Brevet FR2989519A1 — publié le 20131018

B11648 - 12-GR3-0062FR01 1 PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN CAPTEUR D'IMAGE À SURFACE COURBE Domaine de l'invention La présente invention concerne des capteurs d'image intégrés à surface courbe et, plus particulièrement, un procédé de fabrication de tels capteurs d'image. Exposé de l'art antérieur Un capteur d'image intégré comprend un grand nombre de cellules élémentaires ou pixels qui sont agencés en matrice en surface d'un substrat semiconducteur. La surface du capteur d'image est généralement plane. Pour focaliser l'image vers le capteur, un système optique est placé en regard du capteur d'image. La figure 1 illustre, de façon schématique, un capteur d'image plan et un système optique de focalisation permettant une acquisition d'une image de bonne qualité. En figure 1, on a représenté un capteur d'image 10 ainsi que le système optique 12 qui lui est associé. Comme on le voit dans cette figure, pour qu'une image placée à l'infini et légèrement inclinée par rapport à l'axe optique du système soit correctement détectée par le capteur d'image 10, le système optique 12 intègre un grand nombre de dispositifs optiques élémentaires 14. Dans l'exemple représenté, le système optique 12 comprend six dispositifs optiques élémentaires 14 (par B11648 - 12-GR3-0062FR01 2 exemple des lentilles), qui ne seront pas décrits ici plus en détail. Les dispositifs optiques élémentaires 14 permettent de focaliser l'ensemble des rayons lumineux incidents passant au travers d'un diaphragme 16 en direction du capteur d'image 10, mais également de corriger des aberrations géométriques et chromatiques, notamment des aberrations liées au fait que le capteur d'image 10 présente une surface plane. En effet, des images à l'infini, susceptibles d'être détectées par un capteur d'image, sont naturellement focalisées non pas dans un plan mais sur une surface courbe. Le système optique associé au capteur de la figure 1 est donc particulièrement complexe pour prendre en compte le fait que le capteur d'image est plan. Un besoin existe donc pour des capteurs d'image à surface courbe. La figure 2 illustre schématiquement l'optique associée à un capteur d'image dont la surface générale est courbe. En figure 2, un capteur d'image 20 de surface courbe régulière, dont le centre de courbure est situé côté éclairement du capteur, est illustré schématiquement. Un système optique 22 permet de focaliser l'ensemble des rayons lumineux incidents passant au travers d'un diaphragme 16 en direction du capteur d'image 20. Comme cela est illustré en figure 2, du fait de la courbure du capteur 20, le système optique 22 est moins complexe que le système optique 12 illustré en figure 1, et comprend seulement trois dispositifs optiques élémentaires 24. Pour obtenir un capteur d'image de surface courbe, il a été proposé de former des pixels de capteur d'image en surface d'une membrane fine de matériau semiconducteur puis de positionner la membrane fine sur un support de forme courbe. Pour améliorer la capacité de déformation de la membrane, une structuration de celle-ci peut être prévue, en fin de procédé, autour de blocs constitués d'un grand nombre de pixels. B11648 - 12-GR3-0062FR01 3 Cependant, des structurations de membrane réalisées par gravure en fin de procédé de fabrication présentent des interfaces de mauvaise qualité qui ne peuvent être restaurées, les procédés de restauration de parois étant réalisés à des températures élevées. Ceci implique que des pixels du capteur proches des régions gravées pendant la structuration peuvent être inutilisables. Ainsi, un besoin existe d'un procédé de fabrication d'un capteur d'image intégré dont la surface est courbe, 10 palliant tout ou partie des inconvénients des procédés connus. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présence invention est de prévoir un procédé de fabrication d'un capteur d'image courbe, ainsi que le capteur obtenu. 15 Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un capteur d'image, comprenant les étapes suivantes : former des structures élémentaires d'un capteur d'image sur la première face d'un substrat semiconducteur ; reporter une poignée sur la première face ; 20 définir des tranchées dans la poignée, les tranchées formant un motif dans la poignée ; et reporter, sur un support courbe en creux le dispositif obtenu, du côté de la face libre de la poignée, le motif étant choisi en fonction de la forme de la surface du support. 25 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le motif est choisi en fonction de la forme de la surface du support pour assurer une déformation sans fracture de la poignée lors de l'étape de report. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 l'étape de définition des tranchées dans la poignée est suivie d'une étape de remplissage des tranchées par un matériau présentant une résistance à la déformation importante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de report de la poignée sur la première face est suivie 35 d'une étape d'amincissement de la poignée. B11648 - 12-GR3-0062FR01 4 Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tranchées traversent la poignée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tranchées sont définies perpendiculairement à la surface de 5 la poignée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend en outre une étape de formation d'un empilement d'interconnexion sur la première face du substrat semiconducteur avant l'étape de report de la poignée. 10 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le support présente une forme en creux en calotte sphérique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le motif des tranchées forme, en surface de la poignée, des bandes concentriques centrées sur le centre des structures 15 élémentaires, des bandes disjointes qui s'étendent sur des rayons d'un cercle dont le centre correspond au centre des structures élémentaires, des rectangles régulièrement répartis sur la surface d'un cercle dont le centre est situé en regard du centre des structures élémentaires, ou une forme générale 20 circulaire dans laquelle sont laissés des rectangles de la poignée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le support présente une forme en creux en portion de cylindre à base circulaire. 25 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le motif des tranchées forme, en surface de la poignée, des bandes parallèles. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le support présente un disque intérieur en forme de calotte 30 sphérique et une bande extérieure en tronc de cône. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le motif des tranchées forme, en surface de la poignée, un disque intérieur dans lequel est défini une rosace régulière et une bande extérieure dans laquelle sont définies des formes 35 sensiblement triangulaires dont un côté est constitué de la face B11648 - 12-GR3-0062FR01 extérieure des portions de la rosace définie dans le disque intérieur, et dont les deux autres côtés s'étendent jusqu'à se rejoindre sur le cercle définissant le contour extérieur de la bande extérieure. 5 Un mode de réalisation de la présente invention prévoit en outre un capteur d'image comprenant un support dont la surface est courbe en creux, un empilement d'une poignée et d'un substrat semiconducteur s'étendant sur la surface en creux du support, la poignée étant en contact avec le support, des tranchées étant définies dans la poignée selon un motif choisi en fonction de la surface du support. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante 15 de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1 et 2, précédemment décrites, illustrent des systèmes optiques associés à des capteurs d'image dont la surface générale est, respectivement, plane et courbe ; 20 les figures 3 à 7 illustrent des résultats d'étapes d'un procédé de fabrication d'un capteur d'image selon un mode de réalisation de la présente invention ; et les figures 8 à 12 et 13A et 13B illustrent des variantes de réalisation d'un capteur d'image selon un mode de 25 réalisation de la présente invention. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à 30 l'échelle. Description détaillée On prévoit ici un procédé de fabrication d'un capteur d'image courbe palliant tout ou partie des inconvénients des procédés connus. B11648 - 12-GR3-0062FR01 6 Plus particulièrement, on prévoit ici un procédé de fabrication dans lequel une structure de capteur déformable, mais présentant une résistance mécanique importante aux grandes déformations et courbures, est prévue pour être reportée sur un support courbe. Les figures 3 à 7 illustrent des résultats d'étapes d'un procédé de fabrication d'un capteur d'image selon un mode de réalisation. A l'étape illustrée en figure 3, on part d'un dispo- sitif comprenant un substrat semiconducteur 30 sur une première face 30a duquel sont formés des pixels d'un capteur d'image. Ces pixels sont illustrés de façon très schématique en figure 3, et comprennent chacun une zone de photodétection 32, un transistor de transfert de charges 34 et un noeud de lecture 36. Les pixels sont séparés dans le substrat 30 par des tranchées isolantes 38 s'étendant à partir de la face 30a du substrat 30. Dans la suite des figures, les pixels ne seront pas représentés en détail, une région 48 intégrant l'ensemble des pixels du capteur étant représentée en surface du substrat 30. L'éclairement à détecter atteint le dispositif par une deuxième surface 30b du substrat 30, opposée à la première face 30a. En surface de la première surface 30a du substrat 30 est formé un empilement de niveaux d'interconnexion comprenant des pistes et vias conducteurs 40 séparés par un matériau isolant 42. Les pistes et vias conducteurs 40 sont prévus pour connecter les différents pixels du capteur d'image entre eux et/ou à un circuit de traitement adapté. Une poignée 46 est formée en surface de l'empilement d'interconnexion 40-42. La poignée est fixée en surface de l'empilement d'interconnexion par l'intermédiaire d'une couche d'accroche 44, par exemple en oxyde de silicium. A titre d'exemple, la poignée 46 peut être une plaquette d'un matériau semiconducteur présentant une épaisseur comprise entre 600 et 800 pin. B11648 - 12-GR3-0062FR01 7 Pour obtenir la structure de la figure 3, on peut par exemple réaliser les étapes suivantes : - former, en surface d'un substrat massif 30 ou de type semiconducteur sur isolant (plus connu sous l'acronyme 5 anglais SOI), les pixels du capteur ; - former un empilement d'interconnexion 40-42 en surface des pixels ; - reporter une poignée 46 en surface de l'empilement d'interconnexion 40-42, par l'intermédiaire d'une couche 10 d'accroche 44 ; et - amincir le substrat massif ou éliminer le support du substrat semiconducteur sur isolant, ainsi que l'isolant intermédiaire. A l'étape illustrée en figure 4, on a fixé, par un 15 procédé de collage temporaire, le substrat 30 sur un support de travail 50, par l'intermédiaire de la surface libre 30b. Le support de travail 50 peut être par exemple une bande adhésive utilisée classiquement en microélectronique. Ensuite, la poignée 46 a été amincie pour n'en laisser 20 qu'une partie 52 présentant une épaisseur comprise entre 20 et 80 pin . A l'étape illustrée en figure 5, la poignée 52 a été structurée par gravure de tranchées 54, au moins en regard de la région 48 du capteur dans laquelle les pixels sont définis. La 25 structuration pourra prendre plusieurs formes, qui seront décrites plus en détail en relation avec les figures 8 à 12 et 13A et 13B. La structuration de la poignée 52 est prévue de façon à assurer une courbure sans fracture de la poignée 52 et du capteur d'image lors d'une étape ultérieure d'application 30 d'une contrainte sur le dispositif pendant le placement de celui-ci sur un support. A l'étape illustrée en figure 6, on a déposé un matériau 56 sur le dispositif de façon à remplir les tranchées 54 et à recouvrir entièrement le dispositif. On notera que B11648 - 12-GR3-0062FR01 8 l'étape illustrée en figure 6 pourra être suivie d'une étape de gravure du matériau 56 formé en surface de la poignée 52. A titre d'exemple, le matériau 56 peut être un matériau tel que du silicium polycristallin, ou encore un matériau présentant un seuil de déformation avant rupture maximum, ou fortement ductile (module plastique minimum), tel que des polyimides plus connus sous la dénomination commerciale Kapton. A l'étape illustrée en figure 7, la structure obtenue a été placée sur un support 60 puis le support 50 a été éliminé. La surface du support 60 présente une forme courbe en creux, la région en creux présentant une surface dont les dimensions sont sensiblement égales à celles de la surface définie par les tranchées 54. La forme des tranchées 54 est choisie pour coller à la forme du creux 62 du support 60. Comme on le verra par la suite, la structuration de la poignée 52 selon un motif choisi assure une déformation sans fracture de la poignée, adaptée à une déformation liée à la forme particulière 62 du support 60. Les figures 8 à 12 et laA et 13B illustrent des variantes de réalisation d'un capteur d'image et, plus particulièrement, des variantes de réalisation des tranchées 54 remplies du matériau 56, liées à la déformation finale désirée de la structure. Les figures 8 à 12 et laA sont des vues de dessus en coupe du dispositif selon un plan A-A parallèle à la surface du dispositif illustré en figure 6, ce plan traversant les tranchées 54. Les exemples des figures 8 à 11 sont prévus pour coller à des supports 60 dans lesquels la région non plane 62 du 30 support 60 est en creux en forme d'une calotte sphérique. Dans l'exemple de la figure 8, les tranchées 54 en un matériau 56 sont définies de façon à former des bandes concentriques centrées sur la région 48 dans laquelle sont définis les pixels du capteur d'image. B11648 - 12-GR3-0062FR01 9 Dans l'exemple de la figure 9, les tranchées 54 en un matériau 56 sont définies de façon à former des bandes disjointes qui s'étendent sur des rayons d'un cercle dont le centre correspond au centre de la région 48 dans laquelle sont formés les pixels du capteur d'image. Dans l'exemple de la figure 10, les tranchées 54 en un matériau 56 forment, en vue de dessus, des rectangles régulièrement répartis sur la surface d'un cercle dont le centre est situé en regard du centre de la région 48 dans laquelle sont formés les pixels du capteur d'image. Dans l'exemple de la figure 11, les tranchées 54 en un matériau 56 sont définies pour former une forme générale circulaire centrée sur le centre de la région 48 dans laquelle sont formés les pixels du capteur d'image, des colonnes rectangulaires du matériau de la poignée 52 s'étendant dans cette forme générale circulaire. L'exemple de la figure 12 est prévu pour coller à un support 60 dans lequel la région non plane 62 du support 60 est en creux en forme d'une portion de cylindre à base circulaire. Dans l'exemple de la figure 12, les tranchées en un matériau 56 sont définies de façon à former des bandes parallèles qui s'étendent en regard de la région 48 dans laquelle sont formés les pixels du capteur d'image. L'exemple de motif de la figure 13A est prévu pour 25 coller à un support 60 dans lequel la région non plane 62 est en creux selon une forme représentée en coupe en figure 13B. En figure 13B, la surface en creux 62 du support 60 comprend une première portion centrale, d'un rayon R1, en forme de calotte sphérique en creux, et une deuxième portion 30 périphérique à la première portion, de même centre que la première portion et de rayon extérieur égal à une valeur R2, en forme de tronc de cône. En figure 13A, les tranchées 56 sont prévues de façon à définir, dans un disque intérieur de rayon R1, une forme de 35 rosace régulièrement répartie axialement. Le rayon de courbure B11648 - 12-GR3-0062FR01 10 des arcs de la rosace peut être variable et dépend de la forme finale souhaitée du capteur. Ceci permet une courbure non régulière du capteur. Les matériaux de la poignée 52 et des tranchées 56 étant alternés dans cette rosace. Dans une bande extérieure concentrique au disque intérieur et de rayon maximum égal à R2, les tranchées 56 forment des formes sensiblement triangulaires dont un côté est constitué de la face extérieure des tranchées 56 dans la rosace définie dans le disque intérieur, et dont les deux autres côtés s'étendent jusqu'à se rejoindre sur le cercle de rayon R2 situé à l'extérieur de la bande extérieure. Les matériaux de la poignée 52 et des tranchées 56 sont alternés dans cette bande extérieure. A titre de variante, on pourra prévoir que le matériau 56 dans le disque intérieur soit distinct du matériau 56 dans la bande extérieure. On notera que le procédé proposé ici est également compatible avec d'autres procédés permettant d'améliorer la déformation du substrat 30 ainsi que de la couche 44, ou de toute couche intermédiaire, et de l'empilement de niveaux d'interconnexion 40/42, par exemple par structuration de ces éléments. On pourra également prévoir, avant l'étape de report du dispositif de la figure 6 sur le support 60, une étape de découpe du dispositif de la figure 6 en plusieurs capteurs indépendants si de tels capteurs indépendants sont prévus en surface du substrat 30. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les matériaux déposées dans les tranchées 56 pourront être différents des matériaux proposés ici, tant qu'ils présentent une résistance à la déformation importante, par exemple présentant un seuil de déformation avant rupture (en anglais "ultimate tensile strain") supérieur à 0,2 %. B11648 - 12-GR3-0062FR01 11 En outre, on pourra prévoir de ne pas remplir, à l'étape de la figure 6, les tranchées 56 d'un matériau mais de laisser les tranchées libres avant déformation. On pourra également prévoir des formes pour les 5 tranchées 56 différentes des formes proposées ici, ou formant une combinaison des formes proposées ici. On notera notamment que, contrairement à ce qui a été représenté ici, les tranchées 54 pourront être définies non pas perpendiculaires à la surface de la poignée 52 mais de biais dans cette poignée, si une telle 10 définition est plus adaptée à la courbure du support 60 en fin de procédé. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et 15 variantes sans faire preuve d'activité inventive. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un capteur d'image, comprenant les étapes suivantes : former des structures élémentaires d'un capteur d'image (48) sur la première face d'un substrat semiconducteur 5 (30) ; reporter une poignée (52) sur ladite première face ; définir des tranchées (54) dans la poignée (52), lesdites tranchées formant un motif dans la poignée ; et reporter, sur un support courbe en creux (60) le 10 dispositif obtenu, du côté de la face libre de la poignée (52), ledit motif étant choisi en fonction de la forme de la surface du support (60). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le motif est choisi en fonction de la forme de la surface du 15 support (60) pour assurer une déformation sans fracture de la poignée (52) lors de l'étape de report. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape de définition des tranchées (54) dans la poignée (52) est suivie d'une étape de remplissage desdites tranchées par un 20 matériau (56) présentant une résistance à la déformation importante. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de report de ladite poignée (52) sur la première face est suivie d'une étape d'amincissement de la 25 poignée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les tranchées (54) traversent la poignée (52). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les tranchées (54) sont définies perpen30 diculairement à la surface de la poignée (52). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape de formation d'un empilement d'interconnexion (40, 42) sur la première face du substrat semiconducteur (30) avant l'étape de report de la poignée (52).B11648 - 12-GR3-0062FR01 13 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le support (60) présente une forme en creux en calotte sphérique. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le 5 motif des tranchées (54) forme, en surface de la poignée (52), des bandes concentriques centrées sur le centre des structures élémentaires (48), des bandes disjointes qui s'étendent sur des rayons d'un cercle dont le centre correspond au centre des structures élémentaires (48), des rectangles régulièrement 10 répartis sur la surface d'un cercle dont le centre est situé en regard du centre des structures élémentaires (48), ou une forme générale circulaire dans laquelle sont laissés des rectangles de la poignée (52). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 7, dans lequel le support (60) présente une forme en creux en portion de cylindre à base circulaire. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le motif des tranchées (54) forme, en surface de la poignée (52), des bandes parallèles. 20 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le support (60) présente un disque intérieur en forme de calotte sphérique et une bande extérieure en tronc de cône. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le 25 motif des tranchées (54) forme, en surface de la poignée (52), un disque intérieur dans lequel est défini une rosace régulière et une bande extérieure dans laquelle sont définies des formes sensiblement triangulaires dont un côté est constitué de la face extérieure des portions de la rosace définie dans le disque 30 intérieur, et dont les deux autres côtés s'étendent jusqu'à se rejoindre sur le cercle définissant le contour extérieur de la bande extérieure. 14. Capteur d'image comprenant un support (60) dont la surface est courbe en creux, un empilement d'une poignée (52) et 35 d'un substrat semiconducteur (30) s'étendant sur la surface enB11648 - 12-GR3-0062FR01 14 creux du support (60), ladite poignée (52) étant en contact avec ledit support (60), des tranchées (54) étant définies dans la poignée selon un motif choisi en fonction de la surface dudit support (60).