FR3102633A1 - Capteur d'images - Google Patents

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Abstract

Capteur d'images La présente description concerne un capteur d'images (1) comprenant des pixels (3) comportant chacun une région de photoconversion (5) en silicium entourée d'au moins un matériau d'indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction du silicium, l'interface (7, 11, 13, 15, 23, 25, 27, 29) entre la région de photoconversion (5) du pixel (3) et ledit matériau étant configurée pour qu'au moins un rayon (45) atteignant la région de photoconversion (5) du pixel (3) subisse au moins une réflexion totale sur cette interface (23, 25, 27, 29). Figure pour l'abrégé : Fig. 1

Description

Capteur d'images
La présente description concerne de façon générale les capteurs d'images, et plus particulièrement les capteurs d'images configurés pour capturer l'image d'une scène dans le proche infra-rouge.
On connaît des capteurs comprenant des pixels réalisés à partir d'une tranche ou substrat en silicium. Dans de tels capteurs, chaque pixel comprend une région de photoconversion en silicium correspondant à une portion du substrat.
Lorsque que de tels capteurs sont utilisés pour obtenir une image d'une scène dans le proche infra-rouge, du fait que le silicium absorbe peu la lumière dans le proche infra-rouge, seule une très petite partie de la puissance optique d'un rayon atteignant la région de photoconversion d'un pixel est absorbée par le silicium de cette région de photoconversion. Par exemple, moins de 6% de la puissance optique d'un rayon lumineux ayant une longueur d'onde autour de 940 nm et atteignant une région de photoconversion en silicium de 3 µm d'épaisseur est absorbée. De plus, la puissance optique du rayon qui n'est pas absorbée pas le silicium du pixel peut être transmise vers les régions de photoconversion de pixels voisins, éventuellement après être ressortie du pixel et avoir été réfléchie sur diverses interfaces du capteur, par exemple sur une lentille d'un objectif du capteur ou sur un filtre. Cela conduit à l'obtention d'images comprenant de nombreux défauts, artefacts ou images parasites.
Il existe un besoin d'améliorer les capteurs d'images connus, et en particulier d'augmenter l'absorption des rayons infra-rouges dans des régions de photoconversion des pixels de ces capteurs.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus, notamment des capteurs d'images connus.
Un mode de réalisation prévoit un capteur d'images comprenant des pixels comportant chacun une région de photoconversion en silicium entourée d'au moins un matériau d'indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction du silicium, l'interface entre la région de photoconversion du pixel et ledit matériau étant configurée pour qu'au moins un rayon atteignant la région de photoconversion du pixel subisse une réflexion totale sur cette interface ou plusieurs réflexions totales successives sur cette interface.
Selon un mode de réalisation, la région de photoconversion de chaque pixel s'étend en hauteur depuis une face arrière destinée à recevoir ledit au moins un rayon jusqu'à une face avant parallèle et opposée à la face arrière et s'étend latéralement entre quatre faces latérales, la région de photoconversion comprenant en outre :
une première face oblique reliant une première des quatre faces latérales à la face avant ;
une deuxième face oblique reliant la face avant à une deuxième des quatre faces latérales opposée à la première face latérale ; et
une troisième face oblique reliant la deuxième face latérale à la face arrière.
Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel :
un premier angle entre la première face oblique et la face avant est supérieur à l'angle limite de réflexion totale sur une interface entre du silicium et ledit matériau ;
un deuxième angle entre la deuxième face oblique et la face avant est supérieur audit angle limite ; et
un troisième angle entre la troisième face oblique et la face arrière est supérieur audit angle limite.
Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, le premier angle est en outre inférieur à 90° moins la valeur de l'angle limite.
Selon un mode de réalisation, la région de photoconversion de chaque pixel comprend en outre une quatrième face oblique reliant la face arrière à la première face latérale.
Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, un quatrième angle entre la quatrième face oblique et la face arrière est supérieur à l'angle limite.
Selon un mode de réalisation, lesdites faces obliques sont configurées pour que les réflexions totales successives se produisent au niveau desdites faces obliques, de préférence la première face oblique étant la première desdites faces obliques atteinte par ledit au moins un rayon.
Selon un mode de réalisation, le capteur comprend en outre un substrat en silicium comprenant une première face principale et une deuxième face principale parallèle et opposée à la première face principale, et dans lequel :
chaque région de photoconversion correspond à une portion dudit substrat ;
la face avant de chaque région de photoconversion correspond à une portion de la première face principale ; et
la face arrière de chaque région de photoconversion correspond à une portion de la deuxième face principale.
Selon un mode de réalisation, chaque pixel comprend une microlentille disposée au-dessus de la face arrière de la région de photoconversion du pixel, la microlentille étant configurée pour que ledit au moins un rayon atteigne la première face oblique, de préférence avec un angle non nul par rapport à la normale à ladite face arrière.
Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, une couche dudit matériau recouvre la face arrière de la région de photoconversion.
Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, une portion de couche antireflet repose sur et en contact avec une partie seulement de la face arrière de la région de photoconversion, ladite portion de couche antireflet étant disposée de manière à être traversée par ledit au moins un rayon.
Selon un mode de réalisation, ledit matériau est de l'oxyde de silicium.
Selon un mode de réalisation, ledit au moins rayon lumineux de chaque pixel a une longueur d'onde dans le proche infra-rouge, par exemple une longueur d'onde comprise entre 700 et 1000 nm.
Selon un mode de réalisation, le capteur comprend en outre un objectif disposé au-dessus des faces arrières des régions de photoconversion, en regard des pixels, et dans lequel, pour chaque pixel, ledit au moins un rayon correspond au rayon principal du pixel.
Un autre mode de réalisation prévoit un procédé comprenant les étapes successives suivantes :
graver, du côté d'une première face d'un substrat en silicium, des premières tranchées ayant des parois opposées obliques se rejoignant au fond des premières tranchées ;
graver, du côté de la première face du substrat, des deuxièmes tranchées délimitant latéralement des régions de photoconversion des pixels du capteur, le fond de chaque première tranchée étant traversé par une deuxième tranchée correspondante alignée avec ladite première tranchée ;
remplir les premières et deuxièmes tranchées d'au moins un matériau d'indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction du silicium;
graver, du côté d'une deuxième face du substrat opposée et parallèle à la première face, des troisièmes tranchées ayant des parois opposées obliques se rejoignant au fond des troisièmes tranchées, chaque troisième tranchée étant disposée en regard d'une première tranchée correspondante et le fond de chaque troisième tranchée étant disposé dans le matériau remplissant une deuxième tranchée correspondante ; et
remplir les troisièmes tranchées dudit au moins un matériau.
Ces 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 :
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une portion d'un capteur d'images selon un mode de réalisation ;
la figure 2 est une vue en coupe, schématique et agrandie, d'une partie d'un pixel du capteur de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en perspective, partielle et très schématique, du capteur de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue en coupe schématique d'une structure à une étape d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication du capteur de la figure 1 ;
la figure 5 est une vue en coupe schématique de la structure de la figure 4 à une étape suivante du procédé de fabrication ;
la figure 6 est une vue en coupe schématique de la structure de la figure 5 à une étape suivante du procédé de fabrication ;
la figure 7 est une vue en coupe schématique de la structure de la figure 6 à une étape suivante du procédé de fabrication ; et
la figure 8 est une vue en coupe schématique de la structure de la figure 7 à une étape suivante du procédé de fabrication.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits de lecture des pixels d'un capteur d'images n'ont pas été détaillés, les modes de réalisations décrits étant compatibles avec les circuits de lecture de pixels usuels. En outre, les systèmes et applications dans lesquels peut être prévu un capteur d'images n'ont pas été décrits, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les systèmes et applications usuels dans lesquels peut être prévu un capteur d'images.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures étant entendu qu'en pratique, les structures représentées sur ces figures peuvent être orientés différemment.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
Afin d'augmenter, dans le proche infra-rouge, la partie de la puissance optique d'un rayon qui est absorbée par une région de photoconversion en silicium d'un pixel, l'inventeur propose ici d'augmenter le trajet optique du rayon dans la région de photoconversion du pixel, d'où il résulte une augmentation de l'efficacité quantique QE ("quantum efficiency") du pixel.
Plus particulièrement, l'inventeur propose ici un pixel dans lequel la région de photoconversion en silicium est entourée d'un ou plusieurs matériaux, de préférence diélectriques, par exemple d'un seul matériau diélectrique, ayant un indice de réfraction inférieur à celui du silicium, par exemple une région de photoconversion entourée d'oxyde de silicium. L'inventeur propose alors de configurer l'interface entre le silicium de la région de photoconversion et le ou les matériaux qui l'entourent pour que des rayons atteignant la région de photoconversion du pixel soient réfléchis de manière totale sur cette interface, au moins une fois et, de préférence, plusieurs fois successivement, ces rayons étant alors dits confinés dans la région de photoconversion.
Selon un mode de réalisation, l'inventeur propose que la région de photoconversion du pixel comprenne au moins une, par exemple au moins deux, de préférence au moins trois, encore plus préférentiellement au moins quatre, faces ou interfaces obliques reliant entre elles des faces opposées deux à deux de la région de photoconversion. Le pixel, notamment la ou les faces obliques qu'il comprend, sont de préférence configurés pour que les réflexions totales successives aient lieu sur ces faces obliques.
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'une portion d'un capteur d'images 1 selon un mode de réalisation. Le capteur 1 est configuré pour capturer l'image d'une scène dans le proche infra-rouge, c'est-à-dire pour capturer des rayonnements lumineux émis par la scène et dont les longueurs d'onde sont comprises par exemple entre 700 et 1000 nm.
La portion du capteur représentée en figure 1 comprend un pixel 3 et une partie seulement de ses deux pixels 3 voisins. En pratique, le capteur 1 peut comprendre plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de pixels 3, formant par exemple une matrice de pixels 3 dans laquelle les pixels 3 sont agencés en lignes et en colonnes de pixels 3.
Chaque pixel 3 comprend une région de photoconversion 5 en silicium. La région 5 de chaque pixel 3 est entourée d'un ou plusieurs matériaux, de préférence diélectriques, ayant chacun un indice de réfraction inférieur à celui du silicium. Dans cet exemple et dans la suite de la description, la région 5 en silicium de chaque pixel est entourée d'un unique matériau diélectrique, de préférence, de l'oxyde de silicium.
Chaque région 5 s'étend en hauteur (verticalement en figure 1) depuis une face arrière 7 destinée à recevoir de la lumière, jusqu'à une face avant 11 opposée et parallèle à la face arrière 7.
Selon un mode de réalisation, la région 5 de chaque pixel 3 s'étend latéralement (horizontalement en figure 1), dans une première direction, par exemple incluse dans le plan de la figure 1 et parallèle aux faces 7 et 11, entre une première face latérale 13 et une deuxième face latérale 15 opposée et parallèle à la première face latérale 13, et, dans une deuxième direction orthogonale à la première direction, par exemple une deuxième direction orthogonale au plan de la figure 1 et parallèle aux faces 7 et 11, entre une troisième face latérale et une quatrième face latérale opposée et parallèle à la troisième face, les troisième et quatrième faces latérales n'étant pas visibles en figure 1.
Les faces 7 et 11 et les faces latérales, notamment 13 et 15, correspondent à des interfaces entre le silicium de la région 5 et le matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium qui entoure la région 5.
De préférence, les pixels 3 sont réalisés dans un substrat ou tranche 17 en silicium s'étendant en épaisseur (verticalement en figure 1) entre une première face principale 19 (face supérieure en figure 1) et une deuxième face principale 21 (face inférieure en figure 1), opposée et parallèle à la première face principale 19. La deuxième face principale 21 est destinée à recevoir de la lumière d'une scène à capturer. Chaque région 5 correspond à une portion du substrat 17. Plus particulièrement, pour chaque région 5, la face avant 11 de la région 5 correspond alors à une portion de la face 19, la face arrière 7 de la région 5 correspondant alors à une portion de la face 21.
Selon un mode de réalisation, chaque région 5 comprend en outre une première face oblique 23 reliant la première face latérale 13 de la région 5 à la face avant 11 de la région 5. La face oblique 23 correspond à une interface entre le silicium de la région 5 et le matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium qui entoure la région 5. On appelle θc1l'angle entre le plan de la face 11 ou 19 et le plan de la face 23. L'angle θc1est un angle aigu, c'est-à-dire qu'il est inférieur à 90°.
Selon un mode de réalisation, chaque région 5 comprend en outre une deuxième face oblique 25 reliant la face avant 11 de la région 5 à la deuxième face latérale 15 de la région 5. La face oblique 25 correspond à une interface entre le silicium de la région 5 et le matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium qui entoure la région 5. On appelle θc 2l'angle aigu entre le plan de la face 25 et le plan de la face 11 ou 19.
Selon un mode de réalisation, chaque région 5 comprend en outre une troisième face oblique 27 reliant la deuxième face latérale 15 de la région 5 à la face arrière 7 de la région 5. La face oblique 27 correspond à une interface entre le silicium de la région 5 et le matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium qui entoure la région 5. On appelle θc 3l'angle aigu entre le plan de la face 7 ou 21 et le plan de la face 27.
Selon un mode de réalisation, chaque région 5 comprend en outre une quatrième face oblique 29 reliant la face arrière 7 de la région 5 à la première face latérale 13 de la région 5. La face oblique 29 correspond à une interface entre le silicium de la région 5 et le matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium qui entoure la région 5. On appelle θc 4l'angle aigu entre le plan de la face 29 et le plan de la face 7 ou 21.
Selon un mode de réalisation, une couche 31 du matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium recouvre entièrement la face 19 du substrat 17, donc la face avant 11 de chaque région 5. De préférence, une face de la couche 31 est en contact avec toute la face 19 du substrat 17.
Selon un mode de réalisation, une structure d'interconnexion 33 repose sur la face 19 du substrat 17, par exemple sur et en contact avec la couche 31 lorsque la couche 31 est considérée comme ne faisant pas partie de la structure 33, ou sur et en contact avec la face 19 lorsque la couche 31 est considérée comme faisant partie de la structure d'interconnexion 33.
La structure 33 est configurée pour relier électriquement des composants, par exemple des transistors par exemple de circuits de lecture des pixels 3, formés dans et/ou sur le substrat 17 du côté de sa face 19, entre eux et/ou à des plots de connexion (non représentés) disposés au niveau d'une face 35 de la structure 33 opposée à la face 19. La structure 33 comprend par exemple des portions de couches conductrices 37 séparées les unes des autres par des couches isolantes non détaillées, par exemple des couches isolantes en oxyde de silicium et/ou en nitrure de silicium, les portions de couches conductrices 37 étant reliées entre elles, aux composants et/ou aux plots de connexion électrique par des vias 39 conducteurs électriquement.
Selon un mode de réalisation, une couche 41 du matériau d'indice de réfraction inférieur à celui du silicium repose sur la face 21 du substrat 17.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, chaque pixel 3 comprend une couche, ou portion de couche, antireflet 43, par exemple en nitrure de silicium lorsque la couche 41 est en oxyde de silicium. La couche antireflet 43 de chaque pixel 3 repose sur et en contact avec la face arrière 7 de la région 5 du pixel 3. De préférence, la couche 43 est disposée de manière à être traversée par des rayons lumineux qui seront réfléchis de manière totale sur la face 23, un seul de ces rayons, référencé 45, étant représenté en figure 1. De préférence, la couche 43 ne recouvre qu'une partie de la face 7 de la région 5, le reste de la face 7 de la région 5, et plus généralement le reste de la face 21 non recouvert de couches 43, étant alors recouvert par la couche 41 avec laquelle la face 21 est en contact. La couche 41 recouvre, du côté de la face 21 du substrat 17, les couches 43. Dit autrement, l'épaisseur de la couche 41 est supérieure à celle des couches 43 des pixels 3.
Dans un autre mode de réalisation non illustré, les couches 43 peuvent être omises, toute la face 21 étant alors recouverte par la couche 41 et étant en contact avec la couche 41.
Selon un mode de réalisation, chaque pixel 3 comprend une lentille ou microlentille 47. La microlentille 47 d'un pixel 3 donné est alors configurée pour focaliser, dans la région 5 du pixel 3, les rayons lumineux incidents du pixel 3, c'est-à-dire les rayons lumineux atteignant la microlentille 47 du pixel 3. Dans le cas où ce pixel 3 est muni d'une couche antireflet 43, la microlentille 47 est de préférence configurée pour que sensiblement tous les rayons focalisés par la microlentille 47 dans la région 5 du pixel 3, voire tous les rayons focalisés par la microlentille 47 dans la région 5 du pixel 3, passent au travers de la couche antireflet 43 du pixel.
De préférence, la microlentille 47 d'un pixel 3 donné est configurée pour focaliser les rayons lumineux incidents du pixel 3 sur ou vers la première face oblique 23 de la région 5 du pixel 3, de sorte que tout ou partie de ces rayons lumineux y soient réfléchis de manière totale.
En particulier, la microlentille 47 d'un pixel 3 donné est de préférence configurée pour que les rayons lumineux focalisés sur ou vers la face 23 de la région 5 du pixel 3 se propagent selon une direction formant un angle non nul par rapport à une normale à la face arrière 7 de la région 5 du pixel 3.
De préférence, un rayon lumineux réfléchi de manière total sur l'interface 23, par exemple le rayon 45 représenté en figure 1, correspond au rayon principal ("chief ray") du pixel 3. De préférence, bien que cela ne soit pas représenté en figure 1, le rayon principal 45 sort de la microlentille 47 du pixel au niveau de l'axe optique de la microlentille 47. Tous les rayons incidents du pixel 3 que la microlentille 47 est en mesure de focaliser dans la région 5 forment par exemple un cône autour du rayon principal 45, la base du cône correspondant à la surface de la microlentille 47 par laquelle sortent ces rayons, et le sommet du cône étant traversé par le rayon principal 45.
A titre d'exemple, pour que la microlentille 47 d'un pixel 3 focalise les rayons incidents du pixel 3 vers ou sur l'interface 23 du pixel, l'axe optique de la microlentille 47, c'est-à-dire par exemple son axe de symétrie, est décalé par rapport à l'axe central du pixel 3, c'est-à-dire l'axe orthogonal à la face 7 du pixel 3 qui passe par le centre du pixel 3, ce décalage n'étant pas représenté en figure 1. Dit autrement, l'axe central du pixel 3 est par exemple parallèle aux faces latérales de la région 5 du pixel 3, et est situé à une même distance des première et deuxième faces latérales 13 et 15 du pixel d'une part, et à une même distance des troisième et quatrième faces latérales du pixel d'autre part. Ce décalage entre la microlentille 47 d'un pixel 3 et l'axe central du pixel est par exemple prévu pour tous les pixels 3 du capteur à l'exception du ou des pixels disposés au centre du capteur pour lesquels les rayons lumineux, notamment les rayons principaux de ces pixels, atteignent le pixel avec une incidence normale par rapport à la face 21 du capteur. L'homme du métier est en mesure de déterminer, pour un pixel 3 donné, le décalage entre l'axe optique de la microlentille 47 du pixel 3 et l'axe central du pixel 3 pour d'obtenir les conditions de focalisation décrites ci-dessus, notamment en utilisant un logiciel de simulation assisté par ordinateur tel que le logiciel désigné par l'appellation commerciale Lumerical. En outre, dans le ou les pixels disposés au centre du capteur, pour que les rayons incidents de chacun de pixels centraux atteignent les interfaces 23 et 25, un réseau de diffraction peut être disposé sur le trajet des rayons incidents, avant qu'ils n'atteignent les zones 5 de ces pixels. A titre d'exemple, le pas des réseaux est alors déterminé de sorte que les rayons diffractés par les réseaux atteignent les interfaces 23 et 25.
A titre d'exemple, les rayons incidents d'un pixel 3 proviennent, ou sortent, d'un objectif optique du capteur 1, par exemple d'une lentille de cet objectif optique. L'objectif est commun à tous les pixels 3 et est disposé au-dessus (en dessous en figure 1) de la face 21 du substrat 17. A titre d'exemple, pour chaque pixel 3, le rayon principal du pixel 3 sort de l'objectif du capteur au niveau de l'axe optique de l'objectif, et tous les rayons que l'objectif est en mesure de focaliser sur et/ou dans la microlentille 47 du pixel 3 forment par exemple un cône autour du rayon principal. La base du cône correspond alors à la surface de sortie de l'objectif, et le sommet du cône est traversé par le rayon principal
Comme cela se comprend de la description ci-dessus, la face 23 est configurée pour qu'au moins un rayon, par exemple au moins le rayon principal du pixel, soit réfléchi de manière totale sur l'interface 23.
Selon un mode de réalisation, la face oblique 25 est configurée pour qu'au moins un rayon, par exemple au moins le rayon principal du pixel, soit réfléchi de manière totale au niveau de cette interface 25 après avoir été réfléchi de manière totale sur l'interface 23.
Selon un mode de réalisation, la face oblique 27 est configurée pour qu'au moins un rayon, par exemple au moins le rayon principal du pixel, soit réfléchi de manière totale au niveau de cette interface 27 après avoir été réfléchi de manière totale sur l'interface 25.
Selon un mode de réalisation, la face oblique 29 est configurée pour qu'au moins un rayon, par exemple au moins le rayon principal du pixel, soit réfléchi de manière totale au niveau de cette interface 29 après avoir été réfléchi de manière totale sur l'interface 27. De préférence, l'interface 29 est outre configurée pour que, après réflexion totale sur l'interface 29, le rayon soit propagé vers l'interface 23 pour y subir une nouvelle réflexion totale.
L'homme du métier est mesure de déterminer l'angle θc 1, et, selon le mode de réalisation considéré, également l'angle θc 2, l'angle θc 3et l'angle θc 4, de manière à obtenir le fonctionnement décrit ci-dessus. Notamment, l'homme du métier est mesure de déterminer ce ou ces angles en utilisant un tableau de calcul mettant en relation les conditions de réflexion totale sur les interfaces 23, 25, 27 et 29 considérées, les angles respectifs θc 1, θc 2, θc 3et θc 4, les dimensions de la régions 5 et les angles d'incidence des rayons sur les interfaces respectives 23, 25, 27 et 29. L'homme du métier peut par exemple valider le ou les angles ainsi déterminés au moyen d'un outil de simulation assistée par ordinateur tel que l'outil désigné par l'appellation commerciale Lumerical.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque angle θc 1, θc 2, θc 3, θc 4est sensiblement égal à 55°, par exemple égal à 55°.
Pour augmenter l'efficacité quantique des pixels d'un capteur dans le proche infra-rouge, on aurait pu penser à munir chaque pixel du capteur de plaques métalliques réfléchissantes disposées dans la structure d'interconnexion du capteur. Les rayons atteignant la face arrière d'un pixel auraient alors traversés la région de photoconversion du pixel dans un premier sens, auraient été réfléchis par les plaques réfléchissantes et auraient traversés la région photoconversion dans un deuxième sens opposé au premier avant de sortir de la région de photoconversion par sa face arrière.
Toutefois, les rayons qui seraient sortis de la région de photoconversion par sa face arrière, après réflexion sur les plaques métalliques, auraient pu atteindre des pixels voisins, notamment après des réflexions non maitrisées sur la microlentille du pixel et/ou sur l'objectif optique du capteur. Il en aurait résulté des artéfacts dans l'image obtenue au moyen du capteur. Par exemple, l'inventeur a constaté qu'avec un tel capteur muni de plaque métalliques, pour un rayon atteignant la face arrière du pixel avec une puissance optique initiale donnée, le pourcentage de la puissance optique initiale qui est absorbé par le silicium de la région de photoconversion du pixel est au moins deux fois plus faible que le pourcentage de puissance optique initiale qui ressort par la face arrière de la zone de photoconversion. En outre, le pourcentage de puissance optique initiale qui ressort par la face arrière de la région de photoconversion est important, par exemple supérieur à 30% pour une région de photoconversion dont l'épaisseur est égale à 3 µm et dont la face arrière a une surface de 2 µm*2 µm.
Pour augmenter l'efficacité quantique des pixels d'un capteur, on aurait également pu penser munir chaque pixel du capteur d'un réseau de diffraction disposé au niveau de la face arrière du pixel en omettant les interfaces 23, 15, 27 et 29. Les rayons diffractés se seraient alors propagés de manière oblique dans la région de photoconversion de chaque pixel, ce qui aurait augmenté le chemin optique des rayons dans le silicium de la région de photoconversion de chaque pixel. Toutefois, au moins certains rayons diffractés auraient alors pu traverser les structures isolantes qui séparent les unes des autres les régions de photoconversion des pixels, et ainsi atteindre des régions de photoconversion de pixels voisins. Il en aurait résulté, là aussi, des artéfacts dans l'image obtenue au moyen du capteur. En outre, un inconvénient d'une telle structure est qu'une partie importante de la puissance optique des rayons lumineux atteignant le pixel 3 sort par la face arrière de la zone de photoconversion du pixel.
Dans un pixel 3, pour au moins un rayon incident du pixel, par exemple le rayon principal du pixel, le chemin optique dans le silicium de la région 5 du pixel est augmenté au moyen d'une réflexion totale sur l'interface 23, de préférence suivie d'une réflexion totale sur l'interface 25, encore plus préférentiellement suivie d'une une réflexion totale sur l'interface 27, et encore plus préférentiellement suivie d'une réflexion totale sur l'interface 29. En pratique, bien que l'on ait illustré en figure 1 un seul rayon 45 correspondant au rayon principal du pixel 3, d'autres rayons incidents du pixel, par exemple des rayons contenus dans le cône de rayons centré sur le rayon principal et focalisés sur l'interface 23 du pixel 3, sont eux aussi réfléchis de manière totale sur cette interface oblique, et, le cas échéant, successivement sur l'interface 25, voire aussi sur l'interface 27, voire encore sur l'interface 29.
Dans un tel pixel 3, pour un rayon atteignant la face arrière 7 du pixel avec une puissance optique initiale donnée, le pourcentage de la puissance optique initiale qui est absorbée par le silicium de la région de photoconversion 5 est plus important que dans un pixel muni de plaques métalliques réfléchissantes tel que décrit ci-dessus. Par exemple, environ 20 % de la puissance optique initiale est absorbée pour une région de photoconversion 5 dont l'épaisseur est égale à 3 µm, et dont la face arrière a une surface de 2 µm*2 µm.
En outre, dans un tel pixel 3, pour un rayon atteignant la face arrière 7 d'un pixel avec une puissance optique initiale donnée, le pourcentage de la puissance optique initiale qui est absorbé par le silicium de la région de photoconversion 5 est sensiblement égal, voire inférieur, au pourcentage de la puissance optique initiale qui ressort éventuellement par la face arrière 7. Ainsi, le pourcentage de la puissance optique initiale qui ressort éventuellement par la face arrière d'un pixel 3 est inférieur au pourcentage de la puissance optique initiale qui ressort par la face arrière d'un pixel muni de plaques réfléchissantes tel que décrit ci-dessus. Dit autrement, le pixel 3 permet un meilleur confinement des rayons lumineux dans la région de photoconversion du pixel 3.
Par ailleurs, dans le pixel 3, les réflexions totales sont maîtrisées, ce qui permet de limiter, voire de supprimer, la possibilité qu'un rayon lumineux atteignant la région 5 d'un pixel se propage jusqu'à la région 5 d'un pixel 3 voisin contrairement à ce qui ce passe dans des pixels tels que décrits ci-dessus qui sont muni chacun d'un réseau de diffraction mais dépourvu des interfaces 23, 25, 27 et 29.
Ainsi, par rapport à un capteur comprenant une pluralité de pixels munis de plaques métalliques réfléchissantes et/ou de réseaux de diffraction tels que décrits ci-dessus, un capteur comprenant une pluralité de pixel 3 permet d'obtenir une image dans laquelle les artéfacts sont réduits, voire supprimés.
Les avantages que procure un pixel 3 sont d'autant plus marqués que les rayons incidents du pixel 3 restent confinés dans la région de photoconversion 5 du pixel, ou, dit autrement, que le nombre de réflexions totales à l'interface entre la région 5 et le matériau qui l'entoure est élevé.
La figure 2 est une vue en coupe, schématique et agrandie, d'une partie d'un pixel 3 du capteur de la figure 1, et particulièrement d'une partie comprenant l'interface oblique 23. Les conditions de réflexion totale d'un rayon lumineux incident du pixel 3, dans cet exemple le rayon principal 45 du pixel 3, sur l'interface 23 vont être détaillées en relation avec la figure 2.
On considère ici, à titre d'exemple, que le rayon principal 45 atteint la face arrière 7 (non représentée) de la région 5 avec un angle aigu d'incidence θsimesuré par rapport à la normale 49 à la face arrière 7.
Pour obtenir une réflexion totale du rayon 45 sur l'interface 23, l'angle aigu d'incidence θi1du rayon 45 sur l'interface 23, mesuré par rapport à la normale 51 à l'interface 23, vérifie la relation (1) suivante :
θi1> sin-1(n2/n1),
avec n1et n2les indices de réfraction, à la longueur d'onde considérée, respectivement du silicium de la région 5 et du matériau qui entoure la région 5, par exemple l'indice de réfraction n2de l'oxyde de silicium.
La relation (1) ci-dessus provient des lois de Snell-Descartes bien connues de l'homme du métier.
Dit autrement, l'angle θi1 vérifie la relation (2) suivante :
θi1> θL,
avec θLl'angle limite de réflexion totale défini par la relation (3) suivante :
θL= sin-1(n2/n1).
On appelle θr1l'angle aigu du rayon 45 réfléchi sur l'interface 23 et mesuré par rapport la normale 53 à l'interface 23. En pratique, l'angle θr1est égal à l'angle θi1.
Du fait que l'angle θi1 doit être supérieur à l'angle θLpour obtenir une réflexion totale du rayon 45 sur l'interface 23, cela implique que l'angle θc1 est lui aussi supérieur à l'angle limite θL. Dit autrement, l'angle θc 1vérifie la relation (4) suivante :
θc 1> θL.
A titre d'exemple, pour un rayon 45 de longueur d'onde égale à 850 nm, respectivement 940 nm, l'angle θc 1vérifie la relation (4) s'il est supérieur ou égal à 23,4°, respectivement à 23,8°, lorsque n2est l'indice optique de l'oxyde de silicium et n1est l'indice optique du silicium.
De préférence, l'interface 23 est en outre configurée pour que l'angle θr1 soit inférieur ou égal, de préférence égal, à 90° moins la valeur de l'angle θc1 ,de manière que le rayon 45 réfléchi sur l'interface 23 se propage jusqu'à l'interface 25 (non représentée en figure 1) de manière sensiblement parallèle, de préférence parallèle, à la face 11 ou 21, sans atteindre cette face 11 ou 21. Cela implique que, de préférence, l'angle θc1est inférieur à 90° moins la valeur de l'angle limite θL, ou, dit autrement, que l'angle θc1vérifie la relation (5) suivante :
θc1< 90°-θL.
A titre d'exemple, pour un rayon 45 de longueur d'onde égale à 850 nm, respectivement 940 nm, l'angle θC1vérifie la relation (5) s'il est inférieur ou égal à 66,6°, respectivement à 66,2°, lorsque n2est l'indice optique de l'oxyde de silicium et n1est l'indice optique du silicium.
Par ailleurs, l'angle θC1vérifie la relation (6) suivante :
θc1= θi1+ θsi.
Cela implique que, si l'angle θc 1vérifie les relations (5) et (6), et si l'angle θi1vérifie la relation (2), alors l'angle θsidoit vérifier la relation (7) suivante :
θsi < 90°-2*θL.
A titre d'exemple, pour un rayon 45 de longueur d'onde égale à 850 nm, respectivement 940 nm, l'angle θsivérifie la relation (7) s'il est inférieur ou égal à 43,2°, respectivement à 42,4°, lorsque n2est l'indice optique de l'oxyde de silicium et n1est l'indice optique du silicium.
En pratique, du fait que les pixels 3 du capteur 1 sont munis de microlentilles 47, et du fait du changement d'angle subi par un rayon lumineux lors de son entrée dans la zone de photoconversion 5 en silicium, même en considérant des angles d'incidence élevés provenant de la lentille ou objectif du capteur, l'angle θsirespecte toujours la relation (7) ci-dessus.
A titre d'exemple, avant d'atteindre la microlentille d'un pixel 3, un rayon lumineux se propageant avec un angle aigu de 20°, respectivement de 40°, mesuré par rapport à la normale à la face 21 du substrat 17 (figure 1), conduit à un rayon lumineux atteignant la face 7 du pixel 3 avec un angle θsiégal à 5,5°, respectivement à 10,3°.
Bien que l'on ait décrit des conditions de réflexion totale sur l'interface 23 pour l'angle θc 1, et des conditions préférentielles de réflexion totale d'un rayon incident sur cette interface pour l'angle θc 1et pour l'angle θsi, l'homme du métier est en mesure de déterminer des conditions similaires pour les angles θc 2, θc 3et θc 4des interfaces respectives 25, 27 et 29, et pour les angles d'incidences des rayons sur ces interfaces respectives. En particulier, pour obtenir des réflexions totales successives sur les interfaces 25, 27 et 29, chacun des angles θc 2, θc 3et θc 4vérifie la relation (1) et est supérieur à l'angle θL.
En outre, comme cela a déjà été mentionné précédemment, bien que l'on ait illustré en figure 2 un seul rayon 45 correspondant au rayon principal du pixel 3, d'autres rayons incidents du pixel sont eux aussi réfléchis de manière totale sur l'interface 23, et, le cas échéant successivement sur l'interface 25, voire aussi sur l'interface 27, voire encore sur l'interface 29.
La figure 3 est une vue en perspective, partielle et très schématique, du capteur 1 de la figure 1, illustrant le rayon principal 65 d'un pixel 3 (en noir sur la figure) du capteur 1.
En figure 3, chaque pixel 3 du capteur 1 est représenté de manière très schématique par un carré représentant la face supérieure du pixel 3, c'est-à-dire la surface occupée par le pixel 3 au niveau de la face 21 du substrat 17 (figure 1).
Les pixels 3 sont ici arrangés sous la forme d'une matrice 55 de pixels 3, comprenant plusieurs colonnes de pixels 3 et plusieurs lignes de pixels 3, à savoir dix lignes et dix colonnes dans l'exemple de la figure 3.
Le capteur 1 comprend en outre un objectif 57. L'objectif 57 comprend plusieurs lentilles, diaphragmes et/ou pupilles non détaillées en figure 3. L'objectif 57 est configuré pour focaliser tous les rayons lumineux émis par un point d'une scène à capturer qui atteignent l'objectif 57, vers un pixel 3 correspondant.
En figure 3, on a représenté par un disque 59 la surface de sortie de l'objectif 57, qui correspond par exemple à la surface d'une lentille de sortie de l'objectif, cette surface 59 étant tournée vers la matrice 55.
La surface de sortie 59 de l'objectif 57 et la matrice 55 de pixels 3 du capteur 1 sont de préférence centrées sur un même axe 61, correspondant à l'axe optique du capteur 1.
En fonctionnement, tous les rayons lumineux en provenance d'un point d'une scène à capturer qui atteignent l'objectif 57 sont focalisés vers un pixel 3 correspondant. Le rayon principal 65 de ce pixel 3 correspond alors au rayon passant par le centre, ou axe optique, 61 de l'objectif 57 et allant jusqu'à ce pixel 3. Ce rayon principal ("chief ray") est différent pour chaque point de la scène à capturée, donc pour chaque pixel du capteur.
Ainsi, en sortie de l'objectif 57, pour un point donné de la scène à capturer, tous les rayons lumineux en provenance de ce point sont répartis dans un cône 63 dont le sommet est disposé au niveau du pixel 3 correspondant à ce point, et dont la base correspond à la surface de sortie 59 de l'objectif 57. Ce cône 63 est sensiblement centré autour du rayon principal 65 du pixel, le rayon principal 65 sortant de l'objectif 57 au niveau de l'axe optique 61 et passant par le pixel 3.
De préférence, pour un pixel 3 donné, le rayon 45 représenté en figures 1 et 2 correspond au rayon principal 65 représenté en figure 3.
Comme cela a été indiqué précédemment en relation avec la figure 1, on prévoit de décaler les microlentilles 47 des pixels 3, en particulier des pixels 3 n'étant pas disposés au centre de la matrice 55 du capteur, de manière que le rayon principal 65, représenté en figure 3 pour un pixel 3 donné, atteigne la face 23 du pixel 3 (figure 1), avec un angle d'incidence θsi(figure 2) sur la face 7 non nul et respectant la condition (7), et que le rayon principal 65 soit réfléchi de manière totale sur l'interface 23.
Dit autrement, dans les pixels 3 ayant leurs microlentilles décalées pour que les rayons 65 de ces pixels atteignent les faces 23 de ces pixels, les microlentilles 47 ont un décalage radial par rapport à l'axe optique 61 du capteur 1 tel que, pour chacun de ces pixels 3, le rayon principal 65 du pixel soit focalisé sur la face 23 (figure 1) du pixel 3. On notera que, pour un pixel 3 donné, le rayon principal 65 du pixel se propage dans une direction formant un angle CRA avec l'axe 61, l'angle CRA étant appelé angle de rayon principal ("chief ray angle").
L'homme du métier est mesure de déterminer, pour chaque pixel 3, le décalage de la microlentille 47 du pixel 3 par rapport à l'axe central du pixel 3. En effet, dans les capteurs d'images usuels, des décalages des microlentilles sont déjà prévus, mais pour focaliser les rayons incidents atteignant la microlentille de chaque pixel vers le centre de la région de photoconversion du pixel, plutôt que vers la face 23 comme cela est ici proposé.
En outre, comme cela a également été décrit précédemment, pour chaque pixel central 3 du capteur 1 pour lequel on ne prévoit habituellement aucun décalage entre la microlentille 47 du pixel 3 et l'axe du pixel, on peut prévoir un réseau de diffraction pour que les rayons incidents du pixel soient déviés vers les interfaces 23 et 25.
Un mode de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'un capteur 1 tel que décrit en relation avec la figure 1 va maintenant être décrit en relation avec les figures 4 à 8, ces figures représentant, chacune par une vue en coupe schématique prise dans un même plan de coupe, une structure à des étapes successives du procédé.
A l'étape illustrée par la figure 4, des premières tranchées 67 ont été gravées du côté, ou à partir, de la face 19 du substrat 17 en silicium. Chaque tranchée 67 a des parois opposées 67A et 67B, respectivement à droite et à gauche en figure 4, qui sont obliques et se rejoignent au fond 69 de la tranchée 67. L'angle entre les parois 67A, respectivement 67B, et le plan de la face 19 correspond à l'angle θc 2, respectivement θc 1, le plan de la face 19 étant représenté en pointillé au-dessus des tranchées 67. Dit autrement, les parois 67B des tranchées 67 correspondent aux faces obliques 23 (figure 1), les parois 67A correspondant aux faces obliques 25 (figure 1). Ainsi, entre deux tranchées 67 voisines ou adjacentes, la portion de la face 19 qui n'est pas gravée correspond à la face 11 d'une région 5.
Bien que cela ne soit pas illustré en figure 4, les tranchées 67 sont gravées à partir d'ouvertures ménagées dans un masque de gravure formé sur la face 19, par exemple un masque en résine ou un masque en oxyde de silicium appelé masque dur.
A titre d'exemple, les tranchées 67 sont gravées par gravure humide au moyen d'un agent de gravure comprenant de l'hydroxyde de potassium (KOH), de l'hydroxyde de tetraéthylamonium (TEAH) ou de l'hydroxyde de tetraméthylamonium (TMEA).
A titre d'exemple, la gravure est effectuée en suivant l'angle entre deux orientations cristallines du silicium, par exemple l'angle entre les plans cristallins d'orientations respectives (111) et (100), cet angle étant égal à 55°. Les angles θc 1et θc 2 sont alors égaux entre eux et à l'angle entre ces plans cristallins ou orientations cristallines du silicium. On notera que, de manière avantageuse, cet angle de 55° est supérieur à l'angle θLpour une interface silicium/oxyde de silicium et des rayons lumineux dans le proche infra-rouge.
A l'étape illustrée par la figure 5, des deuxièmes tranchées 71 ont été gravées du côté de la face 19 du substrat 17 en silicium. Contrairement aux tranchées 67, les tranchées 71 sont des tranchées verticales. Les tranchées 71 pénètrent verticalement dans le substrat 17, sur tout ou partie de son épaisseur. Les tranchées délimitent latéralement les régions de photoconversion 5 des pixels 3 du capteur 1. Dit autrement, les parois latérales d'une tranchée 71 correspondent par exemple à la première face latérale 13 d'un pixel 3 et à la deuxième face latérale 15 d'un pixel voisin lorsque la tranchée 71 est parallèle aux tranchées 67, et par exemple à la troisième face latérale d'un pixel 3 et la quatrième face latérale d'un pixel 3 voisin lorsque la tranchée 71 est orthogonale aux tranchées 67, ce dernier cas n'étant pas visible en figure 5.
Pour chaque tranchée 67, une tranchée 71 est gravée de manière à pénétrer dans le substrat 17 à partir du fond de la tranchée 67. Dit autrement, le fond 69 (figure 4) de chaque tranchée 67 est traversé par une tranchée 71 correspondante, ces tranchées 67 et 71 étant alors alignées. Dit encore autrement, une tranchée 71 est gravée à partir du fond 69 de chaque tranchée 67.
Bien que cela ne soit pas illustré en figure 5, les tranchées 71 sont gravées à partir d'ouvertures ménagées dans un masque de gravure formé sur la face 19 et une partie des parois 67A et 67B, par exemple un masque en résine ou un masque en oxyde de silicium appelé masque dur. En particulier, lorsqu'une tranchée 71 est gravée de manière à traverser le fond 9 d'une tranchée 67, l'ouverture du masque à partir de laquelle est gravée cette tranchée 71 débouche sur le fond 69 de la tranchée 67.
A l'étape illustrée par la figure 6, une couche 73 du matériau d'indice de réfraction n2, par exemple une couche 73 d'oxyde de silicium, est déposée de manière à remplir les tranchées 67, les tranchées 71 et à recouvrir la face 19 du substrat 17. La couche 73 recouvre alors les faces avant 11 des régions de photoconversion 5 des pixels 3.
Dans ce mode de mise en oeuvre, après une éventuelle étape d'aplanissement de la surface exposée de la couche 73, par exemple par polissage mécano-chimique CMP ("chemical mecanical polishing"), la partie de la couche 73 disposée au-dessus du niveau de la face 19 constitue la couche 31 décrite relation avec la figure 1.
Dans une variante de mise en oeuvre non illustrée, la couche 31 est déposée après avoir retiré, par exemple par CMP, la partie de la couche 73 disposée au-dessus du niveau de la face 19.
A l'étape illustrée par la figure 7, la structure d'interconnexion 33 a été formée sur la couche 31, par des étapes successives de dépôts et de gravures de couches métalliques et de couches isolantes, puis la structure obtenue a été retournée comme cela est représenté en figure 7.
En fonction de l'épaisseur du substrat 17 et de l'épaisseur visée pour les régions 5, une étape d'amincissement du substrat 17 peut être prévue, le substrat 17 étant alors aminci du côté de sa face 21.
Toujours à l'étape illustrée par la figure 7, des troisièmes tranchées 75 sont ensuite gravées à partir, ou du côté, de la face 21 du substrat 17. Chaque tranchée 75 est disposée en regard d'une tranchée 67 (figure 4) correspondante, avec laquelle elle est alignée. Comme les tranchées 67, chaque tranchée 75 a des parois latérales opposées 75A et 75B, respectivement à droite et à gauche en figure 7, qui sont obliques et qui se rejoignent au fond 77 de la tranchée 75. Le fond 77 de chaque tranchée 75 est disposé dans le matériau d'indice de réfraction n2remplissant une tranchée 71 correspondante. L'angle entre les parois 75A, respectivement 75B, et le plan de la face 21 correspond à l'angle θc 3, respectivement θc 4, le plan de la face 21 étant représenté en pointillé au-dessus des tranchées 75. Dit autrement, les parois 75A des tranchées 75 correspondent aux faces obliques 27, les parois 75B correspondant aux faces obliques 29. Ainsi, entre deux tranchées 75 voisines ou adjacentes, la portion de la face 21 qui n'est pas gravée correspond à la face 7 d'une région 5.
Bien que cela ne soit pas illustré en figure 7, les tranchées 75 sont gravées à partir d'ouvertures ménagées dans un masque de gravure formé sur la face 21, par exemple un masque en résine ou un masque en oxyde de silicium appelé masque dur.
A titre d'exemple, les tranchées 67 sont gravées par gravure humide au moyen d'un agent de gravure comprenant de l'hydroxyde de potassium (KOH), de l'hydroxyde de tetraéthylamonium (TEAH) ou de l'hydroxyde de tetraméthylamonium (TMEA).
A titre d'exemple, la gravure est effectuée en suivant l'angle entre deux orientations cristallines du silicium, par exemple l'angle entre les plans cristallins d'orientations respectives (111) et (100), cet angle étant égal à 55°. Les angles θc 3 et θc 4 sont alors égaux entre eux et à l'angle entre ces plans cristallins ou orientations cristallines du silicium. On notera que, de manière avantageuse, cet angle de 55° est supérieur à l'angle θLpour une interface silicium/oxyde de silicium et des rayons lumineux dans le proche infra-rouge.
A l'étape illustrée par la figure 8, une couche 79 du matériau d'indice de réfraction n2, par exemple une couche d'oxyde de silicium, est déposée du côté de la face 21 du substrat 17 de manière à remplir les tranchées 75, la limite entre les couches 79 et 73 étant représentée en pointillé en figure 8.
Selon un mode de réalisation, la face exposée de la couche 79 est ensuite aplanie, par exemple par CMP, jusqu'au niveau de la face 21 du substrat 17. Dit autrement, la couche 79 n'est laissée en place que dans les tranchées 75. De manière optionnelle, les portions de couche antireflet 43 sont alors formées sur et en contact avec les faces arrières 7 des régions 5, chaque portion de couche antireflet 43 ne recouvrant de préférence qu'une partie seulement de la face 7 correspondante.
A titre d'exemple, les portions de couche 43 antireflet sont obtenues en déposant une couche sur toute la surface exposée de la structure du côté de la face 21 du substrat 17 (dépôt pleine plaque), puis en retirant par gravure des portions de cette couche en laissant en place les portions de couche antireflet 43. A titre d'exemple, les portions de couche 43 antireflet sont en nitrure de silicium.
A une étape suivante non illustrée, la couche 41 du matériau d'indice n2est ensuite déposée sur toute la surface exposée de la structure, du côté de la face 21 du substrat 17 (dépôt pleine plaque) et les microlentilles 47 sont ensuite formées sur cette couche 41 de manière à obtenir la structure de la figure 1.
Selon une variante de mise en oeuvre non illustrée, dans laquelle les portions de couche 43 antireflet sont omises, la couche 79 est déposée avec une épaisseur supérieure à celle de la couche 41, puis sa surface exposée est aplanie, par exemple par CMP, de sorte que la portion de la couche 79 laissée en place au-dessus du niveau de la face 21 du substrat 17 corresponde à la couche 41. De manière similaire à ce qui a été décrit ci-dessus, les microlentilles 47 des pixels 3 sont ensuite formées sur la couche 41, c'est-à-dire, dans cette variante, sur la face exposée et aplanie de la couche 79.
Bien que l'on ait décrit des pixels 3 dans lesquels les faces latérales opposées de la région 5 de chaque pixel 3 sont parallèles entre elles, ces faces peuvent ne pas être exactement parallèles entre elles, notamment en fonction de la gravure des tranchées 71 mise en oeuvre.
En outre, bien que l'on ait décrit des microlentilles 47 symétriques par rapport à leurs axes optiques, l'homme du métier est en mesure de prévoir des microlentilles asymétriques, par exemple réalisées par micro ou nano impression, ou par lithographie à échelle ou niveau de gris ("grayscale" en anglais) , pour focaliser des rayons incidents des pixels 3 sur leurs faces obliques 23.
Bien que cela n'ait pas été illustré, ni détaillé, les première et deuxième faces latérales 13 et 15 d'un pixel 3 du capteur 1 peuvent être orientées différemment selon le pixel 3 considéré. Par exemple, les première et deuxième faces latérales 13 et 15 d'un premier pixel 3 du capteur 1, par exemple un pixel 33 disposé vers un bord de la matrice 55 de pixel, dans une ligne sensiblement centrale de la matrice 55, peuvent être sensiblement orthogonales aux première et deuxième faces latérales 13 et 15 d'un deuxième pixel 3, par exemple un pixel 3 disposé vers un bord de la matrice 55 de pixels 3, dans une colonne sensiblement centrale de la matrice 55. En outre, on peut prévoir qu'au moins certains pixels 3 du capteur 1 comprennent une ou plusieurs face obliques entre la troisième face latérale du pixel, la face avant du pixel, la quatrième face latérale du pixel et la face arrière du pixel, cette face oblique ou ces faces obliques étant similaires aux faces obliques respectives 23, 25, 27 et 29. Dit autrement, un pixel 3 donné peut comprendre de 1 à 8 interfaces obliques. En particulier, selon un mode de réalisation, on prévoit que les pixels centraux du capteur comprennent 8 interfaces obliques.
Par ailleurs, bien que l'on ait décrit des modes de réalisation et variantes dans lesquels la zone 5 est en silicium et est entourée d'oxyde de silicium, l'homme du métier est en mesure d'adapter ces modes de réalisation et variantes au cas où l'oxyde de silicium est remplacé par un ou plusieurs autres matériaux diélectriques, par exemple par un gaz tel que de l'air.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L’homme de l’art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaitront à l’homme de l’art.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l’homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (15)

  1. Capteur d'images (1) comprenant des pixels (3) comportant chacun une région de photoconversion (5) en silicium entourée d'au moins un matériau d'indice de réfraction (n2) inférieur à l'indice de réfraction (n1) du silicium, l'interface (7, 11, 13, 15, 23, 25, 27, 29) entre la région de photoconversion (5) du pixel (3) et ledit matériau étant configurée pour qu'au moins un rayon (45, 64) atteignant la région de photoconversion (5) du pixel (3) subisse une réflexion totale sur cette interface ou plusieurs réflexions totales successives sur cette interface (23, 25, 27, 29).
  2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel la région de photoconversion (5) de chaque pixel (3) s'étend en hauteur depuis une face arrière (7) destinée à recevoir ledit au moins un rayon jusqu'à une face avant (11) parallèle et opposée à la face arrière et s'étend latéralement entre quatre faces latérales (13, 15), la région de photoconversion comprenant en outre :
    une première face oblique (23) reliant une première (13) des quatre faces latérales à la face avant (11) ;
    une deuxième face oblique (25) reliant la face avant (11) à une deuxième (15) des quatre faces latérales opposée à la première face latérale (11) ; et
    une troisième face oblique (27) reliant la deuxième face (15) latérale à la face arrière (7).
  3. Capteur selon la revendication 2, dans lequel, dans chaque pixel :
    un premier angle (θc1) entre la première face oblique (23) et la face avant (11) est supérieur à l'angle limite (θL) de réflexion totale sur une interface entre du silicium et ledit matériau ;
    un deuxième angle (θc2) entre la deuxième face oblique (25) et la face avant (11) est supérieur audit angle limite (θL) ; et
    un troisième angle (θc3) entre la troisième face oblique (27) et la face arrière (7) est supérieur audit angle limite (θL).
  4. Capteur selon la revendication 3, dans lequel, dans chaque pixel, le premier angle (θc1) est en outre inférieur à 90° moins la valeur de l'angle limite (θL).
  5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la région de photoconversion (5) de chaque pixel (3) comprend en outre une quatrième face oblique (29) reliant la face arrière (7) à la première face latérale (13).
  6. Capteur selon la revendication 5 prise dans sa dépendance à la revendication 3 ou 4, dans lequel, dans chaque pixel, un quatrième angle (θc4) entre la quatrième face oblique (29) et la face arrière (7) est supérieur à l'angle limite.
  7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel lesdites faces obliques (23, 25, 27, 29) sont configurées pour que les réflexions totales successives se produisent au niveau desdites faces obliques, de préférence la première face oblique (23) étant la première desdites faces obliques atteinte par ledit au moins un rayon (45, 65).
  8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, comprenant en outre un substrat (17) en silicium comprenant une première face principale (19) et une deuxième face principale (21) parallèle et opposée à la première face principale, et dans lequel :
    chaque région de photoconversion (5) correspond à une portion dudit substrat (17) ;
    la face avant (11) de chaque région de photoconversion (5) correspond à une portion de la première face principale (19) ; et
    la face arrière (7) de chaque région de photoconversion (5) correspond à une portion de la deuxième face principale (21).
  9. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel chaque pixel (5) comprend une microlentille (47) disposée au-dessus de la face arrière (7) de la région de photoconversion (5) du pixel, la microlentille (47) étant configurée pour que ledit au moins un rayon (45, 65) atteigne la première face oblique (23), de préférence avec un angle (θsi) non nul par rapport à la normale (49) à ladite face arrière (7).
  10. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel, dans chaque pixel (3), une couche (41) dudit matériau recouvre la face arrière (7) de la région de photoconversion (5).
  11. Capteur l'une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel, dans chaque pixel (3), une portion de couche antireflet (43) repose sur et en contact avec une partie seulement de la face arrière (7) de la région de photoconversion (5), ladite portion de couche antireflet (43) étant disposée de manière à être traversée par ledit au moins un rayon (45, 65).
  12. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel ledit matériau est de l'oxyde de silicium.
  13. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel ledit au moins rayon lumineux (45, 65) de chaque pixel a une longueur d'onde dans le proche infra-rouge, par exemple une longueur d'onde comprise entre 700 et 1000 nm.
  14. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant en outre un objectif (57) disposé au-dessus des faces arrières (7) des régions de photoconversion (5), en regard des pixels (3), et dans lequel, pour chaque pixel (3), ledit au moins un rayon (45, 64) correspond au rayon principal (45, 65) du pixel (3).
  15. Procédé de fabrication d'un capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant les étapes successives suivantes :
    graver, du côté d'une première face (21) d'un substrat (17) en silicium, des premières tranchées (65) ayant des parois opposées (65A, 65B) obliques se rejoignant au fond (67) des premières tranchées ;
    graver, du côté de la première face (21) du substrat (17), des deuxièmes tranchées (71) délimitant latéralement des régions de photoconversion (5) des pixels (3) du capteur, le fond (67) de chaque première tranchée (65) étant traversé par une deuxième tranchée (71) correspondante alignée avec ladite première tranchée (65) ;
    remplir les premières (65) et deuxièmes (71) tranchées d'au moins un matériau d'indice de réfraction (n2) inférieur à l'indice de réfraction (n1) du silicium;
    graver, du côté d'une deuxième face (19) du substrat (17) opposée et parallèle à la première face (21), des troisièmes tranchées (75) ayant des parois opposées obliques (75A, 75B) se rejoignant au fond des troisièmes tranchées (75), chaque troisième tranchée (75) étant disposée en regard d'une première tranchée (65) correspondante et le fond (77) de chaque troisième tranchée (75) étant disposé dans le matériau remplissant une deuxième tranchée correspondante (71) ; et
    remplir les troisièmes tranchées (75) dudit au moins un matériau.
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