Brevet FR3025359A1 — publié le 20160304

PROCEDE DE POSITIONNEMENT D'ELEMENTS, NOTAMMENT OPTIQUES SUR LA FACE ARRIERE D'UN DETECTEUR INFRAROUGE DE TYPE HYBRIDE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention appartient au domaine des détecteurs de rayonnements électromagnétiques et plus particulièrement aux détecteurs de rayonnement infrarouge. Elle vise plus spécifiquement les détecteurs infrarouges de type hybridé, c'est-à-dire constitués d'un circuit de détection comportant un réseau matriciel de sites photosensibles, hybridé sur un circuit de lecture. De manière encore plus spécifique, l'invention vise à solutionner la problématique liée à la réalisation d'un niveau technologique supplémentaire de type maillage métallique, filtre, système optique..., rapporté sur la face incidente d'un tel détecteur de type hybridé. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Dans le domaine de la détection multi-spectrale d'un composant hybridé, c'est-à-dire, susceptible de détecter plusieurs gammes de longueur d'ondes, il est connu de rajouter un filtre optique calant, en raison de la filtration opérée, lesdites gammes de longueur d'ondes. En matière de détection infrarouge dite refroidie, c'est-à-dire, mettant en oeuvre la technologique quantique, un tel filtre peut être solidaire du cryostat ou de l'écran froid. Le premier assure, de manière connue, le refroidissement du détecteur afin de permettre son fonctionnement. Le second limite les flux optiques parasites sur le détecteur. Cette technologie ne permet pas de réaliser une indexation et une fonctionnalisation de chacun des photosites constituant la matrice de détection. Les éléments optiques au niveau du cryostat ou de l'écran froid ne permettent qu'une fonctionnalisation de l'ensemble des photosites de ladite matrice.. On a également proposé comme technologie alternative de rapporter le filtre, directement sur le composant hybridé, et notamment sur sa face incidente, c'est-à-dire, la face recevant le rayonnement incident à détecter. 3025359 2 Indépendamment du mode de solidarisation d'un tel élément optique sur la face arrière, se pose une véritable difficulté née de l'alignement du niveau technologique supplémentaire par rapport à chacun des photosites réalisé au sein du circuit de détection. Ce problème est d'autant plus exacerbé que lesdits photosites peuvent être 5 fonctionnalisés de manière indépendante les uns des autres. En effet, si l'alignement d'un tel niveau technologique supplémentaire par rapport aux sites de détection n'est pas correct, chacun des sites est susceptible de recevoir différentes longueurs d'ondes du rayonnement incident, affectant dès lors le résultat de la détection. 10 Selon l'art antérieur, l'alignement d'un niveau technologique sur un composant est réalisé par des techniques d'alignement en imagerie visible ou proche infrarouge. Dans ces gammes de longueurs d'onde, l'alignement du niveau technologique additionnel sur les photosites peut être réalisé par des systèmes optiques dans la gamme visible ou proche infrarouge. 15 L'invention est plus spécifiquement dédiée aux détecteurs infrarouges ayant des longueurs d'onde de coupure supérieures à 1,7 micromètre, pour lesquelles les techniques usuelles ne sont pas utilisables. 20 L'objectif de la présente invention est donc de proposer une solution permettant de pallier cette difficulté d'alignement, qu'il s'agisse d'un système optique du type filtre, ou encore de la mise en oeuvre d'un niveau technologique supplémentaire de type maillage métallique. 25 EXPOSE DE L'INVENTION A cet égard, l'invention propose donc un procédé de positionnement d'éléments ou de niveaux technologiques sur la face incidente d'un détecteur infrarouge de type hybridé, ledit détecteur étant constitué d'un circuit de détection comportant un réseau matriciel 30 de sites photosensibles pour la gamme de longueur d'ondes d'intérêt, hybridé sur un circuit de lecture. Ce procédé consiste à réaliser au sein du circuit de détection des motifs d'indexation par marquage du substrat de croissance du circuit de détection, ce dernier résultant de 35 la croissance par épitaxie d'un matériau de détection à partir dudit substrat. 3025359 3 En d'autres termes, l'invention consiste à réaliser au sein du circuit de détection intégrant les photosites, un orifice traversant dans l'intégralité de l'épaisseur de la couche active du détecteur, ou un relief, c'est-à-dire dans un cas comme dans l'autre, un point de référence permettant l'alignement requis d'éléments ou de niveaux 5 technologiques additionnels par rapport au circuit de détection. Ainsi donc et selon une première forme de réalisation de l'invention, le marquage du circuit de détection est constituée d'un ou de plusieurs vias traversants, ménagés en dehors de la zone active du circuit de détection, c'est-à-dire en dehors de la zone de 10 présence des photosites. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, on réalise une zone en relief au niveau du substrat de croissance lors de la réalisation du circuit de détection, là encore en dehors de la zone active dudit circuit. 15 Quel que soit le mode de réalisation mis en oeuvre, l'alignement s'effectue au moyen d'un dispositif classique d'hybridation (tel que connu sous l'expression anglo-saxonne «flip chip bonding »), permettant d'aboutir à une précision de l'ordre du micromètre. 20 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de la description qui suit, donnée à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. 25 La figure 1 est une représentation schématique en section d'un détecteur hybridé muni d'un filtre optique illustrant l'inconvénient de l'état antérieur de la technique. La figure 2 est une représentation analogue de la figure 1 illustrant le premier mode de réalisation de l'invention. 30 Les figures 3, 4 et 5 illustrent de manière schématique un second mode de réalisation de l'invention. 3025359 4 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On a donc représenté au sein de la figure 1 un détecteur de type hybridé avec éclairage en face arrière. Un tel détecteur est traditionnellement constitué d'un circuit de 5 détection (1) comportant un réseau matriciel de photosites ou pixels (2). Un tel circuit de détection est classiquement réalisé à base d'alliages répondant à la formule générique HgCdTe, matériau bien connu pour absorber le rayonnement électromagnétique situé dans l'infrarouge. Un tel matériau est classiquement obtenu par épitaxie en phase liquide ou gazeuse ou encore par épitaxie par jet moléculaire, sur 10 la base d'un substrat réalisé en un alliage CdZnTe massif, ou alternativement sur un substrat semi-conducteur de type Si, Ge ou AsGa. Le circuit de détection peut en outre être réalisé en d'autres matériaux bien connus pour leur capacité de détection de l'infrarouge, et notamment InGaAs, InSb, InAsSb et 15 les super réseaux de type II, c'est-à-dire d'empilements puits/barrières à base de matériau InAs/GaSb. Ce circuit de détection (1) est hybridé au niveau de chacun des photosites ou pixels (2) au moyen de microbilles (3), notamment d'indium, sur un circuit de lecture (4) destiné 20 à transformer les signaux électriques générés par le circuit de détection, notamment en les amplifiant pour les rendre susceptibles de subir un traitement ultérieur. Ce circuit de lecture (4), typiquement réalisé en silicium, est hybridé au circuit de détection par la technologie bien connue dite «flip chip bonding ». On a représenté sur la figure 1 un filtre (5), avantageusement accordé en dilatation avec le circuit de détection (1), et par exemple réalisé en matériau diélectrique mono ou multicouche de type ZnS, Si02, YF3 , et de manière générale tout matériau diélectrique ou dédié à l'infrarouge. Sur la figure 1, on a schématisé par une double flèche horizontale le décalage susceptible de se produire entre les différentes zones (6) du filtre, accordées aux gammes de longueur d'ondes d'intérêt, ne recouvrant pas, de manière correcte, le pixel correspondant. 25 30 35 3025359 5 Ainsi donc, et selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 2, on réalise un via traversant (7) au sein du circuit de détection (1), apte à constituer un motif d'alignement lors de l'étape technologique additionnelle, et par exemple lors de réalisation du filtre ou de report de ce dernier. 5 Ce motif d'alignement peut présenter toute forme géométrique et notamment présenter une section ronde, carrée, en croix, etc.... Il est positionné en dehors de la zone active de détection du circuit de détection, c'est-à-dire en dehors de toute zone de présence de photosites ou de pixels (2). 10 Ce ou ces vias (7) sont réalisés de la manière suivante : - photolithographie sur le circuit de détection en dehors de la zone active, - gravure mécanique, notamment par usinage ionique, ou gravure chimique , ICP- RIE (acronyme de l'expression anglo-saxonne « Inductively coupled plasma 15 Reactive Ion Etching »), ou encore par sublimation laser. Cette gravure débouche en face incidente (ou face arrière) afin de créer des motifs visibles lors de l'étape d'assemblage et d'alignement, la profondeur de la gravure étant réajustée en fonction de la structure du circuit hybridé, avec une gravure complète de 20 la couche épitaxiée constitutive du circuit de détection jusqu'au substrat en technologie composant hybridé sans substrat, ou une gravure de la couche épitaxiée et d'une partie du substrat de croissance de ladite couche épitaxiée en technologie composant hybridé avec substrat partiellement enlevé. 25 Le cas échéant, on procède à un retrait ou à l'amincissement du substrat de la couche d'épitaxie jusqu'à permettre l'ouverture d'une telle marque d'alignement réalisée, et donc du motif d'alignement. De par la technologie mise en oeuvre, ce via ou orifice traversant est réalisé de manière 30 particulièrement précise, notamment de l'ordre de micromètre. Par alignement optique de photolithographie UV standard, on réalise une photolithographie en face avant du circuit de détection sur son substrat suivi de la gravure du via. Le circuit de détection suit ensuite l'ensemble des étapes standards de réalisation. Après hybridation du circuit de détection sur le circuit de lecture, et retrait du substrat du circuit de détection, le 35 report ou la réalisation du niveau technologique additionnel peut être réalisé avec un alignement sur le ou les vias débouchants. 3025359 6 La réalisation de ce niveau technologique additionnel peut être faite par photolithographie UV ou par toute autre technique de flip chip bonding. Selon un second mode de réalisation illustré en relation avec les figures 3 à 5, on va là 5 encore réaliser un motif de détection affectant la couche constitutive du circuit de détection. Cependant, si comme pour le mode de réalisation qui précède, ce motif est réalisé avant l'hybridation du circuit de détection sur le circuit de lecture, sa mise en oeuvre 10 est réalisée avant épitaxie. De fait, le motif va résulter d'une modification de la forme du substrat de croissance de la couche constitutive du circuit de détection avant épitaxie. Ainsi donc, ce substrat de croissance (10), typiquement réalisé en CdZnTe, est revêtu 15 d'une résine photosensible (11) avec un masque permettant de définir une zone particulière (12), un évidement par rapport à la surface du substrat au niveau de laquelle l'épitaxie va croitre, zone (12) qui, lors de l'étape subséquente d'usinage ionique, notamment au moyen d'ions argon Art, va définir, au sein dudit substrat, une zone en creux. 20 L'épitaxie intervient postérieurement et va tout d'abord venir combler ce motif en creux (12) gravé dans le substrat, et corollairement, en fin de croissance, va également présenter une zone en creux (15), tel qu'on peut l'observer sur la figure 4, et simultanément, de manière symétrique, une zone en saillie (14) en face arrière de la 25 couche d' épitaxie. Après retrait du substrat, lors de l'étape de gravure, et de manière générale d'enlèvement du substrat, selon la technologie traditionnellement mise en oeuvre, typiquement polissage mécano-chimique et gravure chimique, on retrouve, au niveau 30 de la face arrière du circuit de détection ainsi réalisé, cette saillie ou zone en relief (14). Celle-ci est réalisée en dehors de la zone d'implantation des photosites de détection. 3025359 7 Cette zone en saillie (14) va constituer le motif d'alignement. Avantageusement, ce motif présente par rapport à la surface arrière du circuit de détection une pente la plus importante possible, si possible un angle de 90 degrés, afin d'obtenir une meilleure précision lors de l'alignement, et notamment lors de la réalisation du filtre, là encore 5 réalisé par photolithographie en face arrière ou du report. On conçoit de fait tout l'intérêt de la présente invention qui, de par la mise en oeuvre de technologies aujourd'hui largement maîtrisées, permet de s'affranchir des inconvénients de l'état antérieur de la technique en termes d'alignement de filtres et, 10 de manière générale, de tout niveau technologique supplémentaire, au niveau de circuits de détecteurs hybridés à éclairage face arrière. REVENDICATIONS1. Procédé de positionnement d'éléments ou de niveaux technologiques additionnels (1) sur la face incidente d'un détecteur infrarouge de type hybridé, ledit détecteur étant constitué d'un circuit de détection (1, 10) comportant un réseau matriciel de sites photosensibles (2) pour gammes de longueurs d'onde d'intérêt, hybridé sur un circuit de lecture (4), ledit circuit de détection résultant de la croissance par épitaxie d'un matériau de détection sur un substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser au sein du circuit de détection (1, 10) des motifs d'indexation (7, 14) par marquage du substrat de croissance. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le marquage du substrat de croissance du circuit de détection (1) est constitué d'un ou de plusieurs vias traversants (7), ménagés en dehors de la zone active du circuit de détection, c'est-à-dire en dehors de la zone de présence ou d'implantation des photosites (2). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les vias ou orifices traversants (7) sont réalisés : - par photolithographie sur le circuit de détection en dehors de la zone active de ce dernier, - puis par gravure mécanique, notamment par usinage ionique, ou gravure chimique, ou par ICP-RIE ou encore par sublimation laser. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le marquage du circuit de détection résulte d'une altération préalable du substrat de croissance de la couche épitaxiée constitutive dudit circuit de détection, préalablement à la croissance effective par épitaxie, ladite altération définissant une zone en relief (14) lors de la réalisation du circuit de détection, ménagée en dehors de la zone active dudit circuit. 10 2. 15 3. 20 25 4. 30