EP1573821A1 - Multispectral detector matrix - Google Patents

Multispectral detector matrix

Info

Publication number
EP1573821A1
EP1573821A1 EP03809998A EP03809998A EP1573821A1 EP 1573821 A1 EP1573821 A1 EP 1573821A1 EP 03809998 A EP03809998 A EP 03809998A EP 03809998 A EP03809998 A EP 03809998A EP 1573821 A1 EP1573821 A1 EP 1573821A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layers
semiconductor material
light
structure according
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03809998A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre Gidon
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1573821A1 publication Critical patent/EP1573821A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14669—Infrared imagers
    • H01L27/1467—Infrared imagers of the hybrid type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H01L27/1465—Infrared imagers of the hybrid type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H01L27/14652—Multispectral infrared imagers, having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW structures

Definitions

  • the subject of this invention is a matrix of multispectral detectors. This type of matrix most often aims to transcribe images. It can also be used to process light signals from measuring devices.
  • Light can be understood in its broad sense, that is to say from infrared to ultraviolet.
  • the detectors deliver electrical signals related to the light intensities received. Each show range turns into different electrical signals. Depending on the structure of the detectors, this color information is output in parallel or successively. Some matrices deliver, in addition, several signals in parallel to transmit information more quickly.
  • Another classic solution is to use three matrices around an optical prism separating the spectral ranges. This solution overcomes the limitations of the previous solution, but the compactness advantages of an array of detectors are lost. Indeed, the optical prism responsible for separating the wavelengths has a large thickness. This prism is all the thicker and heavier than the arrays of photodetectors are large.
  • a recent solution, disclosed in document O-A-00/62 350 consists in creating a matrix containing a stack of doped zones and of alternating polarities, thus forming diodes connected in series. Due to their location at different depths, each diode in a stack detects a different color. These heavily doped areas have the drawback of rapidly recombining the photo-generated electron-hole pairs.
  • the solution mainly corresponds to the introduction of dielectric layers in the internal structure of the matrix.
  • This complexification takes advantage of the properties of the optical absorption of materials. The different wavelengths of light are absorbed from the surface of the material, but the absorption coefficient is variable with the wavelength. Certain wavelengths are almost completely absorbed in a very small thickness while others continue to propagate in the depth of the material.
  • the absorption coefficients of the materials are known and constant. If the absorbent structure has as many pairs of dielectric / absorbent layers as there are wavelength ranges whose intensities have to be measured and if the thickness of the absorbent layers is chosen appropriately, then it is possible to obtain sufficient information to go back by calculation to the intensities of each spectral range.
  • the calculation can be done electrically by several conventional methods. It can be done by making the analog amplification circuit more complex and by creating the appropriate feedback between the different operational amplifiers. It can also be done by associating the array of detectors and its amplifier circuit with one (or more) analog / digital converter and with a
  • the subject of the invention is therefore a matrix structure of multispectral detectors comprising:
  • a superposition of several layers of semiconductor material separated by layers of transparent dielectric material for a light to be detected said superposition providing a face for receiving the light to be detected, said superposition of layers of semiconductor material being distributed into image elements or pixels, each part of layer of semiconductor material corresponding to a pixel comprising a light detection element delivering electrical charges in response to light received by this element detection, means for collecting the electrical charges delivered by each light detection element, these collecting means being electrically connected to electrical connection means and comprising conductive walls filling trenches produced in the superposition of the layers of semiconductor material for ensure electrical contact with all the layers of semiconductor material and to form an electrode common to all the detection elements.
  • the structure may have the form of a plate having two opposite main faces: a first face which is the face for receiving the light to be detected and a second face which is electrically insulated and supporting the means of electrical connection.
  • the second face can then constitute a hybridization face with a device for exploiting the collected electrical charges.
  • the collection means may include conductive crossings. These conductive crossings can be housed in wells, each well having a depth making it possible to reach a corresponding detection element by crossing, without electrical contact, at least one of said layers of semiconductor material.
  • Each detection element can comprise at least one semiconductor junction resulting, for example, from the presence of a doped region in said layer portion of semiconductor material.
  • the trenches can be made according to a mesh network such that a mesh contains several detection elements. They can also be produced according to a mesh network such that a mesh contains a single detection element.
  • the conductive walls may be in electrical contact with the layers of semiconductor material by doped regions of these layers of semiconductor material. They can also be locally electrically isolated from the detection elements and from the common electrode to constitute capacitors for storing electrical charges.
  • Light reflecting means may be arranged above the conductive walls in order to reflect the light to be detected, pointing towards the conductive walls, towards the elements adjacent to the conductive walls.
  • the superimposition of layers of semiconductor material can comprise layers of semiconductor material of the same or different nature.
  • the superposition comprising n layers of semiconductor material, the thickness of each layer is determined as a function of n defined wavelength ranges of the light spectrum so that the layer of semiconductor material located closest to the face receiving light absorbs almost all of a first defined wavelength range, the two layers of semiconductor material located closest to the receiving face of light absorb almost all of a second range of defined wavelength, and so on up to n, the intensities measured by each detection element of the same pixel making it possible to restore, as a function of the absorption coefficients of each layer of semiconductor material, the intensities of each of the n wavelengths received by the pixel.
  • Three layers of semiconductor material make it possible to obtain a structure which is well suited to the detection of the first light for imaging in the visible range, but for other applications, the number of layers may be greater.
  • FIG. 2 is a top view of a matrix of multispectral detectors of the type of the first variant according to the invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a second alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention, hybridized to a reading circuit
  • FIG. 4 is a top view of a matrix of detectors multispectral of the type of the second variant according to the invention
  • FIG. 5 is a top view of a third alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention.
  • FIG. 6 is a graph representing the absorption curves of light in a semiconductor material for three different wavelengths
  • FIG. 7A to 7R illustrate a method for producing the second variant of a matrix of multispectral detectors according to the invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a first alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors 100 according to the invention, hybridized to a reading circuit 10.
  • the array of multispectral detectors 100 comprises, in superposition, three layers of semiconductor material, for example three layers of silicon 101, 102 and 103 arranged in this order relative to the source of the light to be detected.
  • a layer of Si0 2 104 separates the semiconductor layers 101 and 102.
  • a layer of Si0 2 105 separates the semiconductor layers 102 and 103.
  • a passivation layer 106 in Si0 2 constitutes the receiving face of the light to be detected.
  • the array of detectors 100 is in the form of a plate. The face of the plate opposite the face for receiving the light to be detected, also called the rear face, is provided with a first dielectric layer 111 and a second dielectric layer 112.
  • FIG. 1 shows only two pixels, but their number can be several thousand in each direction of the plane.
  • Each pixel comprises three conductive pads 121, 122 and 123 connected respectively to parts of the semiconductor layers 101, 102 and 103 and arranged on the rear face of the structure.
  • Each conductive pad 121 is electrically connected to its part of semiconductor layer 101 by a conductive bushing 131 contained in a well provided with an electrically insulating wall 141 for the semiconductor layers 102 and 103.
  • Each conductive pad 122 is electrically connected to its part of semiconductor layer 102 by a conductive passage 132 contained in a well provided with an electrically insulating wall 142 for the semiconductor layer 103.
  • Each conductive pad 123 is electrically and directly connected to its part of semiconductor layer 103.
  • the pixels represented in FIG. 1 are surrounded by conductive walls 151, for example made of polysilicon, contained in trenches produced in the superposition of the semiconductor layers 101, 102 and 103. These conductive walls are in electrical contact with the semiconductor layers 101, 102 and 103.
  • the faces 152 of the trenches can be doped in order to perfect the electrical contact with the layers of semiconductor material 101 , 102 and 103.
  • the conductive walls 151 constitute the common electrode of all the photodiodes of the detector array. They are electrically connected to conductive pads 153 located on the rear face of the structure.
  • Each pixel of the structure shown comprises three parts of the layers of semiconductor material 101, 102 and 103 and therefore three junction diodes.
  • the diodes are formed by doping, with a suitable dopant, regions of the semiconductor material.
  • the pads 123 are connected to doped areas 163 of the semiconductor layer 103.
  • the pads 122 are connected, via the bushings 132, to doped areas 162 of the semiconductor layer 102.
  • the pads 121 are connected, by through the bushings 131, to doped areas 161 of the semiconductor layer 101.
  • the layers of dielectric material 104 and 105 have a thickness much less than the wavelengths of the light to be detected in order to minimize optical reflections. They have a sufficient thickness to withstand the tensions involved in removing the charges, that is to say approximately 20 ⁇ m.
  • the reading circuit 10 supports, on a face facing the rear face of the matrix detectors 100, contact pads 21, 22, 23 and 53 which constitute inputs for the reading circuit.
  • the studs 21, 22, 23 and 53 are arranged opposite the studs 121, 122, 123 and 153 respectively.
  • the corresponding studs are connected together by conductive balls 20.
  • FIG. 2 is a top view of a matrix of multispectral detectors of the type of the first variant of the invention. It is intended to show in a privileged way certain elements of the structure. The elements shown have the same references as in Figure 1 even if their arrangement is not the same. In particular, the photodiodes of the same pixel are arranged in a triangle and the conductive walls 151 form a square containing four pixels.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a second alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors 200 according to the invention, hybridized to a reading circuit 10.
  • the only difference between this matrix of detectors and that of FIG. 1 is that all pixels are physically isolated from each other.
  • the two pixels visible in this figure are separated by a conductive wall 151 similar to the conductive walls 151 of FIG. 1.
  • the conductive wall 151 is contained in a trench produced in the superposition of the semiconductor layers.
  • the faces 152 of the trenches can be doped.
  • the conductive wall 151 is electrically connected to a conductive pad 153 located on the rear face of the structure.
  • the reading circuit 10 may include an additional contact pad 53 to obtain an additional electrical connection, via the conductive ball 20, with the conductive pad 153. If it is not necessary in all cases, the additional contact pad is advantageous in the case where the electrode is complex. It may indeed be advantageous to transfer the interconnections to the reading circuit 10.
  • FIG. 4 is a top view of a matrix of multispectral detectors of the type of the second variant of the invention. It is intended to show in a privileged way certain elements of the structure. The elements shown are not arranged in the same way as in FIG. 3. In particular, the photodiodes of the same pixel are arranged in a triangle.
  • the second variant is preferred in the presence of dazzling sources.
  • the quality of the images which it makes it possible to obtain is better than those provided by the first variant of the invention. If there is no physical separation between pixels, the photoelectrons generated for example by red in the various semiconductor layers can diffuse outside their zone. The same goes for photoelectrons from green. At the limit of the two red and green zones side by side then appears a yellow zone (mixture of red and green according to the principle of three-color) misleading. In addition, the scattering of photoelectrons from red and green being different, because generated in different layers, the yellow zone is not centered on the limit of the green and red zones but is offset. A physically completely separate pixel structure does not exhibit these lateral scattering problems.
  • a drawback of the multiplication of conductive walls is that a non-negligible part of the illuminated surface is no longer a detector.
  • One solution to overcome this drawback is to place pyramids (or knife blades) with a reflecting surface on the conductive walls to reflect the incident light towards the detector surface.
  • FIG. 5 is a top view of a third alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention.
  • the array of detectors illustrated by this figure is a structure with isolated pixels as for the previous figure, but complexified compared to the previous structure in order to add a charge storage capacity whose potential is controllable.
  • the conductive walls 151 completely isolate each pixel as for the variant shown in FIG. 4. Unlike the previous variant, parts of these walls are electrically isolated from the layers of semiconductor material as well as the other conductive parts. These parts are designated under the reference 154.
  • the electrode 153 and the parts 154 are connected to different electrodes in order to charge and discharge the storage capacitors thus formed. All the layers of semiconductor material in the structure are affected by this new variant.
  • Each pixel of each layer then has a capacity forming the photo-grid.
  • the detector layers may be of semiconductor material of a different nature.
  • Figure 6 is a graph representing light absorption curves in a semiconductor material for three different wavelengths.
  • the ordinate axis represents the remaining intensity I as a function of the depth p of penetration into a semiconductor material.
  • the graph therefore represents the absorption of light in a semiconductor material, in this case silicon.
  • the absorption was plotted for three wavelengths.
  • Curve 1 represents the absorption of a wavelength of 0.45 ⁇ m (blue light) and corresponds to an absorption coefficient equal to 2.
  • Curve 2 represents the absorption of a wavelength of 0.53 ⁇ m (green light) and corresponds to an absorption coefficient oc equal to 0.75.
  • Curve 3 represents the absorption of a wavelength of 0.65 ⁇ m (red light) and corresponds to an absorption coefficient ⁇ equal to 0.35.
  • E _ ⁇ Io being the intensity of the wave before its penetration into the absorbent material and x the distance (or depth) traveled by the wave in the material.
  • the thickness of the semiconductor layers is fixed since the absorption coefficients are constant.
  • the layer 101 can be 2 ⁇ m thick, the layer 102 3 ⁇ m thick and the layer 103 7 ⁇ m thick.
  • the intensities measured in each layer are a combination of the intensities of each red (R), green (V) and blue (B) range:
  • the coefficients (ai, a 2 , a 3 , bi, b 2 %) are constants for a given structure, a function of the thickness of the layers and the nature of the semiconductor material.
  • the values of the measured intensities make it possible to restore the values of R, G and B.
  • FIGS. 7A to 7R illustrate a method for producing the second variant of the detector array according to the invention.
  • FIG. 7A a superposition of layers of semiconductor material separated by layers of transparent dielectric material has been carried out on a silicon substrate 110.
  • the superposition has for example been carried out by a conventional technique for obtaining SOI substrates.
  • the substrate 110 successively supports a dielectric layer 106, a semiconductor layer 101, a dielectric layer 104, a semiconductor layer 102, a dielectric layer 105, a semiconductor layer 103 and a dielectric layer 111.
  • the layers 101, 102 and 103 are for example made of silicon. Their thickness was determined as indicated above.
  • the layers 106, 104, 105 and 111 are for example made of silicon oxide.
  • FIGS. 7B to 7H illustrate the formation of trenches and diodes in the buried semiconductor layers.
  • Layer 111 is etched by carrying out a photolithography step and then etching passivation oxide layer 111. The remaining resin is removed to provide the structure shown in FIG. 7B where the openings 31 and 32 expose the semiconductor layer 103 The openings 31 are wider than the openings 32. The semiconductor layer 103 is then etched (see FIG. 7C) until the dielectric layer 105 is reached. The layer 105 is reached when the etched trenches corresponding to the widest openings (the openings 31 in FIG. 7B), that is to say the trenches 231 are made. The trenches 232 correspond to the narrowest openings, that is to say to the openings 32.
  • FIG. 7D represents the structure obtained when the oxide layer 105 exposed in the trenches 231 is etched to expose the layer semiconductor 102. The semiconductor material is not affected by this etching.
  • the semiconductor layer 102 is then etched from the trenches 231 until the dielectric layer 104 is exposed at the bottom of these trenches.
  • the etching of the semiconductor layer 103 also continues from the bottom of the trenches 232 to reach almost simultaneously the dielectric layer 105. This simultaneity results from the choice of the diameters of the openings 31 and 32 (see FIG. 7B).
  • the structure obtained is shown in Figure 7 E.
  • the walls 141 and 142 respectively of the trenches 231 and 232 are then oxidized as shown in FIG. 7F.
  • Doping agents are then implanted. These dopants reach zones 161 and 162 of the semiconductor layers 101 and 102 respectively.
  • the dopants pass through the dielectric layers 104 and 105 which are thin oxide layers but do not reach the semiconductor layer 103 because the dielectric layer 111 is in thick oxide.
  • An anisotropic dry etching then makes it possible to eliminate the thin oxide covering the doped zones 161 and 162. This is shown in FIG. 7G.
  • the trenches are then filled with an electrically conductive material such as polysilicon to provide the bushings 131 and 132 ensuring electrical contact with the doped areas 161 and 162 respectively. The excess filling is removed by polishing and the structure shown in FIG. figure 7H.
  • Figures 71 to 7M illustrate the formation of trenches to obtain the common electrode.
  • a surface passivation layer 112 is deposited on layer 111 by covering the bushings 131 and 132. This is shown in FIG. 71.
  • Openings 51 are made in layers 112 and 111 until the semiconductor layer 103 is exposed. This can be obtained by photolithography and etching steps of layers 112 and 111 and by elimination of the remaining resin. We obtain the structure shown in Figure 7J.
  • Trenches 251 are obtained as shown in the illustration Figure 7K.
  • the faces 152 of the trenches 251 are doped by diffusion of dopants in the semiconductor layers 101, 102 and 103.
  • the structure shown in FIG. 7L is obtained.
  • the trenches are then filled with an electrically conductive material such as polysilicon to provide the walls ensuring electrical contact with the doped faces 152.
  • the excess filling is removed by polishing.
  • the structure shown in FIG. 7M is obtained.
  • FIGS. 7N to 70 illustrate the formation of the doped zones in the semiconductor layer 103.
  • FIG. 7N shows that a resin layer 60 has been deposited on the layer 112 and that it has been photolithographed to form, by etching the dielectric layers 111 and 112, openings 61, 62 and 63 exposing the semiconductor layer 103 and the top of crossings 131 and 132.
  • FIG. 70 represents the structure obtained when the conductive pads have been deposited. To obtain this result, the dielectric layer was slightly deoxidized and a metallic layer was deposited. A photolithography of the metal layer is carried out. The conductive pads are etched in this metal layer and the remaining resin is removed. Plots 153 are obtained in contact with the walls 151, studs 121 in contact with the bushings 131, studs 122 in contact with the bushings 132 and studs 123 in contact with the doped areas 163.
  • FIG. 7Q shows hybridization balls 20 which have been formed on the conductive pads 153, 121, 122 and 123.
  • FIG. 7R shows the hybridization of the structure obtained on a reading circuit 10 aux means of the balls 20.
  • the balls 20 electrically and respectively connect the pads 153, 121, 122 and 123 of the structure to the pads 53, 21, 22 and 23 of the reading circuit 10.
  • the inter-ball space is optionally filled with a material not electrical conductor .
  • the substrate 110 is then removed by thinning to the layer 106 which serves as a barrier and protective layer.
  • the device shown in FIG. 3 is then obtained.
  • the array of detectors according to the invention makes it possible to process the maximum of incident light.
  • the whole illuminated face advantageously provided with an anti-reflective layer, transmits the light which it receives inside the structure.
  • the separation of the spectral ranges does not require any external optical component, nor filter, nor prism.
  • the matrix keeps its resolution whatever the number of spectral ranges chosen.
  • the number of semiconductor layers determines the number of spectral ranges, but does not change the thickness or the weight of the photodetector array.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

The invention concerns a multispectral detector matrix structure (200) comprising: a stack of several layers of semiconductor material separated by layers of dielectric material transparent for a light to be detected, the stack having a surface for receiving the light to be detected, the stack of semiconductor material layers being distributed in image or pixel elements, each semiconductor material portion corresponding to one pixel including a light detecting element delivering electric charges in response to the light received by said detecting element, means for collecting the electric charges delivered by each light detecting element, said collecting means being electrically connected to electrical connecting means (153) and comprising conductive walls (151).

Description

MATRICE DE DETECTEURS MULTISPECTRAUX MULTISPECTRAL DETECTOR MATRIX
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
Cette invention a pour sujet une matrice de détecteurs multispectraux. Ce type de matrice a le plus souvent pour but de retranscrire des images. Elle peut aussi être utilisée pour exploiter des signaux lumineux issus d'appareils de mesure.The subject of this invention is a matrix of multispectral detectors. This type of matrix most often aims to transcribe images. It can also be used to process light signals from measuring devices.
La lumière peut être comprise dans son sens large, c'est-à-dire de l'infrarouge à l'ultraviolet. Les détecteurs délivrent des signaux électriques en rapport avec les intensités lumineuses reçues. Chaque gamme spectacle se transforme en des signaux électriques différents. Suivant la structure de détecteurs, ces informations de couleur sont sorties en parallèle ou successivement. Certaines matrices délivrent, en plus, plusieurs signaux en parallèle pour transmettre l'information plus rapidement.Light can be understood in its broad sense, that is to say from infrared to ultraviolet. The detectors deliver electrical signals related to the light intensities received. Each show range turns into different electrical signals. Depending on the structure of the detectors, this color information is output in parallel or successively. Some matrices deliver, in addition, several signals in parallel to transmit information more quickly.
Il existe de multiples structures pour ces matrices de photodétecteurs. Certaines structures ont une grille qui permet de stocker les charges pendant un instant avant de les envoyer sur des amplificateurs du circuit de lecture. La liaison électrique entre la matrice de détecteurs et le circuit de lecture peut se faire par hybridation de la matrice sur le circuit de lecture. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUREThere are multiple structures for these photodetector arrays. Certain structures have a grid which makes it possible to store the charges for an instant before sending them to amplifiers of the reading circuit. The electrical connection between the detector array and the reading circuit can be made by hybridization of the matrix on the reading circuit. STATE OF THE PRIOR ART
On connaît de multiples structures de matrices de détecteurs multispectraux. Pour obtenir la détection de plusieurs bandes spectrales, plusieurs solutions sont classiquement utilisées.Multiple structures of multispectral detector arrays are known. To obtain the detection of several spectral bands, several solutions are conventionally used.
La plus connue de ces solutions consiste à utiliser des filtres de couleurs. Typiquement, trois filtres sont utilisés : un filtre rouge, un filtre vert et un filtre bleu pour essayer de capter les informations de couleurs de la lumière visible. Chaque élément d'image (ou pixel) n'a qu'un filtre devant lui. Les filtres changent périodiquement de pixel en pixel mais ceci a pour conséquence que la résolution pour chaque couleur est trois fois plus faible que la résolution de la matrice sans ses trois filtres. De plus, environ les deux tiers de l'intensité lumineuse sont perdus par absorption dans les filtres.The best known of these solutions consists in using color filters. Typically, three filters are used: a red filter, a green filter and a blue filter to try to capture the color information of visible light. Each image element (or pixel) has only one filter in front of it. The filters change periodically from pixel to pixel but this has the consequence that the resolution for each color is three times lower than the resolution of the matrix without its three filters. In addition, about two thirds of the light intensity is lost by absorption in the filters.
Une autre solution classique est d'utiliser trois matrices autour d'un prisme optique séparant les gammes spectrales. Cette solution écarte les limitations de la solution précédente, mais les avantages de compacité d'une matrice de détecteurs sont perdus. En effet, le prisme optique chargé de séparer les longueurs d'onde possède une épaisseur importante. Ce prisme est d'autant plus épais et lourd que les matrices de photodétecteurs sont grandes.Another classic solution is to use three matrices around an optical prism separating the spectral ranges. This solution overcomes the limitations of the previous solution, but the compactness advantages of an array of detectors are lost. Indeed, the optical prism responsible for separating the wavelengths has a large thickness. This prism is all the thicker and heavier than the arrays of photodetectors are large.
D'autres solutions, moins utilisées, font appel à d'autres composants optiques tels que des réseaux, mais au moins l'un des inconvénients signalés dans les solutions précédentes s'y retrouve. Dans tous les cas, il s'agit de dispositifs optiques ajoutés au- dessus d'une ou de plusieurs matrices de détecteurs.Other less used solutions use other optical components such as networks, but at least one of the drawbacks mentioned in the previous solutions is found there. In all in the cases, they are optical devices added above one or more arrays of detectors.
Une solution récente, divulguée par le document O-A-00/62 350 consiste à créer une matrice contenant un empilement de zones dopées et de polarités alternées, formant ainsi des diodes connectées en série. Du fait de leur localisation à des profondeurs différentes, chaque diode d'un empilement détecte une couleur différente. Ces zones fortement dopées ont l'inconvénient de recombiner rapidement les paires électrons-trous photo-générées .A recent solution, disclosed in document O-A-00/62 350 consists in creating a matrix containing a stack of doped zones and of alternating polarities, thus forming diodes connected in series. Due to their location at different depths, each diode in a stack detects a different color. These heavily doped areas have the drawback of rapidly recombining the photo-generated electron-hole pairs.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
Pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur, il est ici proposé de complexifier la structure des matrices. La solution correspond principalement à l'introduction de couches diélectriques dans la structure interne de la matrice. Cette complexification tire avantage des propriétés de l'absorption optique des matériaux. Les différentes longueurs d'onde d'une lumière sont absorbées dès la surface du matériau, mais le coefficient d'absorption est variable avec la longueur d'onde. Certaines longueurs d'onde sont presque complètement absorbées dans une très faible épaisseur alors que d'autres continuent à se propager dans la profondeur du matériau.To remedy the drawbacks of the prior art, it is proposed here to make the structure of the matrices more complex. The solution mainly corresponds to the introduction of dielectric layers in the internal structure of the matrix. This complexification takes advantage of the properties of the optical absorption of materials. The different wavelengths of light are absorbed from the surface of the material, but the absorption coefficient is variable with the wavelength. Certain wavelengths are almost completely absorbed in a very small thickness while others continue to propagate in the depth of the material.
L'absorption s'accompagne de la création de charges électriques. Les techniques actuelles permettent de placer des couches diélectriques dans le matériau. On peut ainsi séparer les unes des autres les charges électriques créées à des profondeurs différentes. Si les couches diélectriques sont transparentes, chaque profondeur de la structure absorbante correspond alors à des proportions différentes de chacune des longueurs d'onde.Absorption is accompanied by the creation of electrical charges. Current techniques make it possible to place dielectric layers in the material. We can thus separate from each other the electric charges created at different depths. If the dielectric layers are transparent, each depth of the absorbent structure then corresponds to different proportions of each of the wavelengths.
Les coefficients d'absorption des matériaux sont connus et constants. Si la structure absorbante comporte autant de paires de couches diélectriques/absorbantes que de gammes de longueur d'onde dont il faut mesurer les intensités et si l'épaisseur des couches absorbantes est choisie de manière appropriée, alors il est possible d'obtenir suffisamment d'informations pour remonter par calcul aux intensités de chaque gamme spectrale.The absorption coefficients of the materials are known and constant. If the absorbent structure has as many pairs of dielectric / absorbent layers as there are wavelength ranges whose intensities have to be measured and if the thickness of the absorbent layers is chosen appropriately, then it is possible to obtain sufficient information to go back by calculation to the intensities of each spectral range.
Le calcul peut se faire électriquement par plusieurs méthodes classiques. Il peut se faire en complexifiant le circuit d'amplification analogique et en créant les contre-réactions adaptée entre les différents amplificateurs opérationnels. Il peut également se faire en associant la matrice de détecteurs et son circuit amplificateur à un (ou plusieurs) convertisseur analogique/numérique et à unThe calculation can be done electrically by several conventional methods. It can be done by making the analog amplification circuit more complex and by creating the appropriate feedback between the different operational amplifiers. It can also be done by associating the array of detectors and its amplifier circuit with one (or more) analog / digital converter and with a
(ou plusieurs) processeur de calcul classique. L'invention a donc pour objet une structure de matrice de détecteurs multispectraux comprenant :(or more) conventional calculation processor. The subject of the invention is therefore a matrix structure of multispectral detectors comprising:
- une superposition de plusieurs couches de matériau semiconducteur séparées par des couches de matériau diélectrique transparent pour une lumière à détecter, ladite superposition offrant une face de réception de la lumière à détecter, ladite superposition de couches de matériau semiconducteur étant répartie en éléments d'image ou pixels, chaque partie de couche de matériau semiconducteur correspondant à un pixel comprenant un élément de détection de la lumière délivrant des charges électriques en réponse à de la lumière reçue par cet élément de détection, des moyens de collecte des charges électriques délivrées par chaque élément de détection de la lumière, ces moyens de collecte étant reliés électriquement à des moyens de connexion électrique et comprenant des parois conductrices remplissant des tranchées réalisées dans la superposition des couches de matériau semiconducteur pour assurer un contact électrique avec toutes les couches de matériau semiconducteur et pour former une électrode commune à tous les éléments de détection.a superposition of several layers of semiconductor material separated by layers of transparent dielectric material for a light to be detected, said superposition providing a face for receiving the light to be detected, said superposition of layers of semiconductor material being distributed into image elements or pixels, each part of layer of semiconductor material corresponding to a pixel comprising a light detection element delivering electrical charges in response to light received by this element detection, means for collecting the electrical charges delivered by each light detection element, these collecting means being electrically connected to electrical connection means and comprising conductive walls filling trenches produced in the superposition of the layers of semiconductor material for ensure electrical contact with all the layers of semiconductor material and to form an electrode common to all the detection elements.
La structure peut avoir la forme d'une plaque présentant deux faces principales opposées : une première face qui est la face de réception de la lumière à détecter et une deuxième face électriquement isolée et supportant les moyens de connexion électrique. La deuxième face peut alors constituer une face d'hybridation avec un dispositif d'exploitation des charges électriques collectées.The structure may have the form of a plate having two opposite main faces: a first face which is the face for receiving the light to be detected and a second face which is electrically insulated and supporting the means of electrical connection. The second face can then constitute a hybridization face with a device for exploiting the collected electrical charges.
Les moyens de collecte peuvent comprendre des traversées conductrices. Ces traversées conductrices peuvent être logées dans des puits, chaque puits ayant une profondeur permettant d'atteindre un élément de détection correspondant en traversant, sans contact électrique, au moins l'une desdites couches de matériau semiconducteur.The collection means may include conductive crossings. These conductive crossings can be housed in wells, each well having a depth making it possible to reach a corresponding detection element by crossing, without electrical contact, at least one of said layers of semiconductor material.
Chaque élément de détection peut comprendre au moins une jonction semiconductrice résultant, par exemple, de la présence d'une zone dopée dans ladite partie de couche de matériau semiconducteur.Each detection element can comprise at least one semiconductor junction resulting, for example, from the presence of a doped region in said layer portion of semiconductor material.
Les tranchées peuvent être réalisées selon un réseau de mailles tel qu'une maille contient plusieurs éléments de détection. Elles peuvent aussi être réalisées selon un réseau de mailles tel qu'une maille contient un seul élément de détection. Les parois conductrices peuvent être en contact électrique avec les couches de matériau semiconducteur par des zones dopées de ces couches de matériau semiconducteur. Elles peuvent aussi être localement électriquement isolées des éléments de détection et de l'électrode commune pour constituer des condensateurs de stockage de charges électriques. Des moyens réfléchissant la lumière peuvent être disposés au-dessus des parois conductrices afin de réfléchir la lumière à détecter, se dirigeant vers les parois conductrices, vers les éléments adjacents aux parois conductrices.The trenches can be made according to a mesh network such that a mesh contains several detection elements. They can also be produced according to a mesh network such that a mesh contains a single detection element. The conductive walls may be in electrical contact with the layers of semiconductor material by doped regions of these layers of semiconductor material. They can also be locally electrically isolated from the detection elements and from the common electrode to constitute capacitors for storing electrical charges. Light reflecting means may be arranged above the conductive walls in order to reflect the light to be detected, pointing towards the conductive walls, towards the elements adjacent to the conductive walls.
La superposition de couches de matériau semiconducteur peut comprendre des couches de matériau semiconducteur de même nature ou de nature différente.The superimposition of layers of semiconductor material can comprise layers of semiconductor material of the same or different nature.
Selon un mode particulier de réalisation, la superposition comprenant n couches de matériau semiconducteur, l'épaisseur de chaque couche est déterminée en fonction de n gammes de longueurs d'onde définies du spectre lumineux pour que la couche de matériau semiconducteur située le plus près de la face de réception de la lumière absorbe la quasi-totalité d'une première gamme de longueur d'onde définie, les deux couches de matériau semiconducteur situées le plus près de la face de réception de la lumière absorbent la quasi-totalité d'une deuxième gamme de longueur d'onde définie, et ainsi de suite jusqu'à n, les intensités mesurées par chaque élément de détection d'un même pixel permettant de restituer, en fonction des coefficients d'absorption de chaque couche de matériau semiconducteur, les intensités de chacune des n longueurs d'onde reçues par le pixel. Trois couches de matériau semiconducteur permettent d' obtenir une structure bien adaptée à la détection de la 1 umière pour l'imagerie dans la gamme du visible, mais pour d'autres applications, le nombre de couches peut être plus important.According to a particular embodiment, the superposition comprising n layers of semiconductor material, the thickness of each layer is determined as a function of n defined wavelength ranges of the light spectrum so that the layer of semiconductor material located closest to the face receiving light absorbs almost all of a first defined wavelength range, the two layers of semiconductor material located closest to the receiving face of light absorb almost all of a second range of defined wavelength, and so on up to n, the intensities measured by each detection element of the same pixel making it possible to restore, as a function of the absorption coefficients of each layer of semiconductor material, the intensities of each of the n wavelengths received by the pixel. Three layers of semiconductor material make it possible to obtain a structure which is well suited to the detection of the first light for imaging in the visible range, but for other applications, the number of layers may be greater.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés par lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une première variante de réalisation d'une matrice de détecteurs multispectraux selon l'invention, hybridée à un circuit de lecture,The invention will be better understood and other advantages and features will appear on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, accompanied by the appended drawings in which: - Figure 1 is a cross-sectional view of a first alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention, hybridized to a reading circuit,
- la figure 2 est une vue de dessus d'une matrice de détecteurs multispectraux du type de la première variante selon l'invention, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une deuxième variante de réalisation d'une matrice de détecteurs multispectraux selon l'invention, hybridée à un circuit de lecture, - la figure 4 est une vue de dessus d'une matrice de détecteurs multispectraux du type de la deuxième variante selon l'invention,FIG. 2 is a top view of a matrix of multispectral detectors of the type of the first variant according to the invention, FIG. 3 is a cross-sectional view of a second alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention, hybridized to a reading circuit, - FIG. 4 is a top view of a matrix of detectors multispectral of the type of the second variant according to the invention,
- la figure 5 est une vue de dessus d'une troisième variante de réalisation d'une matrice de détecteurs multispectraux selon l'invention,FIG. 5 is a top view of a third alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention,
- la figure 6 est un graphe représentant des courbes d'absorption de la lumière dans un matériau semiconducteur pour trois longueurs d'onde différentes,FIG. 6 is a graph representing the absorption curves of light in a semiconductor material for three different wavelengths,
- les figures 7A à 7R illustrent un procédé de réalisation de la deuxième variante de matrice de détecteurs multispectraux selon l'invention.- Figures 7A to 7R illustrate a method for producing the second variant of a matrix of multispectral detectors according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une première variante de réalisation d'une matrice de détecteurs multispectraux 100 selon l'invention, hybridée à un circuit de lecture 10.FIG. 1 is a cross-sectional view of a first alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors 100 according to the invention, hybridized to a reading circuit 10.
Dans cette variante de réalisation, la matrice de détecteurs multispectraux 100 comprend, en superposition, trois couches de matériau semiconducteur par exemple trois couches de silicium 101, 102 et 103 disposées dans cet ordre par rapport à la provenance de la lumière à détecter. Une couche de Si02 104 sépare les couches semiconductrices 101 et 102. Une couche de Si02 105 sépare les couches semiconductrices 102 et 103. Une couche de passivation 106 en Si02 constitue la face de réception de la lumière à détecter. La matrice de détecteurs 100 se présente sous la forme d'une plaque. La face de la plaque opposée à la face de réception de la lumière à détecter, encore appelée face arrière, est pourvue d'une première couche diélectrique 111 et d'une deuxième couche diélectrique 112.In this alternative embodiment, the array of multispectral detectors 100 comprises, in superposition, three layers of semiconductor material, for example three layers of silicon 101, 102 and 103 arranged in this order relative to the source of the light to be detected. A layer of Si0 2 104 separates the semiconductor layers 101 and 102. A layer of Si0 2 105 separates the semiconductor layers 102 and 103. A passivation layer 106 in Si0 2 constitutes the receiving face of the light to be detected. The array of detectors 100 is in the form of a plate. The face of the plate opposite the face for receiving the light to be detected, also called the rear face, is provided with a first dielectric layer 111 and a second dielectric layer 112.
La figure 1 ne montre que deux pixels, mais leur nombre peut être de plusieurs milliers dans chaque direction du plan. Chaque pixel comprend trois plots conducteurs 121, 122 et 123 connectés respectivement à des parties des couches semiconductrices 101, 102 et 103 et disposés sur la face arrière de la structure. Chaque plot conducteur 121 est connecté électriquement à sa partie de couche semiconductrice 101 par une traversée conductrice 131 contenue dans un puit pourvu d'une paroi 141 électriquement isolante pour les couches semiconductrices 102 et 103. Chaque plot conducteur 122 est connecté électriquement à sa partie de couche semiconductrice 102 par une traversée conductrice 132 contenue dans un puits pourvu d'une paroi 142 électriquement isolante pour la couche semiconductrice 103. Chaque plot conducteur 123 est connecté électriquement et directement à sa partie de couche semiconductrice 103.Figure 1 shows only two pixels, but their number can be several thousand in each direction of the plane. Each pixel comprises three conductive pads 121, 122 and 123 connected respectively to parts of the semiconductor layers 101, 102 and 103 and arranged on the rear face of the structure. Each conductive pad 121 is electrically connected to its part of semiconductor layer 101 by a conductive bushing 131 contained in a well provided with an electrically insulating wall 141 for the semiconductor layers 102 and 103. Each conductive pad 122 is electrically connected to its part of semiconductor layer 102 by a conductive passage 132 contained in a well provided with an electrically insulating wall 142 for the semiconductor layer 103. Each conductive pad 123 is electrically and directly connected to its part of semiconductor layer 103.
Les pixels représentés sur la figure 1 sont entourés de parois conductrices 151, par exemple en polysilicium, contenues dans des tranchées réalisées dans la superposition des couches semiconductrices 101, 102 et 103. Ces parois conductrices sont en contact électrique avec les couches semiconductrices 101, 102 et 103. Les faces 152 des tranchées peuvent être dopées afin de parfaire le contact électrique avec les couches de matériau semiconducteur 101, 102 et 103. Les parois conductrices 151 constituent l'électrode commune de toutes les photodiodes de la matrice de détecteurs. Elles sont connectées électriquement à des plots conducteurs 153 situés sur la face arrière de la structure .The pixels represented in FIG. 1 are surrounded by conductive walls 151, for example made of polysilicon, contained in trenches produced in the superposition of the semiconductor layers 101, 102 and 103. These conductive walls are in electrical contact with the semiconductor layers 101, 102 and 103. The faces 152 of the trenches can be doped in order to perfect the electrical contact with the layers of semiconductor material 101 , 102 and 103. The conductive walls 151 constitute the common electrode of all the photodiodes of the detector array. They are electrically connected to conductive pads 153 located on the rear face of the structure.
Chaque pixel de la structure représentée comporte trois parties des couches de matériau semiconducteur 101, 102 et 103 et donc trois diodes à jonction. Les diodes sont formées en dopant, par un dopant adapté, des zones du matériau semiconducteur. Ainsi, les plots 123 sont connectés à des zones dopées 163 de la couche semiconductrice 103. Les plots 122 sont connectés, par l'intermédiaire des traversées 132, à des zones dopées 162 de la couche semiconductrice 102. Les plots 121 sont connectés, par l'intermédiaire des traversées 131, à des zones dopées 161 de la couche semiconductrice 101.Each pixel of the structure shown comprises three parts of the layers of semiconductor material 101, 102 and 103 and therefore three junction diodes. The diodes are formed by doping, with a suitable dopant, regions of the semiconductor material. Thus, the pads 123 are connected to doped areas 163 of the semiconductor layer 103. The pads 122 are connected, via the bushings 132, to doped areas 162 of the semiconductor layer 102. The pads 121 are connected, by through the bushings 131, to doped areas 161 of the semiconductor layer 101.
Les couches de matériau diélectrique 104 et 105 ont une épaisseur très inférieure aux longueurs d'onde de la lumière à détecter afin de minimiser les réflexions optiques. Elles ont une épaisseur suffisante pour résister aux tensions mises jeu pour évacuer les charges, c'est-à-dire environ 20 μm. Le circuit de lecture 10 supporte, sur une face mise en regard de la face arrière de la matrice de détecteurs 100, des plots de contact 21, 22, 23 et 53 qui constituent des entrées pour le circuit de lecture. Les plots 21, 22, 23 et 53 sont disposés en regard respectivement des plots 121, 122, 123 et 153. Les plots correspondants sont reliés entre eux par des billes conductrices 20.The layers of dielectric material 104 and 105 have a thickness much less than the wavelengths of the light to be detected in order to minimize optical reflections. They have a sufficient thickness to withstand the tensions involved in removing the charges, that is to say approximately 20 μm. The reading circuit 10 supports, on a face facing the rear face of the matrix detectors 100, contact pads 21, 22, 23 and 53 which constitute inputs for the reading circuit. The studs 21, 22, 23 and 53 are arranged opposite the studs 121, 122, 123 and 153 respectively. The corresponding studs are connected together by conductive balls 20.
La figure 2 est une vue de dessus d'une matrice de détecteurs multispectraux du type de la première variante de l'invention. Elle est destinée à montrer de manière priviligiée certains éléments de la structure. Les éléments montrés portent les mêmes références que sur la figure 1 même si leur disposition n'est pas la même. En particulier, les photodiodes d'un même pixel sont disposées en triangle et les parois conductrices 151 forment un carré contenant quatre pixels .FIG. 2 is a top view of a matrix of multispectral detectors of the type of the first variant of the invention. It is intended to show in a privileged way certain elements of the structure. The elements shown have the same references as in Figure 1 even if their arrangement is not the same. In particular, the photodiodes of the same pixel are arranged in a triangle and the conductive walls 151 form a square containing four pixels.
Dans les structures illustrées par les figures 1 et 2, il n'y a pas de limite physique entre les pixels contenus dans la maille définie par les parois conductrices 151. La collecte des photoélectrons se fait le plus probablement par la jonction la plus proche dans chaque couche de matériau semiconducteur. Par contre, chaque couche de matériau semiconducteur est isolée des autres et ne reçoit que les photons qui parviennent jusqu'à elle.In the structures illustrated in FIGS. 1 and 2, there is no physical limit between the pixels contained in the mesh defined by the conductive walls 151. The collection of the photoelectrons is most probably done by the nearest junction in each layer of semiconductor material. On the other hand, each layer of semiconductor material is isolated from the others and receives only the photons which reach it.
La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une deuxième variante de réalisation d'une matrice de détecteurs multispectraux 200 selon l'invention, hybridée à un circuit de lecture 10. La seule différence entre cette matrice de détecteurs et celle de la figure 1 est que tous les pixels sont isolés physiquement les uns des autres. Les deux pixels visibles sur cette figure sont séparés par une paroi conductrice 151 analogue aux parois conductrices 151 de la figure 1. La paroi conductrice 151 est contenue dans une tranchée réalisée dans la superposition des couches semiconductrices. Les faces 152 des tranchées peuvent être dopées. Comme pour la matrice de la figure 1, la paroi conductrice 151 est connectée électriquement à un plot conducteur 153 situé sur la face arrière de la structure.FIG. 3 is a cross-sectional view of a second alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors 200 according to the invention, hybridized to a reading circuit 10. The only difference between this matrix of detectors and that of FIG. 1 is that all pixels are physically isolated from each other. The two pixels visible in this figure are separated by a conductive wall 151 similar to the conductive walls 151 of FIG. 1. The conductive wall 151 is contained in a trench produced in the superposition of the semiconductor layers. The faces 152 of the trenches can be doped. As for the matrix of FIG. 1, the conductive wall 151 is electrically connected to a conductive pad 153 located on the rear face of the structure.
Le circuit de lecture 10 peut comporter un plot de contact 53 supplémentaire pour obtenir une liaison électrique supplémentaire, par l'intermédiaire de la bille conductrice 20, avec le plot conducteur 153. S'il n'est pas nécessaire dans tous les cas, le plot de contact supplémentaire est avantageux dans le cas où l'électrode est complexe. Il peut en effet être intéressant de reporter les interconnexions sur le circuit de lecture 10. La figure 4 est une vue de dessus d'une matrice de détecteurs multispectraux du type de la deuxième variante de l'invention. Elle est destinée à montrer de manière privilégiée certains éléments de la structure. Les éléments montrés ne sont pas disposés de la même façon que sur la figure 3. En particulier, les photodiodes d'un même pixel sont disposées en triangle.The reading circuit 10 may include an additional contact pad 53 to obtain an additional electrical connection, via the conductive ball 20, with the conductive pad 153. If it is not necessary in all cases, the additional contact pad is advantageous in the case where the electrode is complex. It may indeed be advantageous to transfer the interconnections to the reading circuit 10. FIG. 4 is a top view of a matrix of multispectral detectors of the type of the second variant of the invention. It is intended to show in a privileged way certain elements of the structure. The elements shown are not arranged in the same way as in FIG. 3. In particular, the photodiodes of the same pixel are arranged in a triangle.
La deuxième variante de réalisation est préférée en présence de sources éblouissantes. La qualité des images qu'elle permet d'obtenir est meilleure que celles fournies par la première variante de l'invention. S'il n'y a pas de séparation physique entre pixels, les photoélectrons générés par exemple par le rouge dans les différentes couches semiconductrices peuvent diffuser en dehors de leur zone. Il en va de même pour les photoélectrons issus du vert. A la limite des deux zones rouge et verte côte à côte apparaît alors une zone jaune (mélange de rouge et de vert selon le principe de la trichromie) trompeuse. De plus, la diffusion des photoélectrons issus du rouge et du vert étant différente, car générés dans des couches différentes, la zone jaune n'est pas centrée sur la limite des zones verte et rouge mais est déportée. Une structure à pixels physiquement complètement séparés ne présente pas ces problèmes de diffusion latérale. Un inconvénient de la multiplication des parois conductrices est qu'une partie non négligeable de la surface éclairée n'est plus détectrice. Une solution pour remédier à cet inconvénient est de placer des pyramides (ou lames de couteau) à surface réfléchissante sur les parois conductrices pour réfléchir la lumière incidente vers la surface détectrice.The second variant is preferred in the presence of dazzling sources. The quality of the images which it makes it possible to obtain is better than those provided by the first variant of the invention. If there is no physical separation between pixels, the photoelectrons generated for example by red in the various semiconductor layers can diffuse outside their zone. The same goes for photoelectrons from green. At the limit of the two red and green zones side by side then appears a yellow zone (mixture of red and green according to the principle of three-color) misleading. In addition, the scattering of photoelectrons from red and green being different, because generated in different layers, the yellow zone is not centered on the limit of the green and red zones but is offset. A physically completely separate pixel structure does not exhibit these lateral scattering problems. A drawback of the multiplication of conductive walls is that a non-negligible part of the illuminated surface is no longer a detector. One solution to overcome this drawback is to place pyramids (or knife blades) with a reflecting surface on the conductive walls to reflect the incident light towards the detector surface.
La figure 5 est une vue de dessus d'une troisième variante de réalisation d'une matrice de détecteurs multispectraux selon l'invention.FIG. 5 is a top view of a third alternative embodiment of a matrix of multispectral detectors according to the invention.
La matrice de détecteurs illustrée par cette figure est une structure à pixels isolés comme pour la figure précédente, mais complexifiée par rapport à la structure précédente afin de lui ajouter une capacité de stockage de charge dont le potentiel est pilotable. Les parois conductrices 151 isolent complètement chaque pixel comme pour la variante de réalisation représentée à la figure 4. A la différence de la variante précédente, des parties de ces parois sont électriquement isolées des couches de matériau semiconducteur ainsi que les autres parties conductrices. Ces parties sont désignées sous la référence 154. Il en résulte une autre configuration de l'électrode 153 commune aux photodiodes et la présence de pistes conductrices 155 formant une deuxième électrode pour les condensateurs ainsi créés. L'électrode 153 et les parties 154 sont connectées à des électrodes différentes afin de charger et de décharger les condensateurs de stockage ainsi formés. Toutes les couches de matériau semiconducteur de la structure sont concernées par cette nouvelle variante. Chaque pixel de chaque couche possède alors une capacité formant la photo-grille. Pratiquement, il est avantageux de placer un bord des zones dopées au plus près de la capacité. La raison en est le transfert des charges au moment du changement de potentiel de la capacité, ce qui permet de faciliter le déversement des photo-charges accumulées vers les amplificateurs du circuit de lecture. D'autres variantes de réalisation sont bien sûr possibles. Par exemple, les couches détectrices peuvent être en matériau semiconducteur de nature différente.The array of detectors illustrated by this figure is a structure with isolated pixels as for the previous figure, but complexified compared to the previous structure in order to add a charge storage capacity whose potential is controllable. The conductive walls 151 completely isolate each pixel as for the variant shown in FIG. 4. Unlike the previous variant, parts of these walls are electrically isolated from the layers of semiconductor material as well as the other conductive parts. These parts are designated under the reference 154. This results in another configuration of the electrode 153 common to the photodiodes and the presence of conductive tracks 155 forming a second electrode for the capacitors thus created. The electrode 153 and the parts 154 are connected to different electrodes in order to charge and discharge the storage capacitors thus formed. All the layers of semiconductor material in the structure are affected by this new variant. Each pixel of each layer then has a capacity forming the photo-grid. In practice, it is advantageous to place an edge of the doped zones as close as possible to the capacity. The reason is the transfer of charges at the time of the potential change of the capacitance, which makes it easier to discharge the accumulated photo-charges towards the amplifiers of the reading circuit. Other alternative embodiments are of course possible. For example, the detector layers may be of semiconductor material of a different nature.
Dans le cas général de l'invention, il n'y a pas de contrainte précise pour déterminer l'épaisseur des couches. La figure 6 est un graphe représentant des courbes d'absorption de la lumière dans un matériau semiconducteur pour trois longueurs d'onde différentes. L'axe des ordonnées représente l'intensité restante I en fonction de la profondeur p de pénétration dans un matériau semiconducteur. Le graphe représente donc l'absorption de la lumière dans un matériau semiconducteur, en l'occurrence du silicium. L'absorption a été tracée pour trois longueurs d'onde. La courbe 1 représente l'absorption d'une longueur d'onde de 0,45 μm (lumière bleue) et correspond à un coefficient d'absorption égal à 2. La courbe 2 représente l'absorption d'une longueur d'onde de 0,53 μm (lumière verte) et correspond à un coefficient d'absorption oc égal à 0,75. La courbe 3 représente l'absorption d'une longueur d'onde de 0,65 μm (lumière rouge) et correspond à un coefficient d'absorption α égal à 0,35.In the general case of the invention, there is no precise constraint for determining the thickness of the layers. Figure 6 is a graph representing light absorption curves in a semiconductor material for three different wavelengths. The ordinate axis represents the remaining intensity I as a function of the depth p of penetration into a semiconductor material. The graph therefore represents the absorption of light in a semiconductor material, in this case silicon. The absorption was plotted for three wavelengths. Curve 1 represents the absorption of a wavelength of 0.45 μm (blue light) and corresponds to an absorption coefficient equal to 2. Curve 2 represents the absorption of a wavelength of 0.53 μm (green light) and corresponds to an absorption coefficient oc equal to 0.75. Curve 3 represents the absorption of a wavelength of 0.65 μm (red light) and corresponds to an absorption coefficient α equal to 0.35.
..Ce graphe montre qu'à 2 μm de profondeur, plus de 90 % de la lumière bleue a été absorbée et qu'après 5 μm de profondeur, plus de 90 % de la lumière verte l'est aussi. Cela semble proche d'un bon compromis pour la sensibilité aux couleurs du visible. Le compromis idéal doit maximiser la quantité de photons et obtenir une proportion très différente de photons dans chacune des couches de matériau semiconducteur...This graph shows that at 2 μm deep, more than 90% of the blue light has been absorbed and that after 5 μm deep, more than 90% of the green light is also absorbed. This seems close to a good compromise for the sensitivity to visible colors. The ideal compromise must maximize the quantity of photons and obtain a very different proportion of photons in each of the layers of semiconductor material.
L'intensité d'une onde lumineuse se propageant dans un matériau absorbant est donnée par l'expression : I = Io. E _αχ Io étant l'intensité de l'onde avant sa pénétration dans le matériau absorbant et x la distance (ou profondeur) parcourue par l'onde dans le matériau.The intensity of a light wave propagating in an absorbent material is given by the expression: I = Io. E _αχ Io being the intensity of the wave before its penetration into the absorbent material and x the distance (or depth) traveled by the wave in the material.
Si on fixe l'absorption minimale de toutes les gammes spectrales (par exemple à 90 %) , alors l'épaisseur des couches semiconductrices est fixée puisque les coefficients d'absorption sont constants.If the minimum absorption of all the spectral ranges is fixed (for example at 90%), then the thickness of the semiconductor layers is fixed since the absorption coefficients are constant.
A titre d'exemple, pour des couches semiconductrices en silicium, la couche 101 peut avoir 2 μm d'épaisseur, la couche 102 3 μm d'épaisseur et la couche 103 7 μm d'épaisseur.By way of example, for silicon semiconductor layers, the layer 101 can be 2 μm thick, the layer 102 3 μm thick and the layer 103 7 μm thick.
Les intensités mesurées dans chaque couche (II, I2, I3) sont une combinaison des intensités de chaque gamme rouge (R) , verte (V) et bleue (B) : The intensities measured in each layer (I I , I 2 , I 3 ) are a combination of the intensities of each red (R), green (V) and blue (B) range:
12 = a2. R + b2.V + c2.B1 2 = a 2 . R + b 2 .V + c 2 .B
13 = a3. R + b3.V + c3.B1 3 = a 3 . R + b 3 .V + c 3 .B
Les coefficients (ai, a2, a3, bi, b2...) sont des constantes pour une structure donnée, fonction de l'épaisseur des couches et de la nature du matériau semiconducteur. Les valeurs des intensités mesurées permettent de restituer les valeurs de R, V et B.The coefficients (ai, a 2 , a 3 , bi, b 2 ...) are constants for a given structure, a function of the thickness of the layers and the nature of the semiconductor material. The values of the measured intensities make it possible to restore the values of R, G and B.
Les figures 7A à 7R illustrent un procédé de réalisation de la deuxième variante de matrice de détecteurs selon l'invention.FIGS. 7A to 7R illustrate a method for producing the second variant of the detector array according to the invention.
Comme le montre la figure 7A, une superposition de couches de matériau semiconducteur séparées par des couches de matériau diélectrique transparent à été réalisée sur un substrat de silicium 110. La superposition a été par exemple réalisée par une technique classique d'obtention de substrats SOI. Le substrat 110 supporte successivement une couche diélectrique 106, une couche semiconductrice 101, une couche diélectrique 104, une couche semiconductrice 102, une couche diélectrique 105, une couche semiconductrice 103 et une couche diélectrique 111. Les couches 101, 102 et 103 sont par exemple en silicium. Leur épaisseur a été déterminée comme indiqué plus haut. Les couches 106, 104, 105 et 111 sont par exemple en oxyde de silicium. Les figures 7B à 7H illustrent la formation de tranchées et de diodes dans les couches semiconductrices enterrées.As shown in FIG. 7A, a superposition of layers of semiconductor material separated by layers of transparent dielectric material has been carried out on a silicon substrate 110. The superposition has for example been carried out by a conventional technique for obtaining SOI substrates. The substrate 110 successively supports a dielectric layer 106, a semiconductor layer 101, a dielectric layer 104, a semiconductor layer 102, a dielectric layer 105, a semiconductor layer 103 and a dielectric layer 111. The layers 101, 102 and 103 are for example made of silicon. Their thickness was determined as indicated above. The layers 106, 104, 105 and 111 are for example made of silicon oxide. FIGS. 7B to 7H illustrate the formation of trenches and diodes in the buried semiconductor layers.
La couche 111 est gravée en procédant à une étape de photolithographie puis à la gravure de couche d'oxyde de passivation 111. La résine restante est éliminée pour fournir la structure montrée par la figure 7B où les ouvertures 31 et 32 exposent la couche semiconductrice 103. Les ouvertures 31 sont plus larges que les ouvertures 32. La couche semiconductrice 103 est alors gravée (voir la figure 7C) jusqu'à ce que la couche diélectrique 105 soit atteinte. La couche 105 est atteinte lorsque les tranchées gravées correspondant aux ouvertures les plus larges (les ouvertures 31 de la figure 7B) , c'est-à-dire les tranchées 231 sont réalisées. Les tranchées 232 correspondent aux ouvertures les moins larges, c'est-à-dire aux ouvertures 32.Layer 111 is etched by carrying out a photolithography step and then etching passivation oxide layer 111. The remaining resin is removed to provide the structure shown in FIG. 7B where the openings 31 and 32 expose the semiconductor layer 103 The openings 31 are wider than the openings 32. The semiconductor layer 103 is then etched (see FIG. 7C) until the dielectric layer 105 is reached. The layer 105 is reached when the etched trenches corresponding to the widest openings (the openings 31 in FIG. 7B), that is to say the trenches 231 are made. The trenches 232 correspond to the narrowest openings, that is to say to the openings 32.
La figure 7D représente la structure obtenue lorsque la couche d'oxyde 105 exposée dans les tranchées 231 est gravée pour exposer la couche semiconductrice 102. Le matériau semiconducteur n'est pas affecté par cette gravure.FIG. 7D represents the structure obtained when the oxide layer 105 exposed in the trenches 231 is etched to expose the layer semiconductor 102. The semiconductor material is not affected by this etching.
La couche semiconductrice 102 est alors gravée à partir des tranchées 231 jusqu'à exposer la couche diélectrique 104 au fond de ces tranchées. La gravure de la couche semiconductrice 103 se poursuit également à partir du fond des tranchées 232 pour atteindre quasi simultanément la couche diélectrique 105. Cette simultanéité résulte du choix des diamètres des ouvertures 31 et 32 (voir la figure 7B) . La structure obtenue est montrée à la figure 7 E.The semiconductor layer 102 is then etched from the trenches 231 until the dielectric layer 104 is exposed at the bottom of these trenches. The etching of the semiconductor layer 103 also continues from the bottom of the trenches 232 to reach almost simultaneously the dielectric layer 105. This simultaneity results from the choice of the diameters of the openings 31 and 32 (see FIG. 7B). The structure obtained is shown in Figure 7 E.
Les parois 141 et 142 respectivement des tranchées 231 et 232 sont alors oxydée comme le montre la figure 7F. Des dopants sont alors implantés. Ces dopants parviennent dans les zones 161 et 162 des couches semiconductrices respectivement 101 et 102. Les dopants traversent les couches diélectriques 104 et 105 qui sont des couches d'oxyde mince mais ne parviennent pas dans la couche semiconductrice 103 car la couche diélectrique 111 est en oxyde épais. Une gravure sèche anisotrope permet ensuite d'éliminer l'oxyde mince recouvrant les zones dopées 161 et 162. C'est ce que montre la figure 7G. Les tranchées sont ensuite remplies par un matériau électriquement conducteur tel que le polysilicium pour fournir les traversées 131 et 132 assurant un contact électrique avec les zones dopées respectivement 161 et 162. Le surplus de remplissage est éliminé par polissage et on obtient la structure montrée à la figure 7H. Les figures 71 à 7M illustrent la formation de tranchées pour .obtenir l'électrode commune.The walls 141 and 142 respectively of the trenches 231 and 232 are then oxidized as shown in FIG. 7F. Doping agents are then implanted. These dopants reach zones 161 and 162 of the semiconductor layers 101 and 102 respectively. The dopants pass through the dielectric layers 104 and 105 which are thin oxide layers but do not reach the semiconductor layer 103 because the dielectric layer 111 is in thick oxide. An anisotropic dry etching then makes it possible to eliminate the thin oxide covering the doped zones 161 and 162. This is shown in FIG. 7G. The trenches are then filled with an electrically conductive material such as polysilicon to provide the bushings 131 and 132 ensuring electrical contact with the doped areas 161 and 162 respectively. The excess filling is removed by polishing and the structure shown in FIG. figure 7H. Figures 71 to 7M illustrate the formation of trenches to obtain the common electrode.
Une couche de passivation de surface 112 est déposée sur la couche 111 en recouvrant les traversées 131 et 132. C'est ce que montre la figure 71.A surface passivation layer 112 is deposited on layer 111 by covering the bushings 131 and 132. This is shown in FIG. 71.
Des ouvertures 51 sont réalisées dans les couches 112 et 111 jusqu'à exposer la couche semiconductrice 103. Cela peut être obtenu par des étapes de photolithographie et de gravure des couches 112 et 111 et par élimination de la résine restante. On obtient la structure montrée à la figure 7J.Openings 51 are made in layers 112 and 111 until the semiconductor layer 103 is exposed. This can be obtained by photolithography and etching steps of layers 112 and 111 and by elimination of the remaining resin. We obtain the structure shown in Figure 7J.
Ensuite on grave successivement, au travers des ouvertures 51, les couches de semiconducteur 103, de diélectrique 105, de semiconducteur 102, de diélectrique 104 et de semiconducteur 101 jusqu'à atteindre la couche diélectrique 106. On obtient des tranchées 251 comme le montre la figure 7K.Then one successively etches, through openings 51, the layers of semiconductor 103, dielectric 105, semiconductor 102, dielectric 104 and semiconductor 101 until reaching the dielectric layer 106. Trenches 251 are obtained as shown in the illustration Figure 7K.
Les faces 152 des tranchées 251 sont dopées par diffusion de dopants dans les couches semiconductrices 101, 102 et 103. On obtient la structure montrée à la figure 7L.The faces 152 of the trenches 251 are doped by diffusion of dopants in the semiconductor layers 101, 102 and 103. The structure shown in FIG. 7L is obtained.
Les tranchées sont ensuite remplies par un matériau électriquement conducteur tel que le polysilicium pour fournir les parois assurant un contact électrique avec les faces dopées 152. Le surplus de remplissage est éliminé par polissage. On obtient la structure montrée à la figure 7M.The trenches are then filled with an electrically conductive material such as polysilicon to provide the walls ensuring electrical contact with the doped faces 152. The excess filling is removed by polishing. The structure shown in FIG. 7M is obtained.
Les figures 7N à 70 illustrent la formation des zones dopées dans la couche semiconductrice 103. La figure 7N montre qu'une couche de résine 60 a été déposée sur la couche 112 et qu'elle a été photolithographiee pour former, par gravure des couches diélectriques 111 et 112, des ouvertures 61, 62 et 63 exposant la couche semiconductrice 103 et le haut des traversées 131 et 132.FIGS. 7N to 70 illustrate the formation of the doped zones in the semiconductor layer 103. FIG. 7N shows that a resin layer 60 has been deposited on the layer 112 and that it has been photolithographed to form, by etching the dielectric layers 111 and 112, openings 61, 62 and 63 exposing the semiconductor layer 103 and the top of crossings 131 and 132.
Ensuite des dopants sont implantés dans la couche semiconductrice 103, dans les zones exposées par les ouvertures 61, 62 et 63. La résine est ensuite éliminée. Les dopants sont activés. On obtient la structure montrée par la figure 70. Les zones nouvellement dopées sont référencées 163. Les zones dopées dans le polysilicium n'ont pas de caractéristiques particulières. La figure 7P représente la structure obtenue lorsque les plots conducteurs ont été déposés. Pour obtenir ce résultat, la couche diélectrique a été légèrement désoxydée et une couche métallique a été déposée. On procède à une photolithographie de la couche métallique. Les plots conducteurs sont gravés dans cette couche métallique et la résine restante est éliminée. On obtient des plots 153 en contact avec les parois 151, des plots 121 en contact avec les traversées 131, des plots 122 en contact avec les traversées 132 et des plots 123 en contact les zones dopées 163.Then dopants are implanted in the semiconductor layer 103, in the areas exposed by the openings 61, 62 and 63. The resin is then removed. The dopants are activated. The structure shown in FIG. 70 is obtained. The newly doped areas are referenced 163. The doped areas in the polysilicon have no particular characteristics. FIG. 7P represents the structure obtained when the conductive pads have been deposited. To obtain this result, the dielectric layer was slightly deoxidized and a metallic layer was deposited. A photolithography of the metal layer is carried out. The conductive pads are etched in this metal layer and the remaining resin is removed. Plots 153 are obtained in contact with the walls 151, studs 121 in contact with the bushings 131, studs 122 in contact with the bushings 132 and studs 123 in contact with the doped areas 163.
La figure 7Q montre des billes d'hybridation 20 qui ont été formées sur les plots conducteurs 153, 121, 122 et 123. La figure 7R montre l'hybridation de la structure obtenue sur un circuit de lecture 10 aux moyens des billes 20. Les billes 20 connectent électriquement et respectivement les plots 153, 121, 122 et 123 de la structure aux plots 53, 21, 22 et 23 du circuit de lecture 10. L'espace interbille est éventuellement rempli par un matériau non conducteur électrique .FIG. 7Q shows hybridization balls 20 which have been formed on the conductive pads 153, 121, 122 and 123. FIG. 7R shows the hybridization of the structure obtained on a reading circuit 10 aux means of the balls 20. The balls 20 electrically and respectively connect the pads 153, 121, 122 and 123 of the structure to the pads 53, 21, 22 and 23 of the reading circuit 10. The inter-ball space is optionally filled with a material not electrical conductor .
Le substrat 110 est ensuite éliminé par amincissement jusqu'à la couche 106 qui sert de couche d'arrêt et de protection. On obtient alors le dispositif représenté à la figure 3.The substrate 110 is then removed by thinning to the layer 106 which serves as a barrier and protective layer. The device shown in FIG. 3 is then obtained.
La matrice de détecteurs selon l'invention permet de traiter le maximum de lumière incidente . Toute la face éclairée, avantageusement pourvue d'une couche antireflet, transmet la lumière qu'elle reçoit à l'intérieur de la structure. La séparation des gammes spectrales ne nécessite aucun composant optique extérieur, ni filtre, ni prisme. La matrice garde sa résolution quel que soit le nombre des gammes spectrales choisies. Le nombre des couches semiconductrices détermine le nombre de gammes spectrales, mais ne modifie pas l'épaisseur ni le poids de la matrice de photodétecteurs. The array of detectors according to the invention makes it possible to process the maximum of incident light. The whole illuminated face, advantageously provided with an anti-reflective layer, transmits the light which it receives inside the structure. The separation of the spectral ranges does not require any external optical component, nor filter, nor prism. The matrix keeps its resolution whatever the number of spectral ranges chosen. The number of semiconductor layers determines the number of spectral ranges, but does not change the thickness or the weight of the photodetector array.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Structure de matrice de détecteurs multispectraux (100, 200) comprenant : - une superposition de plusieurs couches de matériau semiconducteur (101, 102, 103) séparées par des couches de matériau diélectrique transparent pour une lumière à détecter (104, 105) , ladite superposition offrant une face de réception de la lumière à détecter, ladite superposition de couches de matériau semiconducteur (101, 102, 103) étant répartie en éléments d'image ou pixels, chaque partie de couche de matériau semiconducteur correspondant à un pixel comprenant un élément de détection de la lumière délivrant des charges électriques en réponse à de la lumière reçue par cet élément de détection,1 - Structure of a matrix of multispectral detectors (100, 200) comprising: - a superposition of several layers of semiconductor material (101, 102, 103) separated by layers of transparent dielectric material for a light to be detected (104, 105), said superposition providing a face for receiving the light to be detected, said superposition of layers of semiconductor material (101, 102, 103) being distributed in image elements or pixels, each part of layer of semiconductor material corresponding to a pixel comprising a light detection element delivering electrical charges in response to light received by this detection element,
- des moyens de collecte (131, 132, 151) des charges électriques délivrées par chaque élément de détection de la lumière, ces moyens de collecte étant reliés électriquement à des moyens de connexion électrique (121, 122, 123, 153) et comprenant des parois conductrices (151) remplissant des tranchées réalisées dans la superposition des couches de matériau semiconducteur pour assurer un contact électrique avec toutes les couches de matériau semiconducteur (101, 102, 103) et pour former une électrode commune à tous les éléments de détection.- Collection means (131, 132, 151) of the electric charges delivered by each light detection element, these collection means being electrically connected to electrical connection means (121, 122, 123, 153) and comprising conductive walls (151) filling trenches made in the superposition of the layers of semiconductor material to ensure electrical contact with all the layers of semiconductor material (101, 102, 103) and to form an electrode common to all the detection elements.
2 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle a la forme d'une plaque présentant deux faces principales opposées : une première face qui est la face de réception de la lumière à détecter et une deuxième face électriquement isolée et supportant les moyens de connexion électrique (121, 122, 123, 153) .2 - Structure according to claim 1, characterized in that it has the form of a plate having two opposite main faces: a first face which is the face for receiving the light to be detected and a second face electrically insulated and supporting the electrical connection means (121, 122, 123, 153).
3 - Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite deuxième face constitue une face d'hybridation avec un dispositif d'exploitation des charges électriques collectées (10).3 - Structure according to claim 2, characterized in that said second face constitutes a hybridization face with a device for exploiting the collected electrical charges (10).
4 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de collecte comprennent des traversées conductrices (131, 132) .4 - Structure according to claim 1, characterized in that the collection means comprise conductive bushings (131, 132).
5 - Structure selon la revendication 4, caractérisée en ce que les traversées conductrices (131, 132) sont logées dans des puits, chaque puits ayant une profondeur permettant d'atteindre un élément de détection correspondant en traversant, sans contact électrique, au moins l'une desdites couches de matériau semiconducteur .5 - Structure according to claim 4, characterized in that the conductive bushings (131, 132) are housed in wells, each well having a depth allowing to reach a corresponding detection element by crossing, without electrical contact, at least l one of said layers of semiconductor material.
6 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément de détection comprend au moins une jonction semiconductrice.6 - Structure according to claim 1, characterized in that said detection element comprises at least one semiconductor junction.
7 - Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite jonction semiconductrice est constituée par la présence d'une zone dopée (161, 162, 163) dans ladite partie de couche de matériau semiconducteur . 4/0576757 - Structure according to claim 6, characterized in that said semiconductor junction is constituted by the presence of a doped area (161, 162, 163) in said layer portion of semiconductor material. 4/057675
2424
8 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tranchés sont réalisées selon un réseau de mailles tel qu'une maille contient plusieurs éléments de détection.8 - Structure according to claim 1, characterized in that the trenches are made according to a mesh network such that a mesh contains several detection elements.
9 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tranchées sont réalisées selon un réseau de mailles tel qu'une maille contient un seul élément de détection.9 - Structure according to claim 1, characterized in that the trenches are made according to a mesh network such that a mesh contains a single detection element.
10 - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les parois conductrices (151) sont en contact électrique avec les couches de matériau semiconducteur (101, 102, 103) par des zones dopées (141, 142, 152) de ces couches de matériau semiconducteur.10 - Structure according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the conductive walls (151) are in electrical contact with the layers of semiconductor material (101, 102, 103) by doped zones (141, 142, 152) of these layers of semiconductor material.
11 - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les parois conductrices sont localement électriquement isolées (154) des éléments de détection et de l'électrode commune pour constituer des condensateurs de stockage de charges électriques .11 - Structure according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the conductive walls are locally electrically isolated (154) from the detection elements and from the common electrode to form capacitors for storing electrical charges.
12 - St ructure selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens réfléchissant la lumière sont disposés au-dessus des parois conductrices afin de réfléchir la lumière à détecter, se dirigeant vers les parois conductrices, vers les éléments adjacents aux parois conductrices. 4/057612 - St ructure according to claim 1, characterized in that light reflecting means are arranged above the conductive walls in order to reflect the light to be detected, moving towards the conductive walls, towards the elements adjacent to the conductive walls. 4/0576
2525
13 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite superposition comprend des couches de matériau semiconducteur de nature différente. 14 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la superposition comprenant n couches de matériau semiconducteur (101, 102, 103) , l'épaisseur de chaque couche est déterminée en fonction de n gammes de longueurs d'onde définies du spectre lumineux pour que la couche de matériau semiconducteur13 - Structure according to any one of the preceding claims, characterized in that said superposition comprises layers of semiconductor material of different nature. 14 - Structure according to claim 1, characterized in that, the superposition comprising n layers of semiconductor material (101, 102, 103), the thickness of each layer is determined as a function of n defined wavelength ranges of the spectrum bright so that the layer of semiconductor material
(101) située le plus près de la face de réception de la lumière absorbe la quasi-totalité d'une première gamme de longueur d'onde définie, les deux couches de matériau semiconducteur (101, 102) situées le plus près de la face de réception de la lumière absorbent la quasi-totalité d'une deuxième gamme de longueur d'onde définie, et ainsi de suite jusqu'à n, les intensités mesurées par chaque élément de détection d'un même pixel permettant de restituer, en fonction des coefficients d'absorption de chaque couche de matériau semiconducteur, les intensités de chacune des n longueurs d'onde reçues par le pixel. (101) located closest to the light receiving face absorbs almost all of a first defined wavelength range, the two layers of semiconductor material (101, 102) located closest to the face receiving light absorb almost all of a second defined wavelength range, and so on up to n, the intensities measured by each detection element of the same pixel making it possible to restore, as a function absorption coefficients of each layer of semiconductor material, the intensities of each of the n wavelengths received by the pixel.
EP03809998A 2002-12-19 2003-12-17 Multispectral detector matrix Withdrawn EP1573821A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0216178 2002-12-19
FR0216178A FR2849273B1 (en) 2002-12-19 2002-12-19 MATRIX OF MULTISPECTRAL DETECTORS
PCT/FR2003/050186 WO2004057675A1 (en) 2002-12-19 2003-12-17 Multispectral detector matrix

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1573821A1 true EP1573821A1 (en) 2005-09-14

Family

ID=32406204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03809998A Withdrawn EP1573821A1 (en) 2002-12-19 2003-12-17 Multispectral detector matrix

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7352043B2 (en)
EP (1) EP1573821A1 (en)
FR (1) FR2849273B1 (en)
WO (1) WO2004057675A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005098956A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-20 Nanyang Technological University Method and device for wavelength-sensitive photo-sensing using multiple pn-junction
DE102004060365B4 (en) * 2004-12-15 2009-03-19 Austriamicrosystems Ag Semiconductor junction device and method of manufacture
KR100850859B1 (en) * 2006-12-21 2008-08-06 동부일렉트로닉스 주식회사 Image Sensor and The Fabricating Method thereof
US7791159B2 (en) * 2007-10-30 2010-09-07 Panasonic Corporation Solid-state imaging device and method for fabricating the same
FR2924803A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-12 Commissariat Energie Atomique INTERFERENTIAL SPECTROSCOPIC ANALYSIS DEVICE
US8399820B2 (en) 2009-06-23 2013-03-19 Sensors Unlimited, Inc. Multicolor detectors and applications thereof
JP6017311B2 (en) * 2010-06-01 2016-10-26 博立▲碼▼杰通▲訊▼（深▲せん▼）有限公司Ｂｏｌｙ Ｍｅｄｉａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Multispectral photosensitive member and manufacturing method thereof
FR2965104B1 (en) * 2010-09-16 2013-06-07 Commissariat Energie Atomique BISPECTRAL MULTILAYER PHOTODIOD DETECTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
FR2982706A1 (en) * 2011-11-15 2013-05-17 Soc Fr Detecteurs Infrarouges Sofradir DEVICE FOR DETECTION OF TWO DIFFERENT COLORS WITH IMPROVED OPERATING CONDITIONS
JP6291895B2 (en) * 2014-02-20 2018-03-14 富士通株式会社 Infrared detector and manufacturing method thereof
US9881966B2 (en) * 2015-07-17 2018-01-30 International Business Machines Corporation Three-dimensional integrated multispectral imaging sensor
US10763092B2 (en) * 2017-11-29 2020-09-01 L-3 Communications Corporation-Insight Technology Division Dual-spectrum photocathode for image intensification

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4206470A (en) * 1977-09-01 1980-06-03 Honeywell Inc. Thin film interconnect for multicolor IR/CCD
US4514755A (en) * 1983-07-08 1985-04-30 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state color imager with two layer three story structure
US5373182A (en) * 1993-01-12 1994-12-13 Santa Barbara Research Center Integrated IR and visible detector
US5552603A (en) * 1994-09-15 1996-09-03 Martin Marietta Corporation Bias and readout for multicolor quantum well detectors
FR2756667B1 (en) * 1996-12-04 1999-02-19 Thomson Csf BISPECTRAL ELECTROMAGNETIC WAVE DETECTOR
KR20010040506A (en) * 1998-02-02 2001-05-15 유니액스 코포레이션 Image Sensors Made from Organic Semiconductors
US6465860B2 (en) * 1998-09-01 2002-10-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Multi-wavelength semiconductor image sensor and method of manufacturing the same
US6373117B1 (en) * 1999-05-03 2002-04-16 Agilent Technologies, Inc. Stacked multiple photosensor structure including independent electrical connections to each photosensor
JP4330210B2 (en) * 1999-07-30 2009-09-16 富士通株式会社 Optical semiconductor device and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2004057675A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2849273A1 (en) 2004-06-25
US20060038251A1 (en) 2006-02-23
FR2849273B1 (en) 2005-10-14
WO2004057675A1 (en) 2004-07-08
US7352043B2 (en) 2008-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1516368B1 (en) Imager
EP3182081B1 (en) Detection device with suspended bolometric membranes with high absorption efficiency and signal-to-noise ratio
EP1495494B1 (en) Photodetector matrix with pixels isolated by walls, hybridised onto a reading circuit
EP2786412B1 (en) Optical detector unit
EP0977269A1 (en) Imager having an array of photodiodes
EP1573821A1 (en) Multispectral detector matrix
EP3836214B1 (en) Light sensor
EP3449228A1 (en) Multispectral imaging device
EP2452361B1 (en) Photo-detector device and method of producing a photo-detector device
EP1903612B1 (en) Avalanche photodiode
EP0316221A1 (en) Array of photosensitive elements comprising a phototransistor and a storage capacitor
FR3040536A1 (en) IMAGE SENSOR WITH REDUCED SPECTRAL AND OPTICAL DIAPHOTIE
EP2276072B1 (en) Photodetector element
EP0060752B1 (en) Two-dimensional photosensitive solid-state device and imager, using transfer of electrical charges, comprising such a device
EP1353381B1 (en) Hybrid photodetector array with isolated photogate-type pixels
EP3471151B1 (en) Helmholtz resonator photodetector
EP2076925B1 (en) Device for electromagnetically coupling an electromagnetic radiation sensor
FR2808926A1 (en) Two polarization optical detector structure having first area active element photo conductor first polarization and second area second active area polarization.
FR3114438A1 (en) Image sensor
FR2887076A1 (en) IMAGINE SEMICONDUCTOR SUBSTRATE IMAGE SENSOR WITH REAR METALLIZATION
FR2966678A1 (en) IMAGING DEVICE PARTICULARLY OF THE CMOS TYPE WITH REPORT AND INTEGRATION.
FR3132761A1 (en) Multi-spectral imager
WO2023110412A1 (en) Sensor for sensing visible and infrared images, and method for producing such a sensor
EP4280283A1 (en) Image sensor
EP4268281A1 (en) Integration of a detection circuit based on optical resonators interconnected on a readout circuit of an imager

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20050524

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20071213

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150701