Brevet FR2910715A1 — publié le 20080627

Procédé et appareillage pour réaliser des micro-lentilles optiques sur un dispositif semi-conducteur. La présente invention concerne le domaine des dispositifs semi-conducteurs optiques, ou puces, comprenant une multiplicité de plots constituant des micro-lentilles optiques réalisées sur une couche antérieure et des détecteurs optiques en profondeur pour détecter les rayonnements lumineux passant au travers des micro-lentilles optiques. Habituellement, ces dispositifs sont appelés des capteurs d'image CMOS. Pour fabriquer de telles micro-lentilles, il est connu de procéder de la manière suivante. On dépose une ultime couche en un matériau adapté pour former des micro-lentilles sur une couche antérieure d'une plaquette et on réalise des rainures croisées dans ladite couche ultime, jusqu'à ladite couche antérieure, de façon à constituer des plots parallélépipédiques espacés. Puis, on effectue à la température ambiante une illumination à un rayonnement ultra-violet desdits plots et on place la plaquette dans un four pré-chauffé à une température donnée, en générale comprise entre 150 C et 250 C, de façon à générer un fluage desdits plots leur conférant une forme bombée puis une réticulation provoquant leur durcissement. Malheureusement, lorsqu'on cherche à améliorer les performances de tels dispositifs, c'est-à-dire par exemple à réduire l'espace entre les micro-lentilles optiques, à réduire leur taille critique ou à augmenter leur épaisseur, les risques de pontages, c'est-à-dire de liaisons par fusion à l'image de gouttes d'eau adjacentes entrant en contact, entre des micro-lentilles optiques adjacentes sont accrus lors du fluage, si bien que les micro-lentilles ne présentent pas la forme souhaitée. Généralement, pour une micro-lentille faisant environ 3 microns de côté, la fusion entre deux micro-lentilles voisines ne peut être réellement évité que si l'espace les séparant est supérieur à 0,5 microns. 2910715 2 Le but de la présente invention est justement d'améliorer les performances ci-dessus. La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de réalisation de micro-lentilles optiques sur une couche antérieure d'un 5 dispositif semi-conducteur, dans lequel on dépose une ultime couche en un matériau adapté ; on réalise des rainures croisées dans ladite couche ultime, jusqu'à ladite couche antérieure, de façon à constituer des plots espacés ; et on effectue un traitement de façon à provoquer un ramollissement desdits plots générant un fluage de ces derniers leur 10 conférant une forme bombée et à provoquer leur durcissement. Selon l'invention, pour effectuer ledit traitement, on place le dispositif semi-conducteur dans la chambre d'une enceinte, à une température basse ; on fait fonctionner des moyens de chauffage de ladite chambre de façon que la température dans ladite chambre 15 augmente à partir d'une température basse ; on fait fonctionner des moyens pour générer un rayonnement ultra-violet vers lesdits plots ; on fait fonctionner des moyens pour générer dans ladite chambre un plasma agissant sur ladite couche antérieure ; et on règle en puissance et temporellement les uns par rapport aux autres lesdits moyens de 20 façon que, lors dudit fluage et dudit durcissement, les bords voisins desdits plots ne fusionnent pas. Selon une variante de l'invention, ledit plasma crée des encoches dans ladite couche antérieure, entre lesdits plots. Selon une autre variante de l'invention, ledit plasma crée une 25 modification de l'état de surface de ladite couche antérieure, entre lesdits plots. Selon l'invention, ledit traitement comprend de préférence une opération augmentation du caractère hydrophile/hydrophobe de ladite couche antérieure et/ou desdits plots 30 Selon ledit traitement de l'invention, on peut avantageusement faire fonctionner des lampes émettant un rayonnement large bande, de l'ultraviolet à l'infrarouge, constituant lesdits moyens de chauffage et lesdits moyens d'émission. 2910715 3 La présente invention a également pour objet un appareillage destiné à effectuer un traitement de plots formés sur une couche antérieure d'un dispositif semi-conducteur de façon que ces plots deviennent bombés pour constituer des lentilles optiques. 5 Selon l'invention, cet appareillage comprend une enceinte comprenant une chambre de réception du dispositif semi-conducteur ; des moyens de chauffage de ladite chambre ; des moyens d'émission d'un rayonnement ultra-violet ; et des moyens pour générer un plasma agissant sur ladite couche antérieure. 10 Selon l'invention, ledit appareillage comprend de préférence des lampes émettant un rayonnement large bande, de l'ultraviolet à l'infrarouge, constituant lesdits moyens de chauffage et lesdits moyens d'émission. La présente invention a également pour objet un dispositif 15 semi-conducteur comprenant une multiplicité de plots devant constituer ou constituant des micro-lentilles optiques réalisées sur une couche antérieure. Selon l'invention, ladite couche antérieure présente des moyens d'anti-fusion pour empêcher que les bords voisins desdits plots ne 20 fusionnent lors de la réalisation desdites micro-lentilles optiques. Selon une variante de l'invention, lesdits moyens d'anti-fusion comprennent des encoches réalisées dans ladite couche antérieure entre lesdites micro-lentilles optiques. Selon une autre variante de l'invention, lesdits moyens d'anti- 25 fusion comprennent des rugosités formées sur ladite couche antérieure, entre lesdits plots. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de dispositifs semi-conducteurs et de leurs modes de fabrication, décrits à titre d'exemples non-limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : 30 - La figure 1 représente une coupe d'une première variante de réalisation d'un dispositif de la présente invention ; - La figure 2 représente une coupe d'une seconde variante de réalisation d'un dispositif de la présente invention ; 2910715 4 - La figure 2a représente une coupe d'une seconde variante de réalisation d'un dispositif de la présente invention ; - Les figures 3 à 5 représentent des vues de dessus du dispositif précité ; 5 - La figure 6 représente une coupe du dispositif précité, en cours de fabrication ; - Et la figure 7 représente une coupe d'une enceinte de traitement du dispositif précité. En se reportant aux figures, on peut voir qu'on a représenté un 10 dispositif semi-conducteur 1 qui comprend en profondeur une multiplicité de détecteurs optiques 2, constitués par des circuits CMOS, espacés et répartis selon une matrice par exemple carrée. Le dispositif semi-conducteur 1 comprend en outre, frontalement, une avant-dernière couche ou couche antérieure 3 de 15 planarisation sur la face frontale 4 de laquelle est formée une multiplicité de microlentilles optiques 5, à faces frontales 6 bombées, espacées et réparties selon une matrice par exemple carrée correspondant à la matrice de détecteurs 2, de telle sorte que le rayonnement extérieur est sélectivement dirigé par les micro-lentilles 20 optiques 5 vers les détecteurs 2, au travers éventuellement de filtres optiques adaptés. Dans la variante représentée en particulier sur la figure 1, les micro-lentilles optiques 5 sont séparées par des encoches longitudinales et transversales 7, qui se croisent et qui sont réalisées 25 dans la couche antérieure 3. Dans la variante représentée sur la figure 2, les micro-lentilles optiques 5 sont séparées par des zones longitudinales et transversales 9, qui se croisent, de la surface frontale 4 de la couche antérieure 3. Sur ces zones est appliqué un traitement de surface 11. 30 Dans la variante représentée sur la figure 2a, les micro-lentilles optiques 5 présentent des bords adjacents, dans les zones desquels la couche antérieure 3 présente un traitement de surface 11. Pour fabriquer le dispositif semi-conducteur 1, on peut procéder de la manière suivante, en mettant en oeuvre les procédés 2910715 5 habituels utilisés en micro-électronique, avec lesquels il est courant de fabriquer une grande quantité de tels dispositifs sur une même plaquette la visible sur la figure 7. Comme le montre la figure 6, ayant fabriqué le dispositif 1 5 jusqu'à la couche antérieure de planarisation 3, on dépose sur la face frontale 4 de cette couche une couche ultime 12, par exemple en une résine transparente non réticulée Par exemple, l'épaisseur de cette couche ultime peut être comprise entre un dixième et un micron. Par exemple, la résine utilisée peut se réticuler et durcir sous l'effet d'un 10 rayonnement ultraviolet et quand sa température est portée à au moins 120 C. Puis, on réalise des rainures longitudinales et rainures transversales 13 au travers de la couche ultime 12, jusqu'à la couche antérieure 3, de façon à constituer une matrice de plots 15 15 correspondant aux emplacements des micro-lentilles optiques 5 à réaliser. Par exemple, les côtés des plots 15 peuvent présenter une longueur comprise entre un et cinq microns et la largeur des rainures 13, c'est-à-dire l'écartement entre les plots 15, peut être comprise entre 0,05 et 0,5 microns. 20 Par ailleurs, les plots 15 peuvent présenter des contours carrés comme représenté sur la figure 3, des contours ronds comme représenté sur la figure 4, ou des contours polygonaux, de préférence réguliers, comme représenté sur la figure 5. Ensuite, on place la plaquette la dans la chambre d'une 25 enceinte de traitement 16 connue qui contient un support 17 de réception de ladite plaquette, un générateur de plasma 18 et une série de lampes halogènes 19 placées généralement en dessous de la plaquette et émettant un rayonnement large bande, de l'ultraviolet à l'infrarouge, vers cette dernière. 30 D'une manière générale, l'enceinte 16 étant à une température basse, par exemple à la température ambiante c'est-à-dire à une température comprise entre 20 C et 30 C, les lampes halogènes 19 sont mises en marche selon un cycle et une puissance tels que, dans une première phase, la température de la plaquette la croît, 2910715 6 sensiblement régulièrement, jusqu'à une gamme de température comprise entre environ 120 à 250 et que, dans une seconde phase, la température atteinte est maintenue. La température de la plaquette la peut être contrôlée à l'aide d'un thermocouple. La durée de la 5 première phase peut être comprise entre une et trente secondes et la durée de la seconde phase peut être comprise entre une et soixante secondes. Par exemple, les lampes halogènes 19 sont réglées en puissance et mises en fonctionnement en tout ou rien selon un programme adapté 10 pour obtenir l'accroissement souhaité et le maintien souhaité de la température dans la chambre de l'enceinte 16, ainsi que l'action du rayonnement ultraviolet sur les plots 15. En plus, le générateur de plasma 18 est mis en route selon au moins une phase située avant ladite première phase et/ou pendant 15 ladite première phase et/ou avant ladite première phase et au début de cette première phase et/ou à cheval sur la transition entre ladite première phase et ladite seconde phase. Au cours du processus de traitement décrit ci-dessus, d'une part la résine composant les plots 15 se ramollit et devient 20 momentanément, environ au-dessous de 120 , pâteuse ou liquide et flue de façon à prendre une forme bombée et d'autre part le rayonnement des lampes et l'augmentation de température au-dessus des 120 C participent à sa réticulation et donc son durcissement. En même temps, le générateur de plasma 18 est réglé en 25 puissance et temporellement pour produire le traitement suivant. Si l'on souhaite réaliser les encoches 7 telles que prévues dans la variante de la figure 1, le générateur de plasma 18 est adapté pour produire un plasma d'attaque en profondeur de la couche antérieure 3, entre les plots 15. 30 Si l'on souhaite réaliser une modification de l'état de surface de la couche antérieure 3 entre les plots 15, par exemple une modification du caractère hydrophile/hydrophobe de cette couche antérieure 11, le générateur de plasma 18 est adapté pour produire un 2910715 7 plasma d'attaque superficielle de la couche antérieure 3, entre les plots 15, avant ou au cours de leur fluage. Dans les deux cas, les encoches 7 ou la modification de l'état de surface 11 constituent des barrières ou des moyens d'anti-fusion 5 empêchant la formation de pontages entre les plots. En fonction du matériau constituant la couche antérieure 3, le choix du plasma adapté est parfaitement connu dans le domaine de la microélectronique. Par exemple, si la couche antérieure est en résine organique, le plasma peut être du N2H2 avec du CF4, avec de 10 l'oxygène pour produire les encoches 7 et 8 ou avec ou sans oxygène pour produire le traitement de surface 11. On obtient alors des micro-lentilles optiques 5 dont, pour chacune, la surface bombée 6 est parfaitement formée et dont le bord périphérique est parfaitement dessiné et formé, les bords périphériques 15 voisins des lentilles voisines étant disjoints ou en contact sans être fusionnés. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. D'autres variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de micro-lentilles optiques sur une couche antérieure d'un dispositif semi-conducteur, dans lequel on dépose une ultime couche en un matériau adapté ; on réalise des rainures croisées dans ladite couche ultime, jusqu'à ladite couche antérieure, de façon à constituer des plots espacés ; et on effectue un traitement de façon à provoquer un ramollissement desdits plots générant un fluage de ces derniers leur conférant une forme bombée et à provoquer leur durcissement, caractérisé par le fait que, pour effectuer ledit traitement : on place le dispositif semi-conducteur dans la chambre d'une enceinte, à une température basse ; on fait fonctionner des moyens de chauffage de ladite chambre de façon que la température dans ladite chambre augmente à partir d'une température basse ; on fait fonctionner des moyens pour générer un rayonnement ultra-violet vers lesdits plots ; on fait fonctionner des moyens pour générer dans ladite chambre un plasma agissant sur ladite couche antérieure ; et on règle en puissance et temporellement les uns par rapport aux autres lesdits moyens de façon que, lors dudit fluage et dudit durcissement, les bords voisins desdits plots ne fusionnent pas. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit plasma crée des encoches (7) dans ladite couche antérieure, entre lesdits plots. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit plasma crée une modification de l'état de surface (11) de ladite couche antérieure, entre lesdits plots. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit traitement comprend une opération augmentation du caractère hydrophile/hydrophobe de ladite couche antérieure et/ou desdits plots 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on fait fonctionner des lampes émettant un 2910715 9 rayonnement large bande, de l'ultraviolet à l'infrarouge, constituant lesdits moyens de chauffage et lesdits moyens d'émission. 6. Appareillage destiné à effectuer un traitement de plots formés sur une couche antérieure d'un dispositif semi-conducteur de 5 façon que ces plots deviennent bombés pour constituer des lentilles optiques, caractérisé par le fait qu'il comprend une enceinte comprenant une chambre de réception du dispositif semi-conducteur ; des moyens de chauffage de ladite chambre ; 10 des moyens d'émission d'un rayonnement ultra-violet ; et des moyens pour générer un plasma agissant sur ladite couche antérieure. 7. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend des lampes émettant un rayonnement large bande, de 15 l'ultraviolet à l'infrarouge, constituant lesdits moyens de chauffage et lesdits moyens d'émission. 8. Dispositif semi-conducteur comprenant une multiplicité de plots devant constituer ou constituant des micro-lentilles optiques réalisées sur une couche antérieure, caractérisé par le fait que ladite 20 couche antérieure (3) présente des moyens d'anti-fusion (7, 11) pour empêcher que les bords voisins desdits plots (15) ne fusionnent lors de la réalisation desdites micro-lentilles optiques (5) 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'anti-fusion sont constitués par des encoches (7) 25 réalisées dans ladite couche antérieure entre lesdites micro-lentilles optiques. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'anti-fusion comprennent des rugosités (11) formées sur ladite couche antérieure, entre lesdits plots. 30