EP4000096A1 - Image sensor pixel - Google Patents

Image sensor pixel

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Publication number
EP4000096A1
EP4000096A1 EP20739697.9A EP20739697A EP4000096A1 EP 4000096 A1 EP4000096 A1 EP 4000096A1 EP 20739697 A EP20739697 A EP 20739697A EP 4000096 A1 EP4000096 A1 EP 4000096A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pixel
image sensor
photodetector
photodetectors
organic
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.)
Pending
Application number
EP20739697.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Camille DUPOIRON
Benjamin BOUTHINON
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.)
Isorg SA
Original Assignee
Isorg SA
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 Isorg SA filed Critical Isorg SA
Publication of EP4000096A1 publication Critical patent/EP4000096A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
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    • HELECTRICITY
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    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14665Imagers using a photoconductor layer
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/705Pixels for depth measurement, e.g. RGBZ
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80Constructional details
    • H10K30/87Light-trapping means
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30Devices controlled by radiation
    • H10K39/32Organic image sensors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Definitions

  • the present application relates to an image sensor or electronic imager.
  • Image sensors are currently used in many fields, in particular in electronic devices. Image sensors are found in particular in human-machine interface and image-taking applications. Areas of use for such image sensors are, for example, smart phones, automobiles, drones, robotics and virtual or augmented reality systems.
  • the same electronic device can have several image sensors of different types.
  • a device can thus comprise, for example, a first color image sensor, a second infrared image sensor, a third image sensor making it possible to evaluate a distance, with respect to the device, from various points of view. a scene or subject, etc.
  • One embodiment provides for a pixel comprising:
  • One embodiment provides for an image sensor comprising several pixels as described.
  • One embodiment provides for a method of manufacturing such a pixel or such an image sensor, comprising steps consisting in:
  • said organic photodetectors are coplanar.
  • said organic photodetectors are separated from each other by a dielectric
  • each organic photodetector comprises a first electrode, distinct from the first electrodes of the other organic photodetectors, formed on the surface of the CMOS support.
  • each first electrode is connected, preferably connected, to a read circuit, each read circuit preferably comprising three transistors formed in the CMOS support.
  • said organic photodetectors are suitable for evaluating a distance by time of flight.
  • the pixel or the sensor as described is adapted to operate:
  • HDR high dynamic range imaging
  • each pixel further comprises, under the lens, a color filter allowing electromagnetic waves to pass in a frequency range of the visible spectrum and in the infrared spectrum.
  • the senor as described is suitable for capturing a color image.
  • each pixel comprises exactly:
  • the first organic photodetector and the second organic photodetector are rectangular in shape and are jointly inscribed in a square.
  • the first organic photodetector is connected to a second electrode
  • the second organic photodetector is connected to a third electrode.
  • One embodiment provides for a sensor in which:
  • the second electrode is common to all the first organic photodetectors of the pixels of the sensor.
  • the third electrode is common to all the second organic photodetectors of the pixels of the sensor.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view, schematic and partial, of an embodiment of an image sensor
  • FIG. 2 is a top view, schematic and partial, of the image sensor of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an electrical diagram of an embodiment of circuits for reading two pixels of the image sensor of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 is a timing diagram of signals of an example of operation of the image sensor having the read circuits of FIG. 3;
  • Figure 5 is a sectional view, schematic and partial, of a step of an embodiment of a method for producing the image sensor of Figures 1 and 2;
  • Figure 6 is a sectional view, schematic and partial, of another step of the embodiment of the method of making the image sensor of Figures 1 and
  • FIG. 7 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 8 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 9 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 10 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
  • Figure 11 is a sectional view, schematic and partial, of a variant of the embodiment of the method of making the image sensor of Figures 1 and 2;
  • FIG. 12 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
  • Figure 13 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method of making the image sensor of Figures 1 and 2;
  • Figure 14 is a sectional view along the plane AA, schematic and partial, of the image sensor of Figures 1 and 2;
  • Figure 15 is a sectional view along the plane BB, schematic and partial, of the image sensor of Figures 1 and 2;
  • Figure 16 is a sectional view, schematic and partial, of another embodiment of an image sensor.
  • binary signal is used to mean a signal which alternates between a first constant state, for example a low state, denoted "0", and a second constant state, for example a high state, denoted "1".
  • first constant state for example a low state
  • second constant state for example a high state
  • the high and low states of different binary signals of the same electronic circuit can be different.
  • the binary signals may correspond to voltages or currents which may not be perfectly constant in the high or low state.
  • insulator and “conductor” mean “electrically insulating” and “electrically conductive” respectively.
  • the transmittance of a layer to a radiation corresponds to the ratio between the intensity of the radiation leaving the layer and the intensity of the radiation entering the layer, the rays of the incoming radiation being perpendicular to the layer.
  • a layer or a film is said to be opaque to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is less than 10%.
  • a layer or a film is said to be transparent to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is greater than 10%.
  • visible light is called electromagnetic radiation whose wavelength is between 400 nm and 700 nm and infrared radiation is called electromagnetic radiation whose wavelength is between 700 nm and 1 mm.
  • infrared radiation one distinguishes in particular the near infrared radiation, the wavelength of which is between 700 nm and 1.7 ⁇ m.
  • One pixel of an image corresponds to the unitary element of the image captured by an image sensor.
  • the optoelectronic device is a color image sensor, it generally comprises, for each pixel of the color image to be acquired, at least three components. These three components each acquire light radiation substantially in a single color, i.e. in a range of wavelengths less than 130 nm wide (e.g. red, green, and blue) . Each component can in particular comprise at least one photodetector.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view, schematic and partial, of an embodiment of an image sensor 1.
  • This image sensor 1 comprises a matrix of coplanar pixels. To simplify, only four pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 1 have been shown in FIG. 1, it being understood that, in practice, the image sensor 1 may have more pixels.
  • the image sensor 1 comprises, for example, several million or even several tens of millions of pixels.
  • the pixels 10, 12, 14 and 16 are located on the surface of a CMOS support 3, for example a piece of silicon wafer on and inside which integrated circuits (not shown ) were produced using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • These integrated circuits form, in this example, a matrix of read circuits associated with the pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 1.
  • read circuit is understood to mean a set of read, address and transistors. command associated with each pixel.
  • each pixel comprises a first photodetector, identified by the suffix "A”, and a second photodetector, identified by the suffix "B". More precisely, in the example of figure 1:
  • pixel 10 includes a first photodetector 10A and a second photodetector 10B;
  • pixel 12 includes a first photodetector 12A and a second photodetector 12B;
  • pixel 14 includes a first photodetector 14A and a second photodetector 14B;
  • pixel 16 includes a first photodetector 16A and a second photodetector 16B.
  • photodetectors 10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A and 16B can correspond to organic photodiodes (Organic Photodiode - OPD) or to organic photoresistors. In the remainder of the description, it is considered that the photodetectors of the pixels of the image sensor 1 correspond to organic photodiodes.
  • each photodetector comprises an active layer included or "sandwiched" between two electrodes. More precisely, in the example of FIG. 1 where only side faces of organic photodetectors 10A, 10B, 14A, 14B and 16B are visible:
  • the first photodetector 10A consists of an active layer 100A comprised between a first electrode 102A and a second electrode 104A;
  • the second photodetector 10B consists of an active layer 100B lying between a first electrode 102B and a second electrode 104B;
  • the first photodetector 14A consists of an active layer 140A included between a first electrode 142A and a second electrode 144A;
  • the second photodetector 14B consists of an active layer 140B included between a first electrode 142B and a second electrode 144B;
  • the second photodetector 16B consists of an active layer 160B included between a first electrode 162B and a second electrode 164B.
  • the first photodetector 12A consists of a active layer 120A (not visible in FIG. 1) included between a first electrode 122A (not visible in FIG. 1) and a second electrode 124A (not visible in FIG. 1);
  • the second photodetector 12B consists of an active layer 120B (not visible in FIG. 1) lying between a first electrode 122B (not visible in FIG. 1) and a second electrode 124B (not visible in FIG. 1); and
  • the first photodetector 16A consists of an active layer 160A (not visible in FIG. 1) included between a first electrode 162A (not visible in FIG. 1) and a second electrode 164A (not visible in FIG. 1).
  • first electrodes will also be designated by the expression “lower electrodes” while the second electrodes will also be designated by the expression “upper electrodes”.
  • each organic photodetector constitutes an anode electrode while the lower electrode of each organic photodetector constitutes a cathode electrode.
  • each photodetector of each pixel of the image sensor 1 is individually connected, preferably connected, to a read circuit (not shown) of the CMOS support 3. Each photodetector of the image sensor 1 is therefore addressed individually by its lower electrode.
  • each photodetector has a lower electrode distinct from the lower electrodes of all the other photodetectors.
  • each photodetector of a pixel has a separate lower electrode:
  • the upper electrodes 104A, 124A, 144A and 164A, belonging respectively to the first photodetectors 10A, 12A, 14A and 16A, are interconnected or form a common first upper electrode;
  • the upper electrodes 104B, 124B, 144B and 164B, belonging respectively to the first photodetectors 10B, 12B, 14B and 16B, are interconnected or form a second common upper electrode, distinct from the first common upper electrode.
  • each pixel comprises a lens 18, also called microlens 18 because of its dimensions.
  • the pixels 10, 12, 14 and 16 each comprise a lens 18.
  • Each lens 18 thus covers all or part of the first and second photodetectors of each pixel of the image sensor 1. More precisely , the lens 18 physically covers the upper electrodes of the first and second photodetectors of the pixel.
  • Figure 2 is a top view, schematic and partial, of the image sensor 1 of Figure 1.
  • the first and second photodetectors are represented by rectangles and the microlenses by circles. More precisely, in figure
  • a microlens 18 covers the upper electrode 104A, respectively 104B, of the photodetector 10A, respectively 10B, of the pixel 10; a microlens 18 covers the upper electrode 124A, respectively 124B, of the photodetector 12A, respectively 12B, of the pixel 12;
  • a microlens 18 covers the upper electrode 144A, respectively 144B, of the photodetector 14A, respectively 14B, of the pixel 14;
  • a microlens 18 covers the upper electrode 164A, respectively 164B, of the photodetector 16A, respectively 16B, of the pixel 16.
  • the lenses 18 completely cover the respective electrodes of the pixels with which they are associated.
  • the pixels are substantially of square shape, preferably of square shape. All the pixels of the image sensor 1 preferably have identical dimensions, except for manufacturing dispersions.
  • the square formed by each pixel of the image sensor 1, seen from above in FIG. 2 has a side between approximately 0.8 ⁇ m and 10 ⁇ m, preferably between approximately 0.8 ⁇ m and 3 ⁇ m, even more preferably between 0.8 pm and 3 pm.
  • the first photodetector and the second photodetector belonging to the same pixel are both rectangular in shape. These photodetectors have substantially the same dimensions and are part of the square formed by the pixel to which they belong.
  • the rectangle formed by each photodetector of each pixel of the image sensor 1 has a length substantially equal to the side of the square formed by each pixel and a width substantially equal to half of the side of the square formed by each pixel. A space is however left between the first and the second photodetector of each pixel, so that their respective lower electrodes are separate.
  • each microlens 18 has, viewed from above in FIG. 2, a diameter substantially equal, preferably equal, to the side of the square formed by the pixel to which it belongs.
  • each pixel comprises a microlens 18.
  • Each microlens 18 of the image sensor 1 is preferably centered with respect to the square formed by the photodetectors that it covers.
  • each microlens 18 can be replaced by another type of micrometric-sized optical element, in particular a micrometric-sized Fresnel lens, a micrometric-sized gradient index lens or a diffraction grating of micrometric size.
  • the microlenses 18 are convergent lenses each having a focal length f of between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m. According to one embodiment, all the microlenses 18 are substantially identical.
  • the microlenses 18 can be made of silica, polymethyl methacrylate (PMMA), a positive photosensitive resin, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), cycloolefin copolymer (COP), polydimethylsiloxane (PDMS) / silicone, or in epoxy resin.
  • the microlenses 18 can be formed by creeping blocks of a photosensitive resin.
  • Microlenses 18 can further be formed by molding on a layer of PET, PEN, COP, PDMS / silicone or epoxy resin.
  • FIG. 3 is an electric diagram of an embodiment of circuits for reading two pixels of the image sensor of FIGS. 1 and 2.
  • each photodetector is associated with a read circuit. More precisely, in figure 3:
  • the first photodetector 10A of pixel 10 is associated with a first read circuit 20A;
  • the second photodetector 10B of pixel 10 is associated with a second read circuit 20B;
  • the first photodetector 12A of pixel 12 is associated with a first read circuit 22A;
  • the second photodetector 12B of pixel 12 is associated with a second read circuit 22B.
  • the first read circuit 20A of the first photodetector 10A of the pixel 10 and the second read circuit 20B of the second photodetector 10B of the pixel 10 jointly form a read circuit 20 of the pixel 10.
  • the first circuit of reading 22A of the first photodetector 12A of pixel 12 and the second reading circuit 22B of the second photodetector 12B of pixel 12 jointly form a reading circuit 22 of pixel 12.
  • each read circuit 20A, 20B, 22A, 22B comprises three MOS transistors. Such a circuit is commonly designated, with its photodetector, by the expression “3T sensor”.
  • each read circuit 20A, 22A associated with a first photodetector comprises a MOS transistor in follower assembly 200, in series with a MOS transistor selection 202, between two terminals 204 and 206A.
  • each read circuit 20B, 22B associated with a second photodetector comprises a MOS transistor in follower assembly 200, in series with a MOS selection transistor 202, between two terminals 204 and 206B.
  • Each terminal 204 is connected to a source of a high reference potential, denoted Vpix, in the case where the transistors of the read circuits are N-channel MOS transistors.
  • Each terminal 204 is connected to a source of a low reference potential, for example ground, in the case where the transistors of the read circuits are P-channel MOS transistors.
  • Each terminal 206A is connected to a first conductive track 208A.
  • the first conductive track 208A can be connected to all the first photodetectors of the same column.
  • the first conductive track 208A is preferably connected to all the first photodetectors of the image sensor 1.
  • each terminal 206B is connected to a second conductive track 208B.
  • the second conductive track 208B can be connected to all the second photodetectors of the same column.
  • the second conductor track 208B is preferably connected to all the second photodetectors of the image sensor 1.
  • the second conductor track 208B is preferably separate from the first conductor track 208A.
  • the first conductive track 208A is connected to a first current source 209A which is not part of the read circuits 20, 22 of the pixels 10, 12 of the image sensor 1.
  • the second conductive track 208B is connected to a second current source 209B which is not part of the read circuits. 20, 22 of the pixels 10, 12 of the image sensor 1.
  • the current sources 209A and 209B of the image sensor 1 are external to the pixels and read circuits.
  • the gate of transistor 202 is intended to receive a signal, denoted SEL_R1, for selecting pixel 10 in the case of read circuit 20 of pixel 10.
  • the gate of transistor 202 is intended to receive another signal, denoted SEL_R2 , selection of pixel 12 in the case of read circuit 22 of pixel 12.
  • the gate of transistor 200 associated with the first photodetector 10A of pixel 10 is connected to a node FD_1A;
  • the gate of transistor 200 associated with the first photodetector 12A of pixel 12 is connected to a node FD_2A;
  • the gate of transistor 200 associated with second photodetector 12B of pixel 12 is connected to a node FD_2B.
  • Each node FD_1A, FD_1B, FD_2A, FD_2B is connected, by a reset MOS transistor 210, to a terminal of application of a reset potential Vrst, this potential possibly being identical to the potential Vpix.
  • the gate of transistor 210 is intended to receive a signal RST for resetting the photodetector, making it possible in particular to reset the node FD_1A, FD_1B, FD_2A or FD_2B substantially to the potential Vrst.
  • the node FD_1A is connected to the cathode electrode 102A of the first photodetector 10A of the pixel 10;
  • the node FD_1B is connected to the cathode electrode 102B of the second photodetector 10B of the pixel 10;
  • the FD 2A node is connected to the cathode electrode 122A of the first photodetector 12A of pixel 12; and the node FD_2B is connected to the cathode electrode 122B of the second photodetector 12B of the pixel 12.
  • the anode electrode 104A of the first photodetector 10A of the pixel 10 is connected to a source of a reference potential Vtop_Cl;
  • the anode electrode 104B of the second photodetector 10B of the pixel 10 is connected to a source of a reference potential Vtop_C2;
  • the anode electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 is connected to a source of the reference potential Vtop_Cl;
  • the anode electrode 124B of the second photodetector 12B of the pixel 12 is connected to a source of the reference potential Vtop_C2.
  • the potential Vtop_Cl is applied to the first upper electrode common to all the first photodetectors.
  • the potential Vtop_C2 is, for its part, applied to the second upper electrode common to all the second photodetectors.
  • VFD_1A the voltage present at node FD_1A
  • VFD_1B the voltage present at node FD_1B
  • VSEL_R1 the voltage applied to the gate of transistors 202 of pixel 10, that is to say the voltage applied to the gate of transistor 202 of first photodetector 10A and the voltage applied to the gate of transistor 202 of second photodetector 10B;
  • VSEL_R2 the voltage applied to the gate of transistors 202 of pixel 12, i.e. the voltage applied to the gate of transistor 202 of first photodetector 12A and the voltage applied to the gate of transistor 202 of second photodetector 12B.
  • VSEL_R1 the application of the voltage VSEL_R1, respectively VSEL_R2, is controlled by the binary signal denoted SEL_R1, respectively SEL_R2.
  • FIG. 4 is a timing diagram of signals of an example of operation of the image sensor 1 having the read circuits of FIG. 3.
  • the timing diagram of FIG. 4 corresponds, more particularly, to an example of operation of the image sensor 1 in “time of flight” mode (Time of Flight - ToF).
  • the pixels of the image sensor 1 are used to evaluate a distance separating them from a subject (object, scene, face, etc.) placed or located opposite this image sensor. images 1.
  • a light pulse in the direction of the subject with an associated emitting system not described in this text. This light pulse is generally obtained by briefly illuminating the subject with radiation from a source, for example near infrared radiation from a light-emitting diode. This light pulse is then at least partially reflected by the subject, then picked up by the image sensor 1.
  • a time taken by the light pulse to travel back and forth between the source and the subject is then calculated or measured.
  • the image sensor 1 being advantageously located near the source, this duration corresponds approximately to twice the time. time taken by the light pulse to travel the distance separating the subject from this image sensor 1.
  • the timing diagram of FIG. 4 illustrates an example of the evolution of the binary signals RST and SEL_R1 as well as of the potentials Vtop_Cl, Vtop_C2, VFD_1A and VFD_1B of two photodetectors of the same pixel of the image sensor 1, for example the first photodetector 10A and the second photodetector 10B of pixel 10.
  • FIG. 4 also represents, in dotted lines, the binary signal SEL_R2 of another pixel of image sensor 1, for example pixel 12.
  • the timing diagram of FIG. 4 was established by considering that the MOS transistors of the read circuit 20 of the pixel 10 are N-channel transistors.
  • the signal SEL_R1 is in the low state so that the transistors 202 of the pixel 10 are blocked.
  • a reset phase is then initiated.
  • the RST signal is kept high so that the reset transistors 210 of pixel 10 are on.
  • the charges accumulated in the photodiodes 10A and 10B are then evacuated to the source of the potential Vrst.
  • the potential Vtop_Cl is, still at the instant t0, at a high level.
  • This high level corresponds to a bias of the first photodetector 10A under a voltage greater than a voltage resulting from the application of a potential called “intrinsic potential” (built-in potential).
  • This intrinsic potential is equivalent to a difference between an anode output work and a cathode output work.
  • the potential Vtop_Cl is set to a low level.
  • This low level corresponds to a polarization of the first photodetector 10A under a negative voltage, that is to say less than 0 V. This thus allows the first photodetector 10A to integrate photogenerated charges.
  • What has been described previously in relation to the polarization of the first photodetector 10A by the potential Vtop_Cl is transposed to the explanation of the operation of the polarization of the second photodetector 10B by the potential Vtop_C2.
  • a first infrared light pulse (IR light emitted) to a scene comprising one or more objects whose distance we want to measure, which makes it possible to acquire a depth map of the scene.
  • This first infrared light pulse has a duration denoted tON.
  • the RST signal is set low, so that the reset transistors 210 of pixel 10 are turned off, and the potential Vtop_C2 is set high.
  • phase denotes integration of a pixel the phase during which the pixel collects charges under the effect of incident radiation.
  • tD subsequent to the instant tl and separated from this instant tl by a duration denoted tD, we begin to receive a second infrared light pulse (IR light received) resulting from the reflection of the first infrared light pulse by an object in the scene, or by a point of an object, the distance from which is to be measured with respect to pixel 10.
  • the duration tD is therefore a function of the distance of the object from the sensor 1.
  • CCA first phase of charge collection
  • the first phase of charge collection causes a drop in the level of the potential VFD_1A at the node FD_1A of the read circuit 20A.
  • the first infrared light pulse ceases to be emitted.
  • the potential Vtop_Cl is simultaneously set high, thus marking the end of the first phase of integration, and therefore of the first phase of charge collection.
  • the potential Vtop_C2 is set to a low level.
  • a second integration phase denoted ITB
  • a second charge collection phase denoted CCB
  • the second phase of charge collection causes a drop in the level of the potential VFD_1B at the node FD_1B of the read circuit 20B.
  • the second light pulse ceases to be picked up by the second photodetector 10B of the pixel 10.
  • the second phase of charge collection is therefore completed at this instant t4.
  • the potential Vtop_C2 is set to the high level. This marks the end of the second phase of integration.
  • a reading phase is carried out, denoted RT, during which a measurement of the quantity of charges collected by the photodiodes of the pixels of the image sensor 1 is carried out.
  • RT a reading phase
  • the rows of pixels of the image sensor 1 are read sequentially.
  • the signals SEL_R1 and SEL_R2 are successively set to the high state to alternately read the signals. pixels 10 and 12 of image sensor 1.
  • a new reset phase (RESET) is started.
  • the RST signal is set high so that the reset transistors 210 of pixel 10 are on.
  • the charges accumulated in the photodiodes 10A and 10B are then evacuated to the source of the potential Vrst.
  • the duration tD which separates the start of the first light pulse emitted from the start of the second light pulse received, is calculated using the following formula:
  • the magnitude noted AVFD_1A corresponds to a drop in potential VFD_1A during the integration phase of the first photodetector 10A.
  • the magnitude noted AVFD_1B corresponds to a drop in potential VFD_1B during the integration phase of the second photodetector 10B.
  • a new distance evaluation is started by the emission of a second light pulse.
  • This new distance evaluation includes times t2 'and t4' similar to times t2 and t4, respectively.
  • the operation of the image sensor 1 has been illustrated above in relation to an example of operation in time-of-flight mode, in which the photodetectors of the same pixels are driven out of sync.
  • An advantage of the image sensor 1 is that it can also operate in other modes, in particular modes in which the photodetectors of the same pixel are controlled in a synchronized manner.
  • the image sensor 1 can, for example, be driven in global shutter mode, that is to say that this image sensor 1 can also implement an image acquisition method in in which the beginnings and ends of the pixel integration phases are simultaneous.
  • the image sensor 1 is therefore to be able to operate alternately according to different modes.
  • the image sensor 1 can, for example, operate alternately in time-of-flight mode and in global shutter imaging mode.
  • the reading circuits of the photodetectors of the image sensor 1 are driven alternately in other operating modes, for example modes where the image sensor 1 is adapted to operate:
  • HDR high dynamic range
  • the image sensor 1 can thus be used to perform different types of images without loss of resolution, because the different imaging modes that can be implemented by this image sensor 1 use the same number of pixels. .
  • FIGS. 5 to 13 illustrate successive steps of an embodiment of a method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2.
  • FIGS. 5 to 13 illustrate the production of a single pixel of the image sensor 1, for example the pixel 12 of the image sensor 1.
  • this method can be extended to the production any number of pixels from an image sensor similar to image sensor 1.
  • FIG. 5 is a sectional view, schematic and partial, of a step of an embodiment of a method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2.
  • CMOS support 3 comprising in particular the read circuits (not shown) of the pixel 12.
  • This CMOS support 3 also comprises, on the upper surface 30, recovery elements. contact 32A and 32B.
  • These contact recovery elements 32A and 32B have, seen in section in Figure 5, a "T" shape including:
  • a horizontal part extends on the upper surface 30 of the CMOS support 3;
  • a vertical part extends downwards from the upper surface 30 of the CMOS support 3 to come into contact with lower metallization levels (not shown) of the CMOS support 3 connected or connected to the read circuits (not shown).
  • the contact recovery elements 32A and 32B are for example made from conductive tracks formed on the upper surface 30 of the CMOS support 3 (horizontal parts of the contact recovery elements 32A and 32B) and vias conductors (vertical parts of contact recovery elements 32A and 32B) contacting these conductive tracks.
  • the conductive tracks and the conductive vias can be made of a metallic material, for example silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti) and chromium (Cr), or titanium nitride (TiN).
  • the conductive tracks and the conductive vias can have a monolayer or multilayer structure.
  • these conductive tracks may consist of a stack of conductive layers separated by insulating layers. The vias then pass through these insulating layers.
  • the conductive layers may be of a metallic material from the above list and the insulating layers may be of silicon nitride (SiN) or of silicon oxide (Si0 2) .
  • the CMOS support 3 is cleaned in order to remove any impurities found on its surface 30.
  • This cleaning is carried out, for example, by plasma. The cleaning thus makes it possible to obtain satisfactory cleanliness of the CMOS support 3 before carrying out a series of successive deposits, detailed in relation to the figures below.
  • FIG. 6 is a sectional view, schematic and partial, of another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2 from the structure as described. in relation to figure 5.
  • a deposition, on the surface of the contact recovery elements 32A and 32B, of an electron injector material Preferably, a material is deposited which attaches or binds selectively on the surface of the contact recovery elements 32A and 32B to constitute a self-assembled monolayer (SAM).
  • SAM self-assembled monolayer
  • one proceeds to a full plate deposition of an electron injector material having a sufficiently low lateral conductivity so as not to create conduction paths between two neighboring contact recovery elements.
  • the lower electrodes 122A and 122B constitute electron injection layers (Electron Injection Layer - EIL) of the photodetectors 12A and 12B, respectively. These lower electrodes 122A and 122B are also called cathodes of photodetectors 12A and 12B.
  • the lower electrodes 122A and 122B are preferably produced by spin coating or by dip coating.
  • the material making up the lower electrodes 122A and 122B is chosen from the group comprising:
  • a metal or a metal alloy for example of silver (Ag), aluminum (Al), lead (Pb), palladium (Pd), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten ( W), molybdenum (Mo), titanium (Ti) or chromium (Cr) or an alloy of magnesium and silver (MgAg);
  • Transparent Conductive Oxide - TCO transparent Conductive Oxide - TCO
  • transparent Conductive Oxide - TCO transparent Conductive Oxide - TCO
  • indium oxide doped with tin Indium Tin Oxide - ITO
  • oxide of zinc and aluminum Al
  • Al Zinc Oxide - AZO oxide of zinc and aluminum
  • Gadium Zinc Oxide - GZO gallium zinc oxide
  • ITO / Ag / ITO multilayer an ITO / Mo / ITO multilayer, an AZO / Ag / AZO multilayer or a ZnO / Ag / ZnO multilayer
  • PEI polyethyleneimine
  • PEIE polyethyleneimine
  • the lower electrodes 122A and 122B can have a single-layer or multi-layer structure.
  • Figure 7 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 6.
  • a non-selective deposition of a first layer 120 is carried out on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3.
  • This deposition is referred to as a “full plate” deposition because it covers all of the material.
  • the upper surface 30 of the CMOS support 3 as well as the free surfaces of the contact recovery elements 32A, 32B and of the lower electrodes 122A and 122B.
  • the deposition of the first layer 120 is preferably carried out by centrifugal spin coating.
  • the first layer 120 is intended to form the future active layers 120A and 120B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12.
  • the active layers 120A and 120B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12 have , preferably, a composition and a thickness identical to those of the first layer 120.
  • the first layer 120 can comprise small molecules, oligomers or polymers. They may be organic or inorganic materials, in particular comprising quantum dots.
  • the first layer 120 may comprise an ambipolar semiconductor material, or a mixture of an N-type semiconductor material and a P-type semiconductor material, for example in the form of superimposed layers or of an intimate mixture at the nanoscale. so as to form a heterojunction by volume.
  • the thickness of the first layer 120 can be between 50 nm and 2 ⁇ m, for example of the order of 300 nm.
  • P-type semiconductor polymers suitable for making the layer 120 are:
  • P3HT poly (3-hexylthiophene)
  • PCDTBT (4, 7-di-2-thienyl-2 ', 1', 3 '-benzothiadiazole)]
  • N-type semiconductor materials suitable for producing the layer 120 are fullerenes, in particular C60, [6, 6] -phenyl-C 6i- methylbutanoate. ([60] PCBM), [6, 6] -phenyl-C7i-butanoate of methyl ([70] PCBM), perylene diimide, zinc oxide (ZnO) or nanocrystals allowing the formation of quantum dots ( quantum dots).
  • FIG. 8 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 7.
  • a non-selective deposition of a second layer 124 is carried out on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3.
  • This deposition is referred to as a “full plate” deposition because it covers all of the material.
  • the deposition of the second layer 124 is preferably carried out by centrifugal spin coating.
  • the second layer 124 is intended to form the future upper electrodes 124A and 124B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12.
  • the upper electrodes 124A and 124B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12 have , preferably, a composition and a thickness identical to those of the second layer 124.
  • the second layer 124 is at least partially transparent to the light radiation that it receives.
  • the second layer 124 may be of a conductive and transparent material, for example of conductive and transparent oxide (Transparent Conductive Oxide - TCO), of carbon nanotubes, of graphene, of a conductive polymer, of a metal, or of a mixture or an alloy of at least two of these compounds.
  • the second layer 124 can have a single-layer or a multi-layer structure.
  • TCO suitable for producing the second layer 124 examples include indium-tin oxide (Indium Tin Oxide - ITO), aluminum-zinc oxide (Aluminum Zinc Oxide - AZO), l 'gallium-zinc oxide (Gallium Zinc Oxide - GZO), titanium nitride (TiN), molybdenum oxide (M0O 3) and tungsten oxide (WO 3 ).
  • An example of a conductive polymer suitable for making the second layer 124 is the polymer known under the name PEDOT: PSS, which is a mixture of poly (3, 4) -ethylenedioxythiophene and sodium polystyrene sulfonate and polyaniline, also called PAni.
  • Examples of metals suitable for making the second layer 124 are silver, aluminum, gold, copper, nickel, titanium and chromium.
  • An example of a multilayer structure suitable for making the second layer 124 is a multilayer structure of AZO and silver of the AZO / Ag / AZO type.
  • the thickness of the second layer 124 can be between 10 nm and 5 ⁇ m, for example of the order of 30 nm. In the case where the second layer 124 is metallic, the thickness of this second layer 124 is less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 10 nm.
  • FIG. 9 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the mode of implementation of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2 from the structure as described. in relation to figure 8.
  • three vertical openings 340, 342 and 344 are made through the first layer 120 and the second layer 124 to the upper surface 30 of the CMOS support 3. These openings are preferably made. by etching after masking of the areas to be protected, for example by deposition of photosensitive resin, exposure through a mask then dry etching, for example by ionic etching reactive, or by wet etching, for example by chemical etching.
  • the deposition of the etching mask is carried out locally, for example by serigraphy, by heliography, by nano-printing (nano imprint) or by flexography, and the etching is carried out by dry etching, for example by reactive ionic etching , or by wet etching, for example by chemical etching.
  • the vertical openings 340 and 342 are located on either side of the first contact recovery element 32A (respectively to the left and to the right of the first contact recovery element 32A);
  • the vertical openings 342 and 344 are located on either side of the second contact recovery element 32B (respectively to the left and to the right of the second contact recovery element 32B).
  • These vertical openings 340, 342 and 344 are to separate photodetectors belonging to the same line of the image sensor 1.
  • the openings 340, 342 and 344 are, for example, produced by photolithography.
  • the openings 340, 342 and 344 are produced by reactive ionic etching or by chemical etching using a suitable solvent.
  • the active layer 120A of the first photodetector 12A of the pixel 12 which entirely covers the free faces of the first contact pickup element 32A and the lower electrode 122A;
  • the active layer 120B of the second photodetector 12B of the pixel 12 which entirely covers the free faces of the second contact pickup element 32B and the lower electrode 122B;
  • the opening 340 is interposed between, on the one hand, the active layer 120A and the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 and, on the other hand, an active layer and an upper electrode of a second photodetector belonging to to a neighboring pixel (not shown);
  • the opening 342 is interposed between, on the one hand, the active layer 120A and the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 and, on the other hand, the active layer 120B and the upper electrode 124B of the second photodetector 12B of pixel 12;
  • the opening 344 is interposed between, on the one hand, the active layer 120B and the upper electrode 124B of the second photodetector 12B of the pixel 12 and, on the other hand, the active layer 160A and the upper electrode 164A of the first photodetector 16A of pixel 16 (partially visible in FIG. 9).
  • the upper electrodes 124A and 124B constitute hole injection layers (Hole Injection Layer - HIL) of the photodetectors 12A and 12B, respectively. These upper electrodes 124A and 124B are also called anodes of the photodetectors 12A and 12B.
  • Hole Injection Layer - HIL hole injection layers
  • the upper electrodes 124A and 124B are preferably made of the same material as the layer 124 in which they are formed, as explained in relation to FIG. 8.
  • FIG. 10 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the mode of implementation of the method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2 from the structure as described in relation to FIG. 9.
  • the openings 340, 342 and 344 are filled in with a third insulation layer 35 of which only parts 350, 352 and 354 are visible in FIG. 10.
  • the parts 350, 352 and 354 of the third insulation layer 35 respectively fills the openings 340, 342 and 344.
  • the purpose of the parts 350, 352 and 354 of the third layer 35 is to electrically isolate neighboring photodetectors belonging to the same line of the image sensor 1.
  • the parts 350, 352 and 354 of the third layer 35 at least partially absorb the light received by the image sensor 1 in order to optically isolate the photodetectors of a same row.
  • the third insulating layer can be made from a resin whose absorption covers at least the wavelengths of the photodiodes (visible and infrared). Such a resin, with a black appearance, is then qualified as “black resin”.
  • the part 352 electrically and optically isolates the first photodetector 12A from the second photodetector 12B of the pixel 12.
  • the third insulating layer 35 may be made of an inorganic material, for example of silicon oxide (S1O2) or of silicon nitride (SiN). In the case where the third insulating layer 35 is made of silicon nitride, this material is preferably obtained by physical vapor deposition (PVD) or by plasma-assisted chemical vapor deposition (Plasma-Enhanced). Chemical Vapor Deposition - PECVD).
  • the third insulating layer 35 can be made of fluoropolymer, in particular the fluoropolymer known under the trade name "Cytop” of the company Bellex, in polyvinylpyrrolidone (PVP), in polymethyl methacrylate (PMMA), in polystyrene (PS), in parylene, in polyimide (PI), in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), in polydimethylsiloxane (PDMS), a photolithography resin, an epoxy resin, an acrylate resin or a mixture of at least two of these compounds.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PS polystyrene
  • PI polyimide
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the third insulating layer 35 can be made from another inorganic dielectric, in particular from aluminum oxide (Al2O3).
  • Aluminum oxide can be deposited by depositing thin atomic layers (Atomic Layer Deposition - ALD).
  • the maximum thickness of the third insulating layer 35 may be between 50 nm and 2 ⁇ m, for example of the order of 100 nm.
  • a fourth layer 360 is then deposited over the entire structure on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3.
  • This fourth layer 360 is preferably a so-called "planarization” layer making it possible to obtain a structure having a flat upper surface before encapsulation of the photodetectors.
  • the fourth planarization layer 360 may be made of a dielectric material based on polymers.
  • the planarization layer 360 can alternatively contain a mixture of silicon nitride (SiN) and silicon oxide (S1O2), this mixture being obtained by sputtering, by physical vapor deposition (PVD) or by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
  • the planarization layer 360 can also be made of fluoropolymer, in particular the fluoropolymer known under the trade name "Cytop” from the company Bellex, of polyvinylpyrrolidone (PVP), of polymethacrylate of methyl (RMM ⁇ ), polystyrene (PS), parylene, polyimide (PI), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polydimethylsiloxane (PDMS), a photolithography resin, epoxy resin, acrylate resin or a mixture of at least two of these compounds.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • RRMM ⁇ polymethacrylate of methyl
  • PS polystyrene
  • PS polystyrene
  • parylene polyimide
  • PI acrylonitrile butadiene styrene
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • photolithography resin epoxy resin, acrylate resin or a mixture of at least
  • Figure 11 is a sectional view, schematic and partial, of a variant of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure as described in relation with figure 9.
  • This variant differs from the step explained in relation to FIG. 10 mainly in that the openings 340, 342 and 344 are not here respectively filled (or filled) by the parts 350, 352 and 354 of the third layer. insulation 35 but by a layer 360 ′ preferably made of a material identical to that of the fourth layer 360.
  • the variant illustrated in FIG. 11 amounts to not effecting the deposition of the third insulation layer 35 and to proceed directly to the deposition of the fourth layer 360 to form the fifth layer 360 '.
  • the transparent materials listed for the fourth layer 360 as explained in relation to FIG. 10 are suitable for forming the fifth layer 360 '.
  • the fifth layer 360 ′ is not made of black resin.
  • FIG. 11 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 10.
  • a sixth layer 370 is deposited over the entire structure on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3.
  • the purpose of this sixth layer 370 is to encapsulate the organic photodetectors of the image sensor 1.
  • the sixth layer 370 thus makes it possible to avoid the degradation, due to exposure to water or to the humidity contained in the ambient air, of the organic materials constituting the photodetectors of the image sensor 1.
  • the sixth layer 370 covers the entire free top surface of the fourth planarization layer 360.
  • the sixth layer 370 may consist of alumina (Al 2 O 3) obtained by a deposition process by thin atomic layers (Atomic Layer Deposition - ALD), of silicon nitride (S1 3 N 4) or of silicon oxide (S1O 2) obtained by physical vapor deposition (PVD), silicon nitride obtained by plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD).
  • the sixth layer 370 may alternatively consist of PET, PEN, COP or CPI.
  • the sixth layer 370 makes it possible to further improve the surface condition of the structure before production of the microlenses.
  • Figure 13 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 12.
  • the microlens 18 of the pixel 12 is produced directly above the photodetectors 12A and 12B. In the example of FIG. 13, this microlens 18 is substantially centered relative to the opening 342 separating the two photodetectors 12A, 12B.
  • microlens 18 is approximately aligned with respect to the portion 352 of the third insulation layer 35 ( Figure 10). We thus obtain pixel 12 of image sensor 1.
  • the process for forming the layers of the image sensor 1 may correspond to a so-called additive process, for example by direct printing of the material composing the organic layers at the desired locations, in particular in the form of sol-gel, for example by ink jet printing, heliography, screen printing, flexography, spray coating (spray coating) or depositing drops (drop-casting).
  • the process for forming the layers of the image sensor may correspond to a so-called subtractive process, in which the material making up the organic layers is deposited on the entire structure and in which the unused portions are then removed. , for example by photolithography or laser ablation.
  • the deposition on the entire structure can be carried out for example by liquid, by cathodic sputtering or by evaporation. They may in particular be processes of the spin coating, spray coating, heliography, slot-die coating, blade coating, flexography or screen printing type.
  • the layers are metallic, the metal is, for example, deposited by evaporation or by cathodic sputtering on the whole of the support and the metallic layers are delimited by etching.
  • at least some of the layers of the image sensor can be produced by printing techniques.
  • the materials of these layers described above can be deposited in liquid form, for example in the form of conductive and semiconductor inks using inkjet printers.
  • material in liquid form is understood here also to mean gel materials which can be deposited by printing techniques.
  • Annealing steps are optionally provided between the depositions of the different layers, but the annealing temperatures may not exceed 150 ° C., and the deposition and any annealing may be carried out at atmospheric pressure.
  • Figure 14 is a sectional view along plane AA ( Figure 2), schematic and partial, of the image sensor 1 of Figures 1 and 2.
  • the section plane AA corresponds to a section plane parallel to a image sensor pixel line
  • FIG. 14 only the pixels 12 and 16 of the image sensor 1 have been represented. These pixels 12 and 16 belong to the same row of pixels of the image sensor 1.
  • the photodetectors 12A, 12B of pixel 12 and the photodetectors 16A, 16B of pixel 16 are separated from each other. other. Thus, along the same line of image sensor 1, each photodetector is isolated from neighboring photodetectors.
  • Figure 15 is a sectional view along plane BB ( Figure 2), schematic and partial, of the image sensor 1 of Figures 1 and 2.
  • the section plane BB corresponds to a section plane parallel to a image sensor pixel column
  • FIG. 15 only the first photodetectors 10A and 12A of the pixels 10 and 12, respectively, are visible.
  • the lower electrode 102A of the first photodetector 10A of the pixel 10 is separated from the lower electrode 122A of the first photodetector 12A of the pixel 12;
  • the active layer 100A of the first photodetector 10A of the pixel 10 and the active layer 120A of the first photodetector 12A of the pixel 12 are formed by the same continuous deposit; and the upper electrode 104A of the first photodetector 10A of the pixel 10 and the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 are formed by the same other continuous deposit.
  • all the first photodetectors of the pixels belonging to a same column of pixels of the image sensor 1 have a common active layer and a common upper electrode.
  • the upper electrode thus makes it possible to address all the first photodetectors of the pixels of a same column, while the lower electrode makes it possible to address each first photodetector individually.
  • all the second photodetectors of the pixels belonging to a same column of pixels of the image sensor 1 have another common active layer, distinct from the common active layer of the first photodetectors of these same pixels, and another electrode. common upper, distinct from the common upper electrode of the first photodetectors of these same pixels.
  • This other common upper electrode thus makes it possible to address all the second photodetectors of the pixels of a same column, while the lower electrode makes it possible to address each second photodetector individually.
  • FIG. 16 is a sectional view, schematic and partial, of another embodiment of an image sensor 4.
  • the image sensor 4 shown in FIG. 16 is analogous to the image sensor 1 exposed in relation to FIGS. 1 and 2. This image sensor 4 differs from the image sensor 1 mainly in that:
  • the pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 4 belong to the same row or to the same column of this image sensor 4 (while the pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 1 (FIG. 1) are distributed over two rows and two different columns of this image sensor 1); and each pixel 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 4 has a color filter 41R, 41G or 41B under its microlens 18 and on a passivation layer 43.
  • the four monochromatic pixels 10, 12 are monochromatic pixels 10, 12 ,
  • the image sensor 4 comprises:
  • a first green filter 41G interposed between the microlens 18 of the pixel 10 and the passivation layer 43;
  • a red filter 41R interposed between the microlens 18 of the pixel 12 and the passivation layer 43;
  • a blue filter 41B interposed between the microlens 18 of the pixel 16 and the passivation layer 43.
  • the color filters 41R, 41G and 41B of the image sensor 4 allow electromagnetic waves to pass in different frequency ranges of the visible spectrum and allow electromagnetic waves of the infrared spectrum to pass.
  • 41R, 41G and 41B color filters can match colored resin blocks.
  • Each 41R, 41G and 41B color filter is suitable for allowing infrared radiation to pass, for example at a wavelength between 700 nm and 1 mm, and, for at least some of the color filters, to pass a range of wavelengths of visible light.
  • the image sensor 4 can include:
  • At least one pixel for example, pixel 16 whose color filter 41B is adapted to pass infrared radiation and blue light, for example in the wavelength range of 430 nm to 490 nm;
  • At least one pixel for example, pixels 10 and 14 whose color filter 41G is adapted to pass infrared radiation and green light, for example in the wavelength range of 510 nm to 570 nm; and
  • At least one pixel for example, pixel 12
  • pixel 12 whose color filter 41R is adapted to pass infrared radiation and red light, for example in the wavelength range of 600 nm to 720 nm.
  • each pixel 10, 12, 14, 16 of the image sensor 4 has a first and a second photodetector.
  • Each pixel thus comprises two photodetectors, represented very schematically in FIG. 16 by the same block (OPD). More precisely, in figure 16:
  • pixel 10 includes two organic photodetectors (block 90, OPD);
  • pixel 12 has two organic photodetectors (block 92, OPD);
  • pixel 14 includes two organic photodetectors (block 94, OPD); and
  • pixel 16 has two organic photodetectors (block 96, OPD).
  • OPD organic photodetectors
  • the photodetectors of each pixel 10, 12, 14 and 16 are coplanar and each associated with a read circuit as explained in relation to FIG. 3. These read circuits are produced on and inside the CMOS support 3
  • the image sensor 4 is thus capable, for example, of alternately making estimates of distance by time of flight in the infrared and capturing images in color.

Abstract

The present description relates to a pixel comprising a CMOS support (3) and at least two organic photodetectors (10A and 10B, 12A and 12B, 14A and 14B, 16A and 16B), in which one and the same lens (18) is vertically in line with the organic photodetectors.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Pixel de capteur d'images Image sensor pixel
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR19/08251 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description. The present patent application claims the priority of the French patent application FR19 / 08251 which will be considered as forming an integral part of the present description.
Domaine technique Technical area
[0001] La présente demande concerne un capteur d'images ou imageur électronique. [0001] The present application relates to an image sensor or electronic imager.
Technique antérieure Prior art
[0002] Des capteurs d'images sont actuellement utilisés dans de nombreux domaines, en particulier dans les dispositifs électroniques. On retrouve notamment des capteurs d'images dans des applications d'interface homme-machine et de prise d'images. Des domaines d'utilisation de tels capteurs d'images sont, par exemple, les téléphones intelligents, l'automobile, les drones, la robotique et les systèmes à réalité virtuelle ou augmentée. [0002] Image sensors are currently used in many fields, in particular in electronic devices. Image sensors are found in particular in human-machine interface and image-taking applications. Areas of use for such image sensors are, for example, smart phones, automobiles, drones, robotics and virtual or augmented reality systems.
[0003] Dans certaines applications, un même dispositif électronique peut disposer de plusieurs capteurs d' images de différents types. Un tel dispositif peut ainsi comporter, par exemple, un premier capteur d'images en couleur, un deuxième capteur d'images infrarouge, un troisième capteur d'images permettant d'évaluer une distance, par rapport au dispositif, de différents points d'une scène ou d'un sujet, etc. [0003] In certain applications, the same electronic device can have several image sensors of different types. Such a device can thus comprise, for example, a first color image sensor, a second infrared image sensor, a third image sensor making it possible to evaluate a distance, with respect to the device, from various points of view. a scene or subject, etc.
[0004] Cette multiplicité de capteurs d'images embarqués dans un même dispositif est, par nature, peu compatible avec les contraintes actuelles de miniaturisation de ces dispositifs. [0004] This multiplicity of image sensors on board the same device is, by nature, not very compatible with the current constraints of miniaturization of these devices.
Résumé de l'invention Summary of the invention
[0005] Il existe un besoin d'améliorer les capteurs d'images existants . [0006] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs d'images connus. [0005] There is a need to improve existing image sensors. [0006] One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known image sensors.
[0007] Un mode de réalisation prévoit un pixel comportant : [0007] One embodiment provides for a pixel comprising:
un support CMOS ; et CMOS support; and
au moins deux photodétecteurs organiques, at least two organic photodetectors,
dans lequel une même lentille est à l'aplomb desdits photodétecteurs organiques. in which the same lens is directly above said organic photodetectors.
[0008] Un mode de réalisation prévoit un capteur d'images comportant plusieurs pixels tels que décrits. [0008] One embodiment provides for an image sensor comprising several pixels as described.
[0009] Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un tel pixel ou d'un tel capteur d'images, comprenant des étapes consistant à : [0009] One embodiment provides for a method of manufacturing such a pixel or such an image sensor, comprising steps consisting in:
prévoir un support CMOS ; provide CMOS support;
réaliser au moins deux photodétecteurs organiques par pixel ; et realize at least two organic photodetectors per pixel; and
réaliser une même lentille à l'aplomb des photodétecteurs organiques du ou de chaque pixel. making the same lens directly above the organic photodetectors of the or each pixel.
[0010] Selon un mode de réalisation, lesdits photodétecteurs organiques sont coplanaires. [0010] According to one embodiment, said organic photodetectors are coplanar.
[0011] Selon un mode de réalisation, lesdits photodétecteurs organiques sont séparés les uns des autres par un diélectrique [0011] According to one embodiment, said organic photodetectors are separated from each other by a dielectric
[0012] Selon un mode de réalisation, chaque photodétecteur organique comporte une première électrode, distincte de premières électrodes des autres photodétecteurs organiques, formée en surface du support CMOS. [0012] According to one embodiment, each organic photodetector comprises a first electrode, distinct from the first electrodes of the other organic photodetectors, formed on the surface of the CMOS support.
[0013] Selon un mode de réalisation, chaque première électrode est reliée, de préférence connectée, à un circuit de lecture, chaque circuit de lecture comportant, de préférence, trois transistors formés dans le support CMOS. [0013] According to one embodiment, each first electrode is connected, preferably connected, to a read circuit, each read circuit preferably comprising three transistors formed in the CMOS support.
[0014] Selon un mode de réalisation, lesdits photodétecteurs organiques sont adaptés à évaluer une distance par temps de vol . [0015] Selon un mode de réalisation, le pixel ou le capteur tel que décrit est adapté à fonctionner : [0014] According to one embodiment, said organic photodetectors are suitable for evaluating a distance by time of flight. [0015] According to one embodiment, the pixel or the sensor as described is adapted to operate:
dans une partie du spectre infrarouge ; in part of the infrared spectrum;
en lumière structurée ; in structured light;
en imagerie à grande gamme dynamique, HDR ; et/ou avec suppression de fond. in high dynamic range imaging, HDR; and / or with background suppression.
[0016] Selon un mode de réalisation, chaque pixel comporte en outre, sous la lentille, un filtre couleur laissant passer les ondes électromagnétiques dans une plage de fréquences du spectre visible et dans le spectre infrarouge. [0016] According to one embodiment, each pixel further comprises, under the lens, a color filter allowing electromagnetic waves to pass in a frequency range of the visible spectrum and in the infrared spectrum.
[0017] Selon un mode de réalisation, le capteur tel que décrit est adapté à capter une image couleur. [0017] According to one embodiment, the sensor as described is suitable for capturing a color image.
[0018] Selon un mode de réalisation, chaque pixel comporte exactement : According to one embodiment, each pixel comprises exactly:
un premier photodétecteur organique ; et a first organic photodetector; and
un deuxième photodétecteur organique. a second organic photodetector.
[0019] Selon un mode de réalisation, pour chaque pixel, le premier photodétecteur organique et le deuxième photodétecteur organique sont de forme rectangulaire et s'inscrivent conjointement dans un carré. [0019] According to one embodiment, for each pixel, the first organic photodetector and the second organic photodetector are rectangular in shape and are jointly inscribed in a square.
[0020] Selon un mode de réalisation, pour chaque pixel : [0020] According to one embodiment, for each pixel:
le premier photodétecteur organique est connecté à une deuxième électrode ; et the first organic photodetector is connected to a second electrode; and
le deuxième photodétecteur organique est connecté à une troisième électrode. the second organic photodetector is connected to a third electrode.
[0021] Un mode de réalisation prévoit un capteur dans lequel : [0021] One embodiment provides for a sensor in which:
la deuxième électrode est commune à tous les premiers photodétecteurs organiques des pixels du capteur ; et the second electrode is common to all the first organic photodetectors of the pixels of the sensor; and
la troisième électrode est commune à tous les deuxièmes photodétecteurs organiques des pixels du capteur. the third electrode is common to all the second organic photodetectors of the pixels of the sensor.
Brève description des dessins [0022] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation et modes de mise en œuvre particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : Brief description of the drawings These characteristics and advantages, as well as others, will be explained in detail in the following description of particular embodiments and embodiments given without limitation in relation to the accompanying figures, among which:
[0023] La figure 1 est une vue en perspective éclatée, schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un capteur d' images ; [0023] FIG. 1 is an exploded perspective view, schematic and partial, of an embodiment of an image sensor;
[0024] La figure 2 est une vue de dessus, schématique et partielle, du capteur d'images de la figure 1 ; FIG. 2 is a top view, schematic and partial, of the image sensor of FIG. 1;
[0025] La figure 3 est un schéma électrique d'un mode de réalisation de circuits de lecture de deux pixels du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0025] FIG. 3 is an electrical diagram of an embodiment of circuits for reading two pixels of the image sensor of FIGS. 1 and 2;
[0026] La figure 4 est un chronogramme de signaux d'un exemple de fonctionnement du capteur d' images ayant les circuits de lecture de la figure 3 ; FIG. 4 is a timing diagram of signals of an example of operation of the image sensor having the read circuits of FIG. 3;
[0027] La figure 5 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'une étape d'un mode de mise en œuvre d'un procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0027] Figure 5 is a sectional view, schematic and partial, of a step of an embodiment of a method for producing the image sensor of Figures 1 and 2;
[0028] La figure 6 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et [0028] Figure 6 is a sectional view, schematic and partial, of another step of the embodiment of the method of making the image sensor of Figures 1 and
2 ; 2;
[0029] La figure 7 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0029] FIG. 7 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
[0030] La figure 8 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0031] La figure 9 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0030] FIG. 8 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2; [0031] FIG. 9 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
[0032] La figure 10 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0032] FIG. 10 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
[0033] La figure 11 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'une variante du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0033] Figure 11 is a sectional view, schematic and partial, of a variant of the embodiment of the method of making the image sensor of Figures 1 and 2;
[0034] La figure 12 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0034] FIG. 12 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2;
[0035] La figure 13 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 ; [0035] Figure 13 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method of making the image sensor of Figures 1 and 2;
[0036] La figure 14 est une vue en coupe selon le plan AA, schématique et partielle, du capteur d'images des figures 1 et 2 ; Figure 14 is a sectional view along the plane AA, schematic and partial, of the image sensor of Figures 1 and 2;
[0037] La figure 15 est une vue en coupe selon le plan BB, schématique et partielle, du capteur d'images des figures 1 et 2 ; et Figure 15 is a sectional view along the plane BB, schematic and partial, of the image sensor of Figures 1 and 2; and
[0038] La figure 16 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'un autre mode de réalisation d'un capteur d' images . [0038] Figure 16 is a sectional view, schematic and partial, of another embodiment of an image sensor.
Description des modes de réalisation Description of embodiments
[0039] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation et modes de mise en œuvre peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques . The same elements have been designated by the same references in the various figures. In particular, the structural and / or functional elements common to the different embodiments and embodiments may have the same references and may have identical structural, dimensional and material properties.
[0040] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation et modes de mise en œuvre décrits ont été représentés et sont détaillés En particulier, l'utilisation faite des capteurs d'images décrits ci-après n'a pas été détaillée. For the sake of clarity, only the steps and elements useful for understanding the embodiments and embodiments described have been shown and are detailed In particular, the use made of the image sensors described below was not detailed.
[0041] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Unless otherwise specified, when referring to two elements connected to each other, it means directly connected without intermediate elements other than conductors, and when referring to two elements connected or coupled together, it means that these two elements can be connected or be linked or coupled through one or more other elements.
[0042] De plus, on appelle « signal binaire » un signal qui alterne entre un premier état constant, par exemple un état bas, noté « 0 », et un deuxième état constant, par exemple un état haut, noté « 1 ». Les états haut et bas de signaux binaires différents d'un même circuit électronique peuvent être différents. En pratique, les signaux binaires peuvent correspondre à des tensions ou à des courants qui peuvent ne pas être parfaitement constants à l'état haut ou bas. In addition, the term “binary signal” is used to mean a signal which alternates between a first constant state, for example a low state, denoted "0", and a second constant state, for example a high state, denoted "1". The high and low states of different binary signals of the same electronic circuit can be different. In practice, the binary signals may correspond to voltages or currents which may not be perfectly constant in the high or low state.
[0043] Dans la suite de la description, on considère, sauf mention contraire, que les termes « isolant » et « conducteur » signifient respectivement « isolant électriquement » et « conducteur électriquement ». In the remainder of the description, it is considered, unless otherwise stated, that the terms "insulator" and "conductor" mean "electrically insulating" and "electrically conductive" respectively.
[0044] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à un capteur d'images dans une position normale d'utilisation. In the following description, when reference is made to absolute position qualifiers, such as the terms "front", "rear", "top", "bottom", "left", "straight", etc., or relative, such as the terms "above", "below", "upper", "lower", etc., or to orientation qualifiers, such as the terms "horizontal", " vertical ", etc., reference is made unless otherwise specified in the orientation of the figures or to an image sensor in a normal position of use.
[0045] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Unless otherwise specified, the expressions "approximately", "approximately", "substantially", and "of the order of" mean within 10%, preferably within 5%.
[0046] La transmittance d'une couche à un rayonnement correspond au rapport entre l'intensité du rayonnement sortant de la couche et l'intensité du rayonnement entrant dans la couche, les rayons du rayonnement entrant étant perpendiculaires à la couche. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit opaque à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est inférieure à 10 %. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %. The transmittance of a layer to a radiation corresponds to the ratio between the intensity of the radiation leaving the layer and the intensity of the radiation entering the layer, the rays of the incoming radiation being perpendicular to the layer. In the remainder of the description, a layer or a film is said to be opaque to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is less than 10%. In the remainder of the description, a layer or a film is said to be transparent to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or the film is greater than 10%.
[0047] Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm et on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 pm. In the remainder of the description, visible light is called electromagnetic radiation whose wavelength is between 400 nm and 700 nm and infrared radiation is called electromagnetic radiation whose wavelength is between 700 nm and 1 mm. In infrared radiation, one distinguishes in particular the near infrared radiation, the wavelength of which is between 700 nm and 1.7 μm.
[0048] Un pixel d'une image correspond à l'élément unitaire de l'image captée par un capteur d'images. Lorsque le dispositif optoélectronique est un capteur d'images couleur, il comprend en général, pour chaque pixel de l'image couleur à acquérir, au moins trois composants. Ces trois composants font chacun l'acquisition d'un rayonnement lumineux sensiblement dans une seule couleur, c'est-à-dire dans une plage de longueurs d'onde de largeur inférieure à 130 nm (par exemple, le rouge, le vert et le bleu) . Chaque composant peut comprendre notamment au moins un photodétecteur. One pixel of an image corresponds to the unitary element of the image captured by an image sensor. When the optoelectronic device is a color image sensor, it generally comprises, for each pixel of the color image to be acquired, at least three components. These three components each acquire light radiation substantially in a single color, i.e. in a range of wavelengths less than 130 nm wide (e.g. red, green, and blue) . Each component can in particular comprise at least one photodetector.
[0049] La figure 1 est une vue en perspective éclatée, schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un capteur d' images 1. FIG. 1 is an exploded perspective view, schematic and partial, of an embodiment of an image sensor 1.
[0050] Ce capteur d'images 1 comporte une matrice de pixels coplanaires. Pour simplifier, seuls quatre pixels 10, 12, 14 et 16 du capteur d'images 1 ont été représentés en figure 1 étant entendu que, en pratique, le capteur d'images 1 peut comporter davantage de pixels. Le capteur d'images 1 comporte, par exemple, plusieurs millions voire plusieurs dizaines de millions de pixels. This image sensor 1 comprises a matrix of coplanar pixels. To simplify, only four pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 1 have been shown in FIG. 1, it being understood that, in practice, the image sensor 1 may have more pixels. The image sensor 1 comprises, for example, several million or even several tens of millions of pixels.
[0051] Selon ce mode de réalisation, les pixels 10, 12, 14 et 16 sont situés en surface d'un support CMOS 3, par exemple un morceau de plaquette de silicium sur et à l'intérieur duquel des circuits intégrés (non représentés) ont été réalisés en technologie CMOS (Complementary Métal Oxide Semiconductor) . Ces circuits intégrés forment, dans cet exemple, une matrice de circuits de lecture associés aux pixels 10, 12, 14 et 16 du capteur d'images 1. Par circuit de lecture, on entend un ensemble de transistors de lecture, d'adressage et de commande associés à chaque pixel. According to this embodiment, the pixels 10, 12, 14 and 16 are located on the surface of a CMOS support 3, for example a piece of silicon wafer on and inside which integrated circuits (not shown ) were produced using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology. These integrated circuits form, in this example, a matrix of read circuits associated with the pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 1. The term “read circuit” is understood to mean a set of read, address and transistors. command associated with each pixel.
[0052] Dans le capteur d'images 1, chaque pixel comporte un premier photodétecteur, repéré par le suffixe « A », et un deuxième photodétecteur, repéré par le suffixe « B ». Plus précisément, dans l'exemple de la figure 1 : In the image sensor 1, each pixel comprises a first photodetector, identified by the suffix "A", and a second photodetector, identified by the suffix "B". More precisely, in the example of figure 1:
le pixel 10 comporte un premier photodétecteur 10A et un deuxième photodétecteur 10B ; pixel 10 includes a first photodetector 10A and a second photodetector 10B;
le pixel 12 comporte un premier photodétecteur 12A et un deuxième photodétecteur 12B ; le pixel 14 comporte un premier photodétecteur 14A et un deuxième photodétecteur 14B ; et pixel 12 includes a first photodetector 12A and a second photodetector 12B; pixel 14 includes a first photodetector 14A and a second photodetector 14B; and
le pixel 16 comporte un premier photodétecteur 16A et un deuxième photodétecteur 16B. pixel 16 includes a first photodetector 16A and a second photodetector 16B.
[0053] Ces photodétecteurs 10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A et 16B peuvent correspondre à des photodiodes organiques (Organic Photodiode - OPD) ou à des photorésistances organiques. Dans la suite de la description, on considère que les photodétecteurs des pixels du capteur d' images 1 correspondent à des photodiodes organiques. These photodetectors 10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A and 16B can correspond to organic photodiodes (Organic Photodiode - OPD) or to organic photoresistors. In the remainder of the description, it is considered that the photodetectors of the pixels of the image sensor 1 correspond to organic photodiodes.
[0054] Dans la représentation simplifiée de la figure 1, chaque photodétecteur comporte une couche active comprise ou en « sandwich » entre deux électrodes. Plus précisément, dans l'exemple de la figure 1 où seules des faces latérales des photodétecteurs organiques 10A, 10B, 14A, 14B et 16B sont visibles : In the simplified representation of Figure 1, each photodetector comprises an active layer included or "sandwiched" between two electrodes. More precisely, in the example of FIG. 1 where only side faces of organic photodetectors 10A, 10B, 14A, 14B and 16B are visible:
le premier photodétecteur 10A est constitué d'une couche active 100A comprise entre une première électrode 102A et une deuxième électrode 104A ; the first photodetector 10A consists of an active layer 100A comprised between a first electrode 102A and a second electrode 104A;
le deuxième photodétecteur 10B est constitué d'une couche active 100B comprise entre une première électrode 102B et une deuxième électrode 104B ; the second photodetector 10B consists of an active layer 100B lying between a first electrode 102B and a second electrode 104B;
le premier photodétecteur 14A est constitué d'une couche active 140A comprise entre une première électrode 142A et une deuxième électrode 144A ; the first photodetector 14A consists of an active layer 140A included between a first electrode 142A and a second electrode 144A;
le deuxième photodétecteur 14B est constitué d'une couche active 140B comprise entre une première électrode 142B et une deuxième électrode 144B ; et the second photodetector 14B consists of an active layer 140B included between a first electrode 142B and a second electrode 144B; and
le deuxième photodétecteur 16B est constitué d'une couche active 160B comprise entre une première électrode 162B et une deuxième électrode 164B. the second photodetector 16B consists of an active layer 160B included between a first electrode 162B and a second electrode 164B.
[0055] De la même façon, dans le capteur d' images 1 : Likewise, in the image sensor 1:
le premier photodétecteur 12A est constitué d'une couche active 120A (non visible en figure 1) comprise entre une première électrode 122A (non visible en figure 1) et une deuxième électrode 124A (non visible en figure 1) ; the first photodetector 12A consists of a active layer 120A (not visible in FIG. 1) included between a first electrode 122A (not visible in FIG. 1) and a second electrode 124A (not visible in FIG. 1);
le deuxième photodétecteur 12B est constitué d'une couche active 120B (non visible en figure 1) comprise entre une première électrode 122B (non visible en figure 1) et une deuxième électrode 124B (non visible en figure 1) ; et the second photodetector 12B consists of an active layer 120B (not visible in FIG. 1) lying between a first electrode 122B (not visible in FIG. 1) and a second electrode 124B (not visible in FIG. 1); and
le premier photodétecteur 16A est constitué d'une couche active 160A (non visible en figure 1) comprise entre une première électrode 162A (non visible en figure 1) et une deuxième électrode 164A (non visible en figure 1) . the first photodetector 16A consists of an active layer 160A (not visible in FIG. 1) included between a first electrode 162A (not visible in FIG. 1) and a second electrode 164A (not visible in FIG. 1).
[0056] Dans la suite de la description, les premières électrodes seront également désignées par l'expression « électrodes inférieures » tandis que les deuxièmes électrodes seront également désignées par l'expression « électrodes supérieures ». In the remainder of the description, the first electrodes will also be designated by the expression “lower electrodes” while the second electrodes will also be designated by the expression “upper electrodes”.
[0057] Selon un mode de réalisation, l'électrode supérieure de chaque photodétecteur organique constitue une électrode d'anode tandis que l'électrode inférieure de chaque photodétecteur organique constitue une électrode de cathode. According to one embodiment, the upper electrode of each organic photodetector constitutes an anode electrode while the lower electrode of each organic photodetector constitutes a cathode electrode.
[0058] L'électrode inférieure de chaque photodétecteur de chaque pixel du capteur d'images 1 est individuellement reliée, de préférence connectée, à un circuit de lecture (non représenté) du support CMOS 3. Chaque photodétecteur du capteur d' images 1 est par conséquent adressé de façon individuelle par son électrode inférieure. Ainsi, dans le capteur d'images 1, chaque photodétecteur possède une électrode inférieure distincte des électrodes inférieures de tous les autres photodétecteurs. En d'autres termes, chaque photodétecteur d'un pixel possède une électrode inférieure distincte : The lower electrode of each photodetector of each pixel of the image sensor 1 is individually connected, preferably connected, to a read circuit (not shown) of the CMOS support 3. Each photodetector of the image sensor 1 is therefore addressed individually by its lower electrode. Thus, in the image sensor 1, each photodetector has a lower electrode distinct from the lower electrodes of all the other photodetectors. In other words, each photodetector of a pixel has a separate lower electrode:
de l'autre photodétecteur du même pixel ; et des autres photodétecteurs des autres pixels. [0059] Toujours dans le capteur d'images 1, les électrodes supérieures de tous les premiers photodétecteurs sont interconnectées. De la même manière, les électrodes supérieures de tous les deuxièmes photodétecteurs sont interconnectées. Ainsi, dans la représentation simplifiée de la figure 1 : the other photodetector of the same pixel; and other photodetectors of other pixels. Still in the image sensor 1, the upper electrodes of all the first photodetectors are interconnected. Likewise, the upper electrodes of all of the second photodetectors are interconnected. Thus, in the simplified representation of Figure 1:
les électrodes supérieures 104A, 124A, 144A et 164A, appartenant respectivement aux premiers photodétecteurs 10A, 12A, 14A et 16A, sont interconnectées ou forment une première électrode supérieure commune ; et the upper electrodes 104A, 124A, 144A and 164A, belonging respectively to the first photodetectors 10A, 12A, 14A and 16A, are interconnected or form a common first upper electrode; and
les électrodes supérieures 104B, 124B, 144B et 164B, appartenant respectivement aux premiers photodétecteurs 10B, 12B, 14B et 16B, sont interconnectées ou forment une deuxième électrode supérieure commune, distincte de la première électrode supérieure commune. the upper electrodes 104B, 124B, 144B and 164B, belonging respectively to the first photodetectors 10B, 12B, 14B and 16B, are interconnected or form a second common upper electrode, distinct from the first common upper electrode.
[0060] Dans le capteur d'images 1, chaque pixel comporte une lentille 18, également appelée microlentille 18 en raison de ses dimensions. Ainsi, dans la représentation simplifiée de la figure 1 les pixels 10, 12, 14 et 16 comportent chacun une lentille 18. Chaque lentille 18 recouvre ainsi tout ou partie des premier et deuxième photodétecteurs de chaque pixel du capteur d'images 1. Plus précisément, la lentille 18 recouvre physiquement les électrodes supérieures des premier et deuxième photodétecteurs du pixel. In the image sensor 1, each pixel comprises a lens 18, also called microlens 18 because of its dimensions. Thus, in the simplified representation of FIG. 1, the pixels 10, 12, 14 and 16 each comprise a lens 18. Each lens 18 thus covers all or part of the first and second photodetectors of each pixel of the image sensor 1. More precisely , the lens 18 physically covers the upper electrodes of the first and second photodetectors of the pixel.
[0061] La figure 2 est une vue de dessus, schématique et partielle, du capteur d'images 1 de la figure 1. Figure 2 is a top view, schematic and partial, of the image sensor 1 of Figure 1.
[0062] Dans cette vue de dessus, on a représenté les premiers et deuxièmes photodétecteurs par des rectangles et les microlentilles par des cercles. Plus précisément, en figure In this top view, the first and second photodetectors are represented by rectangles and the microlenses by circles. More precisely, in figure
2 : 2:
une microlentille 18 recouvre l'électrode supérieure 104A, respectivement 104B, du photodétecteur 10A, respectivement 10B, du pixel 10 ; une microlentille 18 recouvre l'électrode supérieure 124A, respectivement 124B, du photodétecteur 12A, respectivement 12B, du pixel 12 ; a microlens 18 covers the upper electrode 104A, respectively 104B, of the photodetector 10A, respectively 10B, of the pixel 10; a microlens 18 covers the upper electrode 124A, respectively 124B, of the photodetector 12A, respectively 12B, of the pixel 12;
une microlentille 18 recouvre l'électrode supérieure 144A, respectivement 144B, du photodétecteur 14A, respectivement 14B, du pixel 14 ; et a microlens 18 covers the upper electrode 144A, respectively 144B, of the photodetector 14A, respectively 14B, of the pixel 14; and
une microlentille 18 recouvre l'électrode supérieure 164A, respectivement 164B, du photodétecteur 16A, respectivement 16B, du pixel 16. a microlens 18 covers the upper electrode 164A, respectively 164B, of the photodetector 16A, respectively 16B, of the pixel 16.
[0063] En pratique, grâce aux intervalles entre électrodes qui ressortiront de l'exposé des figures suivantes, on peut considérer que les lentilles 18 recouvrent totalement les électrodes respectives des pixels auxquels elles sont associées . In practice, thanks to the intervals between electrodes which will emerge from the description of the following figures, it can be considered that the lenses 18 completely cover the respective electrodes of the pixels with which they are associated.
[0064] Dans le capteur d'images 1, vu de dessus en figure 2, les pixels sont sensiblement de forme carrée, de préférence de forme carrée. Tous les pixels du capteur d'images 1 présentent préférentiellement des dimensions identiques, aux dispersions de fabrication près. In the image sensor 1, seen from above in FIG. 2, the pixels are substantially of square shape, preferably of square shape. All the pixels of the image sensor 1 preferably have identical dimensions, except for manufacturing dispersions.
[0065] Le carré formé par chaque pixel du capteur d'images 1, vu de dessus en figure 2, a un côté compris entre environ 0,8 pm et 10 pm, de préférence compris entre environ 0,8 pm et 3 pm, encore plus préférentiellement compris entre 0, 8 pm et 3 pm. The square formed by each pixel of the image sensor 1, seen from above in FIG. 2, has a side between approximately 0.8 μm and 10 μm, preferably between approximately 0.8 μm and 3 μm, even more preferably between 0.8 pm and 3 pm.
[0066] Le premier photodétecteur et le deuxième photodétecteur appartenant à un même pixel (par exemple, le premier photodétecteur 10A et le deuxième photodétecteur 10B du premier pixel 10) sont tous deux de forme rectangulaire. Ces photodétecteurs possèdent sensiblement les mêmes dimensions et s'inscrivent conjointement dans le carré formé par le pixel auquel ils appartiennent. [0067] Le rectangle formé par chaque photodétecteur de chaque pixel du capteur d' images 1 a une longueur sensiblement égale au côté du carré formé par chaque pixel et une largeur sensiblement égale à la moitié du côté du carré formé par chaque pixel. Un espace est toutefois ménagé entre le premier et le deuxième photodétecteur de chaque pixel, de telle sorte que leurs électrodes inférieures respectives sont disjointes. The first photodetector and the second photodetector belonging to the same pixel (for example, the first photodetector 10A and the second photodetector 10B of the first pixel 10) are both rectangular in shape. These photodetectors have substantially the same dimensions and are part of the square formed by the pixel to which they belong. The rectangle formed by each photodetector of each pixel of the image sensor 1 has a length substantially equal to the side of the square formed by each pixel and a width substantially equal to half of the side of the square formed by each pixel. A space is however left between the first and the second photodetector of each pixel, so that their respective lower electrodes are separate.
[0068] Dans le capteur d'images 1, chaque microlentille 18 présente, vue de dessus en figure 2, un diamètre sensiblement égal, de préférence égal, au côté du carré formé par le pixel auquel elle appartient. Dans le présent mode de réalisation, chaque pixel comporte une microlentille 18. Chaque microlentille 18 du capteur d'images 1 est, de préférence, centrée par rapport au carré formé par les photodétecteurs qu'elle recouvre. In the image sensor 1, each microlens 18 has, viewed from above in FIG. 2, a diameter substantially equal, preferably equal, to the side of the square formed by the pixel to which it belongs. In the present embodiment, each pixel comprises a microlens 18. Each microlens 18 of the image sensor 1 is preferably centered with respect to the square formed by the photodetectors that it covers.
[0069] À titre de variante, chaque microlentille 18 peut être remplacée par un autre type d'élément optique de taille micrométrique, notamment une lentille de Fresnel de taille micrométrique, une lentille à gradient d'indice de taille micrométrique ou un réseau de diffraction de taille micrométrique. Les microlentilles 18 sont des lentilles convergentes ayant chacune une distance focale f comprise entre 1 pm et 100 pm, de préférence entre 1 pm et 10 pm. Selon un mode de réalisation, toutes les microlentilles 18 sont sensiblement identiques. As a variant, each microlens 18 can be replaced by another type of micrometric-sized optical element, in particular a micrometric-sized Fresnel lens, a micrometric-sized gradient index lens or a diffraction grating of micrometric size. The microlenses 18 are convergent lenses each having a focal length f of between 1 µm and 100 µm, preferably between 1 µm and 10 µm. According to one embodiment, all the microlenses 18 are substantially identical.
[0070] Les microlentilles 18 peuvent être réalisées en silice, en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) , en une résine photosensible positive, en polyéthylène téréphtalate (PET) , en polyéthylène naphtalate (PEN) , en copolymère cyclo-oléfine (COP), en polydiméthylsiloxane (PDMS) /silicone, ou en résine époxy. Les microlentilles 18 peuvent être formées par fluage de blocs d'une résine photosensible. Les microlentilles 18 peuvent en outre être formées par moulage sur une couche de PET, PEN, COP, PDMS/silicone ou résine époxy. The microlenses 18 can be made of silica, polymethyl methacrylate (PMMA), a positive photosensitive resin, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), cycloolefin copolymer (COP), polydimethylsiloxane (PDMS) / silicone, or in epoxy resin. The microlenses 18 can be formed by creeping blocks of a photosensitive resin. Microlenses 18 can further be formed by molding on a layer of PET, PEN, COP, PDMS / silicone or epoxy resin.
[0071] La figure 3 est un schéma électrique d'un mode de réalisation de circuits de lecture de deux pixels du capteur d'images des figures 1 et 2. FIG. 3 is an electric diagram of an embodiment of circuits for reading two pixels of the image sensor of FIGS. 1 and 2.
[0072] Pour simplifier, on ne s'intéresse en figure 3 qu'aux circuits de lecture associés à deux pixels du capteur d' images 1, par exemple les pixels 10 et 12 du capteur d'images 1. Dans cet exemple, chaque photodétecteur est associé à un circuit de lecture. Plus précisément, en figure 3 : To simplify matters, in FIG. 3 we are only interested in the reading circuits associated with two pixels of the image sensor 1, for example the pixels 10 and 12 of the image sensor 1. In this example, each photodetector is associated with a read circuit. More precisely, in figure 3:
le premier photodétecteur 10A du pixel 10 est associé à un premier circuit de lecture 20A ; the first photodetector 10A of pixel 10 is associated with a first read circuit 20A;
le deuxième photodétecteur 10B du pixel 10 est associé à un deuxième circuit de lecture 20B ; the second photodetector 10B of pixel 10 is associated with a second read circuit 20B;
le premier photodétecteur 12A du pixel 12 est associé à un premier circuit de lecture 22A ; et the first photodetector 12A of pixel 12 is associated with a first read circuit 22A; and
le deuxième photodétecteur 12B du pixel 12 est associé à un deuxième circuit de lecture 22B. the second photodetector 12B of pixel 12 is associated with a second read circuit 22B.
[0073] Le premier circuit de lecture 20A du premier photodétecteur 10A du pixel 10 et le deuxième circuit de lecture 20B du deuxième photodétecteur 10B du pixel 10 forment conjointement un circuit de lecture 20 du pixel 10. De la même façon, le premier circuit de lecture 22A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 et le deuxième circuit de lecture 22B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12 forment conjointement un circuit de lecture 22 du pixel 12. The first read circuit 20A of the first photodetector 10A of the pixel 10 and the second read circuit 20B of the second photodetector 10B of the pixel 10 jointly form a read circuit 20 of the pixel 10. Likewise, the first circuit of reading 22A of the first photodetector 12A of pixel 12 and the second reading circuit 22B of the second photodetector 12B of pixel 12 jointly form a reading circuit 22 of pixel 12.
[0074] Selon ce mode de réalisation, chaque circuit de lecture 20A, 20B, 22A, 22B comprend trois transistors MOS. Un tel circuit est couramment désigné, avec son photodétecteur, par l'expression « capteur 3T ». En particulier, dans l'exemple de la figure 3, chaque circuit de lecture 20A, 22A associé à un premier photodétecteur comporte un transistor MOS en montage suiveur 200, en série avec un transistor MOS de sélection 202, entre deux bornes 204 et 206A. De la même façon, toujours dans l'exemple de la figure 3, chaque circuit de lecture 20B, 22B associé à un deuxième photodétecteur comporte un transistor MOS en montage suiveur 200, en série avec un transistor MOS de sélection 202, entre deux bornes 204 et 206B. According to this embodiment, each read circuit 20A, 20B, 22A, 22B comprises three MOS transistors. Such a circuit is commonly designated, with its photodetector, by the expression “3T sensor”. In particular, in the example of FIG. 3, each read circuit 20A, 22A associated with a first photodetector comprises a MOS transistor in follower assembly 200, in series with a MOS transistor selection 202, between two terminals 204 and 206A. In the same way, still in the example of FIG. 3, each read circuit 20B, 22B associated with a second photodetector comprises a MOS transistor in follower assembly 200, in series with a MOS selection transistor 202, between two terminals 204 and 206B.
[0075] Chaque borne 204 est reliée à une source d'un potentiel de référence haut, noté Vpix, dans le cas où les transistors des circuits de lecture sont des transistors MOS à canal N. Chaque borne 204 est reliée à une source d'un potentiel de référence bas, par exemple la masse, dans le cas où les transistors des circuits de lecture sont des transistors MOS à canal P. Each terminal 204 is connected to a source of a high reference potential, denoted Vpix, in the case where the transistors of the read circuits are N-channel MOS transistors. Each terminal 204 is connected to a source of a low reference potential, for example ground, in the case where the transistors of the read circuits are P-channel MOS transistors.
[0076] Chaque borne 206A est reliée à une première piste conductrice 208A. La première piste conductrice 208A peut être reliée à tous les premiers photodétecteurs d'une même colonne. La première piste conductrice 208A est, de préférence, reliée à tous les premiers photodétecteurs du capteur d' images 1. Each terminal 206A is connected to a first conductive track 208A. The first conductive track 208A can be connected to all the first photodetectors of the same column. The first conductive track 208A is preferably connected to all the first photodetectors of the image sensor 1.
[0077] De la même façon, chaque borne 206B est reliée à une deuxième piste conductrice 208B. La deuxième piste conductrice 208B peut être reliée à tous les deuxièmes photodétecteurs d'une même colonne. La deuxième piste conductrice 208B est, de préférence, reliée à tous les deuxièmes photodétecteurs du capteur d' images 1. La deuxième piste conductrice 208B est, de préférence, distincte de la première piste conductrice 208A. Likewise, each terminal 206B is connected to a second conductive track 208B. The second conductive track 208B can be connected to all the second photodetectors of the same column. The second conductor track 208B is preferably connected to all the second photodetectors of the image sensor 1. The second conductor track 208B is preferably separate from the first conductor track 208A.
[0078] Dans l'exemple de la figure 3, la première piste conductrice 208A est reliée à une première source de courant 209A qui ne fait pas partie des circuits de lecture 20, 22 des pixels 10, 12 du capteur d'images 1. De même, la deuxième piste conductrice 208B est reliée à une deuxième source de courant 209B qui ne fait pas partie des circuits de lecture 20, 22 des pixels 10, 12 du capteur d'images 1. En d'autres termes, les sources de courant 209A et 209B du capteur d'images 1 sont externes aux pixels et circuits de lecture. In the example of Figure 3, the first conductive track 208A is connected to a first current source 209A which is not part of the read circuits 20, 22 of the pixels 10, 12 of the image sensor 1. Likewise, the second conductive track 208B is connected to a second current source 209B which is not part of the read circuits. 20, 22 of the pixels 10, 12 of the image sensor 1. In other words, the current sources 209A and 209B of the image sensor 1 are external to the pixels and read circuits.
[0079] La grille du transistor 202 est destinée à recevoir un signal, noté SEL_R1, de sélection du pixel 10 dans le cas du circuit de lecture 20 du pixel 10. La grille du transistor 202 est destinée à recevoir un autre signal, noté SEL_R2, de sélection du pixel 12 dans le cas du circuit de lecture 22 du pixel 12. The gate of transistor 202 is intended to receive a signal, denoted SEL_R1, for selecting pixel 10 in the case of read circuit 20 of pixel 10. The gate of transistor 202 is intended to receive another signal, denoted SEL_R2 , selection of pixel 12 in the case of read circuit 22 of pixel 12.
[0080] Dans l'exemple de la figure 3 : In the example of Figure 3:
la grille du transistor 200 associé au premier photodétecteur 10A du pixel 10 est reliée à un nœud FD_1A ; the gate of transistor 200 associated with the first photodetector 10A of pixel 10 is connected to a node FD_1A;
la grille du transistor 200 associé au deuxième photodétecteur 10B du pixel 10 est reliée à un nœud FD_1B ; the gate of transistor 200 associated with second photodetector 10B of pixel 10 is linked to a node FD_1B;
la grille du transistor 200 associé au premier photodétecteur 12A du pixel 12 est reliée à un nœud FD_2A ; et the gate of transistor 200 associated with the first photodetector 12A of pixel 12 is connected to a node FD_2A; and
la grille du transistor 200 associé au deuxième photodétecteur 12B du pixel 12 est reliée à un nœud FD_2B. the gate of transistor 200 associated with second photodetector 12B of pixel 12 is connected to a node FD_2B.
[0081] Chaque nœud FD_1A, FD_1B, FD_2A, FD_2B est relié, par un transistor MOS 210 de réinitialisation, à une borne d'application d'un potentiel Vrst de réinitialisation, ce potentiel pouvant être identique au potentiel Vpix. La grille du transistor 210 est destinée à recevoir un signal RST de commande de réinitialisation du photodétecteur, permettant notamment de réinitialiser le nœud FD_1A, FD_1B, FD_2A ou FD_2B sensiblement au potentiel Vrst. Each node FD_1A, FD_1B, FD_2A, FD_2B is connected, by a reset MOS transistor 210, to a terminal of application of a reset potential Vrst, this potential possibly being identical to the potential Vpix. The gate of transistor 210 is intended to receive a signal RST for resetting the photodetector, making it possible in particular to reset the node FD_1A, FD_1B, FD_2A or FD_2B substantially to the potential Vrst.
[0082] Dans l'exemple de la figure 3 : In the example of Figure 3:
le nœud FD_1A est connecté à l'électrode de cathode 102A du premier photodétecteur 10A du pixel 10 ; the node FD_1A is connected to the cathode electrode 102A of the first photodetector 10A of the pixel 10;
le nœud FD_1B est connecté à l'électrode de cathode 102B du deuxième photodétecteur 10B du pixel 10 ; the node FD_1B is connected to the cathode electrode 102B of the second photodetector 10B of the pixel 10;
le nœud FD 2A est connecté à l'électrode de cathode 122A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 ; et le nœud FD_2B est connecté à l'électrode de cathode 122B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12. the FD 2A node is connected to the cathode electrode 122A of the first photodetector 12A of pixel 12; and the node FD_2B is connected to the cathode electrode 122B of the second photodetector 12B of the pixel 12.
[0083] Toujours dans l'exemple de la figure 3 : Still in the example of Figure 3:
l'électrode d'anode 104A du premier photodétecteur 10A du pixel 10 est reliée à une source d'un potentiel de référence Vtop_Cl ; the anode electrode 104A of the first photodetector 10A of the pixel 10 is connected to a source of a reference potential Vtop_Cl;
l'électrode d'anode 104B du deuxième photodétecteur 10B du pixel 10 est reliée à une source d'un potentiel de référence Vtop_C2 ; the anode electrode 104B of the second photodetector 10B of the pixel 10 is connected to a source of a reference potential Vtop_C2;
l'électrode d'anode 124A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 est reliée à une source du potentiel de référence Vtop_Cl ; et the anode electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 is connected to a source of the reference potential Vtop_Cl; and
l'électrode d'anode 124B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12 est reliée à une source du potentiel de référence Vtop_C2. the anode electrode 124B of the second photodetector 12B of the pixel 12 is connected to a source of the reference potential Vtop_C2.
[0084] Dans le capteur d'images 1, le potentiel Vtop_Cl est appliqué sur la première électrode supérieure commune à tous les premiers photodétecteurs. Le potentiel Vtop_C2 est, quant à lui, appliqué sur la deuxième électrode supérieure commune à tous les deuxièmes photodétecteurs. In the image sensor 1, the potential Vtop_Cl is applied to the first upper electrode common to all the first photodetectors. The potential Vtop_C2 is, for its part, applied to the second upper electrode common to all the second photodetectors.
[0085] Dans la suite de la description, on note arbitrairement : In the remainder of the description, we arbitrarily note:
VFD_1A la tension présente au nœud FD_1A ; VFD_1A the voltage present at node FD_1A;
VFD_1B la tension présente au nœud FD_1B ; VFD_1B the voltage present at node FD_1B;
VSEL_R1 la tension appliquée sur la grille des transistors 202 du pixel 10, c'est-à-dire la tension appliquée sur la grille du transistor 202 du premier photodétecteur 10A et la tension appliquée sur la grille du transistor 202 du deuxième photodétecteur 10B ; et VSEL_R1 the voltage applied to the gate of transistors 202 of pixel 10, that is to say the voltage applied to the gate of transistor 202 of first photodetector 10A and the voltage applied to the gate of transistor 202 of second photodetector 10B; and
VSEL_R2 la tension appliquée sur la grille des transistors 202 du pixel 12, c'est-à-dire la tension appliquée sur la grille du transistor 202 du premier photodétecteur 12A et la tension appliquée sur la grille du transistor 202 du deuxième photodétecteur 12B. VSEL_R2 the voltage applied to the gate of transistors 202 of pixel 12, i.e. the voltage applied to the gate of transistor 202 of first photodetector 12A and the voltage applied to the gate of transistor 202 of second photodetector 12B.
[0086] On considère dans la suite de la description que l'application de la tension VSEL_R1, respectivement VSEL_R2, est commandée par le signal binaire noté SEL_R1, respectivement SEL_R2. In the remainder of the description, it is considered that the application of the voltage VSEL_R1, respectively VSEL_R2, is controlled by the binary signal denoted SEL_R1, respectively SEL_R2.
[0087] On connaît d'autres types de capteurs, par exemple des capteurs dits « 4T ». L'utilisation de photodétecteurs organiques permet avantageusement d'économiser un transistor et d'utiliser un capteur 3T. Other types of sensors are known, for example so-called “4T” sensors. The use of organic photodetectors advantageously makes it possible to save a transistor and to use a 3T sensor.
[0088] La figure 4 est un chronogramme de signaux d'un exemple de fonctionnement du capteur d' images 1 ayant les circuits de lecture de la figure 3. FIG. 4 is a timing diagram of signals of an example of operation of the image sensor 1 having the read circuits of FIG. 3.
[0089] Le chronogramme de la figure 4 correspond, plus particulièrement, à un exemple de fonctionnement du capteur d'images 1 en mode « temps de vol » (Time of Flight - ToF) . Dans ce mode de fonctionnement, les pixels du capteur d'images 1 sont utilisés pour évaluer une distance les séparant d'un sujet (objet, scène, visage, etc.) placé ou situé en vis-à- vis de ce capteur d'images 1. Pour évaluer cette distance, on commence par émettre une impulsion lumineuse en direction du sujet avec un système émetteur associé non décrit dans ce texte. Cette impulsion lumineuse est généralement obtenue en illuminant brièvement le sujet par un rayonnement provenant d'une source, par exemple un rayonnement infrarouge proche issu d'une diode électroluminescente. Cette impulsion lumineuse est ensuite au moins partiellement réfléchie par le sujet, puis captée par le capteur d'images 1. On calcule ou on mesure alors une durée mise par l'impulsion lumineuse pour parcourir un aller-retour entre la source et le sujet. Le capteur d' images 1 étant avantageusement situé à proximité de la source, cette durée correspond environ au double de la durée mise par l'impulsion lumineuse pour parcourir la distance séparant le sujet de ce capteur d'images 1. The timing diagram of FIG. 4 corresponds, more particularly, to an example of operation of the image sensor 1 in “time of flight” mode (Time of Flight - ToF). In this operating mode, the pixels of the image sensor 1 are used to evaluate a distance separating them from a subject (object, scene, face, etc.) placed or located opposite this image sensor. images 1. To evaluate this distance, we start by emitting a light pulse in the direction of the subject with an associated emitting system not described in this text. This light pulse is generally obtained by briefly illuminating the subject with radiation from a source, for example near infrared radiation from a light-emitting diode. This light pulse is then at least partially reflected by the subject, then picked up by the image sensor 1. A time taken by the light pulse to travel back and forth between the source and the subject is then calculated or measured. The image sensor 1 being advantageously located near the source, this duration corresponds approximately to twice the time. time taken by the light pulse to travel the distance separating the subject from this image sensor 1.
[0090] Le chronogramme de la figure 4 illustre un exemple d'évolution des signaux binaires RST et SEL_R1 ainsi que des potentiels Vtop_Cl, Vtop_C2, VFD_1A et VFD_1B de deux photodétecteurs d'un même pixel du capteur d'images 1, par exemple le premier photodétecteur 10A et le deuxième photodétecteur 10B du pixel 10. La figure 4 représente aussi, en trait pointillé, le signal binaire SEL_R2 d'un autre pixel du capteur d'images 1, par exemple le pixel 12. Le chronogramme de la figure 4 a été établi en considérant que les transistors MOS du circuit de lecture 20 du pixel 10 sont des transistors à canal N. The timing diagram of FIG. 4 illustrates an example of the evolution of the binary signals RST and SEL_R1 as well as of the potentials Vtop_Cl, Vtop_C2, VFD_1A and VFD_1B of two photodetectors of the same pixel of the image sensor 1, for example the first photodetector 10A and the second photodetector 10B of pixel 10. FIG. 4 also represents, in dotted lines, the binary signal SEL_R2 of another pixel of image sensor 1, for example pixel 12. The timing diagram of FIG. 4 was established by considering that the MOS transistors of the read circuit 20 of the pixel 10 are N-channel transistors.
[0091] À un instant tO, le signal SEL_R1 est à l'état bas de sorte que les transistors 202 du pixel 10 soient bloqués. On entame alors une phase de réinitialisation. Dans ce but, le signal RST est maintenu à l'état haut de sorte que les transistors de réinitialisation 210 du pixel 10 soient passants. Les charges accumulées dans les photodiodes 10A et 10B sont alors évacuées vers la source du potentiel Vrst. At an instant t0, the signal SEL_R1 is in the low state so that the transistors 202 of the pixel 10 are blocked. A reset phase is then initiated. For this purpose, the RST signal is kept high so that the reset transistors 210 of pixel 10 are on. The charges accumulated in the photodiodes 10A and 10B are then evacuated to the source of the potential Vrst.
[0092] Le potentiel Vtop_Cl est, toujours à l'instant tO, à un niveau haut. Ce niveau haut correspond à une polarisation du premier photodétecteur 10A sous une tension supérieure à une tension résultant de l'application d'un potentiel appelé « potentiel intrinsèque » (built-in potential) . Ce potentiel intrinsèque équivaut à une différence entre un travail de sortie de l'anode et un travail de sortie de la cathode. Lorsque le potentiel Vtop_Cl est au niveau haut, le premier photodétecteur 10A n'intègre pas de charges. The potential Vtop_Cl is, still at the instant t0, at a high level. This high level corresponds to a bias of the first photodetector 10A under a voltage greater than a voltage resulting from the application of a potential called “intrinsic potential” (built-in potential). This intrinsic potential is equivalent to a difference between an anode output work and a cathode output work. When the potential Vtop_Cl is at the high level, the first photodetector 10A does not integrate any charges.
[0093] Avant un instant tl, postérieur à l'instant tO, le potentiel Vtop_Cl est mis à un niveau bas. Ce niveau bas correspond à une polarisation du premier photodétecteur 10A sous une tension négative, c'est-à-dire inférieure à 0 V. Cela permet ainsi au premier photodétecteur 10A d'intégrer des charges photogénérées . Ce qui a été décrit précédemment en relation avec la polarisation du premier photodétecteur 10A par le potentiel Vtop_Cl se transpose à l'explication du fonctionnement de la polarisation du deuxième photodétecteur 10B par le potentiel Vtop_C2. Before an instant t1, after the instant t0, the potential Vtop_Cl is set to a low level. This low level corresponds to a polarization of the first photodetector 10A under a negative voltage, that is to say less than 0 V. This thus allows the first photodetector 10A to integrate photogenerated charges. What has been described previously in relation to the polarization of the first photodetector 10A by the potential Vtop_Cl is transposed to the explanation of the operation of the polarization of the second photodetector 10B by the potential Vtop_C2.
[0094] À l'instant tl, on commence à émettre une première impulsion lumineuse infrarouge (IR light emitted) vers une scène comprenant un ou des objets dont on souhaite mesurer l'éloignement, ce qui permet d'acquérir une carte de profondeur de la scène. Cette première impulsion lumineuse infrarouge est d'une durée notée tON. À cet instant tl, le signal RST est mis à l'état bas, de sorte que les transistors de réinitialisation 210 du pixel 10 soient bloqués, et le potentiel Vtop_C2 est mis à un niveau haut. At the instant tl, we begin to emit a first infrared light pulse (IR light emitted) to a scene comprising one or more objects whose distance we want to measure, which makes it possible to acquire a depth map of the scene. This first infrared light pulse has a duration denoted tON. At this time t1, the RST signal is set low, so that the reset transistors 210 of pixel 10 are turned off, and the potential Vtop_C2 is set high.
[0095] Le potentiel Vtop_Cl étant au niveau bas, on entame ainsi, à l'instant tl, une première phase d'intégration, notée ITA, dans le premier photodétecteur 10A du pixel 10 du capteur d'images 1. On désigne par phase d'intégration d'un pixel la phase pendant laquelle le pixel collecte des charges sous l'effet d'un rayonnement incident. The potential Vtop_Cl being at the low level, one thus begins, at the instant tl, a first phase of integration, noted ITA, in the first photodetector 10A of the pixel 10 of the image sensor 1. The term “phase” denotes integration of a pixel the phase during which the pixel collects charges under the effect of incident radiation.
[0096] À un instant t2, postérieur à l'instant tl et séparé de cet instant tl par une durée notée tD, on commence à recevoir une deuxième impulsion lumineuse infrarouge (IR light received) issue de la réflexion de la première impulsion lumineuse infrarouge par un objet de la scène, ou par un point d'un objet, dont on souhaite mesurer l'éloignement par rapport au pixel 10. La durée tD est donc fonction de la distance de l'objet au capteur 1. On entame alors une première phase de collection de charges, notée CCA, dans le premier photodétecteur 10A. Cette première phase de collection de charges correspond à une période pendant laquelle des charges sont générées proportionnellement à l'intensité de la lumière incidente, c'est-à-dire proportionnellement à l'intensité lumineuse de la deuxième impulsion, dans le photodétecteur 10A. La première phase de collection de charges provoque une baisse du niveau du potentiel VFD_1A au nœud FD_1A du circuit de lecture 20A. At an instant t2, subsequent to the instant tl and separated from this instant tl by a duration denoted tD, we begin to receive a second infrared light pulse (IR light received) resulting from the reflection of the first infrared light pulse by an object in the scene, or by a point of an object, the distance from which is to be measured with respect to pixel 10. The duration tD is therefore a function of the distance of the object from the sensor 1. We then start a first phase of charge collection, denoted CCA, in the first photodetector 10A. This first phase of charge collection corresponds to a period during which charges are generated in proportion to the intensity of the light. incident, that is to say proportional to the light intensity of the second pulse, in the photodetector 10A. The first phase of charge collection causes a drop in the level of the potential VFD_1A at the node FD_1A of the read circuit 20A.
[0097] À un instant t3, dans cet exemple postérieur à l'instant t2 et séparé de l'instant tl par la durée tON, la première impulsion de lumière infrarouge cesse d'être émise. Le potentiel Vtop_Cl est simultanément mis au niveau haut, marquant ainsi la fin de la première phase d' intégration, donc de la première phase de collection de charges. At an instant t3, in this example subsequent to the instant t2 and separated from the instant t1 by the duration tON, the first infrared light pulse ceases to be emitted. The potential Vtop_Cl is simultaneously set high, thus marking the end of the first phase of integration, and therefore of the first phase of charge collection.
[0098] Dans un même temps, le potentiel Vtop_C2 est mis à un niveau bas. On entame ainsi, à l'instant t3, une deuxième phase d' intégration, notée ITB, dans le deuxième photodétecteur 10B du pixel 10 du capteur d'images 1. Étant donné que le deuxième photodétecteur 10B reçoit de la lumière issue de la deuxième impulsion lumineuse, on débute, toujours à l'instant t3, une deuxième phase de collection de charges, notée CCB . La deuxième phase de collection de charges provoque une baisse du niveau du potentiel VFD_1B au nœud FD_1B du circuit de lecture 20B. At the same time, the potential Vtop_C2 is set to a low level. Thus, at time t3, a second integration phase, denoted ITB, in the second photodetector 10B of pixel 10 of image sensor 1 is started. Given that the second photodetector 10B receives light from the second light pulse, a second charge collection phase, denoted CCB, is started, still at the instant t3. The second phase of charge collection causes a drop in the level of the potential VFD_1B at the node FD_1B of the read circuit 20B.
[0099] À un instant t4, postérieur à l'instant t3 et séparé de l'instant t2 par une durée sensiblement égale à tON, la deuxième impulsion lumineuse cesse d'être captée par le deuxième photodétecteur 10B du pixel 10. La deuxième phase de collection de charges s'achève donc à cet instant t4. At an instant t4, subsequent to the instant t3 and separated from the instant t2 by a duration substantially equal to tON, the second light pulse ceases to be picked up by the second photodetector 10B of the pixel 10. The second phase of charge collection is therefore completed at this instant t4.
[0100] À un instant t5, postérieur à l'instant t4, le potentiel Vtop_C2 est mis au niveau haut. Cela marque ainsi la fin de la deuxième phase d'intégration. At an instant t5, subsequent to the instant t4, the potential Vtop_C2 is set to the high level. This marks the end of the second phase of integration.
[0101] Entre l'instant t5 et un instant t6, postérieur à l'instant t5, on effectue une phase de lecture, notée RT, pendant laquelle une mesure de la quantité de charges collectée par les photodiodes des pixels du capteur d' images 1 est réalisée. Pour ce faire, on vient par exemple lire de façon séquentielle les lignes de pixels du capteur d' images 1. Dans l'exemple de la figure 4, les signaux SEL_R1 et SEL_R2 sont successivement mis à l'état haut pour venir lire alternativement les pixels 10 et 12 du capteur d'images 1. [0101] Between the instant t5 and an instant t6, subsequent to the instant t5, a reading phase is carried out, denoted RT, during which a measurement of the quantity of charges collected by the photodiodes of the pixels of the image sensor 1 is carried out. To do this, for example, the rows of pixels of the image sensor 1 are read sequentially. In the example of FIG. 4, the signals SEL_R1 and SEL_R2 are successively set to the high state to alternately read the signals. pixels 10 and 12 of image sensor 1.
[0102] Depuis l'instant t6 et jusqu'à un instant tl', postérieur à l'instant t6, on entame une nouvelle phase de réinitialisation (RESET) . Le signal RST est mis à l'état haut de sorte que les transistors de réinitialisation 210 du pixel 10 soient passants. Les charges accumulées dans les photodiodes 10A et 10B sont alors évacuées vers la source du potentiel Vrst. From the instant t6 and until an instant tl ', after the instant t6, a new reset phase (RESET) is started. The RST signal is set high so that the reset transistors 210 of pixel 10 are on. The charges accumulated in the photodiodes 10A and 10B are then evacuated to the source of the potential Vrst.
[0103] On calcule la durée tD, qui sépare le début de la première impulsion lumineuse émise du début de la deuxième impulsion lumineuse reçue, à l'aide de la formule suivante : The duration tD, which separates the start of the first light pulse emitted from the start of the second light pulse received, is calculated using the following formula:
[Math 1] [Math 1]
tON X AVFD_1B tON X AVFD_1B
W ~ AVFD A + ÂVFD_1B W ~ AVFD A + ÂVFD_1B
[0104] Dans la formule ci-dessus, la grandeur notée AVFD_1A correspond à une chute du potentiel VFD_1A durant la phase d'intégration du premier photodétecteur 10A. De façon analogue, la grandeur notée AVFD_1B correspond à une chute du potentiel VFD_1B durant la phase d' intégration du deuxième photodétecteur 10B. In the above formula, the magnitude noted AVFD_1A corresponds to a drop in potential VFD_1A during the integration phase of the first photodetector 10A. Similarly, the magnitude noted AVFD_1B corresponds to a drop in potential VFD_1B during the integration phase of the second photodetector 10B.
[0105] À l'instant tl', on débute une nouvelle évaluation de distance par l'émission d'une deuxième impulsion lumineuse. Cette nouvelle évaluation de distance comporte des instants t2' et t4' semblables aux instants t2 et t4, respectivement. At the instant t1 ', a new distance evaluation is started by the emission of a second light pulse. This new distance evaluation includes times t2 'and t4' similar to times t2 and t4, respectively.
[0106] Le fonctionnement du capteur d'images 1 a été illustré ci-dessus en relation avec un exemple de fonctionnement en mode temps de vol, dans lequel les photodétecteurs d'un même pixel sont pilotés de façon désynchronisée. Un avantage du capteur d' images 1 est qu' il peut également fonctionner dans d'autres modes, notamment des modes dans lesquels les photodétecteurs d'un même pixel sont pilotés de façon synchronisée. Le capteur d'images 1 peut, par exemple, être piloté en mode obturateur global (global shutter) , c'est-à- dire que ce capteur d' images 1 peut également mettre en œuvre un procédé d'acquisition d'images dans lequel les débuts et fins des phases d'intégration des pixels sont simultanés. The operation of the image sensor 1 has been illustrated above in relation to an example of operation in time-of-flight mode, in which the photodetectors of the same pixels are driven out of sync. An advantage of the image sensor 1 is that it can also operate in other modes, in particular modes in which the photodetectors of the same pixel are controlled in a synchronized manner. The image sensor 1 can, for example, be driven in global shutter mode, that is to say that this image sensor 1 can also implement an image acquisition method in in which the beginnings and ends of the pixel integration phases are simultaneous.
[0107] Un avantage du capteur d'images 1 est donc de pouvoir fonctionner alternativement selon différents modes. Le capteur d'images 1 peut, par exemple, fonctionner alternativement en mode temps de vol et en mode d' imagerie à obturateur global . [0107] One advantage of the image sensor 1 is therefore to be able to operate alternately according to different modes. The image sensor 1 can, for example, operate alternately in time-of-flight mode and in global shutter imaging mode.
[0108] Selon un mode de mise en œuvre, les circuits de lecture des photodétecteurs du capteur d'images 1 sont pilotés alternativement dans d'autres modes de fonctionnement, par exemple des modes où le capteur d' images 1 est adapté à fonctionner : [0108] According to one mode of implementation, the reading circuits of the photodetectors of the image sensor 1 are driven alternately in other operating modes, for example modes where the image sensor 1 is adapted to operate:
dans une partie du spectre infrarouge ; in part of the infrared spectrum;
en lumière structurée ; in structured light;
en imagerie à grande gamme dynamique (High Dynamic Range - HDR) , en faisant en sorte que, pour chaque pixel, la durée d'intégration de l'un des deux photodétecteurs soit supérieure à celle de l'autre photodétecteur ; et/ou in high dynamic range (HDR) imaging, by ensuring that, for each pixel, the integration time of one of the two photodetectors is greater than that of the other photodetector; and or
avec suppression de fond. with background suppression.
[0109] Le capteur d'images 1 peut ainsi être utilisé pour effectuer différents types d'images sans perte de résolution, car les différents modes d'imagerie pouvant être mis en œuvre par ce capteur d'images 1 exploitent un même nombre de pixels. L'utilisation du capteur d'images 1, capable d'intégrer plusieurs fonctionnalités dans une même matrice de pixels et de circuits de lecture, permet notamment de répondre aux contraintes actuelles de miniaturisation des dispositifs électroniques, par exemple des contraintes de conception et de fabrication de téléphones intelligents (smartphones) . [0109] The image sensor 1 can thus be used to perform different types of images without loss of resolution, because the different imaging modes that can be implemented by this image sensor 1 use the same number of pixels. . The use of the image sensor 1, capable of integrating several functionalities in the same matrix of pixels and reading circuits, makes it possible in particular to meet the current constraints of miniaturization of electronic devices, for example constraints of design and manufacture of smart phones (smartphones).
[0110] Les figures 5 à 13 ci-dessous illustrent des étapes successives d'un mode de mise en œuvre d'un procédé de réalisation du capteur d'images 1 des figures 1 et 2. Pour simplifier, ce qui est exposé ci-dessous en relation avec les figures 5 à 13 illustre la réalisation d'un seul pixel du capteur d'images 1, par exemple le pixel 12 du capteur d'images 1. Néanmoins, il est entendu que ce procédé peut être étendu à la réalisation d'un nombre quelconque de pixels d'un capteur d'images semblable au capteur d'images 1. [0110] Figures 5 to 13 below illustrate successive steps of an embodiment of a method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2. To simplify, what is exposed below- below in relation to FIGS. 5 to 13 illustrates the production of a single pixel of the image sensor 1, for example the pixel 12 of the image sensor 1. However, it is understood that this method can be extended to the production any number of pixels from an image sensor similar to image sensor 1.
[0111] La figure 5 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'une étape d'un mode de mise en œuvre d'un procédé de réalisation du capteur d'images 1 des figures 1 et 2. [0111] FIG. 5 is a sectional view, schematic and partial, of a step of an embodiment of a method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2.
[0112] Selon ce mode de mise en œuvre, on commence par prévoir le support CMOS 3 comportant notamment les circuits de lecture (non représentés) du pixel 12. Ce support CMOS 3 comporte en outre, en surface supérieure 30, des éléments de reprise de contact 32A et 32B. Ces éléments de reprise de contact 32A et 32B présentent, vus en coupe en figure 5, une forme de « T » dont : According to this mode of implementation, one begins by providing the CMOS support 3 comprising in particular the read circuits (not shown) of the pixel 12. This CMOS support 3 also comprises, on the upper surface 30, recovery elements. contact 32A and 32B. These contact recovery elements 32A and 32B have, seen in section in Figure 5, a "T" shape including:
une partie horizontale s'étend en surface supérieure 30 du support CMOS 3 ; et a horizontal part extends on the upper surface 30 of the CMOS support 3; and
une partie verticale s'étend vers le bas depuis la surface supérieure 30 du support CMOS 3 pour venir contacter des niveaux de métallisation inférieurs (non représentés) du support CMOS 3 reliés ou connectés aux circuits de lecture (non représentés) . a vertical part extends downwards from the upper surface 30 of the CMOS support 3 to come into contact with lower metallization levels (not shown) of the CMOS support 3 connected or connected to the read circuits (not shown).
[0113] Les éléments de reprise de contact 32A et 32B sont par exemple réalisés à partir de pistes conductrices formées en surface supérieure 30 du support CMOS 3 (parties horizontales des éléments de reprise de contact 32A et 32B) et de vias conducteurs (parties verticales des éléments de reprise de contact 32A et 32B) contactant ces pistes conductrices. Les pistes conductrices et les vias conducteurs peuvent être en un matériau métallique, par exemple l'argent (Ag) , l'aluminium (Al), l'or (Au), le cuivre (Cu) , le nickel (Ni), le titane (Ti) et le chrome (Cr) , ou en nitrure de titane (TiN) . Les pistes conductrices et les vias conducteurs peuvent avoir une structure monocouche ou multicouche. Dans le cas où les pistes conductrices possèdent une structure multicouche, ces pistes conductrices peuvent être constituées d'un empilement de couches conductrices séparées par des couches isolantes. Les vias traversent alors ces couches isolantes. Les couches conductrices peuvent être en un matériau métallique de la liste ci-dessus et les couches isolantes peuvent être en nitrure de silicium (SiN) ou en oxyde de silicium (Si02) . The contact recovery elements 32A and 32B are for example made from conductive tracks formed on the upper surface 30 of the CMOS support 3 (horizontal parts of the contact recovery elements 32A and 32B) and vias conductors (vertical parts of contact recovery elements 32A and 32B) contacting these conductive tracks. The conductive tracks and the conductive vias can be made of a metallic material, for example silver (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti) and chromium (Cr), or titanium nitride (TiN). The conductive tracks and the conductive vias can have a monolayer or multilayer structure. In the case where the conductive tracks have a multilayer structure, these conductive tracks may consist of a stack of conductive layers separated by insulating layers. The vias then pass through these insulating layers. The conductive layers may be of a metallic material from the above list and the insulating layers may be of silicon nitride (SiN) or of silicon oxide (Si0 2) .
[0114] Lors de cette même étape, on procède à un nettoyage du support CMOS 3 afin de retirer d'éventuelles impuretés se trouvant à sa surface 30. Ce nettoyage s'effectue, par exemple, par plasma. Le nettoyage permet ainsi d'obtenir une propreté satisfaisante du support CMOS 3 avant d'effectuer une série de dépôts successifs, détaillés en relation avec les figures ci-dessous . During this same step, the CMOS support 3 is cleaned in order to remove any impurities found on its surface 30. This cleaning is carried out, for example, by plasma. The cleaning thus makes it possible to obtain satisfactory cleanliness of the CMOS support 3 before carrying out a series of successive deposits, detailed in relation to the figures below.
[0115] Dans la suite de la description, le mode de mise en œuvre du procédé décrit en relation avec les figures 6 à 13 consiste exclusivement à réaliser des opérations au-dessus de la surface supérieure 30 du support CMOS 3. Le support CMOS 3 des figures 6 à 13 est donc, de préférence, identique au support CMOS 3 tel qu'exposé en relation avec la figure 5 pendant tout le procédé. Pour simplifier, le support CMOS 3 ne sera donc pas à nouveau détaillé dans les figures ci- dessous . [0116] La figure 6 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d'images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 5. In the remainder of the description, the mode of implementation of the method described in relation to FIGS. 6 to 13 consists exclusively in carrying out operations above the upper surface 30 of the CMOS support 3. The CMOS support 3 of FIGS. 6 to 13 is therefore preferably identical to the CMOS support 3 as explained in relation to FIG. 5 throughout the process. To simplify, the CMOS 3 support will therefore not be detailed again in the figures below. [0116] FIG. 6 is a sectional view, schematic and partial, of another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2 from the structure as described. in relation to figure 5.
[0117] Au cours de cette étape, on procède à un dépôt, en surface des éléments de reprise de contact 32A et 32B, d'un matériau injecteur d'électrons. On dépose, de préférence, un matériau s'attachant ou se liant sélectivement en surface des éléments de reprise de contact 32A et 32B pour constituer une monocouche auto-assemblée (Self-Assembled Monolayer - SAM) . Ce dépôt recouvre ainsi préférentiellement ou uniquement les surfaces supérieures libres des éléments de reprise de contact 32A et 32B. On forme donc, comme illustré en figure 6 : During this step, one proceeds to a deposition, on the surface of the contact recovery elements 32A and 32B, of an electron injector material. Preferably, a material is deposited which attaches or binds selectively on the surface of the contact recovery elements 32A and 32B to constitute a self-assembled monolayer (SAM). This deposit thus preferably or only covers the free upper surfaces of the contact recovery elements 32A and 32B. We therefore form, as illustrated in Figure 6:
l'électrode inférieure 122A du premier photodétecteur organique 12A du pixel 12 ; et the lower electrode 122A of the first organic photodetector 12A of pixel 12; and
l'électrode inférieure 122B du deuxième photodétecteur organique 12B du pixel 12. the lower electrode 122B of the second organic photodetector 12B of pixel 12.
[0118] En variante, on procède à un dépôt pleine plaque d'un matériau injecteur d'électrons possédant une conductivité latérale suffisamment faible pour ne pas créer de chemins de conduction entre deux éléments de reprise de contact voisins. As a variant, one proceeds to a full plate deposition of an electron injector material having a sufficiently low lateral conductivity so as not to create conduction paths between two neighboring contact recovery elements.
[0119] Les électrodes inférieures 122A et 122B constituent des couches d'injection d'électrons (Electron Injection Layer - EIL) des photodétecteurs 12A et 12B, respectivement. Ces électrodes inférieures 122A et 122B sont également appelées cathodes des photodétecteurs 12A et 12B. Les électrodes inférieures 122A et 122B sont, de préférence, réalisées par enduction centrifuge à la tournette (spin coating) ou par enduction par trempage (dip coating) . The lower electrodes 122A and 122B constitute electron injection layers (Electron Injection Layer - EIL) of the photodetectors 12A and 12B, respectively. These lower electrodes 122A and 122B are also called cathodes of photodetectors 12A and 12B. The lower electrodes 122A and 122B are preferably produced by spin coating or by dip coating.
[0120] Le matériau composant les électrodes inférieures 122A et 122B est choisi parmi le groupe comprenant : [0120] The material making up the lower electrodes 122A and 122B is chosen from the group comprising:
un métal ou un alliage métallique, par exemple de l'argent (Ag) , de l'aluminium (Al), du plomb (Pb) , du palladium (Pd) , de l'or (Au), du cuivre (Cu) , du nickel (Ni), du tungstène (W) , du molybdène (Mo), du titane (Ti) ou du chrome (Cr) ou un alliage de magnésium et d'argent (MgAg) ; a metal or a metal alloy, for example of silver (Ag), aluminum (Al), lead (Pb), palladium (Pd), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten ( W), molybdenum (Mo), titanium (Ti) or chromium (Cr) or an alloy of magnesium and silver (MgAg);
un oxyde conducteur transparent (Transparent Conductive Oxide - TCO), notamment de l'oxyde d'indium dopé à l'étain (Indium Tin Oxide - ITO) , un oxyde de zinc et d'aluminium (Aluminium Zinc Oxide - AZO) , un oxyde de gallium et de zinc (Gallium Zinc Oxide - GZO) , un multicouche ITO/Ag/ITO, un multicouche ITO/Mo/ITO, un multicouche AZO/Ag/AZO ou un multicouche ZnO/Ag/ZnO ; a transparent conductive oxide (Transparent Conductive Oxide - TCO), in particular indium oxide doped with tin (Indium Tin Oxide - ITO), an oxide of zinc and aluminum (Aluminum Zinc Oxide - AZO), a gallium zinc oxide (Gallium Zinc Oxide - GZO), an ITO / Ag / ITO multilayer, an ITO / Mo / ITO multilayer, an AZO / Ag / AZO multilayer or a ZnO / Ag / ZnO multilayer;
un polymère de polyéthylèneimine (PEI) ou un polymère de polyéthylèneimine éthoxylée (PEIE) , propoxylée et/ou butoxylée ; a polyethyleneimine (PEI) polymer or an ethoxylated, propoxylated and / or butoxylated polyethyleneimine (PEIE) polymer;
des nanofils de carbone, d'argent et/ou de cuivre ; du graphène ; et nanowires of carbon, silver and / or copper; graphene; and
un mélange d'au moins deux de ces matériaux. a mixture of at least two of these materials.
[0121] Les électrodes inférieures 122A et 122B peuvent avoir une structure monocouche ou multicouche. [0121] The lower electrodes 122A and 122B can have a single-layer or multi-layer structure.
[0122] La figure 7 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 6. [0122] Figure 7 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 6.
[0123] Au cours de cette étape, on procède à un dépôt non sélectif d'une première couche 120 du côté de la surface supérieure 30 du support CMOS 3. Ce dépôt est qualifié de dépôt « pleine plaque » car il recouvre la totalité de la surface supérieure 30 du support CMOS 3 ainsi que les surfaces libres des éléments de reprise de contact 32A, 32B et des électrodes inférieures 122A et 122B. Le dépôt de la première couche 120 est, de préférence, réalisé par enduction centrifuge à la tournette. [0124] Selon ce mode de mise en œuvre, la première couche 120 est destinée à former les futures couches actives 120A et 120B des photodétecteurs 12A et 12B du pixel 12. Les couches actives 120A et 120B des photodétecteurs 12A et 12B du pixel 12 possèdent, de préférence, une composition et une épaisseur identiques à celles de la première couche 120. During this step, a non-selective deposition of a first layer 120 is carried out on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3. This deposition is referred to as a “full plate” deposition because it covers all of the material. the upper surface 30 of the CMOS support 3 as well as the free surfaces of the contact recovery elements 32A, 32B and of the lower electrodes 122A and 122B. The deposition of the first layer 120 is preferably carried out by centrifugal spin coating. According to this mode of implementation, the first layer 120 is intended to form the future active layers 120A and 120B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12. The active layers 120A and 120B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12 have , preferably, a composition and a thickness identical to those of the first layer 120.
[0125] La première couche 120 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques, notamment comprenant des boîtes quantiques. La première couche 120 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou d'un mélange intime à l'échelle nanométrique de façon à former une hétéroj onction en volume. L'épaisseur de la première couche 120 peut être comprise entre 50 nm et 2 pm, par exemple de l'ordre de 300 nm. [0125] The first layer 120 can comprise small molecules, oligomers or polymers. They may be organic or inorganic materials, in particular comprising quantum dots. The first layer 120 may comprise an ambipolar semiconductor material, or a mixture of an N-type semiconductor material and a P-type semiconductor material, for example in the form of superimposed layers or of an intimate mixture at the nanoscale. so as to form a heterojunction by volume. The thickness of the first layer 120 can be between 50 nm and 2 μm, for example of the order of 300 nm.
[0126] Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la couche 120 sont : Examples of P-type semiconductor polymers suitable for making the layer 120 are:
le poly ( 3-hexylthiophène ) (P3HT) ; poly (3-hexylthiophene) (P3HT);
le poly [N- 9' -heptadécanyl-2 , 7-carbazole-alt-5, 5- poly [N- 9 '-heptadecanyl-2, 7-carbazole-alt-5, 5-
( 4 , 7-di-2-thiényl-2 ' , l ' , 3 ' -benzothiadiazole ) ] (PCDTBT) ; (4, 7-di-2-thienyl-2 ', 1', 3 '-benzothiadiazole)] (PCDTBT);
le poly [ ( 4 , 8-bis- ( 2-éthylhexyloxy) -benzo [ 1 , 2-b; 4 , 5- b' ] dithiophène) -2, 6-diyl-alt- (4- ( 2-éthylhexanoyl ) - thieno [3, 4-b] thiophène ) ) -2 , 6-diyl ] (PBDTTT-C) ; poly [(4, 8-bis- (2-ethylhexyloxy) -benzo [1, 2-b; 4, 5- b '] dithiophene) -2, 6-diyl-alt- (4- (2-ethylhexanoyl) - thieno [3, 4-b] thiophene)) -2, 6-diyl] (PBDTTT-C);
le poly [ 2-méthoxy-5- ( 2-éthyl-hexyloxy) -1,4- phénylène-vinylène ] (MEH-PPV) ; et poly [2-methoxy-5- (2-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene-vinylene] (MEH-PPV); and
le poly [ 2 , 6- ( 4 , 4-bis- ( 2-éthylhexyl ) -4Jf-cyclopenta [2,l-b;3,4-b'] dithiophène )-ait-4,7(2,l, 3-benzothiadiazole ) ] poly [2, 6- (4, 4-bis- (2-ethylhexyl) -4Jf-cyclopenta [2, lb; 3,4-b '] dithiophene) -ait-4,7 (2, 1, 3- benzothiadiazole)]
( PCPDTBT ) . (PCPDTBT).
[0127] Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la couche 120 sont les fullerènes, notamment le C60, le [ 6, 6] -phényl-C6i-butanoate de méthyle ( [ 60 ] PCBM) , le [ 6, 6 ] -phényl-C7i-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques (quantum dots) . Examples of N-type semiconductor materials suitable for producing the layer 120 are fullerenes, in particular C60, [6, 6] -phenyl-C 6i- methylbutanoate. ([60] PCBM), [6, 6] -phenyl-C7i-butanoate of methyl ([70] PCBM), perylene diimide, zinc oxide (ZnO) or nanocrystals allowing the formation of quantum dots ( quantum dots).
[0128] La figure 8 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 7. [0128] FIG. 8 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 7.
[0129] Au cours de cette étape, on procède à un dépôt non sélectif d'une deuxième couche 124 du côté de la surface supérieure 30 du support CMOS 3. Ce dépôt est qualifié de dépôt « pleine plaque » car il recouvre la totalité de la surface supérieure de la première couche 120. Le dépôt de la deuxième couche 124 est, de préférence, effectué par enduction centrifuge à la tournette. During this step, a non-selective deposition of a second layer 124 is carried out on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3. This deposition is referred to as a “full plate” deposition because it covers all of the material. the upper surface of the first layer 120. The deposition of the second layer 124 is preferably carried out by centrifugal spin coating.
[0130] Selon ce mode de mise en œuvre, la deuxième couche 124 est destinée à former les futures électrodes supérieures 124A et 124B des photodétecteurs 12A et 12B du pixel 12. Les électrodes supérieures 124A et 124B des photodétecteurs 12A et 12B du pixel 12 possèdent, de préférence, une composition et une épaisseur identiques à celles de la deuxième couche 124. According to this mode of implementation, the second layer 124 is intended to form the future upper electrodes 124A and 124B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12. The upper electrodes 124A and 124B of the photodetectors 12A and 12B of the pixel 12 have , preferably, a composition and a thickness identical to those of the second layer 124.
[0131] La deuxième couche 124 est au moins partiellement transparente au rayonnement lumineux qu'elle reçoit. La deuxième couche 124 peut être en un matériau conducteur et transparent, par exemple en oxyde conducteur et transparent (Transparent Conductive Oxide - TCO) , en nanotubes de carbone, en graphène, en un polymère conducteur, en un métal, ou en un mélange ou un alliage d'au moins deux de ces composés. La deuxième couche 124 peut avoir une structure monocouche ou multicouche . [0132] Des exemples de TCO adaptés à la réalisation de la deuxième couche 124 sont l'oxyde d'indium-étain (Indium Tin Oxide - ITO) , l'oxyde d'aluminium-zinc (Aluminium Zinc Oxide - AZO) , l'oxyde de gallium-zinc (Gallium Zinc Oxide - GZO) , le nitrure de titane (TiN) , l'oxyde de molybdène (M0O3) et l'oxyde de tungstène (WO3) . Un exemple de polymère conducteur adapté à la réalisation de la deuxième couche 124 est le polymère connu sous la dénomination PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly ( 3 , 4 ) -éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium et la polyaniline, également appelé PAni . Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de la deuxième couche 124 sont l'argent, l'aluminium, l'or, le cuivre, le nickel, le titane et le chrome. Un exemple de structure multicouche adaptée à la réalisation de la deuxième couche 124 est une structure multicouche d'AZO et d'argent de type AZO/Ag/AZO. [0131] The second layer 124 is at least partially transparent to the light radiation that it receives. The second layer 124 may be of a conductive and transparent material, for example of conductive and transparent oxide (Transparent Conductive Oxide - TCO), of carbon nanotubes, of graphene, of a conductive polymer, of a metal, or of a mixture or an alloy of at least two of these compounds. The second layer 124 can have a single-layer or a multi-layer structure. Examples of TCO suitable for producing the second layer 124 are indium-tin oxide (Indium Tin Oxide - ITO), aluminum-zinc oxide (Aluminum Zinc Oxide - AZO), l 'gallium-zinc oxide (Gallium Zinc Oxide - GZO), titanium nitride (TiN), molybdenum oxide (M0O 3) and tungsten oxide (WO 3 ). An example of a conductive polymer suitable for making the second layer 124 is the polymer known under the name PEDOT: PSS, which is a mixture of poly (3, 4) -ethylenedioxythiophene and sodium polystyrene sulfonate and polyaniline, also called PAni. Examples of metals suitable for making the second layer 124 are silver, aluminum, gold, copper, nickel, titanium and chromium. An example of a multilayer structure suitable for making the second layer 124 is a multilayer structure of AZO and silver of the AZO / Ag / AZO type.
[0133] L'épaisseur de la deuxième couche 124 peut être comprise entre 10 nm et 5 pm, par exemple de l'ordre de 30 nm. Dans le cas où la deuxième couche 124 est métallique, l'épaisseur de cette deuxième couche 124 est inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 10 nm. The thickness of the second layer 124 can be between 10 nm and 5 μm, for example of the order of 30 nm. In the case where the second layer 124 is metallic, the thickness of this second layer 124 is less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 10 nm.
[0134] La figure 9 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 8. [0134] FIG. 9 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the mode of implementation of the method for producing the image sensor of FIGS. 1 and 2 from the structure as described. in relation to figure 8.
[0135] Au cours de cette étape, on pratique trois ouvertures verticales 340, 342 et 344 à travers la première couche 120 et la deuxième couche 124 jusqu'à la surface supérieure 30 du support CMOS 3. Ces ouvertures sont, de préférence, réalisées par gravure après masquage des zones à protéger, par exemple par dépôt de résine photosensible, exposition à travers un masque puis gravure sèche, par exemple par gravure ionique réactive, ou par gravure humide, par exemple par gravure chimique. En variante, le dépôt du masque de gravure est effectué de façon localisée, par exemple par sérigraphie, par héliographie, par nano-impression (nano imprint) ou par flexographie, et la gravure est réalisée par gravure sèche, par exemple par gravure ionique réactive, ou par gravure humide, par exemple par gravure chimique. During this step, three vertical openings 340, 342 and 344 are made through the first layer 120 and the second layer 124 to the upper surface 30 of the CMOS support 3. These openings are preferably made. by etching after masking of the areas to be protected, for example by deposition of photosensitive resin, exposure through a mask then dry etching, for example by ionic etching reactive, or by wet etching, for example by chemical etching. As a variant, the deposition of the etching mask is carried out locally, for example by serigraphy, by heliography, by nano-printing (nano imprint) or by flexography, and the etching is carried out by dry etching, for example by reactive ionic etching , or by wet etching, for example by chemical etching.
[0136] Dans l'exemple de la figure 9 : [0136] In the example of FIG. 9:
les ouvertures verticales 340 et 342 sont situées de part et d'autre du premier élément de reprise de contact 32A (respectivement à gauche et à droite du premier élément de reprise de contact 32A) ; et the vertical openings 340 and 342 are located on either side of the first contact recovery element 32A (respectively to the left and to the right of the first contact recovery element 32A); and
les ouvertures verticales 342 et 344 sont situées de part et d' autre du deuxième élément de reprise de contact 32B (respectivement à gauche et à droite du deuxième élément de reprise de contact 32B) . the vertical openings 342 and 344 are located on either side of the second contact recovery element 32B (respectively to the left and to the right of the second contact recovery element 32B).
[0137] Ces ouvertures verticales 340, 342 et 344 ont pour but de séparer des photodétecteurs appartenant à une même ligne du capteur d'images 1. Les ouvertures 340, 342 et 344 sont, par exemple, réalisées par photolithographie. En variante, les ouvertures 340, 342 et 344 sont réalisées par gravure ionique réactive ou par gravure chimique à l'aide d'un solvant adéquat . The purpose of these vertical openings 340, 342 and 344 is to separate photodetectors belonging to the same line of the image sensor 1. The openings 340, 342 and 344 are, for example, produced by photolithography. As a variant, the openings 340, 342 and 344 are produced by reactive ionic etching or by chemical etching using a suitable solvent.
[0138] On obtient ainsi, comme illustré en figure 9 : As illustrated in FIG. 9, the following is thus obtained:
la couche active 120A du premier photodétecteur 12A du pixel 12, qui recouvre entièrement les faces libres du premier élément de reprise de contact 32A et l'électrode inférieure 122A ; the active layer 120A of the first photodetector 12A of the pixel 12, which entirely covers the free faces of the first contact pickup element 32A and the lower electrode 122A;
la couche active 120B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12, qui recouvre entièrement les faces libres du deuxième élément de reprise de contact 32B et l'électrode inférieure 122B ; the active layer 120B of the second photodetector 12B of the pixel 12, which entirely covers the free faces of the second contact pickup element 32B and the lower electrode 122B;
l'électrode supérieure 124A du premier photodétecteur 12A du pixel 12, recouvrant la couche active 120A ; et l'électrode supérieure 124B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12, recouvrant la couche active 120B . the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of pixel 12, covering active layer 120A; and the upper electrode 124B of the second photodetector 12B of the pixel 12, covering the active layer 120B.
[0139] Ainsi, toujours dans l'exemple de la figure 9 : [0139] Thus, still in the example of FIG. 9:
l'ouverture 340 est intercalée entre, d'une part, la couche active 120A et l'électrode supérieure 124A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 et, d'autre part, une couche active et une électrode supérieure d'un deuxième photodétecteur appartenant à un pixel voisin (non représenté) ; the opening 340 is interposed between, on the one hand, the active layer 120A and the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 and, on the other hand, an active layer and an upper electrode of a second photodetector belonging to to a neighboring pixel (not shown);
l'ouverture 342 est intercalée entre, d'une part, la couche active 120A et l'électrode supérieure 124A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 et, d'autre part, la couche active 120B et l'électrode supérieure 124B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12 ; et the opening 342 is interposed between, on the one hand, the active layer 120A and the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 and, on the other hand, the active layer 120B and the upper electrode 124B of the second photodetector 12B of pixel 12; and
l'ouverture 344 est intercalée entre, d'une part, la couche active 120B et l'électrode supérieure 124B du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12 et, d'autre part, la couche active 160A et l'électrode supérieure 164A du premier photodétecteur 16A du pixel 16 (partiellement visible en figure 9) . the opening 344 is interposed between, on the one hand, the active layer 120B and the upper electrode 124B of the second photodetector 12B of the pixel 12 and, on the other hand, the active layer 160A and the upper electrode 164A of the first photodetector 16A of pixel 16 (partially visible in FIG. 9).
[0140] Les électrodes supérieures 124A et 124B constituent des couches d'injection de trous (Hole Injection Layer - HIL) des photodétecteurs 12A et 12B, respectivement. Ces électrodes supérieures 124A et 124B sont également appelées anodes des photodétecteurs 12A et 12B. [0140] The upper electrodes 124A and 124B constitute hole injection layers (Hole Injection Layer - HIL) of the photodetectors 12A and 12B, respectively. These upper electrodes 124A and 124B are also called anodes of the photodetectors 12A and 12B.
[0141] Les électrodes supérieures 124A et 124B sont, de préférence, constituées du même matériau que la couche 124 dans laquelle elles sont formées, comme exposé en relation avec la figure 8. [0141] The upper electrodes 124A and 124B are preferably made of the same material as the layer 124 in which they are formed, as explained in relation to FIG. 8.
[0142] La figure 10 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 9. [0142] FIG. 10 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the mode of implementation of the method for producing the image sensor 1 of FIGS. 1 and 2 from the structure as described in relation to FIG. 9.
[0143] Au cours de cette étape, on vient combler les ouvertures 340, 342 et 344 par une troisième couche 35 d'isolation dont seules des parties 350, 352 et 354 sont visibles en figure 10. Les parties 350, 352 et 354 de la troisième couche d' isolation 35 remplissent respectivement les ouvertures 340, 342 et 344. [0143] During this step, the openings 340, 342 and 344 are filled in with a third insulation layer 35 of which only parts 350, 352 and 354 are visible in FIG. 10. The parts 350, 352 and 354 of the third insulation layer 35 respectively fills the openings 340, 342 and 344.
[0144] Les parties 350, 352 et 354 de la troisième couche 35 ont pour but d' isoler électriquement des photodétecteurs voisins appartenant à une même ligne du capteur d'images 1. Selon un mode de mise en œuvre, les parties 350, 352 et 354 de la troisième couche 35 absorbent au moins partiellement la lumière reçue par le capteur d' images 1 afin d' isoler optiquement les photodétecteurs d'une même ligne. La troisième couche d'isolation peut être réalisée à partir d'une résine dont l'absorption couvre au moins les longueurs d'onde des photodiodes (visible et infrarouge) . Une telle résine, d'un aspect noir, est alors qualifiée de « résine noire » (black resin) . Dans l'exemple de la figure 10, la partie 352 isole électriquement et optiquement le premier photodétecteur 12A du deuxième photodétecteur 12B du pixel 12. [0144] The purpose of the parts 350, 352 and 354 of the third layer 35 is to electrically isolate neighboring photodetectors belonging to the same line of the image sensor 1. According to one embodiment, the parts 350, 352 and 354 of the third layer 35 at least partially absorb the light received by the image sensor 1 in order to optically isolate the photodetectors of a same row. The third insulating layer can be made from a resin whose absorption covers at least the wavelengths of the photodiodes (visible and infrared). Such a resin, with a black appearance, is then qualified as “black resin”. In the example of FIG. 10, the part 352 electrically and optically isolates the first photodetector 12A from the second photodetector 12B of the pixel 12.
[0145] La troisième couche isolante 35 peut être en un matériau inorganique, par exemple en oxyde de silicium (S1O2) ou en nitrure de silicium (SiN) . Dans le cas où la troisième couche isolante 35 est en nitrure de silicium, ce matériau est, de préférence, obtenu par dépôt physique par phase vapeur (Physical Vapor Déposition - PVD) ou par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma ( Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition - PECVD) . [0145] The third insulating layer 35 may be made of an inorganic material, for example of silicon oxide (S1O2) or of silicon nitride (SiN). In the case where the third insulating layer 35 is made of silicon nitride, this material is preferably obtained by physical vapor deposition (PVD) or by plasma-assisted chemical vapor deposition (Plasma-Enhanced). Chemical Vapor Deposition - PECVD).
[0146] La troisième couche isolante 35 peut être réalisée en polymère fluoré, notamment le polymère fluoré connu sous la dénomination commerciale « Cytop » de la société Bellex, en polyvinylpyrrolidone (PVP) , en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) , en polystyrène (PS), en parylène, en polyimide (PI), en acrylonitrile butadiène styrène (ABS), en polydiméthylsiloxane (PDMS), en une résine de photolithographie, en résine époxy, en résine acrylate ou en un mélange d'au moins deux de ces composés. [0146] The third insulating layer 35 can be made of fluoropolymer, in particular the fluoropolymer known under the trade name "Cytop" of the company Bellex, in polyvinylpyrrolidone (PVP), in polymethyl methacrylate (PMMA), in polystyrene (PS), in parylene, in polyimide (PI), in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), in polydimethylsiloxane ( PDMS), a photolithography resin, an epoxy resin, an acrylate resin or a mixture of at least two of these compounds.
[0147] A titre de variante, la troisième couche isolante 35 peut être réalisée en un autre diélectrique inorganique, notamment en oxyde d'aluminium (AI2O3) . L'oxyde d'aluminium peut être déposé par dépôt de couches minces atomiques (Atomic Layer Déposition - ALD) . L'épaisseur maximale de la troisième couche isolante 35 peut être comprise entre 50 nm et 2 pm, par exemple de l'ordre de 100 nm. [0147] As a variant, the third insulating layer 35 can be made from another inorganic dielectric, in particular from aluminum oxide (Al2O3). Aluminum oxide can be deposited by depositing thin atomic layers (Atomic Layer Deposition - ALD). The maximum thickness of the third insulating layer 35 may be between 50 nm and 2 μm, for example of the order of 100 nm.
[0148] Une quatrième couche 360 est ensuite déposée sur toute la structure du côté de la surface supérieure 30 du support CMOS 3. Cette quatrième couche 360 est, de préférence, une couche dite de « planarisation » permettant d'obtenir une structure présentant une surface supérieure plane avant encapsulation des photodétecteurs. A fourth layer 360 is then deposited over the entire structure on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3. This fourth layer 360 is preferably a so-called "planarization" layer making it possible to obtain a structure having a flat upper surface before encapsulation of the photodetectors.
[0149] La quatrième couche 360 de planarisation peut être constituée d'un matériau diélectrique à base de polymères. La couche 360 de planarisation peut alternativement contenir un mélange de nitrure de silicium (SiN) et d'oxyde de silicium (S1O2) , ce mélange étant obtenu par pulvérisation ( sputtering) , par dépôt physique par phase vapeur (Physical Vapor Déposition - PVD) ou par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma ( Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition - PECVD) . [0149] The fourth planarization layer 360 may be made of a dielectric material based on polymers. The planarization layer 360 can alternatively contain a mixture of silicon nitride (SiN) and silicon oxide (S1O2), this mixture being obtained by sputtering, by physical vapor deposition (PVD) or by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
[0150] La couche 360 de planarisation peut également être réalisée en polymère fluoré, notamment le polymère fluoré connu sous la dénomination commerciale « Cytop » de la société Bellex, en polyvinylpyrrolidone (PVP) , en polyméthacrylate de méthyle (RMMΆ) , en polystyrène (PS) , en parylène, en polyimide (PI), en acrylonitrile butadiène styrène (ABS), en polydiméthylsiloxane (PDMS), en une résine de photolithographie, en résine époxy, en résine acrylate ou en un mélange d'au moins deux de ces composés. The planarization layer 360 can also be made of fluoropolymer, in particular the fluoropolymer known under the trade name "Cytop" from the company Bellex, of polyvinylpyrrolidone (PVP), of polymethacrylate of methyl (RMMΆ), polystyrene (PS), parylene, polyimide (PI), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polydimethylsiloxane (PDMS), a photolithography resin, epoxy resin, acrylate resin or a mixture of at least two of these compounds.
[0151] La figure 11 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'une variante du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 9. [0151] Figure 11 is a sectional view, schematic and partial, of a variant of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure as described in relation with figure 9.
[0152] Cette variante diffère de l'étape exposée en relation avec la figure 10 principalement en ce que les ouvertures 340, 342 et 344 ne sont ici pas respectivement remplies (ou comblées) par les parties 350, 352 et 354 de la troisième couche d'isolation 35 mais par une couche 360' constituée, de préférence, d'un matériau identique à celui de la quatrième couche 360. En d'autres termes, la variante illustrée en figure 11 revient à ne pas réaliser le dépôt de la troisième couche d' isolation 35 et à procéder directement au dépôt de la quatrième couche 360 pour former la cinquième couche 360'. Le cas échéant, seuls les matériaux transparents listés pour la quatrième couche 360 comme exposé en relation avec la figure 10 sont adaptés à former la cinquième couche 360' . En particulier, la cinquième couche 360' n'est pas constituée de résine noire. This variant differs from the step explained in relation to FIG. 10 mainly in that the openings 340, 342 and 344 are not here respectively filled (or filled) by the parts 350, 352 and 354 of the third layer. insulation 35 but by a layer 360 ′ preferably made of a material identical to that of the fourth layer 360. In other words, the variant illustrated in FIG. 11 amounts to not effecting the deposition of the third insulation layer 35 and to proceed directly to the deposition of the fourth layer 360 to form the fifth layer 360 '. Where appropriate, only the transparent materials listed for the fourth layer 360 as explained in relation to FIG. 10 are suitable for forming the fifth layer 360 '. In particular, the fifth layer 360 ′ is not made of black resin.
[0153] On suppose, dans la suite de la description, que la variante exposée en relation avec la figure 11 n'est pas retenue dans le mode de mise en œuvre du procédé. Toutefois, l'adaptation des étapes qui suivent à un cas où la cinquième couche 360' est réalisée en lieu et place des parties 350, 352, 354 de la troisième couche 35 et de la quatrième couche 360 est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fournies ci-dessous. [0154] La figure 12 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 10. It is assumed, in the remainder of the description, that the variant explained in relation with FIG. 11 is not retained in the mode of implementation of the method. However, the adaptation of the following steps to a case where the fifth layer 360 'is carried out instead of the parts 350, 352, 354 of the third layer 35 and of the fourth layer 360 is within the reach of man. of the trade from the indications provided below. [0154] Figure 12 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 10.
[0155] Au cours de cette étape, on dépose une sixième couche 370 sur toute la structure du côté de la surface supérieure 30 du support CMOS 3. Cette sixième couche 370 a pour but d' encapsuler les photodétecteurs organiques du capteur d'images 1. La sixième couche 370 permet ainsi d'éviter la dégradation, du fait d'une exposition à l'eau ou à l'humidité contenue dans l'air ambiant, des matériaux organiques constitutifs des photodétecteurs du capteur d'images 1. Dans l'exemple de la figure 12, la sixième couche 370 recouvre la totalité de la surface supérieure libre de la quatrième couche de planarisation 360. During this step, a sixth layer 370 is deposited over the entire structure on the side of the upper surface 30 of the CMOS support 3. The purpose of this sixth layer 370 is to encapsulate the organic photodetectors of the image sensor 1. The sixth layer 370 thus makes it possible to avoid the degradation, due to exposure to water or to the humidity contained in the ambient air, of the organic materials constituting the photodetectors of the image sensor 1. In the Example of Figure 12, the sixth layer 370 covers the entire free top surface of the fourth planarization layer 360.
[0156] La sixième couche 370 peut être constituée d'alumine (AI2O3) obtenue par un procédé de dépôt par couches minces atomiques (Atomic Layer Déposition - ALD) , de nitrure de silicium (S13N4) ou d'oxyde de silicium (S1O2) obtenus par dépôt physique par phase vapeur (PVD) , de nitrure de silicium obtenu par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) . La sixième couche 370 peut alternativement être constituée de PET, de PEN, de COP ou de CPI. The sixth layer 370 may consist of alumina (Al 2 O 3) obtained by a deposition process by thin atomic layers (Atomic Layer Deposition - ALD), of silicon nitride (S1 3 N 4) or of silicon oxide (S1O 2) obtained by physical vapor deposition (PVD), silicon nitride obtained by plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD). The sixth layer 370 may alternatively consist of PET, PEN, COP or CPI.
[0157] Selon un mode de mise en œuvre, la sixième couche 370 permet d'améliorer encore davantage l'état de surface de la structure avant réalisation des microlentilles. [0157] According to one embodiment, the sixth layer 370 makes it possible to further improve the surface condition of the structure before production of the microlenses.
[0158] La figure 13 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'encore une autre étape du mode de mise en œuvre du procédé de réalisation du capteur d' images 1 des figures 1 et 2 à partir de la structure telle que décrite en relation avec la figure 12. [0159] Au cours de cette étape, on vient réaliser la microlentille 18 du pixel 12 à l'aplomb des photodétecteurs 12A et 12B. Dans l'exemple de la figure 13, cette microlentille 18 est sensiblement centrée par rapport à l'ouverture 342 séparant les deux photodétecteurs 12A, 12B.[0158] Figure 13 is a sectional view, schematic and partial, of yet another step of the embodiment of the method for producing the image sensor 1 of Figures 1 and 2 from the structure such as described in relation to figure 12. [0159] During this step, the microlens 18 of the pixel 12 is produced directly above the photodetectors 12A and 12B. In the example of FIG. 13, this microlens 18 is substantially centered relative to the opening 342 separating the two photodetectors 12A, 12B.
En d'autres termes, la microlentille 18 est approximativement alignée par rapport à la partie 352 de la troisième couche d'isolation 35 (figure 10) . On obtient ainsi le pixel 12 du capteur d' images 1. In other words, the microlens 18 is approximately aligned with respect to the portion 352 of the third insulation layer 35 (Figure 10). We thus obtain pixel 12 of image sensor 1.
[0160] Selon les matériaux considérés, le procédé de formation des couches du capteur d'images 1 peut correspondre à un procédé dit additif, par exemple par impression directe du matériau composant les couches organiques aux emplacements souhaités notamment sous forme de sol-gel, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie, revêtement par pulvérisation (spray coating) ou dépôt de gouttes (drop-casting) . Selon les matériaux considérés, le procédé de formation des couches du capteur d'images peut correspondre à un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau composant les couches organiques est déposé sur la totalité de la structure et dans lequel les portions non utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Selon le matériau considéré, le dépôt sur la totalité de la structure peut être réalisé par exemple par voie liquide, par pulvérisation cathodique ou par évaporation. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par enduction fente (slot-die coating), revêtement à la lame (blade-coating) , flexographie ou sérigraphie. Lorsque les couches sont métalliques, le métal est, par exemple, déposé par évaporation ou par pulvérisation cathodique sur l'ensemble du support et les couches métalliques sont délimitées par gravure. [0161] De façon avantageuse, au moins certaines des couches du capteur d'images peuvent être réalisées par des techniques d'impression. Les matériaux de ces couches décrites précédemment peuvent être déposés sous forme liquide, par exemple sous forme d'encres conductrices et semiconductrices à l'aide d'imprimantes à jet d'encre. Par matériaux sous forme liquide, on entend ici également des matériaux en gel déposables par des techniques d'impression. Des étapes de recuit sont éventuellement prévues entre les dépôts des différentes couches, mais les températures de recuit peuvent ne pas dépasser 150 °C, et le dépôt et les éventuels recuits peuvent être réalisés à la pression atmosphérique. According to the materials considered, the process for forming the layers of the image sensor 1 may correspond to a so-called additive process, for example by direct printing of the material composing the organic layers at the desired locations, in particular in the form of sol-gel, for example by ink jet printing, heliography, screen printing, flexography, spray coating (spray coating) or depositing drops (drop-casting). Depending on the materials considered, the process for forming the layers of the image sensor may correspond to a so-called subtractive process, in which the material making up the organic layers is deposited on the entire structure and in which the unused portions are then removed. , for example by photolithography or laser ablation. Depending on the material considered, the deposition on the entire structure can be carried out for example by liquid, by cathodic sputtering or by evaporation. They may in particular be processes of the spin coating, spray coating, heliography, slot-die coating, blade coating, flexography or screen printing type. When the layers are metallic, the metal is, for example, deposited by evaporation or by cathodic sputtering on the whole of the support and the metallic layers are delimited by etching. [0161] Advantageously, at least some of the layers of the image sensor can be produced by printing techniques. The materials of these layers described above can be deposited in liquid form, for example in the form of conductive and semiconductor inks using inkjet printers. The term “materials in liquid form” is understood here also to mean gel materials which can be deposited by printing techniques. Annealing steps are optionally provided between the depositions of the different layers, but the annealing temperatures may not exceed 150 ° C., and the deposition and any annealing may be carried out at atmospheric pressure.
[0162] La figure 14 est une vue en coupe selon le plan AA (figure 2), schématique et partielle, du capteur d'images 1 des figures 1 et 2. Le plan de coupe AA correspond à un plan de coupe parallèle à une ligne de pixels du capteur d' images [0162] Figure 14 is a sectional view along plane AA (Figure 2), schematic and partial, of the image sensor 1 of Figures 1 and 2. The section plane AA corresponds to a section plane parallel to a image sensor pixel line
1. 1.
[0163] En figure 14, seuls les pixels 12 et 16 du capteur d'images 1 ont été représentés. Ces pixels 12 et 16 appartiennent à une même ligne de pixels du capteur d' images 1. Dans l'exemple de la figure 14, les photodétecteurs 12A, 12B du pixel 12 et les photodétecteurs 16A, 16B du pixel 16 sont séparés les uns des autres. Ainsi, le long d'une même ligne du capteur d'images 1, chaque photodétecteur est isolé des photodétecteurs voisins. [0163] In FIG. 14, only the pixels 12 and 16 of the image sensor 1 have been represented. These pixels 12 and 16 belong to the same row of pixels of the image sensor 1. In the example of FIG. 14, the photodetectors 12A, 12B of pixel 12 and the photodetectors 16A, 16B of pixel 16 are separated from each other. other. Thus, along the same line of image sensor 1, each photodetector is isolated from neighboring photodetectors.
[0164] La figure 15 est une vue en coupe selon le plan BB (figure 2), schématique et partielle, du capteur d'images 1 des figures 1 et 2. Le plan de coupe BB correspond à un plan de coupe parallèle à une colonne de pixels du capteur d' images [0164] Figure 15 is a sectional view along plane BB (Figure 2), schematic and partial, of the image sensor 1 of Figures 1 and 2. The section plane BB corresponds to a section plane parallel to a image sensor pixel column
1. 1.
[0165] En figure 15, seuls les premiers photodétecteurs 10A et 12A des pixels 10 et 12, respectivement, sont visibles. Dans l'exemple de la figure 15 : l'électrode inférieure 102A du premier photodétecteur 10A du pixel 10 est séparée de l'électrode inférieure 122A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 ; [0165] In FIG. 15, only the first photodetectors 10A and 12A of the pixels 10 and 12, respectively, are visible. In the example of figure 15: the lower electrode 102A of the first photodetector 10A of the pixel 10 is separated from the lower electrode 122A of the first photodetector 12A of the pixel 12;
la couche active 100A du premier photodétecteur 10A du pixel 10 et la couche active 120A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 sont formées par un même dépôt continu ; et l'électrode supérieure 104A du premier photodétecteur 10A du pixel 10 et l'électrode supérieure 124A du premier photodétecteur 12A du pixel 12 sont formées par un même autre dépôt continu. the active layer 100A of the first photodetector 10A of the pixel 10 and the active layer 120A of the first photodetector 12A of the pixel 12 are formed by the same continuous deposit; and the upper electrode 104A of the first photodetector 10A of the pixel 10 and the upper electrode 124A of the first photodetector 12A of the pixel 12 are formed by the same other continuous deposit.
[0166] En d'autres termes, tous les premiers photodétecteurs des pixels appartenant à une même colonne de pixels du capteur d' images 1 possèdent une couche active commune et une électrode supérieure commune. L'électrode supérieure permet ainsi d'adresser tous les premiers photodétecteurs des pixels d'une même colonne tandis que l'électrode inférieure permet d'adresser chaque premier photodétecteur de façon individuelle . In other words, all the first photodetectors of the pixels belonging to a same column of pixels of the image sensor 1 have a common active layer and a common upper electrode. The upper electrode thus makes it possible to address all the first photodetectors of the pixels of a same column, while the lower electrode makes it possible to address each first photodetector individually.
[0167] De même, tous les deuxièmes photodétecteurs des pixels appartenant à une même colonne de pixels du capteur d' images 1 possèdent une autre couche active commune, distincte de la couche active commune des premiers photodétecteurs de ces mêmes pixels, et une autre électrode supérieure commune, distincte de l'électrode supérieure commune des premiers photodétecteurs de ces mêmes pixels. Cette autre électrode supérieure commune permet ainsi d'adresser tous les deuxièmes photodétecteurs des pixels d'une même colonne tandis que l'électrode inférieure permet d'adresser chaque deuxième photodétecteur de façon individuelle. Likewise, all the second photodetectors of the pixels belonging to a same column of pixels of the image sensor 1 have another common active layer, distinct from the common active layer of the first photodetectors of these same pixels, and another electrode. common upper, distinct from the common upper electrode of the first photodetectors of these same pixels. This other common upper electrode thus makes it possible to address all the second photodetectors of the pixels of a same column, while the lower electrode makes it possible to address each second photodetector individually.
[0168] La figure 16 est une vue en coupe, schématique et partielle, d'un autre mode de réalisation d'un capteur d' images 4. [0169] Le capteur d'images 4 représenté en figure 16 est analogue au capteur d' images 1 exposé en relation avec les figures 1 et 2. Ce capteur d'images 4 diffère du capteur d' images 1 principalement en ce que : [0168] FIG. 16 is a sectional view, schematic and partial, of another embodiment of an image sensor 4. [0169] The image sensor 4 shown in FIG. 16 is analogous to the image sensor 1 exposed in relation to FIGS. 1 and 2. This image sensor 4 differs from the image sensor 1 mainly in that:
les pixels 10, 12, 14 et 16 du capteur d'images 4 appartiennent à une même ligne ou à une même colonne de ce capteur d'images 4 (tandis que les pixels 10, 12, 14 et 16 du capteur d'images 1 (figure 1) sont répartis sur deux lignes et deux colonnes différentes de ce capteur d'images 1) ; et chaque pixel 10, 12, 14 et 16 du capteur d'images 4 possède un filtre couleur 41R, 41G ou 41B sous sa microlentille 18 et sur une couche de passivation 43. En d'autres termes, les quatre pixels monochromatiques 10, 12, the pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 4 belong to the same row or to the same column of this image sensor 4 (while the pixels 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 1 (FIG. 1) are distributed over two rows and two different columns of this image sensor 1); and each pixel 10, 12, 14 and 16 of the image sensor 4 has a color filter 41R, 41G or 41B under its microlens 18 and on a passivation layer 43. In other words, the four monochromatic pixels 10, 12 ,
14 et 16 disposés en carré en figure 1 sont ici mis côte à côte en figure 16. 14 and 16 arranged in a square in Figure 1 are here put side by side in Figure 16.
[0170] Plus précisément, dans l'exemple de la figure 16, le capteur d' images 4 comporte : [0170] More precisely, in the example of FIG. 16, the image sensor 4 comprises:
un premier filtre vert 41G, intercalé entre la microlentille 18 du pixel 10 et la couche de passivation 43 ; a first green filter 41G, interposed between the microlens 18 of the pixel 10 and the passivation layer 43;
un filtre rouge 41R, intercalé entre la microlentille 18 du pixel 12 et la couche de passivation 43 ; a red filter 41R, interposed between the microlens 18 of the pixel 12 and the passivation layer 43;
un deuxième filtre vert 41G, intercalé entre la microlentille 18 du pixel 14 et la couche de passivation 43 ; et a second green filter 41G, interposed between the microlens 18 of the pixel 14 and the passivation layer 43; and
un filtre bleu 41B, intercalé entre la microlentille 18 du pixel 16 et la couche de passivation 43. a blue filter 41B, interposed between the microlens 18 of the pixel 16 and the passivation layer 43.
[0171] Selon ce mode de réalisation, les filtres couleur 41R, 41G et 41B du capteur d'images 4 laissent passer les ondes électromagnétiques dans des plages de fréquences différentes du spectre visible et laissent passer les ondes électromagnétiques du spectre infrarouge. Les filtres couleur 41R, 41G et 41B peuvent correspondre à des blocs de résine colorée. Chaque filtre couleur 41R, 41G et 41B est adapté à laisser passer le rayonnement infrarouge, par exemple à une longueur d'onde comprise entre 700 nm et 1 mm, et, pour au moins certains des filtres couleur, à laisser passer une plage de longueurs d'onde de la lumière visible. [0171] According to this embodiment, the color filters 41R, 41G and 41B of the image sensor 4 allow electromagnetic waves to pass in different frequency ranges of the visible spectrum and allow electromagnetic waves of the infrared spectrum to pass. 41R, 41G and 41B color filters can match colored resin blocks. Each 41R, 41G and 41B color filter is suitable for allowing infrared radiation to pass, for example at a wavelength between 700 nm and 1 mm, and, for at least some of the color filters, to pass a range of wavelengths of visible light.
[0172] Pour chaque pixel d'une image couleur à acquérir, le capteur d'images 4 peut comprendre : [0172] For each pixel of a color image to be acquired, the image sensor 4 can include:
au moins un pixel (par exemple, le pixel 16) dont le filtre couleur 41B est adapté à laisser passer le rayonnement infrarouge et la lumière bleue, par exemple dans la plage de longueurs d'onde de 430 nm à 490 nm ; at least one pixel (for example, pixel 16) whose color filter 41B is adapted to pass infrared radiation and blue light, for example in the wavelength range of 430 nm to 490 nm;
au moins un pixel (par exemple, les pixels 10 et 14) dont le filtre couleur 41G est adapté à laisser passer le rayonnement infrarouge et la lumière verte, par exemple dans la plage de longueurs d'onde de 510 nm à 570 nm ; et at least one pixel (for example, pixels 10 and 14) whose color filter 41G is adapted to pass infrared radiation and green light, for example in the wavelength range of 510 nm to 570 nm; and
au moins un pixel (par exemple, le pixel 12) dont le filtre couleur 41R est adapté à laisser passer le rayonnement infrarouge et la lumière rouge, par exemple dans la plage de longueurs d'onde de 600 nm à 720 nm. at least one pixel (for example, pixel 12) whose color filter 41R is adapted to pass infrared radiation and red light, for example in the wavelength range of 600 nm to 720 nm.
[0173] De façon analogue au capteur d'images 1 exposé en relation avec les figures 1 et 2, chaque pixel 10, 12, 14, 16 du capteur d'images 4 dispose d'un premier et d'un deuxième photodétecteur. Chaque pixel comporte ainsi deux photodétecteurs, représentés de façon très schématique en figure 16 par un même bloc (OPD) . Plus précisément, en figure 16 : [0173] Analogously to the image sensor 1 exposed in relation to FIGS. 1 and 2, each pixel 10, 12, 14, 16 of the image sensor 4 has a first and a second photodetector. Each pixel thus comprises two photodetectors, represented very schematically in FIG. 16 by the same block (OPD). More precisely, in figure 16:
le pixel 10 comporte deux photodétecteurs organiques (bloc 90, OPD) ; pixel 10 includes two organic photodetectors (block 90, OPD);
le pixel 12 comporte deux photodétecteurs organiques (bloc 92, OPD) ; pixel 12 has two organic photodetectors (block 92, OPD);
le pixel 14 comporte deux photodétecteurs organiques (bloc 94, OPD) ; et pixel 14 includes two organic photodetectors (block 94, OPD); and
le pixel 16 comporte deux photodétecteurs organiques (bloc 96, OPD) . [0174] Les photodétecteurs de chaque pixel 10, 12, 14 et 16 sont coplanaires et associés chacun à un circuit de lecture comme exposé en relation avec la figure 3. Ces circuits de lecture sont réalisés sur et à l'intérieur du support CMOS 3. Le capteur d'images 4 est ainsi capable, par exemple, de réaliser alternativement des estimations de distance par temps de vol dans l'infrarouge et des captures d'images en couleur . pixel 16 has two organic photodetectors (block 96, OPD). [0174] The photodetectors of each pixel 10, 12, 14 and 16 are coplanar and each associated with a read circuit as explained in relation to FIG. 3. These read circuits are produced on and inside the CMOS support 3 The image sensor 4 is thus capable, for example, of alternately making estimates of distance by time of flight in the infrared and capturing images in color.
[0175] Divers modes de réalisation, modes de mise en œuvre et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation, modes de mise en œuvre et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à l'homme de l'art. [0175] Various embodiments, embodiments and variants have been described. Those skilled in the art will understand that certain characteristics of these various embodiments, embodiments and variations could be combined, and other variations will be apparent to those skilled in the art.
[0176] Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation, modes de mise en œuvre et variantes décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, l'adaptation du pilotage des circuits de lecture des capteurs d'images 1 et 4 à d'autres modes de fonctionnement, par exemple pour la réalisation d' images infrarouges avec ou sans lumière ajoutée, la réalisation d'images avec suppression de fond et la réalisation d' images à grande gamme dynamique (HDR simultané) est à la portée de l'homme du métier à partir des indications ci-dessus. Finally, the practical implementation of the embodiments, embodiments and variants described is within the abilities of those skilled in the art based on the functional indications given above. In particular, the adaptation of the control of the reading circuits of the image sensors 1 and 4 to other operating modes, for example for the production of infrared images with or without added light, the production of images with suppression. background and the production of high dynamic range images (simultaneous HDR) is within the abilities of those skilled in the art from the above indications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pixel (10, 12, 14, 16) comportant : 1. Pixel (10, 12, 14, 16) comprising:
un support CMOS (3) ; et a CMOS support (3); and
au moins deux photodétecteurs organiques (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B), at least two organic photodetectors (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B),
dans lequel une même lentille (18) est à l'aplomb desdits photodétecteurs organiques. in which the same lens (18) is directly above said organic photodetectors.
2. Capteur d'images (1 ; 4) comportant plusieurs pixels (10, 12, 14, 16) selon la revendication 1. 2. Image sensor (1; 4) comprising several pixels (10, 12, 14, 16) according to claim 1.
3. Procédé de fabrication d'un pixel selon la revendication 1 ou d'un capteur d'images selon la revendication 2, comprenant des étapes consistant à : 3. A method of manufacturing a pixel according to claim 1 or an image sensor according to claim 2, comprising the steps of:
prévoir un support CMOS (3) ; provide a CMOS support (3);
réaliser au moins deux photodétecteurs organiques (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) par pixel ; et making at least two organic photodetectors (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) per pixel; and
réaliser une même lentille (18) à l'aplomb des photodétecteurs organiques du ou de chaque pixel. making a single lens (18) directly above the organic photodetectors of the or each pixel.
4. Pixel selon la revendication 1 ou capteur selon la revendication 2 ou procédé selon la revendication 3, dans lequel lesdits photodétecteurs organiques (10A, 10B, 12A,4. A pixel according to claim 1 or a sensor according to claim 2 or a method according to claim 3, wherein said organic photodetectors (10A, 10B, 12A,
12B, 14A, 14B, 16A, 16B) sont coplanaires. 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) are coplanar.
5. Pixel selon la revendication 1 ou 4, ou capteur selon la revendication 2 ou 4, ou procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel lesdits photodétecteurs organiques (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) sont séparés les uns des autres par un diélectrique (35, 350, 352, 354 ; 360') . A pixel according to claim 1 or 4, or a sensor according to claim 2 or 4, or a method according to claim 3 or 4, wherein said organic photodetectors (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) are separated from each other by a dielectric (35, 350, 352, 354; 360 ').
6. Pixel selon l'une quelconque des revendications 1, 4 ou 5, ou capteur selon l'une quelconque des revendications 2, 4 ou 5, ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel chaque photodétecteur organique (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) comporte une première électrode (102A, 102B, 122A, 122B, 142A, 142B, 162A, 162B), distincte de premières électrodes des autres photodétecteurs organiques, formée en surface (30) du support CMOS (3) . A pixel according to any one of claims 1, 4 or 5, or a sensor according to any one of claims 2, 4 or 5, or a method according to any one of claims 3 to 5, wherein each organic photodetector ( 10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) comprises a first electrode (102A, 102B, 122A, 122B, 142A, 142B, 162A, 162B), distinct from the first electrodes of the other organic photodetectors, formed on the surface (30 ) of the CMOS support (3).
7. Pixel, capteur ou procédé selon la revendication 6, dans lequel chaque première électrode (102A, 102B, 122A, 122B,7. The pixel, sensor or method of claim 6, wherein each first electrode (102A, 102B, 122A, 122B,
142A, 142B, 162A, 162B) est reliée, de préférence connectée, à un circuit de lecture (2 OA, 20B, 22A, 22B) , chaque circuit de lecture comportant, de préférence, trois transistors (200, 202, 210) formés dans le support CMOS (3) . 142A, 142B, 162A, 162B) is connected, preferably connected, to a read circuit (2 OA, 20B, 22A, 22B), each read circuit preferably comprising three transistors (200, 202, 210) formed in the CMOS socket (3).
8. Pixel selon l'une quelconque des revendications 1, 4 à 7, ou capteur selon l'une quelconque des revendications 2, 4 à 7, ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel lesdits photodétecteurs organiques (10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) sont adaptés à évaluer une distance par temps de vol. 8. A pixel according to any one of claims 1, 4 to 7, or a sensor according to any one of claims 2, 4 to 7, or a method according to any one of claims 3 to 7, wherein said organic photodetectors ( 10A, 10B, 12A, 12B, 14A, 14B, 16A, 16B) are suitable for evaluating a distance by time of flight.
9. Pixel selon l'une quelconque des revendications 1, 4 à 8, ou capteur selon l'une quelconque des revendications 2, 4 à 8, adapté à fonctionner : 9. A pixel according to any one of claims 1, 4 to 8, or sensor according to any one of claims 2, 4 to 8, adapted to operate:
dans une partie du spectre infrarouge ; in part of the infrared spectrum;
en lumière structurée ; in structured light;
en imagerie à grande gamme dynamique, HDR ; et/ou avec suppression de fond. in high dynamic range imaging, HDR; and / or with background suppression.
10. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 2, 4 à 9, dans lequel chaque pixel (10, 12, 14, 16) comporte en outre, sous la lentille (18), un filtre couleur (41R, 41G, 41B) laissant passer les ondes électromagnétiques dans une plage de fréquences du spectre visible et dans le spectre infrarouge. 10. Image sensor according to any one of claims 2, 4 to 9, wherein each pixel (10, 12, 14, 16) further comprises, under the lens (18), a color filter (41R, 41G , 41B) allowing electromagnetic waves to pass in a frequency range of the visible spectrum and in the infrared spectrum.
11. Capteur d'images selon la revendication 10, adapté à capter une image couleur. 11. Image sensor according to claim 10, adapted to capture a color image.
12. Pixel selon l'une quelconque des revendications 1, 4 à 9, ou capteur selon l'une quelconque des revendications 2, 4 à 11, ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel chaque pixel (10, 12, 14, 16) comporte exactement : 12. A pixel according to any one of claims 1, 4 to 9, or a sensor according to any one of claims 2, 4 to 11, or a method according to any one of claims 3 to 8, in which each pixel (10 , 12, 14, 16) includes exactly:
un premier photodétecteur organique (10A, 12A, a first organic photodetector (10A, 12A,
14A, 16A) ; et 14A, 16A); and
un deuxième photodétecteur organique (10B, 12B, a second organic photodetector (10B, 12B,
14B, 16B) . 14B, 16B).
13. Pixel, capteur ou procédé selon la revendication 12, dans lequel, pour chaque pixel (10, 12, 14, 16), le premier photodétecteur organique (10A, 12A, 14A, 16A) et le deuxième photodétecteur organique (10B, 12B, 14B, 16B) sont de forme rectangulaire et s'inscrivent conjointement dans un carré . 13. Pixel, sensor or method according to claim 12, wherein, for each pixel (10, 12, 14, 16), the first organic photodetector (10A, 12A, 14A, 16A) and the second organic photodetector (10B, 12B , 14B, 16B) are rectangular in shape and form part of a square.
14. Pixel, capteur ou procédé selon la revendication 12 ou 13, dans leur rattachement à la revendication 6, dans lequel, pour chaque pixel (10, 12, 14, 16) : 14. A pixel, sensor or method according to claim 12 or 13, as related to claim 6, wherein, for each pixel (10, 12, 14, 16):
le premier photodétecteur organique (10A, 12A, the first organic photodetector (10A, 12A,
14A, 16A) est connecté à une deuxième électrode (104A, 124A, 144A, 164A) ; et 14A, 16A) is connected to a second electrode (104A, 124A, 144A, 164A); and
le deuxième photodétecteur organique (10B, 12B, the second organic photodetector (10B, 12B,
14B, 16B) est connecté à une troisième électrode (104B,14B, 16B) is connected to a third electrode (104B,
124B, 144B, 164B) . 124B, 144B, 164B).
15. Capteur selon la revendication 14, dans lequel : 15. The sensor of claim 14, wherein:
la deuxième électrode (104A, 124A, 144A, 164A) est commune à tous les premiers photodétecteurs organiques (10A, 12A, 14A, 16A) des pixels (10, 12, 14, 16) du capteur (1 ; 4) ; et the second electrode (104A, 124A, 144A, 164A) is common to all the first organic photodetectors (10A, 12A, 14A, 16A) of the pixels (10, 12, 14, 16) of the sensor (1; 4); and
la troisième électrode (104B, 124B, 144B, 164B) est commune à tous les deuxièmes photodétecteurs organiques (10B, 12B, 14B, 16B) des pixels (10, 12, 14, 16) du capteur (1 ; 4 ) . the third electrode (104B, 124B, 144B, 164B) is common to all the second organic photodetectors (10B, 12B, 14B, 16B) of the pixels (10, 12, 14, 16) of the sensor (1; 4).
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