Brevet FR3134651A1 — publié le 20231020

Procédé de fabrication d'un capteur de lumière La présente description concerne un procédé de fabrication comprenant, pour chaque photodétecteur (PD) d'une matrice de photodétecteurs d'un capteur de lumière (1), une utilisation d'un masque obtenu par autoassemblage dirigé d'un copolymère à blocs pour former, par une première étape de gravure, au moins une première structuration (122) du côté d'une première face (106) du photodétecteur destinée à recevoir de la lumière. Figure pour l'abrégé : Fig. 1D Procédé de fabrication d'un capteur de lumière La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques, et, plus particulièrement les capteurs de lumière, par exemple les capteurs de temps de vol. On connait des capteurs de lumière comprenant une matrice de pixels, dans lequel chaque pixel comprend au moins un photodétecteur disposé dans une couche semiconductrice, typiquement une couche de silicium. Dit autrement, ces capteurs de lumière connus comprennent une matrice de photodétecteurs chacun disposé dans une couche en silicium du capteur. Parmi ces capteurs de lumière connus, on distingue les capteurs à éclairement par la face avant et les capteurs à éclairement par la face arrière. Dans un capteur à éclairement par la face avant, la couche de silicium comprenant les photodétecteurs est destinée à recevoir de la lumière du côté de sa face avant, c'est-à-dire du côté de sa face qui est revêtue d'une structure d'interconnexion de fin de ligne ("Back End of Line") ou structure d'interconnexion BEOL. A l'inverse, dans un capteur à éclairement par la face arrière, la couche de silicium comprenant les photodétecteurs est destinée à recevoir de la lumière du côté de sa face arrière, c'est-à-dire du côté de sa face qui est opposée à sa face avant. Dans les capteurs de lumière connus ayant des photodétecteurs en silicium, l'efficacité quantique de chaque pixel du capteur diminue avec la longueur d'onde, en suivant la diminution d'absorption du silicium avec la longueur d'onde. En effet, l'absorption du silicium est forte dans la partie visible du spectre lumineux, mais est faible dans le proche infrarouge, c'est à dire pour des longueurs d'onde par exemple allant de 780 nm à 1100 µm. Pour améliorer l'absorption quantique des pixels de ces capteurs de lumière connus destinés à fonctionner à des longueurs d'onde dans le proche infrarouge, par exemple lorsque le capteur est un capteur de temps de vol direct ou indirect, des structurations de surface sont prévues pour chaque photodétecteur, du côté de la face arrière de la couche de silicium pour un capteur à éclairement par la face arrière et du côté de la face avant pour un capteur à éclairement par la face avant. Un exemple d'une telle structuration de surface est décrit dans la demande de brevet US 2019/0019832 A1. Ces structurations de surface connues ont, dans un plan parallèle à la face arrière de la couche de silicium, des dimensions minimales, ou dimensions critiques, de l'ordre de plusieurs centaines de nanomètres, par exemple supérieures ou égales à 200 nm. Toutefois, l'augmentation de l'efficacité quantique d'un pixel comprenant un photodétecteur associé à telles structurations de surface par rapport à l'efficacité quantique d'un pixel comprenant un photodétecteur similaire mais non associés à des structurations de surface diminue avec la réduction du pas des pixels, c'est-à-dire avec la réduction du pas des photodétecteurs, ou, dit autrement, avec la réduction des dimensions des photodétecteurs. Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus. Par exemple, il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus dans lesquels les photodétecteurs sont disposés dans une couche de silicium et sont associés à des structurations de surface, par exemple quand ces capteurs sont destinés à fonctionner dans le proche infrarouge et/ou sont à éclairement par la face arrière. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus. Par exemple, un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus dans lesquels les photodétecteurs sont disposés dans une couche de silicium et sont associés à des structurations de surface, par exemple quand ces capteurs sont destinés à fonctionner dans le proche infrarouge et/ou sont à éclairement par la face arrière. Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication comprenant, pour chaque photodétecteur d'une matrice de photodétecteurs d'un capteur de lumière, une utilisation d'un masque obtenu par autoassemblage dirigé d'un copolymère à blocs pour former, par une première étape de gravure, au moins une première structuration du côté d'une première face du photodétecteur destinée à recevoir de la lumière. Selon un mode de réalisation, la longueur caractéristique du copolymère à blocs est inférieure à 100 nm, de préférence à 50 nm. Selon un mode de réalisation, l'autoassemblage dirigé du copolymère à blocs est mis en œuvre par chemo-épitaxie. Selon un mode de réalisation, l'autoassemblage dirigé du copolymère à blocs est mis en œuvre par grapho-épitaxie. Selon un mode de réalisation, la première étape de gravure comprend un transfert du masque obtenu par autoassemblage dirigé du copolymère à blocs dans un masque dur pour y former des ouvertures traversantes, puis une gravure à partir desdites ouvertures. Selon un mode de réalisation, l'autoassemblage dirigé du copolymère à bloc, comprend, pour chaque photodétecteur, une gravure d'au moins une cavité de guidage, et un dépôt du copolymère à blocs dans ladite au moins une cavité de guidage. Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs sont disposés dans une couche de silicium et les premières structurations sont formées dans une couche isolante reposant sur la couche de silicium. Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs sont disposés dans une couche de silicium et les premières structurations sont formées dans la couche de silicium. Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs sont disposés dans une couche de silicium et, pour chaque photodétecteur, ladite au moins une cavité de guidage est gravée directement dans le silicium. Selon un mode de réalisation, pour au moins un des photodétecteurs, plusieurs premières structurations sont formées lors de la première étape de gravure, le pas des premières structurations étant, de préférence, inférieur à 100 nm. Selon un mode de réalisation, pour au moins un photodétecteur, le procédé comprend en outre une formation, par une deuxième étape de gravure, d'au moins une deuxième structuration du côté de la première face, ladite au moins une deuxième structuration ayant, dans un plan parallèle à ladite première face, une plus petite dimension supérieure à une plus petite dimension des premières structurations. Selon un mode de réalisation, la deuxième étape de gravure est mise en œuvre après la première étape de gravure. Selon un mode de réalisation, l'autoassemblage du copolymère à blocs est configuré pour que, pour plusieurs desdits photodétecteurs, les premières structurations forment un motif aléatoire de type empreinte digitale. Selon un mode de réalisation, le pas des photodétecteurs est inférieur ou égal à 1,5 µm, par exemple inférieur à 1 µm. Selon un mode de réalisation : les photodétecteurs sont disposés dans couche de silicium ; ladite au moins une cavité de guidage est gravée directement dans le silicium ; et pour au moins un photodétecteur, une largeur ou un diamètre de ladite au moins une cavité de guidage est sensiblement égale à 1,5 fois la longueur caractéristique du copolymère à blocs. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape d'un procédé de fabrication d'un capteur de lumière ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, une variante de réalisation de l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après des étapes similaires aux étapes des figures 1A à 1D ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, un autre mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après des étapes similaires aux étapes des figures 1A à 1D ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre, par une vue en coupe, encore un autre mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après des étapes similaires aux étapes des figures 1A à 1D ; la illustre, par une vue en coupe, un mode de réalisation d'une étape mise en œuvre après l'étape de la ; la illustre par des courbes l'évolution du gain d'efficacité quantique de photodétecteurs associés à des structurations de surface par rapport à un photodétecteur non associé à des structurations de surface, pour différentes mises en œuvre des structurations de surface ; et la représente une vue de dessus schématique d'une matrice de photodétecteurs selon un exemple de mise en œuvre. Procédé de fabrication comprenant, pour chaque photodétecteur (PD) d'une matrice de photodétecteurs d'un capteur de lumière (1), une utilisation d'un masque (120) obtenu par autoassemblage dirigé d'un copolymère à blocs pour former, par une première étape de gravure, au moins une première structuration (122) du côté d'une première face (106) du photodétecteur destinée à recevoir de la lumière. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la longueur caractéristique du copolymère à blocs est inférieure à 100 nm, de préférence à 50 nm. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'autoassemblage dirigé du copolymère à blocs est mis en œuvre par chemo-épitaxie. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'autoassemblage dirigé du copolymère à blocs est mis en œuvre par grapho-épitaxie. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la première étape de gravure comprend un transfert du masque (120) obtenu par autoassemblage dirigé du copolymère à blocs dans un masque dur (112) pour y former des ouvertures traversantes, puis une gravure à partir desdites ouvertures. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'autoassemblage dirigé du copolymère à bloc, comprend, pour chaque photodétecteur (PD), une gravure d'au moins une cavité de guidage (114), et un dépôt du copolymère à blocs dans ladite au moins une cavité de guidage (114). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les photodétecteurs (PD) sont disposés dans une couche de silicium (100) et les premières structurations (122) sont formées dans une couche isolante reposant sur la couche de silicium (100). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les photodétecteurs (PD) sont disposés dans une couche de silicium (100) et les premières structurations (122) sont formées dans la couche de silicium (100). Procédé selon la revendication 6, dans lequel les photodétecteurs (PD) sont disposés dans une couche de silicium (100) et, pour chaque photodétecteur (PD), ladite au moins une cavité de guidage (114) est gravée directement dans le silicium (100). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, pour au moins un des photodétecteurs (PD), plusieurs premières structurations (122) sont formées lors de la première étape de gravure, le pas des premières structurations (122) étant, de préférence, inférieur à 100 nm. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel, pour au moins un photodétecteur (PD), le procédé comprend en outre une formation, par une deuxième étape de gravure, d'au moins une deuxième structuration (304, 404, 504) du côté de la première face (106), ladite au moins une deuxième structuration (304, 404, 504) ayant, dans un plan parallèle à ladite première face (106), une plus petite dimension supérieure à une plus petite dimension des premières structurations (122). Procédé selon la revendication 11, dans lequel la deuxième étape de gravure est mise en œuvre après la première étape de gravure. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l'autoassemblage du copolymère à blocs est configuré pour que, pour plusieurs desdits photodétecteurs (PD), les premières structurations (122) forment un motif aléatoire de type empreinte digitale. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le pas des photodétecteurs (PD) est inférieur ou égal à 1,5 µm, par exemple inférieur à 1 µm. Procédé selon la revendication 6, dans lequel : les photodétecteurs (PD) sont disposés dans couche de silicium (100) ; ladite au moins une cavité de guidage (114) est gravée directement dans le silicium (100) ; et pour au moins un photodétecteur (PD), une largeur ou un diamètre de ladite au moins une cavité de guidage (114) est sensiblement égale à 1,5 fois la longueur caractéristique du copolymère à blocs.