FR2969821A1 - Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges - Google Patents

Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges Download PDF

Info

Publication number
FR2969821A1
FR2969821A1 FR1061198A FR1061198A FR2969821A1 FR 2969821 A1 FR2969821 A1 FR 2969821A1 FR 1061198 A FR1061198 A FR 1061198A FR 1061198 A FR1061198 A FR 1061198A FR 2969821 A1 FR2969821 A1 FR 2969821A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
photosite
charge
reading
zone
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR1061198A
Other languages
English (en)
Inventor
Francois Roy
Julien Michelot
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.)
STMicroelectronics SA
STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Original Assignee
STMicroelectronics SA
STMicroelectronics Crolles 2 SAS
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 STMicroelectronics SA, STMicroelectronics Crolles 2 SAS filed Critical STMicroelectronics SA
Priority to FR1061198A priority Critical patent/FR2969821A1/fr
Priority to US13/241,666 priority patent/US8791512B2/en
Publication of FR2969821A1 publication Critical patent/FR2969821A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/1463Pixel isolation structures
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/14641Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/14679Junction field effect transistor [JFET] imagers; static induction transistor [SIT] imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/112Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor

Landscapes

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

Abstract

Dispositif d'imagerie formé dans un substrat (8) semi-conducteur comprenant un réseau matriciel de photosites, chaque photosite comportant une zone semi-conductrice de stockage de charges (90), une zone semi-conductrice de lecture de charges (3) propre audit photosite, et des moyens de transfert de charges configurés pour autoriser un transfert de charges entre la zone de stockage de charges (90) et la zone de lecture de charges (3). Chaque photosite comprend au moins une première électrode (2) enterrée dont au moins une partie délimite au moins une partie de ladite zone de stockage de charges (90), et les moyens de transfert de charges de chaque photosite comprennent au moins deuxième une électrode enterrée (4).

Description

Dispositif d'imagerie matriciel à photosites à commandes monocoup de transfert de charges
L'invention concerne les dispositifs d'imagerie notamment à réseau matriciel de photosites, et plus particulièrement la commande groupée de la lecture des photosites. Un dispositif d'imagerie, ou capteur, est un composant électronique photosensible servant à convertir un rayonnement électromagnétique en un signal électrique analogique. Ce signal est ensuite amplifié puis numérisé par un convertisseur analogique-numérique et enfin traité pour obtenir une image numérique. Le dispositif d'imagerie met à profit l'effet photoélectrique qui permet aux photons incidents d'arracher des électrons à chaque élément actif. Un dispositif d'imagerie comprend généralement des photosites agencés en matrice, chaque photosite correspondant à un pixel d'une image. Un photosite comprend au moins une zone photosensible, notamment une photodiode, et une zone de lecture des charges accumulées dans la photodiode. Les photons captés par une photodiode d'un photosite sont convertis en paires électrons/trous. Les charges de type 1 , par exemple les trous, créées dans les zones photosensibles sont stockées dans le photosite avant d'être lues grâce à un système électronique, les charges de type 2, par exemple les électrons, sont drainées vers les zones de drains N+ Généralement, ce système électronique, qui commande la photodiode, comporte, notamment lorsque la photodiode est une photodiode totalement appauvrie («fully depleted» en langue anglaise), un transistor de transfert autorisant le transfert des charges stockées dans la photodiode vers une zone de lecture de charges. Cette zone de lecture de charges forme un noeud de mesure (« Sensing Node » en langue anglaise) au niveau duquel est connecté une électronique de contrôle classique comportant notamment un transistor de lecture.
Une photodiode fonctionne selon un cycle comprenant au moins une étape d'intégration, une étape de mesure, et une étape de réinitialisation. L'étape d'intégration correspond à la photogénération de charges et leur accumulation lors de l'exposition de la photodiode.
L'étape de mesure correspond à la génération d'un signal dépendant de la quantité de charges photogénérées accumulées dans la photodiode. L'étape de réinitialisation correspond à l'élimination des charges photogénérées. Pour réaliser une commande monocoup (« global shutter » en langue anglaise) des photosites d'un dispositif d'imagerie comprenant de photosites réalisés de manière classique avec quatre transistors associés à une photodiode, le système électronique de chaque photosite est complexifié en rajoutant notamment un cinquième transistor. Par ailleurs, il est connu par l'article de M. Funaki et al intitulé « New Global Shutter CMOS Imager with 2 Transistors per Pixel » issu de « 2008 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers » de réaliser des photosites n'utilisant que deux transistors, le premier transistor commande le transfert des charges, le second transistor commande la lecture du signal. Le signal délivré par ce transistor de lecture étant modulé par la charge transférée et stockée dans son propre caisson (« charges modulation device » en langue anglaise). Cependant, dans un tel photosite, le transfert de charges est réalisé en surface, et l'électronique de lecture comportant notamment un transistor de transfert de charges et des moyens de lecture de charges est disposée principalement sur la surface du photosite occupant une grande partie de sa surface utile et réduisant par conséquent la surface de la zone photosensible de la photodiode au sein du photosite.
Selon un mode de réalisation, il est proposé un dispositif d'imagerie comportant des photosites dont la zone photosensible est maximisée et pour lequel il est possible de réaliser une commande monocoup du transfert et de la lecture des charges.
Selon un aspect, il est proposé un dispositif d'imagerie formé dans un substrat semi-conducteur comprenant un réseau matriciel de photosites, chaque photosite comportant une zone semi-conductrice de stockage de charges, une zone semi-conductrice de lecture de charges propre audit photosite, et des moyens de transfert de charges configurés pour autoriser un transfert de charges entre la zone de stockage de charges et la zone de lecture de charges. Selon une caractéristique générale de cet aspect, chaque photosite comprend au moins une première électrode enterrée dont au moins une partie délimite au moins une partie de ladite zone de stockage de charges, et les moyens de transfert de charges de chaque photosite comprennent au moins deuxième une électrode enterrée. Les électrodes enterrées permettent de réaliser un puits de potentiel électrostatique qui assure un confinement des charges dans la profondeur du substrat du photosite et ainsi d'augmenter le volume de confinement des charges par rapport à un confinement limité en surface du photosite. Par ailleurs, l'électrode dont au moins une partie délimite au moins une partie de la zone photosensible permet d'augmenter la zone de collecte de charges, c'est-à-dire la zone de collection des trous par effet électrostatique. De préférence, la zone de stockage de charges de chaque photosite est du même type de conductivité que celui du substrat semi-conducteur et de la zone de lecture de charges, le dopage de la zone de stockage de charges étant supérieur au dopage du substrat semi- conducteur et inférieur au dopage de la zone de lecture de charges. La zone de lecture possède un volume plus petit que le volume de la zone de stockage de charges. En dopant la zone de lecture de manière plus importante que la zone de stockage de charge, il est ainsi possible de stocker la même quantité de charges dans la zone de lecture que dans la zone de stockage de charges. En créant et commandant des puits de potentiel et des barrières de potentiel il est possible de transférer les charges initialement stockées dans la zone de stockage de charges vers la zone de lecture de charges.Avantageusement, chaque photosite comprend au sein du substrat une couche dopée principale ayant le même type de conductivité que celui du substrat et située sous une couche de surface de type de conductivité opposée, la couche de surface et la couche principale formant une photodiode, et une partie de la couche principale formant la zone de stockage de charges. En effet, la jonction PN ainsi créée par cette couche de surface superposée à la couche principale forme une photodiode capable de transformer les photons incidents en photoporteurs par effet photélectrique. Une partie de la couche principale forme la zone de stockage de charges de la photodiode. Chaque photosite comprend préférentiellement des moyens de lecture aptes à mesurer les charges dans la zone de lecture et transmettre un signal correspondant. De préférence, le dispositif comprend une grille de commande disposée au-dessus de la zone de lecture de charges. Cette grille de commande permet de sélectionner le photosite à lire et de commander la lecture de la tension correspondant à la quantité de charges transférées dans la zone de lecture. De plus, les moyens de lecture comprennent préférentiellement un transistor à modulation de tension de seuil dans lequel la zone de lecture forme le caisson dudit transistor, la grille de commande forme la grille dudit transistor, une première portion de la couche de surface forme la source dudit transistor et une seconde portion de la couche de surface forme le drain dudit transistor, la première et la seconde portions de la couche de surface étant séparées par la zone de lecture, et la seconde portion de la couche de surface s'étendant le long de la photodiode. Une mesure de la tension de source du transistor à modulation de tension de seuil est réalisée lors de la lecture. Cette tension de source est une image de la tension dans le caisson dudit transistor, la tension dans le caisson étant proportionnelle au nombre de charges dans le caisson. Avantageusement, les moyens de transfert des photosites du réseau matriciel peuvent être couplés ensemble.
I1 est ainsi possible de réaliser une commande monocoup du transfert de charges pour l'ensemble des photosites du réseau matriciel du dispositif d'imagerie. De même, les moyens de modulation de charges des photosites d'une même ligne du réseau matriciel peuvent avantageusement être couplés ensemble. I1 est ainsi possible de réaliser une commande monocoup de la lecture des photosites d'une même ligne d'un réseau matriciel. Les moyens de transfert de charges peuvent avantageusement être électro-statiquement couplés avec la zone de lecture. Avantageusement, la largeur de la zone de lecture d'un photosite est définie par au moins une électrode enterrée. La largeur de la zone de lecture d'un photosite peut ainsi être définie par la première électrode enterrée, l'électrode de confinement, la deuxième électrode enterrée, l'électrode de transfert, ou bien une électrode enterrée supplémentaire, ou la combinaison d'une ou plusieurs de ces électrodes. Avantageusement, la zone de lecture d'un photosite est isolée des photosites voisins par au moins une électrode enterrée. Ainsi, la zone de lecture d'un photosite peut être isolée des autres photosites par la première électrode enterrée, l'électrode de confinement, la deuxième électrode enterrée, l'électrode de transfert, ou bien une électrode enterrée supplémentaire, ou la combinaison d'une ou plusieurs de ces électrodes.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels - La figure 1 représente schématiquement un photosite d'un dispositif d'imagerie selon un premier mode de réalisation ; - Les figures 2 à 4 illustrent des vues en coupe du photosite de la figure 1 respectivement selon les plans II-II', III-III' et IV-IV' ; - La figure 5 présente un exemple de courbe de potentiel d'un photosite d'un dispositif d'imagerie dans un plan de coupe III-III' pour le premier mode de réalisation; - La figure 6 représente schématiquement un photosite d'un dispositif d'imagerie selon un second mode de réalisation ; - Les figures 7 à 9 illustrent des vues en coupe du photosite de la figure 6 respectivement selon les plans VII-VII', VIII-VIII' et IX-IX' ; - La figure 10 présente de manière schématique un exemple de dispositif d'imagerie matriciel à photosites à commandes monocoup de transfert de charges. Sur la figure 1 est représenté de manière schématique un photosite d'un dispositif d'imagerie selon un premier mode de 15 réalisation. La représentation schématique correspond à une vue de dessus du photosite. Le photosite comprend une zone photosensible 1 délimitée au moins en partie par une électrode principale 2, et une zone de lecture de charges 3 délimitée au moins en partie par une électrode de 20 transfert de charges 4. Dans ce premier mode de réalisation, l'électrode principale 2 peut comporter une ou plusieurs électrodes. De même, l'électrode de transfert de charges 4 peut comporter une ou plusieurs électrodes. L'électrode principale 2 est conformée de manière à délimiter 25 la zone photosensible 1 à l'exception d'une zone de transfert de charges 5 délimitée par l'électrode de transfert de charges 4. La zone de transfert de charges 5 correspond à une partie de la zone photosensible adjacente la zone de lecture 3 et comprise entre deux portions de l'électrode de transfert de charges 4. 30 L'électrode principale 2 et l'électrode de transfert de charges 4 forment ainsi un ensemble quasi fermé. Au-dessus de la zone de lecture 3, est représentée en pointillé une grille de commande 6 permettant de sélectionner le photosite à lire et de commander la lecture dudit photosite. 10 La grille de commande est également représentée sur la figure 2. Sur la figure 2 a été représentée une vue en coupe du photosite de la figure 1 selon le plan II-II' coupant la zone photosensible 1.
Le photosite est réalisé dans un substrat 8 dopé P à une première valeur de dopage Psub. Deux portions de l'électrode principale 2 enterrée dans le substrat 8 délimitent la zone photosensible 1. L'électrode principale 2 comporte une grille électriquement conductrice enterrée dans la direction de la profondeur du substrat 8 et isolée du substrat 8. La zone photosensible 1 comporte une couche principale 9 dopée P à une seconde valeur de dopage Pl supérieure à la valeur de dopage Psub du substrat 8. La couche principale 9 est implantée dans le substrat 8 semi-conducteur de manière à être superposée à une couche inférieure du substrat 8a. La zone photosensible 1 comporte également une couche de surface 10 dopée N, implantée dans le substrat 8 au niveau de la surface, de manière à être superposée à la couche principale 9.
La superposition de la couche de surface 10 dopée N sur la couche principale 9 dopée P forme une photodiode comportant une jonction PN, un portion de la couche principale 9 formant la zone de stockage de charges 90. En effet, c'est dans cette portion de la couche principale 9 dopée P comprise entre la couche de surface 10, dopée N, et la couche de substrat 8a, dopée P à une valeur Psub inférieure à la valeur Pl de dopage de la couche principale 9, que les charges créées par effet photoélectrique sont stockées. Sur la figure 3 a été représentée une vue en coupe du photosite de la figure 1 selon le plan III-III' coupant à la fois la zone de lecture de charges 3 et la zone photosensible 1. On retrouve sur cette figure 3, la zone photosensible 1 réalisée dans le substrat 8 délimitée en partie par l'électrode principale 2. La zone photosensible 1 est délimitée d'autre part par la zone de lecture 3 comportant un caisson 11 semi-conducteur implanté dans la couche principale 9, et dopé P à une troisième valeur de dopage P2 supérieure à la seconde valeur de dopage Pl de la couche principale 9. Ce caisson 11 est couplé de manière électrostatique à l'électrode de transfert 4. La portion de la couche principale 9 située sous le caisson 11 semi-conducteur de la zone de lecture 3 n'est pas comprise dans la zone de stockage de charge 90. Le caisson 11 de la zone de lecture de charges 3 est destiné à recevoir les charges transférées depuis la zone de stockage de charge 90 par l'électrode de transfert de charges 4. Le caisson 11 est électriquement flottant, contrairement à un transistor classique dont le caisson est polarisé à une tension. Le caisson 11 du transistor étant flottant, la tension de polarisation intrinsèque peut ainsi être modifiée en fonction de la tension appliquée à l'électrode de transfert 4. La tension de polarisation intrinsèque du caisson peut ainsi être couplée avec l'électrode de transfert 4, ce couplage favorisant le transfert des charges de la zone de stockage de charges 90 vers la zone de lecture 3, où un puits de potentiel permet de stocker les charges dans la zone de lecture 3. Au-dessus du caisson 11 de la zone de lecture 3 est disposé la grille de commande 6 des moyens de lecture de charges photogénérées dans ce site. Le dispositif d'imagerie comprend des moyens de lecture de charges comprenant un transistor à modulation de tension de seuil. Comme illustré sur les figures 1 et 3, le caisson 11 de la zone de lecture de charges 3 forme le caisson (« body » en langue anglaise) du transistor à modulation de tension de seuil, la grille de commande 6 forme la grille du transistor, un première portion 7 de la couche de surface 10 forme la source du transistor, et une seconde portion 12 de la couche de surface 10 forme le drain du transistor.
La première portion 7 de la couche de surface 10 correspond à la couche de surface 10 comprise entre l'électrode de transfert de charges 4 et la partie apparente en surface de la zone de lecture de charges 3. La source du transistor formée par cette première portion 7 est reliée à la colonne correspondante du réseau matriciel.
La seconde portion 12 de la couche de surface 10 correspond à la couche de surface 10 comprise entre l'électrode principale 2 et la partie apparente en surface de la zone de lecture de charges 3. Le drain du transistor à modulation de tension de seuil s'étend ainsi au-dessus de la zone photosensible 1 et fixe la tension de référence de la photodiode. En fonctionnement, le photosite capte des photons dans la zone photosensible 1, et stocke les trous générés par effet photoélectrique dans la zone de stockage de charges 90 de la zone photosensible 1, avant de les transférer à l'aide de l'électrode de transfert de charges 4 vers la zone de lecture de charges 3. Une fois le transfert terminé, pour réaliser la mesure de la quantité de charges transférées, une tension d'activation de lecture est appliquée à la grille de commande 6. La lecture est alors réalisée par une mesure de la tension de la source du transistor à modulation de tension de seuil, c'est-à-dire la première portion 7, la tension de la zone de source étant une image de la tension de la zone de lecture 3, la tension de zone de lecture 3 étant définie par la quantité de charges transférées dans la zone de lecture 3.
Sur la figure 4 a été représentée une vue en coupe du photosite de la figure 1 selon le plan IV-IV' coupant la zone de lecture 3. Comme illustré sur cette figure 4, le caisson 11 semi-conducteur de la zone de lecture 3 est compris entre deux portions de l'électrode de transfert de charges 4 et superposé à la couche principale 9 semi-conductrice. L'application ou non d'un potentiel électrique à l'électrode de transfert de charges 4 permet de modifier le potentiel intrinsèque du caisson 11 et d'autoriser ou non le transfert de charges entre la zone de stockage de charges 90 et la zone de lecture 3 de charges.
La figure 5 présente un exemple de courbe de potentiel d'un photosite d'un dispositif d'imagerie dans un plan de coupe III-III' pour le premier mode de réalisation. Comme cela est illustré, en conditions d'accumulation de charges, une première tension est appliquée à l'électrode de transfert 4 de manière à créer une barrière de potentiel empêchant toute circulation de charges entre la zone photosensible 1 et la zone de lecture 3. Le puits de potentiel créé par la polarisation de l'électrode principale 2 et le dopage Pl de la couche principale 9 permet de stocker les trous créés par effet photoélectrique par les photons incidents. Lors du transfert, un second potentiel est appliqué à l'électrode de transfert 4 de manière à supprimer la barrière de potentiel, et modifier le potentiel intrinsèque de la zone de lecture 3. La modification du potentiel intrinsèque de la zone de lecture 3 est modifiée de sorte à créer un puits de potentiel plus important que le puits de potentiel de la zone photosensible 1. Ainsi le transfert des trous de la zone photosensible 1 à la zone de lecture 3 est possible. En appliquant à nouveau la première tension à l'électrode de transfert 4, la barrière de potentiel est à nouveau créée et le potentiel intrinsèque de la zone de lecture 3 est à nouveau modifié. Cependant, la zone de lecture comportant maintenant des charges, la tension de polarisation intrinsèque à la zone de lecture est différente de la tension de polarisation intrinsèque lorsque la zone de lecture 3 est vide.
L'image de cette différence de tension de polarisation est ensuite lue sur la source du transistor à modulation de tension de seuil des moyens de lecture. Sur la figure 6 est représenté de manière schématique un photosite d'un dispositif d'imagerie selon un second mode de réalisation. La représentation schématique correspond à une vue de dessus du photosite. Les éléments portant les mêmes références que les éléments des figures 1 à 4 sont similaires. Dans ce second mode de réalisation, le photosite comprend ainsi une zone photosensible 1 délimitée, d'une part, par une première partie d'une électrode principale 2 et d'autre part par des moyens de transfert de charges formés d'une paire d'électrode de transfert de charges 4, et une zone de lecture de charges 3 délimitée par l'électrode de transfert de charges 4, d'une part, et par une seconde partie de l'électrode principale 2, d'autre part. Dans ce second mode de réalisation, l'électrode principale 2 peut également comporter une ou plusieurs électrodes. L'électrode principale 2 est conformée de manière à délimiter à la fois la zone photosensible 1 et la zone de lecture de charges 3. A l'intérieur de la zone délimitée par l'électrode principale 2 est disposé la paire d'électrodes de transfert de charges 4 couplées ensemble. La zone de transfert de charges 5 correspond à une partie de la zone photosensible 1 adjacente la zone de lecture 3 et comprise entre la paire d'électrodes de transfert de charges 4. Au-dessus de la zone de lecture 3, est représenté en pointillé, la grille de commande 6 des moyens de lecture basés sur la modulation de la tension de seuil induite par les charges photogénérées dans le photosite. Sur la figure 7 a été représentée une vue en coupe du photosite de la figure 6 selon le plan VII-VII' coupant la zone photosensible 1. La coupe dans le plan VII-VII' du photosite selon le second mode de réalisation est identique à la coupe dans le plan II-II' du photosite selon le premier mode de réalisation. Sur la figure 8 a été représentée une vue en coupe du photosite de la figure 6 selon le plan VIII-VIII' coupant à la fois la zone de lecture de charges 3 et la zone photosensible 1. Comme illustré sur cette figure, les portions de la zone photosensible 1 réalisée dans le substrat 8 sont délimitées par l'électrode principale 2 et par les électrodes de transfert 4. La zone de lecture 3 comporte un caisson 11 semi-conducteur implanté dans la première couche 9 et dopé P à une troisième valeur de dopage P2 supérieure à la seconde valeur de dopage Pl de la première couche 9. Le caisson 11 de la zone de lecture 3 est délimité dans cette coupe par les deux électrodes de transfert de charges 4. Au-dessus de la zone de lecture 3 est disposé la grille de commande 6 des moyens de lecture aptes à lire la modulation de la tension du caisson 11.
Sur la figure 9 a été représentée une vue en coupe du photosite de la figure 6 selon le plan IX-IX' coupant la zone de lecture 3 et la zone photosensible 1. Comme illustré sur cette figure 9, le caisson 11 semi- conducteur de la zone de lecture 3 est compris entre une électrode de transfert de charges 4 et l'électrode principale 2, et est superposé à la couche principale 9 semi-conductrice. L'application ou non d'un potentiel électrique à la paire d'électrodes de transfert de charges 4 permet d'autoriser ou non le transfert de charges entre la zone de stockage de charges 90 et la zone de lecture 3 de charges. Sur la figure 10 est représenté de manière schématique un exemple de dispositif d'imagerie matriciel 100 à photosites 110 à commandes monocoup de transfert de charges. Le dispositif d'imagerie 100 comprend une pluralité de photosites 110 organisés selon une matrice. Dans cet exemple, chaque photosite 110 est réalisé selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. Les électrodes transfert de charges 4 des photosites 110 sont électriquement couplées ensemble de manière à ce que le transfert de charges de chaque photosite soit commandé de manière simultanée par un moyen de commande de transfert TGcontrol. De la même manière, les grilles de commande 6 des photosites 110 sont électriquement couplées ensemble de manière à ce que la mesure de la quantité de charges de chaque photosite soit réalisée de manière séquentielle via un moyen de commande de sélection du photosite CMDcontrol.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'imagerie formé dans un substrat (8) semi-conducteur comprenant un réseau matriciel de photosites, chaque photosite comportant une zone semi-conductrice de stockage de charges (90), une zone semi-conductrice de lecture de charges (3) propre audit photosite, et des moyens de transfert de charges configurés pour autoriser un transfert de charges entre la zone de stockage de charges (90) et la zone de lecture de charges (3), caractérisé en ce que chaque photosite comprend au moins une première électrode (2) enterrée dont au moins une partie délimite au moins une partie de ladite zone de stockage de charges (90), et les moyens de transfert de charges de chaque photosite comprennent au moins une deuxième une électrode enterrée (4).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la zone de stockage de charges (90) de chaque photosite est du même type de conductivité que celui du substrat (8) semi-conducteur et de la zone de lecture de charges (3), le dopage (Pl) de la zone de stockage de charges (90) étant supérieur au dopage (Psub) du substrat (8) semi- conducteur et inférieur au dopage (P2) de la zone de lecture de charges (3).
  3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque photosite comprend au sein du substrat (8) une couche dopée principale (9) ayant le même type de conductivité que celui du substrat (8) et située sous une couche de surface (10) de type de conductivité opposée, la couche de surface (10) et la couche principale (9) formant une photodiode, et une partie de la couche principale (9) formant la zone de stockage de charges (90).
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque photosite comprend des moyens de lecture aptes à mesurer la quantité de charges dans la zone de lecture (3) et transmettre un signal correspondant.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une grille de commande (6) disposée au-dessus de la zone de lecture de charges (3), et en ce que les moyens de lecture comprennent un transistor à modulation de tension de seuil dans lequel la zone de lecture (3) forme le caisson dudit transistor, la grille de commande (6) forme la grille dudit transistor, une première portion (7) de la couche de surface (10) forme la source dudit transistor et une seconde portion de la couche de surface (10) forme le drain dudit transistor, la première et la seconde portions de la couche de surface (10) étant séparées par la zone de lecture (3), et la seconde portion de la couche de surface (10) s'étendant le long de la photodiode.
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de transfert des photosites du réseau matriciel sont couplés ensemble.
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les moyens de lecture des photosites d'une même ligne du réseau matriciel sont couplés ensemble.
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de transfert de charges sont électro-statiquement couplés avec la zone de lecture (3).
  9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la largeur de la zone de lecture (3) d'un photosite est définie par au moins une électrode enterrée.
  10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la zone de lecture (3) d'un photosite est isolée des photosites voisins par au moins une électrode enterrée.
FR1061198A 2010-12-23 2010-12-23 Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges Withdrawn FR2969821A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1061198A FR2969821A1 (fr) 2010-12-23 2010-12-23 Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges
US13/241,666 US8791512B2 (en) 2010-12-23 2011-09-23 Matrix imaging device having photosites with global shutter charge transfer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1061198A FR2969821A1 (fr) 2010-12-23 2010-12-23 Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2969821A1 true FR2969821A1 (fr) 2012-06-29

Family

ID=44146328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1061198A Withdrawn FR2969821A1 (fr) 2010-12-23 2010-12-23 Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8791512B2 (fr)
FR (1) FR2969821A1 (fr)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2969821A1 (fr) * 2010-12-23 2012-06-29 St Microelectronics Sa Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges
DE102013110695A1 (de) * 2012-10-02 2014-04-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Bildsensor, Verfahren zum Betreiben desselben und Bildverarbeitungssystem mit demselben
FR3000606B1 (fr) * 2013-01-02 2015-01-30 Commissariat Energie Atomique Capteur d'image
CN104347420B (zh) * 2013-08-07 2018-06-01 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 Ldmos器件及其形成方法
FR3027732B1 (fr) 2014-10-27 2016-12-23 Commissariat Energie Atomique Capteur d'image a electrodes verticales
FR3036850A1 (fr) 2015-06-01 2016-12-02 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'image de type "face arriere" ayant une faible reflectivite
FR3043250A1 (fr) 2015-10-30 2017-05-05 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'image
CN106981495B (zh) * 2016-01-15 2019-10-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种cmos图像传感器及其制作方法
FR3049389A1 (fr) * 2016-03-22 2017-09-29 St Microelectronics Crolles 2 Sas Mur d'isolement et son procede de fabrication
FR3052297A1 (fr) 2016-06-06 2017-12-08 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'image de type a obturation globale
FR3052296A1 (fr) * 2016-06-06 2017-12-08 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'image de type a obturation globale
US10432883B1 (en) 2018-06-12 2019-10-01 Semiconductor Components Industries, Llc Backside illuminated global shutter pixels
FR3094571B1 (fr) * 2019-03-27 2022-04-29 St Microelectronics Crolles 2 Sas Dispositif électronique à photodiode
US10741593B1 (en) 2019-05-24 2020-08-11 Omnivision Technologies, Inc. Vertical transfer gate storage for a global shutter in an image sensor
FR3105581A1 (fr) * 2019-12-19 2021-06-25 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Photodiode comprenant une zone mémoire
US11923465B2 (en) 2019-12-19 2024-03-05 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Photodiode comprising a memory area

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050285165A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Fujitsu Limited Threshold voltage modulation image sensor
JP2006147758A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Sony Corp 固体撮像装置およびその製造方法
FR2930676A1 (fr) * 2008-04-24 2009-10-30 St Microelectronics Crolles 2 Capteur d'image de tres faibles dimensions
EP2216817A1 (fr) * 2009-02-05 2010-08-11 STMicroelectronics (Crolles 2) SAS Capteur d'images à semiconducteur à éclairement par la face arrière

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0714042B2 (ja) * 1986-02-26 1995-02-15 三菱電機株式会社 固体撮像素子
US5410175A (en) * 1989-08-31 1995-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Monolithic IC having pin photodiode and an electrically active element accommodated on the same semi-conductor substrate
JPH0818093A (ja) * 1994-06-30 1996-01-19 Sony Corp 半導体受光素子及び半導体装置並びにそれらの作製方法
US5627082A (en) * 1995-03-29 1997-05-06 Texas Instruments Incorporated High thermal resistance backfill material for hybrid UFPA's
JPH09162320A (ja) * 1995-12-08 1997-06-20 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体パッケージおよび半導体装置
US6051857A (en) * 1998-01-07 2000-04-18 Innovision, Inc. Solid-state imaging device and method of detecting optical signals using the same
US6177333B1 (en) * 1999-01-14 2001-01-23 Micron Technology, Inc. Method for making a trench isolation for semiconductor devices
US20030089929A1 (en) * 2001-02-14 2003-05-15 Rhodes Howard E. Trench photosensor for a CMOS imager
US7384854B2 (en) * 2002-03-08 2008-06-10 International Business Machines Corporation Method of forming low capacitance ESD robust diodes
US7002231B2 (en) * 2004-02-02 2006-02-21 Micron Technology, Inc. Barrier regions for image sensors
EP1976014B1 (fr) * 2004-07-20 2011-01-05 Fujitsu Semiconductor Limited Dispositif d'imagerie CMOS
US7297995B2 (en) * 2004-08-24 2007-11-20 Micron Technology, Inc. Transparent metal shielded isolation for image sensors
KR100630704B1 (ko) * 2004-10-20 2006-10-02 삼성전자주식회사 비평면 구조의 트랜지스터를 구비한 cmos 이미지 센서및 그 제조 방법
US7659564B2 (en) * 2006-02-14 2010-02-09 International Business Machines Corporation CMOS imager photodiode with enhanced capacitance
WO2007094493A1 (fr) * 2006-02-14 2007-08-23 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Phototransistor à effet de champ et photodétecteur intégré l'utilisant
JP2007317939A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像素子及びその製造方法
KR100837271B1 (ko) * 2006-08-10 2008-06-12 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 그 제조방법
RU2468474C2 (ru) * 2007-04-24 2012-11-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Фотодиоды и их изготовление
KR100868651B1 (ko) * 2007-05-17 2008-11-12 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법
US8227310B2 (en) * 2008-08-06 2012-07-24 International Business Machines Corporation Integrated circuits comprising an active transistor electrically connected to a trench capacitor by an overlying contact and methods of making
IT1392366B1 (it) * 2008-12-17 2012-02-28 St Microelectronics Rousset Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione
US8159015B2 (en) * 2010-01-13 2012-04-17 International Business Machines Corporation Method and structure for forming capacitors and memory devices on semiconductor-on-insulator (SOI) substrates
US8318574B2 (en) * 2010-07-30 2012-11-27 International Business Machines Corporation SOI trench DRAM structure with backside strap
FR2969821A1 (fr) * 2010-12-23 2012-06-29 St Microelectronics Sa Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges
US8946795B2 (en) * 2011-03-17 2015-02-03 Omnivision Technologies, Inc. Backside-illuminated (BSI) image sensor with reduced blooming and electrical shutter
US8343864B2 (en) * 2011-03-28 2013-01-01 International Business Machines Corporation DRAM with schottky barrier FET and MIM trench capacitor
US8525245B2 (en) * 2011-04-21 2013-09-03 International Business Machines Corporation eDRAM having dynamic retention and performance tradeoff
US8642423B2 (en) * 2011-11-30 2014-02-04 International Business Machines Corporation Polysilicon/metal contact resistance in deep trench

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050285165A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Fujitsu Limited Threshold voltage modulation image sensor
JP2006147758A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Sony Corp 固体撮像装置およびその製造方法
FR2930676A1 (fr) * 2008-04-24 2009-10-30 St Microelectronics Crolles 2 Capteur d'image de tres faibles dimensions
EP2216817A1 (fr) * 2009-02-05 2010-08-11 STMicroelectronics (Crolles 2) SAS Capteur d'images à semiconducteur à éclairement par la face arrière

Also Published As

Publication number Publication date
US8791512B2 (en) 2014-07-29
US20120161213A1 (en) 2012-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2969821A1 (fr) Dispositif d'imagerie matriciel a photosites a commandes monocoup de transfert de charges
EP3188238B1 (fr) Pixel de détection de temps de vol
CN108391450B (zh) 解调像素元件、像素元件阵列以及结合它们的光电元件
US6388243B1 (en) Active pixel sensor with fully-depleted buried photoreceptor
TWI569435B (zh) 具有介電電荷捕捉裝置之影像感測器
FR2930676A1 (fr) Capteur d'image de tres faibles dimensions
EP3381057B1 (fr) Dispositif de photo-détection comportant des tranchées à revêtement de grande bande interdite et procédé de fabrication
FR2884351A1 (fr) Procede de fabrication d'un circuit integre comprenant une photodiode et circuit integre correspondant.
FR2986906A1 (fr) Structure de pixel actif a transfert de charge ameliore
FR2959320A1 (fr) Detecteur de rayonnement electromagnetique a selection de gamme de gain
FR3030885A1 (fr) Capteur d'image en couleurs avec pixels blancs et pixels colores
FR3065320A1 (fr) Pixel de detection de temps de vol
EP2071628B1 (fr) Dispositif microélectronique photosensible avec multiplicateurs par avalanche
EP3155661B1 (fr) Procédé d'acquisition d'images au moyen d'un capteur d'images cmos
FR2963163A1 (fr) Procede de reinitialisation d'un photosite et photosite correspondant
EP3155662B1 (fr) Structure de circuit de lecture à injection de charge
EP3240030B1 (fr) Dispositif de photo-détection à réseau inter-diodes sur-dopé et procédé de fabrication
WO2010130950A1 (fr) Capteur d'image integre a tres grande sensibilite
FR3001578A1 (fr) Matrice de photodiode a zone dopee absorbant les charges
FR3105577A1 (fr) Capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière, et procédé d’acquisition d’un flux lumineux correspondant
EP2909861A1 (fr) Capteur d'image a efficacite quantique amelioree dans les grandes longueurs d'onde
FR2966678A1 (fr) Dispositif d'imagerie en particulier du type cmos a report et integration.
FR2971887A1 (fr) Photosite a transfert de charges amélioré
EP4325573A1 (fr) Double ctia pour photodiode non clampée
WO2023122402A1 (fr) Capteur de silicium à large bande

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse

Effective date: 20140829