WO2021008980A1 - Capteur d'images - Google Patents

Capteur d'images Download PDF

Info

Publication number
WO2021008980A1
WO2021008980A1 PCT/EP2020/069315 EP2020069315W WO2021008980A1 WO 2021008980 A1 WO2021008980 A1 WO 2021008980A1 EP 2020069315 W EP2020069315 W EP 2020069315W WO 2021008980 A1 WO2021008980 A1 WO 2021008980A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
optical sensor
opening
radiation
formation
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/069315
Other languages
English (en)
Inventor
Emeline Saracco
Benjamin BOUTHINON
Tindara VERDUCI
Elodie DESTOUESSE
Jérémy LOUIS
Original Assignee
Isorg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isorg filed Critical Isorg
Priority to US17/625,985 priority Critical patent/US20220246875A1/en
Priority to EP20736358.1A priority patent/EP4000095A1/fr
Priority to CN202080065150.4A priority patent/CN114402452A/zh
Priority to JP2022502564A priority patent/JP2023504960A/ja
Priority to KR1020227004317A priority patent/KR20220031926A/ko
Publication of WO2021008980A1 publication Critical patent/WO2021008980A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present description relates generally to optoelectronic devices based on optical sensors with organic photodiodes integrated on a substrate with MOS transistors.
  • Some sensors are integrated on MOS transistor substrates constituting the control electronics of the photodiodes.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known optoelectronic devices.
  • One embodiment provides for a method of manufacturing an optoelectronic device comprising an optical sensor with organic photodiodes adapted to capture radiation, the optical sensor covering an electronic circuit with MOS transistors, the method comprising the following successive steps:
  • the electronic circuit comprises on the surface at least one electrically conductive pad, the method further comprising the following step:
  • the formation of the first opening is carried out by reactive ionic etching.
  • the formation of the first opening is carried out by laser ablation.
  • the formation of the first opening is carried out by nanoprint lithography.
  • the first layer is made of a material photosensitive to electromagnetic radiation and the formation of the first opening comprises a step of exposing the first layer to said electromagnetic radiation.
  • step b) precedes step c), the method comprising, between steps b) and c), the step of forming a second opening in the second layer, the first opening being formed in step c) in the extension of the second opening.
  • the method further comprises the following steps:
  • step c) forming a block of photosensitive resin facing said electrically conductive pad, said block comprising a top and flanks; perform step c), the second layer covering in particular the top of said block and not completely covering the sides;
  • step c) precedes step b), the second layer also covering the side walls of the first opening.
  • the first layer is made from a material chosen from the group comprising polystyrene, polyepoxides, polyacrylates, organic resins, in particular photosensitive resins, silicon nitride and silicon dioxide.
  • the first layer is deposited by:
  • the first layer has an average thickness between 100 nm and 15 ⁇ m, preferably between 500 nm and 5 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • the second layer is made of a material chosen from the group comprising aluminum oxide, silicon nitride and silicon dioxide.
  • the second layer has an average thickness of between 2 nm and 300 nm.
  • the method further comprises the following steps: formation of a third anti-reflective and / or infrared filtering layer; and forming an array of microlenses.
  • An embodiment also provides an optoelectronic device comprising: an electronic circuit with MOS transistors; an optical sensor with organic photodiodes adapted to capture radiation, the optical sensor covering the electronic circuit; a first layer covering the optical sensor, on the side of the optical sensor opposite to the electronic circuit, the first layer being transparent to said radiation and having a planar face on the side opposite to the optical sensor; and a second layer planes over the first layer.
  • Figure 1 is a sectional view, partial and schematic, of the structure obtained in a step of an embodiment of a method of manufacturing an optoelectronic device comprising organic photodiodes on an integrated circuit with transistors MOS;
  • FIG. 2 illustrates another step of the method
  • FIG. 3 illustrates another step of the method
  • FIG. 4 illustrates another step of the method
  • FIG. 5 illustrates another step of the method
  • FIG. 6 illustrates another step of the method
  • FIG. 7 illustrates another step of the method
  • FIG. 8 illustrates another step of the method
  • FIG. 9 illustrates another step of the method
  • FIG. 10 illustrates another step of the method
  • FIG. 11 illustrates another step of the method
  • FIG. 12 illustrates another step of the method
  • FIG. 13 illustrates another step of the method
  • Figure 14 is a sectional view, partial and schematic, of the structure obtained in a step of another embodiment of a method of manufacturing an optoelectronic device comprising organic photodiodes on an integrated circuit to MOS transistors;
  • FIG. 15 illustrates another step of the method
  • FIG. 16 illustrates another step of the method
  • FIG. 17 illustrates another step of the method
  • FIG. 18 illustrates another step of the method
  • Figure 19 is a sectional view, partial and schematic, of the structure obtained in a step of another embodiment of a method of manufacturing an optoelectronic device comprising organic photodiodes on an integrated circuit to MOS transistors;
  • FIG. 20 illustrates another step of the method
  • FIG. 21 illustrates another step of the method
  • FIG. 22 illustrates another step of the method
  • Figure 23 is a sectional view, partial and schematic, of the structure obtained in a step of another embodiment of a method of manufacturing a optoelectronic device comprising organic photodiodes on an integrated circuit with MOS transistors;
  • FIG. 24 illustrates another step of the method
  • FIG. 25 illustrates another step of the method
  • FIG. 26 illustrates another step of the method
  • FIG. 27 is a schematic, transverse and partial sectional view of an embodiment of a system comprising the optoelectronic device.
  • FIG. 28 is a schematic, transverse and partial sectional view of another embodiment of a system comprising the optoelectronic device.
  • the terms “insulator” and “conductor” respectively mean “electrically insulating” and “electrically conductive”.
  • active area of a photodiode is used to refer to the area of the photodiode in which the majority of the radiation of interest is picked up by the photodiode.
  • the radiation that is to be captured by an optical sensor with photodiodes is called “radiation of interest”.
  • the radiation of interest can comprise the visible spectrum and the near infrared, that is to say the wavelengths between 400 nm and 1100 nm.
  • the transmittance of a layer to radiation is the ratio of the intensity of the radiation leaving the layer to the intensity of the radiation entering the layer, the rays of the incoming radiation being perpendicular to the layer.
  • a layer or a film is said to be opaque to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is less than 10%.
  • a layer or a film is said to be transparent to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is greater than 10%.
  • a film or a layer is said to be impermeable to oxygen when the permeability of the film or of the layer to oxygen at 40 ° C.
  • the oxygen permeability can be measured according to the ASTM D3985 method entitled "Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor". In the following description, a film or a layer is said watertight when the permeability of the film or layer with water at 40 ° C is less than 1.10- 1 g / (m 2 * day) . Water permeability can be measured according to the ASTM F1249 method entitled “Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor".
  • Figures 1 to 13 are sectional views, partial and schematic, of structures obtained in successive steps of an embodiment of a method of manufacturing an optoelectronic device comprising a sensor with organic photodiodes and MOS transistors.
  • Figure 1 is a sectional view, partial and schematic, of an example of integrated circuit 101 comprising a matrix of MOS transistors 102, six MOS transistors 102 being represented schematically by rectangles in the figures.
  • the integrated circuit 101 is produced by conventional techniques in microelectronics. Conductive pads are formed on the surface of the integrated circuit 101. Among these conductive pads, there are pads 106 formed in a zone 105 of the integrated circuit 101 and which will be used as lower electrodes for the organic photodiodes, and, outside the zone.
  • pads 108 which will be used for the polarization of the upper electrode of the photodiodes, a single pad 108 being shown in the figures, and pads 109 which will be used for the polarization of the circuit integrated 101, a single pad 109 being shown in the figures.
  • the integrated circuit 101 can comprise a semiconductor substrate, for example in monocrystalline silicon, in which and on which are formed the insulated gate field effect transistors, also called MOS transistors, for example MOS transistors N-channel and P-channel, and a stack of insulating layers covering the substrate and the transistors 102, conductive tracks and conductive vias being formed in the stack to electrically connect the transistors 102 and the pads 106, 108, 109.
  • the integrated circuit 101 can have a thickness between 100 mpi and 775 mpi, preferably between 200 mpi and 400 mpi
  • FIG. 2 represents the structure obtained after the formation on each pad 106 of an organic interface layer 110.
  • the forming method used can furthermore result in the formation of the organic layer 110 on the pads 108 and 109.
  • the interface layer 110 can be made of cesium carbonate (CsCCL), of metal oxide, in particular of zinc oxide (ZnO), or of a mixture of at least two of these compounds.
  • the interface layer 110 may comprise a self-assembled monomolecular layer or a polymer, for example (polyethyleneimine, ethoxylated polyethyleneimine, poly [(9, 9-bis (3'- (N, N-dimethylamino) propyl) -2 , 7-fluorene) - alt-2, 7- (9, 9-dioctylfluorene)].
  • the thickness of the interface layer 110 is preferably between 0.1 nm and 1 ⁇ m.
  • the interface layer 110 can be grafted in a privileged way on the pads 106 (and possibly 108 and 109), which directly gives the structure shown in FIG. 2. As a variant, the interface layer 110 can be deposited on the entire structure shown. in FIG.
  • the interface layer 110 can be deposited over the entire structure shown in figure 1, this layer having a very low lateral conductivity so that it is not necessary remove it outside of the studs 106.
  • FIG. 3 represents the structure obtained after the formation of an organic layer 111, called an active layer, over the entire structure shown in FIG. 2 and in which the active areas of the photodiodes will be formed, in operation.
  • the active layer 111 can comprise small molecules, oligomers or polymers. They can be organic or inorganic materials.
  • the active layer 111 may comprise an ambipolar semiconductor material, or a mixture of an N-type semiconductor material and a P-type semiconductor material, for example in the form of superimposed layers or of an intimate mixture at the nanometric scale. so as to form a heterojunction by volume.
  • the thickness of the active layer 111 may be between 50 nm and 2 mpi, for example of the order of 300 nm
  • P-type semiconductor polymers suitable for producing the active layer 40 are poly (3-hexylthiophene) (P3HT), poly [N-9 ′ -heptadecanyl-
  • PCDTBT poly [(4, 8-bis- ( 2- ethylhexyloxy) -benzo [1, 2-b; 4, 5-b '] dithiophene) -2, 6-diyl- alt- (4- (2-ethylhexanoyl) -thieno [3, 4-b] thiophene) ) -2, 6-diyl]
  • PBDTTT-C poly [2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) - 1, 4-phenylene-vinylene] (MEH-PPV) or poly [2, 6- (4, 4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b; 3, 4-b '] dithiophene) -alt-
  • N-type semiconductor materials suitable for producing the active layer 112 are fullerenes, in particular C60, [6, 6] -phenyl-C61-butanoate ([60] PCBM), Methyl [6, 6] -phenyl-C71-butanoate ([70] PCBM), perylene diimide, zinc oxide (ZnO) or nanocrystals allowing the formation of quantum dots (in English quantum dots).
  • FIG. 4 shows the structure obtained after the deposition of a layer of photosensitive resin 112 on the active layer 111, and the formation of openings 113 in the photosensitive layer 112, by photolithography techniques, a single opening 113 being shown in Figure 4, for expose the organic layer 111 above the pads 108 and 109.
  • FIG. 5 represents the structure obtained after the etching of openings 114 in the organic layer 111 in the extension of the openings 113 of the photosensitive layer 112, and the etching of the layers 106 to expose the pads 108 and 109.
  • FIG. 6 shows the structure obtained after the removal of the photosensitive layer 112 and after the deposition, on the entire structure, of an electrode layer 115.
  • the electrode layer 115 is in particular in contact. with the studs 108.
  • the electrode layer 115 is at least partially transparent to the light radiation picked up by the active layer 111.
  • the electrode layer 115 may be of a conductive and transparent material, for example of conductive and transparent oxide or TCO (acronym English for Transparent Conductive Oxide), carbon nanotubes, graphene, a conductive polymer, a metal, or a mixture or alloy of at least two of these compounds.
  • TCO conductive and transparent oxide
  • the conductive layer 115 can have a single or multi-layer structure.
  • conductive polymers suitable for making the conductive layer 114 are polyaniline, also called PAni, and the polymer known under the name PEDOT: PSS, which is a mixture of poly (3, 4) -ethylene-dioxythiophene and of sodium polystyrene sulfonate.
  • Examples of metals suitable for making the electrode layer 115 are silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti) and chromium (Cr).
  • An example of a multilayer structure suitable for making the electrode layer 115 is a multilayer structure of AZO and silver of the AZO / Ag / AZO type.
  • the electrode layer 115 is made of PEDOT: PSS.
  • the thickness of the electrode layer 115 may be between 10 nm and 5 ⁇ m, for example of the order of 30 nm. In the case where the electrode layer 115 is metallic, the thickness of the electrode layer 115 is less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 10 nm.
  • FIG. 7 represents the structure obtained after the deposition of a layer of photosensitive resin 116 on the electrode layer 115, and the formation of openings 117 in the photosensitive layer 116, by photolithography techniques, only one opening 117 being shown in FIG. 7, to expose the electrode layer 115 above the pads 109.
  • Figure 8 shows the structure obtained after the etching of openings 118 in the electrode layer 115 in the extension of the openings 117 of the photosensitive layer 116 to expose the pads 109.
  • FIG. 9 represents the structure obtained after the removal of the photosensitive layer 116.
  • the stack 103 of the organic layers 110, 111, 115 comprises an upper face 104.
  • the structure comprises, in the zone 105, a matrix of photodiodes organic 107 forming an optical sensor, each photodiode 107 being defined by the portion of the organic layers 111, 115 facing one of the electrodes 106.
  • six organic photodiodes 107 are represented. .
  • this matrix is located directly above the matrix of transistors 102 which, in operation, can be used for controlling and reading the photodiodes 107. In the present mode of operation.
  • the layer 110 is shown discontinuous at the level of the photodiodes 107 while the organic layers 111 and 115 are shown continuous at the level of the photodiodes 107.
  • the interface layer 110 may be continuous at the level of the photodiodes 107.
  • the organic layers 111, 115 may be discontinuous at the level of the photodiodes 107.
  • at least the active layer 111 and the electrode layer 115 are continuous at least at the level of the photodiodes 107. This allows to avoid a step of etching the layers of the stack 103 to delimit the photodiodes 107.
  • the thickness of the stack may be between 300 nm and 1 ⁇ m, preferably between 300 nm and 500 nm.
  • the layers of the stack 103 forming the organic photodiodes 107 can be formed according to a so-called additive process, for example by direct printing of a fluid or viscous composition comprising the material making up each layer at the locations desired, for example by inkjet printing, heliography, screen printing, flexography, spray coating (in English spray coating) or depositing of drops (in English drop-casting).
  • the process for forming organic layers may correspond to a so-called subtractive process, in which the material making up the layers is deposited over the entire structure and in which the unused portions are then removed, for example by photolithography or laser ablation.
  • the deposition over the entire structure can be carried out, for example, by liquid, by cathode sputtering or by evaporation. They may in particular be processes of the spin coating, spray coating, heliography, slot-die coating, blade coating, flexography or screen printing type.
  • the electronic circuit 101 can have an upper surface comprising reliefs. This results in the formation of level differences in the stack 103, the layers of which match the shape of the electronic circuit 101, and therefore the formation of reliefs on the upper surface 104 of the stack 103.
  • the upper face 104 is not in relief. consequence not plane.
  • the encapsulation layer is substantially impervious to water and to the oxygen in the air so as to protect the organic layers of the stack 103.
  • the encapsulation layer can be made of an inorganic material, for example an oxide. aluminum (AI2O3), silicon oxide (S1O2) or silicon nitride (Si 3 N 4) .
  • the encapsulation layer may have a thickness varying from a few nanometers, for example 2 nm, in particular when the encapsulation layer is formed by depositing atomic layers (ALD, acronym for Atomic Layer Deposition), at a thickness of approximately 200 nm, for example when the encapsulation layer is formed by physical vapor deposition (PVD, acronym for Physical Vapor Deposition) or by plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD, acronym for Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), or even up to a thickness of the order of 10 ⁇ m, in particular when the encapsulation layer comprises a stack of organic and inorganic layers, the inorganic layers possibly being in the materials mentioned above for the encapsulation layer and the organic layers possibly being of an epoxy resin, of an acrylate resin, of parylene or of rubber.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • PECVD plasma-assisted chemical vapor deposition
  • the encapsulation layer comprises a
  • the electrode layer 115 at the top of the stack 103 can be.
  • PEDOT PSS which is a hydrophilic material
  • the formation of the encapsulation layer in Al 2 O 3 by ALD can use water vapor as a precursor.
  • PEDOT PSS with the water vapor during the formation of the encapsulation layer. This can lead to the appearance of mechanical stresses in the stack 103, from which the stack 103 may partially detach from the electronic circuit 101.
  • FIG. 10 represents the structure obtained after the formation of an intermediate layer 201, also called a buffer layer, transparent to the radiation of interest, on the structure shown in FIG. 9.
  • the buffer layer 201 is self-planarizing, that is to say it forms a substantially planar upper face 202 only under the action of gravity.
  • the buffer layer 201 is obtained by depositing a liquid material on the structure shown in FIG. 9, so that the substantially planar upper face 202 is obtained automatically under the action of gravity.
  • the buffer layer 201 can then be obtained by drying the liquid material and / or by polymerizing the liquid material.
  • the quantity of liquid material deposited is such that the buffer layer 201 obtained covers all of the reliefs present on the face 104 of the stack 103.
  • the buffer layer 201 is a dielectric, organic or inorganic layer.
  • organic materials are polystyrene, polyepoxides, polyacrylates or organic resins, in particular photosensitive resins.
  • the viscosity and the thickness of the deposited material are adjusted to obtain the planarization of the encapsulation layer.
  • inorganic materials are S1 3 N 4 and S1O 2 .
  • the buffer layer 201 is made of S13N4 or of S1O 2 , its deposition is, for example, carried out by cathodic sputtering (Sputtering), by PVD, or by PECVD.
  • the method may comprise a step of planarization of the buffer layer 201.
  • the planarization step can be carried out by chemical mechanical polishing (CMP, Chemico-Mechanical Polishing).
  • the average thickness of the buffer layer 201 is between 100 nm and 15 ⁇ m, preferably between 500 nm and 5 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • FIG. 11 shows the structure obtained after a step of forming an encapsulation layer 301 on the face 202 of the buffer layer 201.
  • the encapsulation layer 301 is impermeable to the water and oxygen.
  • the buffer layer 201 already provides protection for the organic layers of the stack 103 against water and oxygen.
  • the encapsulation layer 301 being formed on the face 202 which is substantially planar, this makes it possible to form the encapsulation layer 301 with a substantially constant thickness, which makes it possible to ensure that the properties of the encapsulation layer 301, in particular the tightness, are substantially homogeneous.
  • the material making up the buffer layer 201 is advantageously chosen to be compatible with the process implemented for the formation of the encapsulation layer 301.
  • the encapsulation layer 301 is for example:
  • Al 2 O 3 a layer of aluminum oxide (Al 2 O 3) , obtained for example by ALD;
  • a layer of S1 3 N 4 or of S1O 2 obtained for example by PVD or by PECVD; or
  • a layer of a waterproof and oxygen-tight polymer for example poly (ethylene terephthalate) (PET), poly (ethylene naphthalate) (PEN) or olefin-based copolymers cyclic (COP).
  • PET poly (ethylene terephthalate)
  • PEN poly (ethylene naphthalate)
  • COP olefin-based copolymers cyclic
  • the encapsulation layer 301 has a thickness between 2 nm and 300 nm, preferably between 2 nm and 200 nm, more preferably between 2 nm and 150 nm.
  • FIG. 12 represents the structure obtained after the deposition of a layer of photosensitive resin 401 on the encapsulation layer 301 and the formation of openings 402 in the layer of photosensitive resin 401, by photolithography techniques, for exposing the encapsulation layer 301 at the level of the pads 109, a single opening 402 being shown in FIG. 12.
  • FIG. 13 represents the structure obtained after the etching of openings 403 in the encapsulation layer 301 using the photosensitive layer 401 as an etching mask, the openings 403 being in the extension of the openings 402, possibly the removal of the photosensitive layer 401 and the etching of openings 404 in the buffer layer 201 over the entire thickness of the buffer layer 201 using the encapsulation layer 301 as an etching mask, the openings 404 being in the extension of the openings 402, to expose the studs 109.
  • the openings 403 can be made by wet etching.
  • the 404 openings can be made by reactive ion etching (RIE, acronym for Reactive Ion Etching).
  • the EIR can be carried out with a gas mixture of dioxygen and sulfur hexafluoride (O2 + SF6), a mixture of dioxygen and methane (O 2 + CH 4 ) or pure dioxygen (O2)
  • the openings 403 are obtained by laser ablation of the encapsulation layer 301.
  • the photosensitive layer 401 may not be present.
  • the openings 404 are obtained by laser ablation of the buffer layer 201.
  • the openings 402, 403, 404, seen in a direction perpendicular to the face 202 have an area substantially greater than that of the studs 109.
  • the openings 402, 403, 404, seen in a direction perpendicular to the face 202 have dimensions of the order of 100 ⁇ m * 100 ⁇ m while the pads 109 have dimensions of the order of 70 ⁇ m * 70 ⁇ m.
  • the pads 109 and the openings 404 can be located sufficiently far from the array of photodiodes 107 so that the degradation of the organic layers of the stack 103 at the level of the photodiodes 107 due to water and / or oxygen is reduced.
  • the openings 404 can be filled with a metallic material to allow the optoelectronic device to be connected to an external element.
  • Figures 14 to 18 are sectional views, partial and schematic, of structures obtained in successive steps of another embodiment of a method of fabrication of an optoelectronic device comprising an organic photodiode sensor and MOS transistors.
  • FIG. 14 represents the structure obtained after the implementation of the steps described above in relation to FIGS. 2 to 10, and after the deposition of a layer of photosensitive resin 501 on the buffer layer 201 and the formation of openings 502 in the photosensitive layer 501, by photolithography techniques, to expose the buffer layer 201 at the level of the pads 109, a single opening 502 being shown in FIG. 14.
  • the photosensitive layer 501 can have the same composition and the same thickness as the photosensitive layer 401 described above.
  • FIG. 15 represents the structure obtained after the etching of openings 503 in the buffer layer 201 using the photosensitive layer 501 as an etching mask, the openings 503 being in the extension of the openings 502, to expose the pads 109.
  • the openings 503 can be made by RIE. EIR can be carried out with a gas mixture of dioxygen and sulfur hexafluoride (0 2 + SF 6) , a mixture of dioxygen and methane (O 2 + CH 4 ), or pure dioxygen (O2).
  • the openings 503 are obtained by laser ablation of the buffer layer 201.
  • the openings 503, seen in a direction perpendicular to the face 202 have a surface area substantially greater than that of the pads 109.
  • the openings 503, seen in a direction perpendicular to the face 202 have dimensions of the order of 100 ⁇ m * 100 ⁇ m while the pads 109 have dimensions of the order of 70 ⁇ m * 70 ⁇ m.
  • FIG. 16 represents the structure obtained after a step of removing the photosensitive layer 501 and after a step of forming a sacrificial block 504 on each pad. 109.
  • Each sacrificial block 504 is preferably made of a photosensitive resin.
  • the sacrificial blocks 504 can be formed by photolithography steps.
  • each sacrificial block 504 may have a flared shape moving away from the stud 109 on which it rests, or a so-called cap profile, that is to say have a vertex of larger dimensions than the base in contact with the pad 109.
  • such a shape can be obtained in particular by providing, during the photolithography steps, a step of hardening the surface of the photosensitive layer used to form blocks 504, for example by immersing the resin layer in an aromatic solvent, such as chlorobenzene.
  • such a shape can be obtained during the stage of developing the resin layer, the resin being chosen to have a development rate which varies in the direction perpendicular to the resin layer, the resin layer. resin being more resistant to development on the side of its free upper face.
  • the dimensions of the base of block 504 are greater than those of pad 109 so as to ensure that block 504 covers all of pad 109.
  • Figure 17 shows the structure obtained after a step of depositing an encapsulation layer 505 on the structure shown in Figure 16.
  • the encapsulation layer 505 has the same thickness and the same composition as the layer of encapsulation 301 described above and can be formed by the same methods as those described above for the encapsulation layer 301.
  • the encapsulation layer 505 extends over the buffer layer 201, on the side walls and the bottom of the openings 503 and on the upper face of each sacrificial block 504.
  • the method of forming the encapsulation layer 505 is preferably a directional deposition method so that, due to the flared shape of the block 504 which is wider at its top than at its base, the encapsulation layer 505 does not deposit on at least part of the side walls of the block 504.
  • the encapsulation layer may not be deposited on at least part of the side walls of the block 504, in particular when the cap profile of the block 504 is pronounced and the thickness of the encapsulation layer is very low, for example less than 25 nm.
  • Figure 18 shows the structure obtained after a step of removing the sacrificial blocks 505. According to one embodiment, this is achieved by soaking the structure shown in Figure 17 in a bath containing a solvent which dissolves the sacrificial blocks 505.
  • the present embodiment of the method of making the optoelectronic device has the advantage that the side walls of the openings 503 are covered by the encapsulation layer 505. The protection of the organic photodiodes 107 against water and oxygen is therefore increased.
  • the openings 503 can be filled with a metallic material to allow the optoelectronic device to be connected to an external element.
  • Figures 19 to 22 are sectional views, partial and schematic, of structures obtained in successive steps of another embodiment of a method of manufacturing an optoelectronic device comprising a sensor with organic photodiodes and MOS transistors.
  • FIG. 19 represents the structure obtained after the implementation of the steps described above in relation with FIGS. 2 to 10. There is also shown, in FIG. 19, a punch 601 comprising patterns 602 in relief of micrometric size, a single pattern 602 being shown in FIG. 19, the patterns 602 having substantially complementary shapes to the openings which it is desired to form in the buffer layer 201.
  • FIG. 20 represents the structure obtained after a step of lithography by nanoprinting (NIL, acronym for Nanimprint lithography) comprising the application of the punch 601 against the buffer layer 201 so that the patterns 602 penetrate into the buffer layer 201
  • NIL nanoprinting
  • the application of the punch 601 against the buffer layer 201 is carried out under pressure.
  • the application of the punch 601 against the buffer layer 201 is carried out at a temperature above the glass transition temperature of the material making up the buffer layer 201.
  • FIG. 21 represents the structure obtained after the withdrawal of the punch 601. Recesses 603 having substantially the shape of the desired openings are present in the buffer layer 201. Unwanted residues 604 of the buffer layer 201 may be present, in particular on the pads 109 and the rest of the optoelectronic circuit 101.
  • FIG. 22 represents the structure obtained after a directive etching step, for example plasma etching, to remove the residues 604.
  • the desired openings 605 are thus obtained exposing the pads 109.
  • the present method continues with the deposition of an encapsulation layer, not shown, on the entire structure and in particular in the openings 605 and on the pads 109 and the removal, for example by etching, of the portion of the encapsulation layer to expose the pads 109, or by the formation of blocks of sacrificial resin on the pads 109, by the deposition of the encapsulation layer over the entire structure and by the removal of the blocks sacrificial, for example as has been described previously in relation to Figures 16 to 18.
  • the present embodiment allows the formation of the openings 605 in the buffer layer 201 without the use of a mask, the openings of which are defined by photolithography steps. This can be advantageous, in particular when the buffer layer 201 is thick, insofar as the layer of a photosensitive resin deposited on the buffer layer 201 for use as a mask must generally have a thickness greater than that of the buffer layer 201.
  • FIGS. 23 to 26 are partial and schematic sectional views of structures obtained in successive steps of another embodiment of a method for manufacturing an optoelectronic device comprising a sensor with organic photodiodes and MOS transistors.
  • FIG. 23 represents the structure obtained after the implementation of the steps described above in relation to FIGS. 2 to 10, and after a step of forming a sacrificial block 701 on the buffer layer 201 substantially opposite. -vis of each pad 109.
  • Each sacrificial block 701 is preferably made of a photosensitive resin.
  • the sacrificial blocks 701 can be formed by photolithography steps. According to one embodiment, as shown in FIG. 23, each sacrificial block 701 can have a flared shape moving away from the photosensitive layer 201 or a so-called cap profile, as has been described previously for the blocks 504.
  • FIG. 24 represents the structure obtained after a step of depositing an encapsulation layer 702 on the structure shown in FIG. 23.
  • the encapsulation layer 702 has the same thickness and the same. composition than the encapsulation layer 301 described above and can be formed by the same methods as those described above for the encapsulation layer 301.
  • the encapsulation layer 702 extends over the buffer layer 201 and over the upper face of each sacrificial block 701.
  • the method of forming the encapsulation layer 702 is a directive deposition process so that, due to the flared shape of the block 701, which is wider at its top than at its base, the encapsulation layer
  • FIG. 25 represents the structure obtained after a step of removing the sacrificial blocks 701. According to one embodiment, this is carried out by soaking the structure represented in FIG. 24 in a bath containing a solvent which dissolves the sacrificial blocks. 701. As a variant, the sacrificial blocks 701 can be removed by an isotropic RIE etching step. It is thus delimited openings
  • FIG. 26 represents the structure obtained after the etching of openings 704 in the buffer layer 201 using the encapsulation layer 201 as an etching mask, the openings 704 being in the extension of the openings 703, to expose the pads 109.
  • EIR 704 can be performed by RIE.
  • EIR can be performed with a gas mixture of dioxygen and sulfur hexafluoride (0 2 + SF 6) , a mixture of dioxygen and methane (O 2 + CH 4 ), or pure dioxygen (O2)
  • the pads 109 and the openings 704 can be located sufficiently far from the array of photodiodes 107 so that the degradation of the organic layers of the stack 103 at the level of the photodiodes 107 due to water and / or oxygen is reduced.
  • FIG. 27 is a schematic, transverse and partial sectional view of an embodiment of a system 800 comprising an optoelectronic device 801 manufactured according to one of the embodiments of the manufacturing methods described above.
  • the system 800 further comprises, on the optoelectronic device 801, from bottom to top in FIG. 27:
  • the layer 804 may not be present.
  • the layer 802 placed on the optoelectronic device 801, can have the same composition as the buffer layer 201 described above and be formed by the same methods.
  • Layer 802 may have a thickness between 100 nm and 15 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • the array of microlenses 803 can be deposited on the layer 802 such that each microlens 803 is facing a photodiode (not shown).
  • the microlenses 803 have a thickness of between 0.4 ⁇ m and 10 ⁇ m, preferably between 0.4 ⁇ m and 2 ⁇ m, and a diameter of between 0.9 ⁇ m and 15 ⁇ m, preferably between 0.9 ⁇ m and 3 ⁇ m. .
  • the 803 microlenses can be made of polymethyl methacrylate (PMMA), PET, PEN, COP, polydimethylsiloxane (PDMS) / silicone, or epoxy resin.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PET PET
  • PEN PEN
  • COP polydimethylsiloxane
  • silicone or epoxy resin.
  • the 803 microlenses advantageously allow to increase the collection of rays of the incident radiation towards the photodiodes 107.
  • Layer 804 is deposited on the matrix of microlenses 803.
  • Layer 804 is for example made of a material comprising particles of silicon oxide (SiCp), an acrylic polymer and epoxy resin as binder.
  • Layer 804 can have a thickness between 0.4 ⁇ m and 10 ⁇ m, preferably between 0.4 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • the coating 805 is formed by deposition, preferably of silicon oxynitride.
  • the coating 805 can have a thickness between 50 nm and 1 ⁇ m, preferably between 100 nm and 250 nm.
  • FIG. 28 is a schematic, transverse and partial sectional view of another embodiment of a system 900 comprising an optoelectronic device 801 manufactured according to one of the embodiments of the manufacturing methods described above.
  • the system 900 comprises all the elements of the system 800 described above, with the difference that the layer 804 is not present and that the coating 805 is interposed between the optoelectronic device 801 and the transparent layer 802.
  • FIG. 27 or 28 is preferably implemented when the total thickness of the transparent layer 201 and of the encapsulation layer 501, 505 or 702 is greater than the spacing, or not , between each photodiode, for example of the order of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m, for example approximately 1.1 ⁇ m. This makes it possible to focus the radiation towards each photodiode and thus avoid parasitic excitations of neighboring photodiodes.
  • the etching of openings 404 or 503 in the encapsulation layer 201 involves the deposition of a layer of photosensitive resin 401, 501 on the encapsulation layer 201 and the formation of openings 402, 502 in this resin layer 401, 501 by photolithography steps.
  • the openings 404, 503 can be formed directly in the encapsulation layer by photolithography steps comprising exposure. parts of the radiation photosensitive encapsulation layer.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

La présente description concerne un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant un capteur optique à photodiodes organiques adaptées à capter un rayonnement. Le capteur optique recouvre un circuit électronique (101) à transistors MOS (102). Le procédé comprend la formation, sur le capteur optique, du côté du capteur optique opposé au circuit électronique, d'une première couche (201) transparente audit rayonnement, la première couche ayant une face plane du côté opposé au capteur optique; et la formation d'une deuxième couche (301) sur ladite face, la deuxième couche étant étanche à l'oxygène et à l'eau.

Description

DESCRIPTION
Capteur d 'images
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR19/08017 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine technique
[0001] La présente description concerne de façon générale les dispositifs optoélectroniques à base de capteurs optiques à photodiodes organiques intégrées sur un substrat à transistors MOS.
Technique antérieure
[0002] De nombreuses techniques d'intégration de capteurs optiques sous un écran transparent sont connues, par exemple pour l'intégration d'un capteur d'empreintes digitales dans un téléphone mobile ou pour l'intégration de capteurs optiques dans un écran d'un téléphone mobile pour la reconnaissance faciale .
[0003] Certains capteurs sont intégrés sur des substrats à transistors MOS constituant l'électronique de contrôle des photodiodes .
Résumé de l'invention
[0004] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs optoélectroniques connus.
[0005] Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant un capteur optique à photodiodes organiques adaptées à capter un rayonnement, le capteur optique recouvrant un circuit électronique à transistors MOS, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) formation, sur le capteur optique, du côté du capteur optique opposé au circuit électronique, d'une première couche transparente audit rayonnement, la première couche ayant une face plane du côté opposé au capteur optique ; et
b) formation d'une deuxième couche sur ladite face, la deuxième couche étant étanche à l'oxygène et à l'eau.
[0006] Selon un mode de réalisation, le circuit électronique comprend en surface au moins un plot conducteur électriquement, le procédé comprenant en outre l'étape suivante :
c) formation d'au moins une première ouverture dans la première couche pour exposer ledit plot.
[0007] Selon un mode de réalisation, la formation de la première ouverture est réalisée par gravure ionique réactive.
[0008] Selon un mode de réalisation, la formation de la première ouverture est réalisée par ablation laser.
[0009] Selon un mode de réalisation, la formation de la première ouverture est réalisée par lithographie par nanoimpression .
[0010] Selon un mode de réalisation, la première couche est en un matériau photosensible à un rayonnement électromagnétique et la formation de la première ouverture comprend une étape d'exposition de la première couche audit rayonnement électromagnétique.
[0011] Selon un mode de réalisation, l'étape b) précède l'étape c) , le procédé comprenant, entre les étapes b) et c) , l'étape de formation d'une deuxième ouverture dans la deuxième couche, la première ouverture étant formée à l'étape c) dans le prolongement de la deuxième ouverture.
[0012] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, les étapes suivantes :
former un bloc en résine photosensible en vis-à-vis dudit plot conducteur électriquement, ledit bloc comprenant un sommet et des flancs ; réaliser l'étape c) , la deuxième couche recouvrant notamment le sommet dudit bloc et ne recouvrant pas complètement les flancs ; et
retirer ledit bloc.
[0013] Selon un mode de réalisation, l'étape c) précède l'étape b), la deuxième couche recouvrant en outre les parois latérales de la première ouverture.
[0014] Selon un mode de réalisation, la première couche est réalisée en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polystyrène, les polyépoxydes, les polyacrylates , les résines organiques, notamment les résines photosensibles, le nitrure de silicium et le dioxyde de silicium.
[0015] Selon un mode de réalisation, la première couche est déposée par :
dépôt par voie liquide ;
pulvérisation cathodique ;
dépôt physique en phase vapeur ;
dépôt en couches minces ; ou
dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
[0016] Selon un mode de réalisation, la première couche a une épaisseur moyenne comprise entre 100 nm et 15 pm, de préférence entre 500 nm et 5 pm, préférentiellement entre 1 pm et 3 pm.
[0017] Selon un mode de réalisation, la deuxième couche est réalisée en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'oxyde d'aluminium, le nitrure de silicium et le dioxyde de silicium.
[0018] Selon un mode de réalisation, la deuxième couche a une épaisseur moyenne comprise entre 2 nm et 300 nm. [0019] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, les étapes suivantes : formation d'une troisième couche antireflet et/ou filtrant les infrarouges ; et formation d'une matrice de microlentilles.
[0020] Un mode de réalisation prévoit également un dispositif optoélectronique comprenant : un circuit électronique à transistors MOS ; un capteur optique à photodiodes organiques adaptées à capter un rayonnement, le capteur optique recouvrant le circuit électronique ; une première couche recouvrant le capteur optique, du côté du capteur optique opposé au circuit électronique, la première couche étant transparente audit rayonnement et ayant une face plane du côté opposé au capteur optique ; et une deuxième couche plane sur la première couche.
Brève description des dessins
[0021] 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 :
[0022] la figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, de la structure obtenue à une étape d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant des photodiodes organiques sur un circuit intégré à transistors MOS ;
[0023] la figure 2 illustre une autre étape du procédé ;
[0024] la figure 3 illustre une autre étape du procédé ;
[0025] la figure 4 illustre une autre étape du procédé ;
[0026] la figure 5 illustre une autre étape du procédé ; [0027] la figure 6 illustre une autre étape du procédé ;
[0028] la figure 7 illustre une autre étape du procédé ;
[0029] la figure 8 illustre une autre étape du procédé ;
[0030] la figure 9 illustre une autre étape du procédé ;
[0031] la figure 10 illustre une autre étape du procédé ;
[0032] la figure 11 illustre une autre étape du procédé ;
[0033] la figure 12 illustre une autre étape du procédé ;
[0034] la figure 13 illustre une autre étape du procédé ;
[0035] la figure 14 est une vue en coupe, partielle et schématique, de la structure obtenue à une étape d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant des photodiodes organiques sur un circuit intégré à transistors MOS ;
[0036] la figure 15 illustre une autre étape du procédé ;
[0037] la figure 16 illustre une autre étape du procédé ;
[0038] la figure 17 illustre une autre étape du procédé ;
[0039] la figure 18 illustre une autre étape du procédé ;
[0040] la figure 19 est une vue en coupe, partielle et schématique, de la structure obtenue à une étape d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant des photodiodes organiques sur un circuit intégré à transistors MOS ;
[0041] la figure 20 illustre une autre étape du procédé ;
[0042] la figure 21 illustre une autre étape du procédé ;
[0043] la figure 22 illustre une autre étape du procédé ;
[0044] la figure 23 est une vue en coupe, partielle et schématique, de la structure obtenue à une étape d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant des photodiodes organiques sur un circuit intégré à transistors MOS ;
[0045] la figure 24 illustre une autre étape du procédé ;
[0046] la figure 25 illustre une autre étape du procédé ;
[0047] la figure 26 illustre une autre étape du procédé ;
[0048] la figure 27 est une vue en coupe schématique, transversale et partielle, d'un mode de réalisation d'un système comprenant le dispositif optoélectronique ; et
[0049] la figure 28 est une vue en coupe schématique, transversale et partielle, d'un autre mode de réalisation d'un système comprenant le dispositif optoélectronique.
Description des modes de réalisation
[0050] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les étapes de réalisation des photodiodes organiques et des transistors MOS sous-jacents ne sont pas détaillées.
[0051] En outre, on considère ici que les termes "isolant" et "conducteur" signifient respectivement "isolant électriquement" et "conducteur électriquement". On appelle "zone active" d'une photodiode, la zone de la photodiode dans laquelle la majorité du rayonnement d'intérêt est captée par la photodiode. On appelle "rayonnement d'intérêt" le rayonnement que l'on souhaite capter par un capteur optique à photodiodes. A titre d'exemple, le rayonnement d'intérêt peut comprendre le spectre visible et le proche infrarouge, c'est-à-dire les longueurs d'onde comprises entre 400 nm et 1100 nm. La transmittance d'une couche à un rayonnement correspond au rapport entre l'intensité du rayonnement sortant de la couche et l'intensité du rayonnement entrant dans la couche, les rayons du rayonnement entrant étant perpendiculaires à la couche. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit opaque à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est inférieure à 10 %. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %. Dans la suite de la description, un film ou une couche est dit étanche à l'oxygène lorsque la perméabilité du film ou de la couche à l'oxygène à 40 °C est inférieure à 1.10_1cm3/ (m2*jour) . La perméabilité à l'oxygène peut être mesurée selon la méthode ASTM D3985 intitulée "Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor" . Dans la suite de la description, un film ou une couche est dit étanche à l'eau lorsque la perméabilité du film ou de la couche à l'eau à 40 °C est inférieure à 1.10- 1g/ (m2*jour) . La perméabilité à l'eau peut être mesurée selon la méthode ASTM F1249 intitulée "Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor" .
[0052] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0053] Les figures 1 à 13 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant un capteur à photodiodes organiques et des transistors MOS.
[0054] La figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un exemple de circuit intégré 101 comprenant une matrice de transistors MOS 102, six transistors MOS 102 étant représentés de façon schématique par des rectangles sur les figures. Selon un mode de réalisation, le circuit intégré 101 est réalisé par des techniques classiques en microélectronique. Des plots conducteurs sont formés en surface du circuit intégré 101. Parmi ces plots conducteurs, on distingue des plots 106 formés dans une zone 105 du circuit intégré 101 et qui seront utilisés comme électrodes inférieures pour les photodiodes organiques, et, en dehors de la zone 105, par exemple à la périphérie du circuit 101, des plots 108 qui seront utilisés pour la polarisation de l'électrode supérieure des photodiodes, un seul plot 108 étant représenté sur les figures, et des plots 109 qui seront utilisés pour la polarisation du circuit intégré 101, un seul plot 109 étant représenté sur les figures.
[0055] De façon classique, le circuit intégré 101 peut comprendre un substrat semiconducteur, par exemple en silicium monocristallin, dans lequel et sur lequel sont formés les transistors à effet de champ à grille isolée, également appelés transistors MOS, par exemple des transistors MOS à canal N et à canal P, et un empilement de couches isolantes recouvrant le substrat et les transistors 102, des pistes conductrices et des vias conducteurs étant formés dans l'empilement pour relier électriquement les transistors 102 et les plots 106, 108, 109. Le circuit intégré 101 peut avoir une épaisseur comprise entre 100 mpi et 775 mpi, de préférence entre 200 mpi et 400 mpi
[0056] La figure 2 représente la structure obtenue après la formation sur chaque plot 106 d'une couche organique d'interface 110. Le procédé de formation utilisé peut en outre entraîner la formation de la couche organique 110 sur les plots 108 et 109. La couche d'interface 110 peut être réalisée en carbonate de césium (CsCCL) , en oxyde métallique, notamment en oxyde de zinc (ZnO), ou en un mélange d'au moins deux de ces composés. La couche d'interface 110 peut comprendre une couche monomoléculaire auto-assemblée ou un polymère, par exemple du (polyéthyléneimine, polyéthyléneimine éthoxylé, poly [ (9, 9-bis (3'- (N, N-dimethylamino ) propyl ) -2 , 7-fluorène ) - alt-2 , 7- ( 9, 9-dioctylfluorène) ] . L'épaisseur de la couche d'interface 110 est de préférence comprise entre 0,1 nm et 1 pm. La couche d'interface 110 peut se greffer de façon privilégiée sur les plots 106 (et éventuellement 108 et 109), ce qui donne directement la structure représentée en figure 2. A titre de variante, la couche d'interface 110 peut être déposée sur la totalité de la structure représentée en figure 1, et être ensuite gravée en dehors des plots 106, 108, 109 pour donner le résultat illustré en figure 2. Selon une autre variante non illustrée, la couche d'interface 110 peut être déposée sur la totalité de la structure représentée en figure 1, cette couche ayant une très faible conductivité latérale de sorte qu'il n'est pas nécessaire de la retirer en dehors des plots 106.
[0057] La figure 3 représente la structure obtenue après la formation d'une couche organique 111, appelée couche active, sur l'ensemble de la structure représentée en figure 2 et dans laquelle seront formées, en fonctionnement, les zones actives des photodiodes. La couche active 111 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques. La couche active 111 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou d'un mélange intime à l'échelle nanométrique de façon à former une hétéroj onction en volume. L'épaisseur de la couche active 111 peut être comprise entre 50 nm et 2 mpi, par exemple de l'ordre de 300 nm
[0058] Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la couche active 40 sont le poly ( 3-hexylthiophène ) (P3HT) , le poly [N-9' -heptadécanyl-
2, 7-carbazole-alt-5, 5- (4, 7-di-2-thiényl-2 ' , l' , 3' - benzothiadiazole) ] (PCDTBT) , le poly [ ( 4 , 8-bis- (2- éthylhexyloxy) -benzo [ 1 , 2-b; 4 , 5-b ' ] dithiophène ) -2 , 6-diyl- alt- (4- ( 2-éthylhexanoyl ) -thieno [3, 4-b] thiophène) ) -2, 6-diyl] (PBDTTT-C) , le poly [ 2-méthoxy-5- ( 2-éthyl-hexyloxy) - 1 , 4- phénylène-vinylène ] (MEH-PPV) ou le poly [2 , 6- ( 4 , 4-bis- (2- éthylhexyl ) -4H-cyclopenta [2, 1-b; 3, 4-b ' ] dithiophène ) -alt-
4,7 (2,1, 3-benzothiadiazole ) ] (PCPDTBT) .
[0059] Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la couche active 112 sont les fullerènes, notamment le C60, le [ 6, 6] -phényl-C61-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [ 6, 6] -phényl-C71-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques (en anglais quantum dots) .
[0060] La figure 4 représente la structure obtenue après le dépôt d'une couche de résine photosensible 112 sur la couche active 111, et la formation d'ouvertures 113 dans la couche photosensible 112, par des techniques de photolithographie, une seule ouverture 113 étant représentée en figure 4, pour exposer la couche organique 111 au-dessus des plots 108 et 109.
[0061] La figure 5 représente la structure obtenue après la gravure d'ouvertures 114 dans la couche organique 111 dans le prolongement des ouvertures 113 de la couche photosensible 112, et la gravure des couches 106 pour exposer les plots 108 et 109.
[0062] La figure 6 représente la structure obtenue après le retrait de la couche photosensible 112 et après le dépôt, sur l'ensemble de la structure, d'une couche d'électrode 115. La couche d'électrode 115 est notamment en contact avec les plots 108.
[0063] La couche d'électrode 115 est au moins partiellement transparente au rayonnement lumineux capté par la couche active 111. La couche d'électrode 115 peut être en un matériau conducteur et transparent, par exemple en oxyde conducteur et transparent ou TCO (acronyme anglais pour Transparent Conductive Oxide) , en nanotubes de carbone, en graphène, en un polymère conducteur, en un métal, ou en un mélange ou un alliage d'au moins deux de ces composés. La couche conductrice 115 peut avoir une structure monocouche ou multicouche.
[0064] Des exemples de TCO adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 115 sont l'oxyde d'indium-étain (ITO, de l'anglais Indium Tin Oxide), l'oxyde d'aluminium-zinc (AZO, de l'anglais Aluminium Zinc Oxide) et l'oxyde de gallium-zinc (GZO, de l'anglais Gallium Zinc Oxide) . Des exemples de polymères conducteurs adaptés à la réalisation de la couche conductrice 114 sont la polyaniline, également appelé PAni, et le polymère connu sous la dénomination PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly ( 3 , 4 ) -éthylène-dioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium. Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 115 sont l'argent (Ag) , l'aluminium (Al), l'or (Au), le cuivre (Cu) , le nickel (Ni), le titane (Ti) et le chrome (Cr) . Un exemple de structure multicouche adaptée à la réalisation de la couche d'électrode 115 est une structure multicouche d'AZO et d'argent de type AZO/Ag/AZO. De préférence, la couche d'électrode 115 est en PEDOT:PSS.
[0065] L'épaisseur de la couche d'électrode 115 peut être comprise entre 10 nm et 5 pm, par exemple de l'ordre de 30 nm. Dans le cas où la couche d'électrode 115 est métallique, l'épaisseur de la couche d'électrode 115 est inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 10 nm.
[0066] La figure 7 représente la structure obtenue après le dépôt d'une couche de résine photosensible 116 sur la couche d'électrode 115, et la formation d'ouvertures 117 dans la couche photosensible 116, par des techniques de photolithographie, une seule ouverture 117 étant représentée en figure 7, pour exposer la couche d'électrode 115 au-dessus des plots 109.
[0067] La figure 8 représente la structure obtenue après la gravure d'ouvertures 118 dans la couche d'électrode 115 dans le prolongement des ouvertures 117 de la couche photosensible 116 pour exposer les plots 109.
[0068] La figure 9 représente la structure obtenue après le retrait de la couche photosensible 116. L'empilement 103 des couches organiques 110, 111, 115 comprend une face supérieure 104. La structure comporte, dans la zone 105, une matrice de photodiodes organiques 107 formant un capteur optique, chaque photodiode 107 étant définie par la portion des couches organiques 111, 115 en vis-à-vis de l'une des électrodes 106. Dans l'exemple de la figure 9, six photodiodes organiques 107 sont représentées. En pratique, cette matrice se trouve à l'aplomb de la matrice de transistors 102 qui, en fonctionnement, peuvent être utilisés pour la commande et la lecture des photodiodes 107. Dans le présent mode de réalisation, la couche 110 est représentée discontinue au niveau des photodiodes 107 tandis que les couches organiques 111 et 115 sont représentées continues au niveau des photodiodes 107. A titre de variante, la couche d'interface 110 peut être continue au niveau des photodiodes 107. A titre de variante, les couches organiques 111, 115 peuvent être discontinues au niveau des photodiodes 107. De préférence, au moins la couche active 111 et la couche d'électrode 115 sont continues au moins au niveau des photodiodes 107. Ceci permet d'éviter une étape de gravure des couches de l'empilement 103 pour délimiter les photodiodes 107. L'épaisseur de l'empilement peut être comprise entre 300 nm et 1 pm, de préférence entre 300 nm et 500 nm.
[0069] Selon un mode de réalisation, les couches de l'empilement 103 formant les photodiodes organiques 107 peuvent être formées selon un procédé dit additif, par exemple par impression directe d'une composition fluide ou visqueuse comprenant le matériau composant chaque couche aux emplacements souhaités, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie , revêtement par pulvérisation (en anglais spray coating) ou dépôt de gouttes (en anglais drop-casting) . Le procédé de formation des couches organiques peut correspondre à un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau composant les couches est déposé sur la totalité de la structure et dans lequel les portions non utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Selon le matériau considéré, le dépôt sur la totalité de la structure peut être réalisé, par exemple, par voie liquide, par pulvérisation cathodique ou par évaporation. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (en anglais slot-die coating) , revêtement à la lame (en anglais blade-coating) , flexographie ou sérigraphie. [0070] Le circuit électronique 101 peut présenter une surface supérieure comprenant des reliefs. Il en résulte la formation de différences de niveau dans l'empilement 103 dont les couches épousent la forme du circuit électronique 101, et donc la formation de reliefs sur la surface supérieure 104 de l'empilement 103. La face supérieure 104 n'est en conséquence pas plane.
[0071] Lors d'un procédé de fabrication usuel d'un dispositif optoélectronique à base de capteurs optiques à photodiodes organiques, il est nécessaire de recouvrir l'empilement 103 de couches organiques par une couche de protection, également appelée couche d'encapsulation. La couche d'encapsulation est sensiblement étanche à l'eau et à l'oxygène de l'air de façon à protéger les couches organiques de l'empilement 103. La couche d'encapsulation peut être en un matériau inorganique, par exemple en oxyde d'aluminium (AI2O3) , en oxyde de silicium (S1O2) ou en nitrure de silicium (Si3N4) . La couche d'encapsulation peut avoir une épaisseur variant de quelques nanomètres, par exemple 2 nm, notamment lorsque la couche d'encapsulation est formée par dépôt de couches atomiques (ALD, sigle anglais pour Atomic Layer Déposition) , à une épaisseur d'environ 200 nm, par exemple lorsque la couche d'encapsulation est formée par dépôt physique en phase vapeur (PVD, sigle anglais pour Physical Vapor Déposition) ou par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD, sigle anglais pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition) , voire jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 10 pm, notamment lorsque la couche d'encapsulation comprend un empilement de couches organiques et inorganiques, les couches inorganiques pouvant être dans les matériaux cités précédemment pour la couche d'encapsulation et les couches organiques pouvant être en une résine époxy, en une résine acrylate, en parylène ou en caoutchouc. [0072] La présence de reliefs sur la face 104 rend difficile la réalisation d'un dépôt homogène pour former la couche d'encapsulation. Les propriétés d'étanchéité souhaitées de la couche d'encapsulation peuvent alors ne pas être atteintes localement. En outre, le procédé de fabrication de la couche d' encapsulation peut ne pas être compatible avec la nature organique des couches de l'empilement 103. A titre d'exemple la couche d'électrode 115 au sommet de l'empilement 103 peut être en PEDOT:PSS qui est un matériau hydrophile et la formation de la couche d'encapsulation en AI2O3 par ALD peut utiliser de la vapeur d'eau comme précurseur. Il y aura donc une interaction du PEDOT:PSS avec la vapeur d'eau lors de la formation de la couche d'encapsulation. Ceci peut entraîner l'apparition de contraintes mécaniques dans l'empilement 103, d'où il peut résulter un décollement partiellement de l'empilement 103 par rapport au circuit électronique 101.
[0073] La figure 10 représente la structure obtenue après la formation d'une couche intermédiaire 201, également appelée couche tampon, transparente au rayonnement d'intérêt, sur la structure représentée en figure 9. Selon un mode de réalisation, la couche tampon 201 est auto-planarisante, c'est-à-dire qu'elle forme une face supérieure 202 sensiblement plane seulement sous l'action de la gravité. Selon un mode de réalisation, la couche tampon 201 est obtenue par le dépôt d'un matériau liquide sur la structure représentée en figure 9, de sorte que la face supérieure 202 sensiblement plane est obtenue automatiquement sous l'action de la gravité. La couche tampon 201 peut alors être obtenue par séchage du matériau liquide et/ou par polymérisation du matériau liquide. De préférence, la quantité de matériau liquide déposée est telle que la couche tampon 201 obtenue recouvre la totalité des reliefs présents sur la face 104 de l'empilement 103. [0074] Selon un mode de réalisation, la couche tampon 201 est une couche diélectrique, organique ou inorganique. Des exemples de matériaux organiques sont le polystyrène, les polyépoxydes, les polyacrylates ou les résines organiques, notamment les résines photosensibles. En particulier, la viscosité et l'épaisseur du matériau déposé sont ajustées pour obtenir la planarisation de la couche d'encapsulation. Des exemples de matériaux inorganiques sont le S13N4 et le S1O2. Dans le cas où la couche tampon 201 est en S13N4 ou en S1O2, son dépôt est, par exemple, effectué par pulvérisation cathodique (Sputtering) , par PVD, ou par PECVD.
[0075] Selon un autre mode de réalisation, dans le cas où le procédé de formation de la couche d'encapsulation ne permet l'obtention automatique de la face 202 sensiblement plane, le procédé peut comprendre une étape de planarisation de la couche tampon 201. Selon un mode de réalisation, l'étape de planarisation peut être réalisée par polissage mécano- chimique (CMP, Chemico-Mechanical Polishing) .
[0076] L'épaisseur moyenne de la couche tampon 201 est comprise entre 100 nm et 15 pm, de préférence entre 500 nm et 5 pm, préférentiellement entre 1 pm et 3 pm.
[0077] La figure 11 représente la structure obtenue après une étape de formation d'une couche d'encapsulation 301 sur la face 202 de la couche tampon 201. Selon un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 301 est étanche à l'eau et à l'oxygène. De préférence, la couche tampon 201 apporte déjà une protection pour les couches organiques de l'empilement 103 contre l'eau et l'oxygène. La couche d'encapsulation 301 étant formée sur la face 202 qui est sensiblement plane, ceci permet de former la couche d'encapsulation 301 avec une épaisseur sensiblement constante, ce qui permet d'assurer que les propriétés de la couche d'encapsulation 301, notamment l'étanchéité, sont sensiblement homogènes. En outre, le matériau composant la couche tampon 201 est avantageusement choisi pour être compatible avec le procédé mis en oeuvre pour la formation de la couche d'encapsulation 301.
[0078] La couche d'encapsulation 301 est par exemple :
une couche d'oxyde d'aluminium (AI2O3) , obtenue par exemple par ALD ;
une couche de S13N4 ou de S1O2, obtenue par exemple par PVD ou par PECVD ; ou
une couche d'un polymère étanche à l'eau et à l'oxygène, par exemple le poly ( téréphtalate d'éthylène) (PET), le poly (naphtalate d'éthylène) (PEN) ou les copolymères à base d'oléfines cycliques (COP).
[0079] Selon un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 301 a une épaisseur comprise entre 2 nm et 300 nm, de préférence entre 2 nm et 200 nm, plus préférentiellement entre 2 nm et 150 nm.
[0080] La figure 12 représente la structure obtenue après le dépôt d'une couche de résine photosensible 401 sur la couche d'encapsulation 301 et la formation d'ouvertures 402 dans la couche de résine photosensible 401, par des techniques de photolithographie, pour exposer la couche d'encapsulation 301 au niveau des plots 109, une seule ouverture 402 étant représentée en figure 12.
[0081] La figure 13 représente la structure obtenue après la gravure d'ouvertures 403 dans la couche d'encapsulation 301 en utilisant la couche photosensible 401 comme masque de gravure, les ouvertures 403 étant dans le prolongement des ouvertures 402, éventuellement le retrait de la couche photosensible 401 et la gravure d'ouvertures 404 dans la couche tampon 201 sur la totalité de l'épaisseur de la couche tampon 201 en utilisant la couche d'encapsulation 301 comme masque de gravure, les ouvertures 404 étant dans le prolongement des ouvertures 402, pour exposer les plots 109. Les ouvertures 403 peuvent être réalisées par gravure humide. Les ouvertures 404 peuvent être réalisées par gravure ionique réactive (RIE, sigle anglais pour Reactive Ion Etching) . La RIE peut être réalisée avec un mélange gazeux de dioxygène et d'hexafluorure de soufre (O2+SF6) , un mélange de dioxygène et de méthane (O2+CH4) ou du dioxygène pur (O2) · Selon un autre mode de réalisation, les ouvertures 403 sont obtenues par ablation laser de la couche d'encapsulation 301. Dans ce cas, la couche photosensible 401 peut ne pas être présente. Selon un autre mode de réalisation, les ouvertures 404 sont obtenues par ablation laser de la couche tampon 201.
[0082] Selon un mode de réalisation, les ouvertures 402, 403, 404, vues selon une direction perpendiculaire à la face 202, ont une superficie sensiblement supérieure à celles des plots 109. Par exemple, les ouvertures 402, 403, 404, vues selon une direction perpendiculaire à la face 202, ont des dimensions de l'ordre de 100 pm*100 pm alors que les plots 109 ont des dimensions de l'ordre de 70 pm*70 pm.
[0083] Même si les parois latérales des ouvertures 404 ne sont pas recouvertes par la couche d'encapsulation 301, on bénéficie néanmoins des propriétés d'étanchéité de la couche tampon 201 à l'eau et à l'oxygène. En outre, les plots 109 et les ouvertures 404 peuvent être situés suffisamment loin de la matrice de photodiodes 107 de façon que la dégradation des couches organiques de l'empilement 103 au niveau des photodiodes 107 dues à l'eau et/ou à l'oxygène soit réduite.
[0084] Les ouvertures 404 peuvent être remplies d'un matériau métallique pour permettre de connecter le dispositif optoélectronique à un élément extérieur.
[0085] Les figures 14 à 18 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant un capteur à photodiodes organiques et des transistors MOS.
[0086] La figure 14 représente la structure obtenue après la mise en oeuvre des étapes décrites précédemment en relation avec les figures 2 à 10, et après le dépôt d'une couche de résine photosensible 501 sur la couche tampon 201 et la formation d'ouvertures 502 dans la couche photosensible 501, par des techniques de photolithographie, pour exposer la couche tampon 201 au niveau des plots 109, une seule ouverture 502 étant représentée en figure 14. La couche photosensible 501 peut avoir la même composition et la même épaisseur que la couche photosensible 401 décrite précédemment.
[0087] La figure 15 représente la structure obtenue après la gravure d'ouvertures 503 dans la couche tampon 201 en utilisant la couche photosensible 501 comme masque de gravure, les ouvertures 503 étant dans le prolongement des ouvertures 502, pour exposer les plots 109. Les ouvertures 503 peuvent être réalisées par RIE. La RIE peut être réalisée avec un mélange gazeux de dioxygène et d'hexafluorure de soufre (02+SF6) , un mélange de dioxygène et de méthane (O2+CH4) , ou du dioxygène pur (O2) · Selon un autre mode de réalisation, les ouvertures 503 sont obtenues par ablation laser de la couche tampon 201.
[0088] Selon un mode de réalisation, les ouvertures 503, vues selon une direction perpendiculaire à la face 202, ont une superficie sensiblement supérieure à celles des plots 109. A titre d'exemple, les ouvertures 503, vues selon une direction perpendiculaire à la face 202, ont des dimensions de l'ordre de 100 pm*100 pm alors que les plots 109 ont des dimensions de l'ordre de 70 pm*70 pm.
[0089] La figure 16 représente la structure obtenue après une étape de retrait de la couche photosensible 501 et après une étape de formation d'un bloc sacrificiel 504 sur chaque plot 109. Chaque bloc sacrificiel 504 est de préférence en une résine photosensible. Les blocs sacrificiels 504 peuvent être formés par des étapes de photolithographie. Selon un mode de réalisation, comme cela est représenté en figure 16, chaque bloc sacrificiel 504 peut avoir une forme évasée en s'éloignant du plot 109 sur lequel il repose, ou un profil dit en casquette, c'est-à-dire avoir un sommet de dimensions plus importantes que la base en contact avec le plot 109. Selon un exemple, une telle forme peut être obtenue notamment en prévoyant, lors des étapes de photolithographie, une étape de durcissement de la surface de la couche photosensible utilisée pour former les blocs 504, par exemple en plongeant la couche de résine dans un solvant aromatique, tel que le chlorobenzène . Selon un autre exemple, une telle forme peut être obtenue au cours de l'étape de développement de la couche de résine, la résine étant choisie pour présenter un taux de développement qui varie selon la direction perpendiculaire à la couche de résine, la couche de résine étant plus résistante au développement du côté de sa face supérieure libre. Selon un mode de réalisation, les dimensions de la base du bloc 504 sont supérieures à celles du plot 109 de façon à assurer que le bloc 504 recouvre la totalité du plot 109.
[0090] La figure 17 représente la structure obtenue après une étape de dépôt d'une couche d'encapsulation 505 sur la structure représentée en figure 16. La couche d'encapsulation 505 a la même épaisseur et la même composition que la couche d'encapsulation 301 décrite précédemment et peut être formée par les mêmes procédés que ceux décrits précédemment pour la couche d'encapsulation 301. La couche d'encapsulation 505 s'étend sur la couche tampon 201, sur les parois latérales et le fond des ouvertures 503 et sur la face supérieure de chaque bloc sacrificiel 504. Le procédé de formation de la couche d'encapsulation 505 est de préférence un procédé de dépôt directif de sorte que, en raison de la forme évasée du bloc 504 qui est plus large à son sommet qu'à sa base, la couche d'encapsulation 505 ne se dépose pas sur au moins une partie des parois latérales du bloc 504. Toutefois, même avec un procédé de dépôt connu pour être conforme, par exemple l'ALD, la couche d'encapsulation peut ne pas se déposer sur au moins une partie des parois latérales du bloc 504 notamment lorsque le profil en casquette du bloc 504 est prononcé et que l'épaisseur de la couche d'encapsulation est très faible, par exemple inférieure à 25 nm.
[0091] La figure 18 représente la structure obtenue après une étape de retrait des blocs sacrificiels 505. Selon un mode de réalisation, ceci est réalisé par le trempage de la structure représentée en figure 17 dans un bain contenant un solvant qui dissout les blocs sacrificiels 505.
[0092] Le présent mode de réalisation du procédé de réalisation du dispositif optoélectronique présente l'avantage que les parois latérales des ouvertures 503 sont recouvertes par la couche d'encapsulation 505. La protection des photodiodes organiques 107 contre l'eau et l'oxygène est donc augmentée.
[0093] Les ouvertures 503 peuvent être remplies d'un matériau métallique pour permettre de connecter le dispositif optoélectronique à un élément extérieur.
[0094] Les figures 19 à 22 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant un capteur à photodiodes organiques et des transistors MOS.
[0095] La figure 19 représente la structure obtenue après la mise en oeuvre des étapes décrites précédemment en relation avec les figures 2 à 10. On a en outre représenté, en figure 19, un poinçon 601 comprenant des motifs 602 en relief de taille micrométrique, un seul motif 602 étant représenté en figure 19, les motifs 602 ayant sensiblement des formes complémentaires des ouvertures que l'on souhaite former dans la couche tampon 201.
[0096] La figure 20 représente la structure obtenue après une étape de lithographie par nanoimpression (NIL, sigle anglais pour Nanimprint lithography) comprenant l'application du poinçon 601 contre la couche tampon 201 de façon que les motifs 602 pénètrent dans la couche tampon 201. Selon un mode de réalisation, l'application du poinçon 601 contre la couche tampon 201 est réalisée sous pression. Selon un mode de réalisation, l'application du poinçon 601 contre la couche tampon 201 est réalisée à une température supérieure à la température de transition vitreuse du matériau composant la couche tampon 201.
[0097] La figure 21 représente la structure obtenue après le retrait du poinçon 601. Des évidements 603 ayant sensiblement la forme des ouvertures souhaitées sont présents dans la couche tampon 201. Des résidus 604 indésirables de la couche tampon 201 peuvent être présents, notamment sur les plots 109 et le reste du circuit optoélectronique 101.
[0098] La figure 22 représente la structure obtenue après une étape de gravure directive, par exemple de gravure au plasma, pour retirer les résidus 604. On obtient ainsi les ouvertures 605 souhaitées exposant les plots 109.
[0099] Le présent procédé se poursuit par le dépôt d'une couche d'encapsulation, non représentée, sur la totalité de la structure et notamment dans les ouvertures 605 et sur les plots 109 et le retrait, par exemple par gravure, de la portion de la couche d'encapsulation pour exposer les plots 109, ou par la formation de blocs de résine sacrificiels sur les plots 109, par le dépôt de la couche d'encapsulation sur l'ensemble de la structure et par le retrait des blocs sacrificiels, par exemple comme cela a été décrit précédemment en relation avec les figures 16 à 18.
[0100] Le présent mode de réalisation permet la formation des ouvertures 605 dans la couche tampon 201 sans l'utilisation d'un masque dont les ouvertures sont définies par des étapes de photolithographie. Ceci peut être avantageux, notamment lorsque la couche tampon 201 est épaisse, dans la mesure où la couche d'une résine photosensible déposée sur la couche tampon 201 pour une utilisation comme masque doit généralement avoir une épaisseur supérieure à celle de la couche tampon 201.
[0101] Les figures 23 à 26 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant un capteur à photodiodes organiques et des transistors MOS.
[0102] La figure 23 représente la structure obtenue après la mise en oeuvre des étapes décrites précédemment en relation avec les figures 2 à 10, et après une étape de formation d'un bloc sacrificiel 701 sur la couche tampon 201 sensiblement en vis-à-vis de chaque plot 109. Chaque bloc sacrificiel 701 est de préférence en une résine photosensible. Les blocs sacrificiels 701 peuvent être formés par des étapes de photolithographie. Selon un mode de réalisation, comme cela est représenté en figure 23, chaque bloc sacrificiel 701 peut avoir une forme évasée en s'éloignant de la couche photosensible 201 ou un profil dit en casquette, comme cela a été décrit précédemment pour les blocs 504.
[0103] La figure 24 représente la structure obtenue après une étape de dépôt d'une couche d'encapsulation 702 sur la structure représentée en figure 23. Selon un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 702 a la même épaisseur et la même composition que la couche d'encapsulation 301 décrite précédemment et peut être formée par les mêmes procédés que ceux décrits précédemment pour la couche d'encapsulation 301. La couche d'encapsulation 702 s'étend sur la couche tampon 201 et sur la face supérieure de chaque bloc sacrificiel 701. Le procédé de formation de la couche d'encapsulation 702 est un procédé de dépôt directif de sorte que, en raison de la forme évasée du bloc 701, qui est plus large à son sommet qu'à sa base, la couche d'encapsulation
702 ne se dépose pas sur au moins une partie des parois latérales du bloc 701.
[0104] La figure 25 représente la structure obtenue après une étape de retrait des blocs sacrificiels 701. Selon un mode de réalisation, ceci est réalisé par le trempage de la structure représentée en figure 24 dans un bain contenant un solvant qui dissout les blocs sacrificiels 701. A titre de variante, les blocs sacrificiels 701 peuvent être retirés par une étape de gravure RIE isotrope. Il est ainsi délimité des ouvertures
703 dans la couche d'encapsulation 702 aux emplacements occupés auparavant par les blocs sacrificiels 701, une seule ouverture 703 étant représentée en figure 25.
[0105] La figure 26 représente la structure obtenue après la gravure d'ouvertures 704 dans la couche tampon 201 en utilisant la couche d'encapsulation 201 comme masque de gravure, les ouvertures 704 étant dans le prolongement des ouvertures 703, pour exposer les plots 109. Les ouvertures
704 peuvent être réalisées par RIE. La RIE peut être réalisée avec un mélange gazeux de dioxygène et d'hexafluorure de soufre (02+SF6) , un mélange de dioxygène et de méthane (O2+CH4) , ou du dioxygène pur (O2) ·
[0106] Même si les parois latérales des ouvertures 704 ne sont pas recouvertes par la couche d'encapsulation 702, on bénéficie néanmoins des propriétés d'étanchéité de la couche tampon 201 à l'eau et à l'oxygène. En outre, les plots 109 et les ouvertures 704 peuvent être situés suffisamment loin de la matrice de photodiodes 107 de façon que la dégradation des couches organiques de l'empilement 103 au niveau des photodiodes 107 dues à l'eau et/ou à l'oxygène soit réduite.
[0107] La figure 27 est une vue en coupe schématique, transversale et partielle, d'un mode de réalisation d'un système 800 comprenant un dispositif optoélectronique 801 fabriqué selon l'un des modes de réalisation de procédés de fabrication décrits précédemment.
[0108] Le système 800 comprend, en outre, sur le dispositif optoélectronique 801, de bas en haut en figure 27 :
une couche transparente 802 plane ;
une matrice de microlentilles 803 ;
une couche 804 ayant un faible indice de réfraction, la couche 804 pouvant ne pas être présente ; et
un revêtement 805 antireflet et/ou filtrant les infrarouges.
[0109] La couche 802, disposée sur le dispositif optoélectronique 801, peut avoir la même composition que la couche tampon 201 décrite précédemment et être formée par les mêmes procédés. La couche 802 peut avoir une épaisseur comprise entre 100 nm et 15 pm, de préférence entre 1 pm et 3 pm.
[0110] La matrice de microlentilles 803 peut être déposée sur la couche 802 de sorte que chaque microlentille 803 soit en vis-à-vis d'une photodiode (non représentée) . Les microlentilles 803 ont une épaisseur comprise entre 0,4 pm et 10 pm, de préférence entre 0,4 pm et 2 pm, et un diamètre compris entre 0,9 pm et 15 pm, de préférence entre 0,9 pm et 3 pm. Les microlentilles 803 peuvent être réalisées en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) , en PET, en PEN, en COP, en polydiméthylsiloxane (PDMS) /silicone, ou en résine époxy. Les microlentilles 803 permettent de façon avantageuse d'augmenter la collection de rayons du rayonnement incident vers les photodiodes 107.
[0111] La couche 804 est déposée sur la matrice de microlentilles 803. La couche 804 est par exemple en un matériau comprenant des particules d'oxyde de silicium (SiCp) , un polymère acrylique et de la résine époxy comme liant. La couche 804 peut avoir une épaisseur comprise entre 0,4 pm et 10 pm, de préférence entre 0,4 pm et 3 pm.
[0112] Selon un mode de réalisation, le revêtement 805 est formé par dépôt, de préférence d'oxynitrure de silicium
(SiOxNy ou Silicon oxynitride) , sur la couche 804 ou directement sur la matrice de microlentilles 803. Le revêtement 805 peut avoir une épaisseur comprise entre 50 nm et 1 pm, de préférence entre 100 nm et 250 nm.
[0113] La figure 28 est une vue en coupe schématique, transversale et partielle, d'un autre mode de réalisation d'un système 900 comprenant un dispositif optoélectronique 801 fabriqué selon l'un des modes de réalisation de procédés de fabrication décrits précédemment.
[0114] Le système 900 comprend l'ensemble des éléments du système 800 décrit précédemment, à la différence que la couche 804 n'est pas présente et que le revêtement 805 est interposé entre le dispositif optoélectronique 801 et la couche transparente 802.
[0115] Le mode de réalisation de la figure 27 ou 28 est de préférence mis en oeuvre lorsque l'épaisseur totale de la couche transparente 201 et de la couche d'encapsulation 501, 505 ou 702 est supérieure à l'espacement, ou pas, entre chaque photodiode, par exemple de l'ordre de 1 pm à 10 pm, de préférence de 1 pm à 3 pm, par exemple environ 1,1 pm. Cela permet de focaliser le rayonnement vers chaque photodiode et éviter ainsi les excitations parasites des photodiodes voisines .
[0116] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à l'homme de l'art.
[0117] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci- dessus. En particulier, dans les étapes des modes de réalisation décrits précédemment en relation avec les figures 10 à 13 et 14 et 15, la gravure d'ouvertures 404 ou 503 dans la couche d'encapsulation 201 met en oeuvre le dépôt d'une couche de résine photosensible 401, 501 sur la couche d'encapsulation 201 et la formation d'ouvertures 402, 502 dans cette couche de résine 401, 501 par des étapes de photolithographie. Selon un autre mode de réalisation, dans le cas où la couche d'encapsulation 201 est en un matériau photosensible à un rayonnement, les ouvertures 404, 503 peuvent être formées directement dans la couche d'encapsulation par des étapes de photolithographie comprenant l'exposition de parties de la couche d'encapsulation photosensible au rayonnement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant un capteur optique à photodiodes organiques (107) adaptées à capter un rayonnement, le capteur optique recouvrant un circuit électronique (101) à transistors MOS (102), le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) formation, sur le capteur optique, du côté du capteur optique opposé au circuit électronique, d'une première couche (201) transparente audit rayonnement, la première couche ayant une face (202) plane du côté opposé au capteur optique ; et
b) formation d'une deuxième couche (301 ; 505 ; 702) sur ladite face, la deuxième couche étant étanche à l'oxygène et à l'eau,
dans lequel le circuit électronique (101) comprend en surface au moins un plot (109) conducteur électriquement, le procédé comprenant en outre l'étape suivante :
c) formation d'au moins une première ouverture
(404 ; 503 ; 605 ; 704) dans la première couche (201) pour exposer ledit plot.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre 1 ' étape suivante :
d) formation d'au moins une deuxième ouverture
(404 ; 503 ; 605 ; 704) dans la deuxième couche (201) en vis-à-vis dudit plot.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la formation de la première ouverture (404 ; 503 ; 704) est réalisée par gravure ionique réactive.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la formation de la première ouverture (404 ; 503 ; 704) est réalisée par ablation laser.
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la formation de la première ouverture (605) est réalisée par lithographie par nanoimpression.
6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première couche (201) est en un matériau photosensible à un rayonnement électromagnétique, et dans lequel la formation de la première ouverture comprend une étape d'exposition de la première couche audit rayonnement électromagnétique .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape b) précède l'étape c) , le procédé comprenant, entre les étapes b) et c) , l'étape de formation d'une deuxième ouverture (403 ; 703) dans la deuxième couche (301 ; 702), la première ouverture étant formée à l'étape c) dans le prolongement de la deuxième ouverture.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant, en outre, les étapes suivantes :
former un bloc (504 ; 701) en résine photosensible en vis-à-vis dudit plot conducteur électriquement (109), ledit bloc comprenant un sommet et des flancs ;
réaliser l'étape c) , la deuxième couche (505 ; 702) recouvrant notamment le sommet dudit bloc et ne recouvrant pas complètement les flancs ; et
retirer ledit bloc.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape c) précède l'étape b), la deuxième couche (505) recouvrant en outre les parois latérales de la première ouverture (503 ; 605 ; 704) .
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la première couche (201) est réalisée en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polystyrène, les polyépoxydes, les polyacrylates , les résines organiques, notamment les résines photosensibles, le nitrure de silicium (S13N4) et le dioxyde de silicium (S1O2)
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la première couche (201) est déposée par : dépôt par voie liquide ;
pulvérisation cathodique ;
dépôt physique en phase vapeur ;
dépôt en couches minces ; ou
dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la première couche (201) a une épaisseur moyenne comprise entre 100 nm et 15 pm, de préférence entre 500 nm et 5 pm, préférentiellement entre 1 pm et 3 pm.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la deuxième couche (301 ; 505 ; 702) est réalisée en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'oxyde d'aluminium (AI2O3) , le nitrure de silicium (S13N4) et le dioxyde de silicium (S1O2) ·
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la deuxième couche (301 ; 505 ; 702) a une épaisseur moyenne comprise entre 2 nm et 300 nm.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant, en outre, les étapes suivantes :
formation d'une troisième couche (805) antireflet et/ou filtrant les infrarouges ; et
formation d'une matrice de microlentilles (803) .
16. Dispositif optoélectronique comprenant :
un circuit électronique (101) à transistors MOS ; un capteur optique à photodiodes organiques adaptées à capter un rayonnement, le capteur optique recouvrant le circuit électronique (101) ;
une première couche (201) recouvrant le capteur optique, du côté du capteur optique opposé au circuit électronique, la première couche étant transparente audit rayonnement et ayant une face (202) plane du côté opposé au capteur optique ; et
une deuxième couche (301 ; 505 ; 702) plane sur la première couche.
PCT/EP2020/069315 2019-07-16 2020-07-09 Capteur d'images WO2021008980A1 (fr)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/625,985 US20220246875A1 (en) 2019-07-16 2020-07-09 Image sensor
EP20736358.1A EP4000095A1 (fr) 2019-07-16 2020-07-09 Capteur d'images
CN202080065150.4A CN114402452A (zh) 2019-07-16 2020-07-09 图像传感器
JP2022502564A JP2023504960A (ja) 2019-07-16 2020-07-09 画像センサ
KR1020227004317A KR20220031926A (ko) 2019-07-16 2020-07-09 이미지 센서

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1908017 2019-07-16
FR1908017A FR3098996A1 (fr) 2019-07-16 2019-07-16 Capteur d'images

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021008980A1 true WO2021008980A1 (fr) 2021-01-21

Family

ID=67957164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/069315 WO2021008980A1 (fr) 2019-07-16 2020-07-09 Capteur d'images

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220246875A1 (fr)
EP (1) EP4000095A1 (fr)
JP (1) JP2023504960A (fr)
KR (1) KR20220031926A (fr)
CN (1) CN114402452A (fr)
FR (1) FR3098996A1 (fr)
TW (1) TW202118040A (fr)
WO (1) WO2021008980A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12094238B2 (en) 2022-05-16 2024-09-17 3M Innovative Properties Company Optical constructions for display systems

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230129546A (ko) * 2021-01-19 2023-09-08 스월 비전 시스템즈 인크. 콜로이드 양자점 광검출기들

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060118795A1 (en) * 2004-07-06 2006-06-08 Fuji Photo Film Co., Ltd. Functional device and method for producing the same
US20150002719A1 (en) * 2012-12-28 2015-01-01 Panasonic Corporation Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
US20160043144A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Canon Kabushiki Kaisha Photo electric converter, imaging system, and method for manufacturing photoelectric converter
US20160049449A1 (en) * 2014-08-18 2016-02-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor having light guide members
US20160105961A1 (en) * 2013-05-30 2016-04-14 Linxens Holding Method for Producing a Printed Circuit, Printed Circuit Obtained by This Method and Electronic Module Comprising Such a Printed Circuit

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5346546B2 (ja) * 2008-10-24 2013-11-20 富士フイルム株式会社 有機半導体、光電変換素子、撮像素子及び新規化合物
JP2011187565A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Toshiba Corp 固体撮像装置の製造方法、及び固体撮像装置
JP6021439B2 (ja) * 2012-05-25 2016-11-09 キヤノン株式会社 固体撮像装置
KR102404726B1 (ko) * 2015-06-24 2022-05-31 삼성전자주식회사 유기 전자 소자 및 그 제조 방법
US11127910B2 (en) * 2016-03-31 2021-09-21 Sony Corporation Imaging device and electronic apparatus
JP2018093052A (ja) * 2016-12-02 2018-06-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
KR20180074308A (ko) * 2016-12-23 2018-07-03 삼성전자주식회사 전자 소자 및 그 제조 방법
FR3082055B1 (fr) * 2018-06-04 2022-01-14 Isorg Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060118795A1 (en) * 2004-07-06 2006-06-08 Fuji Photo Film Co., Ltd. Functional device and method for producing the same
US20150002719A1 (en) * 2012-12-28 2015-01-01 Panasonic Corporation Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
US20160105961A1 (en) * 2013-05-30 2016-04-14 Linxens Holding Method for Producing a Printed Circuit, Printed Circuit Obtained by This Method and Electronic Module Comprising Such a Printed Circuit
US20160043144A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Canon Kabushiki Kaisha Photo electric converter, imaging system, and method for manufacturing photoelectric converter
US20160049449A1 (en) * 2014-08-18 2016-02-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor having light guide members

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12094238B2 (en) 2022-05-16 2024-09-17 3M Innovative Properties Company Optical constructions for display systems

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023504960A (ja) 2023-02-08
CN114402452A (zh) 2022-04-26
KR20220031926A (ko) 2022-03-14
TW202118040A (zh) 2021-05-01
EP4000095A1 (fr) 2022-05-25
FR3098996A1 (fr) 2021-01-22
US20220246875A1 (en) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018162842A1 (fr) Systeme d'acquisition d'images
EP3803553A1 (fr) Dispositif comprenant un capteur d'images et un écran d'affichage
EP3550625B1 (fr) Procédé de réalisation d'un empilement du type première électrode/ couche active/ deuxième électrode
WO2021008980A1 (fr) Capteur d'images
WO2020178498A1 (fr) Capteur d'images couleur et infrarouge
WO2021043707A1 (fr) Pixel d'ecran d'affichage
WO2021013683A1 (fr) Dispositif optoelectronique comprenant une couche organique active a performances ameliorees et son procede de fabrication
EP4196907A1 (fr) Systeme d'acquisition d'images a haute resolution
WO2021013666A1 (fr) Pixel de capteur d'images
EP3552254B1 (fr) Procédé de formation d'un empilement et empilement
EP3811428A1 (fr) Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication
WO2020193889A1 (fr) Capteur d'images comprenant un filtre angulaire
EP4231354A1 (fr) Capteur d'images
WO2023156113A1 (fr) Capteur d'images
WO2021116232A1 (fr) Capteur d'images pour correction du bruit electronique d'un capteur
WO2020178497A1 (fr) Capteur d'images couleur et infrarouge

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20736358

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022502564

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227004317

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020736358

Country of ref document: EP

Effective date: 20220216