Brevet FR3102299A1 — publié le 20210423

Une matrice à plan focal incurvée comprend un groupe de détecteurs (44), avec des structures mésa (46) obtenues par gravure entre les détecteurs (44) de sorte qu’ils soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres. Une métallisation déposée au niveau de la partie inférieure des structures mésa (46) reconnecte les détecteurs (44) électriquement à une terre commune. La tension induite par la matrice à plan focal de forme incurvée se propage au sein de la métallisation et de tout époxy de remplissage, et non au sein des détecteurs (44). Fig. 3H Détecteurs entièrement réticulés pour matrices à plans focaux incurvées CONTEXTE DE L’INVENTION Domaine de l’invention La présente invention concerne en règle générale des matrices à plans focaux (FPA, de l’anglais Focal Plane Arrays ), et plus particulièrement des structures et des procédés de fabrication de matrices à plans focaux incurvées. Description de l’art connexe Il est difficile de concentrer la lumière sur toutes les zones d’une surface plane telle qu’une matrice à plan focal. Il est beaucoup plus simple de concentrer la lumière, plus particulièrement dans un large champ de vision, sur une surface sphérique. Ainsi, l’optique est meilleure et offre de meilleures performances si la matrice à plan focal peut être une surface sphérique. Une surface d’image incurvée offre également un moyen de réduire le nombre d’éléments optiques, de réduire les aberrations comme l’astigmatisme et le coma, et d’augmenter la luminosité et la netteté hors axe. Mais il est difficile d’offrir une matrice à plan focal incurvée. Une approche consiste à simplement cintrer la matrice à plan focal en une forme incurvée ; cependant, la courbure peut induire une tension au sein des détecteurs qui constituent la matrice, qui peut dégrader leurs performances et/ou endommager la matrice. RÉSUMÉ DE L’INVENTION Une matrice à plan focal constituée d’un groupe de détecteurs entièrement réticulés est présentée ici. Cela permet la fabrication d’une matrice à plan focal incurvée en réduisant la tension (ou contrainte) induite sur les détecteurs et due au cintrage de la matrice à plan focal. La présente matrice à plan focal incurvée comprend un groupe de détecteurs, avec des structures mésa obtenues par gravure (ou gravées) entre les détecteurs de sorte qu’ils soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres. La métallisation déposée au niveau de la partie inférieure des structures mésa reconnecte les détecteurs électriquement et fournit ainsi une terre commune entre les détecteurs. Avec cet agencement, la tension induite en cintrant la matrice à plan focal en une forme incurvée se propage au sein de la métallisation et de tout époxy de remplissage, et non au sein des détecteurs. Le groupe de détecteurs est de préférence fabriqué avec une couche de base sensible à la lumière commune et une couche tampon commune, avec les structures mésa obtenues par gravure dans les couches de base et tampon. La matrice à plan focal incurvée peut comprendre un revêtement anti-réfléchissant sur la couche tampon. Les bosses d’indium sont généralement formées par évaporation sur les détecteurs respectifs en vue du raccordement à un circuit intégré de lecture ROIC (de l’anglais ReadOut Integrated Circuit ). Par évaporation peut notamment être compris des méthodes de dépôt physique par phase vapeur, par exemple par évaporation sous vide. Un ROIC peut être couplé aux détecteurs. Un ROIC couplé aux détecteurs est de préférence aminci. La face arrière du ROIC peut également comprendre des structures mésa de sorte que le ROIC soit réticulé. La face arrière du ROIC peut être est amincie. La face arrière dudit ROIC peut comprendre des structures mésa de sorte que ledit ROIC soit réticulé. La matrice à plan focal peut être une matrice à plan focal en HgCdTe, en InGaAs, en HyViSi, ou SLS. La matrice à plan focal peut comprendre en outre de l’époxy de remplissage de sorte que, lorsque ladite matrice à plan focal est incurvée, la contrainte résultante se propage au sein de ladite métallisation et dudit époxy de remplissage. La présente divulgation concerne aussi un procédé de fabrication d’une matrice à plan focal incurvée, comprenant : la formation d’un groupe de détecteurs sur un substrat ; la formation de structures mésa par gravure entre lesdits détecteurs de sorte que lesdits détecteurs soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres ; le dépôt d’une métallisation au niveau de la partie inférieure desdites structures mésa de manière à reconnecter lesdits détecteurs électriquement et à fournir ainsi une terre commune entre lesdits détecteurs ; et le retrait dudit substrat. Dans le procédé de fabrication, l’étape de formation d’un groupe de détecteurs sur un substrat peut comprendre la fabrication d’une couche de base sensible à la lumière commune et d’une couche tampon commune. Dans le procédé de fabrication, l’étape de formation de structures mésa (46) par gravure entre lesdits détecteurs peut comprendre la gravure de structures mésa au sein desdites couches de base et tampon communes. Le procédé de fabrication peut comprendre en outre la formation par évaporation d’un revêtement anti–réfléchissant sur ladite couche tampon, ladite étape de formation par évaporation dudit revêtement anti-réfléchissant sur ladite couche tampon étant exécutée après ladite étape de retrait dudit substrat Dans le procédé de fabrication, ladite couche de base comprend un matériau obtenu par croissance ou un matériau massif (ou matériau en vrac). Le procédé de fabrication peut comprendre la formation par évaporation de bosses d’indium sur les détecteurs respectifs de manière à permettre un raccordement à un circuit intégré de lecture (ROIC). Le procédé de fabrication peut comprendre le couplage d’un ROIC auxdits détecteurs, ladite étape de retrait dudit substrat étant exécutée une fois que ledit ROIC a été couplé auxdits détecteurs. Le procédé de fabrication peut comprendre l’amincissement dudit ROIC. Le procédé de fabrication peut comprendre la formation de structures mésa sur la face arrière dudit ROIC de sorte que ledit ROIC soit réticulé. Dans le procédé de fabrication, lesdites structures mésa entre lesdits détecteurs peuvent être gravées jusqu’audit substrat. Dans le procédé de fabrication, ladite matrice à plan focal peut être une matrice à plan focal en HgCdTe, en InGaAs, en HyViSi, ou SLS. Le procédé de fabrication peut comprendre l’utilisation d’un époxy de remplissage configurée pour que, lorsque ladite matrice à plan focal est incurvée, la contrainte résultante se propage au sein de ladite métallisation et dudit époxy de remplissage. Dans le procédé de fabrication, l’étape de dépôt d’une métallisation au niveau de la partie inférieure desdites structures mésa peut comprendre l’évaporation de ladite métallisation. Dans le procédé de fabrication, la métallisation peut comprendre de l’indium. Ces caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention (et les autres) seront mieux compris en référence aux dessins, à la description et aux revendications qui suivent. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1A est une vue en coupe d’une matrice à plan focal avant la réticulation. La figure 1B est une vue en coupe d’une matrice à plan focal après la réticulation selon la présente invention. La figure 2A est une vue en coupe d’une matrice à plan focal avant la réticulation. La figure 2B est une vue en coupe d’une matrice à plan focal après la réticulation selon la présente invention. Les figures 3A–3F sont des vues en coupe d’étapes de processus qui peuvent être utilisées pour fabriquer une matrice à plan focal incurvée selon la présente invention. Les figures 3G–3J sont des vues en coupe d’étapes de processus qui peuvent être utilisées pour fabriquer une matrice à plan focal incurvée selon la présente invention. Les figures 3K–3N sont des vues en coupe d’étapes de processus qui peuvent être utilisées pour fabriquer une matrice à plan focal incurvée selon la présente invention. Les figures 3O–3R sont des vues en coupe d’étapes de processus qui peuvent être utilisées pour fabriquer une matrice à plan focal incurvée selon la présente invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION Une matrice à plan focal incurvée (FPA) selon la présente invention comprend un groupe de détecteurs, des structures mésa gravées entre les détecteurs de sorte qu’ils soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres, et une métallisation au niveau de la partie inférieure des structures mésa afin de reconnecter les détecteurs électriquement et de fournir ainsi une terre commune entre les détecteurs. La structure de base est illustrée sur les figures 1A et 1B. La figure 1A illustre une matrice à plan focal avant la gravure des structures mésa. La structure de matrice à plan focal 10 comprend trois détecteurs 12 dans ce mode de réalisation exemplaire, de préférence composés d’une couche tampon commune 14 fabriquée sur un substrat (supprimé sur la figure 1A), et d’une couche de base sensible à la lumière commune 16 sur la couche tampon sur laquelle des jonctions p–n 12 ont été formées. Une matrice à plan focal classique comprend en outre des bosses d’indium 18 vaporisées dans les détecteurs respectifs 12, en vue de la liaison à un circuit intégré de lecture (ROIC), et un ROIC 20 couplé aux détecteurs. De l’époxy de remplissage 22 est généralement placé dans la zone située entre les détecteurs et le ROIC, et durci. Selon la présente invention, comme cela est illustré sur la figure 1B, les structures mésa 24 sont gravées entre les détecteurs de sorte qu’ils soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres. Le métallisation 26 prévue au niveau de la partie inférieure des structures mésa reconnecte les détecteurs électriquement et fournit ainsi une terre commune entre les détecteurs. Ainsi, si la matrice à plan focal est cintrée de façon à l’incurver, la tension résultante se propage au sein de la métallisation 26 et de l’époxy de remplissage 22. La fabrication d’une structure telle que celle décrite ci–dessus est généralement effectuée avec un substrat en place. Dès que l’époxy a durci, le substrat est généralement retiré. Dès que le substrat a été retiré, un revêtement anti–réfléchissant (AR) 28 peut être appliqué sur la face arrière de la matrice à plan focal. Une épaisseur de revêtement de 3000 à 5000 Å est préférée. La face arrière du ROIC 20 est de préférence amincie, afin de rendre la structure hybridée plus flexible. Des structures mésa (non illustrées) peuvent également être formées sur la face arrière du ROIC de sorte que le ROIC 20 soit réticulé, afin de rendre le ROIC encore plus flexible. La présente matrice à plan focal cintrable peut être cintrée en un demi–cercle ; si le ROIC est suffisamment aminci – jusqu’à, par exemple, 25 microns ou moins – la matrice à plan focal peut être cintrée afin de former un cercle complet, ou une surface sphérique. Avec une matrice à plan focal classique, dès que les pixels sont connectés à un ROIC par le biais des bosses d’indium, le groupe entier de détecteurs doit correspondre en dilatation et en contraction au ROIC. En cas de différence de coefficient thermique entre le groupe de détecteurs et le ROIC, une contrainte est exercée sur les détecteurs et peut provoquer des dommages lors du refroidissement ou du chauffage. À l’inverse, pour la présente matrice à plan focal, en réticulant les pixels comme cela est décrit ci–dessus, les pixels peuvent se dilater et se contracter autant que nécessaire sans être contraints, ce qui permet de réduire ou d’éliminer les dommages au niveau de la matrice à plan focal en raison de la différence de coefficient thermique entre les détecteurs et le ROIC. Les figures 1A et 1B illustrent le format de processus de face arrière pour une matrice à plan focal selon la présente invention. Les figures 2A et 2B illustrent le format de processus de face avant. Comme cela est indiqué ci–dessus, la couche tampon 14 et la couche de base sensible à la lumière commune 16 sont fabriquées sur un substrat 30 – illustré sur la figure 2A. Des structures mésa 24 sont gravées au sein de la couche de base 16 et de la couche tampon 14 jusqu’au substrat 30, puis une métallisation 26 est prévue au niveau de la partie inférieure des structures mésa afin de reconnecter les détecteurs électriquement et de fournir ainsi une terre commune entre les détecteurs. Sur la figure 2B, le substrat 30 a été retiré et un revêtement AR 28 a été appliqué. L’époxy de remplissage 22 est de préférence souple et flexible, afin de permettre à la matrice à plan focal d’être facilement cintrée. Comme cela est indiqué ci–dessus, les structures mésa sont gravées au sein de la couche de base 16 et de la couche tampon 14 jusqu’au substrat 30. Ainsi, la profondeur des structures mésa dépend de la plage de longueurs d’onde offerte par la matrice à plan focal. Par exemple, pour une matrice à plan focal sensible aux longueurs d’onde de l’infrarouge de courte longueur, le matériau qui forme les détecteurs mesure généralement environ 6 microns d’épaisseur, avec la base, la couche tampon et toute couche de revêtement comprise. Ainsi, ici, une profondeur de structures mésa de 6 microns est nécessaire pour atteindre le substrat. De la même manière, pour une matrice à plan focal à infrarouge de grande longueur d’onde, l’épaisseur du matériau des détecteurs est généralement d’environ 12 microns, ce qui nécessite une profondeur de structures mésa de 12 microns. La structure de matrice à plan focal incurvée et le procédé décrits ici peuvent être utilisés pour différents types de matrices à plans focaux. Par exemple, la matrice à plan focal peut être développée et traitée au sein de systèmes en HgCdTe, InGaAs, HyViSi, à superstructure à couche contrainte (SLS, de l’anglais Strained-Layer Superlattice ), et d’autres matériaux. Étant donné que la matrice à plan focal décrite élimine largement la différence de coefficient thermique entre les détecteurs et le ROIC, la nécessité d’une structure composite équilibrée (BCS, de l’anglais Balanced Composite Structure ) est éliminée. La matrice à plan focal peut être montée sur de nombreux matériaux différents pour boîtiers. Une séquence de processus possible pour fabriquer une matrice à plan focal incurvée telle que décrite ici est illustrée sur les figures 3A–3R. Sur la figure 3A, une couche tampon (non illustrée) et une couche de base sensible à la lumière 40 sont prévues sur un substrat 42, comme du CdZnTe. La couche de base 40 peut comprendre un matériau obtenu par croissance ou un matériau massif (ou matériau en vrac). Sur la figure 3B, la surface de la couche de base 40 a été traitée, généralement à l’aide d’une photolithographie, afin de former un groupe de détecteurs 44. Des structures mésa 46 sont gravées au sein des couches de base et tampon jusqu’au substrat 42, de sorte que les détecteurs soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres. Une gravure humide ou une gravure sèche peut être utilisée ; la gravure sèche donne des parois latérales à rapport d’aspect plus élevé, mais est plus difficile à passiver et peut créer des dommages en surface. Sur la figure 3C, une métallisation 48 est déposée au niveau de la partie inférieure des structures mésa 46 afin de reconnecter les détecteurs 44 électriquement et de fournir ainsi une terre commune entre les détecteurs. La métallisation 48 est de préférence vaporisée et souple ; de l’indium est préféré. Sur la figure 3D, la métallisation 50 est prévue sur les détecteurs respectifs afin de permettre leur raccordement à un ROIC. La métallisation 50 comprend de préférence des bosses d’indium, qui sont de préférence vaporisées sur les détecteurs respectifs. Sur les figures 3E et 3F, un ROIC 52 est hybridé sur les détecteurs 44 via une métallisation 50. Ensuite, comme cela est illustré sur la figure 3H, de l’époxy 4 est placé dans l’espace entre le ROIC 52 et les structures mésa 46 (notons que la matrice à plan focal hybridée de la figure 3F est reproduite sur la figure 3G). Avec cet agencement, lorsque la matrice à plan focal est incurvée, la tension résultante se propage au sein de la métallisation 48 et de l’époxy de remplissage 54. Le ROIC 52 est de préférence aminci. Ce processus est illustré sur les figures 3I–3L. Sur la figure 3I, la matrice à plan focal de la figure 3H est reproduite, à l’exception qu’elle est désormais illustrée comme étant retournée. Sur la figure 3J (reproduite sur la figure 3K), le substrat 42 est monté sur un support 60, de préférence à l’aide d’une couche de cire ou de résine photosensible (PR) 62. Ensuite, sur la figure 3L, le ROIC 52 est aminci, de préférence par polissage, jusqu’à une épaisseur d’environ 50 microns. Notons que le ROIC 52 peut également être aminci indépendamment du reste de la structure de la matrice à plan focal, avant d’être amené en contact avec les bosses de métallisation 50 (illustrées sur la figure 3F). Le substrat 42 est retiré sur les figures 3M–3P (notons que la figure 3M est une reproduction de la figure 3L, et que la figure 3O est une reproduction de la figure 3N). Sur la figure 3N, le substrat 42 a été démonté, la structure de la matrice à plan focal a été retournée, et le ROIC 52 est monté sur un support 64, de préférence à l’aide d’une couche de cire ou de PR 66. Ensuite, sur la figure 3P, le substrat 42 a été retiré, de préférence par polissage. Une autre étape en option consiste à appliquer un revêtement AR sur la matrice à plan focal ; cela est illustré sur les figures 3Q et 3R. Sur la figure 3Q, un revêtement AR 68 est appliqué sur le côté exposé de la couche de base sensible à la lumière 40, de préférence par évaporation. Ensuite, sur la figure 3R, le processus est finalisé en retirant la matrice à plan focal flexible du support 64. Bien que cela ne soit pas illustré, une matrice à plan focal telle que décrite ici peut être rendue encore plus flexible en formant des structures mésa sur la face arrière du ROIC 52, de sorte que le ROIC soit réticulé. La présente matrice à plan focal incurvée possède plusieurs utilisations possibles, comme dans des applications d’astronomie, militaires et commerciales. Cette matrice à plan focal peut permettre de fabriquer des caméras IR à coût réduit et à meilleures performances, et peut également être utilisé pour l’imagerie visible. Les modes de réalisation de l’invention décrits ici sont exemplaires et de nombreux modifications, variantes et réagencements peuvent être facilement envisagés afin d’obtenir des résultats sensiblement équivalents, qui sont tous destinés à faire partie de la portée de l’invention définie dans les revendications jointes. Matrice à plan focal incurvée, comprenant : un groupe de détecteurs (44) ; des structures mésa (46) obtenues par gravure entre lesdits détecteurs (44) configurées pour que lesdits détecteurs (44) soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres ; et une métallisation (48) au niveau de la partie inférieure desdites structures mésa (46) afin de reconnecter lesdits détecteurs (44) électriquement et de fournir ainsi une terre commune entre lesdits détecteurs (44). Matrice à plan focal incurvée selon la revendication 1, dans laquelle ledit groupe de détecteurs (44) est fabriqué avec une couche de base sensible à la lumière commune et une couche tampon commune, lesdites structures mésa (46) étant gravées au sein desdites couches de base et tampon. Matrice à plan focal incurvée selon la revendication 2, comprenant en outre un revêtement anti–réfléchissant sur ladite couche tampon. Matrice à plan focal incurvée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre des bosses d’indium formées par évaporation sur les détecteurs (44) respectifs en vue du raccordement à un circuit intégré de lecture ROIC (52). Matrice à plan focal incurvée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un ROIC (52) couplé auxdits détecteurs (44). Matrice à plan focal incurvée selon la revendication 5, dans laquelle la face arrière du ROIC (52) est amincie. Matrice à plan focal incurvée selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle la face arrière dudit ROIC (52) comprend des structures mésa (46) de sorte que ledit ROIC (52) soit réticulé. Matrice à plan focal incurvée selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle ladite matrice à plan focal est une matrice à plan focal en HgCdTe, en InGaAs, en HyViSi, ou SLS. Matrice à plan focal incurvée selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre de l’époxy de remplissage configurée pour que, lorsque ladite matrice à plan focal est incurvée, la contrainte résultante se propage au sein de ladite métallisation (48) et dudit époxy de remplissage. Procédé de fabrication d’une matrice à plan focal incurvée, comprenant : la formation d’un groupe de détecteurs (44) sur un substrat ; la formation de structures mésa (46) par gravure entre lesdits détecteurs (44), de sorte que lesdits détecteurs (44) soient électriquement et physiquement isolés les uns des autres ; le dépôt d’une métallisation (48) au niveau de la partie inférieure desdites structures mésa (46) de manière à reconnecter lesdits détecteurs (44) électriquement et à fournir ainsi une terre commune entre lesdits détecteurs (44); et le retrait dudit substrat. Procédé selon la revendication 10, dans lequel ladite étape de formation d’un groupe de détecteurs (44) sur un substrat comprend la fabrication d’une couche de base sensible à la lumière commune et d’une couche tampon commune. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite étape de formation de structures mésa (46) par gravure entre lesdits détecteurs (44) comprend la gravure de structures mésa (46) au sein desdites couches de base et tampon communes. Procédé selon la revendication 11 ou 12, comprenant en outre la formation par évaporation d’un revêtement anti–réfléchissant sur ladite couche tampon, ladite étape de formation par évaporation dudit revêtement anti-réfléchissant sur ladite couche tampon étant exécutée après ladite étape de retrait dudit substrat. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel ladite couche de base comprend un matériau obtenu par croissance ou un matériau massif. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, comprenant en outre la formation par évaporation de bosses d’indium sur les détecteurs (44) respectifs de manière à permettre un raccordement à un circuit intégré de lecture ROIC (52). Procédé selon la revendication 15, comprenant en outre le couplage d’un ROIC (52) auxdits détecteurs (44), ladite étape de retrait dudit substrat étant exécutée une fois que ledit ROIC (52) a été couplé auxdits détecteurs (44). Procédé selon la revendication 15 ou 16, comprenant en outre l’amincissement dudit ROIC (52). Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre la formation de structures mésa (46) sur la face arrière dudit ROIC (52) de sorte que ledit ROIC (52) soit réticulé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 18, dans lequel lesdites structures mésa (46) entre lesdits détecteurs (44) sont gravées jusqu’audit substrat. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 19, dans lequel ladite matrice à plan focal est une matrice à plan focal en HgCdTe, en InGaAs, en HyViSi, ou SLS. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 20, comprenant en outre l’utilisation d’un époxy de remplissage configuré pour que, lorsque ladite matrice à plan focal est incurvée, la contrainte résultante se propage au sein de ladite métallisation (48) et dudit époxy de remplissage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 21, dans lequel ladite étape de dépôt d’une métallisation (48) au niveau de la partie inférieure desdites structures mésa (46) comprend l’évaporation de ladite métallisation (48). Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 22, dans lequel ladite métallisation (48) comprend de l’indium.