FR3109467A1 - Dispositif d'acquisition d'images - Google Patents

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Mickael FOUREL
Laurent-Luc Chapelon
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STMicroelectronics Crolles 2 SAS
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Abstract

Dispositif d'acquisition d'images La présente description concerne un dispositif d'acquisition d'images (11) comprenant au moins une couche (35) en un matériau inorganique diélectrique entre une matrice de filtres couleur (33) et un réseau de microlentilles (37). Figure pour l'abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif d'acquisition d'images
La présente description concerne de façon générale un dispositif d'acquisition d'images.
Plus particulièrement, la présente description concerne un dispositif d'acquisition d'images comprenant une matrice de photodétecteurs inorganiques recouverte d'une matrice de filtres couleur organiques et d'une matrice de microlentilles.
Afin de garantir la fiabilité des composants électroniques, ces derniers doivent respecter des critères de tenue en température, en pression, en humidité, etc. Toutefois, de nombreux dispositifs d'acquisition d'images comprenant une matrice de photodétecteurs inorganiques recouverte d'une matrice de filtres couleur organiques et d'une matrice de microlentilles présentent une dégradation de leurs performances lorsqu'ils sont soumis à des tests de tenue en température et en humidité et ne parviennent donc pas à respecter les critères de tenue en température et en humidité.
Il existe un besoin d'améliorer les dispositifs d'acquisition d'images.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs d'acquisition d'images connus.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'acquisition d'images comprenant au moins une couche en un matériau inorganique diélectrique entre une matrice de filtres couleur et un réseau de microlentilles.
Selon un mode de réalisation, la couche est composée de nitrure de silicium et/ou de nitrures métalliques.
Selon un mode de réalisation, la couche est composée d'oxyde de silicium et/ou d'oxyniture de silicium et/ou d'oxydes métalliques.
Selon un mode de réalisation, la couche est composée de nitrure de silicium.
Selon un mode de réalisation, la couche s'étend sur toute l'interface entre la matrice de filtres couleur et le réseau de microlentilles.
Selon un mode de réalisation, ladite couche a une épaisseur comprise entre 30 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 40 nm et 130 nm.
Selon un mode de réalisation, chaque microlentille du réseau recouvre un unique filtre couleur de la matrice et chaque filtre couleur de la matrice est recouvert par une unique microlentille du réseau.
Selon un mode de réalisation, les filtres couleur de la matrice et les microlentilles du réseau sont en des matériaux organiques.
Selon un mode de réalisation, le réseau de microlentilles est recouvert par une couche de protection.
Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif d'acquisition d'images tel que décrit, comprenant une étape de dépôt de ladite couche par un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
Selon un mode de réalisation, le dépôt de ladite couche est réalisé à la surface de la matrice de filtres couleur.
Selon un mode de réalisation, l'étape de dépôt de ladite couche est réalisée à une température inférieure à 250 °C, de préférence inférieure ou égale à 200 °C.
Selon un mode de réalisation, l'étape de dépôt de ladite couche est précédée d'une étape de formation de la matrice de filtres couleur.
Selon un mode de réalisation, l'étape de dépôt de ladite couche est suivie d'une étape de formation du réseau de microlentilles à la surface de ladite couche.
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 représente, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images ;
la figure 2 illustre une étape d'un procédé de fabrication du dispositif illustré en figure 1 ;
la figure 3 illustre une autre étape du procédé ;
la figure 4 illustre une autre étape du procédé ;
la figure 5 illustre une autre étape du procédé ;
la figure 6 illustre une autre étape du procédé ; et
la figure 7 illustre deux exemples d'images captées par deux ensembles de dispositifs d'acquisition d'images différents.
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, la réalisation des capteurs n'a pas été détaillée, les modes de réalisation et les modes de mise en oeuvre décrits étant compatibles avec les réalisations usuelles des capteurs.
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 (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés 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.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", "quasiment" et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. En outre, on considère ici que les termes "isolant" et "conducteur" signifient respectivement "isolant électriquement" et "conducteur électriquement".
Sauf précision contraire, les expressions "l'ensemble des éléments", "tous les éléments" et "chaque élément", signifient entre 95 % et 100 % des éléments. Sauf précision contraire, l'expression "il comprend uniquement les éléments" signifie qu'il comprend, au moins 90 % les éléments, de préférence qu'il comprend au moins 95 % les éléments.
Dans la suite de la description, sauf précision contraire, une couche ou un film est dit opaque à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est inférieure à 10 %. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %.
Des modes de réalisation de systèmes optiques vont maintenant être décrits pour des systèmes optiques comprenant une matrice d'éléments optiques de taille micrométrique dans le cas où chaque élément optique de taille micrométrique correspond à une lentille de taille micrométrique, ou microlentille, composée de deux dioptres. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent également être mis en oeuvre avec d'autres types d'éléments optiques de taille micrométrique, chaque élément optique de taille micrométrique pouvant correspondre, par exemple, à une lentille de Fresnel de taille micrométrique, à une lentille à gradient d'indice de taille micrométrique ou à un réseau de diffraction de taille micrométrique.
Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm. Dans cette plage, on appelle lumière rouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 600 nm et 700 nm, lumière bleue un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 450 nm et 500 nm et lumière verte un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 500 nm et 600 nm.
La figure 1 représente, par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un dispositif d'acquisition d'images 11.
Selon le mode de réalisation illustré en figure 1, le dispositif d'acquisition d'images 11 comprend trois parties séparées latéralement, dans l'orientation de la figure :
une partie de connexion 13, représentée à gauche de la figure 1 ;
une partie logique 15, représentée au centre de la figure 1 ; et
une partie capteur 17, représentée à droite de la figure 1.
Selon le mode de réalisation illustré en figure 1, les trois parties 13, 15 et 17 comportent un empilement 19 de couches isolantes, des pistes conductrices de différents niveaux de métallisation 21 entre les couches isolantes et des vias conducteurs (non représentés) reliant les pistes de niveaux de métallisation différents. L'empilement 19 a, de préférence, une épaisseur de l'ordre de 2 µm.
Le dispositif 11 comprend, de préférence, une couche 23, ou substrat, recouvrant l'empilement 19 et s'étendant sur quasiment l'ensemble de la face supérieure de l'empilement 19 dans la partie logique 15 et la partie capteur 17. Le substrat 23 est, de préférence, en un matériau semiconducteur, par exemple, en silicium. Le substrat 23 comprend, par exemple, des tranchées d'isolation (non représentées) permettant d'isoler électriquement entre elles des portions du substrat 23 notamment dans la partie capteur 17. Le substrat 23 a, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 3 µm.
Le dispositif 11 comprend, en outre, des composants électroniques, formés dans le substrat 23 et/ou sur la face du substrat 23 située du côté de l'empilement 19, ces composants électroniques étant symbolisés par des rectangles 25 et 27 en figure 1. A titre d'exemple, dans la partie logique 15, les composants 25 comprennent des transistors à effet de champ à grille isolée, ou transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor), notamment fabriqués en technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, semiconducteur complémentaire métal oxyde) et, dans la partie capteur 17, les composants 27 comprennent des photodétecteurs.
Selon un mode de réalisation, le dispositif 11 comprend une couche conductrice 29 s'étendant de façon à couvrir la surface du substrat 23 dans la partie logique 15. La couche 29 est, par exemple, opaque aux longueurs d'onde de l'application considérée. La couche 29 est, par exemple, en tungstène et a une épaisseur de l'ordre de 200 µm.
Selon le mode de réalisation illustré en figure 1, le dispositif 11 comprend une couche 31 recouvrant la couche 29. Plus particulièrement, la couche 31 est située dans la partie logique 15 du dispositif 11 et s'étend sur l'ensemble de la face supérieure de la couche 29. La couche 31 est, de préférence, en un matériau organique, par exemple, en une résine ne laissant passer que le rayonnement de longueurs d'onde souhaitées. La couche 31 peut être composée d'une seule couche ou d'un empilement de plusieurs couches en des matériaux différents ce qui permet, par exemple, de réduire les réflexions parasites. La couche 31 a, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 500 nm à 1000 nm.
Le dispositif d'acquisition d'images 11 comprend, en outre, une matrice de filtres couleur 33. La matrice de filtres couleur 33 est située dans la partie capteur 17 du dispositif 11 sur la face supérieure du substrat 23.
La matrice de filtres couleur 33 est composée de différentes résines, par exemple organiques, de façon à filtrer les rayonnements incidents en laissant passer localement uniquement le rayonnement rouge, le rayonnement bleu ou le rayonnement vert.
La matrice de filtres couleur 33 comprend ainsi des premiers filtres couleur composés d'une première résine, dite résine rouge, laissant passer uniquement le rayonnement rouge, de deuxièmes filtres couleur composés d'une deuxième résine, dite résine bleue, laissant passer uniquement le rayonnement bleu et de troisièmes filtres couleur composés d'une troisième résine, dite résine verte, laissant passer uniquement le rayonnement vert. Ces filtres couleur sont organisés sous forme de blocs de résine sensiblement de même taille. Les blocs de résine ont, par exemple et vus selon une direction perpendiculaire à la face supérieure du substrat 23, une forme sensiblement carrée. La dimension caractéristique des blocs est, par exemple, de l'ordre de 600 nm à 900 nm. Les blocs de résine sont, de préférence, organisés sous forme matricielle, vus selon une direction perpendiculaire à la face supérieure du substrat 23, en lignes et en colonnes, par exemple, selon une matrice de Bayer. Ainsi, les blocs de résine sont, par exemple, organisés de sorte qu'environ 50 % de la matrice soit composée de blocs de résine verte. La matrice est, de plus, composée d'environ 25 % de blocs de résine rouge et d'environ 25 % de blocs de résine bleue. La matrice a, par exemple, une épaisseur comprise entre 600 nm et 900 nm.
Le dispositif 11 comprend, de plus, une couche isolante 35 recouvrant l'ensemble de la face supérieure de la matrice de filtres couleur 33. La couche 35 recouvre, en outre, de préférence, la face supérieure de la couche 31 et de la couche 29 lorsque celle-ci n'est pas recouverte par la couche 31. La couche 35 peut en outre recouvrir le substrat 23 lorsqu'il n'est pas recouvert par la couche 29 dans la partie logique 15.
La couche isolante 35 est composée d'un matériau inorganique. Selon un mode de réalisation, le matériau composant la couche 35 est du nitrure de silicium (Si3N4) et/ou un nitrure métallique. En variante, le matériau composant la couche 35 est de l'oxyde de silicium (SiO2) et/ou de l'oxyniture de silicium (SiON) et/ou un oxyde métallique. Le matériau composant la couche 35 peut, selon une autre variante, être une combinaison de plusieurs nitrures métalliques, une combinaison de plusieurs oxydes métalliques ou une combinaison du nitrure de silicium et/ou d'oxyde de silicium et/ou d'oxynitrure de silicium et/ou d'un ou plusieurs nitrures métalliques et/ou d'un ou plusieurs oxydes métalliques. La couche 35 peut avoir une structure monocouche ou une structure multicouche.
A titre d'exemple, les nitrures métalliques sont choisis parmi le nitrure de titane (TiN) et le nitrure de tantale (TaN). Toujours à titre d'exemple, les oxydes métalliques sont choisis parmi le monoxyde de manganèse (MnO), le dioxyde de titane (TiO2), l'alumine (Al2O3), l'oxyde de zinc (ZnO), le monoxyde de cobalt (CoO), l'oxyde d'indium-étain (ITO, Indium Tin Oxide), l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO, Aluminium-doped Zinc Oxide) et le monoxyde de molybdène (MoO).
La couche 35 est, par exemple, en nitrure de silicium, en dioxyde de silicium couplé à de l'alumine, en oxynitrure de silicium, en oxynitrure de silicium couplé à de l'alumine ou en alumine. La couche 35 est, de préférence, en nitrure de silicium.
La couche 35 a, par exemple, une épaisseur comprise entre 30 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 40 nm et 130 nm, plus préférentiellement, égale à environ 40 nm. L'épaisseur de la couche 35 est adaptée à ce que la couche 35 soit transparente dans le domaine du visible.
Le dispositif 11 comprend un réseau de lentilles 37, de taille micrométrique, par exemple, plan convexes recouvrant la couche 35 dans la partie capteur 17. La face plane des microlentilles 37 repose, de préférence, sur la face supérieure de la couche 35 et en contact avec la couche 35.
Selon un mode de réalisation, les microlentilles 37 sont situées dans l'alignement de la matrice de filtres couleur 33. Le réseau de microlentilles 37 est, de préférence, arrangé sous la même forme matricielle que la matrice de filtres couleur 33, l'axe optique de chaque microlentille 37 étant confondu avec le centre d'un bloc de résine. Chaque microlentille 37 recouvre, de préférence, un unique bloc de résine de la matrice de filtres couleur 33 et chaque bloc de résine est recouvert d'une unique microlentille 37. Les microlentilles 37 peuvent avoir un diamètre sensiblement égal à la dimension des côtés des blocs de résine de la matrice de filtres couleur 33.
Les microlentilles 37 sont, par exemple, composées d'une résine organique. Les microlentilles 37 sont, de préférence, transparentes dans les longueurs d'onde considérées. Les microlentilles 37 sont, plus préférentiellement, transparentes dans le domaine du visible.
Selon le mode de réalisation illustré en figure 1, les microlentilles 37 sont toutes les mêmes, c'est-à-dire qu'elles ont la même composition chimique et les mêmes dimensions.
En variante, les microlentilles 37 peuvent ne pas avoir toutes les mêmes dimensions.
De préférence, le matériau constitutif des microlentilles 37 s'étend dans la partie logique sur la face supérieure de la couche 35 de sorte à former une couche 38.
Le dispositif 11 peut en outre comprendre une couche de protection 36 recouvrant la couche 38 et les lentilles 37 et au contact des microlentilles 37. La couche de protection 36 peut être en un matériau inorganique, par exemple l'un des matériaux décrits précédemment pour la couche 35. Selon un mode de réalisation, la couche de protection 36 est sensiblement étanche à l'humidité. La couche de protection 36 a, par exemple, une épaisseur comprise entre 100 nm et 600 nm.
Selon le mode de réalisation illustré en figure 1, le dispositif 11 comprend un plot de connexion 39, partiellement représenté en figure 1. Le plot de connexion 39 est situé, par exemple, dans la partie de connexion 13 du dispositif. Le plot 39 a, de préférence, vu selon une direction parallèle à la face supérieure du substrat 23, la forme d'un "U" dont la face inférieure affleure la face inférieure du substrat 23. Les bords latéraux du plot 39 s'étendent verticalement, de la face inférieure du substrat 23 le long du substrat 23 et de la couche 35, au delà de la face supérieure de la couche 35. Le plot 39 n'est pas recouvert par les couches 35 et 36. Les bords et le fond du plot 39 sont, par exemple, en un matériau métallique, de préférence, en aluminium.
Les figures 2 à 6 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif représenté en figure 1.
La figure 2 illustre la structure 41 obtenue après la formation des composants 25 et 27, la formation de l'empilement 19 sur le substrat 23, la formation de la couche 29 et la formation du plot de connexion 39.
La figure 3 illustre la structure 43 obtenue après la formation de la matrice de filtres couleur 33 sur la face supérieure de la structure 41 illustrée en figure 2 et la formation de la couche 31.
La formation de la matrice de filtres couleur 33 est, de préférence, réalisée en trois étapes successives consistant, dans une première étape, à former les blocs de résine verte, dans une deuxième étape, à former les blocs de résine bleue et la couche 31 puis, dans une troisième étape, à former les blocs de résine rouge.
Il est bien entendu que l'ordre de ces étapes peut être modifié de sorte à former par exemple les blocs de résine rouge avant les blocs de résine bleue.
A titre d'exemple, l'étape de formation des blocs de résine verte consiste en le dépôt d'une couche de la résine verte sur l'ensemble de la structure 41 telle qu'illustrée en figure 2 suivi d'un retrait partiel de cette même couche de résine afin de la conserver uniquement aux endroits souhaités.
Le dépôt de la couche de résine verte est, par exemple, réalisé par un dépôt par centrifugation dit aussi à la tournette (spin-coating). Le dépôt est réalisé pleine plaque de sorte que l'ensemble de la face supérieure de la structure 41 soit recouverte par la couche de résine verte.
Selon un mode de mise en oeuvre, le retrait localisé de la couche de résine verte est réalisé par photolithogravure. En d'autres termes, la couche de résine verte peut, par exemple, être recouverte pleine plaque d'une couche de résine photosensible qui est retirée partiellement par photolithographie de sorte que la résine photosensible ne recouvre que les futurs blocs de résines vertes. La structure ainsi obtenue subit ensuite une gravure de façon à retirer les parties de la couche de résine verte, non surmontées par la résine photosensible, et le retrait de la résine photosensible.
En variante, si la résine verte est photosensible, le retrait partiel de la résine verte peut être réalisé directement par des étapes de photolithographie sans dépôt préalable d'une résine photosensible.
Les différentes étapes de formation des blocs de résine rouge et bleue peuvent être identiques aux étapes de formation des blocs de résine verte décrites précédemment.
La figure 4 illustre la structure 45 obtenue après une étape de dépôt de la couche isolante 35 sur la face supérieure de la structure 43 illustrée en figure 3.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré, l'étape de dépôt de la couche 35 est réalisée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition). La couche 35 est, par exemple, déposée à partir d'un plasma formé de silane, d'ammoniac et d'azote. A titre d'exemple, l'oxyde de silicium est déposé à partir d'un plasma formé d'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS), d'oxygène et d'hélium. Toujours à titre d'exemple, le nitrure de silicium est déposé à partir d'un plasma formé de silane, d'ammoniac et d'azote.
En variante, l'étape de dépôt de la couche 35 est réalisée par toute autre technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD, Chemical Vapor Deposition), comme le dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD, Low-Pressure Chemical Vapor Deposition). L'étape de dépôt de la couche 35 peut également être réalisée par une technique de dépôt physique en phase vapeur (PVD, Physical Vapor Deposition) ou par une technique de dépôt de couche atomique (ALD, Atomic Layer Deposition).
Le dépôt de la couche 35 est réalisé, de préférence, à une température inférieure à 250 °C, plus préférentiellement, inférieure ou égale à 200 °C. Encore plus préférentiellement, le dépôt est réalisé à une température de l'ordre de 200 °C.
La couche 35 est formée pleine plaque, c'est-à-dire que la couche 35 est formée sur l'ensemble de la face supérieure de la structure 43 illustrée en figure 3, y compris sur la face supérieure du plot de connexion 39.
La couche 35 a, de préférence, une épaisseur comprise entre 30 nm et 200 nm, par exemple, comprise entre 40 nm et 130 nm.
La figure 5 illustre la structure 47 obtenue après une étape de dépôt de la couche 38 d'une résine constitutive des microlentilles 37 sur la face supérieure de la structure 45 illustrée en figure 4.
Le dépôt de la couche 38 est, de préférence, réalisé par centrifugation de sorte que la couche 38 recouvre l'ensemble de la face supérieure de la structure 45 illustrée en figure 4. En d'autres termes, la face supérieure de la couche 35 est recouverte par la couche 38.
La figure 6 illustre la structure 11 obtenue à la suite d'une étape de formation des lentilles 37, de formation de la couche 36 et de retrait partiel de la couche 35.
Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de formation des microlentilles 37 comprend une étape de photolithographie suivie d'un recuit ou chauffage. Les microlentilles 37 sont ainsi dessinées dans la couche 38 représentée dans la structure 47 de la figure 5.
Selon un mode de mise en oeuvre, la couche de protection 36 est déposée, par une méthode de PECVD, sur la face supérieure de la structure obtenue à l'issue de la formation des lentilles 37. La couche de protection 36 peut, par exemple, recouvrir la couche 38 et les microlentilles 37 en les enveloppant.
Selon un mode de mise en oeuvre, une étape de gravure est réalisée de façon à enlever les parties des couches 35, 36 et 38 recouvrant le plot de connexion 39.
Les couches 36, 35 et 38 sont, par exemple, retirées en dehors des parties capteur 17 et logique 15 par photolithogravure.
La figure 7 illustre, par deux vues A et B, des exemples d'images 53 et 53' captées par deux ensembles de dispositifs d'acquisition d'images différents.
Afin de mettre en évidence l'amélioration de performances résultant de la présence de la couche 35 au sein d'un dispositif d'acquisition d'images, les inventeurs ont réalisé des essais comparatifs de tenue en température et à l'humidité sur un premier ensemble de dispositifs d'acquisition d'images et un deuxième ensemble de dispositifs d'acquisition d'images.
Les dispositifs d'acquisition d'images du deuxième ensemble de dispositifs ont la même structure que les dispositifs du premier ensemble de dispositifs à la différence près qu'ils ne comprennent pas de couche 35 entre la matrice de filtres couleur 33 et les microlentilles 37.
Afin de tester leurs tenues à la chaleur et à l'humidité, les deux ensembles de dispositifs susmentionnés ont subi le test de contraintes très accélérées (HAST, Highly Accelerated Stress Test) communément utilisé afin de tester des circuits électroniques. Le test HAST consiste à exposer les dispositifs à une température de l'ordre de 130 °C et à un pourcentage d'humidité relative de 85 % pendant 96 heures dans une enceinte dans laquelle la pression est de deux atmosphères. A l'issue des 96 heures, les deux ensembles de dispositifs sont éclairés avec un rayonnement comprenant notamment des composantes bleues, vertes et rouges, et les images captées sont analysées.
La vue A de la figure 7 représente les images 53 captées par les dispositifs 11 du premier ensemble comprenant la couche 35.
La vue B de la figure 7 représente les images 53' captées par les dispositifs du deuxième ensemble ne comprenant pas la couche 35.
En vues A et B, chaque image 53 et 53' acquise est, par exemple, de forme sensiblement rectangulaire et comprend environ 500 pixels par 750 pixels.
Alors que la structure des dispositifs des premier et deuxième ensembles permettant d'acquérir les images 53 et 53' illustrées en figure 7 ne diffèrent que par la présence de la couche 35, les images 53' représentées en vue B sont parsemées de points noirs 55. Ces points noirs 55 représentent des pertes locales de sensibilité, par exemple comprises entre 2 % et 10 %. Ces points noirs 55 ont une dimension, par exemple, de l'ordre de quelques dizaines de micromètres.
Les inventeurs ont mis en évidence que, sous l'effet de la chaleur, des contraintes mécaniques importantes apparaissent dans le dispositif d'acquisition d'images, notamment en raison des différences de coefficients d'expansion thermique des matériaux organiques composant les microlentilles et les filtres de couleur et par rapport à la plupart des matériaux inorganiques du dispositif d'acquisition d'images. En effet, les coefficients de dilatation des matériaux composant les microlentilles et les filtres de couleur peuvent être élevés, notamment compris entre 120 ppm/°C et 400 ppm/°C alors que la plupart des autres matériaux du dispositif peuvent avoir un coefficient de dilatation faible, par exemple, de l'ordre par exemple de 1 ppm/°C.
Les contraintes mécaniques peuvent entraîner la fissuration de la couche de protection 36 et une pénétration d'humidité dans les couches inférieures, notamment dans les microlentilles 37 et dans les filtres couleur 33. L'humidité infiltrée dans le dispositif 11 provoque des baisses de sensibilité localisées de quelques pourcents telles qu'observées en vue B. En présence de la couche 35, aucune baisse localisée de la sensibilité n'est observée pour les dispositifs d'acquisition d'images.
Un avantage des modes de réalisation et des modes de mise en oeuvre décrits est qu'ils permettent d'améliorer la tenue des dispositifs d'acquisition d'images en température et en humidité.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les modes de réalisation et de mises en oeuvre peuvent être combinés. Les modes de réalisations décrits ne se limitent pas aux exemples de dimensions et de matériaux mentionnés ci-dessus.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (14)

  1. Dispositif d'acquisition d'images (11) comprenant au moins une couche (35) en un matériau inorganique diélectrique entre une matrice de filtres couleur (33) et un réseau de microlentilles (37).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche (35) est composée de nitrure de silicium et/ou de nitrures métalliques.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche (35) est composée d'oxyde de silicium et/ou d'oxynitrure de silicium et/ou d'oxydes métalliques.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche (35) est composée de nitrure de silicium.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche (35) s'étend sur toute l'interface entre la matrice de filtres couleur (33) et le réseau de microlentilles (37).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite couche (35) a une épaisseur comprise entre 30 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 40 nm et 130 nm.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque microlentille (37) du réseau recouvre un unique filtre couleur (33) de la matrice et chaque filtre couleur (33) de la matrice est recouvert par une unique microlentille (37) du réseau.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les filtres couleur (33) de la matrice et les microlentilles (37) du réseau sont en des matériaux organiques.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le réseau de microlentilles est recouvert par une couche de protection (36).
  10. Procédé de fabrication d'un dispositif d'acquisition d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une étape de dépôt de ladite couche (35) par un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le dépôt de ladite couche (35) est réalisé à la surface de la matrice de filtres couleur (33).
  12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel l'étape de dépôt de ladite couche (35) est réalisée à une température inférieure à 250 °C, de préférence inférieure ou égale à 200 °C.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel l'étape de dépôt de ladite couche (35) est précédée d'une étape de formation de la matrice de filtres couleur (33).
  14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel l'étape de dépôt de ladite couche (35) est suivie d'une étape de formation du réseau de microlentilles (37) à la surface de ladite couche.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015111419A2 (fr) * 2014-01-27 2015-07-30 Sony Corporation Capteur d'image présentant de meilleures propriétés de découpage en dés, appareil de fabrication, et son procédé de fabrication
US20190229141A1 (en) * 2018-01-23 2019-07-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and method for fabricating the same
US20200098808A1 (en) * 2018-09-26 2020-03-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer level image sensor package

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197897A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Fuji Film Microdevices Co Ltd 半導体光電変換装置
KR100687102B1 (ko) * 2005-03-30 2007-02-26 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법.
US8003425B2 (en) * 2008-05-14 2011-08-23 International Business Machines Corporation Methods for forming anti-reflection structures for CMOS image sensors
FR2945666B1 (fr) * 2009-05-15 2011-12-16 St Microelectronics Sa Capteur d'image.
US8389377B2 (en) * 2010-04-02 2013-03-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Sensor element isolation in a backside illuminated image sensor
US9349770B2 (en) * 2014-02-11 2016-05-24 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with infrared pixels having increased quantum efficiency
KR102471159B1 (ko) * 2015-10-12 2022-11-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR102558828B1 (ko) * 2018-10-10 2023-07-24 삼성전자주식회사 차광 패턴을 포함하는 이미지 센서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015111419A2 (fr) * 2014-01-27 2015-07-30 Sony Corporation Capteur d'image présentant de meilleures propriétés de découpage en dés, appareil de fabrication, et son procédé de fabrication
US20190229141A1 (en) * 2018-01-23 2019-07-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and method for fabricating the same
US20200098808A1 (en) * 2018-09-26 2020-03-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer level image sensor package

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