FR2880732A1 - Capteur d'images - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une structure de pixel de capteur d'images comprenant : une zone photosensible entourée d'une zone périphérique placées en surface d'un substrat semiconducteur, un empilement de plusieurs couches isolantes présentant alternativement des indices de réfraction différents et placé au-dessus de ladite zone périphérique, une microlentille placée au sommet du pixel afin de faire converger la lumière du pixel vers la zone photosensible, et un bloc transparent placé sensiblement au-dessus de la zone photosensible.
Description
CAPTEUR D'IMAGES
Domaine de l'invention La présente invention concerne un capteur d'images et plus particulièrement la structure des pixels d'un tel capteur. Exposé de l'art antérieur Les figures lA et 1B sont des vues en coupe de pixels de capteurs d'images placés dans des circuits intégrés comprenant un réseau d'interconnexions fait de pistes et de vias métalliques respectivement en aluminium et en cuivre. Les procédés de fabrication des interconnexions en aluminium ou en cuivre sont différents. Dans le cas du pixel de la figure 1A, correspondant à une technologie "aluminium", les pistes et les vias sont séparés les uns des autres par un même matériau isolant, classiquement de l'oxyde de silicium. Dans le cas du pixel de la figure 1B, correspondant à une technologie "cuivre", on observe une alternance de deux types de couches isolantes, classiquement des couches d'oxyde et de nitrure de silicium, les vias traversant des couches d'oxyde et les pistes étant placées dans des ouvertures des couches de nitrure.
Chaque pixel est formé au-dessus d'un substrat semiconducteur 1. Une zone photosensible 2 est formée en surface du substrat 1. La zone du substrat 1 entourant la zone photosensible 2 est appelée zone périphérique 3. Des connexions métalliques 4 sont placées au-dessus de la zone périphérique 3. Les connexions métalliques 4 sont par exemple des lignes de bits ou de rangées. Dans cet exemple, les capteurs d'images font partie d'un circuit intégré comportant six niveaux d'interconnexions. Les connexions métalliques 4 sont formées sur les deux premiers niveaux d'interconnexions. Le pixel représenté en figure 1B, correspondant à une technologie "cuivre", comprend un empilement Cb de couches isolantes constituées alternativement de couches d'oxyde de silicium et de couches de nitrure de silicium. Le pixel représenté en figure 1A, correspondant à une technologie "aluminium", comprend un empilement Ca de six couches d'oxyde de silicium constituant au final sensiblement une unique couche d'oxyde de silicium. Pour chaque pixel, une couche de passivation 10 constituée classiquement d'une couche d'oxyde de silicium et d'une couche de nitrure de silicium recouvre l'empilement Ca ou Cb. Puis, une où il converge vers la zone photosensible 2 Cependant, à chaque dioptre rencontré, lumineux est réfléchie et ceci d'autant réfraction des deux matériaux en contact Dans le cas du pixel représenté des réflexions à la surface de la de contact entre la portion filtranteplanarisante 12 et de la couche de que les indices de éloignés.
en figure lA, on lentille 13, à la 11 et la couche de portion filtrante 11 recouverte d'une couche d'une lentille 13 sont placées au- dessus passivation 10.
Un faisceau lumineux incident sur plus sont observe surface la lentille 13 est "collecté".
une partie du faisceau passivation 10, à la surface intermédiaire entre les couches d'oxyde et de nitrure de la couche de passivation 10, et à la surface de contact entre l'empilement Ca et la zone photosensible 2.
Dans le cas du pixel représenté en figure 1B, on observe les mêmes réflexions que celles décrites précédeuunent ainsi qu'un ensemble de réflexions parasites à chacune des interfaces entre une couche d'oxyde de silicium et une couche de nitrure de silicium de l'empilement Cb.
Le nombre de niveaux d'interconnexions d'un circuit intégré pouvant être élevé, et ayant tendance à augmenter, la part des réflexions parasites observées dans les différents niveaux d'interconnexions d'un pixel fabriqué selon une technologie "cuivre" devient non négligeable. De plus, du fait que les couches de nitrure de ces niveaux d'interconnexions sont relativement minces, on observe des phénomènes d'interférences.
Les couches isolantes des différents niveaux d'interconnexions constituent un filtre interférentiel.
La figure 2 est un diagramme illustrant l'intensité lumineuse reçue par la zone photosensible 2 en fonction de la longueur d'onde des faisceaux lumineux incidents. Dans le cas d'un pixel en technologie aluminium, l'intensité lumineuse reçue par la zone photosensible 2 varie très légèrement, elle est maximale pour les longueurs d'onde situées dans le domaine du vert et diminue légèrement en allant vers le rouge ou le bleu. L'intensité maximale reçue correspond sensiblement à 80/90 % de l'intensité de l'ensemble des faisceaux lumineux incidents. Dans le cas d'un pixel en technologie cuivre, on observe d'importantes variations de l'intensité reçue par la zone photosensible 2 en fonction de la longueur d'onde des faisceaux incidents. Dans le domaine du visible, on observe une alternance d'intensités minimales et d'intensités maximales en allant du bleu vers le rouge. Les valeurs d'intensité maximales sont légèrement inférieures à celles relevées pour un pixel en technologie aluminium. Les valeurs d'intensité minimales sont quant à elles très faibles et peuvent atteindre une valeur sensiblement égale à 1/5 de l'intensité des faisceaux lumineux incidents.
L'évolution des procédés de fabrication de circuits intégrés fait apparaître non seulement le problème susmentionné, mais aussi le problème suivant. L'augmentation du nombre de fonctionnalités sur une même surface de circuit intégré conduit généralement à une augmentation du nombre de niveaux d'interconnexions placés au-dessus du substrat semiconducteur. Ceci entraîne une augmentation de l'épaisseur de l'ensemble des couches placées entre la zone photosensible et la lentille convergente placée au sommet du pixel. Ceci entraîne des problèmes de convergence des faisceaux lumineux incidents reçus.
Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe simplifiées de deux pixels appartenant à des circuits intégrés présentant un nombre différent de niveaux d'interconnexions.
Chaque pixel comprend une zone photosensible 30 formée en surface d'un substrat semiconducteur 31. Le substrat 31 est recouvert d'un ensemble de couches isolantes 32, correspondant aux niveaux d'interconnexions, et d'une lentille 33.
La convergence de la lentille 33 d'un pixel est choisie de sorte que, pour chaque pixel, des faisceaux lumineux incidents arrivant sur la lentille 33 convergent au niveau de la zone photosensible 30. L'épaisseur de l'ensemble de couches 32 du pixel représenté en figure 3A étant plus faible que celle du pixel représenté en figure 3B, la lentille de la figure 3B doit être moins convergente que celle de la figure 3A.
Par ailleurs, les faisceaux lumineux incidents arrivant sur un pixel peuvent présenter des inclinaisons différentes par rapport à la normale à la surface du substrat 31. La plage d'inclinaisons possibles des faisceaux incidents sur un pixel dépend de l'objectif placé au-dessus du capteur d'images et de la position de ce pixel. Plus le pixel est situé en périphérie de la matrice de pixels, plus l'inclinaison moyenne des faisceaux lumineux reçus par le pixel est importante.
Dans le cas de la figure 3A, des faisceaux lumineux inclinés, formant par exemple un angle de 20 à 30 par rapport à la normale à la surface du substrat 31, convergent en un point de la zone photosensible situé sensiblement en périphérie de celle-ci.
Dans le cas de la figure 3B, des faisceaux lumineux de mêmes inclinaisons convergent vers un point du substrat 31 situé en dehors de la zone photosensible 30. Par conséquent, l'augmentation de l'épaisseur de l'ensemble de couches 32 engendre une perte de réception des faisceaux lumineux inclinés, ce qui diminue la sensibilité du pixel. La sensibilité d'un pixel diminue encore d'avantage lorsque pour intégrer un nombre toujours plus grand de pixels sur une même surface, on diminue la surface de la zone photosensible de chaque pixel, comme cela est représenté en pointillés sur la figure 3B.
Un autre problème connu des capteurs d'images est le parasitage inter-pixels.
La figure 4 est une vue en coupe simplifiée de deux pixels acollés d'un capteur d'images. Comme précédemment, chaque pixel comprend une zone photosensible 40, 41 formée en surface d'un substrat 42 au-dessus duquel est placé un empilement de couches 43 correspondant aux divers niveaux d'interconnexions du circuit intégré dans lequel est placé le capteur d'images. Chaque pixel comprend en outre une portion filtrante 44, 55 placée au-dessus de l'empilement 43. Les portions filtrantes 44 et 45 laissent passer des faisceaux lumineux ayant des longueurs d'onde situées dans des domaines différents tels que le vert et le rouge. Les portions filtrantes 44 et 45 sont classiquement recouvertes d'une couche planarisante 46 sur laquelle sont placées des lentilles 47 et 48 au sommet de chaque pixel.
En pratique, les lentilles de chaque pixel sont non jointives de sorte qu'une partie de la surface de la couche planarisante 46 est non recouverte. Deux pixels accolés n'étant pas strictement délimités, des faisceaux incidents inclinés peuvent arriver en surface d'un pixel sur une zone découverte de la couche planarisante 46 située à proximité de la lentille du pixel, puis traverser la frontière virtuelle entre les deux pixels pour arriver dans la zone photosensible de l'autre pixel. De tels faisceaux lumineux ne sont en fait pas "comptabilisés" par la bonne zone photosensible. Ces erreurs de comptabilisation ont pour conséquence de diminuer la qualité des images. Résumé de l'invention Un objet de la présente invention est de prévoir une structure de pixel de bonne sensibilité d'un capteur d'images placé dans un circuit intégré comprenant des niveaux d'interconnexions formés chacun de plusieurs couches isolantes ayant des indices de réfraction différents.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir une structure de pixel présentant une bonne sensibilité quelle que soit l'épaisseur de l'ensemble des couches isolantes placées entre la zone photosensible et la lentille de ce pixel.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir une structure de pixel permettant d'éliminer les problèmes de parasitage inter pixels.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une structure de pixel de capteur d'images comprenant: une zone photosensible entourée d'une zone périphérique placées en surface d'un substrat semiconducteur, un empilement de plusieurs couches isolantes présentant alternativement des indices de réfraction différents et placé au-dessus de ladite zone périphérique, une microlentille placée au sommet du pixel afin de faire converger la lumière du pixel vers la zone photosensible, et un bloc transparent placé sensiblement au- dessus de la zone photosensible.
Dans un mode de réalisation de la structure de pixel décrite précédemment, la lentille focalise la lumière sur un plan proche de la surface supérieure de la zone photosensible.
Dans un mode de réalisation de la structure de pixel décrite précédemment, l'indice de réfraction dudit bloc transparent est supérieur à celui des couches isolantes dudit empilement.
Dans un mode de réalisation de la structure de pixel décrite précédemment, une fine couche d'un matériau présentant un indice de réfraction inférieur à celui dudit bloc transparent est placé entre le bloc transparent et ledit empilement.
Dans un mode de réalisation de la structure de pixel décrite précédé ment, une portion réfléchissante annulaire est placée au-dessus dudit empilement, la portion réfléchissante entourant la partie supérieure dudit bloc transparent.
Dans un mode de réalisation de la structure de pixel décrite précédemment, le bloc transparent est constitué d'un matériau filtrant laissant passer uniquement des faisceaux lumineux présentant des longueurs d'onde situées dans une plage donnée de valeurs.
Dans un mode de réalisation de la structure de pixel décrite précédemment, la lentille focalise la lumière sur un plan proche de la surface supérieure du bloc transparent.
La présente invention prévoit en outre un circuit intégré comprenant un capteur d'images constitué d'un ensemble de pixels ayant une structure telle que celle décrite précédemment, et un réseau d'interconnexions constitué d'un ou plusieurs niveaux d'interconnexions comprenant chacun des première et seconde couches isolantes, ledit empilement de chaque pixel étant constitué d'au moins une paire de couches isolantes, chaque paire de couches étant de mêmes épaisseurs et de mêmes natures que les première et seconde couches isolantes d'un niveau d'interconnexions.
Dans un mode de réalisation du circuit décrit précédemuuent, l'épaisseur dudit empilement de chaque pixel est inférieure à l'épaisseur de l'ensemble des niveaux d'interconnexions, et un bloc transparent supérieur est placé au-dessus de l'ensemble des pixels, sur les blocs transparents et les empile- ments de ces pixels, l'épaisseur du bloc transparent supérieur étant telle que l'épaisseur cumulée du bloc transparent supérieur et du bloc transparent d'un pixel soit sensiblement égale à l'épaisseur de l'ensemble des niveaux d'interconnexions.
Dans un mode de réalisation du circuit décrit précédemment, les lentilles des pixels du capteur d'images sont décalées du centre vers la périphérie du capteur.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures lA et 1B sont des vues en coupe, précédemment décrites, de pixels obtenus selon des procédés différents; la figure 2 est un diagramme, précédetunent décrit, illustrant la valeur d'intensité lumineuse reçue par un pixel en fonction de la longueur d'onde des faisceaux lumineux incidents les figures 3A et 3B sont des vues en coupe simplifiées, précédemment décrites, de deux pixels d'épaisseurs différentes; la figure 4 est une vue en coupe, précédemment décrite, de deux pixels accolés; la figure 5 est une vue en coupe de la périphérie d'un capteur d'images comprenant des pixels selon la présente invention la figure 6 est une vue en coupe de la périphérie d'un capteur d'images selon une variante du capteur représenté en figure 5; la figure 7 est une vue en coupe de la structure d'un pixel selon un autre mode de réalisation de la présente 30 invention la figure 8 est une vue en coupe de la structure d'un pixel selon une variante de réalisation du pixel représenté en figure 7; la figure 9 est une vue en coupe d'un pixel selon une autre variante de réalisation du pixel représenté en figure 7; et la figure 10 est une vue en coupe d'un pixel selon une 5 variante de réalisation du pixel représenté en figure 9. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, connue cela est habituel dans la représentation des composants intégrés, les diverses vues en coupe ne sont pas tracées à l'échelle.
La figure 5 est une vue en coupe d'un circuit intégré comprenant un capteur d'images. Dans cette figure, on peut voir deux pixels périphériques Pi, P2 du capteur d'images ainsi qu'une portion du circuit intégré accolée au capteur. Le circuit intégré est formé dans un substrat 100. Chaque pixel comprend une zone photosensible 101, 102 formée en surface du substrat 100. Bien que chaque pixel ne soit pas strictement délimité, on considère qu'un pixel comprend une zone photosensible 101, 102 entourée d'une zone périphérique annulaire 103, 104, toutes deux placées en surface du substrat semiconducteur 100, ainsi que l'ensemble des éléments placés au-dessus de ces deux zones. La portion du substrat 100 située à l'extérieur du capteur d'images est appelée ci-après zone semiconductrice extérieure 105. La zone extérieure 105 est recouverte d'un empilement 110 de couches isolantes tel que deux couches successives présentent des indices de réfraction différents. L'empilement 110 correspond aux couches isolantes dans lesquelles sont placés les pistes et vias conducteurs du réseau d'interconnexions du circuit intégré. Dans cet exemple, six niveaux d'interconnexions sont représentés. Chaque niveau d'interconnexions comprend deux couches isolantes, une couche inférieure par exemple constituée d'oxyde de silicium dans laquelle sont placés des vias conducteurs et une couche supérieure constituée par exemple de nitrure de silicium dans laquelle sont placées des pistes conductrices.
Chacune des zones périphériques 103 et 104 des pixels est recouverte d'un empilement de portions isolantes 111, 112 ayant une forme annulaire semblable à celle des zones périphériques 103 et 104. L'épaisseur et la composition des portions isolantes des empilements 111 et 112 sont les mêmes que celles des couches isolantes de l'empilement 110. Dans cet exemple, les empilements 111 et 112 sont formés de quatre portions isolantes correspondant aux deux premiers niveaux d'interconnexions de l'empilement 110. Des ensembles de pistes et de vias conducteurs sont placés dans des ouvertures des couches de chacun des empilements 111 et 112 recouvrant les zones périphériques 103 et 104 de chacun des pixels. Dans cet exemple, plusieurs empilements constitués chacun de deux vias et de deux pistes sont placés respectivement au- dessus de chaque frontière virtuelle séparant deux zones périphériques de deux pixels ou au-dessus de la limite virtuelle séparant la zone semiconductrice extérieure 105 et la zone périphérique 104 du pixel périphérique du capteur d'images.
Selon un aspect de la présente invention, chaque pixel comprend un bloc 120 ou 121 d'un matériau transparent placé sensiblement au-dessus de sa zone photosensible 101 ou 102 à l'intérieur de l'empilement annulaire 111 ou 112 recouvrant la zone périphérique 103 ou 104 de ce pixel. Les blocs 120 et 121 sont par exemple constitués d'un matériau isolant transparent tel que de l'oxyde de silicium ou du nitrure de silicium. La constitution du bloc est le plus homogène possible sur toute son épaisseur de façon à assurer une bonne transmission du faisceau lumineux incident à travers ce bloc.
Dans cet exemple de réalisation de la présente invention, les blocs transparents 120, 121 et les empilements de couches isolantes 111, 112 placés respectivement au-dessus des zones photosensibles 101, 102 et des zones périphériques 103, 104 de chacun des pixels P1, P2 du capteur d'images sont recouverts d'un bloc transparent supérieur 125. L'épaisseur du bloc supérieur 125 correspond sensiblement à l'épaisseur des quatre niveaux d'interconnexions supérieurs de l'empilement 110.
Le bloc transparent supérieur 125 et l'empilement 110 sont recouverts d'une couche de passivation 130 constituée dans cet exemple d'une couche d'oxyde de silicium recouverte d'une couche de nitrure de silicium.
Chaque pixel P1, P2 du capteur d'images comprend une portion filtrante 140, 141 placée au-dessus de la couche de passivation 130 sensiblement au-dessus de ses zones photosensible 101, 102 et périphérique 103, 104. Dans cet exemple, les deux portions filtrantes 140 et 141 des deux pixels Pl et P2 représentés laissent passer des faisceaux lumineux présentant des longueurs d'onde situées respectivement dans le vert et dans le rouge. On notera, que les épaisseurs des deux portions filtrantes 140 et 141 ne sont pas identiques dans cet exemple. Cependant, les portions filtrantes de chacun des pixels sont recouvertes d'une couche planarisante 145 présentant une surface supérieure plane. Une lentille 150, 151 est placée au sommet de chaque pixel Pl, P2 sur la couche planarisante 145.
Un avantage de la structure de pixel précédemment décrite, est que la zone photosensible de chaque pixel est recouverte d'un nombre limité de dioptres susceptibles de réfléchir une partie des faisceaux lumineux incidents de chaque pixel. Par conséquent, une grande proportion de l'intensité lumineuse arrivant au soumet de chaque pixel est détectée au niveau de sa zone photosensible.
Le capteur d'images décrit précédemment peut être obtenu selon divers procédés de fabrication. Un exemple de procédé de fabrication d'un circuit intégré comprenant un tel capteur d'images est le suivant. On forme dans un substrat semiconducteur l'ensemble des zones photosensibles du capteur d'images ainsi que l'ensemble des composants semiconducteurs du circuit intégré. On forme ensuite les deux premiers niveaux d'interconnexions du circuit intégré. On effectue alors une gravure de ces deux premiers niveaux d'interconnexions de façon à former des ouvertures au-dessus de chacune des zones photosensibles des pixels du capteur d'images. Puis on remplit ensuite ces ouvertures d'un matériau transparent pour former ce que l'on appelle ici "bloc transparent". On forme ensuite les autres niveaux d'interconnexions du circuit intégré. On effectue alors une nouvelle gravure de ces derniers niveaux d'interconnexions de façon à former une grande ouverture au-dessus de l'ensemble de la matrice de pixels que l'on remplit ensuite d'un matériau transparent. On forme alors une couche de passivation, des portions filtrantes pour chacun des pixels, une couche planarisante recouvrant ces portions filtrantes, puis des lentilles placées au sommet de chacun des pixels.
La figure 6 est une vue en coupe d'un circuit intégré comprenant un capteur d'images sensiblement identique à celui représenté en figure 5 excepté qu'il ne comprend pas de bloc transparent supérieur. La couche de passivation du circuit intégré recouvre directement les blocs transparents 120, 121 et les empilements 111 et 112 de couches isolantes de chacun des pixels du capteur d'images.
Une telle structure peut être obtenue selon le procédé décrit précédemment excepté que l'on ne remplit pas d'un matériau transparent l'ouverture formée dans les derniers niveaux d'interconnexions au-dessus de l'ensemble de la matrice de pixels.
La figure 7 est une vue en coupe de la structure d'un pixel selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Le pixel comprend une zone photosensible 200 formée en surface d'un substrat semiconducteur 201. La zone du substrat 201 entourant la zone photosensible 200 est appelée zone périphérique 202. La zone périphérique 202 est recouverte d'un empilement annulaire de portions isolantes 203 tel que deux portions successives présentent des indices de réfraction différents. Le nombre et la nature des portions isolantes de l'empilement 203 sont fonction du circuit intégré dans lequel est placé le pixel. Un circuit intégré comprend de façon générale plusieurs niveaux d'interconnexions. Dans la présente invention, on s'intéresse plus particulièrement au cas où chaque niveau d'interconnexions est constitué de deux isolants présentant des indices de réfraction différents comme cela est le cas dans les circuits intégrés modernes où les pistes et les vias du réseau d'interconnexions sont réalisés en cuivre et placés dans une alternance de couches d'oxyde de silicium et de couches de nitrure.
On notera que dans les circuits intégrés où les pistes et les vias du réseau d'interconnexions sont placés dans des couches d'un même matériau, tel que de l'oxyde de silicium, il est possible que les différentes couches présentent des indices de réfraction légèrement différents, et par conséquent que les interfaces entre ces couches provoquent des réflexions parasites. On peut dès lors prévoir de placer des pixels selon la présente invention dans de tels circuits intégrés.
Des ensembles de pistes et de vias conducteurs, correspondant par exemple à des lignes de bits ou de rangées, sont placés dans des ouvertures des quatre portions isolantes inférieures de l'empilement 203. Dans cette vue en coupe, on peut voir des ensembles de vias et de pistes 204 et 205 de chaque côté visible de l'empilement annulaire 203.
Selon un aspect de la présente invention, un bloc 25 transparent 206 est placé au-dessus de la zone photosensible 200 à l'intérieur de l'empilement annulaire 203.
Le bloc transparent 206 et l'empilement 203 sont recouverts d'une couche de passivation 207 constituée par exemple d'une couche d'oxyde de silicium recouverte d'une couche de nitrure. La couche de passivation 207 est recouverte d'une portion filtrante 208 elle-même recouverte d'une couche planarisante 209. Une lentille 210 est placée au sommet du pixel au-dessus de la couche planarisante 209.
Le bloc transparent 206 est constitué d'un matériau transparent présentant un indice de réfraction supérieur à ceux des portions isolantes de l'empilement 203.
Le bloc 206 constitue ainsi l'équivalent d'un guide d'ondes. Des faisceaux lumineux arrivant en surface du pixel sont dirigés par la lentille 210 vers la surface supérieure du bloc transparent 206 où ils entrent dans le guide d'ondes. Lorsque ces faisceaux arrivent au niveau de l'interface entre le bloc transparent 206 et l'empilement 203, ils sont réfléchis dans le guide d'ondes et descendent ainsi par réflexions successives jusqu'à atteindre la zone photosensible 200.
La présence d'un guide d'ondes au-dessus de la zone photosensible d'un pixel permet d'avoir une bonne détection des faisceaux lumineux incidents quelle que soit l'épaisseur de l'empilement 203. Ceci augmente la sensibilité du pixel.
De plus, dans ce mode de réalisation de la présente invention, il n'est pas nécessaire que la lentille soit peu bombée afin de faire converger les faisceaux lumineux incidents sur la zone photosensible 200. En effet, il suffit que les faisceaux lumineux incidents convergent vers la surface supérieure du bloc transparent 206, le guide d'ondes se chargeant ensuite de les conduire jusqu'à la zone photosensible 200. La réalisation d'une lentille bombée étant plus facile, la présence d'un guide d'ondes dans un pixel permet de simplifier le procédé de fabrication des capteurs d'images.
Le pixel décrit en relation avec la figure 7 peut être obtenu selon divers procédés de fabrication. Un exemple de procédé de fabrication d'un circuit intégré comprenant un capteur d'images constitué d'un tel pixel est le suivant. On forme dans un substrat semiconducteur l'ensemble des zones photosensibles des pixels du capteur d'images ainsi que l'ensemble des composants semiconducteurs du circuit intégré. On forme ensuite l'ensemble des niveaux d'interconnexions du circuit intégré et l'on grave ces niveaux d'interconnexions de façon à former des ouvertures au-dessus de chacune des zones photosensibles des pixels du capteur d'images. Puis on remplit les ouvertures d'un matériau transparent. On forme alors une couche de passivation, une portion filtrante pour chaque pixel, une éventuelle couche planarisante puis une lentille au sommet de chaque pixel.
La figure 8 est une vue en coupe de la structure d'un pixel selon une variante de réalisation du pixel précédemment décrit. La structure de ce pixel est sensiblement identique à celle du pixel représenté en figure 7 excepté qu'une fine couche 220 d'un matériau présentant un indice de réfraction inférieur à celui du bloc transparent 206 est placée entre le bloc transparent 206 et l'empilement annulaire de portions isolantes 203. Cette fine couche 220 peut être nécessaire dans le cas où le bloc transparent 206 est constitué d'un matériau présentant un indice de réfraction faiblement supérieur, voir inférieur, à celui d'une des portions isolantes de l'empilement 203 de façon à garantir une bonne réflectivité quelle que soit l'inclinaison des faisceaux lumineux entrant dans le bloc 206.
Le pixel représenté en figure 8 peut être obtenu selon le procédé précédeuunent décrit pour le pixel représenté en figure 7 en effectuantpréalablement au remplissage des ouvertures d'un matériau transparent, un dépôt contre les parois des ouvertures d'une fine couche d'un matériau présentant un indice de réfraction inférieur au matériau transparent de remplissage. Un moyen connu de déposer une telle fine couche est d'effectuer un dépôt conforme. Dans ce cas, il se forme aussi une fine couche 221, représentée en pointillés sur la figure 8, au fond des ouvertures. La présence de cette fine couche entre le bloc 206 et la zone photosensible 200 impose que le matériau déposé soit transparent afin que les faisceaux lumineux parviennent jusqu'à la zone photosensible. La fine couche déposée est par exemple constituée d'oxyde de silicium et le bloc transparent constitué de nitrure de silicium ou d'oxynitrure de silicium (SixOyNz).
2880732 16 La figure 9 est une vue en coupe d'un pixel selon une variante de réalisation du pixel représenté en figure 7. Les structures sont sensiblement identiques sauf que la dernière portion isolante de l'empilement 203 est remplacée par une portion réfléchissante 230. Ainsi, la portion réfléchissante 230 entoure la partie supérieure du bloc transparent 206. Cette portion réfléchissante 230 sert à réfléchir les faisceaux lumineux parasites destinés normalement aux pixels placés à côté du pixel considéré. Comme cela est représenté en figure 9, un faisceau lumineux incident incliné arrivant en surface du pixel voisin et traversant la frontière virtuelle entre ces deux pixels est réfléchi par la portion réfléchissante 230.
La portion réfléchissante 230 peut être constituée de n'importe quel matériau réfléchissant. La portion 230 est par exemple une portion métallique obtenue lors de la formation des pistes conductrices placées sur le dernier niveau d'interconnexions du circuit intégré dans lequel est placé le pixel.
Un avantage de cette structure de pixel est qu'elle permet d'éliminer les problèmes de parasitage inter-pixels.
Un tel pixel peut être obtenu selon le procédé de formation du pixel représenté en figure 7 précédemment décrit. On pourra avantageusement utiliser la portion réfléchissante 230 connue masque de gravure des niveaux d'interconnexions pour former les ouvertures destinées à héberger les blocs transparents placés au-dessus des zones photosensibles des pixels du capteur d'images.
La figure 10 est une vue en coupe d'un pixel selon une variante de réalisation du pixel décrit précédemment. La structure de ce pixel est sensiblement identique à celle du pixel représenté en figure 9 excepté qu'elle ne comprend pas de portion filtrante ni de couche planarisante placées entre la couche de passivation et la lentille supérieure. De plus, le bloc transparent placé au-dessus de la zone photosensible est constitué d'un matériau filtrant. Un tel matériau filtrant est par exemple une résine colorée. Ainsi, seuls les faisceaux lumineux ayant des longueurs d'onde situées dans une plage donnée, par exemple celle du vert, du bleu ou du rouge, peuvent atteindre la zone photosensible du pixel.
Un avantage de ce mode de réalisation est que la distance séparant l'entrée du guide d'onde et la lentille supérieure devient très petite, ce qui permet d'utiliser des lentilles fortement bombées plus faciles à fabriquer.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'empilement de portions isolantes placé au-dessus de la zone périphérique entourant la zone photosensible d'un pixel selon la présente invention peut être constitué de matériaux isolants autres que ceux classiquement utilisés pour la fabrication des niveaux d'interconnexions d'un circuit intégré comprenant des interconnexions en cuivre, c'est à dire l'oxyde de silicium et le nitrure.
De plus, on pourra prévoir de placer un pixel comportant un guide d'ondes au-dessus de sa zone photosensible dans un circuit intégré dont les niveaux d'interconnexions sont formés selon une technologie de type "aluminium", les interconnexions étant placées dans un ensemble de couches isolantes de mêmes natures. Le guide d'ondes d'un tel pixel est alors entouré d'une portion isolante annulaire sensiblement homogène placée au-dessus de la zone périphérique entourant la zone photosensible du pixel. Une fine couche présentant un indice de réfraction inférieur à celui du bloc transparent peut être placée entre le bloc transparent et la portion isolante annulaire.
En outre, quel que soit le mode de réalisation d'un pixel selon la présente invention, le bloc transparent placé au-dessus de la zone photosensible de ce pixel peut être composé d'un matériau filtrant laissant passer uniquement les faisceaux lumineux dont les longueurs d'ondes sont situées dans une plage donnée telle que celle du rouge, du vert ou du bleu.
Par ailleurs, on pourra prévoir un décalage des lentilles des pixels du centre vers l'extérieur de la matrice de façon à augmenter la sensibilité des pixels périphériques.
Claims (10)
1. Structure de pixel de capteur d'images comprenant: une zone photosensible (101, 102; 200) entourée d'une zone périphérique (103, 104; 202) placées en surface d'un substrat semiconducteur (100; 201), un empilement (111, 112; 203) de plusieurs couches isolantes présentant alternativement des indices de réfraction différents et placé au-dessus de ladite zone périphérique, une microlentille (150, 151; 210) placée au sommet du pixel afin de faire converger la lumière du pixel vers la zone photosensible, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un bloc transparent (120, 121; 206) placé sensiblement au-dessus de la zone photosensible.
2. Structure de pixel selon la revendication 1, dans 15 laquelle la lentille focalise la lumière sur un plan proche de la surface supérieure de la zone photosensible.
3. Structure de pixel selon la revendication 1, dans laquelle l'indice de réfraction dudit bloc transparent (206) est supérieur à celui des couches isolantes dudit empilement (203).
4. Structure de pixel selon la revendication 1, dans laquelle une fine couche (220) d'un matériau présentant un indice de réfraction inférieur à celui dudit bloc transparent (206) est placé entre le bloc transparent et ledit empilement (203).
5. Structure de pixel selon la revendication 1, comprenant en outre une portion réfléchissante annulaire (230) placée au-dessus dudit empilement (203), la portion réfléchissante entourant la partie supérieure dudit bloc transparent (206).
6. Structure de pixel selon la revendication 1, dans laquelle le bloc transparent (206) est constitué d'un matériau filtrant laissant passer uniquement des faisceaux lumineux présentant des longueurs d'onde situées dans une plage donnée de valeurs.
7. Structure de pixel selon la revendication 1, dans laquelle la lentille focalise la lumière sur un plan proche de la surface supérieure du bloc transparent.
8. Circuit intégré comprenant un capteur d'images constitué d'un ensemble de pixels (Pl, P2) selon la revendication 1, et un réseau d'interconnexions constitué d'un ou plusieurs niveaux d'interconnexions comprenant chacun des première et seconde couches isolantes, ledit empilement (111, 112; 203) de chaque pixel étant constitué d'au moins une paire de couches isolantes, chaque paire de couches étant de mêmes épaisseurs et de mêmes natures que les première et seconde couches isolantes d'un niveau d'interconnexions.
9. Circuit intégré selon la revendication 8, dans lequel l'épaisseur dudit empilement (111, 112) de chaque pixel est inférieure à l'épaisseur de l'ensemble des niveaux d'interconnexions (110), et dans lequel un bloc transparent supérieur (125) est placé au-dessus de l'ensemble des pixels, sur les blocs transparents (120, 121) et les empilements (111, 112) de ces pixels, l'épaisseur du bloc transparent supérieur étant telle que l'épaisseur cumulée du bloc transparent supérieur et du bloc transparent d'un pixel soit sensiblement égale à l'épaisseur de l'ensemble des niveaux d'interconnexions (110).
10. Circuit intégré selon la revendication 8, dans 25 lequel les lentilles des pixels du capteur d'images sont décalées du centre vers la périphérie du capteur.
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