Brevet FR2990562A1 — publié le 20131115

La présente invention concerne un procédé de ré- alisation d'un élément sensible d'un capteur infrarouge. De tels capteurs infrarouges sont notamment utilisés comme détecteurs thermiques dans des équipements de vision nocturne comme des jumelles. L'élément sensible de ces capteurs thermiques comprend généralement une galette de matériau semiconducteur sur une surface de laquelle a été formée une matrice de zones dopées séparées. Le dopage crée dans les zones dopées des jonctions p/n constituant des diodes dé- finissant chacune un pixel du capteur. Les matériaux semi-conducteurs les plus utilisés à l'heure actuelle sont l'antimoniure d'indium et le tellurure de mercure cadmium. Les principales contributions au courant d'obscurité sont : - un courant de diffusion résultant de la diffusion des charges dans les zones extrinsèques p et n de la jonction p/n ; - un courant de génération résultant de recombi- naisons de type Shockley-Read-Hall ou SRH qui prennent naissance dans des défauts présents dans la zone de charges d'espace du semi-conducteur et qui engendrent des générations ou recombinaisons de charges dont l'amplitude dépend de la polarisation de la jonction p/n. La contribution du courant de génération est majoritaire dans les photodiodes fonctionnant dans la bande de fréquence IR de longueur d'onde 3 pm à 5 pm environ à des températures inférieures à 130 K. Les recombinaisons de type SRH dépendent fortement de la température et de la présence de défauts dans la zone déplétée. Or, dans le cas des substrats d'antimoniure d'indium, le procédé de dopage le plus couramment utilisé est l'implantation ionique de dopant p, tel que du béryl- hum, dans un substrat n d'antimoniure d'indium. Cette technique engendre des défauts en profondeur, défauts qui ne sont pas éliminés lors du recuit d'activation. En effet, le recuit d'activation est effectué à une température peu élevée afin d'éviter une détérioration de l'antimoniure d'indium qui est sensible à la chaleur, température insuffisante pour permettre l'élimination des défauts. Ces défauts se situent dans la zone extrinsèque p et dans une partie de la zone déplétée et sont à l'origine d'un courant d'obscurité relativement important qui oblige à maintenir les capteurs à base d'antimoniure d'indium à une température inférieure à 80 K ou très proche. Ces capteurs infrarouges sont donc refroidis à la température de l'azote liquide pour réduire le courant d'obscurité. Il en résulte des contraintes importantes pour l'utilisation de ces capteurs et, lorsqu'un réservoir d'azote liquide est embarqué avec le capteur, un maintien des performances du capteur liée à la capacité du réservoir. Il a également été fabriqués des capteurs à base d'antimoniure d'indium en faisant diffuser localement un dopant en des zones écartées les unes des autres à la surface d'un substrat d'antimoniure d'indium. Cette technique ne permet toutefois pas d'avoir des zones suffisam- ment rapprochées les unes des autres pour atteindre les résolutions de capteurs recherchées et a été abandonnée au profit de la technique d'implantation ionique. Il a été envisagé d'utiliser d'autres techniques telle que l'épitaxie par jet moléculaire (ou MBE de l'anglais « molecular beam epitaxy ») pour obtenir une jonction p/n tout en maintenant une excellente qualité cristalline du matériau semi-conducteur, mais cette technique est très coûteuse. Cette technique permet en outre la réalisation d'hétérostructures semi-conductrices don- nant accès au « bandgap engineering » (ou ingénierie de bande interdite) non envisageable par les techniques d'implantation et de diffusion. Cependant les matériaux antimoniures obtenus présentent une bande d'absorption plus réduite que celle de l'antimoniure d'indium qui ré- duit la performance des capteurs dont notamment la sensi- bilité. Un but de l'invention est de fournir des capteurs infrarouges ayant une température de fonctionnement plus importante en maintenant leur coût à un niveau accepta- ble. A cet effet, on prévoit, un procédé de fabrication d'un élément sensible d'un capteur infrarouge à partir d'une galette d'antimoniure d'indium, comprenant les étapes de : - faire diffuser un dopant sur une surface de la galette sur une épaisseur sensiblement identique sur toute cette surface, - graver ladite surface selon un procédé de gravure douce à une profondeur supérieure à ladite épaisseur de manière à former une matrice de zones dopées séparées, - revêtir ladite surface d'une couche de passivation. Ainsi, le dopage est réalisé par diffusion homogène du dopant, ce qui limite le risque d'apparition de défauts dans le réseau cristallin de l'antimoniure d'indium. En outre, la diffusion permet d'obtenir des jonctions moins abruptes qu'avec l'implantation, limitant le risque d'apparition de mécanismes de type « effet tunnel » qui dégradent les performances de l'élément sensi- ble. La formation de la matrice de zones dopées séparées est obtenue par gravure permettant la réalisation d'une matrice ayant un faible pas. Le procédé de l'invention permet donc d'utiliser l'antimoniure d'indium qui est un matériau qui présente des performances intéressantes en termes notamment de largeur de bande d'absorption, de mo- bilité des charges, de stabilité, de robustesse, de reproductibilité_ tout en bénéficiant de facilités d'utilisation liées à la possibilité d'une température de fonctionnement plus importante. Il en résulte des gains en terme de consommation des équipements de refroidisse- ment, de disponibilité des capteurs du fait d'une mise en température plus rapide et de stabilité en raison d'une moindre sensibilité aux variations de température autour de la température de fonctionnement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant schématiquement, selon une vue partielle en coupe dans le sens de l'épaisseur, un élément sensible de capteur infrarouge obtenue par la mise en oeuvre du procédé de fabrication selon l'invention. L'invention est relative à un procédé de fabrica- tion d'un élément sensible d'un capteur infrarouge à par- tir d'une galette 1 couramment appelée « wafer ». Un tel élément sensible comprend une matrice de photodiodes réalisée sur une surface 2 de la galette 1 et est agencé pour détecter les rayonnements émis dans la bande infra- rouge. La galette 1 est réalisée en antimoniure d'indium (InSb) et comporte initialement deux surfaces opposées, planes et parallèles. La galette forme ici un substrat de type n. Le procédé de l'invention débute par l'étape de faire diffuser un dopant sur une surface 2 de la galette 1 sur une épaisseur e sensiblement identique sur _ toute cette surface 2. L'épaisseur e de diffusion du do- pant est ici d'environ 0,5 pm (l'épaisseur est fortement grossie sur la figure qui n'est pas à l'échelle). Le do- pant est ici un dopant de type p constitué par exemple de cadmium, d'autres matériaux étant évidemment envisageables, comme par exemple le béryllium, le zinc_ Le procédé de diffusion est connu en lui-même et ne sera donc pas plus détaillé ici. La diffusion terminée, le procédé se poursuit par l'étape de graver ladite surface 2 selon un procédé de gravure douce à une profondeur p supérieure à l'épaisseur e de manière à former une matrice de zones dopées 3 sépa- _ rées les unes des autres par des canaux ou rainures 4 formant un quadrillage. La profondeur p de la gravure est d'au moins 0,5 pm environ et, de préférence, environ 1,4 pm. La matrice a un pas d'environ 15 pm à 30 pm. La gravure est réalisée de manière que les canaux présentent des flancs 5 convergeant vers un fond des canaux 4 (les canaux 4 ont ainsi une section de forme générale en V ou U). Le procédé de gravure utilisé pourra être humide par voie chimique, sèche de type ICP RIE (de l'anglais « Inductively Coupled Plasma Reactive-Ion Etching » ou gra- vure par ions réactifs sous torche à plasma) ou tout au- tre type de gravure ou enchaînement de gravures permettant de limiter les dommages collatéraux causés au substrat. La réalisation de l'élément sensible se termine par l'étape de revêtir la surface 2 d'une couche de pas- sivation 6. La couche de passivation 6 est déposée par évaporation et, de préférence, par un procédé d'évaporation sous vide. La forme générale en V des canaux 4 résultant de la convergence des flancs 5 des ca- naux 4 facilite le recouvrement des flancs 5 par la cou- che de passivation 6. La couche de passivation 6 comprend par exemple : un oxyde ou un dioxyde de silicium, un dioxyde de titane, un nitrure de silicium de type un antimoniure d'aluminium indium_ Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, seules les étapes du procédé de fabrication en lien avec l'invention ont été ici mention- nées et le procédé de fabrication peut comprendre d'autres étapes comme des étapes de traitement thermique, de contrôle qualité, de finition, de mise aux dimensions_ Les valeurs numériques ont été indiquées à titre purement indicatif dans un mode de réalisation particu- lier. D'autres valeurs de profondeur de canaux, d'épaisseur de diffusion, de pas de la matrice sont utilisables. D'autres matériaux de dopage et/ou de passivation sont utilisables. Le procédé de l'invention est utilisable pour la fabrication d'éléments sensibles destinés à être éclairés par l'avant ou par l'arrière. En variante, la gravure est réalisée par un pro- cédé de gravure chimique et/ou la gravure est réalisée par un procédé de gravure ou enchaînement de gravures chimique et/ou ioniques. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un élément sensible d'un capteur infrarouge à partir d'une galette (1) d'antimoniure d'indium, comprenant les étapes de : - faire diffuser un dopant sur une surface (2) de la galette sur une épaisseur (e) sensiblement identique sur toute cette surface, - graver ladite surface selon un procédé de gra- vure douce à une profondeur (2) supérieure à ladite épaisseur de manière à former une matrice de zones dopées (3) séparées, - revêtir ladite surface d'une couche de passiva- tion (6). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur (e) de diffusion du dopant est d'environ 0,5 pm et la profondeur (2) de gravure est d'au moins 0,5 pm environ. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la profondeur de gravure (E) est d'environ 1,4 pm. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la gravure est réalisée par un procédé de gravure chimi- que. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la gravure est réalisée par un procédé de gravure à ions réactifs. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le procédé de gravure à ions réactifs est de type ICP- RIE. 7 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la gravure est réalisée par un procédé de gravure ou enchaînement de gravures chimique et/ou ioniques. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de passivation (6) est déposée par évaporation. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequella gravure est réalisée de manière à créer des canaux (4) de séparation des zones dopées, ces canaux ayant des flancs (5) convergeant vers un fond des canaux. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matrice a un pas d'environ 15 um à 30 pm.