Brevet FR2849277A1 — publié le 20040625

PROCEDE DE PROTECTION DE LA SURFACE D'UN PLOT DE CONNEXION D'UNE CELLULE DE CAPTEUR D'IMAGE COULEUR A SEMI-CONDUCTEUR LORS D'UN PROCESSUS DE COLORISATION La présente invention concerne le domaine des procédés employés pour la fabrication d'une cellule de capteur d'image couleur à semi-conducteur, et elle se rapporte plus particulièrement à un procédé visant à protéger la surface d'un plot de connexion d'une telle cellule lors de la mise en oeuvre d'un processus 5 photolithographique de colorisation pour la définition des éléments de filtre coloré de la cellule. De tels composants sont prévus pour être intégrés aux caméras numériques type CCD (Charge-Coupled device) ou CMOS, par exemple celles embarquées sur les téléphones portables, et sont destinés à la colorisation des images acquises pixel l O par pixel par l'intermédiaire des éléments de filtre coloré Les cellules de capteur d'image couleur comprennent un niveau métal utilisé notamment pour former les plots de connexion nécessaires à la connexion électrique du composant avec des circuits externes ou encore à une sortie du boîtier dans lequel il est monté Les plots de connexion sont en fait des zones conductrices, de forme généralement carrée ou 15 rectangulaire, qui comportent un trou, dans lequel peut être soudé un fil de connexion Classiquement, on utilise de l'aluminium, pur ou dopé, pour la réalisation de la couche métal dans laquelle sont formés les plots de connexion pour les soudures en vue d'un montage filaire La cellule de capteur d'image couleur comprend en plus des éléments de filtre coloré formés sur une couche 20 diélectrique recouvrant le niveau métal o sont formés les plots de connexion. En référence aux figures 1 et 2, sont illustrées les séquences d'étapes de l'art antérieur mises en oeuvre lors de la formation d'un plot connexion et des éléments de filtre coloré d'une cellule de capteur d'image couleur La figure 1 montre ainsi un plot de connexion 3 englobé dans une couche de passivation 1 formée d'oxyde 2 S isolant Une couche anti-réflectrice 5, de préférence en nitrure de titane Ti N, est avantageusement prévue pour recouvrir la surface du plot de connexion 3 Cette couche de nitrure de titane provient en fait de la mise en oeuvre de l'étape d'exposition du niveau métal pour la définition notamment des plots de connexion. Le nitrure de titane est en effet utilisé à ce stade pour ses propriétés optiques de sorte à éviter d'avoir des réflexions parasites lors de l'exposition de la photo du niveau métal o sont définis les plots de connexion. La gravure du plot de connexion 3 s'effectue en fait en trois étapes: une étape de gravure de la couche de passivation 1, une étape de gravure de la couche anti-réflectrice 5 et une étape de gravure de l'aluminium 3, dite étape de surgravure ou d' " over etch " selon la terminologie anglosaxonne, consistant à 10 graver les résidus pouvant rester sur la surface de l'aluminium à l'issue des deux étapes précédentes Cette succession d'étapes permet de réaliser une ouverture ou trou 4 à l'aplomb du plot de connexion 3. En référence à la figure 2, on montre la formation des éléments de filtre coloré sur la couche de passivation 1 de la cellule Un premier élément coloré 6 est 15 formé par l'application d'une couche de résine colorée, typiquement de couleur verte, et par la formation d'un motif dans cette couche de résine colorée mettant en oeuvre des procédures conventionnelles d'exposition et de développement photolithographique De la même manière, à partir du dépôt d'une deuxième couche de résine colorée, typiquement de couleur bleue, et d'une troisième couche 20 de résine colorée, typiquement de couleur rouge, on définit des deuxième et troisième éléments colorés 7 et 8. Des étapes classiques de dépôt, d'exposition et de développement photolithographique d'une couche de résine planarisante 9 sont alors mises en oeuvre de façon à recouvrir les trois éléments colorés 6, 7 et 8 Les trois résines 25 colorées 6, 7 et 8 ayant chacune une épaisseur différente, le dépôt de la couche de résine planarisante 9 recouvrant les résines colorées est à ce stade nécessaire pour permettre la formation de microlentilles destinées à améliorer la sensibilité de la cellule d'image couleur. Une étape de formation des microlentilles 10 sur la couche de résine 30 planarisante 9 respectivement au-dessus des éléments colorés 6, 7 et 8 est alors mise en oeuvre On dépose pour ce faire une nouvelle couche de résine, dite résine microlentille, destinée à la formation des microlentilles 10 Les parties de la couche de résine microlentille qui recouvrent les régions non recouvertes par les éléments colorés 6, 7 et 8, notamment le plot de connexion, sont alors insolées puis retirées 5 par développement chimique Or, les propriétés optiques de l'aluminium du plot de connexion ayant une incidence sur la réflexion de la lumière lors de l'étape d'insolation de la résine microlentille, il est nécessaire de prévoir une forte dose d'exposition de façon à pouvoir révéler complètement la partie de résine microlentille située au-dessus du plot de connexion Pour éviter de dégrader les 10 dimensions finales des microlentilles 10 par une photo trop longue, on réalise en fait une double exposition de la couche de résine microlentille à retirer. Ainsi, dans une première étape d'exposition de la résine microlentille, on utilise un premier masque de sorte à n'insoler que la partie de résine microlentille située au-dessus du plot de connexion et, dans une seconde étape d'exposition, on 15 utilise un second masque de sorte à insoler toutes les parties de la couche de résine microlentille devant être retirées pour la formation des microlentilles elles-mêmes. Après une étape de développement des parties de résine insolées, il ne reste alors que des plots de résine situés au-dessus de chacun des éléments colorés 6, 7, 8 Une étape de cuisson est enfin mise en oeuvre permettant de bomber les plots de résine 20 pour former les microlentilles 10. La double exposition servant à surexposer uniquement la zone de résine microlentille située au-dessus du plot de connexion permet de s'assurer que cette zone est correctement insolée pour son retrait total Elle n'est cependant pas avantageuse en terme de cot de fabrication. Une dernière étape est encore nécessaire, dite étape de " descum ", qui consiste à nettoyer la surface du plot de connexion 3 avec un plasma d'oxygène, de façon à décaper la surface du plot de connexion des restes éventuels de résines colorées provenant des étapes précédentes de colorisation. Toutefois, l'enchaînement d'étapes selon l'art antérieur tel qu'il vient d'être 30 décrit en référence aux figures 1 et 2 entraîne un certain nombre d'inconvénients Il provoque notamment une dégradation de la surface du plot de connexion 3 La surface d'aluminium du plot de connexion 3 se trouve en effet dégradée par l'action des solvants agressifs utilisés lors des étapes de développement photolithographique visant à retirer les parties de résines colorées précédemment 5 insolées pour la définition des motifs des éléments de filtre coloré 6, 7 et 8 Cette dégradation de la surface d'aluminium est fortement pénalisante pour la réalisation des liaisons électriques au niveau du plot de connexion Egalement, la dernière étape de décapage consistant à nettoyer la surface du plot de connexion avec un plasma d'oxygène a tendance à dégrader les dimensions physiques des micro10 o lentilles. Aussi, des procédés ont été mis au point de façon à améliorer la protection de l'intégrité de la surface d'aluminium du plot de connexion dans le contexte décrit ci-dessus ou des étapes de colorisation sont mises en oeuvre pour la formation d'éléments de filtre coloré Notamment, une voie d'amélioration actuelle 15 consiste à déposer une couche de protection de la surface du plot de connexion, une fois que les étapes de gravure pour ouvrir le plot de connexion ont été accomplies, comme décrit en référence à la figure 1. Ainsi, comme le montre la figure 3, après la réalisation des étapes de gravure du plot de connexion 3, une étape intermédiaire consiste à déposer une 20 couche de protection 11, par exemple en nitrure, en oxyde ou en oxynitrure La couche de protection 11 a pour rôle de protéger la surface du plot de connexion 3 pendant la mise en oeuvre du processus de réalisation des éléments de filtre coloré. Ainsi, une fois la couche de protection 11 déposée, les éléments de filtre coloré 6, 7 et 8 sont formés sur la couche de protection 11 comme déjà décrit en référence à la 25 figure 2, et la couche de résine planarisante 9 est déposée de façon à recouvrir les éléments de filtre coloré En référence à la figure 4, la partie de la couche de protection 11 recouvrant le plot de connexion 3 est alors gravée de sorte à ouvrir le trou 4 à l'aplomb du plot de connexion 3 De façon avantageuse, la couche de résine planarisante 9 peut ici faire office de masque de gravure Une fois la couche 30 de protection 11 ouverte au-dessus du plot de connexion 3, la couche de résine microlentille est déposée et les microlentilles 10 sont mises en forme sur la résine planarisante 9 respectivement au-dessus des éléments de filtre coloré 6, 7 et 8. Cependant, ce procédé, décrit en référence aux figures 3 et 4, bien qu'il permette de préserver l'intégrité de la surface d'aluminium du plot de connexion 3, 5 n'est pas entièrement satisfaisant Il implique en effet la mise en oeuvre d'étapes supplémentaires dans le process de fabrication pour le dépôt de la couche nitrure de protection et pour son ouverture, ce qui a pour inconvénient d'augmenter les temps de cycle de fabrication et donc le cot du composant final. C'est donc un objectif de la présente invention de résoudre les inconvénients 10 de l'art antérieur se rapportant à la dégradation de la surface d'aluminium des plots de connexion d'une cellule de capteur d'image couleur à semi-conducteur lors des étapes de fabrication des éléments de filtre coloré, en prévoyant une amélioration visant à préserver l'intégrité de la surface d'aluminium des plots de connexion qui ne soit pas pénalisante, notamment en terme de cot de fabrication. Avec cet objectif en vue, l'invention concerne un procédé de réalisation d'une cellule de capteur d'image couleur à semi-conducteur visant à protéger la surface d'un plot de connexion de la cellule lors de la mise en oeuvre d'étapes photolithographiques pour la définition d'éléments de filtre coloré de la cellule, laquelle comprend une couche métal o est défini le plot de connexion, une couche 20 anti-réflectrice recouvrant la couche métal et une couche de passivation englobant l'ensemble pour recevoir les éléments de filtre coloré, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: graver la couche de passivation avec arrêt sur la couche anti-réflectrice de sorte à former un trou pour l'ouverture du plot de connexion; former au moins un élément de filtre 25 coloré sur une région de la couche de passivation, la couche anti-réflectrice servant alors de couche de protection pour la surface du plot de connexion; déposer une couche de résine planarisante de façon à recouvrir lesdits éléments de filtre coloré; former des microlentilles sur la couche de résine planarisante respectivement audessus desdits élément de filtre coloré et graver la couche anti- réflectrice pour 30 ouvrir le plot de connexion. Selon une variante, la cellule comprend trois éléments de filtre coloré formés de façon successive sur la couche de passivation. De préférence, le premier élément de filtre coloré est un élément de filtre de couleur verte, formé par l'application d'une première couche de résine colorée et la 5 définition d'un motif dans cette couche par exposition et développement photolithographique. De préférence, le deuxième élément de filtre coloré est un élément de filtre de couleur bleue, formé par l'application d'une deuxième couche de résine colorée et la définition d'un motif dans cette couche par exposition et développement i O photolithographique. De préférence, le troisième élément de filtre coloré est un élément de filtre de couleur rouge, formé par l'application d'une troisième couche de résine colorée et la définition d'un motif dans cette couche par exposition et développement photolithographique. Selon un mode de réalisation, la formation des microlentilles consiste en un dépôt d'une couche de résine, une exposition et un développement photolithographique de ladite couche de façon à obtenir des plots de résine situés au-dessus respectivement des éléments de filtre coloré, et une cuisson permettant de bomber lesdits plots pour former les microlentilles. Selon un mode de réalisation de l'invention, le plot de connexion est en aluminium. Avantageusement, la couche anti-réflectrice est en nitrure de titane. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple 25 illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: les figures 1 et 2 illustrent des séquences d'étapes selon l'art antérieur mises en oeuvre pour la formation d'un plot de connexion et d'éléments de filtre coloré d'une cellule de capteur d'image couleur, et ont déjà été décrites; les figures 3 et 4 illustrent des séquences d'étapes selon l'art antérieur 30 pour l'amélioration de la protection de l'intégrité de la surface du plot de connexion lors de la mise en oeuvre des étapes de colorisation et ont déjà été décrites, et les figures 5 à 7 illustrent les séquences d'étapes du procédé selon la présente invention. Ainsi, en référence à la figure 5, est représenté le plot de connexion 3, de préférence en aluminium, recouvert de la couche anti-réflectrice 5, de préférence en nitrure de titane Le plot de connexion 3 est englobé dans la couche d'oxyde de passivation 1 Le procédé selon la présente invention consiste tout d'abord à graver la couche de passivation 1 avec arrêt sur la couche anti-réflectrice 5 recouvrant la 10 couche métal o est défini le plot de connexion 3, de sorte à former le trou 4 à l'aplomb du plot de connexion 3 L'ouverture du plot de connexion 3 s'effectue en fait de la même façon que dans les procédés actuels, sauf qu'à ce stade, seule la première étape de la gravure du plot de connexion 3 consistant à graver la couche d'oxyde de passivation 1 est mise en oeuvre La couche antiréflectrice 5 de nitrure 15 de titane destinée à être retirée n'est donc pas gravée consécutivement à la gravure de la couche de passivation 1 de façon à offrir avantageusement une protection de la surface d'aluminium du plot de connexion 3 lors de la mise en oeuvre des étapes de colorisation de la cellule de capteur d'image couleur. Les étapes de colorisation consistant à former au moins un élément de filtre 20 coloré sur une région de la couche de passivation de la cellule sont décrites en référence à la figure 6 Selon un mode de réalisation préféré, trois éléments de filtre coloré 6, 7 et 8 sont formés de façon successive sur la couche de passivation 1 Le premier élément de filtre coloré 6 est de préférence un élément de filtre de couleur verte Il est formé par l'application d'une première couche de résine 25 colorée photosensible et la définition de son motif dans la première couche de résine colorée est réalisée par photogravure mettant en oeuvre des procédures conventionnelles d'exposition et de développement photolithographique appliquées à la première couche de résine colorée Après la définition du premier élément de filtre coloré 6, un deuxième élément de filtre coloré 7, de préférence de couleur 30 bleue, et un troisième élément de filtre coloré 8, de préférence de couleur rouge, sont réalisés successivement sur la couche de passivation 1 De la même manière, le deuxième élément de filtre coloré 7 est formé par l'application d'une deuxième couche de résine colorée photosensible et la définition de son motif dans la deuxième couche de résine colorée est réalisée par la mise en oeuvre de procédures 5 conventionnelles d'exposition et de développement photolithographique appliquées à la deuxième couche de résine colorée La définition de l'élément de filtre coloré 8 est obtenue en mettant en oeuvre les mêmes séquences d'étapes précédemment décrites pour la définition des éléments de filtre coloré 6 et 7. Les développements successifs de la première, deuxième et troisième 10 couche de résine colorée pour la définition respective des motifs des premier, deuxième et troisième éléments de filtre coloré 6, 7 et 8 nécessitent l'utilisation de solvants chimiques agressifs en tant que révélateur des résines colorées Or, grâce à la présence de la couche de nitrure de titane 5 recouvrant la surface d'aluminium du plot de connexion 3, celle-ci se trouve avantageusement préservée de l'attaque des 15 révélateurs de résines colorées Ainsi, grâce au procédé selon la présente invention, la surface d'aluminium du plot de connexion ne se trouve pas dégradé lors du processus de fabrication des éléments de filtre coloré Ce résultat est obtenu sans qu'il soit nécessaire de prévoir d'étapes supplémentaires spécifiquement dédiées à protéger la surface du plot de connexion, puisqu'on utilise avantageusement pour 20 cette protection les propriétés d'une couche déjà existante, en l'occurrence la couche anti-réflectrice en nitrure de titane, laquelle n'est initialement nullement prévue à cet effet. Une fois les éléments de filtre coloré 6, 7 et 8 réalisés, une couche de résine planarisante 9 est formée de sorte à recouvrir les trois éléments de filtre coloré La 25 formation de cette couche planarisante 9 est réalisée par la mise en oeuvre d'étapes de dépôt, d'exposition et de développement photolithographique de résine planarisante de façon à ce que la couche 9 obtenue recouvre les trois éléments colorés 6, 7 et 8. L'étape de formation des microlentilles 10 sur la couche de résine 30 planarisante 9 respectivement au-dessus des éléments colorés 6, 7 et 8 est alors effectuée, comme déjà vu plus haut On dépose pour ce faire une nouvelle couche de résine, dite résine microlentille, destinée à la formation des microlentilles 10 elles-mêmes Les parties de la couche de résine microlentille qui recouvrent les régions de la cellule non recouvertes par les éléments colorés 6, 7 et 8, notamment 5 la région du plot de connexion 3 recouvert par la couche anti-réflectrice 5 en nitrure de titane, doivent alors être insolées puis retirées par développement chimique, avant d'effectuer l'étape de mise en forme proprement dite des microlentilles 10 par cuisson. Grâce aux propriétés optiques, notamment de réflexion, du nitrure de titane 10 qui diffèrent de celles de l'aluminium formant le plot de connexion, l'insolation de la couche de résine microlentille à retirer est rendue plus aisée Ainsi, un avantage offert par le procédé selon la présente invention est qu'il n'est plus utile, contrairement aux procédé de l'art antérieur, de recourir à une surexposition de la zone de résine microlentille située au-dessus du plot de connexion 3 comme décrit 15 plus haut Grâce au procédé de l'invention, une seule étape d'exposition photolithographique est donc nécessaire pour insoler correctement toute les parties de la couche de résine microlentille devant être retirées, y compris la partie de la couche de résine microlentille située au-dessus du plot de connexion 3. Enfin, en référence à la figure 7 est décrit la dernière étape du procédé 20 consistant à graver la couche anti-réflectrice 5 en nitrure de titane de façon à ouvrir le plot de connexion 3 Pour ce faire, la gravure du plot de connexion 3 est reprise à l'étape o elle avait été arrêtée, c'est-à-dire après la gravure de l'oxyde de passivation 1 L'étape de gravure de la couche anti-réflectrice 5 est alors mise en oeuvre, suivie de l'étape de surgravure de l'aluminium terminant la gravure du plot 25 de connexion et consistant à graver les résidus éventuels pouvant rester sur la surface d'aluminium du plot de connexion 3. Un autre avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet d'éviter l'étape de " descum "> consistant, en fin de procédé, à nettoyer la surface du plot de connexion avec un plasma d'oxygène pour décaper la surface du plot des restes 30 éventuels de résines colorés provenant des étapes de colorisation Cette étape de O 10 décapage des restes de résine colorée est en fait effectuée en même temps que l'étape de gravure de la couche anti-réflectrice en nitrure de titane recouvrant le plot de connexion De plus, de façon avantageuse, l'étape d'ouverture de la couche anti-réflectrice en nitrure de titane recouvrant la surface du plot de connexion est 5 nettement moins dégradante pour les microlentilles que l'étape de décapage par plasma d'oxygène. Il REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation d'une cellule de capteur d'image couleur à semiconducteur visant à protéger la surface d'un plot de connexion ( 3) de la cellule lors de la mise en oeuvre d'étapes photolithographiques pour la définition d'éléments de filtre coloré de la cellule, laquelle comprend une couche métal o est défini le plot 5 de connexion ( 3), une couche anti-réflectrice ( 5) recouvrant la couche métal et une couche de passivation ( 1) englobant l'ensemble pour recevoir les éléments de filtre coloré, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: graver la couche de passivation ( 1) avec arrêt sur la couche antiréflectrice ( 5) de sorte à former un trou ( 4) pour l'ouverture du plot de connexion 10 ( 3); former au moins un élément de filtre coloré ( 6, 7, 8) sur une région de la couche de passivation ( 1), la couche anti-réflectrice ( 5) servant alors de couche de protection pour la surface du plot de connexion ( 3); déposer une couche de résine planarisante ( 9) de façon à recouvrir lesdits éléments de filtre coloré; former des microlentilles ( 10) sur la couche de résine planarisante ( 9) respectivement au15 dessus desdits éléments de filtre coloré ( 6, 7, 8) et graver la couche anti-réflectrice ( 5) pour ouvrir le plot de connexion ( 3). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule comprend trois éléments de filtre coloré ( 6, 7, 8) formés de façon successive sur la couche de passivation ( 1). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément de filtre coloré ( 6) est un élément de filtre de couleur verte, formé par l'application d'une première couche de résine colorée et la définition d'un motif dans cette couche par exposition et développement photolithographique. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième 25 élément de filtre coloré ( 7) est un élément de filtre de couleur bleue, formé par l'application d'une deuxième couche de résine colorée et la définition d'un motif dans cette couche par exposition et développement photolithographique. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le troisième élément de filtre coloré ( 8) est un élément de filtre de couleur rouge, formé par l'application d'une troisième couche de résine colorée et la définition d'un motif dans cette couche par exposition et développement photolithographique. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la formation des microlentilles ( 10) consiste en un dépôt d'une couche de résine, une exposition et un développement photolithographique de ladite couche de façon à obtenir des plots de résine situés au-dessus respectivement des éléments de filtre coloré, et une cuisson permettant de bomber îo lesdits plots pour former les microlentilles ( 10). 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plot de connexion ( 3) est en aluminium. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche anti-réflectrice ( 5) est en nitrure de titane.