polissage consiste typiquement en du feutre imprégné de polyuréthanne. Une suspension pour polissage, consistant en des particules abrasives (comme de la silice colloïdale) dans une solution alcaline (comme une solution aqueuse de KOH à un pH de 10-11) est introduite à un débit réglé sur le tampon de polissage. Le polissage se produit au cours de la rotation relative entre le tampon de polissage et la pastille. Traditionnellement, le tampon et la pastille sont mis en rotation. Le polissage est poursuivi jusqu'à enlèvement d'une quantité suffisante de la couche épousant la forme de la sous-couche, ce qui donne une surface entièrement plane. Le reste de la suspension est ensuite enlevé par lavage de la surface de la pastille avant qu'on puisse effectuer le dépôt de la couche à sacrifier ou couche sacrificielle. Au cours de la fabrication subséquente, une couche ferroélectrique est déposée sur la couche 52 sacrificielle. La sous-couche 50 et la couche sacrificielle 52 sont ensuite soumises à enlèvement par attaque pour réaliser un intervalle ou un entrefer entre le substrat et un micropont constitué par la couche ferroélectrique. En variante, seule la souscouche peut être enlevée, ce qui va conduire à une structure telle que celle représentée sur la figure 9 et qui comporte un creux ou entrefer 54 plus étroit et plus uniforme. Dans le cas d'un creux ou entrefer uniforme 54 et si la matière ferroélectrique est rendue très mince, et non réfléchissante à l'égard d'un rayonnement infrarouge, on obtient sous la matière ferroélectrique un intervalle uniforme de type quart d'onde, ce qui donne une structure de cavité accordée, qui absorbe très efficacement le rayonnement infrarouge. L'invention propose un procédé pour produire des microponts ayant une épaisseur uniforme. Dans ce qui précède, on s'est surtout référé à des microponts pour des réseaux de détecteur thermique, mais l'invention n'est pas limitée seulement à cette application et elle peut servir à fabriquer des microponts dans d'autres structures micro-usinées, notamment dans divers dispositifs d'optoélectronique. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure à micropont(s) sur un substrat, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à faire croître sur le substrat (10) une couche de planage ou couche de formation d'une structure plane (42, 44), la couche de formation d'une structure plane comprenant une couche destinée à être sacrifiée, ou couche sacrificielle (42) , à faire croître sur la couche de formation d'une structure plane une couche de matière active; et à enlever par attaque chimique la couche sacrificielle, pour laisser un micropont (30) de matière active ayant une épaisseur sensiblement uniforme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de planage ou de formation d'une structure plane comprend une seule couchewqui joue à la fois le rôle de planage ou de formation d'une structure plane et celui d'une couche à sacrifier ou couche sacrificielle. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de planage ou de formation d'une structure plane comprend au moins deux couches élémentaires, dont l'une au moins joue un rôle de formation de structure plane et dont l'une au moins est une couche à sacrifier ou sacrificielle. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche destinée à la formation d'une structure plane comprend du polyimide, ou de l'oxyde de zinc ou du verre appliqué par filage ou étalement centrifuge ou au moins deux de ces matières. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de formation d'une structure plane est rendue plane par un polissage mécanique et chimique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière active est constituée par ou comprend une matière ferroélectrique. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de micropont est destinée à être incorporée à ou à constituer un dispositif fonctionnant à l'aide de 1 'effet pyroélectrique. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de micropont constitue un élément de détecteur thermique. 9. Structure de micropont, caractérisée en ce qu'elle a été fabriquée selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Dispositif optoélectronique, caractérisé en qu'il comprend une structure de micropont selon la revendication 9.