FR2984607A1 - Capteur d'image a photodiode durcie - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un capteur d'image comprenant une matrice de pixels (310), chaque pixel comprenant, dans un substrat (312) d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité, une première région (318) dopée d'un second type de conductivité en surface du substrat ; une tranchée (314) isolante entourant la première région ; une deuxième région (322) dopée du premier type de conductivité, plus fortement dopée que le substrat, en surface du substrat et entourant la tranchée ; une troisième région (327), dopée du second type de conductivité, formant avec le substrat une jonction de photodiode, s'étendant en profondeur dans le substrat sous les première et deuxième régions et étant reliée à la première région ; et une quatrième région (328), plus faiblement dopée que les deuxième et troisième régions, interposée entre les deuxième et troisième régions et au contact de la première région et/ou de la troisième région.

Description

B11391 - 11-GR3-0871FR01 1 CAPTEUR D'IMAGE À PHOTODIODE DURCIE Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale des photodétecteurs réalisés de façon intégrée, par exemple des photodétecteurs d'un capteur d'image. Plus particulièrement, la présente invention concerne la protection - ou durcissement - de tels photodétecteurs vis-à-vis de rayonnements ionisants. Exposé de l'art antérieur Les capteurs d'image peuvent comprendre des sites photosensibles et des transistors formés dans un substrat semiconducteur, par exemple du silicium. Plus particulièrement, de tels capteurs d'image comprennent un réseau de pixels, chaque pixel comprenant au moins une photodiode comportant une jonction P-N formée dans le substrat. Les photons qui atteignent le pixel peuvent entraîner la formation de paires électron/trou dans le substrat. Les paires électron/trou peuvent se former dans la zone de déplétion de la photodiode. Le champ électrique présent dans la zone de déplétion dirige alors les électrons vers la région dopée de type N et les trous vers la région dopée de type P. Les paires électron/trou peuvent se former dans le substrat dans une région dopée de type P ou de type N. Lorsqu'une paire électron/trou se forme à une distance de la zone de déplétion inférieure à la distance de diffusion des porteurs minoritaires, B11391 - 11-GR3-0871FR01 2 le porteur minoritaire (l'électron ou le trou) peut diffuser jusqu'à la zone de déplétion. Le champ électrique présent dans la zone de déplétion dirige alors le porteur minoritaire vers la région de type P ou de type N où il est porteur majoritaire. La collecte des électrons et des trous par la photodiode se traduit par la variation de la tension aux bornes de la photodiode qui peut être mesurée. L'efficacité quantique du pixel correspond au rapport entre le nombre d'électrons qui peuvent être collectés par la photodiode et le nombre de photons atteignant le pixel. Il est souhaitable que l'efficacité quantique soit la plus grande possible. Le courant d'obscurité du pixel correspond au signal fourni par la photodiode en l'absence d'éclairement. Il résulte de la formation de paires électron/trou dans le pixel en l'absence d'éclairement qui peuvent être collectées par la photodiode. L'agitation thermique entraîne de façon générale la formation de paires électron/trou dans le substrat. La présence de défauts à l'interface entre le substrat semiconducteur et une portion d'un matériau isolant augmente la vitesse de formation des paires électron/trou dans le substrat au niveau de cette interface, en particulier dans une zone de déplétion. C'est le cas notamment à l'interface entre le substrat semiconducteur et la couche isolante recouvrant le substrat ou à l'interface entre le substrat semiconducteur et des tranchées d'isolement formées dans le substrat pour isoler des régions dopées. Les capteurs d'images peuvent être soumis à un rayonnement ionisant, par exemple un rayonnement gamma, en particulier lorsqu'ils sont utilisés pour des applications spatiales. Le courant d'obscurité du pixel peut varier sous l'effet du rayonnement ionisant. Deux phénomènes peuvent entraîner une variation du courant d'obscurité. Premièrement, l'état des interfaces entre les portions isolantes et le substrat semiconducteur peut se dégrader sous l'action du B11391 - 11-GR3-0871FR01 3 rayonnement ionisant, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de formation de paires électron/trou à ces interfaces. Deuxièmement, le rayonnement ionisant peut entraîner la formation de charges positives dans les portions isolantes du pixel. Par effet électrostatique, ces charges positives repoussent les trous présents à l'interface des régions dopées de type P. Ceci entraîne une augmentation locale des dimensions de la zone de déplétion dans la région dopée de type P à proximité de l'interface avec la portion isolante et donc une augmentation du nombre de paires électron/trou formées en l'absence d'éclairement à l'interface entre le substrat et la portion isolante dans la zone de déplétion. Le durcissement du pixel vise notamment à réduire la variation du courant d'obscurité du pixel en présence d'un 15 rayonnement ionisant. Le pixel d'un capteur d'image peut comprendre les trois composants électroniques suivants : la photodiode, un transistor de lecture des charges, un transistor de réinitialisation, et un transistor de sélection. La photodiode a 20 pour rôle de collecter et de stocker les charges photogénérées dans le pixel (par exemple le stockage des électrons). La photodiode est connectée au transistor de lecture des charges (transistor monté en suiveur) et au transistor de réinitialisation. Le transistor de sélection ligne permet une 25 lecture séquentielle ligne par ligne. Pour de nombreux capteurs d'images, le substrat est dopé d'un premier type de conductivité et la photodiode du pixel est obtenue en formant, en surface du substrat, une région dopée du second type de conductivité. La région dopée est isolée 30 latéralement par une tranchée d'isolement formée dans le substrat. Une augmentation de l'efficacité quantique de la photodiode peut être obtenue par une augmentation de la surface de la jonction P-N, c'est-à-dire par une extension latérale de la région dopée. Toutefois, ceci entraîne une augmentation des 35 dimensions de la tranchée d'isolement. On obtient alors une B11391 - 11-GR3-0871FR01 4 augmentation du courant d'obscurité et une augmentation de la sensibilité du courant d'obscurité aux rayonnements ionisants. Un besoin existe donc d'obtenir une photodiode ayant simultanément une efficacité quantique élevée et une sensibilité 5 réduite du courant d'obscurité aux rayonnements ionisants. Résumé Des modes de réalisation de la présente invention visent à traiter au moins partiellement un ou plusieurs des problèmes de l'art antérieur. 10 Ainsi, un exemple de réalisation de la présente invention prévoit un capteur d'image comprenant une matrice de pixels, chaque pixel comprenant dans un substrat d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité, une première région dopée d'un second type de conductivité en 15 surface du substrat ; une tranchée en un matériau isolant entourant la première région ; une deuxième région dopée du premier type de conductivité, plus fortement dopée que le substrat, en surface du substrat et entourant la tranchée ; une troisième région, dopée du second type de conductivité, formant 20 avec le substrat une jonction de photodiode, s'étendant en profondeur dans le substrat sous les première et deuxième régions et étant au contact de la première région ou reliée à la première région par une ou plusieurs régions supplémentaires du second type de conductivité ; et une quatrième région dopée du 25 premier ou du second type de conductivité, plus faiblement dopée que les deuxième et troisième régions, interposée entre les deuxième et troisième régions et au contact de la première région et/ou de la troisième région. Selon un exemple de réalisation, le rapport entre le 30 périmètre latéral extérieur de la tranchée et le périmètre latéral extérieur de la troisième région est inférieur ou égal à 5. Selon un exemple de réalisation, la concentration de dopants de la quatrième région est inférieure ou égale à 35 1016 atomes/cm3.
B11391 - 11-GR3-0871FR01 Selon un exemple de réalisation, la concentration de dopants de la deuxième région est supérieure ou égale à 1017 atomes/cm3. Selon un exemple de réalisation, la concentration de 5 dopants de la troisième région est supérieure ou égale à 1016 atomes/cm3. Selon un exemple de réalisation, la concentration de dopants du substrat est inférieure ou égale à 1016 atomes/cm3. Selon un exemple de réalisation, la concentration de 10 dopants de la première région est supérieure à la concentration de dopants de la troisième région. Selon un exemple de réalisation, le capteur d'image comprend une cinquième région du second type de conductivité interposée entre la première région et la troisième région, la 15 concentration de dopants de la cinquième région étant inférieure à la concentration de dopants de la première région et supérieure ou égale à la concentration de dopants de la troisième région. Un exemple de réalisation de la présente invention 20 prévoit également une caméra comprenant un capteur d'image, tel que défini précédemment, adapté à fournir des images et un dispositif de mémorisation desdites images. Un exemple de réalisation de la présente invention prévoit également un procédé de fabrication d'un capteur d'image 25 comprenant une matrice de pixels, le procédé comprenant les étapes suivantes, réalisées pour chaque pixel dans un substrat d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité : former une première région dopée d'un second type de 30 conductivité en surface du substrat ; former une tranchée en un matériau isolant entourant la première région ; former une deuxième région dopée du premier type de conductivité, plus fortement dopée que le substrat, en surface 35 du substrat et entourant la tranchée ; B11391 - 11-GR3-0871FR01 6 former une troisième région dopée du second type de conductivité, formant avec le substrat une jonction de photodiode, s'étendant en profondeur dans le substrat sous les première et deuxième régions et étant au contact de la première région ou reliée à la première région par une ou plusieurs régions du second type de conductivité ; et former une quatrième région dopée du premier ou du second type de conductivité, plus faiblement dopée que les deuxième et troisième régions, interposée entre les deuxième et troisième régions et au contact de la première région et/ou de la troisième région. Selon un exemple de réalisation, la quatrième région est dopée du second type de conductivité, les troisième et quatrième régions étant formées par une seule étape 15 d'implantation de dopants du second type de conductivité. Selon un exemple de réalisation, le procédé comprend, en outre, l'étape de formation d'une cinquième région du second type de conductivité interposée entre la première région et la troisième région, la concentration de dopants de la cinquième 20 région étant inférieure à la concentration de dopants de la première région et supérieure ou égale à la concentration de dopants de la troisième région, la cinquième région étant obtenue par plusieurs implantations de dopants du second type de conductivité ayant des énergies d'implantations différentes. 25 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres 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 : 30 la figure 1 est une coupe schématique d'un exemple de photodiode formée dans un substrat ; la figure 2 est une vue schématique de dessus du substrat de la photodiode de la figure 1 ; les figures 3 et 4 sont des coupes schématiques 35 d'autres exemples de photodiodes ; B11391 - 11-GR3-0871FR01 7 la figure 5 est un exemple de réalisation de photodiode durcie ; la figure 6 représente l'évolution de la concentration de dopants en fonction de la profondeur de la photodiode durcie 5 de la figure 5 selon la ligne VI-VI ; et la figure 7 représente un autre exemple de réalisation de photodiode durcie. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été 10 désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. En outre, seuls les éléments nécessaires à la compréhension des exemples de réalisation ont été représentés. 15 La figure 1 est une vue en coupe illustrant un pixel 10 d'un capteur d'image comprenant une photodiode 11 formée dans un substrat 12 d'un matériau semiconducteur, par exemple du silicium. Le capteur d'image peut comprendre une matrice de pixels. Le substrat peut être une couche 12 de silicium 20 faiblement dopée de type P (P-), par exemple une couche épitaxiée formée sur une tranche de silicium. Le substrat 12 comprend une face supérieure 13. La figure 2 est une vue schématique de dessus de la surface 13. La photodiode 11 est prévue en surface du substrat 12 25 et est délimitée par une tranchée d'isolement 14. La tranchée d'isolement 14 est composée d'un matériau isolant, par exemple du dioxyde de silicium, et peut être du type STI (acronyme anglais pour Shallow Trench Isolation). La tranchée d'isolement 14 peut être disposée en vue de dessus selon un carré ou un 30 rectangle. La photodiode 11 comprend une région 16 dopée de type N formée dans le substrat 12 dans l'ouverture délimitée par la tranchée d'isolement 14. Une région 18 fortement dopée de type N (Nt) est prévue en surface de la région 16 pour faciliter la réalisation d'un contact ohmique. La face 13 du substrat 12 est 35 recouverte d'un empilement 20 de couches isolantes, par exemple B11391 - 11-GR3-0871FR01 8 en dioxyde de silicium. Des pistes et vias conducteurs, non représentés, sont formés dans l'empilement 20 de couches isolantes et connectent notamment les bornes de la photodiode 11. En outre, les autres composants électroniques du pixel ne sont pas représentés. Une région 22 fortement dopée de type P (P+) est prévue en surface du substrat 12 autour de la tranchée d'isolement 14. Une zone de déplétion 24 se forme à la jonction entre la région 16 et le substrat 12. Les limites de la zone de déplétion 24 sont représentées de façon schématique par des lignes en trait tireté en figure 1. Lorsque des rayons lumineux atteignent le pixel 10, des paires électron/trou se forment dans le substrat 12. Les charges photogénérées dans la zone de déplétion 24 sont collectées et stockées dans la jonction P-N avec une efficacité maximale. Les charges photogénérées en dehors de la zone de déplétion 24 sont collectées suite au mécanisme de diffusion des porteurs minoritaires dans les régions dopées de type P. L'efficacité de collection des charges s'en trouve donc diminuée et l'efficacité quantique du pixel est dégradée. Statis- tiquement, les électrons photogénérés à une distance de la zone de déplétion 24 inférieure à la distance de diffusion des porteurs minoritaires sont collectés par la photodiode 11. L'efficacité quantique du pixel 10 représenté en figure 1 dépend notamment de la surface de la jonction P-N entre la région 16 et le substrat 12. Le courant d'obscurité du pixel 10 est dû aux charges collectées par la photodiode 11 en l'absence d'éclairement. En effet, les défauts électriquement actifs aux interfaces silicium/oxyde sont à l'origine de la création des paires électron/trou. Sur la figure 1, deux types d'interface sont représentés, l'interface couche isolante 20/substrat 12 de silicium et l'interface tranchée d'isolation 14/substrat 12 de silicium. Une solution efficace pour limiter le courant d'obscurité à l'interface oxyde d'isolation/silicium est de créer une région ayant une forte concentration en trous ou en B11391 - 11-GR3-0871FR01 9 électrons à cette interface. Cette région est réalisée par un renforcement du dopage de type P (région 22) ou de type N (région 18). En revanche la zone de déplétion 24 d'une jonction P-N à l'interface oxyde/silicium est par définition une zone sans porteurs libres et est donc une zone à très fort taux de génération de courant d'obscurité. Les paires électron/trou qui se forment dans le matériau semiconducteur de la zone de déplétion 24 au contact de la tranchée d'isolement 14 peuvent être collectées par la photodiode 11.
Il est possible de réaliser au sein d'un même pixel plusieurs photodiodes 11 telles que représentées en figure 1 pour accroître l'efficacité quantique. Il est, en outre, possible d'accroître les dimensions de chaque photodiode 11. La figure 3 représente un exemple de pixel 110 15 comprenant une photodiode 111 à efficacité quantique améliorée. Chaque élément de la figure 3 identique ou similaire à un élément de la figure 1 par sa structure ou sa fonction est désigné par la référence utilisée en figure 1 précédée du chiffre "1". La photodiode 111 illustrée en figure 3 se 20 distingue de la photodiode 11 illustrée en figure 1 par les dimensions transversales de la tranchée d'isolement 114, de la région 116 dopée de type N et de de type N. Un la région 118 fortement dopée inconvénient de la photodiode 111 est que la 25 surface de la tranchée d'isolement 114 au contact du matériau semiconducteur et, en particulier, au contact de la zone de déplétion 124 de la photodiode 111 est augmentée. Ceci entraîne, en présence de rayonnement ionisant, une augmentation du courant d'obscurité. Le même inconvénient se produit lorsqu'on augmente 30 le nombre de photodiodes 11 par pixel. Pour accroître l'efficacité quantique de la photodiode sans augmenter la surface des tranchées d'isolement, une possibilité consiste à ne pas modifier les dimensions de la tranchée d'isolement 14 de la photodiode 11 représentée en B11391 - 11-GR3-0871FR01 10 figure 1 et d'accroître seulement les dimensions latérales de la région 16 dopée de type N. La figure 4 est une vue en coupe illustrant une photodiode 210 ayant une efficacité quantique améliorée sans augmentation du courant d'obscurité. Chaque élément de la figure 4, identique ou similaire à un élément de la figure 1 par sa structure ou sa fonction, est désigné par la référence utilisée en figure 1 précédée du chiffre "2". Les dimensions des tranchées d'isolement 214 et de la région 218 fortement dopée de type N sont identiques à celles de la photodiode 11. La région 216 s'étend latéralement au-delà de la tranchée d'isolement 214. Une zone de déplétion 226 se forme donc à la jonction P-N entre la région 222 fortement dopée de type P et la région 216 de type N autour de la tranchée d'isolement 214. La limite de la zone de déplétion 226 est représentée de façon schématique en figure 4 par une ligne en trait tireté. Le procédé de fabrication de la région 216 correspond généralement à un procédé de formation d'une structure appelée "caisson" comprenant des implantations successives à des énergies d'implantation différentes et qui conduit à la formation d'une région dont la concentration de dopants est sensiblement constante sur la majorité de la profondeur de la région 216.
D'une façon générale, l'épaisseur W d'une zone de déplétion est donnée par la relation (1) suivante : sgs0 1 1 W = \12 ( + (V0 - V) q NA ND où so est la permittivité diélectrique du vide, ES est la permittivité relative diélectrique du matériau semiconducteur, q est la charge d'un électron, ND est la concentration de dopants de type N (par exemple le phosphore) de la région dopée de type N formant la jonction P-N, NA est la concentration de dopants de type P (par exemple le bore) de la région dopée de type P formant la jonction P-N, V0 est la tension induite par la (1) B11391 - 11-GR3-0871FR01 11 formation de la zone de déplétion de la photodiode lorsque la photodiode n'est pas polarisée et V est la tension de polarisation de la photodiode. La zone de déplétion s'étend davantage dans la région la plus faiblement dopée formant la jonction P-N. De ce fait, la zone de déplétion 226 résultant de la jonction P-N entre la région 222 de type P et la région 216 de type N est étroite, par exemple inférieure à 100 nm, puisque les concentrations de dopants sont élevées dans ces régions, par exemple de l'ordre de 1018 atomes/cm3, pour la région 222 de type P et de l'ordre de 1018 atomes/cm3 pour la région 216 de type N. La capacité de jonction C associée à une zone de déplétion est donnée par la relation (2) suivante : C = EsA (2) où A est la surface de la jonction P-N, c'est-à-dire la surface de contact entre les régions de type P et de type N. La capacité de jonction C est donc directement dépendante de la surface A et inversement dépendante de la largeur W de la zone de déplétion.
Afin de maximiser le gain de conversion de la charge en tension, la capacité de la jonction P-N doit être la plus faible possible. De ce fait, pour la photodiode 211, un compromis doit être trouvé entre l'augmentation de l'efficacité quantique de la 25 photodiode 211 et l'augmentation résultante de la capacité de jonction de la photodiode 211. La figure 5 représente un exemple de réalisation d'une photodiode 311 d'un pixel 310 ayant simultanément une efficacité quantique améliorée, une faible variation du courant d'obscurité 30 en présence d'un rayonnement ionisant, et une capacité de jonction dont l'augmentation est réduite et maitrisée. Chaque élément de la figure 5, identique ou similaire à un élément de la figure 1 par sa structure ou sa fonction, est désigné par la référence utilisée en figure 1 précédée du chiffre "3".
B11391 - 11-GR3-0871FR01 12 Par rapport à la photodiode 211 illustrée en figure 4, la région 316 de la photodiode 311 a des dimensions latérales réduites et s'étend peu latéralement au-delà de la tranchée d'isolement 314. La photodiode 311 comprend, sous la région 316 5 et au contact de celle-ci, une région 327 de type N qui forme une jonction P-N avec le substrat 312. La région 327 de type N peut avoir la même concentration de dopants que la région 316 de type N ou être plus faiblement dopée que la région 316. Une région 328 faiblement dopée de type N (N-) est interposée entre 10 la région 322 de type P et la région 327 de type N. La région 328 forme une jonction P-N avec la région 322. Une zone de déplétion 330 se forme à la jonction entre la région 327 et le substrat 312 et une zone de déplétion 332 se forme à la jonction entre les régions 324 et 313. Les limites des zones de déplétion 15 330 et 332 sont représentées par des lignes en trait tireté en figure 5. A titre d'exemple, des ordres de grandeur des concentrations de dopants sont les suivants : région 322 dopée de type P : 1018 atomes/cm3 20 région 327 dopée de type N : 1016 atomes/cm3 région 316 dopée de type N : 1018 atomes/cm3 région 328 faiblement dopée de type N : 1015 atomes/cm3 ; région 318 fortement dopée de type N : 1019 atomes/cm3 ; et région 312 faiblement dopée de type P : 1015 atomes/cm3. 25 A titre d'exemple, des ordres de grandeur des profondeurs des régions dopées par rapport à la face 313 du substrat 312 sont les suivants : région 322 dopée de type P : 0,1 fun ; tranchée d'isolement 314 : 0,3 fun ; 30 région 327 dopée de type N : de 1,5 à 2 fun ; région 316 dopée de type N : de 0,5 à 1,5 fun ; région 328 faiblement dopée de type N : de 0,5 à 1 }.un ; région 318 fortement dopée de type N : 0,3 fun ; et B11391 - 11-GR3-0871FR01 13 région 312 faiblement dopée de type P : supérieure à 3 um. Le pixel 310 peut comprendre plusieurs photodiodes 311. A titre de variante, le pixel 310 peut comprendre une seule région 327 et plusieurs ensembles comportant chacun la tranchée d'isolement 314 et les régions 316, 318 dopées de type N. Les régions 316 de ces ensembles sont alors au contact de la région 327 en différents emplacements. Un exemple de procédé de fabrication de la photodiode 10 311 du pixel 310 comprend les étapes suivantes : formation du substrat 312 sur une tranche de silicium par épitaxie ; formation de la tranchée d'isolement 314 ; formation des régions 327 et 328 dopées de type N, par 15 exemple, par une seule étape d'implantation avec une énergie d'implantation de 400 KeV à 2 MeV et une dose de phosphore de 1011 à 1012 atomes/cm2 ; formation de la région 316 dopée de type N, par plusieurs implantations successives ; 20 formation de la région 318 fortement dopée de type N ; formation de la région 322 fortement dopée de type P qui délimite la région 328 faiblement dopée de type N ; et formation de l'empilement 320 de couches isolantes et des pistes et vias conducteurs. 25 L'ordre de certaines des étapes du procédé de fabrication décrit précédemment peut être modifié. La figure 6 représente l'évolution de la concentration (Conc) de dopants en fonction de la profondeur mesurée à partir de la surface 313 du substrat 312 au niveau de la ligne 6-6 de 30 la figure 5 lors de la mise en oeuvre du procédé de fabrication décrit précédemment. La région 328 faiblement dopée de type N peut être réalisée simultanément à la région 327 plus fortement dopée de type N. En effet, l'étape d'implantation de dopants de type N 35 est réalisée par implantations multiples en dose et en énergie B11391 - 11-GR3-0871FR01 14 entraînant la formation d'une zone 334, où la concentration de dopants de type N est maximale, précédée d'une zone 336 où la concentration de dopants de type N est inférieure à la concentration maximale et qui s'étend jusqu'à la surface 313. La région 327 correspond alors au pic de concentration de dopants de type N. L'implantation de dopants de type P entraîne la formation de la région 322 et délimite la région 328 de type N faiblement dopée. L'implantation de dopants de type P peut être réalisée avant ou après l'étape d'implantation de dopants de type N pour la formation des régions 327 et 328. Le procédé a l'avantage d'avoir un nombre réduit d'étapes supplémentaires par rapport au procédé de fabrication de la photodiode 11 représentée en figure 1. Etant donné que la concentration de dopants de la région 328 de la photodiode 311 est faible, par exemple d'un facteur mille, par rapport à la concentration de dopants de la région 216 de la photodiode 211, l'épaisseur de la zone de déplétion 332 est supérieure, par exemple d'un facteur trente, à l'épaisseur de la zone de déplétion 226 de la photodiode 211 représentée en figure 4. A titre d'exemple, l'épaisseur totale de la zone de déplétion 334 peut être supérieure à 1 pin. De ce fait, la capacité de la jonction P-N entre les régions 322 et 328 est faible et augmente peu la capacité totale de la photodiode 311.
En outre, l'efficacité de collection des charges de la photodiode est principalement définie par la zone de déplétion 330 qui se forme à la jonction entre la région 327 et le substrat 312. Comme les régions 316 et 318 participent peu à l'efficacité de collection de la photodiode 311, les dimensions de la tranchée d'isolement 314 et de la région 318 peuvent être réduites au minimum en tenant compte des contraintes dues aux procédés utilisés pour la fabrication de la photodiode 311. Ceci permet de réduire la valeur du courant d'obscurité dû à la tranchée d'isolement 314 et également la sensibilité du courant d'obscurité au rayonnement ionisant. A titre d'exemple, le B11391 - 11-GR3-0871FR01 15 rapport entre le périmètre latéral extérieur de la région 327 dopée de type N et le périmètre latéral extérieur de la tranchée 314 est supérieur ou égal à vingt, par exemple supérieur ou égal à cent.
Les dimensions latérales de la région 316 peuvent être les plus petites dimensions possibles autorisées par les procédés utilisés pour la fabrication de la photodiode 311. Toutefois, les contraintes dues à la technologie de fabrication de la photodiode 311 peuvent imposer que la région 316 s'étende latéralement au-delà de la tranchée d'isolement 314 comme cela est représenté en figure 5. Une jonction P-N est alors présente entre la région 322 fortement dopée de type P et la région 316 dopée de type N. La zone de déplétion 337 associée à cette jonction P-N est nettement plus étroite que la zone de déplétion 330. De ce fait, l'augmentation résultante du courant d'obscurité est réduite. En outre, la surface de la jonction entre la région 322 fortement dopée de type P et la région 316 dopée de type N étant réduite, sa contribution à la capacité totale de la photodiode 311 est réduite.
La figure 7 représente un autre exemple de réalisation d'une photodiode 411 d'un pixel 410 ayant simultanément une efficacité quantique améliorée, une faible variation du courant d'obscurité en présence d'un rayonnement ionisant, et une capacité de jonction réduite. Chaque élément de la figure 5, identique ou similaire par sa structure ou sa fonction à un élément de la figure 1, est désigné par la référence utilisée en figure 1 précédée du chiffre "4". La photodiode 411 a une structure analogue à la photodiode 311 à la différence que la région 328 faiblement 30 dopée de type N est remplacée par une région 428 faiblement dopée de type P (P-). La région 428 peut être réalisée par une étape d'implantation spécifique de dopants de type P. A titre de variante, la région 428 peut correspondre à une portion du 35 substrat 412 faiblement dopé de type P qui est délimitée lors de B11391 - 11-GR3-0871FR01 16 la formation des régions 427 et 422. A titre d'exemple, la concentration de dopants de type P de la région 428 est d'environ 1015 atomes/cm3. La zone de déplétion 438 associée à la jonction P-N entre la région 428 dopée de type P et la région 427 dopée de type N a une épaisseur importante puisque la concentration de dopants de type P de la région 428 est faible. La capacité de cette jonction est donc réduite. En outre, le courant d'obscurité dû à cette jonction est réduit. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la région 316 sert principalement à assurer la continuité électrique entre la région 327 et la région 318 et peut être différente de ce qui a été décrit précédemment en relation avec les figures 5 et 7 tant qu'elle remplit cette fonction. A titre d'exemple, la région 316 peut s'arrêter latéralement au niveau de la tranchée d'isolement. De plus, les types de conductivité du substrat et des régions dopées formées dans le substrat peuvent être inversés par rapport à ce qui a été décrit précédemment.
En outre, on notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. En particulier, la région 328 faiblement dopé de type N de la photodiode 311 peut être remplacée par un empilement d'une région faiblement dopée de type P en contact avec la région fortement dopée de type P 322 et d'une région faiblement dopée de type N en contact avec la région dopée de type N 327, ces deux régions faiblement dopées formant une jonction P-N.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Capteur d'image comprenant une matrice de pixels (310 ; 410), chaque pixel comprenant dans un substrat (312 ; 412) d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité : une première région (318 ; 418) dopée d'un second type de conductivité en surface du substrat ; une tranchée (314 ; 414) en un matériau isolant entourant la première région ; une deuxième région (322 ; 422) dopée du premier type 10 de conductivité, plus fortement dopée que le substrat, en surface du substrat et entourant la tranchée ; une troisième région (327 ; 427), dopée du second type de conductivité, formant avec le substrat une jonction de photodiode, s'étendant en profondeur dans le substrat sous les 15 première et deuxième régions et étant au contact de la première région ou reliée à la première région par une ou plusieurs régions supplémentaires du second type de conductivité ; et une quatrième région (328 ; 428) dopée du premier ou du second type de conductivité, plus faiblement dopée que les 20 deuxième et troisième régions, interposée entre les deuxième et troisième régions et au contact de la première région et/ou de la troisième région.
  2. 2. Capteur d'image selon la revendication 1, dans lequel le rapport entre le périmètre latéral extérieur de la 25 tranchée (314 ; 414) et le périmètre latéral extérieur de la troisième région (327 ; 427) est inférieur ou égal à 5.
  3. 3. Capteur d'image selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la concentration de dopants de la quatrième région (328 ; 428) est inférieure ou égale à 1016 atomes/cm3. 30
  4. 4. Capteur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la concentration de dopants de la deuxième région (322 ; 422) est supérieure ou égale à 1017 atomes/cm3.B11391 - 11-GR3-0871FR01 18
  5. 5. Capteur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la concentration de dopants de la troisième région (327 ; 427) est supérieure ou égale à 1016 atomes/cm3.
  6. 6. Capteur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la concentration de dopants du substrat (312 ; 412) est inférieure ou égale à 1016 atomes/cm3.
  7. 7. Capteur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la concentration de dopants de 10 la première région (318 ; 418) est supérieure à la concentration de dopants de la troisième région (327 ; 427).
  8. 8. Capteur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une cinquième région (316 ; 416) du second type de conductivité interposée entre la première 15 région (318 ; 418) et la troisième région (327 ; 427), la concentration de dopants de la cinquième région étant inférieure à la concentration de dopants de la première région et supérieure ou égale à la concentration de dopants de la troisième région. 20
  9. 9. Caméra comprenant un capteur d'image selon l'une des revendications 1 à 8 adapté à fournir des images et un dispositif de mémorisation desdites images.
  10. 10. Procédé de fabrication d'un capteur d'image comprenant une matrice de pixels (310 ; 410), le procédé 25 comprenant les étapes suivantes, réalisées pour chaque pixel dans un substrat (312 ; 412) d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité : former une première région (318 ; 418) dopée d'un second type de conductivité en surface du substrat ; 30 former une tranchée (314 ; 414) en un matériau isolant entourant la première région ; former une deuxième région (322 ; 422) dopée du premier type de conductivité, plus fortement dopée que le substrat, en surface du substrat et entourant la tranchée ;B11391 -
  11. 11-GR3-0871FR01 19 former une troisième région (327 ; 427) dopée du second type de conductivité, formant avec le substrat une jonction de photodiode, s'étendant en profondeur dans le substrat sous les première et deuxième régions et étant au 5 contact de la première région ou reliée à la première région par une ou plusieurs régions du second type de conductivité ; et former une quatrième région (328 ; 428) dopée du premier ou du second type de conductivité, plus faiblement dopée que les deuxième et troisième régions, interposée entre les 10 deuxième et troisième régions et au contact de la première région et/ou de la troisième région. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel la quatrième région est dopée du second type de conductivité, les troisième et quatrième régions (327, 328 ; 15 427, 428) étant formées par une seule étape d'implantation de dopants du second type de conductivité.
  12. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 10 ou 11, comprenant, en outre, l'étape de formation d'une cinquième région (316 416) du second type de conductivité interposée 20 entre la première région (318 ; 418) et la troisième région (327 ; 427), la concentration de dopants de la cinquième région étant inférieure à la concentration de dopants de la première région et supérieure ou égale à la concentration de dopants de la troisième région, la cinquième région étant obtenue par 25 plusieurs implantations de dopants du second type de conductivité ayant des énergies d'implantations différentes.
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