BE1023562B1 - Un dispositif detecteur assiste par un courant majoritaire. - Google Patents

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BE1023562B1 BE2014/0670A BE201400670A BE1023562B1 BE 1023562 B1 BE1023562 B1 BE 1023562B1 BE 2014/0670 A BE2014/0670 A BE 2014/0670A BE 201400670 A BE201400670 A BE 201400670A BE 1023562 B1 BE1023562 B1 BE 1023562B1
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Kyriaki Korina Fotopoulou
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Softkinetic Sensors Nv
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Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif détecteur assisté par courant majoritaire, comprenant une couche semiconductrice d'un premier type de conductivité, au moins deux régions de contrôle du premier type de conductivité, au moins deux régions de détection d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité et des moyens pour générer un courant de porteurs majoritaires associé à un champ électrique, caractérisé en ce que les régions de détection entourent les régions de contrôle pour former au moins deux taps et que la concentration de dopants du premier type de conductivité dans la couche semiconductrice fournit une isolation électrique entre les régions de détection pour éviter la fuite de porteurs minoritaires.

Description

Un dispositif détecteur assisté par un courant majoritaire
Domaine technique de l’invention L’invention se rapporte à un dispositif détecteur assisté par courant majoritaire pour détecter une radiation électromagnétique frappant une couche semiconductrice, dans lequel un courant de porteurs majoritaires est généré entre deux régions de contrôle et dans lequel les porteurs minoritaires photo-générés sont dirigés vers une région de détection sous l’influence d’un champ électrique généré entre les régions de contrôle. L’invention peut être utilisée dans des imageurs, particulièrement dans des imageurs à Temps-de-Vol, dans des jeux vidéo ou d’autres applications domestiques, etc...
Arrière-plan de l’invention
La vision par informatique est un champ de recherches en pleine expansion qui inclut des méthodes pour acquérir, traiter, analyser et comprendre des images. Notamment, un thème de recherche de la vision par informatique est la perception de la profondeur ou, en d’autres termes, la vision en trois dimensions (3D).
La technologie Temps-de-Vol, pour prendre cet exemple, est l’une des technologies les plus prometteuses pour la perception de la profondeur. Un système d’appareil de prise de vues à Temps-de-Vol (TOF) 3 est représenté sur la Figure 1. Les systèmes d’appareil de prise de vues TOF capturent des images 3D d’une scène 15 en analysant le temps de vol de la lumière provenant d’une source de lumière 18 jusqu’à un objet. Le système d’appareil de prise de vues TOF 3 inclut un appareil de prise de vues avec une unité d’illumination 18 dédiée et des moyens de traitement de données 4.
Le principe de fonctionnement de base bien connu d’un système standard d’appareil à prise de vues TOF est d’illuminer activement la scène 15 avec une lumière modulée 16 à une longueur d’onde prédéterminée en utilisant l’unité d’illumination dédiée, par exemple avec des impulsions de lumière d’au moins une fréquence prédéterminée. La lumière modulée est réfléchie par des objets dans la scène. Une lentille 2 collecte la lumière réfléchie 17 et forme une image des objets sur le capteur d’imagerie 1 de l’appareil de prise de vues. En fonction de la distance des objets par rapport à l’appareil de prise de vues, un retard est subi entre l’émission de la lumière modulée, par exemple les dites impulsions de lumière, et la réception de ces impulsions de lumière réfléchies au niveau de l’appareil de prise de vues. La distance entre des objets réfléchissants et l’appareil de prise de vues peut être déterminée en fonction du retard temporel observé et de la valeur constante de la vitesse de la lumière. Dans un autre mode de réalisation plus complexe et fiable, une pluralité de différences de phase entre les impulsions de lumière de référence émises et les impulsions de lumière capturées peuvent être déterminées par des mesures de corrélation et utilisées pour estimer l’information de profondeur.
La détermination des différences de phase peut être notamment réalisée par des Démodulateurs Photoniques Assisté par Courant (CAPDs). Les principe des CAPDs est expliqué dans le brevet EP1513202 et représenté par la Figure 2A-C. Il est basé sur des noeuds de modulation, aussi appelés « taps ». Le CAPD représenté sur la Figure 2A-C comprend deux taps. Chaque tap est constitué d’une région de contrôle 61,62 et d’une région de détection 63, 64. En contrôlant un potentiel appliqué entre les régions de contrôle 61 et 62, il est possible de contrôler la détectivité du tap associé. Lorsqu’un photon est incident à l’intérieur d’une zone photosensible d’un pixel, une paire d’électron/trou e' /h+ peut être générée à une certaine position. La paire électron/trou va être séparée par un champ électrique qui est présent et qui est associé au courant majoritaire circulant. Ce champ électrique va provoquer la dérivation des porteurs minoritaires photogénérés 66, 69 dans la direction opposée du courant majoritaire s’écoulant, c’est-à-dire jusqu’aux régions de détection 63, 64, respectivement.
Lorsque qu’un pixel comprend plusieurs taps et Iprsqu’un potentiel positif est appliqué sur un tap par rapport aux autres taps, ce tap est activé et va recevoir la majorité des porteurs minoritaires photogénérés dans le pixel, comme représenté sur la Figure 2B et C. En appliquant des signaux de pilotage appropriés aux régions de contrôle, des mesures de corrélation peuvent être réalisées et la perception de la profondeur peut être obtenue.
Sur la Figure 3, une topologie à 2 taps est présentée pour illustrer l’art antérieur. Le pixel contient deux noeuds de modulation ou taps. Chaque tap est constitué d’une région de contrôle 6, 8 et d’une région de détection 5, 7, respectivement. Dans cette topologie, chaque région de détection 5, 7 est entourée d’une région de contrôle 6, 8, respectivement. Le pixel comprend aussi les circuits 11,12 associés aux taps. Les éléments de circuit 11, 12 et les régions de contrôle 6, 8 peuvent être des régions fortement dopées p+ tandis que la région de détection 5, 7 peut être une région de type n+. Chaque région de détection 5, 7 peut être associée à une région de déplétion 13, 14, par exemple une région à puit n (dite « n-well »). Dans l’art antérieur, la couche sur laquelle le dispositif est formé est habituellement une couche p ' '. Le fait que la région de contrôle de type p entoure la région de détection de type n dans une couche de type p permet d’éviter les fuites entre les deux régions de détection.
Le champ créé entre deux nœuds de contrôle doit être aussi élevé que possible pour obtenir une forte détectivité et un fort contraste de démodulation. Ce besoin implique une forte consommation de puissance ; c’est l’un des principaux inconvénients des CAPDs. La consommation de puissance P dans un CAPD suit l’équation suivante, R et ΔΚ étant la résistance et la différence de potentiel entre les régions de contrôle, respectivement :
La consommation de puissance peut être réduite de plusieurs façons. Premièrement, la différence de potentiel entre les régions de contrôle peut être réduite. Deuxièmement, la distance entre les régions de contrôle peut être augmentée de façon à augmenter la résistance entre elles. Les deux solutions auront un impact sur le contraste de démodulation du dispositif, comme elles impactent l’intensité du champ électrique dans la couche qui détermine la vitesse de transport de porteurs de charges et la vitesse de démodulation.
Dans une mise en oeuvre conventionnelle de CAPD telle que représentée sur la Figure 2 A-C et la Figure 3, la réduction de consommation de puissance est typiquement obtenue en séparant les nœuds par une couche épitaxiale hautement ohmique (par exemple dopée p ' ') qui, en conséquence, consomme de la surface optique utile du pixel et rend la diminution de pas de pixel difficile. De plus, les transistors de pixel sont situés typiquement dans une zone de puit p (dite p-well), là encore séparée physiquement des nœuds de détection du pixel. Le besoin de séparation signifie que de l’espace ne peut pas être utilisé pour d’autres choses que des transistors de pixel. Par conséquent, dans des CAPDS conventionnels, la réduction du pas de pixel reste très difficile et ambitieuse lorsqu’elle est couplée avec une spécification de dispositif ciblant une faible consommation de puissance et un facteur de remplissage élevé.
Une solution reste à être proposée pour réduire la consommation de puissance des CAPDs tout en réduisant la taille des pixels et en maintenant une vitesse élevée de démodulation. La présente invention propose une architecture de dispositif CAPD qui fournit une solution pour une miniaturisation supplémentaire de pixel sans l’impact néfaste sur la consommation de puissance d’une approche conventionnelle de CAPD aux petits pas de pixels et en même temps elle autorise une plateforme pour la mise en œuvre d’une configuration CAPD en mode BSI. Résumé de l’invention
La présente invention se rapporte à un dispositif détecteur assisté par un courant majoritaire selon la revendication 1.
Avantageusement, la couche semiconductrice est légèrement dopée avec un dopant du premier type de conductivité (p Ou n '). La concentration de dopant est de préférence adaptée pour fournir une bonne isolation électrique entre les régions de détection.
La couche peut aussi être formée sur un substrat, la concentration de dopants du substrat étant plus élevée que la concentration de dopants de la couche semiconductrice. L’illumination peut être par devant (en anglais Front Side Illumination, ou FSI), ou, préférablement, par derrière, par rétro-éclairage (en anglais Back-Side-lllumination ou BSI).
De préférence, le dispositif détecteur peut comprendre une région semiconductrice du premier type de conductivité formée dans la couche semiconductrice et localisée entre les deux régions de détection, pour isoler les régions de détection, dans laquelle la région semiconductrice (45) est au moins l’un d’un contact ohmique, d’un puit ou d’un puit profond. Cette région semiconductrice fournit une isolation importante des régions de contrôle.
Dans le cas d’une mise en œuvre par rétro-éclairage (BSI), la région semiconductrice localisée entre les deux régions de détection, étant un puit ou un puit profond, peut être agencée pour recevoir des éléments de circuit de pixel. Ceci est vraiment avantageux, puisque la taille du dispositif peut être considérablement réduite, tout en assurant l’isolation des régions de détection.
Les autres avantages et les nouvelles caractéristiques de l’invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en référence aux dessins annexés.
Brève description des dessins
La Figure 1 illustre le principe de fonctionnement de base d’un système TOF; La Figure 2A représente une vue de dessus d’un dispositif selon l’art antérieur, les Figure 2B et 2C représentent une coupe transversale du dispositif de la Figure 2A sous deux conditions de courant différentes;
La Figure 3 représente une vue de dessus d’un pixel selon l’art antérieur, dans lequel les régions de contrôle entourent les régions de détection;
La Figure 4 représente une vue de dessus d’un premier mode de réalisation d’un dispositif détecteur selon la présente invention;
La Figure 5 représente une coupe transversale du dispositif détecteur de la Figure 4 le long de la ligne A-A’;
La Figure 6 représente une coupe transversale d’un dispositif détecteur selon un autre mode de réalisation de l’invention;
La Figure 7 représente une coupe transversale d’un dispositif détecteur selon un mode de réalisation supplémentaire de l’invention, dans lequel l’illumination est faite par rétro-éclairage (BSI);
La Figure 8 représente les différences entre les modes de réalisation FSI et BSI de l’invention.
Description de l’invention L’invention va maintenant être expliquée en se référant à une couche épitaxiale et un substrat de type p, mais l’invention porte également sur un dispositif complémentaire dans lequel les régions p et n deviennent des régions n et p, respectivement. Un homme de l’art est capable de mettre en œuvre de telles modifications sans s’éloigner de l’esprit de l’invention.
Il est entendu que les termes n, p, n+, p+, p et p ", puit n (ou n-well), puit p (p-well), puit profond n (deep n-well) et puit profond p (deep p-well) sont des termes bien connus par l’homme du métier. Les termes n, p, n+, p+, p ', et p font référence à des niveaux de dopage dans les matériaux semiconducteurs bien connus par l’homme du métier.
Les termes n et p font référence à des régions dopées n ou p, habituellement des régions dopées avec de l’arsenic ou du bore, respectivement. Les termes n+ et p+ font référence à des régions de contact superficiel hautement dopées pour des puits n (n-well) et des puits p (p-well), respectivement. Le terme p ' fait référence à une région de type p légèrement dopée telle qu’un puit p (p-well) et le terme p ' ' fait référence à une région de type p très peu dopée, proche de la concentration intrinsèque d’au moins deux ordres de grandeur plus petite que celle de p '. Dans ce cas, p ' ' peut être une couche épitaxiale fortement résistive ou fortement ohmique avec une résistivité d’environ 550-10 kOhm.cm. Par exemple, sur la base de ces valeurs pour p ' ', une concentration de p ' peut correspondre à une résistivité d’environ 15 Ohm.cm -100 Ohm.cm et une p + + peut correspondre à une résistivité d’environ 0.01-1 Ohm.cm.
Les matériaux semiconducteurs standards utilisés pour des applications CMOS de base telles que la logique, sont des couches épitaxiales avec une résistivité de 15 Ohm.cm et des substrats avec une résistivité de 0.001 Ohm.cm.
Pour des applications RF et de puissance à haute tension, la résistivité de la couche épitaxiale est d’environ 50 à 120 Ohm.cm avec une épaisseur de 4 pm.
Pour des imageurs, tels que le CAPD, la couche épitaxiale est souvent utilisée, avec une épaisseur de 10 à 23 pm et avec une résistivité de 500 Ohm.cm à 10 kOhm.cm, et avec un substrat, aussi connu sous le nom de bulk, avec une résistivité de 0,01 Ohm. cm à 1 Ohm.cm.
La présente invention de rapporte à des modes de réalisation concernant à la fois l’illumination avant (FSI) et arrière, c’est-à-dire par rétroéclairage (BSI). Les dispositifs par illumination avant et par rétro-éclairage (FSI et BSI) sont définis par référence à la localisation des circuits sur la puce comparée à la lumière incidente. Par FSI, on entend un dispositif dans lequel la lumière frappe du même côté que les circuits. Avec une illumination avant FSI, la lumière tombe sur le devant des circuits, et passe à travers le circuit de lecture et les interconnections avant d’être collectée dans le photodétecteur.
Au contraire, par BSI, on entend un dispositif dans lequel la lumière frappe de l’autre côté, où les circuits ne sont pas présents. L’idée principale derrière le fait d’utiliser une structure BSI, c’est qu’aucune lumière ne se perd en passant à travers les circuits.
La Figure 4 représente une vue de dessus d’un premier mode de réalisation d’un dispositif détecteur selon la présente invention. Sur la Figure 4, le dispositif détecteur comprend quatre taps, formés dans une couche semiconductrice 40. Chaque tap comprend une région de contrôle MIX0, MIX1 entourée d’une région de détection DET0, DET1, respectivement. Les régions de détection peuvent être de forme rectangulaire comme représentées sur la Figure 4, mais pas seulement. Une source 41 injecte du courant dans la région de contrôle MIX0 et récupère le courant dans la région de contrôle MIX1. Cette source génère un courant de porteurs majoritaires dans la couche semiconductrice 40 entre les régions de contrôle MIX0, MIX1, le courant majoritaire étant associé à un champ électrique. Dans la configuration présentée à la Figure 4, les porteurs majoritaires sont de trous h+ et les porteurs minoritaires sont des électrons e\ La ligne A-A’ de la Figure 4 représente l’endroit où la coupe transversale est faite pour la Figure 5.
Sur la Figure 4, le dispositif détecteur est représenté comme un carré. Il est important de mentionner que l’électrode de contrôle mix est une île encapsulée par l’anneau d’électrode de détection de façon à ce que toute autre géométrie potentielle puisse être avantageusement mise en œuvre, telle qu’un cercle ou un polygone, mais ceci n’est pas limitatif.
Sur la Figure 5, le courant de trous majoritaires est représenté par des lignes solides et sa direction est représentée par des flèches. Lorsqu’une radiation électromagnétique 43, par exemple des photons, frappe la couche 40, des paires d’électrons/trous sont générés dans la couche 40. Les paires d’électrons/trous sont séparées par le champ électrique qui est présent et associé au courant de trous majoritaires circulant. Les porteurs minoritaires 42 se déplacent vers la région de détection qui est la plus proche de la région où les porteurs majoritaires sont récupérés, c’est-à-dire DETO ici. DET1 pourrait aussi être activé en fonction du potentiel appliqué à MIXO et MIX1. Les mouvements d’électrons sont dus à une dérive basée sur le champ électrique présent associé au courant majoritaire circulant.
Les régions de contrôle MIXO, MIX1 comprennent au moins un puit p PWELL 28, 31. Elles peuvent aussi comprendre trois régions distinctes, une p+, un PWELL et un puit profond p (deep PWELL). Un contact semiconducteur fortement dopé 27, 30, par exemple un contact p +, peut être formé au dessus du PWELL 28, 31. Le fait de doper fortement ce contact crée un contact ohmique utilisé pour injecter le courant majoritaire via la source 41. Un puit profond PWELL 29, 32 peut aussi être prévu sous le puit PWELL. La fonction de ce puit profond PWELL est de prolonger l’électrode de contrôle plus profondément dans la couche 40 de façon à fournir un bon contrôle du potentiel de la couche épitaxiale et à renforcer le champ latéral entre les deux contacts MIX.
Les régions de détection DETO, DET1 peuvent comprendre au moins un puit NWELL 24, 26 formant une jonction p-n avec la couche semiconductrice 40 pour collecter les porteurs minoritaires générés 42. Les régions de détection DETO, DET1 peuvent comprendre, mais ceci n’est pas limitatif, une région de type n qui peut être une combinaison quelconque des éléments suivants : un implant N+, un puit NWELL ou un puit profond n (deep NWELL) créant un photodétecteur à jonction p-n tel qu’une photodiode N+/PSUB, NWELL/PSUB, DNWELL/PSUB avec la couche semiconductrice 40 pour collecter les porteurs minoritaires générés 42. Les régions de détection DETO, DET1 peuvent aussi comprendre un contact n+ 23, 25 formé au dessus du NWELL 24, 26 pour créer un contact ohmique avec les circuits 21, 22 et permettre par exemple la lecture des porteurs minoritaires via un circuit de lecture. Le NWELL 24, 26 devrait être placé près de la source de courant de trous MIXO, MIX1 de façon à augmenter les chances et la vitesse avec laquelle les électrons vont diffuser dans le NWELL 24, 26 à travers la jonction de détection p-n et augmenter ainsi la sensitivité du détecteur. Le NWELL devrait être capable de capturer les électrons photo-générés capturés par le champ latéral entre les deux électrodes MIX et subissant une dérive vers le tap de plus grande polarisation.
Dans l’art antérieur, comme illustré sur la Figure 3, les régions de contrôle de type p 6, 8 entourent les régions de détection de type n 5, 7 et sont formées dans une couche de type p. Cela signifie que les régions de détection 5, 7 sont isolées électriquement par les régions de contrôle 6, 8 qui les entourent et que les porteurs minoritaires capturés ne peuvent pas fuir. Des courts-circuits ne peuvent pas se former entre les régions de détection. Dans le cas des FSI (illumination avant), le matériau de wafer utilisé pour la mise en œuvre des CAPDs est habituellement une couche épitaxiale dopée p ”, sur laquelle les photodiodes et les circuits de pixel sont fabriqués. Cette couche p ' ' est légèrement dopée par du bore pour obtenir une résistivité entre 500 Ohm.cm et 10 kOhm.cm. Un substrat peut aussi être utilisé. C’est habituellement un matériau fortement dopé au bore p ++ avec une résistivité de 0.01 -1 Ohm.cm, sur lequel la couche de silicium épitaxiale est construite.
Habituellement, pour des applications InfraRouge (IR) (850 nm), le substrat ou water a une épaisseur totale de 750pm, les 23 pm supérieurs étant la couche de silicium épitaxiale fortement résistive ou faiblement dopée où les porteurs minoritaires photogénérés (e-) sont créés. L’épaisseur de la couche épitaxiale est adaptée pour respecter l’absorption de la lumière IR dans le silicium qui est autour de 15-20 pm. Les porteurs minoritaires devraient être générés dans la couche épitaxiale et non pas dans le substrat pour qu’ils puissent être collectés par les détecteurs ou les cathodes des jonctions de photodiode. La recombinaison à l’intérieur du substrat fortement dopé doit être évitée.
Dans la présente invention, la localisation des régions de contrôle de type p MIXO, MIX1 et des régions de détection de type n DETO, DET1 est changée et les régions de détection DETO, DET1 entourent les régions de contrôle MIXO, MIX1. Dans la présente invention, les régions de contrôle MIXO, MIX1 sont des îlots encapsulés par les régions de détection. Ce changement permet de réduire la distance entre les noeuds sans compromettre la consommation de puissance en utilisant les régions de détection NWELL comme isolation entre les deux électrodes MIX. Ainsi, la résistance entre les deux contacts MIX reste haute et la taille des pixels est réduite. En échangeant la position des régions de contrôle et de détection, les régions de détection de type n DETO, DET1 sont maintenant plus proches, ce qui augmente les chances de courts-circuits et de fuite de porteurs minoritaires capturés. La présente invention propose d’adapter la conductivité de la couche semiconductrice 40 de façon à fournir une isolation électrique entre les régions de détection DETO, DET1 pour éviter la fuite des porteurs minoritaires. Une résistivité d’au moins 50 Ohm.cm offre une isolation suffisante entre les puits de détection NWELL sans impacter de façon signifiante la consommation de puissance puisque les régions PWELL MIX sont encapsulées par les anneaux NWELL. La conductivité de la couche semiconductrice 40 peut être adaptée par exemple en dopant légèrement la couche 40. La couche 40 peut être dopée p ' par exemple, au lieu de p ' ' dans l’art antérieur. Le fait de doper légèrement plus la couche 40 permet d’augmenter légèrement la concentration de trous dans la couche et ainsi, de réduire légèrement la concentration d’électrons dans la couche 40. Avec une couche moins résistive, les électrons capturés dans les régions de détection DET, DET1 ne peuvent plus fuir. La région autour et entre les régions de détection DETO, DET1 devrait fournir une telle isolation.
La couche 40 peut aussi comprendre une région semiconductrice, formée dans la couche semiconductrice et localisée entre les régions de détection. La couche 40 peut contenir une région semiconductrice implantée de type p 45 qui peut être une couche p+ de surface, un puit p PWELL ou un puit profond p (deep PWELL) entre les éléments de détection DETO, DET1 pour isoler électriquement les deux taps. Une couche de surface p+ ou plus profonde PWELL peut aussi être mise en place entre les nœuds NWELL pour isoler les deux taps. Ce mode de réalisation n’est pas représenté pour le cas FSI d’éclairage avant, mais seulement pour le cas de rétro-éclairage BSI, dans le Figure 7, mais il faut comprendre que ce mode de réalisation peut être mis en œuvre pour les deux cas, FSI et BSI.
Dans un mode de réalisation supplémentaire présenté sur la Figure 6, la couche 40 est formée sur un substrat 44. La concentration de dopants dans le substrat 44 peut être plus élevée que celle de la couche 40. Par exemple, le substrat 44 peut être une couche p++ tandis que la couche 40 peut être une couche p '. Cela signifie que si le substrat 44 sur lequel le dispositif est formé est p++, alors une couche 40 légèrement dopée p ' devrait être formée au dessus, avant de fabriquer les régions de contrôle et de détection MIX0, MIX1, DETO et DET1. La conductivité de la couche 40 entre les régions de détection DETO, DET1 devrait être adaptée pour fournir une isolation électrique et éviter une fuite des porteurs minoritaires.
Dans les modes de réalisation représentés par les Figures 4, 5 et 6, l’illumination est une illumination avant (Front Side Illumination ou FSI), c’est-à-dire que la lumière frappe sur la couche 40 du même côté que les circuits 22, 21.
Dans un mode de réalisation supplémentaire présenté sur la Figure 7, l’illumination 46 se fait par rétro-éclairage (Back Side Illumination ou BSI) et frappe sur le substrat 44 de l’autre côté de la puce. Dans le cas du BSI, la couche épitaxiale 40 est désépaissie jusqu’à une gamme, par exemple, de 5-100 pm (de préférence 5 à 30 pm) en fonction de la longueur d’onde d’illumination de l’application ciblée. Le substrat fortement dopé 44 est remplacé par une fine couche de l’ordre de 1 à 3 pm d’épaisseur selon le procédé choisi. Le dopage de cette couche superficielle implantée 44 est du même ordre que celui du substrat d’origine SUB p++ du cas FSI.
Dans le cas du BSI, le même matériau de wafer est utilisé et la même nomenclature pour la couche épitaxiale faiblement dopée p ' et le substrat fortement dopé p++ peut s’appliquer.
La différence entre le BSI et le FSI réside dans la fait que, dans le cas du BSI, la majorité du substrat fortement dopé p++ est consommée durant une étape de meulage en face arrière du traitement BSI. La face arrière du wafer devient la face avant, c’est-à-dire que la surface optique où la lumière frappe. La majorité du substrat est meulée en face arrière pour exposer l’épitaxie faiblement dopée ou fortement résistante.
Ce changement de FSI à BSI permet de placer des éléments de circuit à l’intérieur de la région 45 entre les taps pour réduire la taille totale du pixel 20, sans affecter le facteur de remplissage du dispositif. La fonction de la région 45 est de fournir une isolation électrique entre les détecteurs et de pouvoir contenir le circuit. Une zone de surface p+, un puit p PWELL ou un implant profond p (deep PWELL) peuvent être formés dans la région 45 localisée entre les régions DET0, DET1 pour isoler les deux taps. La région 45 peut être un îlot flottant électriquement ou mis à la masse dans le mode de réalisation où la circuiterie de pixel y est enterrée. Dans le cas où un puit p PWELL ou un implant profond p (deep PWELL) sont appliqués, la région 45 peut accueillir des éléments de circuit (circuit de PIXEL de la Figure 8) et peut être désignée comme la région d’élément de circuit du pixel.
Dans un tel cas, la résistivité de la couche p ‘ 40 peut correspondre à un dopage de base standard CMOS, par exemple 15 Ohm.cm. Une couche épitaxiale p ‘ " de 550 Ohm.cm à 10 kOhm.cm peut être utilisée en conjonction avec la région 45 pour isoler les deux taps. Le fait de mettre en place un rétro-éclairage BSI permet de collecter de façon plus efficace la lumière. L’image résultant a moins de bruit numérique et les performances en faible luminosité s’en retrouve améliorée.
Sur la Figure 7, le dispositif détecteur est présenté avec une couche 40 et un substrat 44. Le dispositif pourrait aussi être mise en œuvre avec seulement une couche 40, comme sur la Figure 5, si la conductivité de la couche 40 est adaptée pour fournir une isolation électrique entre les régions de détection DET0 et DET1.
Dans la Figure 8, les différences entre les dispositifs FSI (Schéma A) et BSI (Schéma B) sont mieux représentées. Dans le cas du BSI, la couche épitaxiale est désépaissie jusqu’à une épaisseur dépendante de la longueur d’onde de l’application ciblée, par exemple, 5-100 pm et de préférence 5 à 30 pm pour une longueur d’onde d’illumination InfraRouge. Le substrat fortement dopé 44 des Figures 6 et 7 est remplacé par une couche fine de 1 à 3 pm d’épaisseur selon le procédé de fabrication choisi. Le dopage de cette couche superficielle implantée 44 est du même ordre de grandeur que la couche de substrat 44 SUB p++du cas FSI de la Figure 6. Il faut noter que, dans le cas FSI, les régions semiconductrices 45 ne sont pas configurées pour recevoir des éléments de circuiterie.

Claims (9)

  1. Revendications
    1. Un dispositif détecteur assisté par un courant majoritaire pour détecter une radiation électromagnétique (43, 46) comprenant : - une couche semiconductrice (40) sur laquelle une radiation électromagnétique (43, 46) peut frapper pour y générer des paires de porteurs majoritaires et minoritaires et qui est dopée avec un dopant d’un premier type de conductivité, - au moins deux régions de contrôle (MIXO, MIX1) formées dans la couche semiconductrice (40), étant dopées avec un dopant du premier type de conductivité ; - une source (41) pour générer un courant de porteurs majoritaires dans la couche semiconductrice (40) entre les deux régions de contrôle (MIXO, MIX1), le courant majoritaire étant associé à un champ électrique ; - au moins deux régions de détection (DETO, DET1) formées dans la couche semiconductrice (40) et étant dopées avec un dopant d’un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, pour former une jonction et collecter des porteurs minoritaires générés (42), les porteurs minoritaires (42) étant dirigés vers l’une des deux régions de détection (DETO, DET1) sous l’influence du champ électrique associé au courant de porteurs majoritaires ; - les régions de détections (DETO, DET1) entourent les régions de contrôle (MIXO, MIX1) pour former au moins deux taps, - la concentration de dopants du premier type de conductivité dans la couche semiconductrice (40) fournit une isolation électrique entre les régions de détection (DETO, DET1) en évitant une fuite de porteurs minoritaires des régions de détection (DETO, DET1). le dispositif détecteur étant caractérisé en ce que : - l’épaisseur d’un substrat semiconducteur (44) sur lequel la couche semiconductrice (40) est formée est configurée pour un rétro-éclairage ; - le dispositif détecteur comprend en outre une région semiconductrice (45) du premier type de conductivité formée dans la couche semiconductrice (40) et localisée entre les deux régions de détection (DETO, DET1) pour isoler les régions de détection (DETO, DET1), la région semiconductrice (45) étant un puit ou un puit profond et comprenant des éléments de circuit de pixel (circuit de PIXEL, 21,22).
  2. 2. Le dispositif détecteur de la revendication 1, dans lequel la couche semiconductrice (40) est une couche épitaxiale dopée p
  3. 3. Le dispositif détecteur de la revendication 1, dans lequel la couche semiconductrice (40) est une couche épitaxiale dopée n
  4. 4. Le dispositif détecteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche semiconductrice (40) est formée sur un substrat semiconducteur (44) dopé avec un dopant du premier type de conductivité, dans lequel la concentration de dopants du substrat semiconducteur (44) est plus élevée que la concentration de dopants de la couche semiconductrice (40).
  5. 5. Le dispositif détecteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les régions de détection (DETO, DET1) comprennent un puit (24, 26) dopé avec un dopant d’un type de conductivité opposé au premier type de conductivité.
  6. 6. Le dispositif détecteur selon la revendication 5, dans lequel les régions de détection (DETO, DET1) comprennent en outre un contact ohmique (23, 25) formé dans la couche semiconductrice (40) au dessus dudit puit (24, 26) dudit type de conductivité opposé.
  7. 7. Le dispositif détecteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les régions de contrôle (MIX0, MIX1) comprennent un puit (28 ; 31) dopé avec un dopant du premier type de conductivité.
  8. 8. Le dispositif détecteur selon la revendication 7, dans lequel les régions de contrôle (MIX0, MIX1) comprennent en outre un contact ohmique (23 ; 25) formé dans la couche semiconductrice (40) au dessus dudit puit (28, 31) dudit premier type de conductivité.
  9. 9. Le dispositif détecteur selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre un puit profond (29, 32), dopé avec un dopant du premier type de conductivité, formé dans la couche semiconductrice (40) sous le puit (28, 31) des régions de contrôle (MIXO, MIX1) pour fournir un champ intense entre les régions de contrôle (MIXO, MIX1).
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