Brevet FR2907261A1 — publié le 20080418

DISPOSITIF DE COUPLAGE ELECTROMAGNETIQUE D'UN DETECTEUR DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE. DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de la microélectronique et plus particulièrement celui des détecteurs de rayonnement électromagnétiques associés ou assemblés à au moins un circuit intégré comprenant un dispositif électronique de traitement des signaux issus du détecteur. ART ANTÉRIEUR La figure 1 illustre un exemple de dispositif microélectronique suivant l'art antérieur, comprenant un détecteur 20 de rayonnement électromagnétique, connecté par l'intermédiaire de connexions métalliques 30 à un circuit électronique 10 de traitement de signaux issus de l'interaction des photons 40 dans le matériau du détecteur. Dans le circuit électronique 10, certaines zones correspondant par exemple à des étages numériques ou à des composants numériques susceptibles d'effectuer des traitements massifs de données, produisent des perturbations électromagnétiques, qui peuvent s'avérer non négligeables par rapport au signal utile en provenance du détecteur 20 et éventuellement supérieures au signal utile du détecteur 20. 2907261 EXPOSE DE L'INVENTION L'invention concerne tout d'abord un circuit intégré, destiné à être assemblé à un détecteur de rayonnement électromagnétique, le circuit intégré 5 comprenant un dispositif de traitement de signaux issus du détecteur, le dispositif de traitement étant recouvert d'au moins une plaque conductrice, ladite plaque conductrice comportant une ou plusieurs ouvertures à travers lesquelles passent des éléments 10 conducteurs permettant une connexion électrique entre le dispositif de traitement et le détecteur. La plaque conductrice peut être placée dans la partie supérieure du circuit intégré. Le détecteur de rayonnement électromagnétique est alors placé sur le 15 circuit intégré, de sorte que ladite plaque soit placée entre ledit circuit et le détecteur. Selon une possibilité de mise en oeuvre du circuit intégré, ce dernier peut comprendre des moyens de polarisation de ladite zone conductrice. 20 Le circuit intégré peut comprendre dans sa partie supérieure, au moins une couche isolante dans laquelle sont placés lesdits éléments conducteurs. Selon une possibilité de mise en oeuvre du circuit intégré, ladite plaque conductrice peut être 25 placée en surface du circuit intégré, chaque élément conducteur comprenant un plot de connexion placé en surface du circuit intégré. Selon une autre possibilité de mise en œuvre, ladite plaque conductrice peut être placée entre deux couches isolantes, lesdits éléments conducteurs 2 2907261 3 comprenant des vias conducteurs placés dans lesdites ouvertures de la zone conductrice. Le circuit intégré peut comprendre un substrat semi-conducteur, le dispositif de traitement 5 de signaux comprenant des composants électriques formés dans et au-dessus du substrat semi-conducteur. Selon une mise en oeuvre possible du circuit intégré, au niveau des ouvertures de la couche conductrice, lesdits éléments conducteurs peuvent être 10 séparés de ladite couche conductrice d'un espace prévu pour permettre un couplage capacitif. Cela peut permettre d'effectuer un test du circuit intégré. Lesdites ouvertures et les portions d'éléments conducteurs placées dans ces ouvertures 15 peuvent avoir des formes sensiblement cylindriques. L'invention concerne également un dispositif microélectronique comprenant un détecteur de rayonnement électromagnétique assemblé et connecté à un circuit intégré tel que défini plus haut. 20 L'invention concerne également un procédé de test d'un tel circuit intégré comprenant les étapes suivantes : - appliquer une tension variable sur ladite couche conductrice ; et - vérifier le fonctionnement du dispositif 25 de traitement de signaux. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres objectifs, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, de modes de 30 réalisation de l'invention, faite à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un détecteur de rayonnement électromagnétique assemblé et connecté à un 2907261 4 circuit intégré comprenant un dispositif de traitement de signaux issus du détecteur, - la figure 2 illustre une plaque conductrice pouvant être utilisée dans un dispositif 5 suivant l'invention, - les figures 3A et 3B représentent, en vue en coupe, respectivement un premier mode de réalisation et un deuxième mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention. 10 Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur 15 les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de dispositif de protection et 20 de test d'un circuit intégré selon l'invention est illustré sur la figure 2. Ce dispositif comprend une zone conductrice de l'électricité destinée à être placée entre un détecteur de rayonnement électromagnétique et un 25 circuit électronique de traitement de signaux issus du détecteur (non représentés sur cette figure). La zone conductrice peut être connectée à des moyens électriques de polarisation (non représentés) permettant d'appliquer au moins un potentiel électrique 30 sur la zone conductrice. 2907261 5 La zone conductrice peut être sous forme d'une couche ou d'une plaque 130, à base d'un premier métal, par exemple de l'aluminium, destinée à former une première électrode. 5 La couche ou plaque métallique 130 peut être constituée d'un métal couramment utilisé pour fabriquer les réseaux d'interconnexions d'un circuit intégré, tel que le cuivre ou l'aluminium. Afin de remplir au mieux son rôle de protection, en absorbant 10 le plus possible de rayonnements électromagnétiques émis par le circuit intégré, la couche ou plaque 130 peut être constituée d'un matériau présentant une perméabilité magnétique élevée, tel qu'un matériau à base de fer, de nickel ou de cobalt. De même, plus 15 l'épaisseur de la couche ou plaque est importante plus il est possible d'absorber des rayonnements électromagnétiques basses fréquences. Dans le cas où la fréquence de fonctionnement du circuit intégré est de l'ordre de la 20 dizaine ou de la centaine de MHz, une couche métallique en cuivre ou en aluminium ayant une épaisseur de 1 à 2 microns permet d'absorber une bonne partie des rayonnements électromagnétiques. Dans cet exemple, la couche métallique 130 25 est ajourée et comporte une pluralité d'ouvertures 135 dans lesquelles figurent respectivement au moins un plot conducteur 140 de l'électricité. Les plots conducteurs 140 situés dans les ouvertures peuvent être à base d'un métal identique ou différent du premier 30 métal, par exemple de l'aluminium, du cuivre ou du tungstène. 2907261 6 Les plots conducteurs 140 sont agencés de sorte qu'un espace 137, par exemple de l'ordre de 1 }gym, vide ou rempli de matériau diélectrique, est prévu entre chaque plot conducteur 140 et la couche 5 métallique 130. L'espace 137 entre chaque plot conducteur 140 et la couche métallique 130 peut être prévu suffisamment mince pour permettre un couplage capacitif. Les ouvertures 135 et les plots conducteurs 10 140 peuvent avoir une répartition régulière dans la couche métallique 130, et par exemple un agencement matriciel. Les plots conducteurs 140 permettent de réaliser une interconnexion entre un détecteur 200 de rayonnement électromagnétique et un circuit intégré 100 15 comportant un dispositif de traitement de signaux provenant du détecteur, comme cela est décrit ci-après en relation avec les figures 3A et 3B. Selon une première possibilité de mise en œuvre des moyens de protection, des moyens électriques 20 de polarisation peuvent être prévus pour appliquer à la couche conductrice 130, un potentiel électrique V fixe par rapport à un potentiel de référence du circuit électronique de traitement. Dans ce cas, la couche métallique 130 ajourée permet de former un écran 25 électromagnétique vis-à-vis de perturbations en provenance du circuit intégré 100. Ce mode de fonctionnement est particulièrement intéressant lorsque le détecteur est en marche. Selon une deuxième possibilité de mise en 30 œuvre, les moyens électriques de polarisation peuvent être prévus pour appliquer à la couche métallique 130, 2907261 7 un potentiel v variable. Dans ce cas, la couche métallique 130 est susceptible de former une électrode de stimulation pour les plots 140 et permet d'appliquer respectivement à ces derniers une quantité de charge 5 q=C*v avec C la capacité entre la couche métallique 130 formant une première électrode et un des plots conducteurs 140. Les charges appliquées sur les plots 140 peuvent être identiques. Cette deuxième possibilité de mise en oeuvre 10 peut s'avérer avantageuse en ce qui concerne le test et la calibration du circuit électronique 100 de traitement. Chaque capacité C peut être identique par construction. Les signaux électriques induits dans chaque plot sont alors identiques et connus. On peut, 15 lors d'une phase de test, générer des signaux semblables à des signaux issus du détecteur. Des moyens de test du dispositif de traitement peuvent être mis en oeuvre pour vérifier si tous les signaux induits sont détectés et si une valeur de signal correcte est 20 mesurée par le dispositif de traitement. Un tel test peut avantageusement être réalisé préalablement à l'assemblage d'un détecteur de rayonnement sur un circuit intégré selon l'invention. Par ailleurs, on peut prévoir d'appliquer 25 un potentiel v variable sur la plaque ou couche conductrice 130, lorsque le détecteur est en marche. L'application d'un signal alternatif sur la plaque 130 correspond à une opération de modulation des signaux provenant du détecteur. Une telle modulation permet 30 d'améliorer le traitement ultérieur des signaux par le 2907261 8 dispositif de traitement de signaux placé sur le circuit intégré 100. La figure 3A illustre un exemple d'assemblage entre un détecteur 200 de rayonnement 5 électromagnétique et un circuit intégré 100 comportant un dispositif de traitement de signaux issus du détecteur 200. Le détecteur 200 peut être prévu par exemple pour détecter l'un des rayonnements suivants : rayons X, rayons gamma, infra-rouge, visible. Le 10 circuit intégré 100 peut être par exemple un ASIC (circuit intégré à application spécifique). Le dispositif de traitement est prévu notamment pour amplifier de faibles signaux issus de l'interaction entre des photons et le matériau du détecteur 200. Le 15 circuit intégré 100 peut être formé sur un substrat 101 semi-conducteur, par exemple à base de silicium et être doté d'un ensemble de composants électroniques et d'interconnexions métalliques qui peuvent être agencées sur plusieurs niveaux et parmi lesquelles figurent des 20 contacts 110 placés en surface du substrat 101. Sur la figure 3A, le substrat 101 est recouvert d'une couche isolante 121, à base d'un matériau diélectrique tel que par exemple du SiO2, et dans laquelle sont placés des éléments conducteurs tels que des vias conducteurs 124 25 connectés par exemple à un contact 110 placé en surface du substrat 101. Les vias conducteurs 124 insérés dans la couche isolante 121 sont également connectés respectivement à au moins un plot de connexion 140 situé en surface du circuit intégré sur la couche 30 isolante 121. Un contact métallique 150 est placé sur chaque plot de connexion 140 afin de connecter le 2907261 9 détecteur 200 au circuit intégré. Des moyens pour protéger le détecteur 200 de perturbations électromagnétiques provenant du circuit électronique 100 sont prévus. Ces moyens comprennent une couche 5 conductrice 130 ajourée comportant une pluralité d'ouvertures 135 dans lesquelles figurent respectivement au moins un plot de connexion 140 auquel au moins un contact du détecteur 200 et au moins un contact du circuit intégré 100 est relié. Les plots 10 conducteurs 140 et la couche 130 conductrice sont situés dans un même plan qui est parallèle au plan principal du substrat 101. Les plots de connexion 140 sont séparés de la couche 130 par une épaisseur de matériau diélectrique. 15 La figure 3B illustre une variante de l'exemple de réalisation précédemment décrit, pour laquelle les plots de connexion 140 auxquels sont connectés au moins un contact du détecteur 200, sont situés dans un plan différent de celui de la couche 20 métallique 130 ajourée. Dans cette variante de réalisation, la couche isolante 121 est remplacée par une première couche isolante 221 et une deuxième couche isolante 223 empilées, la plaque conductrice 130 étant placée sur la première couche isolante 221. Des vias 25 conducteurs 224 sont placés dans lesdites ouvertures 135 de la plaque conductrice 130. Dans cet exemple de réalisation, les vias conducteurs 135 relient les plots de connexion 140 placés en surface du circuit intégré aux contacts 110 placés en surface du substrat 100. 30 On notera que les liaisons électriques entre les plots de connexion 140 et le dispositif de 2907261 10 traitement peuvent avoir une toute autre forme que celle purement verticale représentée en figures 3A et 4A. De plus, les liaisons électriques ne sont pas nécessairement reliées à un contact placé sur le 5 substrat 100. Elles peuvent par exemple être reliées à une grille de transistor. Des moyens électriques de polarisation peuvent être prévus pour appliquer un potentiel électrique fixe V ou variable v à la couche métallique 10 130. Selon une possibilité de mise en oeuvre, les moyens de polarisation de la couche conductrice 130 sont placés dans le circuit intégré. Ces moyens de polarisation utilisent par exemple le réseau d'alimentation général du circuit intégré. 15 Selon une variante, des moyens de polarisation extérieurs au circuit intégré peuvent également être utilisés. Ces moyens de polarisation extérieurs peuvent être utilisés par exemple lorsque l'on souhaite tester le dispositif de traitement de 20 signaux préalablement à l'assemblage du détecteur 200 sur le circuit intégré 100. Préalablement à un assemblage du détecteur et du circuit intégré, on peut également utiliser un dispositif de test, par exemple de type BIST (BIST ou Build In Self Test selon la 25 terminologie anglo-saxonne) placé sur le circuit intégré. Un test préalable à l'assemblage permet de diminuer le nombre de dispositifs détecteurs/circuit intégré défectueux. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré (100), destiné à être assemblé à un détecteur (200) de rayonnement électromagnétique, le circuit intégré comprenant un dispositif de traitement de signaux issus du détecteur, le dispositif de traitement étant recouvert d'au moins une plaque conductrice (130) placée entre ledit détecteur et ledit dispositif de traitement, ladite plaque conductrice comportant une ou plusieurs ouvertures (135) à travers lesquelles passent des éléments conducteurs permettant une connexion électrique entre le dispositif de traitement et le détecteur. 2. Circuit intégré selon la revendication 1, comprenant des moyens de polarisation de ladite plaque conductrice (130). 3. Circuit intégré selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite partie supérieure du circuit intégré comprend au moins une couche isolante (121) dans laquelle lesdits éléments conducteurs sont placés. 4. Circuit intégré selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite plaque conductrice est placée en surface du circuit intégré, chaque élément conducteur comprenant un plot de connexion (140) placé en surface du circuit intégré. 2907261 12 5. Circuit intégré selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite plaque conductrice (130) est placée entre deux couches isolantes (221,223), lesdits éléments conducteurs 5 comprenant des vias conducteurs (224) situés dans lesdites ouvertures (135) de la plaque conductrice. 6. Circuit intégré selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un substrat semi- 10 conducteur, le dispositif de traitement de signaux comprenant des composants électriques formés dans et au-dessus du substrat semi-conducteur. 7. Circuit intégré selon l'une des 15 revendications 1 à 6, dans lequel, au niveau des ouvertures (135) de la plaque conductrice, lesdits éléments conducteurs sont séparés de ladite plaque conductrice d'un espace prévu suffisamment faible pour permettre un couplage capacitif entre les éléments 20 conducteurs et la plaque conductrice. 8. Circuit intégré selon la revendication 7, dans lequel lesdites ouvertures et les portions d'éléments conducteurs placées dans ces ouvertures ont 25 des formes sensiblement cylindriques. 9. Dispositif microélectronique comprenant un détecteur de rayonnement électromagnétique assemblé et connecté à un circuit intégré selon l'une des 30 revendications 1 à 8. 2907261 13 10. Procédé de test d'un circuit intégré selon la revendication 8, comprenant les étapes suivantes : - appliquer une tension variable sur ladite 5 couche conductrice ; et - vérifier le fonctionnement du dispositif de traitement de signaux. 11. Procédé de détection de rayonnement 10 électromagnétique au moyen d'un dispositif selon la revendication 9 consistant à appliquer un potentiel fixe sur ladite plaque conductrice lors du fonctionnement du détecteur de rayonnement électromagnétique. 15 12. Procédé de détection de rayonnement électromagnétique au moyen d'un dispositif selon la revendication 9 consistant à appliquer un potentiel variable sur ladite plaque conductrice lors du 20 fonctionnement du détecteur de rayonnement pour moduler les signaux électriques délivrés par le détecteur de rayonnement électromagnétique.