FR2996050A1 - Dispositif semi-conducteur et son procede de realisation - Google Patents

Abstract

Dispositif semi-conducteur comportant un substrat de support (26) avec un chemin conducteur (24) et un élément transducteur (10) dans un autre substrat semi-conducteur avec des structures conductrices (52a, 52b, 52c) reliées par un élément d'appui (90) conducteur entre le côté de contact (66) du substrat (26) et le côté intérieur (62) du transducteur (10) pour maintenir écarté le côté intérieur (62) du côté de contact (60). Les structures (52a, 52b, 52c) sont complètement intégrées dans une matière isolante (16, 74, 92).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif semi- conducteur comprenant un substrat de support ayant au moins un chemin conducteur et au moins un élément transducteur avec au moins une région semi-conductrice dégagée par une mise en structure dans un autre substrat semi-conducteur et cet élément transducteur comportant des structures conductrices reliées électriquement au chemin conducteur par un élément d'appui entre le côté de contact du substrat de support et le côté intérieur tourné vers le substrat de sup- port de l'élément transducteur, cet élément d'appui étant au moins en partie conducteur, l'élément transducteur étant installé contre le côté de contact du substrat de support par l'élément d'appui au moins partiellement conducteur de façon que le côté intérieur de l'élément transducteur soit maintenu écarté du côté de contact du substrat de support. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un tel dispositif semi-conducteur consistant à: - former au moins un élément transducteur avec des structures conductrices et au moins une région semi-conductrice de l'élément transducteur a été dégagée au moins partiellement par mise en structure dans le substrat semi-conducteur, et - fixer l'élément transducteur d'un substrat de support avec au moins un chemin conducteur, l'élément transducteur étant relié au chemin conducteur par un élément d'appui au moins en partie conducteur entre le côté de contact du substrat de support et le côté intérieur de l'élément transducteur, côté tourné vers le substrat de support, et - l'élément transducteur est relié par l'élément d'appui au moins partiellement conducteur au côté de contact du substrat de sup- port pour que le côté intérieur de l'élément transducteur soit écar- té du côté de contact du substrat de support. Etat de la technique Le document WO 2011/107487 Al décrit un dispositif semi-conducteur et son procédé de réalisation, le dispositif comportant plusieurs éléments de capteurs optiques dont les régions semi- conductrices ont été dégagées par mise en structure d'un substrat SOI. Chacun des éléments de capteur optique est fixé à un substrat de support par l'intermédiaire d'un élément d'appui en métal et par une liaison par fils soudés.

Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif semiconducteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la région semi-conductrice de l'élément transducteur et les structures conductrices réalisées sur l'élément transducteur sont intégrées complètement dans une matière isolante. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif semi-conducteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on intègre la région semi-conductrice de l'élément transducteur et les structures conductrices réalisées sur l'élément transducteur com- plètement dans une matière isolante. Selon l'invention, l'expression « intégrer la région semiconductrice de l'élément transducteur et des structures conductrices réalisées sur l'élément transducteur dans une matière isolante » signifie que la région semi-conductrice et les structures conductrices de cette région et qui sont essentiellement parallèles à cette région semi- conductrice sont complètement intégrées dans une matière isolante. Il d'agit d'une passivation de surface complète (tout autour de celle-ci) pour l'élément transducteur. L'intégration complète de l'élément transducteur et des structures conductrices dont il est muni dans la matière isolante évite en toute sécurité les courts-circuits et/ou les courants de fuite dans le dispositif semi-conducteur. La passivation réalisée selon l'invention de l'élément transducteur et de ses structures conductrices, notamment des lignes d'alimentation reliant l'élément transducteur et le substrat de support permet ainsi d'augmenter avantageusement la fia- bilité du dispositif semi-conducteur selon l'invention. Comme cela sera précisé ensuite, l'invention permet une passivation avantageuse de la surface de l'élément transducteur tourné vers le substrat de support ce qui évite les courants parasites en surface et/ou les forts bruits encombrant les signaux. Le dispositif semi- conducteur selon l'invention élimine la résolution thermique limitée des dispositifs semi-conducteurs connus. Le procédé de réalisation selon l'invention permet de réa- liser toutes les structures par des étapes de procédé avec des butées de gravure ce qui élimine la limitation de la durée des étapes de gravure grâce au procédé de l'invention. Le procédé permet un respect relativement précis des dimensions des structures de l'élément transducteur lui-même dans le cas de fabrication en série. Le procédé de réalisation selon l'invention permet ainsi une fabrication plus rapide et plus éco- nomique des dispositifs semi-conducteurs dans le cadre d'une fabrica- tion en grande série. De façon préférentielle, l'élément d'appui au moins par- tiellement semi-conducteur comporte une liaison par fils soudés ce qui permet d'installer l'élément transducteur d'une manière relativement simple et solide sur le substrat de support. Selon un développement avantageux, les structures réalisées sur l'élément transducteur sont des structures réalisées dans le côté de celui-ci correspondant à la région semi-conductrice ce qui assure une protection supplémentaire des structures.

L'élément transducteur est un élément de capteur op- tique et/ou un pixel image et notamment une diode thermique servant à mesurer la température. Le procédé de réalisation selon l'invention permet une réalisation économique de ce dispositif semi-conducteur, de manière simple et avantageusement avec un rendement élevé dans le cadre d'une fabrication en grande série. Selon un développement préférentiel, l'élément transducteur comporte plusieurs films quantiques orientés pour que les surfaces limites maximales des films quantiques soient perpendiculaires au côté de contact et/ou à la surface extérieure du substrat de support aligné sur l'élément transducteur. Comme cela sera précisé, dans ce cas, les films quantiques ont été dégagés par la mise en structure d'une unique couche déposée. Suivant une variante ou en combinaison avec les élé- ments décrits ci-dessus, le côté extérieur de l'élément transducteur non tourné vers le substrat de support comporte une couche absorbante de sorte que cet élément transducteur convient tout particulièrement comme élément de capteur optique et/ou comme pixel image. Les avantages développés ci-dessus s'appliquer également au procédé de réalisation.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de dispositifs semi-conducteurs et de leurs procédés de fabrication représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - les figures 1A-1I sont des vues en coupe schématiques et des vues de dessus de substrats selon un premier exemple du procédé de fabrication, - les figures 2A-2E sont des vues en coupe schématique de substrats servant à décrire un second mode de réalisation du procédé de fabri- cation, - la figure 3 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif semi-conducteur, - la figure 4 est une vue schématique d'un second mode de réalisation du dispositif semi-conducteur, - la figure 5 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisa- tion du dispositif semi-conducteur, - la figure 6 est une vue schématique d'un quatrième mode de réalisation du dispositif semi-conducteur. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1A-1I sont des vues en coupe schématiques et des vues de dessus de substrat servant à décrire un premier mode de réalisation du procédé de fabrication. Dans ce procédé de fabrication, on dégage en le structurant au moins partiellement, un élément de paroi 10 dans un substrat semi-conducteur 12. L'élément de paroi 10 est par exemple un élément de capteur thermo-optique (capteur infrarouges IR) et/ou un pixel image comme dans le procédé de fabrication décrit ci-après. Mais ce procédé de fabrication ne se limite pas à un certain type d'élément transducteur 10 et permet de réaliser un grand nombre d'éléments transducteurs 10, différents obtenus par le procédé décrit ci- après.

Le substrat semi-conducteur 12 du mode de réalisation décrit est un substrat SOI (substrat semi-conducteur sur isolant) avec une plaquette semi-conductrice 14, une couche de dioxyde de silicium 16 couvrant la surface de la plaquette semi-conductrice 14 et une couche semi-conductrice 18 séparée de la plaquette semi-conductrice 14 par la couche de dioxyde de silicium 16. De façon préférentielle, la couche semi-conductrice 18 est une couche de silicium monocristallin. Le procédé de fabrication n'est toutefois pas limité à l'utilisation d'un substrat SOI comme substrat semi-conducteur 12.

Selon la figure 1A, par exemple par gravure de plusieurs passages traversants 20, on dégage par une mise en structure, au moins une région semi-conductrice 22 (îlots semi-conducteurs) pour le futur élément transducteur 10 dans la couche semi-conductrice 18. L'utilisation d'un substrat SOI comme substrat semi-conducteur 12 permet d'avoir au moins une région semi-conductrice monocristalline 22 du futur élément transducteur 10. Dans ce cas, la région semiconductrice 22 du futur élément transducteur 10 ne présente pratiquement pas de bruit de fond des grains qui limite la résolution thermique d'un élément de capteur! pixel image usuel en silicium polycristallin. On peut avoir plusieurs régions semi-conductrices 22 pour chaque élément transducteur 10 comme dans le procédé de fabrication décrit ici. Selon une variante étape du procédé de fabrication, on forme au moins un conducteur 24 sur le substrat de support 26. Le substrat de support 26 peut comporter au moins une matière semi- conductrice telle que par exemple le silicium. De façon préférentielle, le conducteur (ligne conductrice) 24 est intégré dans au moins une couche isolante 30 appliquée sur le côté extérieur 28 du substrat semiconducteur 26. En développant/gravant un dégagement 32, dans au moins une couche isolante 30 on peut dégager uniquement une région de contact 34 utilisée pour un futur contact de la ligne conductrice 24 par rapport à la matière isolante de la couche isolante 30. Le résultat est présenté à la figure 1A. Les dégagements 20 réalisés en structurant la couche semi-conductrice 18 permettent dans une autre étape de procédé, de former au moins un élément transducteur 10 en remplissant avec une matière isolante 36 par exemple avec du dioxyde de silicium. En option, on enlève en aplanissant, la matière isolante 36 qui dépasse. En outre, on peut introduire des dopages 38 dans la région semi-conductrice 22 (îlots semi-conducteurs) du futur élément transducteur 10. Par les dopages 38 on rend conductrice au moins des régions partielles des régions semi-conductrices 22 du futur élément transducteur 10. Les concentrations et les ions des dopages 38 sont choisis de manière spécifique selon la future application de l'élément transducteur 10. La figure 1B montre le substrat semi-conducteur 12 après le dopage 38. En option, on applique une seconde couche isolante 40 sur les régions semi-conductrices 22 du futur élément transducteur 10. Ensuite, on dépose une couche sacrificielle 42 sur la première couche isolante intermédiaire 40 pour en dégager, par une mise en structure, des régions de couche sacrificielle 44. Le cas échéant, les régions de couche sacrificielle sont couvertes complètement par une seconde couche isolante intermédiaire 46. Les couches isolantes intermédiaires 40, 46 permettent ensuite de dégager par la mise en structure/gravure des dégagements 48 qui représentent des surfaces partielles 50 des ré- gions semi-conductrices 22 de préférence dégagées sur/à proximité des dopages 38. La figure 1C montre le résultat de ces opérations. Au moins, un métal est ensuite déposé sur les surfaces partielles 50 des régions semi-conductrices 22 de l'élément transduc- teur 10. De plus, on couvre les surfaces supérieures partielles voisines des dégagements 48 de la seconde couche isolante intermédiaire 46 d'au moins un métal de façon à développer des structures semiconductrices 52 pour le futur élément transducteur 10. La fonction des structures conductrices du dispositif semi-conducteur dont la fabrica- tion est terminée, sera développée ultérieurement. Les structures semi-conductrices 52 sont ensuite couvertes complètement par au moins une couche isolante extérieure 54. Ensuite, on structure/grave un dégagement traversant 56 dans la couche isolante extérieure 54 et qui libère au moins une région de con- tact 58 de sa structure conductrice 52.

La figure 1D montre le substrat semi-conducteur 12 après dégagement d'au moins une région de contact 58 des structures conductrices 52. En option, on réalise par gravure des trous de gravure 64 jusqu'à la région de couche sacrificielle 44 et sans toutefois dégager les structures conductrices. L'élément transducteur 10 est relié au substrat de support 26 par au moins un chemin conducteur 24. L'élément transducteur 10 est relié électriquement par au moins un élément d'appui conducteur (élément intermédiaire) au chemin conducteur 40 entre au moins un côté de contact 60 du substrat de support 26 et le côté inté- rieur 62 de l'élément transducteur 10, côté tourné vers le substrat de support 26. L'élément transducteur 10 est installé par l'élément d'appui (élément intermédiaire) conducteur au côté de contact 60 du substrat de support 26 pour que le côté intérieure 62 de l'élément transducteur 10 soit maintenu écarté du côté de contact 60 du substrat du support 26. En d'autres termes, après avoir relié l'élément transducteur 10 au substrat de support 26 il subsiste au moins un intervalle d'air entre les côtés 60 et 62. De façon préférentielle, l'élément transducteur 10 est re- lié au substrat de support 26 par une liaison par fils soudés de l'élément d'appui (élément intermédiaire) conducteur. Une liaison par fils soudés réalisée sous forme d'une métallisation peut être constituée par exemple de cuivre et d'étain. Pour cela, on dépose le cuivre 66 sur la région de contact 34 d'une ligne conductrice 24 du substrat de support 26 et sur une région de contact 58 correspondante d'au moins un élé- ment transducteur 10 sur lequel on a déposé des structures conductrices 52. Ensuite, on dépose l'étain 68 au moins sur l'une des régions de contact 34, 58 comme cela apparaît à la figure 1E. La figure 1F montre la métallisation de liaison 70 que constitue l'élément d'appui (élément intermédiaire) conducteur entre l'élément transducteur 10 et le substrat de support 26. Comme cela apparaît à la figure 1F, dans le mode de réalisation tel que décrit du procédé de fabrication, les structures conductrices 52 réalisées sur au moins un élément transducteur 10 sur un côté d'au moins une région semi-conductrice 22 de l'élément transducteur 10 est aligné par rapport au substrat de support 26 lorsqu'on fixe l'élément transducteur 10 au substrat de support 26 ce qui assure une protection supplémentaire des structures conductrices 52. En option, après avoir fixé l'élément transducteur 10 au substrat de support 26, on effectue une gravure en retrait de la pla- quette semi-conductrice 14 et notamment on l'enlève. La figure 1G est une vue de dessus schématique du produit intermédiaire du procédé de fabrication, après enlèvement de la plaquette semi-conductrice 14 ; la couche de dioxyde de silicium 16 n'a pas été représentée pour permettre une meilleure compréhension du dessin. Les structures conductrices esquissées 52 comportent des structures de suspension 52a, des structures de câblage 52b et des structures de réflecteur 52c. Chaque structure de suspension 52a forme avec l'élément d'appui (intermédiaire/métallisation) de liaison 70, une suspension! appui de l'élément transducteur 10 associé ; l'élément transducteur 10 est relié mécaniquement par au moins deux suspensions/appuis au substrat de support 26 et électriquement, à au moins deux lignes 24 du substrat de support 26. A l'aide d'une structure de câblage 52b on peut brancher l'une sur l'autre au moins deux régions semi-conductrices 22. Les structures de réflecteur 52c améliorent la sensibilité optique de l'élément transducteur 10, une fois terminé. Selon une autre étape de procédé, en option, présentée à la figure 1H, on forme une couche absorbante 74 sur le côté extérieur 72 non tourné vers le substrat de support 26 de l'élément transducteur 10. A la place ou en complément de la couche absorbante 74 on peut également développer des structures absorbantes telles que par exemple des plasmons, des cristaux photoniques et/ou des résonateurs À/4 sur le côté extérieur 72. On dégage l'élément transducteur 10 par la gravure des tranchées 76 dans le substrat semi-conducteur 12 et dans les couches 40, 46, 54, 74 déposées sur celui-ci. La figure 1I montre le résultat. Dans les régions dans lesquelles la gravure des tranchées de séparation 76 a dégagé des régions de couches sacrificielles 44, on enlève celles-ci après une gravure suivante de la couche sacrificielle. La gravure de la couche sacrificielle peut se faire par exemple en utilisant XeF2 et/ou CIF3. La figure 3 montre le résultat de la gravure de la couche sacrificielle. Il faut souligner que dans le procédé de fabrication de la région semi-conductrice 22 et de l'élément transducteur 10, les struc- tures conductrices 52 développées sur l'élément transducteur 10 sont intégrées complètement dans la matière isolante (les régions 36, 40, 46 et 54). Cela signifie notamment qu'à la fin du procédé de fabrication, seul au moins un élément d'appui (élément intermédiaire) et de préférence seulement la métallisation de liaison 70 ne seront pas couvert par la matière isolante. La matière isolante est par exemple du dioxyde de silicium. Mais il faut souligner que l'intégration complète d'une région semi-conductrice 10 et des structures conductrices 52 réalisées sur celle-ci n'est pas limitée à l'application de dioxyde de silicium. A la place ou en complément du dioxyde de silicium, on peut également utiliser une autre matière isolante pour intégrer/passiver l'élément transduc- teur 10 et les structures conductrices 52 réalisées sur celui-ci. L'intégration complète de la région semi-conductrice 22 et des structures conductrices 52 réalisées sur l'élément transducteur dans la matière isolante signifie notamment que la région semi- conductrice 22 de l'élément transducteur 10 et les structures conduc- trices 52 qui touchent ou sont directement en contact de la région semiconductrice 22 sont orientées essentiellement dans la direction parallèle à la région semi-conductrice 22 en étant intégrées complètement dans la matière isolante. Cela peut également se décrire par une passivation de surface totale (passivation de surface périphérique) de l'élément transducteur 10. Grâce à cette passivation en surface (périphérique) avantageuse de l'élément transducteur 10 et des structures conductrices 52 réalisées sur celui-ci, cet élément transducteur 10 aura pour son fonctionnement ultérieur, par rapport au composant usuel de transducteur, un meilleur comportement de bruit. De plus, les courants de fuite en surface qui se produisent éventuellement lors du fonctionnement de l'élément transducteur 10 sont réduits par rapport à ceux des composants transducteurs usuels. Un autre avantage est lié à la passivation de surface qui donne une robustesse mécanique plus im- portante aux futures structures suspendues 52a par exemple vis-à-vis de fortes accélérations. Selon une autre étape du procédé, on encapsule le dispo- sitif semi-conducteur représenté à la figure 1I avec une plaquette de couverture, appropriée. L'encapsulage du dispositif semi-conducteur garantit sa protection contre les saletés et/ou la pénétration d'humidité. L'isolation thermique de l'élément transducteur 10 par rapport à l'environnement extérieur est possible par un encapsulage approprié. En outre, on peut régler la dépression notamment le vide dans l'environnement immédiat de l'élément transducteur 10 par encapsu- lage. La dépression, notamment le vide, permet une meilleure isolation thermique de l'élément transducteur 10 vis-à-vis du substrat de support 26 et de l'électronique éventuellement réalisée sur celui-ci. Les figures 2A-2E sont des coupes schématiques de substrats pour décrire un second mode de réalisation du procédé de fabrication. Le produit intermédiaire du mode de réalisation du pro- cédé de fabrication présenté à la figure 2A correspond à celui de la figure 1A. C'est pourquoi pour la description des étapes du procédé de fabrication aboutissant à ce produit intermédiaire on se reportera aux descriptions déjà données ci-dessus. Selon le procédé de fabrication les figures 2A-2E, on forme plusieurs films quantiques dans l'élément transducteur 10. Pour cela, après le remplissage des dégagements traversants 20 avec une matière isolante 36 on aligne plusieurs sillons traversants 80 dont les axes longitudinaux médians 82 sont parallèles, en procédant par gravure de la région semi-conductrice 22 de l'élément transducteur 10. La figure 2C montre le substrat semi-conducteur 12 après remplissage des sillons traversants 80 avec une matière de film quantique 84. Comme matière de film quantique 84, on utilise par exemple du silicium-germanium. En variante ou en complément du silicium-germanium on peut également utiliser une autre matière pour le film quantique 84. Ensuite, on amincit de nouveau la matière de film quan- tique 84 par exemple par gravure ou par polissage chimique et méca- nique. Cela permet d'enlever en toute sécurité les résidus de la matière de film quantique 84 qui dépasse des sillons 80. Après amincissement retour, on munit les régions semi-conductrices 22 de plusieurs films quantique 86 (figure 2D).

Il convient de remarquer que les étapes de procédé dé- crites ci-dessus permettent de réaliser de nombreux films quantiques 86 dans chaque région semi-conductrice 22 d'un élément transducteur 10 ce qui nécessite qu'un unique dépôt de matière de film quantique 84. Les étapes de procédé décrites ci-dessus permettent ainsi une fabrica- tion plus rapide et plus économique d'un grand nombre de films quan- tiques 86 dans une région semi-conductrice 22 d'un élément transducteur 10 que cela ne serait possible par le dépôt séquentiel, successif, de couches quantiques supérieures et de couches quantiques formant barrière.

Chacun des films quantiques 86 a deux surfaces limites maximales 88 (les surfaces limites maximales 88 désignent notamment les surfaces de contact des films quantiques 86 avec les parois latérales des sillons 80/de la région semi-conductrice 22 voisine). Dans le procédé de fabrication des figures 2A-2E on oriente les surfaces limites maximales 88 des films quantiques 86 lors de l'accrochage d'un élément de transducteur 10 au substrat de support 26 perpendiculairement au côté de contact 60 et/ou de la surface extérieure 28 alignée par rapport à l'élément transducteur 10 du substrat de support 26. En d'autres termes, les axes longitudinaux médians 82 des sillons 80 des films quantiques 86 sont orientés perpendiculairement au côté de contact 60 et/ou de la surface extérieure 28 du substrat de support 26. La figure 2E est une vue de dessus de l'élément transduc- teur 10 fixé au substrat de support 26 selon la procédure décrite ci-dessus et pour une meilleure visibilité, la plaquette semi-conductrice 14 et le film isolant 16 n'ont pas été représentés. Il faut remarquer que les procédés de fabrication décrits ci-dessus donnent des éléments transducteurs ayant une épaisseur de couche définie pour la région semi-conductrice 22 ainsi qu'une dimension latérale définie des éléments transducteurs 10. Les dispositifs se- mi-conducteurs réalisés par les procédés de fabrication ont ainsi une masse de capteur définie thermiquement. Il faut remarquer que la taille/extension des régions semi-conductrices 22 n'est pas définie par la durée d'exécution des étapes de gravure. Ainsi et de façon simple, on pourra modifier les extensions des régions semi-conductrices 22. Les diodes thermosensibles réalisées comme éléments transducteurs 10 sont réalisées dans une matière semi-conductrice monocristalline et ont ainsi un meilleur rapport signal/bruit. De plus, on a une plus grande sensibilité du dispositif semi-conducteur terminé en branchant en série plusieurs éléments transducteurs 10 par les structures de câblage 52b.

Le procédé de fabrication décrit ci-dessus permet de réa- liser des dispositifs semi-conducteurs avec un réseau d'éléments transducteurs 10 utilisables comme éléments générateur d'images pour saisir un rayonnement. A titre d'exemple, le rayonnement thermique propre de différents objets, installations ou êtres vivants pourra être mesuré à l'aide des dispositifs semi-conducteurs ainsi fabriqués. Les dispositifs semi-conducteurs, dont la fabrication est terminée, peuvent s'utiliser également pour surveiller la température. La figure 3 est coupe schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif semi-conducteur par exemple réalisé par le pro- cédé des figures 1A-1I. Mais le dispositif semi-conducteur de la figure 3 n'est pas seulement réalisable par le procédé ainsi décrit. Le dispositif semi-conducteur comporte un substrat de support 26 avec au moins un chemin conducteur 24 et un élément transducteur 10 avec une région semi-conductrice 22 dégagée partiel- lement en structure d'un autre substrat semi-conducteur et d'une structure conductrice 52 réalisées sur l'élément transducteur respectif 10. L'élément transducteur 10 est relié électriquement au chemin conducteur 24 par un élément d'appui 90, conducteur, entre le côté de contact 60 du substrat de support 26 et le côté intérieur 62 de l'élément transducteur 10 orienté vers le substrat de support 26. L'élément transducteur 10 est alors installé sur le côté de contact 60 du substrat de support 26 par au moins un élément d'appui, conducteur 90 pour que le côté intérieur 62 de l'élément transducteur 10 soit maintenu écarté du côté de contact 60 du substrat de support 26.

L'élément transducteur 10 comporte une diode thermique (diode sensible au rayonnement). Le rayonnement arrivant sur l'élément transducteur 10 chauffe au moins une région semi-conductrice 22 de l'élément transducteur 10 et modifie ainsi la résistance de cette région semi-conductrice 22. Le courant passant dans les régions semi- conductrices 22 permet ainsi de constater l'existence de rayonnement incident, de le déterminer et/ou de le mesurer. Le dispositif semi-conducteur représenté à la figure 3 comporte comme structure conductrice 52 de l'élément transducteur 10 des structures de suspension 52a, des structures de câblage 52b et des structures de réflecteur 52c. Chaque structure de suspension 52a forme avec une métallisation de liaison 70, un élément d'appui 90 et l'élément transducteur 10 est relié par au moins deux éléments d'appui 90, mécaniquement au substrat de support 26 et électriquement à au moins deux lignes 24 du substrat de support 26. A l'aide de la structure de câblage 52b, on peut brancher l'une sur l'autre au moins deux régions semi-conductrices 22. Les structures de réflecteur 52c évitent que le rayonnement thermique n'arrive sur le substrat de support 26 par au moins un chemin conducteur 14 dans l'élément transducteur 10. En même temps, le rayonnement thermique incident dans le côté de l'élément transducteur 10 à l'opposé de celui du substrat de support est réfléchi en retour par les structures de réflecteur 52c et la probabilité est grande qu'il soit absorbé par l'élément transducteur 10. Les structures de réflecteur 52c améliorent ainsi la précision de détection optique du transducteur 10 terminé. Les structures de réflecteur 52c peuvent en même temps fonctionner comme des couches d'absorption (getter) pour réduire la pression de base au cours/après l'encapsulage du dispositif semi-conducteur. Les structures de suspension 52a et les structures de câblage 52b sont de préférence isolées électriquement des structures de réflecteur 52c. La réalisation des structures conductrices 52 reproduites à la figure 3 ne constituent toutefois qu'un exemple. La région semi-conductrice 22 de l'élément transducteur 10 et les structures conductrices 52 de l'élément transducteur 10 sont intégrées complètement dans une matière isolante 92. Dans le cas d'une réalisation d'un élément transducteur 10 comme élément de cap- teur infrarouges IR, on utilise de préférence du dioxyde de silicium comme matière isolante 92. Le dioxyde de silicium absorbe le rayonnement infrarouge très efficacement dans une plage étendue du spectre infrarouge. De façon préférentielle, la matière isolante 92 n'est ouverte que dans la région de mise en contact des structures de suspension 52c pour la liaison par fils soudés 70. Cela garantit les avantages déjà décrits ci-dessus de la passivation de l'élément transducteur 10 et des structures conductrices 52 réalisées sur celui-ci. En particulier, on évite en grande partie les courants de fuite et les courts-circuits. De plus, la passivation élastique/cassante assure une plus grande robustesse mé- canique des structures conductrices 52 qui sinon se déforment plastiquement très facilement, du fait de la ductilité plastique des métaux constitutifs. Dans le mode de réalisation de la figure 3, les structures conductrices 52 réalisées sur l'élément transducteur 10 sont situées sur le côté des régions semi-conductrices 22 de l'élément transducteur 10 associé, côté tourné vers le substrat de support 26. La disposition des structures conductrices 52 sur le côté de l'élément transducteur 10 non tourné vers la lumière incidente, à l'avantage qu'au moins un élé- ment transducteur 10 ne sera pas couvert par l'ombre des structures conductrices 52. La disposition des structures conductrices 52 de l'élément transducteur 10 dans cette région alignée sur le substrat de support 26 offre également un coefficient de remplissage de surface plus grand de l'élément transducteur 10, une plus forte densité d'intégration et une plus forte sensibilité de l'élément transducteur 10. En outre, on a un très grand degré de liberté pour le côté extérieur 72 de l'élément transducteur 10 exposé à la lumière incidente. Suivant une variante de réalisation, le côté extérieur 72 tourné vers la lumière incidente de l'élément transducteur 10 peut comporter des structures conductrices 52 telles que par exemple un plasmon. Dans le dispositif semi-conducteur de la figure 3, l'élément d'appui 90 a au moins une liaison par fils soudés 70 réalisée par un procédé de liaison SUD (inter-diffusion solide-liquide) en cuivre et en étain. En variante, l'élément d'appui 90 est fixé au substrat de support 26 par toute autre liaison conductrice.

De façon préférentielle, la longueur de l'élément d'appui 90 est supérieure à la distance entre l'élément de transducteur 10 et le substrat de support 26. La longueur de l'élément d'appui 90 est par exemple égale à quatre fois la hauteur de l'intervalle. Plus les structures d'appui 90 sont étroites et longues et meilleure sera l'isolation ther- mique de l'élément transducteur 10 par rapport au substrat de support 26. De façon préférentielle, la fixation de l'élément de transducteur 10 au substrat de support est ponctuelle. Cela garantit que l'élément transducteur 10 possède une bonne isolation thermique vis-à-vis du substrat de support 26. De plus, on améliore le découplage thermique par le vide réalisé par l'encapsulage. La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un se- cond mode de réalisation du dispositif semi-conducteur qui est un développement du mode de réalisation décrit ci-dessus. Pour cela, le dispositif semi-conducteur de la figure 4 comporte en plus pour l'élément transducteur 10 en forme de pixel-image, au moins un pixel aveugle 100. Le pixel aveugle 100 comporte comme complément de l'élément transducteur 10, également une couche de réflecteur 102 sur sa couche absorbante 74 surface recevant la lumière incidente.

Un pixel aveugle 100 permet de déterminer ou mesurer le rayonnement thermique du substrat de support 26 et/ou de l'environnement dans l'espace. C'est pourquoi il est avantageux que le pixel aveugle 100 soit bien relié thermiquement au substrat de support 26. De façon préférentielle, le pixel aveugle 100 est relié mécaniquement au substrat de support 26 par une structure de liaison 104 dont la lon- gueur n'est pas supérieure ou à peine supérieure à la distance entre les côtés 60 et 62. En particulier la structure de liaison 104 comporte deux lignes électriques et/ou est réalisée au moins en partie en une matière ayant une bonne conductivité thermique. Selon un mode de réalisation préférentielle, la liaison entre le pixel aveugle 100 et le substrat de sup- port 26 est une liaison suivant une surface. Ainsi, la chaleur du substrat de support 26 sortant par un chemin conducteur 14 pourra être déterminée en sécurité comme signal de référence, par un pixel aveugle 100.

La figure 5 est une vue en coupe schématique d'un troisième mode de réalisation du dispositif semi-conducteur ayant au moins un élément transducteur 10 réalisé comme élément de capteur optique (élément de capteur infrarouges) et/ou de pixel-image. En parti- culier, chaque élément transducteur 10 comporte au moins une diode thermique sensible aux rayonnements infrarouges ou sensible à la température et qui est réalisée par le dopage 38 dans les régions semiconductrices 22. En variante ou en complément aux modes de réalisation décrits ci-dessus, un élément d'appui 90 comporte une liaison par thermo-compression 106 en cuivre ou or. La figure 6 est une vue en coupe schématique d'un quatrième mode de réalisation du dispositif semi-conducteur. Dans le cas du dispositif semi-conducteur de la figure 6, les régions thermosensibles 108 sont en une matière à thermistance. L'élément transducteur 10 a de préférence plusieurs films quantiques non esquissés, alignés pour que la surface limite maximale des films quantiques soit perpendiculaire au côté de contact 60 et/ou à la surface extérieure 28 du substrat de support 26 aligné sur un élément trans- ducteur 10. La disposition des films quantiques permet de générer de manière économique de nombreux films quantiques avec seulement un dépôt et de réaliser ainsi une sensibilité particulièrement élevée de la thermistance, d'une façon économique. Le dispositif semi-conducteur de la figure 6 garantit ainsi les avantages déjà développés ci-dessus.

Dans tous les dispositifs semi-conducteurs décrits, les courants de surface sont évités par la passivation des surfaces des éléments transducteurs 10. Pour augmenter le niveau du signal de capteur, on peut brancher en série plusieurs diodes ou hétéro-structure de thermistance dans l'élément de transducteur 10.

Les dispositifs semi-conducteurs décrits ci-dessus peu- vent servir à la détection avec résolution spatiale de rayonnement thermique. En particulier, ils permettent une mesure de température extrêmement précise. Par exemple les dispositifs semi-conducteurs peuvent servir d'appareils de vision nocturne dans des véhicules automo- biles. Ils peuvent également s'appliquer à la thermographie, par exemple pour contrôler l'isolation thermique de bâtiments ou surveiller des procédés. En particulier, ils peuvent servir pour des caméras simples de thermographie, par exemple pour l'isolation thermique, et pour détecter des fuites thermiques.5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Elément transducteur 12 Substrat semi-conducteur 14 Plaquette semi-conductrice 16 Couche de dioxyde de silicium 18 Couche semi-conductrice 20 Dégagement traversant 22 Région semi-conductrice/flot semi-conducteur 24 Ligne électrique 26 Substrat de support 28 Côté extérieur 30 Couche d'isolation 32 Dégagement 36 Matière isolante 38 Dopage 40 Couche d'isolation intermédiaire 42 Couche sacrificielle 44 Région de la couche sacrificielle 46 Couche d'isolation intermédiaire 50 Surface partielle 52 Structure conductrice 52a Structure de suspension 52b Structure de câblage 52c Structure de réflecteur 54 Couche d'isolation extérieure 56 Dégagement traversant 58 Région de contact 60 Côté de contact 62 Côté intérieur de l'élément transducteur 64 Trou réalisé par gravure 66 Cuivre 68 Etain 70 Métallisation de liaison/Fil conducteur soudé 72 Côté extérieur

Claims (3)

1. REVENDICATIONS1°) Dispositif semi-conducteur comprenant : - un substrat de support (26) ayant au moins un chemin conducteur (24) et au moins un élément transducteur (10) avec au moins une région semi-conductrice (22) dégagée par une mise en struc- ture dans un autre substrat semi-conducteur (12) et cet élément transducteur (10) comportant des structures conductrices (52, 52a, 52b, 52c) reliées électriquement au chemin conducteur (24) par un élément d'appui (90) entre le côté de contact (60) du subs- trat de support (26) et le côté intérieur (62) tourné vers le substrat de support (26) de l'élément transducteur (10), cet élément d'appui (90) étant au moins en partie conducteur, - l'élément transducteur (10) étant installé contre le côté de contact (60) du substrat de support (26) par l'élément d'appui (90) au moins partiellement conducteur de façon que le côté intérieur (62) de l'élément transducteur (10) soit maintenu écarté du côté de contact (60) du substrat de support (26), dispositif semi-conducteur caractérisé en ce que la région semi-conductrice (22) de l'élément transducteur (10) et les structures conductrices (52, 52a, 52b, 52c) réalisées sur l'élément transducteur (10) sont intégrées complètement dans une matière isolante (16, 36, 40, 46, 54, 74, 92).
2. 2°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'appui au moins partiellement conducteur (90) comprend une liaison par fils soudés (70, 106).
3. 3°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les structures conductrices (52, 52a, 52b, 52c) de l'élément transducteur (10) sont réalisées sur le côté de la région semi-conductrice (22) de l'élément transducteur (10), côté tourné vers le substrat de support (26).354°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément transducteur (10) est un élément de capteur optique et/ou un pixel image et notamment une diode thermique. 5°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément transducteur (10) comporte plusieurs films quantiques (86) orientés pour que leur surface limite maximale (88) soit perpendicu- laires au côté de contact (60) et/ou à une surface extérieure (28) du substrat de support (26) orientée selon l'élément transducteur (10). 6°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément transducteur (10) a un côté extérieur (72) non tourné vers le substrat de support (26) et qui comporte une couche absorbante (74). 7°) Procédé de réalisation d'un dispositif semi-conducteur comprenant les étapes suivantes consistant à : - former au moins un élément transducteur (10) avec des struc- tures conductrices (52, 52a, 52b, 52c) et au moins une région semi-conductrice (22) de l'élément transducteur (10) a été dégagée au moins partiellement par mise en structure dans le substrat semi-conducteur (12), et - fixer l'élément transducteur (10) d'un substrat de support (26) avec au moins un chemin conducteur (24), l'élément transducteur (10) étant relié au chemin conducteur (24) par un élément d'appui (90) au moins en partie conducteur entre le côté de contact (70) du substrat de support (26) et le côté intérieur (62) de l'élément transducteur (10), côté tourné vers le substrat de support (26), et - l'élément transducteur (10) est relié par l'élément d'appui (90) au moins partiellement conducteur au côté de contact (70) du substrat de support (26) pour que le côté intérieur (62) de l'élément transducteur (10) soit écarté du côté de contact (60) du substrat de support (26),procédé caractérisé en ce qu' on intègre la région semi-conductrice (22) de l'élément transducteur (10) et les structures conductrices (52, 52a, 52b, 52c) réalisées sur l'élément transducteur (10) complètement dans une matière isolante (16, 36, 40, 46, 54, 74, 92). 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément transducteur (10) est relié par des liaisons par fils soudés (70, 106) de l'élément d'appui au moins partiellement conducteur (90) au substrat de support (26). 9°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les structures conductrices (52, 52a, 52b, 52c) de l'élément transduc- teur (10) sont réalisées sur un côté de la région semi-conductrice (22), l'élément transducteur (10) côté orienté vers le substrat de support (26) lorsqu'on relie l'élément transducteur (10) au substrat de support (26). 10°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément transducteur (10) est un élément de capteur optique et/ou un pixel image et notamment une diode thermique. 11°) Procédé de réalisation selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on réalise plusieurs films quantiques (86) sur l'élément transducteur (10) dont les surfaces limites maximales (88), lorsqu'on fixe l'élément transducteur (10) au substrat de support (26), sont orientées perpendi- culairement au côté de contact (60) et/ou à la surface extérieure (28) du substrat (26) orientée selon l'élément transducteur (10). 12°) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce quele côté extérieur (72) de l'élément transducteur (10) non tourné vers le substrat de support (26) a une couche absorbante (74).5