Les dispositifs optoélectroniques tels que les capteurs d’image à base de CMOS (aussi appelés imageurs) nécessitent la fabrication de structures 3D, des microlentilles convexes, afin de faire converger les photons vers les diodes photosensibles qui constituent les pixels. Ces éléments optiques sont indispensables pour le fonctionnement des dispositifs imageurs et leur forme ainsi que leur dimension sont critiques pour les performances. Dans le même ordre d’idée, les dispositifs basés sur l’optique diffractive ainsi que les capteurs hyper-spectraux sont en quête de structures multi-hauteurs complexes à réaliser. Enfin, les nouvelles technologies de micro-displays pour la réalité augmentée (AR) et de réalité virtuelle (VR) requièrent des structures 3D difficiles à réaliser avec les techniques de micro-fabrication conventionnelles.

Le Leti est à la pointe de l’état de l’art mondial sur une méthode innovante de photolithographie, dite par niveau de gris ou Grayscale, qui permet de réaliser toute une gamme de structures 3D dans une résine photosensible. Des formes concaves, ellipsoïdales, pyramidales et asymétriques sont ainsi accessibles. Ces structures complexes pourraient être utilisées pour de nouveaux domaines applicatifs, comme la photonique et les technologies de micro-displays précédemment citées. Une fois ces structures 3D réalisées dans une résine photosensible, il est nécessaire de les transférer par gravure plasma dans une couche fonctionnelle adaptée. Les mécanismes de transfert de structures 3D micrométriques dans une couche de polymère ont été récemment étudiés au Leti. Pour adresser de nouveaux besoins applicatifs, on souhaite désormais transférer ce type de structures 3D dans des couches inorganiques à base de silicium. De plus, ces structures, de plusieurs micromètres jusqu’à présent, tendent désormais vers des dimensions largement inférieures au micromètre. Cet aspect devrait rendre d’autant plus complexe la fidélité de transfert de motifs 3D.

Bien que critique, le transfert de motifs grayscale submicronique dans des couches inorganiques par gravure plasma est très peu été décrit dans la littérature. Cette thématique est de ce fait innovante et a une réelle valeur ajoutée. L’objectif de cette thèse est d’étudier et de comprendre les mécanismes de gravure de structures 3D submicroniques dans des couches inorganiques à base de silicium, telles que l’oxyde de silicium (SiO2) et le nitrure de silicium (SiN). Cela sera aussi l’occasion de répondre à certaines questions laissées en suspens lors des précédentes études. Le travail à réaliser est à très forte dominante expérimentale et se déroulera principalement dans la salle blanche 300mm du Leti. Vous aurez accès à des réacteurs de gravure plasma de dernière génération, ainsi qu’à de nombreux moyens de caractérisations. Cette thèse sera réalisée en étroite collaboration avec le service photolithographie du Leti et en interaction avec ses différentes équipes, telles que la plateforme silicium et les départements applicatifs.

Le sujet s’inscrit dans le déploiement des technologies silicium au niveau européen (European Chips Act) porté par le CEA-Leti. Le sujet se focalisera notamment sur la mise à disposition de briques technologiques avancées pour le routage électrique (Back End of Line) des dispositifs logiques et analogiques.
La mise au point de circuits toujours plus performants requiert des interconnexions aux dimensionnels de plus en plus agressifs. L’utilisation de matériaux traditionnels de routage comme le cuivre est alors remise en question, de même que l’architecture des briques de back-end of line (BEOL). Ce sujet de thèse apporte une approche en rupture, nécessaire afin d’adresser ces dimensionnels ultimes.
L’objectif de cette thèse est donc de développer une brique technologique BEOL pour les nœuds avancés par gravure directe du métal. Après une simulation préalable des propriétés électriques des interconnexions réalisées avec différents métaux, le travail consistera à proposer et réaliser une intégration innovante. Il s’agira dans une première phase de définir le design des structure de test électrique et d’établir un schéma d’intégration. Ensuite, le travail se concentrera sur l’étude de la gravure directe du métal sélectionné en utilisant des procédés écoresponsables, tout en préservant les performances des procédés et du dispositif final. Le.la candidat.e pourra s’appuyer sur la cellule Eco-innovation pour réaliser une analyse du cycle de vie (ACV) comparative de cette brique.
Le contrat de thèse est d’une durée de 3 ans et se déroulera dans les salle-blanche du CEA-Leti. Pour mener à bien cette étude, le.la candidat.e aura à sa disposition des équipements de derrière génération et un environnement de travail de pointe.

La photolithographie grayscale est un procédé utilisé depuis plusieurs dizaines d'années pour la réalisation de structures tridimensionnelles sur des substrats semiconducteurs, en particulier dans les domaines de l'optique et de l'opto-électronique. Cette technologie permet de réaliser des motifs 3D facilement transférables à l'industrie, grace à l'utilisation d'équipements de lithographie.
Après avoir atteint une forte expertise sur la réalisation de structures 3D supérieurs au micron grace à l'utilisation d'équipements d'insolation en I-line (365nm), le LETI souhaite développer son expertise grayscale dans l'UV profond (248nm, 193nm et 193nm immersion) afin d'atteindre des motifs submicroniques avec pour objectif l'état de l'art mondial.
Cette thèse sera consacrée à l'amélioration des connaissances physico-chimiques des nouvelles résines grayscales, dans le but d'améliorer les performances des procédés de lithographie mais également de prévoir le développement des gravures associées et des nouveaux modèles optiques pour les masques.
Vous rejoindrez l'équipe du laboratoire de lithographie du CEA-LETI, et serez également amené à échanger avec d'autres équipes (gravure, simulation optique). Vous aurez accès aux équipements de pointes installés dans les salles blanches, ainsi qu'à une plate-forme de nano-caractérisation pour mener à bien ces travaux de thèse dans une forte dynamique expérimentale.