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FR3125918A1 - Capteur d’images - Google Patents

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FR3125918A1
FR3125918A1 FR2108202A FR2108202A FR3125918A1 FR 3125918 A1 FR3125918 A1 FR 3125918A1 FR 2108202 A FR2108202 A FR 2108202A FR 2108202 A FR2108202 A FR 2108202A FR 3125918 A1 FR3125918 A1 FR 3125918A1
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FR
France
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transfer
semiconductor substrate
charge collection
zone
Prior art date
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FR2108202A
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English (en)
Inventor
Olivier SAXOD
François Ayel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Priority to US18/579,322 priority patent/US20240339478A1/en
Priority to PCT/EP2022/070288 priority patent/WO2023006529A1/fr
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Abstract

Capteur d’images La présente description concerne un capteur d’images comprenant une pluralité de pixels (300) formés dans et sur un substrat semiconducteur (104), chaque pixel comportant : – une zone photosensible (102) formée dans le substrat semiconducteur ; – une tranchée d’isolation périphérique (106) s’étendant verticalement dans le substrat semiconducteur, depuis une face supérieure (104T) du substrat semiconducteur, et délimitant latéralement la zone photosensible ; – une zone de collecte de charges (110) ; – une région de transfert située dans le substrat semiconducteur et s’étendant verticalement entre la zone de collecte de charges et la zone photosensible ; et – une grille de transfert (TG) s’étendant verticalement dans le substrat semiconducteur, depuis la face supérieure du substrat semiconducteur, plus profondément que la zone de collecte de charges,dans lequel la zone de collecte de charges (110) s’étend latéralement depuis la grille de transfert (TG) jusqu’à la tranchée d’isolation périphérique (106). Figure pour l'abrégé : Fig. 3

Description

Capteur d’images
La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques. La présente description concerne plus particulièrement les pixels de capteurs d’images.
On connaît des pixels de capteurs d’images comprenant chacun une zone photosensible, formée dans et sur un substrat semiconducteur, adaptée à convertir de la lumière incidente en paires électrons-trous. Au cours d’une phase d’exposition, des charges photogénérées (électrons ou trous) s’accumulent dans la zone photosensible. Lors d’une phase ultérieure de lecture, un dispositif de transfert de charges est commandé pour transférer les charges photogénérées, accumulées dans la zone photosensible, vers une zone de collecte de charges.
Il serait souhaitable d’améliorer les pixels de capteurs d’images existants. Il serait notamment souhaitable de pouvoir diminuer les dimensions de tels pixels, afin de permettre la réalisation de capteurs d’images présentant des pas de pixels inférieurs à ceux des capteurs actuels.
Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des pixels de capteurs d’images connus.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des pixels de capteurs d’images connus.
Un mode de réalisation prévoit un capteur d’images comprenant une pluralité de pixels formés dans et sur un substrat semiconducteur, chaque pixel comportant :
– une zone photosensible formée dans le substrat semiconducteur ;
– une tranchée d’isolation périphérique s’étendant verticalement dans le substrat semiconducteur, depuis une face supérieure du substrat semiconducteur, et délimitant latéralement la zone photosensible ;
– une zone de collecte de charges ;
– une région de transfert située dans le substrat semiconducteur et s’étendant verticalement entre la zone de collecte de charges et la zone photosensible ; et
– une grille de transfert s’étendant verticalement dans le substrat semiconducteur, depuis la face supérieure du substrat semiconducteur, plus profondément que la zone de collecte de charges,
dans lequel la zone de collecte de charges s’étend latéralement depuis la grille de transfert jusqu’à la tranchée d’isolation périphérique.
Selon un mode de réalisation, la zone de collecte de charges présente un même type de conductivité et un niveau de dopage supérieur à la région de transfert.
Selon un mode de réalisation, la région de transfert présente un même type de conductivité et un même niveau de dopage que la zone photosensible.
Selon un mode de réalisation, la grille de transfert de chaque pixel présente, en vue de dessus, une forme en U.
Selon un mode de réalisation, la grille de transfert de chaque pixel présente, en vue de dessus, une forme en L.
Selon un mode de réalisation, la grille de transfert de chaque pixel présente, en vue de dessus, une forme en I.
Selon un mode de réalisation, la grille de transfert de chaque pixel comporte une tranchée d’isolation capacitive comprenant une région électriquement conductrice isolée du substrat semiconducteur.
Selon un mode de réalisation, la région électriquement conductrice est en un métal ou en un alliage métallique.
Selon un mode de réalisation, la région électriquement conductrice est en silicium polycristallin.
Selon un mode de réalisation, la grille de transfert est séparée de la tranchée d’isolation périphérique par une distance non nulle.
Selon un mode de réalisation, le capteur comporte en outre un plot conducteur situé sur et en contact avec la zone de collecte de charges, à distance de la grille de transfert et de la tranchée d’isolation périphérique.
Selon un mode de réalisation, la zone de collecte de charges et le plot conducteur sont partagés entre deux pixels voisins.
Selon un mode de réalisation, la zone de collecte de charges et le plot conducteur sont partagés entre quatre pixels voisins.
Selon un mode de réalisation, la grille de transfert présente, en vue de dessus, une forme en I, les grilles de transfert de deux pixels diagonalement opposés étant parallèles entre elles.
Selon un mode de réalisation, la tranchée d’isolation périphérique comprend une région conductrice isolée du substrat.
Selon un mode de réalisation, le capteur comporte en outre un circuit de contrôle configuré pour appliquer alternativement, sur la grille de transfert :
– un premier potentiel adapté à bloquer un transfert de charges depuis la zone photosensible vers la zone de collecte de charges ; et
– un deuxième potentiel, différent du premier potentiel, adapté à permettre un transfert de charges depuis la zone photosensible vers la zone de collecte de charges.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un exemple de pixel d’un capteur d’images ;
la est une vue en coupe, schématique et partielle, du pixel de la selon le plan AA de la ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un exemple d'un pixel d’un capteur d’images selon un premier mode de réalisation ;
la est une vue en coupe, schématique et partielle, du pixel de la selon le plan BB de la ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un exemple d'un pixel d’un capteur d’images selon un deuxième mode de réalisation ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’une variante du pixel de la ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un exemple d'un pixel d’un capteur d’images selon un troisième mode de réalisation ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un arrangement de deux pixels selon le premier mode de réalisation ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un arrangement de quatre pixels selon le deuxième mode de réalisation ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un arrangement de deux pixels selon le troisième mode de réalisation ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un arrangement de deux pixels selon la variante de la ;
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’une variante du pixel de la ; et
la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un arrangement de quatre pixels selon la variante de la .

Claims (16)

  1. Capteur d’images comprenant une pluralité de pixels (300 ; 500 ; 700) formés dans et sur un substrat semiconducteur (104), chaque pixel comportant :
    – une zone photosensible (102) formée dans le substrat semiconducteur ;
    – une tranchée d’isolation périphérique (106) s’étendant verticalement dans le substrat semiconducteur, depuis une face supérieure (104T) du substrat semiconducteur, et délimitant latéralement la zone photosensible ;
    – une zone de collecte de charges (110) ;
    – une région de transfert (124) située dans le substrat semiconducteur et s’étendant verticalement entre la zone de collecte de charges et la zone photosensible ; et
    – une grille de transfert (TG) s’étendant verticalement dans le substrat semiconducteur, depuis la face supérieure du substrat semiconducteur, plus profondément que la zone de collecte de charges,
    dans lequel la zone de collecte de charges (110) s’étend latéralement depuis la grille de transfert (TG) jusqu’à la tranchée d’isolation périphérique (106).
  2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel la zone de collecte de charges (110) présente un même type de conductivité et un niveau de dopage supérieur à la région de transfert (124).
  3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la région de transfert (124) présente un même type de conductivité et un même niveau de dopage que la zone photosensible (102).
  4. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la grille de transfert (TG) de chaque pixel (300) présente, en vue de dessus, une forme en U.
  5. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la grille de transfert (TG) de chaque pixel (500) présente, en vue de dessus, une forme en L.
  6. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la grille de transfert (TG) de chaque pixel (700) présente, en vue de dessus, une forme en I.
  7. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la grille de transfert (TG) de chaque pixel (300 ; 500 ; 700) comporte une tranchée d’isolation capacitive (108) comprenant une région électriquement conductrice (108C) isolée du substrat semiconducteur (104).
  8. Capteur selon la revendication 7, dans lequel la région électriquement conductrice (108C) est en un métal ou en un alliage métallique.
  9. Capteur selon la revendication 7, dans lequel la région électriquement conductrice (108C) est en silicium polycristallin.
  10. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la grille de transfert (TG) est séparée de la tranchée d’isolation périphérique (106) par une distance (D3 ; D6 ; D7, D8) non nulle.
  11. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comportant en outre un plot conducteur (126) situé sur et en contact avec la zone de collecte de charges (110), à distance (D5) de la grille de transfert (TG) et de la tranchée d’isolation périphérique (106).
  12. Capteur selon la revendication 11, dans lequel la zone de collecte de charges (110) et le plot conducteur (126) sont partagés entre deux pixels (300 ; 500 ; 700) voisins.
  13. Capteur selon la revendication 11, dans lequel la zone de collecte de charges (110) et le plot conducteur (126) sont partagés entre quatre pixels (500) voisins.
  14. Capteur selon la revendication 13, dans lequel la grille de transfert (TG) présente, en vue de dessus, une forme en I, les grilles de transfert de deux pixels diagonalement opposés étant parallèles entre elles.
  15. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la tranchée d’isolation périphérique (106) comprend une région conductrice (106C) isolée du substrat (104).
  16. Capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comportant en outre un circuit de contrôle configuré pour appliquer alternativement, sur la grille de transfert (TG) :
    – un premier potentiel adapté à bloquer un transfert de charges depuis la zone photosensible (102) vers la zone de collecte de charges (110) ; et
    – un deuxième potentiel, différent du premier potentiel, adapté à permettre un transfert de charges depuis la zone photosensible vers la zone de collecte de charges.
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