FR3036850A1

FR3036850A1 - Capteur d'image de type "face arriere" ayant une faible reflectivite

Info

Publication number: FR3036850A1
Application number: FR1554966A
Authority: FR
Inventors: Francois Roy
Original assignee: STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Current assignee: STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-12-02
Also published as: US9917125B2; US20160351611A1

Abstract

L'invention est relative à un capteur d'image de type face arrière comprenant une matrice de photosites dans une couche active (10) ; une couche d'interconnexion (16) couvrant la couche active ; et une couche de germanium (20) entre la couche active et la couche d'interconnexion.

Description

CAPTEUR D'IMAGE DE TYPE "FACE ARRIERE" AYANT UNE FAIBLE REFLECTI VITE Domaine technique L'invention est relative aux capteurs d'image en technologie CMOS, notamment aux capteurs d'image de type « face arrière ». Arrière-plan Un capteur d'image en technologie CMOS comprend une matrice de pixels photosensibles réalisée dans une couche active, généralement du silicium faiblement dopé au bore. Les interconnexions servant à commander les pixels sont réalisées au-dessus de la couche active par des pistes conductrices sur plusieurs niveaux de métal. Les matrices de pixels ayant un pas de plus en plus petit, le réseau d'interconnexion, opaque, masque de plus en plus la lumière parvenant aux photosites des pixels dans un capteur classique de type « face avant ». Un capteur de type « face arrière » est conçu pour que la lumière parvienne aux photosites par la face opposée au réseau d'interconnexion, de sorte que le réseau d'interconnexion ne contribue plus à une diminution de la quantité de lumière parvenant aux photosites. Cette structure de capteur peut toutefois présenter des inconvénients dans certaines applications.

Résumé On prévoit de façon générale un capteur d'image de type face arrière comprenant une matrice de photosites dans une couche active ; une couche d'interconnexion couvrant la couche active ; et une couche de germanium entre la couche active et la couche d'interconnexion.

La couche de germanium peut avoir une épaisseur comprise entre 0,2 et 1 1.1m, de préférence environ 0,6 pm. Le capteur peut comprendre une couche d'oxyde de semi-conducteur entre la couche active et la couche de germanium. La couche de germanium peut être polarisée à un potentiel de référence.

3036850 2 Le capteur peut comprendre des isolateurs en tranchées délimitant les photosites, les tranchées incluant une mémoire capacitive par photosite, accessible par la couche d'interconnexion. Description sommaire des dessins 5 Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe partielle simplifiée d'un capteur d'image de type face arrière, illustrant des trajets de photons ; et - la figure 2 est une vue en coupe partielle simplifiée d'un mode de 10 réalisation de capteur d'image ayant une faible réflectivité. Description de modes de réalisation La figure 1 est une vue en coupe simplifiée de deux pixels adjacents d'un capteur d'image de type face arrière. Le capteur comprend une couche active 10, généralement du silicium faiblement dopé au bore, subdivisée en une matrice de 15 photosites 12. Les photosites peuvent être isolés les uns des autres par des isolateurs en tranchée profonde (DTI) 14. Les photosites forment des photodiodes avec des éléments non représentés. Ces photodiodes sont commandées par des transistors et un réseau de pistes conductrices réalisés au-dessus de la couche active 10 dans une couche 20 d'interconnexion 16. Cette couche d'interconnexion comprend généralement plusieurs niveaux de pistes de connexion métalliques. La figure 1 représente trois niveaux de métal, à titre d'exemple. Si le capteur est de type à obturateur global, les tranchées 14 peuvent loger des mémoires capacitives, une par photosite. Ces mémoires, accessibles par la couche 25 d'interconnexion, servent à stocker simultanément les charges accumulées dans les photosites pendant un même intervalle d'intégration, en attente d'être lues séquentiellement par un circuit de commande. A la fabrication, les éléments du capteur sont généralement formés sur un substrat en silicium pouvant avoir une épaisseur de l'ordre de 0,8 mm, selon des techniques de fabrication traditionnelles de circuits CMOS. Le substrat est ensuite 3036850 3 aminci par sa face arrière pour atteindre la zone active 10, pouvant avoir une épaisseur de l'ordre de 5 um. Le capteur est conçu pour être éclairé par sa face arrière, c'est-à-dire par la face inférieure de la couche active 10 dans la figure.

5 Une caractéristique d'un capteur d'image de type face arrière est que la couche d'interconnexion 16, compte tenu de la densité du réseau de pistes métalliques qu'elle comporte, tend à réfléchir les photons qui lui parviennent, comme cela est représenté par des rayons ri et r2. Ainsi, les photons qui ne sont pas absorbés en traversant la couche active peuvent ressortir du capteur vers l'objet capturé, 10 comme cela est représenté pour le rayon ri. Ces photons ont généralement des longueurs d'onde dans l'infrarouge (au-dessus de 700 nm). Dans le cas d'un capteur à obturateur global, les photons réfléchis peuvent également être renvoyés vers la mémoire capacitive contenue dans une tranchée adjacente 14, comme cela est représenté pour le rayon r2. L'angle d'incidence des 15 photons entrants par rapport aux parois des tranchées est tel que les photons sont la plupart du temps réfléchis par les parois. Par contre, les photons réfléchis par les faces irrégulières des pistes métalliques peuvent avoir des angles d'incidence propices à traverser les parois. Dans certaines applications, on souhaite que le capteur d'image ait une réflectivité 20 bornée, par exemple inférieure à 5 %, dans une gamme de longueurs d'onde utile. Une absorption de plus de 95 % des photons de longueurs d'onde inférieures à 850 nm peut être obtenue avec une épaisseur de silicium de plus 60 um. Puisque, dans le capteur de la figure 1, les photons réfléchis traversent deux fois la couche active 10, il faudrait que la couche active ait une épaisseur supérieure à la moitié 25 de cette valeur, 30 um, ce qui est difficile à envisager en pratique. La situation empire si la longueur d'onde des photons est supérieure à 850 nm. Il en résulte que les capteurs d'image de type face arrière sont peu adaptés à ces applications. Le cas du rayon r2 de la figure 1, où le photon est absorbé dans la mémoire capacitive 14, est également à éviter, car le photon perturbe la charge stockée dans 30 la mémoire, et donc la précision de la mesure. A la figure 2, pour éviter ces difficultés, on intercale une couche d'absorption 20 entre la couche active 10 et la couche d'interconnexion 16. Le matériau de cette 3036850 4 couche 20 est de préférence compatible avec les procédés de fabrication du capteur et apte à absorber efficacement les photons, notamment dans l'infrarouge. Le germanium est un bon candidat. Le germanium est un semi-conducteur qui peut être mis en oeuvre en utilisant les mêmes processus technologiques que le 5 silicium et qui, de plus, présente d'excellents caractéristiques d'absorption. Pour absorber 99 % des photons de longueurs d'onde inférieures à 850 nm, il suffit d'une épaisseur de germanium de l'ordre de 1,15 i.tm. Les photons réfléchis traversant la couche 20 deux fois, il suffit que la couche 20 ait une épaisseur de l'ordre de 0,6 i.tm. Selon les gammes de longueurs d'onde envisagées, la couche 10 20 peut avoir une épaisseur comprise entre 0,2 et liam. Avec une épaisseur de 1 i.tm, la couche 20 peut absorber plus de 95 % des photons de longueur d'onde de 1000 nm. La couche de germanium 20 peut couvrir de façon uniforme l'ensemble de la matrice de pixels. Le germanium étant semi-conducteur, il est préférable que la 15 couche 20 ne soit pas en contact électrique avec la couche active 10. Ainsi, comme cela est représenté, on peut disposer une couche d'oxyde de silicium 22 entre la couche de germanium 20 et la couche active 10. La couche de germanium 20 peut être amorphe et être réalisée par dépôt pulvérisé sur la couche d'oxyde 22. La couche d'oxyde 22 peut avoir une épaisseur de 20 l'ordre de 10 nm. Les photons absorbés par la couche de germanium 20 ont tendance à générer des électrons qui chargent la couche 20. Pour évacuer ces charges, on peut relier la couche 20 à un potentiel fixe, par exemple le potentiel d'alimentation bas Vss. 25

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur d'image de type face arrière comprenant : - une matrice de photosites dans une couche active (10) ; - une couche d'interconnexion (16) couvrant la couche active ; caractérisé en ce qu'il comprend une couche de germanium (20) entre la couche active et la couche d'interconnexion.
2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel la couche de germanium a une épaisseur comprise entre 0,2 et 1 um.
3. Capteur selon la revendication 2, dans lequel la couche de germanium a une épaisseur d'environ 0,6 um.
4. Capteur selon la revendication 1, comprenant une couche d'oxyde de semiconducteur (22) entre la couche active et la couche de germanium.
5. Capteur selon la revendication 1, dans lequel la couche de germanium est polarisée à un potentiel de référence.
6. Capteur selon la revendication 1, comprenant des isolateurs en tranchées (14) délimitant les photosites, les tranchées incluant une mémoire capacitive par photosite, accessible par la couche d'interconnexion.