Brevet FR3090198A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : DÉTECTEUR INFRAROUGE AVEC STRUCTURE DE COLLECTE DE PHOTONS ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION Domaine technique 100011 L'invention se rapporte au domaine des détecteurs infrarouge refroidis, sensibles à des longueurs d'onde comprises entre 0,8 Jim et 20 Jim. Technique antérieure [0002] On connaît dans l'art antérieur des détecteurs infrarouge comprenant une matrice planaire de photodiodes, chaque photodiode comportant une simple jonction p-n (ou n-p). Les photodiodes sont formées dans une couche active en matériau semi-conducteur, faite par exemple d'un alliage de tellure, mercure et cadmium de type Cdxfig,i_je, avec x un nombre réel positif Ces détecteurs offrent. des résolutions thermiques pouvant aller jusqu'à quelques millièmes de degré Kelvin, à condition d'être refroidis à basse température, généralement bien en-dessous de 300K, de préférence à une température inférieure à 200K, voire même inférieure à 100K. [0003] En fonctionnement, des photons sont absorbés dans les régions d'absorption res- pectives des photodiodes. Ils y génèrent des porteurs de charge, qui diffusent dans la couche active jusqu'aux jonctions p-n (ou n-p), où ils créent des courants électriques mesurables. Il peut arriver qu'un photon, arrivant sur la couche active au regard de l'une des photodiodes, génère un porteur de charge qui diffuse jusqu'à la jonction p-n (ou n-p) d'une photodiode voisine. La répartition spatiale des courants électriques ne correspond alors plus rigoureusement à la répartition spatiale des photons incidents sur la matrice de photodiodes. Ce phénomène est nommé « cross talk », ou diaphonie. [0004] Différentes solutions sont connues pour limiter la diaphonie. Dans la demande de brevet WO 2017/089527 AI, il est proposé par exemple une matrice de photodiodes, dans laquelle les photodiodes sont séparées deux à deux par des tranchées creusées dans la couche active en matériau semi-conducteur. Les flancs des tranchées sont recouverts d'une couche de stabilisation, destinée à réduire l'influence des défauts de surface apportés par la gravure des tranchées. Si la couche de stabilisation n'est pas suffisamment efficace, la gravure de la couche active peut être source de bruit sur les courants électriques mesurés. [0005] Un objectif de la présente invention est de proposer une solution pour limiter la diaphonie d'un dispositif matriciel de photo-détection sensible dans l'infrarouge, et ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. [0006] Un autre but de b présente invention est de proposer un procédé avantageux pour 2 réaliser cet objet. Exposé de l'invention [0007] Cet objectif est atteint avec un procédé pour réaliser un système de photo-détection, le système de photo-détection comprenant un dispositif matriciel de photo-détection sensible dans l'infrarouge, et une structure de collecte de photons pour guider des photons incidents vers les centres respectifs des pixels du dispositif matriciel de photo-détection, et le procédé comprenant les étapes suivantes : - gravure d'un premier substrat, pour former une matrice de pyramides tronquées constituées chacune du matériau du premier substrat, avec les pyramides tronquées formées deux à deux jointives au niveau de leurs bases respectives, du côté opposé à une surface de gravure du premier substrat ; - dépôt, sur les parois latérales des pyramides tronquées, d'un revêtement optiquemcnt réfléchissant dans l'infrarouge, le premier substrat gravé et muni dudit revêtement formant la structure de collecte de photons ; - fixation de la structure de collecte de photons sur le dispositif matriciel de photo-détection, avec les pyramides tronquées centrées chacune sur un pixel du dispositif matriciel de photo-détection et avec les bases desdites pyramides tronquées situées du côté des pyramides tronquées opposé au dispositif matriciel de photo-détection. [0008[ Par « sensible dans l'infrarouge », on entend sensible sur une plage de longueurs d'onde appartenant à la gamme infrarouge, où la gamme infrarouge va de 0,8 pm à 20 [0009] Par « fixation sur », on entend fixation de sorte que la structure de collecte de photons et le dispositif matriciel de photo-détection soient agencés parallèles entre eux, et superposés le long d'un axe orthogonal au plan du dispositif matriciel de photo-détection. La fixation est avantageusement réalisée par collage, mais d'autres solutions ne sont pas exclues telles que l'adhérence moléculaire. La structure de collecte de photons n'est pas forcément fixée directement sur le dispositif matriciel de photo-détection. Une couche intermédiaire telle qu'une couche antireflet ou un filtre spectral peut être insérée entre les deux. [0010[ La surface de gravure du premier substrat désigne la face d'attaque de la gravure sur le premier substrat. [0011] L'idée à la base de l'invention est de limiter la diaphonie d'un dispositif matriciel de photo-détection sensible dans l'infrarouge, à l'aide d'une structure de collecte de photon rapportée et fixée sur ce dernier. [0012] Le dispositif matriciel de photo-détection comporte une matrice de photodiodes. La structure de collecte de photons comprend une matrice de pyramides tronquées renversées. En fonctionnement, la lumière circule dans ces pyramides tronquées 3 renversées pour atteindre la matrice de photodiodes. Les pyramides tronquées renversées forment, avec le revêtement réfléchissant, des éléments de guidage en forme d'entonnoir qui convergent chacun vers une photodiode respective de la matrice de photodiodes. En fonctionnement, les photons incidents se propagent dans les pyramides tronquées, et sont déviés par réflexions successives vers les centres respectifs des pixels de la matrice de photodiodes. Ainsi, un photon arrivant sur le système de photo-détection au regard d'un pixel prédéterminé de la matrice de photodiodes est dévié vers une région centrale de ce pixel. Il génère donc un porteur de charge dans cette région centrale du pixel. Cc porteur de charge diffuse dans la couche active de la matrice de photodiodes. Cependant, comme cc porteur de charge est généré dans une région centrale du pixel, il ne diffuse pas jusqu'à un pixel voisin, ce qui limite la diaphonie dans le système de photo-détection selon l'invention. [0013] La structure de collecte de photons a la forme d'une matrice de pyramides tronquées. Sa forme est donc définie par des faces planes, ce qui simplifie sa fabrication en comparaison avec une matrice de microlentilles où chaque microlentille présente des faces incurvées. En outre, le procédé de fabrication requiert un nombre limité d'étapes, et tous les éléments de guidage de la structure de collecte de photons peuvent être réalisés conjointement, ce qui assure un haut rendement de fabrication. [0014] Le document WO 2005/124868 décrit une structure de collecte de photons agencée au-dessus d'un dispositif matriciel de photo détection fonctionnant dans le visible. Dans ce document, la structure de collecte de photons est réalisée en gravant des ouvertures dans une couche pleine déposée sur la matrice de photodiode, et en recouvrant les parois des ouvertures gravées par un revêtement optiquement réfléchissant. La couche pleine déposée sur la matrice de photodiodes est en matériau amorphe tel qu'un vent borophosphosilicate. Or, cette solution ne peut pas être appliquée directement au domaine de l'infrarouge refroidi. En effet, le fonctionnement à basse température implique de fortes contraintes sur la couche pleine à déposer sur la matrice de photodiodes, en termes de coefficient d'expansion thermique. Il est difficile de déposer une couche épaisse (épaisseur supérieure à 1 pm) sur une matrice de photodiodes en technologie infrarouge refroidi. [0015] L'une des idées à la base de l'invention consiste à former la structure de collecte de photons non pas dans une couche déposée directement sur la matrice de photodiodes, mais dans un substrat annexe, nommé ici « premier substrat », qui est ensuite rapporté et fixée sur la matrice de photodiodes. Ce procédé offre une grande liberté dans le choix du matériau de la structure de collecte de photons, permettant d'utiliser des matériaux dans le coefficient d'expansion thermique est compatible avec le matériau de la matrice de photodiodes aux températures d'utilisation du système de photo-détection selon l'invention. On peut ainsi réaliser un système de photo-détection apte à supporter de multiples cycles de descente et montée en température. [0016] On remarque qu'en revanche, lorsque la structure de collecte de photons est en matériau cristallin ou semi-cristallin, ce matériau n'a pas forcément un paramètre de maille proche de celui de la matrice de photodiodes. [0017] Dans le procédé selon l'invention, on forme dans le premier substrat des pyramides tronquées dont les bases s'étendent du côté opposé à une surface de gravure du premier substrat, puis on fixe la structure de collecte de photons avec les bases desdites pyramides tronquées situées du côté des pyramides opposé au dispositif matriciel de photo-détection. Le premier substrat gravé est donc retourné avant d'être fixé sur la matrice de photodiodes. La surface de gravure du premier substrat se retrouve alors du côté de la matrice de photodiode. En outre, et contrairement à ce qui peut exister dans le visible, les régions non gravées du premier substrat correspondent aux régions dans lesquelles la lumière se propage jusqu'au dispositif matriciel de photo-détection, en fonctionnement. En d'autres termes, en fonctionnement, la lumière se propage jusqu'au dispositif matriciel de photo-détection en passant par les pyramides tronquées formées dans le matériau du premier substrat. Les pyramides tronquées sont jointives au niveau de leurs bases respectives. En d'autres termes, chacune des pyramides tronquées est en contact physique direct avec les pyramides tronquées voisines, le long des bords de sa base. Cette caractéristique permet, après retournement du premier substrat, de s'affranchir d'un épaulement séparant deux éléments de guidage, du côté des éléments de guidage opposé à la matrice de photodiodes, où chaque élément de guidage est formé par une pyramide tronquée renversée dont les parois latérales sont munies d'un revêtement réfléchissant. On améliore ainsi un rendement de transmission de la structure de collecte photons. Les procédés de gravure mis en oeuvre dans le document WO 2005/124868 ne permettraient de graver des éléments de guidage sans les épaulements. En outre, ce document enseigne d'utiliser ces épaulements pour fournir des surfaces d'appui à une matrice de filtres spectraux. [0018] Le procédé selon l'invention permet également de s'affranchir d'une couche d'arrêt de la gravure, entre la matrice de photodiodes et la structure de collecte de photons. Cette caractéristique est d'autant plus avantageuse, qu'on ne connaît pas à ce jour de couche transparente dans l'infrarouge assurant l'arrêt du procédé de gravure anisotrope. [0019] On remarque également que le procédé selon l'invention ne requiert pas une grande directivité de dépôt du revêtement optiquement réfléchissant, puisque cette étape est mise en oeuvre avant le report sur la matrice de photodiode. Il n'y a donc aucun risque d'occulter les photodiodes avec le revêtement réfléchissant déposé au fond des évidements gravés. On peut ainsi obtenir un bon rendement de transmission de la structure de collecte photons, et s'affranchir de réflexions parasites dommageables au bon fonctionnement du système de photo-détection réalisé à l'aide du procédé selon l' invention. [0020] Le procédé selon l'invention permet également d'obtenir une meilleure reproduc- tibilité de la sensibilité des photo-détecteurs, d'un pixel à l'autre du système de photo-détection et d'un système à l'autre, en comparaison avec une collecte dc photons qui serait réalisée à l'aide de rnicrolentilles en polymère. En effet, le rayon de courbure d'une microlentille en polymère est mal contrôlé lors de la mise à froid liée au contexte de l'infrarouge refroidi, et la distance entre la rnicrolentille et une couche d'absorption des photo-détecteurs est difficile à maîtriser. [0021] Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre les étapes suivantes : - dépôt, sur la surface de gravure du premier substrat, d'une couche dc résine photosensible ; - gravure de la couche de résine photosensible, de manière à former un masque de gravure constitué d'une matrice de plots ; - gravure du premier substrat à travers le masque de gravure, pour former dans le premier substrat la matrice de pyramides tronquées, les pyramides tronquées étant centrées chacune sur l'un des plots du masque dc gravure, avec les bases desdites pyramides situées du côté opposé au masque de gravure. [0022] Le procédé selon l'invention peut comporter en outre une étape de fluage, mise en oeuvre avant l'étape de gravure du premier substrat et de manière à obtenir un angle d'inclinaison prédéterminé des faces latérales des plots du masque de gravure. [0023] De préférence, lors de l'étape de gravure du premier substrat, le masque de gravure est gravé conjointement avec le premier substrat, et le procédé comporte en outre une étape de durcissement de la couche de résine photosensible ou du masque de gravure, pour modifier une vitesse de gravure du masque de gravure lors de ladite gravure du premier substrat. [0024] De manière avantageuse, le dispositif matriciel de photo-détection comprend une matrice de photodiodes formée dans un second substrat, et une différence en valeur absolue entre le coefficient d'expansion thermique du premier substrat et le coefficient d'expansion thermique du second substrat est inférieure ou égale à 5 ppm.K ' sur des températures comprises entre 50 K et 300 K. [0025] Le dispositif matriciel de photo-détection peut comprendre une matrice de pho- todiodes formée dans un second substrat de Mercure, Cadmium et Tellure, et le premier substrat peut être constitué d'un alliage de Cadmium, Zinc et Tellure. [0026] En variante, le dispositif matriciel de photo-détection peut comprendre une matrice de photodiodes formée dans un second substrat de Mercure, Cadmium et Tellure, et le premier substrat peut comprendre du germanium. [0027] De préférence, la fixation de la structure de collecte de photons sur le dispositif 6 matriciel de photo-détection est réalisée par collage, et comprend le dépôt d'une couche de colle sur la structure de collecte de photons, la colle remplissant au moins certains des espaces entre les pyramides tronquées. [0028] Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de dépôt d'une couche antireflet, la couche antireflet se trouvant entre la structure de collecte de photons et le dispositif matriciel de photo-détection après l'étape de fixation. [0029] Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de dépôt d'un filtre spectral, le filtre spectral se trouvant, après l'étape de fixation, entre la structure de collecte de photons et le dispositif matriciel de photo-détection, ou sur la structure de collecte de photons du côté opposé au dispositif matriciel de photo-détection. [0030] Le dispositif matriciel de photo-détection est avantageusement un composant hybridé comprenant une matrice de photodiodes et un circuit lecture superposés, la structure de collecte de photons étant fixée du côté de la matrice de photodiodes. [0031] De préférence, le procédé selon r invention comporte en outre une étape de gravure pour retirer un substrat de support d'une matrice de photodiodes à illumination par l'arrière, et pour former ainsi le dispositif matriciel de photo-détection sur lequel la structure de collecte de photons est fixée. [0032] Chacune desdites pyramides tronquées peut être une pyramide droite à base carré. [0033] L'invention couvre aussi un système de photo-détection qui comprend un dispositif matriciel de photo-détection sensible dans l'infrarouge et une structure de collecte de photons pour guider des photons incidents vers les centres respectifs des pixels du dispositif matriciel de photo-détection, ledit système étant réalisé à l'aide d'un procédé selon l'invention et présentant les caractéristiques suivantes : - la structure de collecte de photons comporte une matrice de pyramides tronquées dont les parois latérales sont recouvertes d'un revêtement optiquement réfléchissant dans l'infrarouge ; - lesdites pyramides tronquées sont centrées chacune sur un pixel du dispositif matriciel de photo-détection ; - les bases desdites pyramides tronquées sont situées du côté des pyramides tronquées opposé au dispositif matriciel de photo-détection ; et - les pyramides tronquées sont formées jointives deux à deux au niveau de leurs bases respectives. [0034] De préférence, certains au moins des espaces entre les pyramides tronquées sont remplis par une colle assurant la fixation de la structure de collecte de photons relativement au dispositif matriciel de photo-détection. Brève description des dessins [0035] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples 7 de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : [0036] [fig.1] illustre une première étape d'un procédé selon un premier mode de réalisation de l' invention ; [0037] [fig.2A] et [0038] [fig.2B] illustrent une deuxième étape du procédé selon ce premier mode de réalisation ; [0039] [fig.3A] et [0040] [fig.3B] illustrent une troisième étape du procédé selon ce premier mode de réalisation ; [0041] [fig.4] illustre une quatrième étape du procédé selon ce premier mode de réalisation ; [0042] [fig.5] illustre une cinquième étape du procédé selon ce premier mode de réalisation ; [0043] [fig.6] illustre, selon une vue en coupe, un premier mode de réalisation d'un système de photo-détection selon l'invention ; [0044] [fig.7A] et [0045] [fig.7B] illustrent des résultats de simulations mises en oeuvre pour définir une forme optimale des pyramides tronquées dans un système de photo-détection selon l'invention ; et [0046] [fig.8A] et [0047] [fig.8B] illustrent respectivement un deuxième et un troisième modes de réalisation d'un système de photo-détection selon l'invention. [0048] EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0049] On illustre pour commencer, et de façon schématique, les étapes d'un procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention. Les axes d'un repère orthonormé (Oxyz) sont représentés sur les figures. [0050] La figure 1 illustre de manière schématique, et selon une vue en coupe dans le plan (yOz) du repère orthonormé, une première étape de ce procédé. Dans cette première étape, on dépose, sur la surface de gravure 101 d'un premier substrat 100, une couche 8 200 de résine photosensible. [0051] La surface de gravure 101 désigne une face supérieure du premier substrat. La surface de gravure 101 s'étend ici dans un plan (x0y) qui définit le plan du premier substrat 100. [0052] Le premier substrat 100 est en matériau optiquement transparent sur une plage de longueurs d'onde située dans l'infrarouge. Dans tout le texte, l'infrarouge désigne des longueurs d'onde allant de 0,8 pm à 20 pm. Ladite plage de longueurs d'onde désigne par exemple des longueurs d'onde allant de 2,5 pm à 5 pm (infrarouge moyen). Le premier substrat 100 présente par exemple un coefficient de transmission supérieur ou égal à 80% sur cette plage de longueurs d'onde. [0053] Son coefficient d'expansion thermique (CTE) est proche du CTE d'un matériau semi-conducteur dans lequel on peut former une matrice de photodiodes émettant dans l'infrarouge. En particulier, son CTE est proche du CTE d'un matériau semiconducteur constitué d'un alliage de tellure, mercure et cadmium de type Cd,flgo avec x un nombre réel positif La différence en valeur absolue entre lesdits CTE est avantageusement inférieure ou égale à 5 ppm.K ' (parties par million par degré Kelvin), et plus préférentiellement inférieure ou égale à 1 ppm.K ', sur une plage de températures allant d'une température de fonctionnement de ladite matrice de photodiodes à la température ambiante (typiquement de 50K à 300K). De manière optionnelle, le premier substrat peut présenter une structure cristalline, ou semicristalline. [0054] Ici, le premier substrat 100 est constitué d'un alliage de tellure, cadmium et zinc de type Cd'Zno ,Je, avec x un nombre réel positif. [0055] En variante, le premier substrat 100 peut comprendre du germanium, voire être en- tièrement constitué de germanium. La transmission de ce matériau est particulièrement bien adaptée dans le cadre d'une détection dans une plage de longueurs d'onde située dans une plage plus large comprise entre 2 pin et 20 pm. [0056] L'utilisation d'un premier substrat 100 en silicium est proscrite. [0057] La couche 200 de résine photosensible ne sera pas décrite ici plus en détail, car il s'agit d'un matériau connu dans l'art antérieur, notamment dans le domaine de la photolithographie. [0058] Les figures 2A et 2B illustrent de manière schématique une deuxième étape du procédé. Au cours de cette deuxième étape, la couche 200 de résine photosensible est gravée localement et sur toute son épaisseur, de manière à former une matrice de plots 221 qui définissent ensemble un masque de gravure 220. A la figure 2A, l'ensemble obtenu à l'issue de cette deuxième étape, constitué du premier substrat 100 et du masque de gravure 220, est représenté selon une vue en coupe dans le plan (yOz). A la figure 2B, ce même ensemble est représenté selon une vue de dessus, dans un plan 9 parallèle au plan (x0y) du repère orthonormé. [0059] Le procédé de gravure de la résine photosensible mis en oeuvre dans cette deuxième étape est par exemple une photolithographie. Cette photolithographie utilise avantageusement un premier masque. On expose la couche 200 de résine photosensible au-travers du premier masque, et on développe la résine photosensible. Les motifs exposés sont dissous dans le développeur, ou l'inverse, selon la polarité de la résine. En variante, la gravure de la résine photosensible peut être réalisée par nano-impression ou autre procédé à écriture directe. En tout état de cause, un évidement en forme de grille est formé dans la couche 200 de résine photosensible. [0060] Dans le masque de gravure 220, les plots 221 sont répartis spatialemcnt de la même manière que les photodiodes d'une matrice de photodiodes sur laquelle le premier substrat 100 est rapporté dans une étape ultérieure du procédé selon l'invention. De préférence, les plots 221 du masque de gravure 220 sont répartis selon un maillage carré, avec un pas de répartition P. [0061] Les plots 221 présentent chacun une forme de cylindre droit à base polygonale ou de pyramide droite tronquée à base polygonale, où le polygone est un polygone régulier qui présente autant de côtés qu'un pixel a de pixels voisins dans une matrice de répartition desdits plots 221. Les pyramides droites tronquées sont tronquées selon un plan (x0y) parallèle au plan du premier substrat 100. En tout état de cause, tous les plots 221 du masque de gravure présentent avantageusement la même forme. [0062] Ici, les plots 221 ont chacun la forme d'une pyramide tronquée à base carrée. Les plots 221 sont espacés deux à deux d'une distance L,, mesurée dans un plan recevant les faces inférieures des plots 221, du côté du premier substrat 100. Les faces latérales des plots sont inclinées chacune d'un angle 01, relativement à la normale (Oz) au plan du premier substrat 100. Le cas échéant, la deuxième étape du procédé selon l'invention peut comporter une étape de fluage par chauffage, mise en oeuvre après la gravure de la couche 200 de résine photosensible, pour modifier la valeur de l'angle 0,. L'étape de fluage comporte un chauffage à une température comprise par exemple entre 100°C et 150°C, et pendant une durée comprise entre quelques secondes et quelques minutes. [0063] Les figures 3A et 3B illustrent de manière schématique une troisième étape du procédé. Au cours de cette troisième étape, le premier substrat 100 est gravé, à travers le masque de gravure 220, de manière à former dans le premier substrat 100 une matrice de pyramides tronquées 110 centrées chacune sur un plot 221 du masque de gravure 220. Chaque pyramide tronquée est constituée du matériau du premier substrat 100. A la figure 3A, l'ensemble obtenu à l'issue de cette troisième étape est représenté selon une vue en coupe dans le plan (yOz). A la figure 3B, ce même ensemble est représenté selon une vue de dessus dans un plan parallèle au plan (x0y). [0064] Les pyramides tronquées 110 ne s'étendent pas selon toute l'épaisseur du premier substrat 100. [0065] Chaque pyramide tronquée 110 présente une forme de pyramide droite tronquée à base 112 polygonale. Ladite pyramide est tronquée selon un plan (x0y) parallèle au plan du premier substrat 100. La base 112 s'étend du côté du substrat 100 opposé à sa surface de gravure 101. Cette base 112 a la forme d'un polygone régulier avec autant de côtés qu'un pixel a de pixels voisins dans une matrice de répartition des pyramides tronquées (égale à une matrice de répartition des plots du masque de gravure 220, elle-même égale à une matrice de répartition des photodiodes d'une matrice de photodiodes sur laquelle le premier substrat 100 est rapporté dans une étape ultérieure du procédé). Toutes les pyramides tronquées 110 présentent avantageusement la même forme. [0066] -Ici, les pyramides tronquées 110 ont chacune la forme d'une pyramide tronquée à base carrée. Les faces latérales 113 des pyramides tronquées 110 sont inclinées chacune d'un angle 00 relativement à la normale (Oz) au plan du premier substrat 100. Du côté opposé à sa base 112, chaque pyramide tronquée 110 est délimitée par une face supérieure 111 qui s'étend dans le plan dc la surface de gravure 101 du premier substrat 100. La forme de la face supérieure 111 est une homothétie de la forme de la base 112. Ici, la face supérieure 111 est un carré de côté Lo. [0067] L'angle 01 d'inclinaison des faces latérales des plots 221 du masque de gravure, et l'angle Où d'inclinaison des faces latérales des pyramides tronquées 110, ne sont pas forcément égaux entre eux. [0068] Le premier substrat 100 est gravé par gravure anisotrope, par exemple une gravure par abrasion ionique ou une gravure plasma. La valeur de l'angle 00 est maîtrisée par exemple en ajustant un angle d'abrasion ionique, ou la composition chimique du plasma de gravure. On peut aussi utiliser un procédé de gravure humide mettant à profit une anisotropie de gravure qui dépend de l'orientation des plans cristallins dans le premier substrat 100, notamment lorsque le premier substrat est en germanium. [0069] En général, le masque de gravure 220 est gravé conjointement avec le premier substrat 100, lors de réalisation des pyramides tronquées 110. Dans le cas d'une gravure de type abrasion ionique, un rapport de la tangente de l'angle 01 (inclinaison des faces latérales des plots 221) divisé par la tangente de l'angle po (inclinaison des faces latérales des pyramides tronquées 110) est égal au rapport de la vitesse de la gravure dans la résine photosensible du masque de gravure 220 divisée par la vitesse de la gravure dans le premier substrat 100. La valeur de l'angle Bi peut être ajustée par un procédé de fluage tel que mentionné ci-avant. La vitesse de la gravure dans la résine photosensible peut être ajustée par un durcissement de la résine photosensible, mis en oeuvre entre l'étape de dépôt de la couche 200 en résine photosensible et l'étape de gravure du premier substrat 100. Le durcissement peut comprendre un recuit, ou 11 l'exposition à un faisceau lumineux de longueur d'onde prédéterminée, ou l'exposition à un courant ionique. [0070] Comme représenté sur les figures 3A et 3B, les pyramides tronquées 110 sont en contact physique direct deux à deux, le long de bords de leurs bases respectives. Les évidements gravés dans le premier substrat 100 sont donc de forme pointue, du côté opposé à la surface de gravure 101 du premier substrat 100. La profondeur maximale T Ii des évidements gravés dans le premier substrat 100 vérifie alors : [0071] [Math.1] P -L0 T - 2tant90 où P est le pas de répartition des pyramides tronquées, réparties selon un maillage cané ; LÛ est la largeur d'une face supérieure des pyramides tronquées, telle que définie ci-dessus: et 00 est l'angle entre la normale au plan du premier substrat et chacune des faces latérales des pyramides tronquées. [0072] La troisième étape du procédé selon l'invention peut comprendre, en outre, une étape de gravure pour retirer les résidus 231 du masque de gravure, pouvant subsister sur le premier substrat après la gravure des pyramides tronquées. [0073] La figure 4 illustre de manière schématique une quatrième étape du procédé, selon une vue en coupe dans le plan (yOz). Dans cette quatrième étape, on dépose, sur les parois latérales 113 des pyramides tronquées 110, un revêtement 300 optiquement réfléchissant sur une plage de longueurs (l'onde située dans l'infrarouge. En d'autres termes, le revêtement 300 a la partie réelle de sa constante diélectrique qui est inférieure ou égale à zéro pour des longueurs d'onde comprises entre 0,8 pm et 20 Jim. Le revêtement 300 présente par exemple un coefficient de réflexion supérieur ou égal à 80%, sur une plage de longueurs d'onde située dans l'infrarouge, par exemple pour des longueurs d'onde allant de 2,5 pm à 5 pm. Le revêtement 300 est constitué de préférence d'une couche de métal d'épaisseur inférieure à 100 nm. Le métal est par exemple de l'or, du platine, du cuivre, de l'argent, ou un alliage comprenant au moins deux de ces métaux. 100741 Les faces supérieures 111 des pyramides tronquées 110 ne sont pas recouvertes par le revêtement 300. Pour cela, le revêtement 300 peut être déposé de manière localisée, uniquement sur les faces latérales des pyramides tronquées. En variante, le revêtement 300 peut recouvrir de manière uniforme tout le premier substrat gravé, puis gravé localement sur les faces supérieures 1 1 1 des pyramides tronquées 110. De manière avantageuse, le revêtement 300 est déposé de manière uniforme en recouvrant tout le premier substrat gravé, avec les faces supérieures III des pyramides tronquées 110 re- (i) 12 couvertes par les résidus du masque de gravure, puis on retire ensemble les résidus du masque de gravure et les portions de revêtement 300 recouvrant ces derniers. [0075] Le premier substrat 100 dans lequel sont formées les pyramides tronquées 110, et le revêtement réfléchissant 300, forment ensemble une structure 400 de collecte de photons. [0076] Enfin, la figure 5 illustre de manière schématique une cinquième étape du procédé, selon une vue en coupe dans le plan (yOz). [0077] Cette cinquième étape fait intervenir une matrice 510 de photodiodes, formée dans un substrat en matériau semi-conducteur constitué d'un alliage de tellure, mercure et cadmium de type Cd,14,1_,,Te, avec x un nombre réel positif. La valeur de x peut varier d'un point à l'autre dudit substrat semi-conducteur. Ladite matrice 510 de photodiodes est sensible sur une plage de longueurs d'onde située dans l'infrarouge, par exemple à des longueurs d'onde allant de 2,5 pm à 5 prn. En fonctionnement, elle est refroidie à une température bien en-dessous de 300K, de préférence inférieure à 200K, voire même inférieure à 100K. Chaque photodiode de ladite matrice comprend un caisson dopé 511 définissant une jonction p-n ou n-p avec le restant du substrat semiconducteur. Les photodiodes sont réparties ici selon un maillage carré de pas P. [0078] TeL la matrice 510 de photodiodes fait partie intégrante d'un composant hybridé 500 qui comprend également un circuit de lecture 520 et une matrice 530 de microbilles de connexion électrique (par exemple des tnicrobilles d'indium). La matrice 510 de photodiodes et le circuit de lecture 520 sont superposés ensemble, le long d'un axe (Oz) orthogonal au plan de la matrice de photodiodes. Le circuit de lecture 520 est réalisé par exemple sur un substrat en silicium, en technologie CMOS. Il assure la polarisation électrique des photodiodes, et le traitement des signaux électriques issus de chacune d'elles afin de constituer une image. La matrice 530 de microbilles assure la connexion électrique et mécanique entre la matrice 510 de photodiodes et le circuit de lecture 520. Chaque microbille 531 s'étend au regard de l'une des photodiodes 511 de la matrice de photodiodes. [0079] Lors de cette cinquième étape, la structure 400 de collecte de photons est retournée et collée sur une matrice 510 de photodiodes, avec la surface de gravure 101 du premier substrat située du côté de la matrice 510 de photodiodes. Les bases des pyramides tronquées 110 s'étendent alors du côté desdites pyramides opposé à la matrice 510 de photodiodes. A l'issue de cette étape, la structure 400 de collecte de photons et la matrice 510 de photodiodes s'étendent parallèles entre elles, superposées le long d'un axe orthogonal au plan de la matrice 510 de photodiodes. [0080] Le collage utilise une colle 600 qui s'étend dans les évidements gravés dans le premier substrat, entre les pyramides tronquées 110. La colle 600 est par exemple une colle époxy. De préférence, la colle 600 s'étend dans les évidements gravés dans le 13 premier substrat, sans dépasser jusque sur les faces supérieures 111 des pyramides tronquées 110. Ainsi, la colle peut absorber la lumière sur au moins une partie du spectre infrarouge, sans perturber la détection infrarouge par la matrice 510 de photodiodes. [0081] Sur la figure 5, on a encadré en traits pointillés un pixel 50 du composant hybridé 500, et un pixel 40 de la structure 400 de collecte de photons. Chaque pixel 50 du composant hybridé comporte une photodiode 511. Chaque pixel 40 de la structure 400 de collecte de photons comporte une pyramide tronquée. A l'issue de la cinquième étape du procédé selon l'invention, chaque pixel 40 de la structure 400 de collecte de photons est aligné avec un pixel respectif 50 du composant hybridé. En d'autres termes, chacune des pyramides tronquées formées dans le premier substrat 100 est centrée sur une photodiode respective de la matrice 510 de photodiodes. [0082] Lorsque la matrice 510 de photodiodes est une matrice de photodiodes à illumination par l'arrière (« bock side illumination », en anglais), la totalité d'un substrat de support a été préalablement retirée d'une matrice initiale de photodiodes. Les faces réfléchissantes de la structure 400 de collecte de photons sont alors à une distance bien contrôlée des photodiodes, cc qui permet d'obtenir des propriétés d'absorption constantes d'un pixel à l'autre de la matrice de photodiodes. [0083] La figure 6 illustre, selon une vue en coupe dans un plan (yOz), le système de photo- détection 1000 obtenu à l'issue de la mise en oeuvre des étapes illustrées en référence aux figures 1A à 5. Le système 1000 de photo-détection comprend la structure 400 de collecte de photons, collée sur le composant hybridé 500 du côté de la matrice de photodiodes. [0084] Dans le système 1000 de photo-détection, les pyramides tronquées et le revêtement réfléchissant 300 forment ensemble des éléments de guidage des photons jusqu'aux centres respectifs des pixels de la matrice de photodiodes 510. [0085] Sur la figure 6, on a encadré en traits pointillés un pixel 10 du système de photo- détection 1000 selon l'invention. On a également représenté, de façon schématique, par des flèches 11, le trajet d'un rayon lumineux arrivant à incidence sensiblement normale sur le système de photo-détection 1000. Le rayon lumineux arrive sur le système de photo-détection 1000 orienté selon un axe incliné d'un angle inférieur ou égal à 7° relativement à la normale au plan (x0y) de la matrice 510 de photodiodes, du côté de la structure 400 de collecte de photons. Ce rayon lumineux circule ensuite dans le matériau du premier substrat, transparent à l'infrarouge. Ici, le rayon lumineux est réfléchi plusieurs fois sur les parois réfléchissantes de l'une des pyramides tronquées formées dans le premier substrat. La distance entre lesdites parois réfléchissantes diminue au fur et à mesure que l'on se rapproche de la matrice de photodiodes. La pyramide tronquée munie du revêtement réfléchissant forme donc un élément de 14 guidage en forme d'entonnoir, qui converge vers une photodiode de la matrice de photodiodes. Cet élément de guidage réalise un guidage des photons, par réflexions successives, jusqu'au centre d'un pixel de la matrice de photodiodes. Les différents pixels 10 du système de photo-détection 1000 sont identiques entre eux, avec chacun une photodiode et l'élément de guidage associé. [0086] Les figures 7A et 7B illustrent des résultats de simulations, mises en oeuvre pour définir une forme optimale des pyramides tronquées formées dans le premier substrat. Les simulations sont des simulations numériques, obtenues par calcul de différences finies dans le domaine temporel. On suppose que le faisceau infrarouge incident est une onde plane se propageant selon un axe normal aux plans du premier substrat et de la matrice de photodiodes. Une forme optimale des pyramides tronquées est une forme qui permet d'obtenir une forte absorption dans l'infrarouge, concentrée sur une surface réduite. [0087] La figure 7A illustre un taux d'absorption moyen dans un pixel d'un système de photo-détection selon l'invention, en fonction de Lo (axe des abscisses, en pm) et de no (axe des ordonnées, en d'angle). Pour rappel, Lo est la largeur de la face supérieure d'une pyramide tronquée de la structure de collecte de photons, et 00 est l'angle entre la normale au plan du premier substrat et chacune des faces latérales de ladite pyramide tronquée. L'absorption est un taux compris entre zéro et l'unité, représenté en échelle de teinte. On a considéré ici l'absorption sur une plage de longueurs d'onde allant de 2,5 pm à 5 pm, et des pixels répartis selon un pas de répartition de 15 pm. Le taux d'absorption augmente au fur et à mesure que Lo augmente, et que 00 diminue. [0088] La figure 7B illustre le rayon d'un disque centré sur un pixel du même système de photo-détection, dans lequel l'absorption cumulée est égale à 85% de l'absorption totale dans ledit pixel, et en fonction de Lo et de 00. Le rayon est représenté en échelle de teinte, en pm. Le rayon augmente au fur et à mesure que Lo augmente, et que 00 s'éloigne d'une valeur proche de 20°. [0089] Parmi des points de fonctionnement qui minimisent le rayon du disque dans lequel l'absorption cumulée est égale à 85% de l'absorption totale dans le pixel, on choisit l'un de ceux qui maximisent le taux d'absorption moyen dans le pixel. [0090] On peut dimensionner le masque de gravure permettant d'obtenir les dimensions requises pour la structure de collecte de photons, en suivant les étapes suivantes : [0091] Etape 1: Compte tenu du pas P de répartition des photodiodes dans la matrice de photodiodes, on détermine par simulations numériques les valeurs de Lo et de 00 qui permettent d'obtenir une forte absorption dans l'infrarouge, concentrée sur une surface réduite. Pour un pas P de 15 la et d'après les simulations illustrées aux figures 7A et 7B, les valeurs Lo=5pm et 00=20° permettent par exemple d'atteindre une absorption moyenne de 70% en focalisant 85% du flux absorbé dans un rayon de 3 pm. Il s'agit d'un exemple, et d'autres couples de valeurs permettent également d'obtenir une forte absorption dans l'infrarouge, concentrée sur une surface réduite. [0092] Etape 2 : Connaissant les valeurs prises par L et 00, et sachant que l'on souhaite que les pyramides tronquées vérifient l'équation (1) (les pyramides tronquées voisines sont jointives deux à deux au niveau de leurs bases), on en déduit la profondeur maximale T I, des évidements gravés dans le premier substrat 100. [0093] Etape 3 : Connaissant la profondeur maximale Th, et la vitesse de gravure Vs du premier substrat lors de l'étape de gravure illustrée aux figures 3A et 3B, on en déduit la durée k de la gravure. [0094] Etape 4 : Connaissant la valeur prise par Lo, la vitesse de gravure V' de la résine pho- tosensible lors de l'étape de gravure illustrée aux figures 3A et 3B, et la durée k de la gravure, on en déduit la valeur de la distance L, entre deux plots du masque de gravure. On a en effet : LI=Lo-FV'"tc. On voit donc que la largeur des plots constitutifs du masque de gravure est adaptée pour que la gravure du premier substrat réalise des pyramides tronquées à flancs jointifs (voir équation (1)). [0095] Etape 5 : On détermine la valeur de l'angle 0, d'inclinaison des faces latérales des plots du masque de gravure relativement à la normale au premier substrat. La valeur prise par l'angle 01 est déterminée à partir de la relation selon laquelle un rapport de la tangente de l'angle 0, divisé par la tangente de l'angle 00 est égal au rapport de la vitesse de gravure V' de la résine photosensible divisée par la vitesse de gravure Vs du premier substrat. [0096] On a ainsi entièrement caractérisé le dimensionnement du masque de gravure, constitué de plots chacun en forme de pyramide tronquée à base carré, répartis selon un pas régulier, avec un espacement LI entre deux plots voisins et un angle 01 d'inclinaison des faces latérales des plots relativement à la normale au plan du premier substrat. [0097] La figure 8A illustre un deuxième mode de réalisation d'un système de photo- détection 2000 selon l'invention, qui ne diffère du système de la figure 6 qu'en ce qu'il comporte en outre une couche antireflet 700, disposée entre la structure 400 de collecte de photons et le composant hybridé 500. La couche antireflet 700 est déposée de préférence sur le composant hybridé 500, du côté de la matrice 510 de photodiodes, avant l'étape de collage de la structure 400 de collecte de photons sur le composant hybridé 500. La couche antireflet 700 est par exemple en ZnS ou Si02, avec avantageusement un indice optique intermédiaire entre celui de l'air et celui du premier substrat. La couche antireflet 700 assure la fonction d'antireflet sur une plage de longueurs d'onde située dans l'infrarouge. Elle permet d'augmenter de 30% un taux d'absorption moyen dans le pixel. [0098] La figure 8B illustre un troisième mode de réalisation d'un système de photo- 16 détection 3000 selon l'invention, qui ne diffère du système de la figure 6 qu'en ce qu'il comporte en outre un filtre spectral 800, disposé ici sur la structure 400 de collecte de photons, du côté opposé au composant hybridé 500. Le filtre spectral 800 peut être réalisé sur la structure 400 de collecte de photos après, ou avant l'étape de collage de la structure 400 de collecte de photons sur le composant hybridé 500. Le filtre spectral 800 assure une fonction de filtrage spectral, pour laisser passer des photons à des longueurs d'onde comprise sur une plage d'intérêt située dans l'infrarouge, et pour bloquer des photons à des longueurs d'onde situées en dehors de cette plage d'intérêt. Le filtre spectral 800 est par exemple un filtre multicouche à base de couches d'indices optiques variables, ou un filtre à base de méta-surfaces formées à l'interface entre un métal et un diélectrique. [0099] Dans une variante non représentée, le filtre spectral 800 est situé plutôt entre la structure 400 de collecte de photons et le composant hybridé 500. Dans ce cas, le filtre spectral 800 est déposé de préférence sur le composant hybridé 500, du côté de la matrice 510 de photodiodes, avant l'étape de collage de la structure 400 de collecte de photons sur le composant hybridé 500. [0100] L'invention offre un système de photo-détection de type matriciel, sensible dans l'infrarouge et offrant une résolution spatiale améliorée en comparaison avec l'art antérieur. [0101] L'invention n'est pas limitée aux exemples de procédés et systèmes détaillés ci- dessus, et de nombreuses variantes peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention. [0102] Par exemple, les espaces entres les pyramides tronquées, correspondant aux évidements gravés dans le premier substrat, peuvent être remplis en totalité ou seulement en partie par une colle. En variante, ces espaces peuvent être remplis en totalité ou seulement en partie par un matériau de remplissage autre qu'une colle. La structure de collecte de photons est alors collée sur la matrice de photodiode par une couche de colle annexe. De préférence, la couche de colle annexe ne s'étend pas au regard des faces supérieures des pyramides tronquées, telles que définies ci-avant, pour ne pas perturber la transmission des photons vers la matrice de photodiodes. Tout ou partie des espaces entres les pyramides tronquées peut être rempli par un vide ou un gaz. La structure de collecte de photons est alors collée sur la matrice de photodiode par une couche de colle annexe telle que mentionnée ci-dessus. Selon d'autres variantes encore, l'étape de fixation de la structure de collecte de photons sur la matrice de photodiode est mise en oeuvre sans utilisation d'une colle, par exemple par adhérence moléculaire Selon d'autres variantes encore, ladite étape de fixation est mise en oeuvre sur une matrice de photodiodes non hybridée, c'est-à-dire sur une matrice de photodiodes qui n'est pas connectée à un circuit de lecture par une matrice 17 de microbilles de connexion électrique. Selon d'autres variantes encore, la gravure du premier substrat pour former les pyramides tronquées met en oeuvre un procédé de gravure directe, sans masque de gravure. [0103] Dans la description, on a développé le cas d'une matrice de photodiode en HgCdTe. L'invention n'est pas limitée à cet exemple, et trouve également à s'appliquer avec des matrices de photodiodes formées dans un substrat semi-conducteur à base d'indium et d'antimoine (InSb), ou à base d'indium, arsenic et antimoine (InAsSb) ou tout autre alliage de la filière III-V ou II-V (alliage de matériaux appartenant respectivement aux colonnes III et V, ou aux colonnes II et VI du tableau de classification périodique des éléments). De même, d'autres valeurs du pas de pixel peuvent être utilisées, par exemple 10 !lm ou 7,5 pm. Des matrices de répartition des pixels, avec des maillages non carrés, par exemple hexagonaux, ne sont pas non plus exclues. [0104] L'invention est également avantageuse en cc qu'elle permet de fabriquer de manière collective une pluralité de structures de collecte de photons sur un même premier substrat, avant de les séparer pour les fixer chacune sur une matrice de photodiodes respective. La fabrication séparée de la structure de collecte de photons permet également de trier séparément des structures de collecte de photons et des matrices de photodiodes, pour améliorer un rendement final de fabrication. [0105] L'invention trouve notamment à s'appliquer dans les domaines de la surveillance, l'observation, le guidage et la détection infrarouges. 18 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]