FR3014245A1 - METHOD FOR FORMING AN INTEGRATED REAR-SIDE ILLUMINATION DEVICE COMPRISING A METAL OPTICAL FILTER, AND CORRESPONDING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Procédé de formation d'un dispositif imageur intégré à illumination face arrière comprenant au moins une première zone photosensible (ZP1) dans un substrat (SUB) et une région diélectrique (RD) en dessous d'une face arrière (BF) du substrat et de la première zone photosensible, ce procédé comprend une formation d'un premier filtre optique métallique (FIL1) comprenant un motif métallique dans ladite région diélectrique en dessous de la première zone photosensible.A method of forming an integrated backlit illumination imaging device comprising at least a first photosensitive area (ZP1) in a substrate (SUB) and a dielectric region (RD) below a rear face (BF) of the substrate and the first photosensitive area, said method comprises forming a first metal optical filter (FIL1) comprising a metallic pattern in said dielectric region below the first photosensitive area.
Description
Procédé de formation d'un dispositif intégré à illumination face arrière comprenant un filtre optique métallique, et dispositif correspondant Des modes de réalisation de l'invention concernent les dispositifs imageurs intégrés à illumination face arrière, et en particulier les dispositifs imageurs intégrés comprenant des filtres optiques métalliques destinés à filtrer, c'est-à-dire laisser passer, différents rayonnements lumineux dans une gamme de longueur d'onde désirée, en particulier dans le domaine visible, UV ou infrarouge. Les dispositifs imageurs illumination face arrière comprennent généralement un ensemble de pixels ayant chacun une zone photosensible semi-conductrice disposée dans un substrat supportant au dessus de sa face avant un réseau d'interconnexion (du type « BEOL : Back End Of Line » selon une expression anglo-saxonne bien connue de l'homme du métier) et des filtres optiques disposés en dessous de la face arrière du substrat en regard des zones photosensibles. Contrairement aux dispositifs à illumination face avant, la lumière ne traverse pas de région de type BEOL avant d'arriver dans les zones photosensibles. On obtient ainsi une plus grande quantité de lumière détectée par rapport aux dispositifs connus selon l'art antérieur à illumination face avant. Les filtres optiques destinés à ne laisser passer qu'une seule couleur comprennent généralement un filtre organique coloré par des pigments. Ces filtres laissent passer le rayonnement infrarouge, et il faut généralement leur adjoindre un filtre infrarouge supplémentaire pour des applications d'imagerie visible. Les filtres colorés par des pigments ont aussi pour inconvénient de ne pas être suffisamment robustes, et de ne pas pouvoir être utilisés pour les longueurs d'ondes de l'infrarouge. Par ailleurs, un imageur multicolore nécessitera un nombre d'étapes de photolithographie proportionnel au nombre de types de filtres colorés à réaliser. Ces filtres ont également pour inconvénient d'être dégradés lorsqu'ils sont exposés à des températures qui dépassent 200°C. D'autre part, les filtres interférentiels (dits multicouches) permettent également de réaliser des capteurs d'images, mais ne se limitent pas aux longueurs d'onde du visible et peuvent donc être utilisés pour des applications UV ou infrarouge. Leur structure multicouches les rend cependant chers et plus difficiles à intégrer du fait du nombre important d'étapes de dépôt nécessaires et de l'épaisseur totale de l'empilement, pouvant dépasser le micron et réduisant ainsi l'intérêt d'une structure à illumination par la face arrière. Il a donc été proposé des alternatives aux filtres colorés par des pigments et aux filtres interférentiels multicouches.A method of forming an integrated rear-illuminated device comprising a metallic optical filter, and corresponding device Embodiments of the invention relate to integrated back-illuminated imaging devices, and in particular integrated imaging devices comprising optical filters metallic means for filtering, that is to say let pass, different light radiation in a desired wavelength range, especially in the visible range, UV or infrared. The rear-face illumination imaging devices generally comprise a set of pixels each having a semiconducting photosensitive zone disposed in a substrate that supports an interconnection network (of the "BEOL: Back End Of Line" type, according to one expression, above its front surface). Anglo-Saxon well known to those skilled in the art) and optical filters disposed below the rear face of the substrate facing the photosensitive areas. Unlike front-side illumination devices, the light does not pass through a BEOL-like region until it reaches the photosensitive areas. A greater amount of detected light is thus obtained with respect to the known devices according to the prior art with front-side illumination. Optical filters intended to allow only one color to pass generally comprise an organic filter colored with pigments. These filters let in the infrared radiation, and you usually need to add an additional infrared filter for visible imaging applications. Pigmented color filters also have the drawback of not being robust enough, and of not being able to be used for the wavelengths of the infrared. Moreover, a multicolor imager will require a number of photolithography steps proportional to the number of types of color filters to be made. These filters also have the disadvantage of being degraded when exposed to temperatures that exceed 200 ° C. On the other hand, the interference filters (so-called multilayer) also make it possible to produce image sensors, but are not limited to visible wavelengths and can therefore be used for UV or infrared applications. Their multilayer structure however makes them expensive and more difficult to integrate because of the large number of necessary deposition steps and the total thickness of the stack, which can exceed the micron and thus reducing the interest of an illumination structure. by the back side. It has therefore been proposed alternatives to color filters with pigments and multilayer interference filters.
On connaît de l'état de la technique antérieure des filtres optiques comprenant une ou plusieurs couches métalliques dans lesquelles des motifs sont formés ayant des dimensions de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de nanomètres. Par filtre optique métallique, on entend un filtre métallique comprenant des motifs (trous ou plots) par exemple périodiques pour filtrer des longueurs d'ondes. Ces filtres sont communément appelés filtres plasmoniques. On pourra à cet effet se référer au document « Light in tiny holes » (C. Genet et T. W. Ebbesen, Nature 445, pages 39-46, 4 January 2007) qui décrit la transmission de lumière par des trous nanométriques. On pourra également se référer au document « Structural Colors: From Plasmonic to Carbon Nanostructures » (Ting Xu et al, Small Volume 7, Issue 22, pages 3128-3136, November 18, 2011) qui décrit des filtres comprenant des motifs métalliques nanométriques pour filtrer différentes couleurs, notamment avec des motifs périodiques. Les filtres décrits dans ces deux articles sont des filtres en tant que tels, qui une fois réalisés, sont fixés sur un support.Prior art is known optical filters comprising one or more metal layers in which patterns are formed having dimensions of the order of ten or hundred nanometers. By metallic optical filter is meant a metal filter comprising patterns (holes or pads) for example periodic to filter wavelengths. These filters are commonly called plasmonic filters. To this end, reference can be made to the document "Light in tiny holes" (C. Genet and T. W. Ebbesen, Nature 445, pages 39-46, January 4, 2007) which describes light transmission through nanometric holes. Reference may also be made to the document "Structural Colors: From Plasmonic to Carbon Nanostructures" (Ting Xu et al, Small Volume 7, Issue 22, pages 3128-3136, November 18, 2011) which describes filters comprising nanometric metallic patterns for filter different colors, especially with periodic patterns. The filters described in these two articles are filters as such, which once made, are fixed on a support.
Enfin, on pourra se référer au document US 2003/0103150 qui divulgue des filtres métalliques du type présenté ci-avant qui sont formés par les mêmes étapes de fabrication que les lignes des niveaux de métallisation des circuits intégrés qui comprennent ces filtres. Les filtres décrits dans ce document ont donc la même épaisseur que les niveaux de métallisation, et ils comprennent le même matériau métallique que les lignes des niveaux de métallisation. Les filtres métalliques obtenus dans ce dernier document peuvent ne pas être adaptés pour filtrer la lumière de manière satisfaisante. En effet, les lignes métalliques de niveaux de métallisation ont une hauteur donnée qui peut être de l'ordre de plusieurs centaines de nanomètres ou de l'ordre du micromètre, et la formation de motifs est limitée par les contraintes de photolithographie et de remplissage par du métal (notamment lors de procédés dits « Damascène »). Ainsi, la solution du document US 2003/0103150 ne permet pas de choisir précisément les dimensions des motifs qui formeront des filtres. Généralement, on forme les éléments métalliques de niveaux de métallisation entre des couches de nitrure de silicium (SIN) ou de carbure-nitrure de silicium (SICN). Ces couches de nitrure de silicium ou de carbure-nitrure de silicium se retrouvent donc, dans la solution exposée dans le document US 2003/0103150 de part et d'autre des filtres métalliques, ce qui nuit aux propriétés optiques des filtres métalliques.Finally, reference may be made to document US 2003/0103150 which discloses metal filters of the type presented above which are formed by the same manufacturing steps as the lines of the metallization levels of the integrated circuits which comprise these filters. The filters described in this document therefore have the same thickness as the metallization levels, and they comprise the same metallic material as the lines of the metallization levels. The metal filters obtained in the latter document may not be suitable for filtering the light satisfactorily. Indeed, the metallic lines of metallization levels have a given height which can be of the order of several hundreds of nanometers or of the order of one micrometer, and the formation of patterns is limited by the constraints of photolithography and filling by metal (especially during processes known as "Damascene"). Thus, the solution of US 2003/0103150 does not allow to precisely choose the dimensions of the patterns that will form filters. Generally, metal elements of metallization levels are formed between silicon nitride (SIN) or silicon carbide-nitride (SICN) layers. These layers of silicon nitride or silicon carbide nitride are therefore found, in the solution disclosed in US 2003/0103150 on both sides of the metal filters, which affects the optical properties of the metal filters.
Enfin, les filtres décrits dans ce document US 2003/0103150 ne peuvent être implémentés qu'à l'intérieur de la partie d'interconnexion du BEOL et le procédé décrit dans ce document n'est pas adapté à la formation de tels filtres au sein d'un dispositif imageur à illumination face arrière.Finally, the filters described in this document US 2003/0103150 can be implemented only within the interconnection part of the BEOL and the method described in this document is not adapted to the formation of such filters within a rear-side illumination imager.
Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé de former facilement des filtres optiques métalliques au sein de dispositifs imageurs à illumination face arrière et qui présentent de bonnes propriétés optiques.According to an embodiment and embodiment, it is proposed to easily form metallic optical filters within rear-illuminated imaging devices and which have good optical properties.
Selon un aspect, il est proposé un procédé de formation d'un dispositif imageur intégré à illumination face arrière comprenant au moins une première zone photosensible dans un substrat et une région diélectrique en dessous d'une face arrière du substrat et de la première zone photosensible. Selon une caractéristique générale de cet aspect, le procédé comprend une formation d'un premier filtre optique métallique comprenant un motif métallique dans ladite région diélectrique en dessous de la première zone photosensible.In one aspect, there is provided a method of forming an integrated backlit illumination imaging device comprising at least a first photosensitive area in a substrate and a dielectric region below a rear face of the substrate and the first photosensitive area. . According to a general feature of this aspect, the method comprises forming a first metal optical filter comprising a metallic pattern in said dielectric region below the first photosensitive area.
Ainsi, le filtre métallique formé est situé dans une région diélectrique, qui ne comprend aucun niveau de métallisation, et il est possible de former le filtre sans mettre en oeuvre toutes les étapes relatives à la formation d'un niveau de métallisation. On peut ainsi former un filtre dont les paramètres sont plus facilement sélectionnés.Thus, the metal filter formed is located in a dielectric region, which does not include any level of metallization, and it is possible to form the filter without implementing all the steps relating to the formation of a metallization level. It is thus possible to form a filter whose parameters are more easily selected.
En outre, on peut noter que le filtre obtenu est situé à l'intérieur d'une région diélectrique, et il est donc particulièrement proche du substrat comprenant la zone photosensible. Il est notamment plus proche du substrat qu'un filtre à pigment assemblé sur une face libre d'un support.In addition, it may be noted that the obtained filter is located inside a dielectric region, and is therefore particularly close to the substrate comprising the photosensitive zone. In particular, it is closer to the substrate than a pigment filter assembled on a free face of a support.
Enfin, il convient de noter que parce que le filtre n'est pas formé en même temps que des niveaux de métallisation, il n'est pas encapsulé dans des couches barrière ou encore dans des couches de nitrure de silicium ou de carbure-nitrure de silicium. De ce fait, le filtre obtenu a de bonnes propriétés optiques.Finally, it should be noted that because the filter is not formed at the same time as metallization levels, it is not encapsulated in barrier layers or in layers of silicon nitride or carbide nitride. silicon. As a result, the resulting filter has good optical properties.
Le procédé peut comprendre en outre une formation d'un deuxième filtre optique métallique en dessous d'une deuxième zone photosensible du substrat distincte de la première zone photosensible. On peut former le premier filtre optique métallique avec un premier métal dans ou sur une région diélectrique initiale, on peut former une région diélectrique intercalaire en dessous de la région diélectrique initiale et du premier filtre optique métallique, et on peut former le deuxième filtre optique métallique avec un deuxième métal différent du premier métal dans ou sur la région diélectrique intercalaire.The method may further include forming a second metal optical filter below a second photosensitive area of the substrate separate from the first photosensitive area. The first metal optical filter can be formed with a first metal in or on an initial dielectric region, an intermediate dielectric region can be formed below the initial dielectric region and the first metal optical filter, and the second metallic optical filter can be formed. with a second metal different from the first metal in or on the intermediate dielectric region.
On peut ainsi choisir pour chaque filtre optique un métal adapté au filtrage d'une longueur d'onde, chaque filtre étant formé à un niveau ayant une hauteur distincte des plans à partir desquels on forme des niveaux de métallisation. Ces plans correspondant à la surface libre de la région diélectrique initiale après sa formation et à la surface libre de la région diélectrique intercalaire après sa formation. On peut noter qu'il est possible de former une région diélectrique supplémentaire. La région diélectrique comprend alors la région diélectrique initiale, la région diélectrique intercalaire, et la région diélectrique supplémentaire. On peut également noter que c'est parce qu'une région diélectrique intercalaire est formée, pour décaler verticalement les deux filtres, qu'il est possible d'utiliser des métaux différents pour ces deux filtres. Le premier métal peut être du cuivre et le deuxième métal peut être de l'aluminium. Alternativement, le premier métal peut être de l'aluminium et le deuxième métal du cuivre. Les inventeurs ont observé que pour le filtrage de certaines couleurs, on obtient une meilleure transmission de la longueur d'onde à laisser passer, et une meilleur rejection des autres longueurs d'onde, avec un métal bien choisi. En particulier, le cuivre est bien adapté pour laisser passer la couleur rouge ou proche infrarouge, et l'aluminium pour la couleur verte et la couleur bleue.It is thus possible to choose for each optical filter a metal suitable for filtering a wavelength, each filter being formed at a level having a height distinct from the planes from which metallization levels are formed. These planes corresponding to the free surface of the initial dielectric region after its formation and to the free surface of the intermediate dielectric region after its formation. It may be noted that it is possible to form an additional dielectric region. The dielectric region then comprises the initial dielectric region, the intermediate dielectric region, and the additional dielectric region. It can also be noted that it is because an intermediate dielectric region is formed, to vertically shift the two filters, that it is possible to use different metals for these two filters. The first metal may be copper and the second metal may be aluminum. Alternatively, the first metal may be aluminum and the second metal copper. The inventors have observed that for the filtering of certain colors, we obtain a better transmission of the wavelength to pass, and a better rejection of the other wavelengths, with a well chosen metal. In particular, the copper is well adapted to let the red or near infrared color, and the aluminum for the green color and the blue color.
Comme indiqué ci-avant, c'est parce que les filtres sont disposés à des niveaux distincts qu'il est possible d'utiliser des métaux différents. On peut former au moins quatre filtres optiques métalliques pour former un motif de Bayer, les filtres optiques métalliques des pixels verts et du pixel bleu comprenant de l'aluminium, et le filtre optique rouge comprenant du cuivre. D'autres types de matrice peuvent être aisément réalisés suivant ce même procédé en intégrant par exemple des pixels infrarouge ou UV.As indicated above, it is because the filters are arranged at different levels that it is possible to use different metals. At least four metal optical filters may be formed to form a Bayer pattern, the metallic optical filters of the green pixels and the blue pixel comprising aluminum, and the red optical filter comprising copper. Other types of matrix can easily be made using the same method, for example by integrating infrared or UV pixels.
On obtient ainsi un meilleur dispositif imageur avec notamment une meilleure restitution des couleurs en utilisant un motif de Bayer. Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif imageur intégré à illumination face arrière comprenant au moins une première zone photosensible dans un substrat et une région diélectrique en dessous d'une face arrière du substrat et de la première zone photosensible. Selon une caractéristique générale de cet aspect, le dispositif comprend un premier filtre optique métallique comportant un motif métallique dans ladite région diélectrique en dessous de la première zone photosensible. Le dispositif peut comprendre en outre un deuxième filtre optique métallique en dessous d'une deuxième zone photosensible du substrat distincte de la première zone photosensible.A better imaging device is thus obtained with, in particular, better color rendition using a Bayer pattern. In another aspect, there is provided an integrated rear-illuminated imaging device comprising at least a first photosensitive area in a substrate and a dielectric region below a rear face of the substrate and the first photosensitive area. According to a general characteristic of this aspect, the device comprises a first metallic optical filter comprising a metallic pattern in said dielectric region below the first photosensitive zone. The device may further include a second metal optical filter below a second photosensitive area of the substrate separate from the first photosensitive area.
Le premier filtre optique métallique peut comprendre un premier métal et être situé dans ou sur une région diélectrique initiale, le dispositif pouvant comprendre en outre une région diélectrique intercalaire en dessous de la région diélectrique initiale et du premier filtre optique métallique, le deuxième filtre optique métallique pouvant comprendre un deuxième métal différent du premier métal et être situé dans ou sur la région diélectrique intercalaire. Le premier métal peut être du cuivre et le deuxième métal peut être de l'aluminium. Le dispositif peut comprendre au moins quatre filtres optiques métalliques pour former un motif de Bayer, les filtres optiques métalliques des pixels verts et du pixel bleu comprenant de l'aluminium, et le filtre optique rouge comprenant du cuivre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 6 illustrent de manière schématique différentes étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif imageur selon l' invention.The first metal optical filter may comprise a first metal and be located in or on an initial dielectric region, the device may further comprise an intervening dielectric region below the initial dielectric region and the first metallic optical filter, the second metallic optical filter. which may comprise a second metal different from the first metal and may be located in or on the intermediate dielectric region. The first metal may be copper and the second metal may be aluminum. The device may include at least four metal optical filters for forming a Bayer pattern, the metallic optical filters of the green pixels and the blue pixel comprising aluminum, and the red optical filter comprising copper. Other advantages and features of the invention will become apparent upon studying the detailed description of embodiments and embodiments, given by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawings in which: FIGS. to 6 schematically illustrate different steps of a method of manufacturing an imaging device according to the invention.
Sur la figure 1, on a représenté un dispositif imageur à illumination face arrière IMG comportant un substrat SUB ayant une face avant FF et une face arrière BF. Le substrat SUB comporte une région semi-conductrice en silicium RSC au sein de laquelle on a formé des zones photosensibles ZP1 et ZP2. Les zones photosensibles ZP1 et ZP2 peuvent être des photodiodes et le dispositif imageur IMG est alors un dispositif du type CMOS à illumination face arrière. Pour séparer les zones photosensibles ZP1 et ZP2, on a formé des tranchées d'isolation profondes TIP du type « DTI : Deep Trench Insulation », selon une expression anglo-saxonne bien connue de l'homme du métier. Le dispositif IMG comprend en outre un transistor TR de type MOS formé sur la face avant FF du substrat SUB. Au dessus de la face avant FF du substrat SUB, on a formé une région d'interconnexion ITC de type BEOL. Le substrat SUB comporte par ailleurs sous la région semiconductrice RSC une couche d'oxyde OX, par exemple en dioxyde de silicium, une couche de nitrure de silicium NS qui forment une région antireflet, et la face arrière du substrat BF est obtenue sous cette couche de nitrure de silicium NS. Sous le substrat SUB, à partir de sa face arrière BF, on a formé une région diélectrique initiale RDI, par exemple en dioxyde de silicium. On peut noter qu'une région diélectrique initiale RDI fine permet de rapprocher les filtres qui seront formées dans ou sur cette région diélectrique initiale des zones photosensibles, ce qui permet de limiter le phénomène bien connu de l'homme du métier sous l'expression anglo-saxonne « cross-talk », notamment dans le cas des résines organiques. Les filtres métalliques étant directement intégrés au-dessus de la couche antireflet, ou même pouvant servir eux-mêmes d'antireflet, le phénomène de cross-talk est réduit quelle que soit l'épaisseur des filtres. L'épaisseur de la région diélectrique initiale RDI n'est pas contrainte comme tel est le cas dans le cas des résines pigmentées. L'épaisseur de cette région peut alors être comprise entre 20nm et 500nm sans conséquences optique ou électrique sur le dispositif. Alternativement, il est possible de former une région diélectrique initiale RDI comprenant de l'oxynitrure de silicium (SixOyNz). On pourra choisir la stoechiométrie de l'oxynitrure de silicium pour que son indice de réfraction soit proche de celui du dioxyde de silicium. L'utilisation d'une couche d'oxynitrure de silicium peut permettre d'utiliser cette couche en tant que couche d'arrêt de gravure lors de la formation ultérieure d'autres filtres, et ainsi d'obtenir un bon contrôle de l'épaisseur de ces autres filtres. Comme illustré sur la figure 2, des cavités CV peuvent être formées dans la région diélectrique initiale RDI, depuis sa face libre, sous le substrat et sous la zone photosensible ZP1. La formation des cavités CV peut comprendre une étape de photolithographie et une étape de gravure. Les cavités CV délimitent le motif métallique formé ultérieurement pour obtenir un filtre optique métallique. On peut noter que les dimensions des cavités CV sont choisies en fonction de l'application, et que ce choix est plus facile que pour les filtres optiques métalliques formés dans une région d'interconnexion, par exemple les filtres décrits dans le document US 2003/0103150. En effet, les filtres de ce document US 2003/0103150 ont la même épaisseur que les niveaux de métallisation (typiquement de quelques centaines de nanomètres à quelques micromètres, ce qui est épais) ce qui limite les choix possibles de dimensions latérales pour les filtres obtenus. Les cavités CV de la figure 2 sont ensuite remplies par un matériau métallique, par exemple du cuivre, pou obtenir un premier filtre optique métallique FIL1 (figure 3) situé dans la région diélectrique initiale RDI, sous le substrat SUB et sous la zone photosensible ZP1. On peut noter que par le vocable « dans », on entend ici que le premier filtre optique métallique FIL1 s'étend dans la région diélectrique initiale depuis sa face libre. La formation du filtre FIL1 peut comprendre un dépôt de cuivre par exemple par dépôt chimique en phase vapeur (« PVD : Physical Vapor Deposition ») et un retrait, par exemple par polissage mécano-chimique, du cuivre résiduel à l'extérieur des cavités CV décrites en se référant à la figure 2. Pour former un deuxième filtre optique métallique avec un métal différent du cuivre, on forme une région diélectrique intercalaire RDE en dessous de la région diélectrique initiale RDI, comme illustré sur la figure 4. La région diélectrique intercalaire RDE peut comprendre du dioxyde de silicium. On peut ensuite former un deuxième filtre optique métallique FIL2 sur cette région diélectrique intercalaire RDE, c'est-à-dire sur la face libre de cette région donc en dessous de cette région (figure 5). Le deuxième filtre optique métallique FIL2 est formé en regard de la zone photosensible ZP2, et comprend de l'aluminium. Alternativement, on peut former un filtre qui s'étend dans la couche intercalaire. A titre d'exemple, si la région diélectrique initiale comporte de l'oxynitrure de silicium, les filtres peuvent s'étendre jusqu'à cette couche qui sert de couche d'arrêt de gravure. Enfin, comme illustré sur la figure 6, on peut former une région diélectrique supplémentaire RDS sous la région diélectrique intercalaire pour encapsuler le deuxième filtre optique métallique FIL2. Une lentille LEN est ensuite formée sous la région diélectrique supplémentaire RDS. On obtient ainsi un dispositif imageur intégré à illumination face arrière IMG comprenant une première zone photosensible ZP1 dans un substrat SUB et une région diélectrique RD (qui comprend la région diélectrique initiale RDI, la région diélectrique intercalaire RDE et la région diélectrique RDS) en dessous d'une face arrière BF du substrat et de la première zone photosensible, qui comprend un premier filtre optique métallique FIL1 comprenant un motif métallique dans ladite région diélectrique RD en dessous de la première zone photosensible ZP1. Le dispositif imageur IMG comprend en outre un deuxième filtre optique métallique FIL2 en dessous d'une deuxième zone photosensible ZP2 du substrat distincte de la première zone photosensible ZP1. Le premier filtre optique métallique FIL comprend un premier métal, du cuivre, et est situé dans une région diélectrique initiale RDI, le dispositif comprenant en outre une région diélectrique intercalaire RDE en dessous de la région diélectrique initiale RDI et du premier filtre optique métallique FIL1, le deuxième filtre optique métallique FIL2 comprenant un deuxième métal, de l'aluminium, et est situé sur la région diélectrique intercalaire RDE.FIG. 1 shows an IMG rear-facing illumination imaging device comprising a substrate SUB having a front face FF and a rear face BF. The substrate SUB comprises a silicon semiconductor region RSC in which photosensitive zones ZP1 and ZP2 have been formed. The photosensitive zones ZP1 and ZP2 may be photodiodes and the imager device IMG is then a device of the CMOS type with back-light illumination. To separate the photosensitive zones ZP1 and ZP2, deep insulation trenches TIP of the "DTI: Deep Trench Insulation" type have been formed, in an Anglo-Saxon expression well known to those skilled in the art. The IMG device further comprises a MOS-type transistor TR formed on the front face FF of the substrate SUB. Above the FF front face of the SUB substrate, a BEOL type ITC interconnect region was formed. The substrate SUB furthermore comprises, under the semiconducting region RSC, an oxide layer OX, for example silicon dioxide, a layer of silicon nitride NS which form an antireflection region, and the rear face of the substrate BF is obtained under this layer. of silicon nitride NS. Under the substrate SUB, from its rear face BF, an initial dielectric region RDI, for example made of silicon dioxide, has been formed. It may be noted that a fine initial dielectric region RDI makes it possible to bring together the filters which will be formed in or on this initial dielectric region of the photosensitive zones, which makes it possible to limit the phenomenon well known to those skilled in the art under the Anglo expression. -shows "cross-talk", especially in the case of organic resins. The metal filters being directly integrated above the antireflection layer, or even being able to serve themselves antireflection, the cross-talk phenomenon is reduced regardless of the thickness of the filters. The thickness of the initial dielectric region RDI is not constrained as it is the case in the case of pigmented resins. The thickness of this region can then be between 20 nm and 500 nm without optical or electrical consequences on the device. Alternatively, it is possible to form an initial dielectric region RDI comprising silicon oxynitride (SixOyNz). The stoichiometry of silicon oxynitride can be chosen so that its refractive index is close to that of silicon dioxide. The use of a silicon oxynitride layer can make it possible to use this layer as etch stop layer during the subsequent formation of other filters, and thus to obtain good control of the thickness. of these other filters. As illustrated in FIG. 2, cavities CV may be formed in the initial dielectric region RDI, from its free face, under the substrate and under the photosensitive zone ZP1. The formation of the CV cavities may comprise a photolithography step and an etching step. The cavities CV delimit the metal pattern formed subsequently to obtain a metallic optical filter. It may be noted that the dimensions of the cavities CV are chosen according to the application, and that this choice is easier than for the metallic optical filters formed in an interconnection region, for example the filters described in document US 2003 / 0103150. Indeed, the filters of this document US 2003/0103150 have the same thickness as the metallization levels (typically from a few hundred nanometers to a few micrometers, which is thick) which limits the possible choices of lateral dimensions for the filters obtained . The cavities CV of FIG. 2 are then filled with a metallic material, for example copper, to obtain a first metal optical filter FIL1 (FIG. 3) located in the initial dielectric region RDI, under the SUB substrate and under the photosensitive zone ZP1. . It may be noted that the term "in" here means that the first metallic optical filter FIL1 extends in the initial dielectric region from its free face. The formation of the FIL1 filter may comprise a deposition of copper for example by chemical vapor deposition ("PVD: Physical Vapor Deposition") and a shrinkage, for example by mechanical-chemical polishing, of the residual copper outside the CV cavities 2 to form a second metallic optical filter with a metal other than copper, an intermediate dielectric region RDE is formed below the initial dielectric region RDI, as illustrated in FIG. RDE may include silicon dioxide. It is then possible to form a second metal optical filter FIL2 on this dielectric interlayer region RDE, that is to say on the free face of this region, therefore below this region (FIG. 5). The second metallic optical filter FIL2 is formed opposite the photosensitive zone ZP2, and comprises aluminum. Alternatively, a filter can be formed which extends into the interlayer. By way of example, if the initial dielectric region comprises silicon oxynitride, the filters may extend to this layer which serves as an etch stop layer. Finally, as illustrated in FIG. 6, it is possible to form an additional dielectric region RDS under the intermediate dielectric region to encapsulate the second metallic optical filter FIL2. A LEN lens is then formed under the additional dielectric region RDS. An IMG-integrated rear-illumination imaging device is thus obtained comprising a first photosensitive zone ZP1 in a substrate SUB and a dielectric region RD (which comprises the initial dielectric region RDI, the dielectric interlayer region RDE and the dielectric region RDS) below. a rear face BF of the substrate and the first photosensitive area, which comprises a first metal optical filter FIL1 comprising a metal pattern in said dielectric region RD below the first photosensitive area ZP1. The IMG imaging device further comprises a second metallic optical filter FIL2 below a second photosensitive zone ZP2 of the substrate distinct from the first photosensitive zone ZP1. The first metal optical filter FIL comprises a first metal, copper, and is located in an initial dielectric region RDI, the device further comprising an intermediate dielectric region RDE below the initial dielectric region RDI and the first metallic optical filter FIL1, the second metallic optical filter FIL2 comprising a second metal, aluminum, and is located on the dielectric interlayer region RDE.
Selon un aspect, l'invention n'est pas limitée aux dispositifs imageurs comprenant deux types de filtres. Il est possible de former un nombre plus grand de filtres différents au sein d'un même dispositif imageur intégré à illumination face arrière, par exemple pour former des motifs de Bayer.In one aspect, the invention is not limited to imaging devices comprising two types of filters. It is possible to form a larger number of different filters within the same integrated rear-illuminated imaging device, for example to form Bayer patterns.
Selon un autre aspect, on obtient plus facilement des filtres optiques métalliques, ou filtres plasmoniques, comprenant des motifs métalliques aux dimensions les mieux adaptées pour les longueurs d'onde à filtrer. Enfin, selon encore un autre aspect, on obtient de meilleures propriétés optiques, parce que les filtres métalliques peuvent être formés directement dans des régions diélectriques sans couches supplémentaires.In another aspect, metal optical filters, or plasmonic filters, are more easily obtained, comprising metallic patterns with the dimensions that are best suited for the wavelengths to be filtered. Finally, according to yet another aspect, better optical properties are obtained because the metal filters can be formed directly in dielectric regions without additional layers.
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