FR3087939A1 - Capteur de lumiere - Google Patents

Abstract

La présente description concerne un capteur de lumière comprenant : des première et deuxième photodiodes voisines (PD1, PD2, 11), séparées l'une de l'autre par un espace (D) ; un matériau absorbant la lumière disposé au moins en regard dudit espace ; un premier (F1) filtre interférentiel multicouches (15) ayant une partie centrale (15A) en regard de la première (PD1) photodiode (11) et une partie périphérique (15B) reposant au moins en partie sur et en contact avec ledit matériau (16).

Description

Description Titre de l'invention Capteur de lumière Domaine technique [0001 j La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques, et plus particulièrement les capteurs de lumière, notamment les capteurs de lumière où l'on souhaite capter séparément différentes plages de, longueurs d'onde de la lumière.

Technique antérieure l0002[ On connaît des capteurs de lumière dans lesquels un premier filtre adapté à laisser passer une première plage de longueurs d'oncle de la lumière recouvre une première photodiode, et un deuxième filtre adapté à laisser passer une deuxième plage de longueurs d'onde de la. lumière recouvre une deuxième photodiode, voisine de la première photodiode.

[00031 Lorsqu'un tel capteur reçoit de la lumière, la lumière passant à travers le premier filtre est destinée à être captée, ou reçue, par la première photodiode, et la lumière passant à travers le deuxième filtre est destinée à être reçue par la deuxième photodiode.

Ainsi, les première et deuxième photodiodes permettent de mesurer séparément la quantité, de lumière reçue par le capteur, respectivement dans la première plage de longueurs d'onde et dans la deuxième plage de longueurs d'onde.

[0004] Toutefois, la lumière passant à travers le premier filtre peut atteindre la deuxième photodiode et/ou la lumière passant à travers le deuxième filtre peut atteindre la première photodiode, notamment en fonction de l'angle avec lequel les rayons lumineux atteignent le capteur.

Ce phénomène dit de diaphotie (cross-talk), pose problème.

Ce problème de cross-talk se pose également quand la deuxième photodiode n'est revêtue d'aucun filtre.

Résumé de l'invention [00051 Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus, en particulier tout ou partie des inconvénients liés au cross-talk entre des photodiodes voisines de ces capteurs.

[0006] Ainsi, un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus, en particulier des capteurs de lumière prévus peur déterminer quantité de lumière reçue dans différentes plages de longueurs d'onde.

[0007 Un mode de réalisation prévoit un capteur de lumière comprenant des première et deuxième photodiodes voisines, séparées l'une de l'autre par un espace ; un matériau absorbant la lumière disposé au moins en regard dudit espace ; un. premier filtre inter- ' multicouches ayant une partie centrale en regard de la première photodiode et une partie périphérique reposant au moins en partie sur et en contact avec ledit matériau. [000$] Selon un mode de réalisation, le matériau absorbant est de couleur noire,, le matériau étant de préférence une résine noire.

[0009] Selon un mode de réalisation, le matériau absorbant absorbe au moins 50 9f, de préférence au moins 75%, voire au moins 95% de la puissance lumineuse reçue pour des longueurs d'oncle comprises entre 300 nm et 3 pin,

[0010] Selon un mode de réalisation, le capteur comprend un deuxième filtre. interférentiel multicouches ayant une partie centrale en regard de la deuxième photodiode et une partie périphérique reposant au moins en partie sur et en contact avec le matériau.

[0011] Selon un mode de réalisation, les parties périphériques des premier et deuxième filtres se chevauchent au-dessus dudit matériau.

[00121 Selon un mode de réalisation, le premier filtre est configuré pour laisser passer la lumière dans une première plage de longueurs d'onde, le deuxième filtre étant configuré pour laisser passer la lumière dans une deuxième plage de longueurs d'onde différente de la première.

[0013] Selon un mode de réalisation, la partie centrale. de chaque filtre repose sur une face du capteur destinée à recevoir de la lumière, les photodiodes étant disposées sous cette face.

[0014] Selon un mode de réalisation, le matériau repose sur ladite face

[0015] Selon un mode de réalisation, le matériau affleure au niveau de ladite face.

[0016] Selon un mode de réalisation, le capteur comprend un substrat semiconducteur dans lequel sont disposées les photodiodes, et une structure d'interconnexion reposant sur ledit substrat, ladite face étant du côté de la structure d'interconnexion opposé au substrat.

[00 Selon. un mode de réalisation. 1.a structure d'interconnexion comprend une plaque mé- tallique s'étendant au moins sous tout le matériau absorbant, de préférence en contact avec le matériau absorbant.

[0018] Selon un mode de réalisation, la plaque métallique comprend une ouverture en vis- à-vis de chacune des première et deuxième photodiodes.

[0019] Selon MI mode de réalisation, chacune des première et deuxième photodiodes du capteur est entourée par un anneau dudit matériau absorbant.

[0020] Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un capteur selon lune quelconque des revendications 1 à 13 comprenant les étapes successives suivantes : a) former ledit matériau absorbant et b) former ledit premier filtre.

[0021] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape h), une étape e) consistant à former ledit deuxième filtre.

Brève description des dessins [00221 Ces caractéristiques et avantage~ 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 ligures jointes parmi lesquelles :

[0023] [fig,.1] la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'un capteur de lumière ;

[0024] [fig.2] la figure 2 est une, vue en coupe. schématique d'une variante de réalisation du capteur de la figure 1 ; [00251 [fig.3] la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une autre variante de réalisation dn capteur de la figure I ;

[0026] [fig.4] la figure 4 représente des vues 4A, 4B et 4C, en coupe et schématiques, illustrant des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un capteur du type. de celui de la figure 1 ou 2 et [x1027.]- [fig.5] la figure 5 est une e en coupe schématique illustrant: une variante de réalisation d'une étape du procédé de la figure 4 dans le cas oit le capteur fabriqué est du type de celui de la figure 3.

Description des modes de réalisation

[0028] 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.

[0029] 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 divers composants (photodiodes, circuit de lecture, circuits de traitement, etc.) d'un capteur de lumière n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les eu:Meurs de lumière usuels.

[0030] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

[00311 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 quo 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.

[0032] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sen- siblement", et "de l'ordre de" signifient à 10'1 près, de préférence à 5 % près.

[0033] Dans la suite de la description, le terme lumière signifie un rayonnement lumineux dont la ou les longueurs d'onde sont comprises entre environ 300 nm et environ 3 pm, de préférence entre 300 nm et 3 ,un.

Autrement dit, la lumière correspond ici à de. la lumière dans l'UVA (Ultra-Violet A), le visible etiou le proche infra-rouge.

[0034] Dans la suite de la description, un élément est dit absorbant pour de la lumière dans une plage donnée de longueurs d'oncle si, à ces longueurs d'onde, cet élément absorbe au moins 50%, par exemple au moins 60%, de préférence au moins 75%, et, de façon encore plus préférentielle, au moins 95% (absorption forte), de la puissance lumineuse qu'il reçoit.

En outre, un élément est dit réfléchissant pour de la lumière dans une plage donnée de longueurs d'onde si, à ces longueurs d'onde, cet élément réfléchit au moins 50%, par exemple au moins 60%, de préférence au moins 75%, de la puissance lumineuse qu'il reçoit.

On notera que lorsqu'il s'agit d'une réflexion non souhaitée de la lumière, ou autrement dit une réflexion parasite de la lumière, un matériau est qualifié de réfléchissant pour une plage donnée de longueurs d'onde dès lors qu'il réfléchit quelques pourcents, par exemple au moins 5%, de la puissance lumineuse qu'il reçoit dans cette plage de longueurs d'onde.

[0035] La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'un capteur 1 de lumière, et plus particulièrement d'une portion du capteur 1.

A titre d'exemple, le capteur I est un capteur d'image utilisé pour capturer une image d'une scène, ou un capteur de lumière ambiante utilisé pour mesurer l'intensité lumineuse de la lumière reçue par le capteur.

On s'intéresse plus particulièrement ici à des capteurs d'image couleurs et à des capteurs de lumière ambiante multi-spectraux, ces derniers permettant de mesurer l'intensité lumineuse dans des plages données différentes de longueurs d'onde.

[0036] Le capteur 1 comprend un substrat semiconducteur 10, par exemple en silicium, dans lequel sont disposées plusieurs photodiodes 11, une photodiode 11 1?1D.1 et une photodiode 11 PD2 étant représentées en figure I.

Les photodiodes 11 s'étendent en profondeur dans le substrat 10 à partir d'une face supérieure 12 du substrat 10 destinée à recevoir de la lumière.

Les photodiodes 11 s'étendent en profondeur dans le substrat 10 sur tout ou partie de son épaisseur.

Chaque photodiode 11 est séparée de la ou des photodiodes 11 voisines, ou adjacentes, par un espace D, comme cela est représenté en figure I où les photodiodes voisines PD I et PD2 sont séparées latéralement l'une de par un espace D, De préférence, la largeur de l'espace D entre deux photodiodes 11 voisines, mesurée entre les surfaces latérales de ces photodiodes qui sont en vis-à-vis l'une de Vautre, est sensiblement constante, par exemple constante.

En vue de dessus non représentée, lorsque le. capteur 1 comprend plusieurs photodiodes 11 organisées en matrice comprenant des lignes et des colonnes de photodiodes 'il, les espaces D entre ces photodiodes 11 forment une grille délimitant latéralement les photodiodes 11.

[0037] L'espace D entre deux hotod iodes voisines correspond par exemple à une portion du substrat 10 et/ou à une structure d'isolement (non représentée en figure I).

A titre d'exemple, la largeur de l'espace D entre deux photodiodes voisines est comprise entre 100 mn et :30 pal Par exemple, pour un capteur dont les pixels ont une surface de l'ordre de 2 ,uni '2 pm, typiquement un capteur d'image, la largeur D est par exemple comprise entre 100 et 300 nm, de préférence. de l'ordre de 200 nm.

Par exemple, pour un capteur dont les photodiodes ont une surface destinée à recevoir la lumière de l'ordre de 50 turt*50 um, typiquement un capteur de lumière ambiante, la largeur de l'espace D est par exemple comprise entre 20 et 30 mn.

De préférence, la largeur de l'espace D est sensiblement constante, ou constante, pour chaque deux photodiodes 11 voisines du capteur I.

[0038] A titre d'exemple, une structure d'isolement entre deux photodiodes 11 voisines peu être une tranchée d'isolation profonde (Deep Trench Isolation) s'étendant dans le substrat, la tranchée étant remplie d'un ou plusieurs matériaux isolants tel que de l'oxyde de silicium et/cm du nitrure de silicium, d'un matériau électriquement conducteur pouvant ou non être destiné à être polarisé, d'un matériau réfléchissant la lumière aux longueurs d'onde de fonctionnement du capteur etiou d'un. matériau absorbant la lumière aux longueurs d'onde fonctionnement du capteur.

Un exemple particulier de structure d'isolement est une tranchée profonde d'isolement capacitive (Capacitive Deep Trench Isolation --- CDTI) remplie d'un matériau électriquement conducteur et d'une couche électriquement isolante séparant le matériau conducteur du substrat 10.

[0039] Dans le mode de réait satàon décrit en relation avec la figure 1, le capteur 1 est de type à éclairement par la face avant (Front Sicle Rumination - Fsr), c'est-à-dire que la face 12 du substrat 10 destinée à recevoir de la lumière est revêtue d'une structure d'interconnexion 13.

La structure d'interconnexion :13 comprend des niveaux de métal constitués chacun de portions de couches métalliques 131 noyées dans des couches isolantes 132 (non détaillées en figure 1).

Des portions de couches 131 de différents niveaux de métal sont reliées entre elles par des vias électriquement conducteurs 133 traversant les couches isolantes 132.

La structure d'interconnexion relie électriquement des composants formés au niveau de la face 12 du substrat 10, entre eux et/ou à des plots de connexions, par exemple disposés sur la structure d'interconnexitm 13. [ )040] Dans L.e mode de réalisation, une face 14 du capteur 1 destinée à recevoir de la lumière, dans cet exemple la face supérieure 14 de la structure d'interconnexion 13, est revêtue de filtres interférentiels multicouches 15 et d'un matériau 16 absorbant la lumière, par exemple un matériau de couleur noire, de préférence de la résine noire.

De préférence, le matériau 16 absorbe au moins 95% de la puissance lumineuse qu'il reçoit pour des longueurs d'onde comprises entre 300 nm et 3 pin,

[0041] La résine noire 16 repose sur et en contact avec la face 14, et plus précisément, sur et en contact avec des portions de la face 14 en regard des espaces D entre les photodiodes 11 du capteur.

Ainsi, en vue de dessus, au moins certaines photodiodes 11, par exemple les doux photodiodes PD1 et PD2 voisines, et de préférence toutes les photodiodes du capteur 1, sont entourées chacune par un anneau de résine 16.

Dc préférence, dans le cas d'un capteur 1 comprenant une matrice de photodiodes 11 organisées en lignes et en colonnes, en vue de dessus non représentée, la résine 16 forme une grille entre les photodiodes, l'anneau entourant une photodiode disposée sur un bord de la matrice pouvant être interrompu, par exemple au niveau du bord de la matrice.

Dc préférence, la largeur de la résine noire 16 disposée au-dessus et en vis-à-vis de l'espace D entre deux photodiodes 11 voisines est égale ou inférieure à celle de cet espace D.

Autrement dit, chaque portion de la face 14 en regard d'une photodiode 11 est dépourvue de résine noire 16.

[00421 Des photodiodes 1.1 du capteur 1., par exemple au moins deux photodiodes 11 voisines, de préférence toutes les photodiodes 11 du capteur 1, sont surmontées chacune d'un filtre interférentiel multicouches 15.

Dans l'exemple de la figure 1, la photodiode PD1 est surmontée d'un filtre .1.5 Fi., et la photodiode PD2 est surmontée d'un filtre 15 F2.

Chaque filtre 15 comprend un empilement de couches diélectriques et/ou métalliques.

Le matériau et l'épaisseur de chaque couche sont choisis de sorte que le filtre ne laisse passer la lumière que pour une plage donnée de longueurs d'onde et réfléchisse tout ou partie de la lumière pour les autres longueurs d'onde.

Dans l'exemple de la figure I, le filtre F.I est conçu pour laisser passer la lumière dans une première plage de longueur d'onde, le filtre F2 étant conçu pour laisser passer la lumière dans une deuxième plage de longueur d'onde différente de la première plage, les première et deuxième plages pouvant se chevaucher.

[00431 Chaque filtre 15 repose sur et contact avec la face 14, au moins sur et en contact avec toute la portion de la face 14 en regard de la photodiode 11 qu'il. surmonte.

En outre, le filtre 15 déborde sur la résine noire 16 qui entoure cette photodiode 11.

Autrement dit, chaque filtre 15 comprend d'une part une partie centrale 15A disposée sur et contact avec la portion de la face 14 en regard de toute la surface de la photodiode I 1 que le filtre revêt, et, d'autre part, une partie périphérique 15B reposant sur et contact avec la résine noire 16 qui entoure la photodiode 1 1.

De préférence, la partie centrale 15A du filtre 15 repose sur et en contact avec toute la portion de la face 14 délimitée par l'anneau de résine noire 16 qui entoure la photodiode 11 revêtue par le filtre 15, la partie périphérique 15B du filtre 15 étant de préférence annulaire et reposant sur et contact avec l'anneau de résine noire 16 entourant la photodiode 11.

[0044] Dans ce mode de réalisation, la partie périphérique 15B du filtre 15 surmontant une première photodiode 11 n'est pas en contact avec la partie périphérique 15B du filtre 15 surmontant une deuxième photodiode 11 voisine de la première.

Ainsi, en figure 1, les parties périphériques 15B des filtres Fi et F2 ne sont pas en contact, et une portion de la résine 16 s'étendant entre ces parties périphériques 15B n'est pas recouverte par les filtres Fi et F'.

[0045] Dans le mode de réalisation de la figure 1, on prévoit de préférence que la structure d'interconnexion 13 comprenne, au-dessus de l'espace D entre deux photodiodes 11 voisines, par exemple les photodiodes PD1 et PD2, une structure verticale 134 (en pointillé en figure 1) constituée par un empilement de portions de couches conductrices 131 et de vins conducteurs 133.

La structure verticale 134 s'étend verticalement entre une portion de la structure d'interconnexion 13 disposée au-dessus d'une photodiode 11, par exemple la photodiode PD1, et une portion de la structure 13 disposée au-dessus d'une photodiode 11 voisine, par exemple la photodiode PD2.

Dans cet exemple, la structure 134 a sensiblement la forme d'un mur 134.

[00461 Dans ce mode de réalisation, on prévoit de préférence que la structure d'interconnexion 13 comprenne une portion de couche métallique 131, ou plaque métallique 131A, s'étendant sous toute la résine noire 16.

De préférence, la plaque métallique 131A est au-dessus et en regard d'au moins toute la surface des espaces D entre photodiodes 11 voisines.

De préférence, en vue de dessus, la plaque métallique 131A forme pour au moins certaines photodiodes 11, par exemple les deux photodiodes PD1 et PD2 voisines et de préférence pour toutes les photodiodes du capteur 1, des anneaux métalliques entourant chacun une photodiode 11 correspondante.

De préférence, dans le cas d'un capteur 1 comprenant une matrice de photodiodes 11 organisées en lignes et en colonnes, en vue de dessus non représentée, la plaque métallique 131A forme une grille entre les photodiodes, l'anneau métallique entourant une photodiode disposée sur un bord de la matrice pouvant être interrompu, par exemple au niveau du bord de la matrice.

A titre d'exemple, comme cela est représenté en figure 1, les bords de la plaque 131A sont à l'aplomb des bords des photodiodes 11.

[00471 En variante, la plaque 131A déborde au-dessus des photodiodes 11, ou, autrement dit, les bords de la plaque 131A sont à l'aplomb des surfaces des photodiodes 11.

[0048] La plaque métallique 13IA est de préférence prévue dans le niveau de métal supérieur de la structure 13, c'est-à-dire le niveau de métal le plus proche de la face 14 du capteur.

Dans ce cas, la plaque 131A délimite sensiblement, pour chaque g photodiode 11, la surface de réception de la lumière destinée à cette photodiode.

[0049] Comme cela est représentée en figure 1, on peut en outre prévoir que plus d'un niveau de métal de la structure 13 comprenne une plaque métallique 131 similaire à la plaque métallique 131A.

Dans l'exemple de la figure I où la plaque métallique I 31A est disposée dans le niveau de métal supérieur, une portion de couche 131, ou plaque métallique 131B, similaire à la plaque métallique 131A est disposée dans le niveau de métal inférieur de la structure 13.

Dans ce cas, la plaque métallique 131B délimite sensiblement, pour chaque photodiode 11, la portion de la surface de la photodiode 11 qui reçoit de la lumière.

[0050] Dans l'exemple de la figure 1, chaque mur 134 comprend une partie de la plaque 131A à son sommet, et une partie de la plaque 131B à sa base. [0051; En fonctionnement, de la lumière est reçue par le capteur I , du côte de sa face 14.

Un rayon lumineux 17 ayant traversé l'un des filtres 15, par exemple le filtre Fi, peut être en tout ou partie réfléchi par les diverses couches disposées sous la face 14, par exemple par la plaque métallique 131 A, en direction d'un filtre 15 voisin, par exemple le filtre F2.

Dans ce cas, il est absorbé par la résine noire 16, ce qui réduit, voire supprime, le cross-talle dans le capteur I.

[0052] On aurait pu penser omettre la résine noire 16 et prolonger les filtres F1 et F2 voisins jusqu'à ce qu'ils soient en contact, voire se chevauchent.

Toutefois, le rayon 17 aurait alors pu subir plusieurs réflexions parasites successivement sur plaque 1.31A et sur le filtre F2 jusqu'à atteindre la photodiode PD2.

[0053] On aurait également pu penser omettre la résine noire 16 et laisser un espace ente les filtres FI et F2, toutefois, de la lumière atteignant la face 14 entre les filtres H. et F2 aurait alors pu subir plusieurs réflexions parasites successivement sur plaque 131A et sur un filtre 15 voisin, par exemple le filtre F2 dans le cas de lumière venant de la gauche en figure 1, et atteindre la photodiode 11 disposée sous ce filtre, dans cet exemple la photodiode PD2. [0054j On aurait également pu penser déposer la résine noire 16 de sorte qu'elle recouvre tous l'espace entre les filtres FI et F2, mais également que, pour assurer l'isolation optique entre photodiodes voisines, la résine noire 16 déborde sur les filtres Fi et F2.

Toutefois, cela aurait conduit à recouvrir partiellement la surface des photodiodes PD1 et PD2 avec de la résine noire ce qui aurait entraîné une diminution de la surface des photodiodes pouvant effectivement recevoir de la lumière, donc une diminution de l'efficacité du capteur 1.

100 Dans ce mode de réalisation où le capteur 1 est à iiluumination par la face avant, un rayon lumineux 18 traversant l'un des filtres 15, par exemple le filtre FI recouvrant la photodiode PD I, et se propageant dans la structure d'interconnexion en direction de la photodiode 11 voisine, dans cet exemple la photodiode PD2, est au moins en partie 9 réfléchi par la structure ou mur 134 ce qui réduit encore, voire supprime, le cross-talle dans le capteur 1.

[0056] La figure 2 est une vue en coupe se Cola u d'une variante de réalisation u capteur de la figure I.

[0057] Le capteur 1 de la figure 2 comprend tous les éléments du capteur 1 de la figure 1 mais diffère fie ce dernier par le fait que les filtres 15 surmontant deux photodiodes 11 voisines, par exemple les filtres FI et F2, se chevauchent, la zone de chevauchement des filtres FI et.

F2 étant en regard d'une partie de la résine noire 16.

Plus précisément, ce sont les panics périphériques 1513 des filtres qui se chevauchent. [005$] Lc chevauchement des filtres 15 au-dessus de la résine 16 permet de réduire les contraintes d'alignement des filtres 15 et de la résine 16 lors de la fabrication du capteur 1.

Ce. chevauchement des filtres 15 au-dessus de la résine 16 permet également de réduire la largeur de la résine noire 16 entre deux photodiodes voisines sans augmenter le cross-talk, ce qui est intéressant notamment quand on cherche à diminuer la largeur de espaces D entre photodiodes voisines.

[0059] La figure 3 est une vue en coupe schématique d'une autre variante de réalisation du capteur de la figure I.

[0060] Le captem 1 de la figure 3 comprend tous les éléments du. capteur 1 de la figure 1 mais diffère de ce dernier par le fait que la résine noire 16 est disposée dans une cavité s'étendant en profondeur à partir de la face 14 au lieu de reposer sur cette face 14.

Cette configuration du capteur 1 permet de réduire encore le cross--taik par rapport aux configurations du capteur 1 décrites en relation avec les figures 1 et 2. [0061 j De préférence, la résine 1.6 remplit la cavité et le niveau face supérieure de la résine 16 est égal ou sensiblement égal à celui de la face 14, l'ensemble de la face 14 et de la résine noire 16 ayant alors une surface supérieure plane ou sensiblement plane sur laquelle reposent les filtres 15 Fl et F2.

La prévision de cette surface supérieure plane rend plus simple la fabrication des filtres Fl et F2, et permet l'obtention d'un capteur 1 dont la face supérieure est plus plane.

[00621 De préférence, la résine noire 16 s'étend jusqu'à la plaque métallique 131A., ce qui permet de réduire encore le cross-talle.

Dans cette configuration, les bords de la résine noire 16 sont de préférence en retrait par rapport aux bords de la plaque 1.31A, ce qui peut permettre une simplification du procédé de fabrication du capteur :1 en utilisant la plaque 131A comme couche d'arrêt de gravure de la cavité.

[00631 Dans d'autres exemples non illustrés, les bords de la résille noire 16 peuvent alignés avec les bords de la plaque 131 A etiou la facesupérieure de la résine noire 16 peut être au-dessous ou en--dessous du niveau de la race 14.

100641 La variante de réalisation de la figure 2 où les filtres FI et F2 se chevauchent au- dessus della résine noire 16 est combinable avec la variante de réalisation de la figure 10 [0060 En outre, d'autres variantes de réalisation sont possibles.

En particulier, dans une variante de réalisation non illustrée, le filtre F2 est omis ou est un filtre absorbant usuel tel qu'un filtre en résine colorée.

[0066] Dans une autre variante non illustrée, le capteur 1 comprend en plus des photodiodes PD1 etPD2 revêtues des filtres interférentiels multicouches FI et F2, une photodiode revêtue d'un filtre interférentiel multicouche supplémentaire différent des filtres Fl et F2.

Ce filtre supplémentaire est alors disposé par rapport à la résine noire 16, aux filtres 1,1 et F2 et à la photodiode qu'il recouvre de manière similaire à ce qui a été décrit pour les filtres FI et F2. [0067; Dans une autre variante non illustrée, le capteur I comprend en plus des photodiodes PD I et PD2 revêtues des filtres interférentiels multicouches Fl et F2, une photodiode revêtue d'un filtre absorbant usuel.

Ce filtre absorbant est alors disposé par rapport à la résine noire 16, aux filtres H et F2 et à la photodiode qu'il recouvre de manière similaire à ce qui a été décrit pour les filtres H et F2. [006$] Dans une autre variante de réalisation non illustrée, le capteur I comprend en plus des photodiodes PD] et PD2 revêtues des filtres interférentiels multicouches Fl et une photodiode non revêtue d'un filtre.

[0069] Les trois dernières variantes ci-dessus sont combinables entre elles.

100701 Les variantes ci-dessus sont combinables avec la variante de réalisation on la résine noire est disposée dans une cavité s'étendant depuis la face 14, et/ou, dans le cas où le capteur comprend au moins deux filtres différents, avec la variante de réalisation où les filtres se chevauchent au-dessus de la résine noire 16.

[00711 Plus généralement, les structures correspondant aux divers modes de réalisation et variantes de réalisation décrits ci-dessus en relation avec les figures 1 à 3, peuvent être répétées plusieurs fois dans un capteur.

[0072] L.ai iigu re 4 représente des vues 4A, 4B et 4C, en coupe et schématiques, illustrant des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un capteur du type de celui de la figure 1 ou 2.

En figure 4, on n'a représenté que la face 14 du capteur 1, la résine noire 16 et les filtres FI et F2.

[0073 La vue 4A représente le capteur 1 après une étape de formation de la résine noire 16 sur la face 14, au-dessus des espaces D séparant les unes des autres les photodiodes du capteur 1.

La résine 16 est formée de manière à avoir, par rapport aux espaces D, la disposition décrite en relation avec la figure 1.

Du fait qu'il n'est pas nécessaire que les bords de la résine 16 soient à l'aplomb des bords des espaces D, les contraintes d'alignement des masques utilisés pour former la résine 16 sont relâchées.

100741 A titre d'exemple, la résine 16 est déposée sous la l'orme d'une couche recouvrant complètement la face 14, puis des portions de la. résine noire 16 sont retirées de sorte 11 que la résine noire laissée en place ait la disposition voulue.

[0075] A titre d'exemple encore, la résine 16 peut âtre formée avec la disposition voulue par un procédé d'enlèvement (lift-off) comprenant par exemple les étapes consistant à déposer une couche de masquage, par exemple en résine, sur toute la face 14, former des ouvertures traversantes dans la couche de masquage aux emplacements où l'on souhaite laisser en place de la résine noire 16, déposer de la résine noire 16 sur toute la structure, et retirer la couche de masquage qui emporte alors avec elle les portions de. résine noire qui reposaient sur en contact avec la couche de masquage de sorte que la résine noire 16 ne subsiste qu'aux emplacements voulus.

[0076] De préférence, lors de la mise en oeuvre d'un procédé d'enlèvement, on prévoit que chaque ouverture dans la couche de masquage soit formée de sorte que ses parois latérales soient inclinées vers le haut et l'intérieur de l'ouverture, Cela permet de limiter le dépôt de la résine noire 16 sur ecs parois latérales ce qui simplifie le retrait de la couche de masquage et des portions do résine noire reposant sur et contact avec la couche de masquage.

[0077] La vue 4B représente la structure de la vue 4A après une étape de formation d'un filtre 15, dans cet exemple le filtre Fi, sur la face 14 et la résine noire 16.

Une partie centrale 15A du filtre Fi, reposant sur la face 14, est en regard de toute la surface de la photodiode 11 (non représentée) qu'il revêt, et une partie périphérique 15B du filtre Fi repose sur et en contact avec la résine noire 16, de la manière décrite en relation avec la figure 1.

[0078] A titre d'exemple, le filtre Fi est formé par des étapes successives de dépôt des couches constitutives du filtre puis de gravure des portions de ces couches aux emplacements que l'on souhaite dépourvus de filtre Fi.

[0079] A titre d'exemple encore, le. filtre Fi est formé par un procédé d'enlèvement (lift-off) similaire à celui décrit à titre d'exemple en relation avec la vue 4A de la figure 4.

Dans le cas particulier où le filtre Fi est formé par un procédé d'enlèvement dans lequel chaque ouverture dans la couche de masquage a des parois inclinées vers le haut et l'intérieur de l'ouverture, le ou les matériaux constitutifs du filtre peuvent se prolonger au-delà du bord latéral du filtre.

Ce prolongement, typiquement en forme de biseau, n'est pas considéré comme faisant partie du filtre, notamment du fait que ses propriétés optiques ne sont pas celles attendue à cause de la variation d'épaisseur de ce prolongement.

[0080] La vue 4C représente la structure de la vue 4B après une étape de formation d'un autre filtre 15, dans cet exemple le filtre F2, sur et en contact avec la face 14 et la résine noire 16.

Une partie centrale 15A du filtre F2, reposant sur et en contact avec la face 14, est en regard de toute la surface de la photodiode il (non représentée) qu'il revêt, et une partie périphérique 15B du filtre F2 repose sur el en contact avec la résine noire 16.

En outre., dans ce mode de réalisation, les dimensions des filtres H et F2 sont telles que les filtres 171 et F2 se chevauchent, au-dessus de la résine noire 16, comme cela a été décrit en relation avec la figure 2.

[0081] Dans une variante de réalisation non représentée, les dimensions' latérales des filtres Fl et F2 sont telles que leurs parties périphériques 158 reposent sur et en contact avec la résine noire 16 mais ne se chevauchent pas.

Dans cette variante, les filtres H et F2 peuvent éventuellement être en contact au niveau de leurs bords.

[0082] A titre d'exemple, le filtre F2 peut être formé par l'un des procédés décrits a titre d'exemple en relation avec la vue 48 de la figure 4, par exemple avec le même procédé que celui utilisé pour former le filtre Fl .

[0083 Le procédé décrit ci-dessus en relation avec la figure 4 peut être généralisé au cas où on prévoit de former d'autres filtres, différents des filtres H et F2, adaptés à encore une ou plusieurs autres plages données de longueurs d'onde, ou, à l'inverse, au cas où le filtre F2 est omis en supprimant l'étape de la vue 4C,

[0084] En outre, dans le procédé décrit ci-dessus en relation avec la figure 4, à chaque formation d'un filtre 15 conçu pour une plage donnée de longueurs d'onde, plusieurs filtres identiques peuvent être formés simultanément sur la face 14, chacun de ces filtres identiques étant formés en vis-à-vis d'une photodiode 11 différente.

[0085] De plus, les étapes du procédé décrit ci-dessus en relation avec la figure 4 peuvent être mises en oeuvre simultanément pour plusieurs capteurs 1 d'une même plaque ou tranche semiconductrice (.waferj, avant que ces capteurs ne soient individualisés, par exemple par sciage de la tranche semiconductrice.

Dans ce cas, chaque dépôt d'une couche correspond de préférence à un dépôt pleine plaque.

[0086] La figure 5 est une vue en coupe schématique illustrant une variante de réalisation de l'étape de la vue 4A du procédé de fabrication décrit en relation avec la figure 4.

Dans cette variante de réalisation, le capteur I fabriqué est du type de celui de la figure 3.

[0087] Ainsi, la figure 5 représente le capteur I après une étape de formation de la résine noire 16 de sorte que la résine 16 remplisse une cavité s'étendant en profondeur à partir de la face 14.

[0088] A titre d'exemple, la résine 16 est déposée dans une cavité gravée à partir de la face 14.

Dans ce cas, la résine 16 peut être déposée, pleine plaque, sous la forme d'une couche dont les portions en dehors de la cavité sont ensuite retirés, par exemple par gravure, par photolithographie, par un procédé d'enlèvement 01ft-off) ou par planarisation mécano-chimique (CMP Chemichal Mechanical Planarization).

En fonction du procédé de retrait utilisé et de l'épaisseur de la couche de résine noire 16 déposée, la face supérieure de la résine noire 16 laissée en place dans la cavité peut être en dessous, au-dessus ou au même niveau que la face 14.

0089 De préférence, bien que cela ne soit pas représenté ici, la car est grav 13 plaque 131A, la gravure. étant arrêtée, sur le métal de la plaque 131 A.

Ainsi, dans le cas où, pour découvrir des plots de connexion électrique (non illustrés) formés dans le niveau de métal supérieur de, la structure d'interconnexion, on prévoit une étape de gravure. des couches isolantes de la structure jusqu'au niveau de métal supérieur, cette étape de gravure peut également etre utilisée pour graver la cavité.

[0090] Bien que cela ne soit pas illustré, après l'étape illustrée par la figure 5, les étapes décrites en relation avec les vues 4B et 4C de la figure 4 sont mises en oeuvre, de manière à fabriquer un capteur I du type de celui de la figure 3. [ )0911 On a décrit jusqu'ici le cas d'un capteur de lumière comprenant des photodiodes séparées doux à doux par un espace au-dessus et en regard duquel est disposée de la résine noire, le capteur comprenant en outre un premier filtre interférentiel multicouches H 1.5 ayant une partie centrale.

15A en regard d'une première photodiode PD1 11 et une partie périphérique 1513 reposant au moins en partie sur et en contact avec la résine noire 16.

Toutefois. les modes de réalisation et les variantes décrits en relation avec les figures 1 à 5 s'appliquent au cas où la résine noire 16 est remplacée par n'importe quel autre matériau absorbant la lumière, de préférence dans une plage de longueurs d'onde comprises entre environ 300 nm et environ 3 jim, par exemple entre 300 nm et 3 um.

A titre d'exemple, la résine noire 16 peut être remplacé par un matériau absorbant composite, mono ou multicouches, tel qu'un empilement de mét d'oxyde de silicium et d'oxyde métallique.

[00921 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 apparaittorn à l'homme de Fart. lin particulier, l'homme du métier est en mesure de former les filtres 15 et le matériau absorbant par d'autres procédés que ceux indiqués à titre d'exemple en relation avec la figure 4.

En outre, bien que l'on ait décrit une structure de filtres 15 et de matériau absorbant 16 reposant sur la face: 14 d'un capteur I à éclairement par la face avant, le capteur peut être à éclairement par la face arrière (Rack Si.de lllllmination BS1), la face 14 du capteur I correspondant alors à une face disposée côté du substrat 10 opposé à la structure d'interconnexion 13.

[00931 Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

En particulier, l'homme du métier est en mesure de déterminer les épaisseurs, le nombre etiou les matériaux des couches constitutives d'un filtre interférentielle multicouches en fonction des plages de longueurs d'onde pour lesquelles le filtre doit respectivement laisser passer ou réfléchir la lumière.

Claims (1)

1. Revendications [Revendication 1] Capteur (1) de lumière comprenant : des première et deuxième photodiodes voisines (PDI, PD2, 11), séparées l'une de l'autre par un espace (D) ; un matériau absorbant (16) la lumière disposé au moins en regard dudit espace ; un premier (Fl) filtre interférentiel multicouches (15) ayant une partie centrale (15A) en regard de la première (PDI) photodiode (11) et une partie périphérique (15B) reposant au moins en partie sur et en contact avec ledit matériau (16). [Revendication 2] Capteur selon la revendication 1, dans lequel le matériau absorbant (16) est de couleur noire, le matériau étant de préférence une résine noire. [Revendication 3] Capteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau absorbant (16) absorbe au moins 50 %, de préférence au moins 75%, voire au moins 95% de la puissance lumineuse reçue pour des longueurs d’onde comprises entre 300 nm et 3 pm. [Revendication 4] Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un deuxième (F2) filtre interférentiel multicouches (15) ayant une partie centrale (15 A) en regard de la deuxième (PD2) photodiode (11) et une partie périphérique (15B) reposant au moins en partie sur et en contact avec le matériau (16). [Revendication 5] Capteur selon la revendication 4, dans lequel les parties périphériques (15A) des premier (Fl) et deuxième (F2) filtres (15) se chevauchent audessus dudit matériau (16). [Revendication 6] Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le premier filtre (Fl) est configuré pour laisser passer la lumière dans une première plage de longueurs d'onde, le deuxième filtre (F2) étant configuré pour laisser passer la lumière dans une deuxième plage de longueurs d'onde différente de la première. [Revendication 7] Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la partie centrale (15A) de chaque filtre (Fl, F2, 15) repose sur une face (14) du capteur destinée à recevoir de la lumière, les photodiodes (PDI, PD2, 11) étant disposées sous cette face. [Revendication 8] Capteur selon la revendication 7, dans lequel le matériau (16) repose sur ladite face (14). [Revendication 9] Capteur selon la revendication 7, dans lequel le matériau (16) affleure au niveau de ladite face (14).

   [Revendication 10] Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, comprenant un substrat semiconducteur (10) dans lequel sont disposées les photodiodes, et une structure d'interconnexion (13) reposant sur ledit substrat, ladite face (14) étant du côté de la structure d'interconnexion opposé au substrat. [Revendication 11] Capteur selon la revendication 10, dans lequel la structure d'interconnexion (13) comprend une plaque métallique (131A) s'étendant au moins sous tout le matériau absorbant (16), de préférence en contact avec le matériau absorbant. [Revendication 12] Capteur selon la revendication 11, dans lequel la plaque métallique (131A) comprend une ouverture en vis-à-vis de chacune des première et deuxième photodiodes (PDI, PD2, 11). [Revendication 13] Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel chacune des première et deuxième photodiodes (11, PDI, PD2) du capteur (1) est entourée par un anneau dudit matériau absorbant (16). [Re vendication 14] Procédé de fabrication d'un capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 comprenant les étapes successives suivantes : a) former ledit matériau absorbant (16) ; et b) former ledit premier filtre (Fl), [Revendication 15] Procédé de fabrication selon la revendication 14, comprenant en outre, après l'étape b), une étape c) consistant à former ledit deuxième filtre (F2).

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