FR3105577A1 - Capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière, et procédé d’acquisition d’un flux lumineux correspondant - Google Patents

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Abstract

Un capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière (FAr) d’un substrat semiconducteur opposée à une face avant (FAv) du substrat, comporte au moins un pixel (PX) comprenant une pluralité de régions photosensibles dopées (S1, S2, S3) et superposées verticalement (Z) dans le substrat entre la face arrière (FAr) et la face avant (FAv). Chaque région photosensible (S1, S2, S3) est encadrée latéralement par une grille annulaire verticale (PG1, PG2, PG3) respective. Un circuit de commande (CMD) est configuré pour polariser les grilles annulaires verticales (PG1, PG2, PG3) pendant une phase d’intégration, de façon à générer un potentiel électrostatique (E) comprenant des puits de potentiel (PT1, PT2, PT3) dans la partie centrale du volume de chaque région photosensible (S1, S2, S3) et une barrière de potentiel (BR12, BR23) à chaque interfaces (I12, I23) entre deux régions photosensibles voisines. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière, et procédé d’acquisition d’un flux lumineux correspondant
Des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention concernent les capteurs d’image, en particulier destinés à recevoir un éclairement par une face arrière, ainsi que les procédés d’acquisition d’un flux lumineux par ce type de capteurs.
Les pixels des capteurs d’images du type «BSI» (pour «Back Side Illumination» en anglais), c’est-à-dire destinés à recevoir un éclairement par une face arrière, présentent classiquement l’avantage d’être de petites dimensions.
Dans ce type de capteur BSI classiques, des filtres de couleurs, typiquement rouge, vert et bleu, sont disposés sur la surface recevant le flux de lumière de chaque pixel, par exemple selon le motif classique de Bayer.
La couleur originelle du flux lumineux est extraite par pondération des signaux détectés sur typiquement un pixel rouge, deux pixels verts et un pixel bleu (motif de Bayer). Dans ce type de technique d’extraction de la couleur, seule 25% de la composante rouge, 25% de la composant bleu, et 50% de la composante verte du flux lumineux incident le pixel sont utilisées. La quantité de lumière absorbée par les filtres peut se traduire par une perte de sensibilité de 70% environ. En outre, la reconstruction de la couleur originelle peut être de relativement mauvaise fidélité.
Par ailleurs, des techniques de sélection de couleur par la profondeur d’absorption, mises en œuvre par une superposition de jonctions PN, présentent classiquement un bruit thermique important et nuisible pour la reconstruction colorimétrique.
Il est souhaitable d’améliorer la fidélité de la reconstruction de la couleur, d’améliorer la sensibilité des capteurs d’image, tout en bénéficiant d’un bon rapport signal sur bruit et de prévention des artéfacts du type moirage ou crénelage.
A cet égard il est proposé un capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière d’un substrat semiconducteur, par exemple en silicium, opposée à une face avant du substrat, comportant au moins un pixel comprenant une pluralité de régions photosensibles, par exemple trois, dopées et superposées verticalement dans le substrat entre la face arrière et la face avant, chaque région photosensible étant encadrée latéralement par une grille annulaire verticale respective, le capteur d’image comportant un circuit de commande configuré pour polariser les grilles annulaires verticales pendant une phase d’intégration, de façon à générer un potentiel électrostatique comprenant des puits de potentiel dans la partie centrale du volume de chaque région photosensible et une barrière de potentiel à chaque interface entre deux régions photosensibles voisines.
Ainsi, chaque pixel du capteur d’image comprend par exemple trois régions photosensibles à différentes distances de la face arrière recevant le flux lumineux. Les charges photogénérées vont être circonscrites dans les puits de potentiels des régions photosensible où ces charges ont été générées. Comme le substrat semiconducteur absorbe différentes couleurs de la lumière à différentes profondeurs, chaque région photosensible capture une couleur différente. Et ainsi, chaque pixel du capteur d’image capture l’intégralité des couleurs du signal lumineux, sans recours à des filtres et par conséquent sans perte dans la quantité de lumière reçue. Cela améliore non seulement la sensibilité du capteur d’image, mais contribue aussi à limiter les artefacts.
Par ailleurs, conditionner les charges photogénérées par le potentiel électrostatique des régions photosensibles encadrées par les grilles annulaires verticales permet de ne pas perdre de place dans le volume des régions photosensibles où se produisent les photogénérations de charges. En outre, cette structure de pixel à éclairement par la face arrière et à grille annulaire vertical peut, notamment selon des modes de réalisation définis ci-après, s’adapter à des technologies de lecture dites «4T», à double échantillonnage corrélé, et adaptées à l’intégration par obturation globale («global shutter» en anglais) qui est avantageuse en soi.
Selon un mode de réalisation, les dimensions de chaque grille annulaire verticale et les concentrations de dopants des régions photosensibles sont configurées conjointement pour produire, dans le potentiel électrostatique et par l’action desdites tensions de polarisation, lesdits puits de potentiel et lesdites barrières de potentiel.
Selon un mode de réalisation, le capteur comporte en outre une grille annulaire verticale de transfert entre un nœud de lecture au niveau de la face avant et la première région photosensible du côté de la face avant, et le circuit de commande est configuré pour polariser ladite grille de transfert de façon à transférer des charges photogénérées localisées dans le puits de potentiel de la première région photosensible vers le nœud de lecture, lors d’une phase de transfert.
Avantageusement, chaque pixel comporte en outre un circuit de lecture destiné à être commandé par le circuit de commande, chaque circuit de lecture comportant un transistor de réinitialisation et un transistor suiveur de source configurés pour générer un signal de lecture par double échantillonnage corrélé de la charge du nœud de lecture, et un transistor de sélection configuré pour sélectionner un pixel et transmettre le signal de lecture du pixel sur une ligne de lecture.
Cela correspond à un circuit de lecture de technologie «4T» mentionnée précédemment, c’est-à-dire une technologie comprenant avantageusement quatre transistors (c’est-à-dire ici la grille annulaire verticale de transfert, le transistor de réinitialisation, le transistor suiveur de source et le transistor de sélection) pour fournir le signal de lecture représentatif de la quantité de lumière détectée.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est en outre configuré pour, lors d’une phase de transfert, polariser au moins une grille annulaire verticale pour abaisser le niveau du puits de potentiel et le niveau de la barrière de potentiel respectifs, de façon à transférer des charges photogénérées initialement localisées dans la région photosensible de l’autre côté de la barrière de potentiel abaissée, vers la région photosensible dont le puits de potentiel est abaissé, puis polariser ladite au moins une grille annulaire verticale pour remonter lesdits niveaux du puits et de la barrière de potentiel à leurs niveaux initiaux.
Comme il est usuel dans le domaine des semiconducteurs et connu de l’homme du métier, par puits de potentiel on entend un voisinage d'un minimum local d'énergie potentielle électrostatique d’une particule chargée, et par barrière de potentiel on entend un voisinage d’un maximum local d’énergie potentiel électrostatique d’une particule chargée. Ainsi, les niveaux absolus d’un puits et d’une barrière de potentiel dépendent du signe la charge de la particule chargée. Si les particules photogénérées sont chargées positivement, le potentiel d’un puits est inférieur au potentiel d’une barrière, tandis que si les particules photogénérées sont chargées négativement, le potentiel d’un puits est supérieur au potentiel d’une barrière. Et, par «abaisser le niveau», on entend diminuer l’énergie potentielle électrostatique, notamment afin d’accentuer l’effet de puits de potentiel localisant les particules chargées, et par «remonter» le niveau, on entend augmenter l’énergie potentielle électrostatique, notamment afin d’accentuer l’effet de barrière de potentiel bloquant les particules chargées.
En d’autres termes ce mode de réalisation définit un mécanisme pour transférer les charges photogénérées d’une région photosensible à une autre.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande comprend un mode de lecture en couleur, et est configuré dans le mode de lecture en couleur pour, lors de la phase de transfert, vider les charges photogénérées des régions photosensibles, par transfert des charges vers le nœud de lecture ou vers une région photosensible vidée de charge, afin d’acheminer de proche en proche les charges photogénérées de chaque région photosensible vers le nœud de lecture, le circuit de commande étant en outre configuré pour lire séquentiellement, sur le nœud de lecture, les charges photogénérées distinctement dans chaque région photosensible, par exemple au moyen du circuit de lecture tel que défini ci-avant.
Ce mode de réalisation correspond à une lecture distincte des signaux détectés par chaque région photosensible, permettant notamment de reconstituer la couleur originelle de la lumière reçue.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande comprend un mode de lecture en intensité, et est configuré dans le mode de lecture en intensité pour, lors de la phase de transfert, transférer les charges photogénérées d’une région photosensible à une autre, afin d’accumuler les charges des régions photosensibles vers le nœud de lecture, le circuit de commande étant en outre configuré pour lire sur le nœud de lecture le cumul des charges photogénérées dans toutes les régions photosensibles, par exemple au moyen du circuit de lecture tel que défini ci-avant.
Ce mode de réalisation correspond à une lecture simultanée des signaux détectés par chaque région photosensible, permettant notamment de mesurer l’intensité absolue de la lumière reçue.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de régions photosensibles est constituée de trois régions photosensibles, et, verticalement dans le sens de la face avant vers la face arrière, la première région photosensible s’étend d’une première profondeur à une deuxième profondeur, la deuxième région photosensible s’étend de la deuxième profondeur à une troisième profondeur, la troisième région photosensible s’étend de la troisième profondeur à une quatrième profondeur; et, la troisième grille annulaire verticale s’étend de la face avant jusqu’à la quatrième profondeur au moins, la deuxième grille annulaire verticale est concentriquement à l’intérieur de la troisième grille annulaire verticale et s’étend de la face avant jusqu’à la troisième profondeur au moins, la première grille annulaire verticale est concentriquement à l’intérieur de la deuxième grille annulaire verticale et s’étend de la face avant jusqu’à la deuxième profondeur au moins.
Avantageusement, la première grille annulaire verticale pénètre dans une portion de la deuxième région photosensible, jusqu’à une profondeur supérieure à la deuxième profondeur mais inférieure à la troisième profondeur, et la deuxième grille annulaire verticale pénètre dans une portion de la troisième région photosensible, jusqu’à une profondeur supérieure à la troisième profondeur mais inférieure à la quatrième profondeur.
Selon un autre aspect il est proposé un procédé d’acquisition d’un flux lumineux par au moins un pixel d’un capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière d’un substrat semiconducteur incorporant ledit pixel, la face arrière étant opposée à une face avant du substrat, ledit au moins un pixel comprenant une pluralité de régions photosensibles dopées et superposées verticalement dans le substrat entre la face arrière et la face avant, chaque région photosensible étant encadrée latéralement par une grille annulaire verticale respective, le procédé comprenant une phase d’intégration comprenant un éclairement de ladite face arrière par le flux lumineux, et une polarisation les grilles annulaires verticales générant un potentiel électrostatique comprenant des puits de potentiel dans la partie centrale du volume de chaque région photosensible et une barrière de potentiel à chaque interface entre deux régions photosensibles voisines.
Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comprend de fournir ledit capteur d’image tel que les dimensions de chaque grille annulaire verticale et les concentrations de dopants des régions photosensibles sont configurées conjointement pour produire, dans le potentiel électrostatique et par l’action desdites tensions de polarisation, lesdits puits de potentiel et lesdites barrières de potentiel.
Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comprend en outre une phase de transfert comprenant une polarisation d’une grille annulaire verticale de transfert, située entre un nœud de lecture au niveau de la face avant et la première région photosensible du côté de la face avant, transférant des charges photogénérées localisées dans le puits de potentiel de la première région photosensible vers le nœud de lecture lors d’une phase de transfert.
Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comprend une phase de transfert comprenant en outre une polarisation d’au moins une grille annulaire verticale abaissant le niveau du puits de potentiel et le niveau de la barrière de potentiel respectifs, de façon à transférer des charges photogénérées initialement localisées dans la région photosensible de l’autre côté de la barrière de potentiel abaissée, vers la région photosensible dont le puits de potentiel est abaissé, puis une polarisation de ladite au moins une grille annulaire verticale remontant lesdits niveaux du puits et de la barrière de potentiel à leurs niveaux initiaux.
Selon un mode de mise en œuvre, dans un mode de lecture en couleur, la phase de transfert comprend de vider les charges photogénérées des régions photosensibles, par transfert des charges vers le nœud de lecture ou vers une région photosensible vidée de charge, acheminant de proche en proche les charges photogénérées de chaque région photosensible vers le nœud de lecture, et une lecture séquentielle, sur le nœud de lecture, des charges photogénérées distinctement dans chaque région photosensible.
Selon un mode de mise en œuvre, dans un mode de lecture en intensité, la phase de transfert comprend de transférer les charges photogénérées d’une région photosensible à une autre, accumulant de proche en proche les charges photogénérées des régions photosensibles vers le nœud de lecture, et une lecture sur le nœud de lecture du cumul des charges photogénérées dans toutes les régions photosensibles.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en œuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels:
illustrent des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention.
Dans toute la suite, le terme «sensiblement» signifie «à 10% près, de préférence à 5% près».
La figure 1 représente une vue en coupe d’un pixel PX d’un capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par la face arrière FAr.
La face arrière FAr est la face opposée à la face avant FAv d’un substrat semiconducteur incorporant ledit pixel PX. La face avant FAv du substrat désigne usuellement la face sur laquelle sont fabriquées les différents dispositifs des circuits, tels que classiquement des transistors, condensateurs, résistances et autres. La face avant FAv d’un substrat est la face du substrat qui appartient à la région usuellement dite «FEOL» (pour «Front End Of Line» en anglais) qui inclue généralement le substrat et tous les éléments jusqu’au premier niveau d’interconnexion de la région usuellement dite «BEOL» (pour «Back End Of Line» en anglais).
Le pixel PX comprend une pluralité de régions photosensibles semiconductrices dopées, dans l’exemple la figure 1, trois région photosensibles S1, S2, S3. Les régions photosensibles sont superposées verticalement, et remplissent sensiblement toute l’épaisseur du substrat de la face arrière FAr à la face avant FAv. La direction verticale est la direction perpendiculaire aux faces avant FAv et arrière FAr du substrat.
On nomme première, deuxième et troisième régions photosensibles, respectivement S1, S2, S3, dans le sens de leur ordre de profondeur, verticalement en partant de la face avant FAv vers la face arrière FAr. La première région photosensible S1 est donc la plus proche de la face avant FAv, tandis que la troisième région photosensible S3 est la plus éloignée de la face avant FAv.
Les régions photosensibles S1, S2, S3 sont par exemple formées par épitaxie de silicium dopé in situ ou ex situ, l’une après l’autre. La première épitaxie fait croitre la troisième région photosensible S3 sur une surface d’un substrat porteur initial (non-représenté). Eventuellement, la troisième région photosensibles S3 est formée par implantation de dopants dans le substrat porteur. La deuxième épitaxie fait croitre la deuxième région photosensible S2 sur la troisième région photosensible S3, et la dernière épitaxie fait croître la première région photosensible S1 sur la deuxième région photosensible S2.
Ici et dans la suite, l’exemple d’un dopage de type N est choisi, mais un dopage de type P pourrait être envisagé en adaptant les conditions de commandes des éléments, telles que décrites dans la suite notamment en relation avec les figures 3 à 6, pour obtenir les effets décrits.
Ainsi, dans la structure résultant notamment des épitaxies, la première région photosensible S1 s’étend d’une première profondeur P1 à une deuxième profondeur P2, la deuxième région photosensible S2 s’étend de la deuxième profondeur P2 à une troisième profondeur P3, la troisième région photosensible S3 s’étend de la troisième profondeur P3 à une quatrième profondeur P4. Les profondeurs sont prises depuis la face avant FAv, qui se situe au-dessus de la dernière région épitaxiée.
Chaque région photosensible S1, S2, S3 est encadrée latéralement par une grille annulaire verticale PG1, PG2, PG3 respective.
Les grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3 sont fabriquées par un procédé du type tranchée d’isolation profonde capacitive «CDTI» (pour «Capacitive Deep Trench Isolation» en anglais), comprenant une gravure de tranchées verticales dans le substrat, une formation d’une couche diélectrique, par exemple du dioxyde de silicium, sur les flancs et le fond des tranchées, et un remplissage des tranchées par un matériau conducteur, par exemple de silicium polycristallin, ainsi enveloppé par la couche diélectrique isolant électriquement l’électrode et substrat.
Ensuite, de façon classique dans la fabrication des pixels à éclairement face arrière, après avoir formé divers éléments du capteur d’image, par exemple les éléments décrit ci-après, et la partie d’interconnexion BEOL, une tranche de silicium formant poignée est collée sur la surface supérieure la partie d’interconnexion BEOL et le dispositif est aminci du côté du substrat porteur par l’arrière pour présenter la structure représentée.
Un élément optique OPT peut être disposé sur la face arrière FAr ainsi obtenue et destinée à recevoir un flux lumineux FL à détecter.
Les grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3 sont dessinées sur la face avant FAv suivant une forme d’anneaux carrés.
A cet égard on se réfère à la figure 2, représentant une vue du dessus de la face avant FAv comportant les surfaces des grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3.
Les grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3, ont des formes de carrées annulaires concentriques sur la face avant FAv, l’un à l’intérieur d’un autre en fonction de la profondeur des régions photosensibles qu’elles encadrent respectivement. Une grille annulaire verticale encadrant une région photosensible étant située à l’intérieur d’une grille annulaire verticale encadrant une région photosensible plus profonde.
Ainsi la première largeur L1 de la première grille annulaire verticale PG1 est inférieure à la deuxième largeur L2 de la deuxième grille annulaire verticale PG2 qui est elle-même inférieure à la troisième largeur L3 de la troisième grille annulaire verticale PG3. Les largeurs considérées ici sont les largeurs définies à l’intérieur de chaque anneau carré. Par exemple la première largeur L1 peut valoir sensiblement 1,2µm, la deuxième largeur L2 peut valoir sensiblement 2,0µm et la troisième largeur peut valoir sensiblement 2,8µm.
Ainsi, la première grille annulaire verticale PG1 s’étend de la face avant FAv jusqu’à une profondeur P12 permettant d’encadrer la première région photosensible S1 en entier, et est localisée à l’intérieur de la deuxième grille annulaire verticale PG2. La deuxième grille annulaire verticale PG2 s’étend de la face avant FAv jusqu’à une profondeur P23 permettant d’encadrer la deuxième région photosensible S2 en entier, et est localisée à l’intérieur de la troisième grille annulaire verticale PG3. La troisième grille annulaire verticale PG3 s’étend de la face avant FAv jusqu’à une profondeur P4 permettant d’encadrer la troisième région photosensible S3 en entier, par exemple jusqu’à proximité de la face arrière FAr.
Avantageusement, la première grille annulaire verticale PG1 s’étend jusqu’à une profondeur P12 supérieure à la deuxième profondeur P2 mais inférieure à la troisième profondeur P3, voire inférieure au quart de la distance entre P2 et P3, de façon à pénétrer dans une portion de la deuxième région photosensible S2; et la deuxième grille annulaire verticale PG2 s’étend jusqu’à une profondeur P23 supérieure à la troisième profondeur P3 mais inférieure à la quatrième profondeur P4, voire inférieure au quart de la distance entre P3 et P4, de façon à pénétrer dans une portion de la troisième région photosensible S3.
Par ailleurs, le pixel PX comporte en outre une grille annulaire verticale de transfert TG entre un nœud de lecture SN, c’est-à-dire une région N+ située au niveau de la face avant FAv, et la première région photosensible S1. Un circuit de lecture LEC forme avec la grille annulaire verticale de transfert TG une technologie de lecture «4T», c’est-à-dire à quatre transistors. Le circuit de lecture LEC est configuré pour générer un signal de lecture à double échantillonnage corrélé à partir de la charge du nœud de lecture SN. Le circuit de lecture LEC comporte à cet égard un transistor de réinitialisation RST couplé en série entre une borne d’alimentation Vdd et le nœud de lecture SN, et un transistor suiveur de source SF commandé par le potentiel du nœud de lecture SN pour générer un signal de lecture représentatif d’une mesure de la charge du nœud de lecture SN. Le circuit de lecture LEC comporte un transistor de sélection RD configuré pour sélectionner le pixel PX et transmettre le signal de lecture sur une ligne de lecture COL.
Le double échantillonnage corrélé correspond à une réinitialisation de la charge du nœud de lecture SN par le transistor de réinitialisation RST, une première mesure de la charge sur le nœud de lecture SN réinitialisé, un transfert des charges photogénérées vers le nœud de lecture SN et enfin une deuxième mesure de la charge sur le nœud de lecture SN après transfert. Le signal de lecture est ainsi obtenu par la différence entre la différence entre la première mesure et la deuxième mesure.
Un circuit de commande CMD est configuré pour polariser ladite grille de transfert TG de façon à transférer des charges photogénérées vers le nœud de lecture SN, lors d’une phase de transfert, et commande la lecture avec le circuit de lecture LEC.
Pendant une phase d’intégration, un flux lumineux FL est reçu sur ladite face arrière FAr, et le flux lumineux FL entrant dans les régions photosensibles du pixel PX rencontre d’abord la troisième région photosensible S3, puis, à une distance supérieure de la face arrière FAr, la deuxième région photosensible S2, et, encore plus loin de la face arrière FAr, la première région photosensible S1.
Ainsi, différentes longueurs d’onde sont absorbées par le silicium en fonction de la distance parcourue dans le silicium des régions photosensibles depuis la face arrière FAr.
Par exemple, en utilisant la décomposition typique de la couleur de la lumière par les trois composantes rouge, verte, et bleue, on peut considérer que 25% du rouge, 50% du vert et 100% du bleu sont photo-convertis dans la troisième région photosensible S3. La troisième région photosensible S3 est ainsi dédiée à une couleur approximativement blanche W. De façon similaire, on peut considérer que 25% du rouge et 50% du vert sont photo-convertis dans la deuxième région photosensible S2, ainsi dédiée à une couleur approximativement jaune Y. Et, 25% du rouge est photo-converti dans la première région photosensible S1, ainsi dédiée à une couleur approximativement rouge R.
La connaissance de la répartition exacte de trois composantes de la lumière dans les trois régions photosensibles S1, S2, S3, permet de reconstruire la couleur originelle du signal entrant FL, vis-à-vis de la quantité de lumière détectée dans chaque région photosensible S1, S2, S3.
Le circuit de commande CMD est configuré pour polariser les grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3 pendant la phase d’intégration, de façon à ce que les régions photosensibles soient complétement désertées. Par exemple, dans le cas où les régions photosensibles sont légèrement dopées de type N, les grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3 sont polarisées avec un potentiel légèrement négatif de -1Volt.
On se réfère désormais aux figures 3 et 4, la figure 3 représente des lignes d’équipotentiel électrostatique E dans la vue en coupe de la figure 1, pendant une phase d’intégration. La figure 4 représente le potentiel électrostatique E le long d’un axe IV vertical Z et centrée au milieu du pixel PX de la figure 3. Les éléments décrit ci-avant en relation avec les figures 1 et 2 supportent les mêmes références et ne sont pas à nouveau détaillés.
La tension de polarisation appliquée aux grilles annulaire verticales PG1, PG2, PG3, par exemple de -1Volt, produit un potentiel électrostatique E comprenant des puits de potentiel PT1, PT2, PT3 dans la partie centrale du volume de chaque région photosensible S1, S2, S3 et une barrière de potentiel BR12, BR23 à chaque interfaces I12, I23 entre deux régions photosensibles voisines.
Les interfaces I12, I23 correspondent respectivement à la portion de la deuxième région photosensible S2 dans laquelle la première grille annulaire verticale PG1 pénètre, et à la portion de la troisième région photosensible S3 dans laquelle la deuxième grille annulaire verticale PG2 pénètre.
Bien entendu, on rappelle que par «puits de potentiel» on entend un voisinage d'un minimum local d'énergie potentielle électrostatique d’une particule chargée, et par «barrière de potentiel» on entend un voisinage d’un maximum local d’énergie potentiel électrostatique d’une particule chargée.
Ainsi, dans le cas où les région photosensibles S1, S2, S3 complétement désertées sont dopée du type N, les particules photogénérées qui s’accumules dans les régions photosensibles sont des électrons, chargés négativement. Par conséquent, dans l’absolu le potentiel d’un puits est supérieur au potentiel d’une barrière.
Les valeurs du potentiel électrostatique représentées sur la figure 4, c’est-à-dire de sensiblement 0,8Volts pour les barrières BR12, BR23 et de sensiblement 1,6Volts pour les puits sont des valeurs arbitraires permettant d’illustrer des modes de réalisation et mise en œuvre. L’ordre de grandeur de ces valeurs, c’est-à-dire entre 0 et 2Volts, est néanmoins correct vis-à-vis de l’exemple donné ci-après sur les valeurs des concentrations de dopant et des largeurs des grilles annulaires verticales.
Les puits PT1, PT2, PT3 et les barrières BR12, BR23 dans le potentiel électrostatique E sont produits par les dopages respectifs des régions photosensibles S1, S2, S3 complétements déplétées, vis-à-vis des dimensions des grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3 et de l’action de la tension de polarisation sur les bordures des grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3.
En effet, la concentration des dopant dans la première région photosensible S1 est configurée pour engendrer, dans le régime complétement déserté, un puits de potentiel PT1 dans la partie centrale du volume de la première région photosensible S1, encadrée par la première grille annulaire PG1 de largeur L1.
Parallèlement, la concentration des dopant dans la deuxième région photosensible S2 est configurée pour engendrer, dans le régime complétement déserté, à la fois une barrière de potentiel BR12 au niveau de l’interface I12 encadrée par la première grille PG1 de largeur L1, et à la fois un puits de potentiel PT2 dans la partie centrale du volume de la deuxième région photosensible S2, encadrée par la deuxième grille annulaire PG2 de largeur L2.
Et parallèlement également, la concentration des dopant dans la troisième région photosensible S3 est configurée pour engendrer, dans le régime complétement déserté, à la fois une barrière de potentiel BR23 au niveau de l’interface I23 encadrée par la deuxième grille PG2 de largeur L2, et à la fois un puits de potentiel PT3 dans la partie centrale du volume de la troisième région photosensible S3, encadrée par la troisième grille annulaire PG3 de largeur L3.
Par exemple, de telles conditions peuvent être obtenue avec une concentration de dopants de sensiblement 5×1015cm-3dans la première région photosensible S1, de sensiblement 2×1015cm-3dans la deuxième région photosensible S2, de sensiblement 1×1015cm-3dans la troisième région photosensible S3, et pour une largeur L1 de sensiblement 1,2µm, une largeur L2 de sensiblement 2,0µm, et une largeur L3 de sensiblement 2,8µm.
Ainsi, pendant une phase d’intégration, les électrons photogénérées s’accumulent dans les puits de potentiels PT1, PT2, PT3, tandis que les trous forment un canal tapissant les parois des grilles annulaires verticales PG1, PG2, PG3, polarisées à un potentiel légèrement négatif. Les trous pourront être évacuées par exemple vers une région d’évacuation PAv dopée de type P, située au niveau de la face avant FAv, et portée à un potentiel de masse (figures 1 et 3). La région d’évacuation PAv comporte par exemple un caisson P porté au potentiel de masse au moyen d’un contact connecté sur une région fortement dopée P+ (figure 2) du caisson.
Le fond du caisson P de la région d’évacuation PAv définit par exemple la première profondeur P1 à partir de laquelle commence la première région photosensible S1.
En outre, la grille annulaire verticale TG pénètre par exemple dans une portion de la première région photosensible S1, jusqu’à une profondeur P10.
Et, pendant la phase d’intégration, la grille annulaire verticale de transfert TG est portée à un potentiel négatif afin de générer une barrière de potentiel BT entre la première région photosensible S1 et le nœud de lecture SN, sensiblement située entre les profondeurs P1 et P10.
Après la phase d’intégration, lors d’une phase de transfert, la grille annulaire verticale de transfert TG sera portée à un potentiel positif pour abaisser le niveau de la barrière de potentiel BT sous le niveau du puits de potentiel PT1 de la première région photosensible, de façon à transférer les charges photogénérées dans la première région photosensible vers le nœud de lecture SN.
A cet égard on se réfère aux figures 5 et 6 illustrant deux exemples de modes de lectures pouvant être mis en œuvre lors de la phase de transfert.
La figure 5 illustre schématiquement la courbe de potentiel de la figure 4 lors d’étapes (a) à (l) d’un exemple de mode de lecture en couleur pour lire distinctement les charges photogénérées dans chaque région photosensible.
Lors d’une étape initiale (a) de la phase de transfert, une première quantité de charge photogénérées Q1 est accumulée dans le premier puits de potentiel PT1, une deuxième quantité de charge photogénérées Q2 est accumulée dans le deuxième puits de potentiel PT2, et une troisième quantité de charge photogénérées Q3 est accumulée dans le troisième puits de potentiel PT3.
Lors d’une étape (b), la grille annulaire verticale de transfert est polarisée positivement de façon à abaisser la barrière BT et vider les charges Q1 vers le nœud de lecture SN.
A l’étape (c), la barrière de potentiel BT est remontée à son niveau initial par application d’un potentiel négatif sur la grille de transfert TG, et une lecture des premières charges Q1 par le circuit de lecture LEC peut être commandée par le circuit de commande CMD.
Ensuite, à l’étape (d), la barrière BR12 est abaissée par polarisation positive de la première grille annulaire verticale PG1, et les deuxième charges Q2 sont transférées du deuxième puits PT2 vers le premier puits PT1, dont le niveau est plus bas, et ayant été préalablement vidé de ses charges à l’étape (b).
Les étapes (e), (f), et (g) sont analogues aux étapes (a), (b), et (c) pour transférer et lire les deuxièmes charges Q2 dans le nœud de lecture SN.
Puis, à l’étape (h), la barrière BR23 est abaissée par polarisation positive de la deuxième grille annulaire verticale PG2, et les troisième charges Q3 sont transférées du troisième puits PT3 vers le deuxième puits PT2, dont le niveau est plus bas, et ayant été préalablement vidé de ses charges à l’étape (f).
A l’étape (i), la barrière de potentiel BR23 est remontée à son niveau initial par application du potentiel négatif sur la troisième grille annulaire verticale PG3, pour empêcher un retour des troisièmes charges Q3 dans le troisième puits PT3.
Les étapes (j), (k) et (l) sont analogues aux étapes (d), (e) et (f) pour transférer les troisièmes charges Q3 dans le nœud de lecture SN.
Après l’étape (l), la barrière de potentiel BT est remontée à son niveau initial par application d’un potentiel négatif sur la grille de transfert TG, et pour lire les troisièmes charges Q3 dans le nœud de lecture (non représenté).
En d’autres termes, le circuit de commande CMD est configuré pour vider les charges photogénérées Q1, Q2, Q3 des régions photosensibles S1, S2, S3, par transfert des charges soit vers le nœud de lecture SN soit vers une région photosensible vidée de charge S1, S2, de manière à acheminer de proche en proche dans les puits de potentiel PT1, PT2, PT3, les charges photogénérées Q1, Q2, Q3 de chaque région photosensible S1, S2, S3 vers le nœud de lecture SN.
Le circuit de commande CMD et le circuit de lecture LEC sont en outre configurés pour lire séquentiellement, sur le nœud de lecture SN, les charges photogénérées distinctement dans chaque région photosensible S1, S2, S3, lorsque chacune desdites charges Q1, Q2, Q3 parvient au nœud de lecture SN.
Chaque transfert de charges est commandé par le circuit de commande CMD, configuré pour polariser les grilles annulaires verticales PG1, PG2 pour abaisser le niveau du puits de potentiel et le niveau de la barrière de potentiel respectifs. Les charges photogénérées Q2, Q3 initialement localisées dans la région photosensible S2, S3 de l’autre côté de la barrière de potentiel abaissée, sont transférées vers la région photosensible S1, S2 dont le puits de potentiel est abaissé. Les niveaux du puits et de la barrière de potentiel sont ensuite remontés à leurs niveaux initiaux.
Bien entendu, par «abaisser le niveau», on entend diminuer l’énergie potentielle électrostatique, notamment afin d’accentuer l’effet de puits de potentiel localisant les particules chargées, et par «remonter» le niveau, on entend augmenter l’énergie potentielle électrostatique, notamment afin d’accentuer l’effet de barrière de potentiel bloquant les particules chargées. Ainsi, dans le cas de régions photosensibles dopées du type N, abaisser le niveau d’un puits ou d’une barrière revient à en augmenter le potentiel électrostatique, et remonter le niveau d’un puits ou d’une barrière revient à en diminuer le potentiel électrostatique.
La figure 6 illustre schématiquement la courbe de potentiel de la figure 4 lors d’étapes (α) à (ζ) d’un exemple de mode de lecture en intensité pour lire le cumul des charges photogénérées dans toutes les régions photosensibles.
Lors d’une étape initiale (α) de la phase de transfert, une première quantité de charge photogénérée Q1 est accumulée dans le premier puits de potentiel PT1, une deuxième quantité de charge photogénérée Q2 est accumulée dans le deuxième puits de potentiel PT2, et une troisième quantité de charge photogénérées Q3 est accumulée dans le troisième puits de potentiel PT3.
A l’étape (β), un potentiel positif est appliqué sur la deuxième grille annulaire verticale PG2 afin d’abaisser le niveau de la barrière BR23 et du deuxième puits PT2, transférant les troisièmes charges Q3 vers le deuxième puits PT2 contenant les deuxième charges Q2. Ainsi le cumul des deuxièmes et troisièmes charges Q2+Q3 est accumulé dans le deuxième puits PT2.
A l’étape (γ), la deuxième grille annulaire verticale PG2 est polarisée négativement afin de remonter le niveau de la barrière BR23.
Ensuite, à l’étape (δ), un potentiel positif est appliqué sur la première grille annulaire verticale PG1 afin d’abaisser le niveau de la barrière BR12 et du premier puits PT1, transférant le cumul des deuxièmes et troisièmes charges Q2+Q3 vers le premier puits PT1 contenant les premières charges Q1. Ainsi le cumul des premières, deuxièmes et troisième charges Q1+Q2+Q3 est accumulé dans le premier puits PT1.
A l’étape (ε), la première grille annulaire verticale PG1 est polarisée négativement afin de remonter le niveau de la barrière BR12.
Ensuite, à l’étape (ζ), la grille annulaire verticale de transfert TG est polarisée positivement de façon à abaisser la barrière BT et vider le cumul des charges Q1+Q2+Q3 vers le nœud de lecture SN.
En d’autres termes, dans le mode de lecture en intensité, le circuit de commande CMD est configuré pour transférer les charges photogénérées Q1, Q2, Q3 d’une région photosensible à une autre S1, S2, S3, afin d’accumuler les charges des régions photosensibles vers le nœud de lecture SN.
Le circuit de commande CMD et le circuit de lecture LEC étant en outre configurés pour lire sur le nœud de lecture SN le cumul des charges photogénérées Q1+Q2+Q3 dans toutes les régions photosensibles S1, S2, S3.
Par ailleurs l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation mais en embrasse toutes les variantes, par exemple, les séquencements des modes de lecture en couleur ou en intensité peuvent bien évidemment varier des exemples présentés en relation avec les figures 5 et 6, ou encore, des modes de réalisation de réalisation dans lesquels les région photosensibles sont dopée de type P sont envisageable, avec un circuit de commande adapté à générer des signaux aux effets équivalent à ceux décrits ci-avant dans un semiconducteur de type P.

Claims (15)

  1. Capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière (FAr) d’un substrat semiconducteur opposée à une face avant (FAv) du substrat, comportant au moins un pixel (PX) comprenant une pluralité de régions photosensibles dopées (S1, S2, S3) et superposées verticalement (Z) dans le substrat entre la face arrière (FAr) et la face avant (FAv), chaque région photosensible (S1, S2, S3) étant encadrée latéralement par une grille annulaire verticale (PG1, PG2, PG3) respective, le capteur d’image comportant un circuit de commande (CMD) configuré pour polariser les grilles annulaires verticales (PG1, PG2, PG3) pendant une phase d’intégration, de façon à générer un potentiel électrostatique (E) comprenant des puits de potentiel (PT1, PT2, PT3) dans la partie centrale du volume de chaque région photosensible (S1, S2, S3) et une barrière de potentiel (BR12, BR23) à chaque interface (I12, I23) entre deux régions photosensibles voisines.
  2. Capteur d’image selon la revendication 1, dans lequel les dimensions (P12, P23, P4, L1, L2, L3) de chaque grille annulaire verticale (PG1, PG2, PG3) et les concentrations de dopants des régions photosensibles (S1, S2, S3) sont configurées conjointement pour produire, dans le potentiel électrostatique (E) et par l’action desdites tensions de polarisation, lesdits puits de potentiel (PT1, PT2, PT3) et lesdites barrières de potentiel (BR12, BR23).
  3. Capteur d’image selon l’une des revendications 1 ou 2, comportant en outre une grille annulaire verticale de transfert (TG) entre un nœud de lecture (SN) au niveau de la face avant (FAv) et la première région photosensible (S1) du côté de la face avant, dans lequel le circuit de commande (CMD) est configuré pour polariser ladite grille de transfert (TG) de façon à transférer des charges photogénérées (Q1) localisées dans le puits de potentiel (PT1) de la première région photosensible (S1) vers le nœud de lecture (SN) lors d’une phase de transfert.
  4. Capteur d’image selon la revendication 3, dans lequel chaque pixel (PX) comporte en outre un circuit de lecture (LEC) destiné à être commandé par le circuit de commande (CMD), chaque circuit de lecture (LEC) comportant un transistor de réinitialisation (RST) et un transistor suiveur de source (SF) configurés pour générer un signal de lecture par double échantillonnage corrélé de la charge du nœud de lecture (SN), et un transistor de sélection (RD) configuré pour sélectionner un pixel et transmettre le signal de lecture du pixel sur une ligne de lecture (COL).
  5. Capteur d’image selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de commande (CMD) est en outre configuré pour, lors d’une phase de transfert, polariser au moins une grille annulaire verticale (PG1; PG2) pour abaisser le niveau du puits de potentiel et le niveau de la barrière de potentiel respectifs, de façon à transférer des charges photogénérées (Q2; Q3) initialement localisées dans la région photosensible (S2; S3) de l’autre côté de la barrière de potentiel abaissée, vers la région photosensible (S1; S2) dont le puits de potentiel est abaissé, puis polariser ladite au moins une grille annulaire verticale (PG1; PG2) pour remonter lesdits niveaux du puits et de la barrière de potentiel à leurs niveaux initiaux.
  6. Capteur d’image selon la revendication 5 prise en combinaison avec l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel le circuit de commande (CMD) comprend un mode de lecture en couleur, et est configuré dans le mode de lecture en couleur pour, lors de la phase de transfert, vider les charges photogénérées (Q1, Q2, Q3) des régions photosensibles (S1, S2, S3), par transfert des charges vers le nœud de lecture (SN) ou vers une région photosensible vidée de charge (S1, S2), afin d’acheminer de proche en proche les charges photogénérées de chaque région photosensible (S1, S2, S3) vers le nœud de lecture (SN), le circuit de commande (CMD) étant en outre configuré pour lire séquentiellement, sur le nœud de lecture (SN), les charges photogénérées distinctement dans chaque région photosensible (S1, S2, S3).
  7. Capteur d’image selon la revendication 6 ou selon la revendication 5 prise en combinaison avec l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel le circuit de commande (CMD) comprend un mode de lecture en intensité, et est configuré dans le mode de lecture en intensité pour, lors de la phase de transfert, transférer les charges photogénérées d’une région photosensible à une autre (S1, S2, S3), afin d’accumuler les charges des régions photosensibles vers le nœud de lecture (SN), le circuit de commande (CMD) étant en outre configuré pour lire sur le nœud de lecture (SN) le cumul des charges photogénérées (Q1+Q2+Q3) dans toutes les régions photosensibles (S1, S2, S3).
  8. Capteur d’image selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite pluralité de régions photosensibles est constituée de trois régions photosensibles (S1, S2, S3), et, verticalement (Z) dans le sens de la face avant (FAv) vers la face arrière (FAr), la première région photosensible (S1) s’étend d’une première profondeur (P1) à une deuxième profondeur (P2), la deuxième région photosensible (S2) s’étend de la deuxième profondeur (P2) à une troisième profondeur (P3), la troisième région photosensible (S3) s’étend de la troisième profondeur (P3) à une quatrième profondeur (P4); et, la troisième grille annulaire verticale (PG3) s’étend de la face avant (FAv) jusqu’à la quatrième profondeur (P4) au moins, la deuxième grille annulaire verticale (PG2) est concentriquement à l’intérieur de la troisième grille annulaire verticale (PG3) et s’étend de la face avant (FAv) jusqu’à la troisième profondeur (P3) au moins, la première grille annulaire verticale (PG1) est concentriquement à l’intérieur de la deuxième grille annulaire verticale (PG2) et s’étend de la face avant (FAv) jusqu’à la deuxième profondeur (P2) au moins.
  9. Capteur selon la revendication 7, dans lequel la première grille annulaire verticale (PG1) pénètre dans une portion de la deuxième région photosensible (S2), jusqu’à une profondeur (P12) supérieure à la deuxième profondeur (P2) mais inférieure à la troisième profondeur (P3), et la deuxième grille annulaire verticale (PG2) pénètre dans une portion de la troisième région photosensible (S3), jusqu’à une profondeur (P23) supérieure à la troisième profondeur (P3) mais inférieure à la quatrième profondeur (P4).
  10. Procédé d’acquisition d’un flux lumineux (FL) par au moins un pixel (PX) d’un capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière (FAr) d’un substrat semiconducteur incorporant ledit pixel (PX), la face arrière (FAr) étant opposée à une face avant (FAv) du substrat, ledit au moins un pixel (PX) comprenant une pluralité de régions photosensibles dopées (S1, S2, S3) et superposées verticalement dans le substrat entre la face arrière (Far) et la face avant (FAv), chaque région photosensible (S1, S2, S3) étant encadrée latéralement par une grille annulaire verticale respective (PG1, PG2, PG3), le procédé comprenant une phase d’intégration comprenant un éclairement de ladite face arrière par le flux lumineux (FL), et une polarisation les grilles annulaires verticales (PG1, PG2, PG3) générant un potentiel électrostatique (E) comprenant des puits de potentiel (PT1, PT2, PT3) dans la partie centrale du volume de chaque région photosensible (S1, S2, S3) et une barrière de potentiel (BR12, BR23) à chaque interface entre deux régions photosensibles voisines.
  11. Procédé selon la revendication 10, comprenant de fournir ledit capteur d’image tel que les dimensions de chaque grille annulaire verticale (PG1, PG2, PG3) et les concentrations de dopants des régions photosensibles (S1, S2, S3) sont configurées conjointement pour produire, dans le potentiel électrostatique (E) et par l’action desdites tensions de polarisation, lesdits puits de potentiel (PT1, PT2, PT3) et lesdites barrières de potentiel (BR12, BR23).
  12. Procédé selon l’une des revendications 10 ou 11, comprenant en outre une phase de transfert comprenant une polarisation d’une grille annulaire verticale de transfert (TG), située entre un nœud de lecture (SN) au niveau de la face avant (FAv) et la première région photosensible (S1) du côté de la face avant (FAv), transférant des charges photogénérées (Q1) localisées dans le puits de potentiel (PT1) de la première région photosensible (S1) vers le nœud de lecture (SN) lors d’une phase de transfert.
  13. Procédé selon l’une des revendications 10 à 12, comprenant une phase de transfert comprenant en outre une polarisation d’au moins une grille annulaire verticale (PG1; PG2) abaissant le niveau du puits de potentiel et le niveau de la barrière de potentiel respectifs, de façon à transférer des charges photogénérées (Q2; Q3) initialement localisées dans la région photosensible (S2; S3) de l’autre côté de la barrière de potentiel abaissée, vers la région photosensible (S1; S2) dont le puits de potentiel est abaissé, puis une polarisation de ladite au moins une grille annulaire verticale (PG1; PG2) remontant lesdits niveaux du puits et de la barrière de potentiel à leurs niveaux initiaux.
  14. Procédé selon la revendication 13 prise en combinaison avec la revendication 12, dans lequel, dans un mode de lecture en couleur, la phase de transfert comprend de vider les charges photogénérées (Q1, Q2, Q3) des régions photosensibles (S1, S2, S3), par transfert des charges vers le nœud de lecture (SN) ou vers une région photosensible vidée de charge (S1, S2), acheminant de proche en proche les charges photogénérées (Q1, Q2, Q3) de chaque région photosensible (S1, S2, S3) vers le nœud de lecture (SN), et une lecture séquentielle, sur le nœud de lecture (SN), des charges photogénérées (Q1, Q2, Q3) distinctement dans chaque région photosensible (S1, S2, S3).
  15. Procédé selon la revendication 13 prise en combinaison avec la revendication 12, dans lequel, dans un mode de lecture en intensité, la phase de transfert comprend de transférer les charges photogénérées (Q1, Q2, Q3) d’une région photosensible à une autre, accumulant les charges photogénérées des régions photosensibles (S1, S2, S3) vers le nœud de lecture (SN), et une lecture sur le nœud de lecture (SN) du cumul des charges photogénérées (Q1+Q2+Q3) dans toutes les régions photosensibles (S1, S2, S3).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009295937A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Sony Corp 固体撮像装置、その駆動方法、及び電子機器
US20180294305A1 (en) * 2017-04-05 2018-10-11 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with vertically stacked photodiodes and vertical transfer gates
EP3579275A2 (fr) * 2018-06-05 2019-12-11 Brillnics, Inc. Structure de pixels pour capteurs d'image

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6930336B1 (en) * 2001-06-18 2005-08-16 Foveon, Inc. Vertical-color-filter detector group with trench isolation
KR100720483B1 (ko) * 2005-12-09 2007-05-22 동부일렉트로닉스 주식회사 수직 칼라 필터 검출기단 및 그 제조방법
EP2216817B1 (fr) * 2009-02-05 2014-01-08 STMicroelectronics (Crolles 2) SAS Capteur d'images à semiconducteur à éclairement par la face arrière
JP6221341B2 (ja) * 2013-05-16 2017-11-01 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器
KR102383649B1 (ko) * 2014-08-19 2022-04-08 삼성전자주식회사 Cmos 이미지 센서
FR3049389A1 (fr) * 2016-03-22 2017-09-29 St Microelectronics Crolles 2 Sas Mur d'isolement et son procede de fabrication
FR3052297A1 (fr) * 2016-06-06 2017-12-08 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'image de type a obturation globale
KR102582122B1 (ko) * 2016-07-11 2023-09-21 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
KR20200145891A (ko) * 2019-06-19 2020-12-31 삼성전자주식회사 얽힌 픽셀을 포함하는 깊이 센서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009295937A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Sony Corp 固体撮像装置、その駆動方法、及び電子機器
US20180294305A1 (en) * 2017-04-05 2018-10-11 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with vertically stacked photodiodes and vertical transfer gates
EP3579275A2 (fr) * 2018-06-05 2019-12-11 Brillnics, Inc. Structure de pixels pour capteurs d'image

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