FR2887076A1 - Capteur d'image a substrat semiconducteur aminci avec metallisation arriere - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les capteurs d'image électroniques à réseau matriciel de points photosensibles, et plus particulièrement ceux qui sont de grande dimension (plusieurs centimètres de côté) et qui travaillent à fréquence d'échantillonnage rapide.Le capteur d'image comporte, sur un substrat de report (20), un substrat semiconducteur aminci (12) sur la face avant duquel sont formés une matrice de zones photosensibles et des circuits électroniques associé. Sur la face arrière du substrat aminci, est formée une couche métallique opaque fortement conductrice, ajourée, comportant des ouvertures en regard de chaque zone photosensible, la couche métallique constituant, en regard de la matrice photosensible, une grille ajourée (30) à continuité électrique permettant d'amener un potentiel uniforme, sur la face arrière du substrat aminci, en regard de toute la matrice. Des vias conducteurs sont formés dans le substrat semiconducteur pour relier cette couche à des plages métalliques (14) qui ont été formées sur la face avant du substrat avant report sur le substrat de report.On améliore les performances du capteur à haute fréquence d'échantillonnage grâce à cette couche métallique.

Description

CAPTEUR D'IMAGE A SUBSTRAT SEMICONDUCTEUR AMINCI AVEC

METALLISATION ARRIERE

L'invention concerne les capteurs d'image électroniques à réseau matriciel de points photosensibles, et plus particulièrement ceux qui sont de grande dimension (plusieurs centimètres de côté) et qui travaillent à fréquence d'échantillonnage rapide.

On entend par fréquence d'échantillonnage la fréquence à laquelle sont lus les points d'image. Elle dépend du nombre de points par ligne, du nombre de lignes, et de la fréquence de trame (typiquement 25 Hz ou 30Hz pour un capteur d'images vidéo). La fréquence d'échantillonnage est d'autant plus élevée qu'il y a plus de points dans le réseau matriciel.

II existe maintenant des capteurs dits à substrat semiconducteur aminci, qui ont été conçus pour pouvoir être éclairés par la face arrière notamment en vue d'améliorer la colorimétrie des capteurs d'image en couleurs. Les circuits électroniques de capture d'image sont réalisés sur la face avant d'un substrat de silicium d'épaisseur classique (plusieurs centaines de micromètres d'épaisseur), après quoi ce substrat est reporté par sa face avant sur un substrat de report, et le substrat semiconducteur est aminci jusqu'à quelques micromètres d'épaisseur. L'éclairage par la face arrière permet d'éviter une dispersion des photons dans les couches métalliques de face avant et donc une diaphotie entre pixels voisins, donc à une mauvaise colorimétrie dans le cas de capteurs en couleur puisque les pixels voisins sont de couleurs différentes; la faible épaisseur de substrat aminci permet d'éviter que les électrons engendrés par la lumière ne se dispersent dans le substrat et n'aboutissent aussi à une diaphotie.

On s'est aperçu que des capteurs à substrat aminci de grandes dimensions pouvaient présenter des défauts importants à fréquence d'échantillonnage élevée, et on a identifié qu'une cause potentielle de ces défauts était la résistivité trop grande du substrat, dont l'effet s'accentue d'autant plus que le substrat est peu dopé, peu épais et de grande surface. Le faible dopage est nécessaire pour éviter que les électrons engendrés par la lumière ne se recombinent rapidement: ils doivent être capturés par les photodiodes en regard desquels ils sont générés. La dimension du capteur est liée à la sensibilité (taille des pixels) et à la résolution (nombre de pixels) désirées; la fréquence d'échantillonnage est d'autant plus élevée que le nombre de pixels est élevé, pour assurer une transmission d'image complète en un temps suffisamment bref.

Pour éviter ou limiter les défauts dus à l'amincissement dans les capteurs de grande dimension fonctionnant à fréquence d'échantillonnage élevée, l'invention propose de déposer sur la face arrière du capteur aminci une couche métallique à forte conductivité (en pratique de l'aluminium), ajourée en regard des éléments photosensibles constitués sur la face avant.

Par conséquent, l'invention propose un nouveau procédé de fabrication de capteur et un nouveau capteur d'image à substrat aminci.

Le procédé de fabrication d'un capteur d'image à substrat aminci comporte: - la formation, à partir de la face avant d'une tranche de matériau 15 semiconducteur, d'une matrice de zones photosensibles et de circuits électroniques associés, - le report de la tranche par sa face avant contre la face avant d'un substrat de support, - l'élimination, à partir de la face arrière de la tranche de matériau semiconducteur, de la majeure partie de l'épaisseur de cette tranche, laissant subsister sur le substrat une fine couche semiconductrice comprenant, sur sa face avant, la matrice photosensible et les circuits associés, ce procédé étant caractérisé en ce que, postérieurement à cette élimination, on dépose une couche métallique opaque fortement conductrice (en pratique de l'aluminium), et on grave des ouvertures dans cette couche métallique pour éliminer la couche en regard de chacune des zones photosensibles, la couche métallique constituant, en regard de la matrice photosensible, une grille ajourée à continuité électrique permettant d'amener un potentiel uniforme sur la face arrière de la tranche semiconductrice amincie en regard de toute la matrice.

Dans tout ce qui précède et dans tout ce qui suit, on appellera face avant de la tranche amincie ou face avant du substrat aminci la face sur laquelle ont été formés, par dépôts et gravures successives, la matrice photosensible et les circuits électroniques associés. La face arrière de la tranche amincie ou du substrat aminci est l'autre face, celle qui a subi l'usinage d'amincissement. C'est par la face arrière que le capteur reçoit une image lumineuse à convertir en image électronique. C'est la face arrière qui porte la couche métallique (aluminium) ajourée.

La couche métallique reste de préférence présente mais non ajourée en regard des circuits électroniques associés à la matrice, pour servir de masque protégeant ces circuits de la lumière. Sans être à proprement parler ajourée, cette couche peut cependant être divisée en zones séparées, isolées électriquement les unes des autres, notamment io dans le cas où le métal doit servir à la formation de plots d'entrée/sortie dans une des variantes de l'invention.

De préférence, après avoir aminci la tranche et avant de déposer la couche métallique, on augmente superficiellement le dopage de la face arrière de la tranche, en créant une couche surdopée dont l'épaisseur est une faible fraction de l'épaisseur résiduelle de la tranche. De préférence aussi, après la réalisation des ouvertures de la couche métallique, on élimine, dans les ouvertures, au moins une partie de l'épaisseur de la couche semiconductrice ainsi surdopée.

De préférence aussi, avant le dépôt de la couche métallique fortement conductrice, on ouvre des vias dans la tranche semiconductrice, sur la majeure partie de l'épaisseur de celle-ci, jusqu'à mettre à nu des plages métalliques qui ont été formées à partir de la face avant dans les opérations de réalisation de la matrice et des circuits électroniques associés; le dépôt de la couche métallique dans les vias permet de relier électriquement des portions de cette couche à ces plages métalliques.

Pour un capteur couleur, on dépose ensuite des filtres colorés.

Dans une première variante du procédé de fabrication, après découpage de la tranche en capteurs individuels, on utilise au moins une portion de la couche métallique, isolée de la grille ajourée et reliée à une plage métallique, comme plot de soudure pour la connexion du capteur d'image à l'extérieur. On utilise au moins une autre portion de la couche métallique, reliée à la grille ajourée et reliée à une autre plage métallique, pour établir un potentiel identique sur la grille et sur une partie de circuit électronique réalisé sur la face avant.

Dans une deuxième variante, le substrat de report est un substrat provisoire; un substrat définitif transparent est collé sur la face arrière de la tranche; le substrat provisoire est éliminé ; les plages métalliques reliées à des vias sont dénudées par la face avant de la tranche. Après découpage de la tranche en capteurs d'image individuels, au moins une de ces plages, reliée par un via à la grille ajourée, sert de plot de soudure pour une connexion extérieure afin d'amener de l'extérieur, à travers la plage métallique et le via, un potentiel de référence sur la grille ajourée.

Le capteur d'image selon l'invention comprend, sur un substrat de io report, un substrat semiconducteur aminci sur la face avant duquel sont formés une matrice de zones photosensibles et des circuits électroniques associés, et sur la face arrière duquel est formée une couche conductrice métallique opaque ajourée comportant des ouvertures en regard de chaque zone photosensible, la couche métallique constituant, en regard de la matrice photosensible, une grille ajourée à continuité électrique permettant d'amener un potentiel uniforme, sur la face arrière du substrat aminci, en regard de toute la matrice.

Au moins un via conducteur est prévu dans toute l'épaisseur du substrat semiconducteur aminci pour relier électriquement des portions de la couche métallique à des plages métalliques faisant partie des circuits électroniques associés à la matrice.

Dans une première réalisation de l'invention la face avant du substrat aminci est collée contre le substrat de report, et c'est la face arrière du substrat aminci, face qui porte la couche conductrice métallique opaque, qui reste accessible à la fin de la fabrication du capteur d'image, alors que la face avant est inaccessible, enfermée entre le substrat aminci et le substrat de report. Des portions de la couche métallique servent de plots de soudure pour la connexion avec l'extérieur (certaines sont reliées à la grille ajourée, d'autres en sont isolées électriquement).

Dans une autre réalisation, le substrat de report est un substrat transparent et c'est la face arrière du substrat aminci qui est collée contre. le substrat. La face avant du substrat aminci reste accessible après la fin de la fabrication; la face arrière et sa couche d'aluminium ajourée deviennent inaccessibles, enfermées entre le substrat aminci et le substrat définitif transparent. C'est à travers le substrat transparent que le capteur reçoit une image lumineuse à convertir.

De préférence, le substrat semiconducteur est superficiellement surdopé sur une faible profondeur de la face arrière, au moins sous la couche ajourée d'aluminium, avec une quantité d'impuretés de dopage plus élevée sous cette couche que dans les ouvertures de cette couche.

La couche d'aluminium est de préférence revêtue d'un dépôt noir réduisant la réflectivité de la couche. Le substrat aminci peut être recouvert, dans les ouvertures, d'une couche anti-reflet.

Le capteur selon l'invention peut être un capteur d'image en couleur. Des filtres colorés sont de préférence déposés sur face arrière du substrat aminci, sur la couche d'aluminium ajourée; le dépôt est fait postérieurement au dépôt et à la gravure de celle-ci. II est fait avant report sur le substrat transparent définitif dans le cas où le procédé comporte d'abord un report par la face avant sur un substrat provisoire puis un report par la face arrière sur un substrat définitif.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et qui est faite en référence aux dessins 20 annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une tranche semiconductrice sur la face avant de laquelle on a formé des circuits électroniques parmi lesquels une matrice photosensible et des plages métalliques; - les figures 2 à 7 représentent les étapes du procédé selon l'invention dans une première variante de réalisation; - la figure 8 représente un capteur d'image selon l'invention, obtenu dans cette première variante; - les figures 9 à 11 représentent les étapes du procédé dans une 30 deuxième variante; - la figure 12 représente un capteur selon l'invention dans la deuxième variante, reporté sur une embase par une méthode dite "flip-chip" ; - la figure 13 représente un capteur selon l'invention dans la deuxième variante, reporté sur une embase par une méthode avec soudure de fils de connexion.

Pour réaliser un capteur d'image sur un substrat aminci, on part d'une tranche de silicium 10 dont la partie supérieure est constituée par une couche épitaxiale 12 peu dopée (en général de type P, ordre de grandeur 1013 atomes/cm3) de quelques micromètres ou quelques dizaines de micromètres d'épaisseur. On réalise classiquement sur la face avant de cette tranche un ensemble de capteurs d'image destinés à être ultérieurement séparés en puces comportant chacune un capteur individuel. Chaque capteur comporte un réseau matriciel de zones photosensibles, des 1 o interconnexions en lignes et en colonnes, des circuits électroniques d'adressage, des circuits de recueil des charges photogénérées, des circuits de conversion de ces charges en signaux électroniques, et des plages métalliques destinées à être reliées à des connexions extérieures du capteur; les connexions extérieures sont destinées à l'alimentation et à la commande des circuits électroniques du capteur ainsi qu'au recueil des signaux électroniques représentant les images détectées par le capteur. Deux plages métalliques 14 et 15 ont été représentées à titre d'illustration sur la figure 1.

Les capteurs sont faits par des opérations collectives classiques de microélectronique: dépôts de couches isolantes ou conductrices ou semiconductrices, dopages par implantation, opérations thermiques, gravures, etc. Toutes ces opérations sont faites à partir de la face avant de la tranche qui est située en haut sur la figure 1.

Parmi les opérations qui sont réalisées à partir de la face avant de la tranche pour aboutir à un capteur conforme à l'invention, il y a la formation d'une ou plusieurs couches métalliques d'interconnexion en niveaux superposés, parmi lesquelles l'une au moins permet de constituer les plages métalliques telles que 14 et 15.

II y a à ce stade deux grandes possibilités de fabrication qui toutes deux commencent par le report de la tranche par sa face avant sur un substrat de report et l'amincissement de la tranche par sa face arrière jusqu'à ne laisser subsister pratiquement que la couche épitaxiale 12 ou même une partie seulement de l'épaisseur de cette couche. La tranche amincie n'aura plus qu'une épaisseur de quelques micromètres, contenant l'ensemble des circuits fabriqués précédemment à partir de la face avant; cette épaisseur ne permettrait pas d'assurer une tenue mécanique de la tranche pendant les opérations de fabrication collective s'il n'y avait pas le substrat de report; la tenue mécanique est assurée par le substrat de report.

Par la suite, dans une première variante le substrat de report est un substrat définitif, la face arrière de la tranche amincie est accessible et peut être revêtue de filtres colorés; elle porte des métallisations pour l'accès électrique extérieur et ces métallisations doivent être reliées électriquement aux circuits de la face avant par des vias conducteurs dont on parlera plus loin, et notamment des vias en regard de plages métalliques telles que 14 et 15; l'éclairage du capteur d'image se fait par la face arrière, accessible, de la tranche amincie. Dans une deuxième variante, le substrat de report est un substrat provisoire; après amincissement de la tranche et dépôt de filtres colorés sur sa face arrière (pour un capteur couleur), on reporte à nouveau celle-ci, mais cette fois par sa face arrière, sur un substrat définitif, et on enlève le substrat provisoire; la face arrière n'est plus accessible; la face avant redevient accessible et les plages métalliques telles que 14 et 15 peuvent servir de plots d'accès extérieur puisqu'ils affleurent sur cette face avant; des vias conducteurs sont encore présents comme on l'expliquera plus loin; l'éclairage du capteur se fait encore par la face arrière et le substrat définitif doit être transparent.

On s'intéresse d'abord à la première variante et on va décrire les étapes successives de fabrication correspondant à cette variante.

La figure 2 représente le report de la tranche semiconductrice par sa face avant sur un substrat de report définitif 20. La tranche est retournée sur la figure 2, c'est-à-dire que sa face avant est maintenant en bas de la figure tandis que la face arrière est en haut. Le collage est fait avec matière adhésive ou par adhérence moléculaire sans matière adhésive. Dans ce dernier cas, on prévoit de préférence de revêtir au préalable la face avant d'une couche de planarisation 16 avant de la coller contre la face avant du substrat de report; le substrat de report a pu lui-même être revêtu, si nécessaire, d'une couche de planarisation avant l'étape de collage.

La tranche semiconductrice est ensuite amincie à quelques micromètres d'épaisseur. L'amincissement se fait par usinage mécanique complété par un polissage mécanique et/ou chimique. La tranche amincie sera à partir de là désignée par 12 puisqu'elle ne comprend plus, en pratique, que la couche épitaxiale 12, et même une fraction seulement de la couche épitaxiale originale.

On dope alors superficiellement la face arrière de la tranche amincie, avec une impureté de même type que la couche semiconductrice qui reçoit ce dopage (donc une impureté P si la couche est de type P). Ce dopage supplémentaire P+ est destiné à faciliter le contact électrique ultérieur avec une couche métallique. Le dopage est effectué par implantation ionique superficielle, sur une faible profondeur, et il est préférable de prévoir, avant l'opération d'implantation, un dépôt d'oxyde de io silicium mince (SiO, quelques centaines de nanomètres), qui évite d'endommager la surface du silicium. Cette couche d'oxyde mince est enlevée ensuite. La figure 3 représente la tranche amincie sur son substrat de report, à ce stade de la fabrication. La couche superficielle implantée (P+) est désignée par 22. Le dopage peut être de l'ordre de 1015 atomes/cm3.

On procède alors à une opération de photolithographie pour ouvrir des vias sur toute l'épaisseur de la tranche amincie, afin de mettre à nu des plages métalliques telles que 14 et 15 qui ont été formées à partir de la face avant de la tranche semiconductrice dans les étapes précédant le report. Sur la figure 4, on a représenté un via 24 en regard de la plage métallique 14 et un via 25 en regard de la plage 15. D'autres vias peuvent être prévus. Les vias servent à établir des passages pour relier électriquement les plages métalliques de la face avant à des conducteurs qui vont maintenant être formés sur la face arrière.

On dépose alors une couche métallique fortement conductrice et opaque 26 (en pratique de l'aluminium) sur la face arrière de la tranche. La couche d'aluminium 26 repose sur la face arrière implantée de la tranche amincie 12, et elle vient à l'intérieur des vias 24 et 25 en contact avec les plots 14 et 15 respectivement. En dehors des vias, le contact entre le silicium et l'aluminium est un contact ohmique. La figure 4 représente la tranche à ce stade. Les vias ont été représentés comme des tranchées à flancs inclinés avec de l'aluminium déposé sur ces flancs; cependant, si la tranche amincie ne fait que quelques micromètres d'épaisseur, les vias peuvent être constitués par des tranchées étroites à flancs verticaux, gravées par attaque plasma, qui se comblent d'aluminium lors du dépôt de la couche d'aluminium.

On peut à ce stade envisager d'effectuer un dépôt noir sur la couche d'aluminium, pour réduire le coefficient de réflexion de ce dernier.

On grave alors par photolithographie dans la couche d'aluminium 26 un réseau d'ouvertures distribuées selon un motif régulier. Les ouvertures sont formées en regard des zones photosensibles de la matrice afin qu'elles puissent être éclairées; elles seront en effet éclairées par le côté où se trouve cette couche d'aluminium. L'aluminium qui subsiste après cette gravure comporte plusieurs zones, parmi lesquelles une grille ajourée 30, électriquement continue, qui permet de répartir sur toute la surface arrière du 1 o silicium, dans la région correspondant à la matrice photosensible et notamment en son centre, un potentiel constant imposé de l'extérieur. Le réseau d'aluminium qui subsiste peut-être un réseau de fines lignes ou de fines colonnes ou un réseau croisé de lignes et de colonnes comme on le voit à la figure 6. Les ouvertures dans l'aluminium sont de préférence réparties régulièrement avec le même pas que les pixels de manière que la zone photosensible correspondant à chaque pixel soit la moins masquée possible par le réseau croisé de lignes et colonnes d'aluminium: l'aluminium subsiste uniquement sur le pourtour de chaque pixel photosensible sans le masquer. Les lignes et colonnes de la grille ajourée peuvent avoir une largeur de 0,25 à 1 micromètre pour des pixels ayant un pas de quelques micromètres; elles peuvent être plus larges pour des pixels ayant un pas de plus de 10 micromètres.

Bien que la grille ajourée risque de masquer une partie de la surface photosensible, on constate qu'elle a un rôle positif de réduction de la diaphotie entre pixels voisins et donc de la colorimétrie puisqu'elle réduit la proportion de lumière émanant d'un filtre correspondant à un pixel et risquant de tomber sur un pixel voisin.

Outre la grille ajourée d'aluminium 30 subsistent sur la face arrière de la tranche les métallisations 32 dans les vias tels que 24 et 25, éventuellement prolongées par des plots métalliques destinés à la soudure ultérieure de fils de connexion (sauf si les fils peuvent être soudés directement au fond des vias). Sur la figure 5, un plot de soudure 35 est représenté, connecté à la plage 15 par la métallisation 32 du via 25.

Il y aura plusieurs plots d'accès extérieur tels que 35 sur la puce.

Ces plots sont isolés électriquement les uns des autres puisqu'ils correspondent à des fonctions électriques différentes. Un plot au moins est relié électriquement à la grille d'aluminium 30 recouvrant la matrice pour lui apporter un potentiel de référence venant de l'extérieur (potentiel de masse par exemple).

Des vias conducteurs tels que le via 24, qui ne correspondent pas forcément directement à des plots de connexion extérieure, peuvent faire partie d'une série de vias distribués (en principe à la périphérie de la matrice) pour relier de place en place la grille d'aluminium à des conducteurs de face avant (toujours dans un souci d'homogénéité de distribution de potentiels sur la surface de la puce).

La figure 6 représente, en vue de dessus côté face arrière, la configuration du motif d'aluminium pour un capteur individuel. On y voit les ouvertures correspondant à chaque pixel, dans la grille ajourée 30 qui recouvre toute la partie centrale du capteur. La partie 38 qui entoure immédiatement la matrice est continûment opaque, pour masquer les circuits électroniques situés à la périphérie de la matrice; elle est reliée électriquement à la grille ajourée. Dans cette partie, on voit les vias tels que le via 24. Enfin, autour de cette partie 38, on voit des plots de soudure tels que 35 pour les connexions extérieures du capteur. Ils sont isolés électriquement les uns des autres et sont reliés chacun par un via respectif à une plage métallique de la face avant; l'un d'eux peut être relié à la grille ajourée 30.

A ce stade de la fabrication, on grave de préférence uniformément (sans masque) le silicium sur une épaisseur correspondant à peu près à la profondeur de la couche implantée P+, afin de l'éliminer totalement ou partiellement dans les ouvertures de la grille d'aluminium. En effet, la lumière bleue pénètre peu profondément dans le silicium et les électrons qui seraient générés dans la couche P+ auraient du mal à être recueillis par les photodiodes de la matrice. L'implantation P+ ne subsiste alors que sous l'aluminium, où d'une part elle favorise le contact électrique entre la grille et la couche semiconductrice 12, et d'autre part elle limite les risques de migration d'aluminium dans la profondeur de la tranche amincie. L'implantation P+ peut aussi subsister un peu en dehors des ouvertures, mais avec une dose plus faible (ou une profondeur plus faible) que sous l'aluminium.

On peut envisager, à ce stade, de former dans les ouvertures, une couche anti-reflet ou une structure de couches superposées formant couche antireflet.

Pour un capteur couleur, on procède alors aux opérations suivantes: dépôt d'une couche de planarisation transparente 40 (oxyde de silicium), dépôt et gravure de couches de filtres colorés 42 et dépôt d'une couche de protection transparente 44. On ouvre la couche de protection et la couche de planarisation pour dénuder des plages métalliques 35 de soudure de fils de connexion des capteurs.

La figure 7 représente la structure collective à ce stade.

Après toutes ces opérations, effectuées collectivement, on peut procéder à la découpe de la tranche en puces individuelles correspondant chacune à un capteur d'image. Ces puces sont montées dans des boîtiers, et des fils de connexion sont soudés sur les plots de soudure dénudés 35. La figure 8 représente un capteur réalisé et monté sur une embase de boîtier 50 avec un fil de soudure 52. En utilisation, la lumière arrive par le haut, c'est-à-dire par la face arrière de la puce de silicium, le substrat de report 20 étant collé sur l'embase.

On a ainsi décrit une première variante de réalisation de 20 l'invention, qui aboutit à un capteur conforme à la figure 8.

On va maintenant décrire une deuxième variante en référence aux figures 9 à 13.

Les opérations décrites en référence aux figures 1 à 7 restent les mêmes, à l'exception - du fait que le substrat de report 20 est un substrat de report provisoire et doit pouvoir être enlevé ultérieurement de la tranche, soit par séparation, soit par usinage, - du fait que les vias tels que 25 et les plots de soudure 35 ne sont plus nécessaires car les plots de soudure seront constitués comme on le verra par les plages métalliques 15 qui ont été constituées à partir de la face avant de la tranche semiconductrice; le dessin de ces plages doit bien entendu être prévu en conséquence; les vias 24 destinés à relier électriquement la grille métallique 30 à une plage métallique 14 restent nécessaires, la plage 14 servant de plot de soudure pour une connexion qui amène un potentiel de référence sur la grille ajourée 30 (connexion de masse par exemple).

En tenant compte de ces différences et à partir de la structure représentée à la figure 7, on colle (figure 9) sur la face arrière de la tranche semiconductrice amincie, revêtue du motif d'aluminium, des filtres colorés (pour un capteur couleur) et de la couche de protection 44, un substrat de report définitif transparent 60 (en principe une plaquette de quartz). Le collage peut être fait avec apport de matière adhésive transparente, ou sans apport de matière adhésive, par adhérence moléculaire. Dans ce dernier cas, la couche de protection 44 doit servir de couche de planarisation ou bien il faut déposer au préalable sur la couche 44 une couche de planarisation.

Après ce report sur le substrat définitif, on élimine (figure 10) le substrat de report provisoire, par décollement ou par usinage mécanique puis chimique. Cette opération est faite de manière à mettre à nu les plages métalliques 15 qui doivent servir de plots de soudure pour la connexion avec l'extérieur. S'il y avait une couche de planarisation 16 (cf. figure 2), l'épaisseur de celle-ci doit être réduite jusqu'à affleurement des plages 15.

On peut déposer une couche de passivation 62 sur toute la face mise à nu, qui est, on le rappelle, la face avant de la tranche semiconductrice. Cette couche de passivation est alors gravée en regard des plages métalliques 15 qui vont servir de plots de soudure (figure 11).

Après avoir effectué collectivement toutes ces opérations, on procède à la découpe de la tranche en puces individuelles correspondant chacune à un capteur d'image. Le capteur d'image est éclairé encore par la face arrière de la tranche, donc à travers le substrat de report transparent 60.

Le capteur peut être monté sur une embase 50 selon la technique flip-chip dans laquelle les plots de soudure reçoivent des bossages soudables("solder bumps" en anglais) ; la face avant de la puce est alors tournée vers l'embase et soudée sur celle-ci par l'intermédiaire des bossages. La lumière arrive par le côté (de l'embase) qui porte le capteur (figure 12).

Le capteur peut aussi être classiquement monté selon la technique de soudure par fils ("wire-bonding") ; dans ce cas le substrat transparent 60 repose directement sur l'embase 50 (figure 13) et il est nécessaire que l'embase, si elle n'est pas transparente, comporte une fenêtre en regard de la matrice photosensible du capteur; la lumière arrive par l'autre côté de l'embase (côté opposé à celui qui porte le capteur).

Si on revient plus en détail sur l'opération de dépôt et gravure de la couche d'aluminium ajourée (figures 3 à 5), on peut procéder de plusieurs manières, dont deux exemples sont donnés ci-après: Dans une première manière, le principe est qu'avant dépôt de la couche métallique, on effectue une opération de dopage supplémentaire locale dans les zones qui seront recouvertes par la grille, à travers un masque complémentaire de celui qui définit les ouvertures de la grille lors de la gravure de celleci.

Pour cela, on dépose d'abord une couche d'oxyde de silicium mince destinée à protéger la surface de la couche épitaxiale amincie, puis on implante des impuretés de type P à faible dose dans le silicium à faible profondeur sous cette couche. Puis on enlève l'oxyde de silicium, et on dépose une couche anti-reflet (de préférence à base de nitrure de silicium). Ensuite, à travers un masque de résine complémentaire de celui qui définira ultérieurement le motif de grille ajourée, on grave la couche de nitrure là où il y aura la grille d'aluminium et on implante dans la zone non protégée par la résine et le nitrure une dose plus importante (en pratique plus profonde) d'impureté de type P qui se trouvera plus tard sous la grille ajourée.

On dépose alors l'aluminium et on forme un nouveau masque de résine qui recouvre les zones d'aluminium à conserver. La surface du substrat aminci à ce stade comprend donc la grille ajourée, l'implantation P+ de faible profondeur et une couche anti-reflet dans les ouvertures de la grille, et une implantation P+ plus profonde sous le métal de la grille.

Dans une deuxième manière, au lieu d'implanter plus profondément, par une opération spécifique, la zone qui sera ultérieurement recouverte par la grille d'aluminium, on fait une opération d'implantation plus profonde au départ et on élimine ensuite une partie de l'épaisseur implantée.

Pour cela on procède comme suit: on dépose d'abord une couche d'oxyde mince de protection, on effectue l'implantation P à travers l'oxyde. Puis on enlève l'oxyde, et on dépose directement la couche d'aluminium. On forme un masque de résine pour graver la couche d'aluminium selon le motif de grille ajourée, on attaque la surface du silicium dans les ouvertures de la grille pour éliminer une partie de l'épaisseur de la couche implantée. Puis, on dépose une couche antireflet uniforme (par exemple à base de nitrure de silicium) sur la grille et sur la surface de silicium.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un capteur d'image à substrat aminci, comportant: - la formation, à partir de la face avant d'une tranche de matériau semiconducteur (12), d'une matrice de zones photosensibles et de circuits électroniques associés, - le report de la tranche par sa face avant contre la face avant d'un substrat de support (20), - l'élimination, à partir de la face arrière de la tranche de matériau semiconducteur, de la majeure partie de l'épaisseur de cette tranche, io laissant subsister sur le substrat une fine couche semiconductrice comprenant, sur sa face avant, la matrice photosensible et les circuits associés, ce procédé étant caractérisé en ce que, postérieurement à cette élimination, on dépose une couche métallique opaque fortement conductrice (26), et on grave des ouvertures dans cette couche métallique pour éliminer la couche en regard de chacune des zones photosensibles, la couche métallique constituant, en regard de la matrice photosensible, une grille ajourée (30) à continuité électrique permettant d'amener un potentiel uniforme sur la face arrière de la tranche semiconductrice amincie en regard de toute la matrice.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après avoir aminci la tranche et avant de déposer la couche métallique (26), on augmente superficiellement le dopage de la face arrière de la tranche, en créant une couche surdopée (22) dont l'épaisseur est une faible fraction de l'épaisseur résiduelle de la tranche.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après la réalisation des ouvertures de la couche métallique, on élimine, dans les ouvertures, au moins une partie de l'épaisseur de la couche semiconductrice ainsi surdopée.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, avant dépôt de la couche métallique, on effectue une opération de dopage supplémentaire locale dans les zones qui seront recouvertes par la grille, à travers un masque complémentaire de celui qui définit les ouvertures de la 5 grille lors de la gravure de celle-ci.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, avant le dépôt de la couche métallique fortement conductrice, on ouvre des vias dans la tranche semiconductrice, sur la majeure partie de l'épaisseur de celle-ci, jusqu'à mettre à nu des plages métalliques qui ont été formées à partir de la face avant dans les opérations de réalisation de la matrice et des circuits électroniques associés.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, après découpage de la tranche en capteurs individuels, on utilise au moins une portion (35) de la couche métallique, isolée de la grille ajourée et reliée par un via (25) à une plage métallique (15), comme plot de soudure pour la connexion du capteur d'image à l'extérieur.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat de report (20) est un substrat provisoire, un substrat définitif transparent (60) est collé sur la face arrière de la tranche, le substrat provisoire est éliminé, les plages métalliques (15) reliées à des vias sont dénudées par la face avant de la tranche, et, après découpage de la tranche en capteurs d'image individuels, au moins une de ces plages (15), reliée par un via (25) à la grille ajourée, sert de plot de soudure pour une connexion extérieure afin d'amener de l'extérieur, à travers la plage métallique et le via, un potentiel de référence sur la grille ajourée.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour un capteur couleur, après gravure de la couche métallique, on dépose des filtres colorés.

9. Capteur d'image comportant, sur un substrat de report (20, 60), 35 un substrat semiconducteur aminci (12) sur la face avant duquel sont formés une matrice de zones photosensibles et des circuits électroniques associés, caractérisé en ce que, sur la face arrière du substrat aminci, est formée une couche métallique opaque fortement conductrice, ajourée, comportant des ouvertures en regard de chaque zone photosensible, la couche métallique constituant, en regard de la matrice photosensible, une grille ajourée (30) à continuité électrique permettant d'amener un potentiel uniforme, sur la face arrière du substrat aminci, en regard de toute la matrice.

10. Capteur d'image selon la revendication 9, caractérisé en o qu'au moins un via conducteur (24) est prévu dans toute l'épaisseur du substrat semiconducteur aminci pour relier électriquement des portions de la couche métallique ajourée à des plages métalliques (14) faisant partie des circuits électroniques associés à la matrice.

11. Capteur d'image selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la face avant du substrat aminci (12) est collée contre le substrat de report (20), et c'est la face arrière du substrat aminci, face qui porte la couche conductrice métallique opaque, qui reste accessible à la fin de la fabrication du capteur d'image, alors que la face avant est inaccessible, enfermée entre le substrat aminci et le substrat de report, des portions (35) de la couche métallique servant de plots de soudure pour la connexion avec l'extérieur.

12. Capteur d'image selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que des filtres colorés (42) sont déposés sur la grille ajourée (30).

13. Capteur d'image selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le substrat de report (60) est un substrat transparent, la face arrière du substrat aminci étant collée contre le substrat, la face avant du substrat aminci étant accessible et la face arrière et sa couche d'aluminium ajourée étant inaccessibles, enfermées entre le substrat aminci et le substrat définitif transparent.

14. Capteur d'image selon la revendication 13, caractérisé en ce que des filtres colorés (42) sont interposés entre la grille ajourée (30) et le substrat de report transparent (60).

15. Capteur d'image selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur est superficiellement surdopé sur une faible profondeur de la face arrière, au moins sous la couche ajourée d'aluminium, avec une quantité d'impuretés de dopage plus élevée sous cette couche que dans les ouvertures de cette couche.

16. Capteur d'image selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que la grille ajourée (30) est revêtue d'un dépôt noir réduisant la réflectivité de la couche.

17. Capteur d'image selon la revendication 16, caractérisé en ce que le substrat aminci est recouvert, dans les ouvertures de la grille ajourée (30), d'une couche anti-reflet.