FR3109841A1 - Pixel comprenant une zone de stockage de charges - Google Patents

Pixel comprenant une zone de stockage de charges Download PDF

Info

Publication number
FR3109841A1
FR3109841A1 FR2004324A FR2004324A FR3109841A1 FR 3109841 A1 FR3109841 A1 FR 3109841A1 FR 2004324 A FR2004324 A FR 2004324A FR 2004324 A FR2004324 A FR 2004324A FR 3109841 A1 FR3109841 A1 FR 3109841A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
mem
zone
substrate
charge storage
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2004324A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3109841B1 (fr
Inventor
Boris Rodrigues Goncalves
Frederic LaLanne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Original Assignee
STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics Crolles 2 SAS filed Critical STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Priority to FR2004324A priority Critical patent/FR3109841B1/fr
Priority to US17/225,329 priority patent/US11444110B2/en
Priority to CN202110472524.0A priority patent/CN113594190A/zh
Priority to CN202120912221.1U priority patent/CN215680692U/zh
Publication of FR3109841A1 publication Critical patent/FR3109841A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3109841B1 publication Critical patent/FR3109841B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14616—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor characterised by the channel of the transistor, e.g. channel having a doping gradient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

Pixel comprenant une zone de stockage de charges La présente description concerne un pixel (100) comprenant une zone de photoconversion (PD), une électrode verticale isolée (114) et au moins une zone de stockage de charges (mem1, mem2), la zone de photoconversion (PD) appartenant à une première partie d'un substrat semiconducteur et chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) appartenant à une deuxième partie du substrat séparée physiquement de la première partie du substrat par l'électrode (114). Figure pour l'abrégé : Fig. 4

Description

Pixel comprenant une zone de stockage de charges
La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques. La présente description concerne plus particulièrement un pixel d'un capteur, notamment d'un capteur de distance fonctionnant sur le principe de la mesure de temps de vol, ou capteur TOF ("Time Of Flight" - temps de vol), et un procédé de commande d'un tel pixel.
Dans un capteur TOF, une source lumineuse émet de la lumière en direction d'une scène. Un pixel de détection de temps de vol, ou pixel TOF, du capteur reçoit la lumière renvoyée par un point de la scène conjugué avec ce pixel. La mesure du temps de vol, c'est-à-dire du temps mis par la lumière pour effectuer le trajet de la source lumineuse vers le point de la scène auquel est conjugué le pixel, et de ce point jusqu'au pixel, permet de calculer la distance séparant le pixel de ce point.
Dans le cas où l'on cherche à obtenir une image en relief d'une scène, le capteur TOF comprend une matrice de pixels TOF pour mesurer la distance séparant chaque pixel du point de la scène auquel ce pixel est conjugué. Cela permet d'obtenir une cartographie des distances séparant le capteur des différents points de la scène auxquels les pixels sont conjugués, et une image en relief de la scène peut alors être reconstruite à partir de cette cartographie des distances.
Un pixel d'un capteur TOF comprend des zones de stockage de charges dans lesquelles des charges qui ont été photogénérées dans une zone photosensible, ou zone de photoconversion, du pixel sont ensuite temporairement stockées avant d'être lues.
La précision de mesure de la distance entre un pixel d'un capteur TOF et un point de la scène auquel est conjugué ce pixel dépend au moins en partie des transferts des charges photogénérées depuis la zone de photoconversion du pixel jusqu'aux zones de stockage temporaire de charges.
D'autres pixels comprennent des zones de stockage de charges, par exemple les pixels d'un capteur d'images de type à obturation globale ("global shutter"). Dans un pixel d'un capteur de type à obturation globale, la qualité de l'image obtenue avec le capteur dépend elle aussi au moins en partie des transferts des charges photogénérées depuis la zone de photoconversion du pixel jusqu'à une zone de stockage temporaire de charges.
Il existe un besoin de pallier au moins certains des inconvénients des pixels connus comprenant au moins une zone de stockage de charges, notamment des pixels connus appartenant à un capteur TOF ou à un capteur d'images à obturation globale.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des pixels connus comprenant au moins une zone de stockage de charges, notamment des pixels connus d'un capteur TOF ou d'un capteur d'image à obturation globale.
Un mode de réalisation prévoit un pixel comprenant une zone de photoconversion, une électrode verticale isolée et au moins une zone de stockage de charges, la zone de photoconversion appartenant à une première partie d'un substrat semiconducteur et chaque zone de stockage de charges appartenant à une deuxième partie du substrat séparée physiquement de la première partie du substrat par l'électrode.
Selon un mode de réalisation, l'électrode traverse le substrat à partir d'une première face du substrat, le pixel comprenant en outre, pour chaque zone de stockage de charges :
une première zone dopée, en contact avec ladite zone de stockage de charges ;
une deuxième zone dopée ;
une grille reposant sur la première face, entre la zone de photoconversion et ladite deuxième zone ; et
une connexion électrique entre la première zone et la deuxième zone,
l'électrode étant configurée, pour chaque zone de stockage, pour isoler électriquement et optiquement la première partie du substrat comprenant la zone de photoconversion et la deuxième zone de la deuxième partie du substrat comprenant la zone de stockage de charges et la première zone.
Selon un mode de réalisation, pour chaque zone de stockage de charges, ladite connexion est disposée hors du substrat, au-dessus de la première face.
Selon un mode de réalisation, chaque zone de stockage de charges est délimitée latéralement en largeur par deux portions de l'électrode parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre, la première zone en contact avec la zone de stockage de charges étant disposée à une extrémité de la zone de stockage de charges prise dans sa longueur.
Selon un mode de réalisation :
le substrat est dopé d'un premier type de conductivité ;
la zone de photoconversion comprend une couche dopée d'un deuxième type de conductivité, disposée dans le substrat du côté de la première face ;
pour chaque zone de stockage de charges, les première et deuxième zones sont disposées dans le substrat, du côté de la première face, et sont dopées du deuxième type de conductivité;et
chaque zone de stockage de charges comprend un caisson dopé du deuxième type de conductivité, disposé dans le substrat, du côté de la première face.
Selon un mode de réalisation, pour chaque zone de stockage de charges :
les première et deuxième zones ont un même niveau de dopage ; et/ou
les première et deuxième zones ont un même niveau de dopage que la couche de la zone de photoconversion ; et/ou
le caisson de la zone de stockage de charges est plus fortement dopé que la première zone.
Selon un mode de réalisation, pour chaque zone de stockage de charges, ladite grille repose sur une région de canal s'étendant de la deuxième zone à la couche de la zone de photoconversion, la région de canal étant plus faiblement dopée du deuxième type de conductivité que la couche de la zone de photoconversion et que la deuxième zone.
Selon un mode de réalisation, pour chaque zone de stockage de charges, la région de canal comprend une première portion et une deuxième portion plus faiblement dopée que la première portion, la deuxième portion s'étendant de la couche de la zone de photoconversion jusqu'à la première portion, et la première portion s'étendant de la deuxième portion jusqu'à la deuxième zone.
Selon un mode de réalisation, pour chaque zone de stockage de charges, la deuxième zone est séparée de la couche de la zone de photoconversion par la région de canal et par une région du substrat dopée du premier type de conductivité.
Selon un mode de réalisation, pour chaque zone de stockage de charges, le pixel comprend :
une zone dopée de lecture disposée dans le substrat, du côté de la première face, dans la deuxième partie du substrat comprenant la zone de stockage de charges ; et
une grille supplémentaire reposant sur une portion du substrat s'étendant entre la zone de stockage de charges et la zone de lecture, de préférence, la grille supplémentaire débordant sur la zone de stockage de charges.
Selon un mode de réalisation, au moins deux zones de stockage de charges appartiennent à une même deuxième partie du substrat.
Un autre mode de réalisation prévoit un capteur comprenant une pluralité de pixels tels que décrits.
Selon un mode de réalisation, deux pixels adjacents partagent une même deuxième partie du substrat ou une même première partie du substrat.
Selon un mode de réalisation, le capteur comprend un circuit configuré pour appliquer un premier potentiel de polarisation à la première partie du substrat de chaque pixel, et, pour chaque zone de stockage de charges de chaque pixel :
appliquer le premier potentiel de polarisation à la deuxième partie du substrat comprenant la zone de stockage pendant chaque phase de lecture de la zone de stockage ; et
appliquer un deuxième potentiel de polarisation à ladite deuxième partie en dehors des phases de lecture de ladite zone de stockage,
les premier et deuxième potentiels étant, de préférence, configurés pour qu'un puits de potentiel dans la zone de stockage de charges soit plus profond quand le deuxième potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat que quand le premier potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat.
Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de commande d'un pixel tel que décrit comprenant la polarisation de la première partie du substrat avec un premier potentiel, et pour chaque zone de stockage de charges :
polariser avec le premier potentiel la deuxième partie du substrat comprenant la zone de stockage de charges pendant chaque phase de lecture de la zone de stockage de charges ; et
polariser avec un deuxième potentiel ladite deuxième partie en dehors des phases de lecture de ladite zone de stockage,
les premier et deuxième potentiels étant, de préférence, configurés pour qu'un puits de potentiel dans la zone de stockage de charges soit plus profond quand le deuxième potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat que quand le premier potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat.
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 de dessus représentant schématiquement un exemple d'un capteur TOF ;
la figure 2 représente un exemple d'un circuit de pixel TOF ;
la figure 3 est un chronogramme illustrant un mode de commande du pixel TOF de la figure 2 ;
la figure 4 représente, en vue de dessus et de manière schématique, un mode de réalisation d'un pixel du type de celui de la figure 2 ;
la figure 5 est une vue en coupe schématique selon la ligne brisée AA de la figure 4 ;
la figure 6 est une vue en coupe schématique selon le plan BB de la figure 4 ;
la figure 7 est une vue coupe schématique selon le plan CC de la figure 4 ;
la figure 8 représente, en vue de dessus et de manière schématique, une variante de réalisation du pixel des figures 4, 5, 6 et 7 ;
la figure 9 représente, en vue de dessus et de manière schématique, une autre variante de réalisation du pixel des figures 4, 5, 6 et 7 ;
la figure 10 représente, en vue de dessus et de manière schématique, une partie du pixel des figures 4, 5, 6 et 7 selon une variante de réalisation ;
la figure 11 est une vue en coupe schématique selon la ligne brisée AA de la figure 10 ;
la figure 12 est une vue en coupe schématique selon le plan BB de la figure 10 ; et
la figure 13 représente, en vue de dessus et de manière schématique, un mode de réalisation d'une association de plusieurs pixels du type décrit précédemment en relation avec les figures 4 à 12.
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.
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", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un exemple de capteur TOF. Le capteur 1 comprend une matrice 3 de pixels TOF, par exemple une matrice de mille lignes par mille colonnes. La matrice 3 est associée à un décodeur de ligne 7 et à un décodeur de colonne 9. Le décodeur de ligne 7 fournit des signaux 11 permettant de sélectionner l'une ou l'autre des lignes de la matrice. Le décodeur de colonne 9 permet de lire les pixels d'une ligne sélectionnée. Le décodeur de ligne 7 et le décodeur de colonne 9 sont commandés par des signaux 13 fournis par des moyens de commande et de traitement 15. Les moyens de commande et de traitement 15 comprennent, par exemple, un processeur associé à une ou plusieurs mémoires.
Dans cet exemple où le capteur 1 est un capteur TOF, le capteur 1 est en outre associé à une source lumineuse 17 pour illuminer une scène dont on souhaite obtenir l'image en relief. Cette source lumineuse 17 est par exemple un laser dont la longueur d'onde peut être comprise entre 500 et 1000 nm. La source lumineuse 17 est connectée aux moyens de commande et de traitement 15, pour synchroniser les signaux de commande appliqués aux pixels TOF de la matrice 3 et à la source lumineuse 17.
A titre d'exemple, la source lumineuse 17 émet un signal LEpériodique, par exemple sinusoïdal, dont la fréquence peut être comprise entre 20 et 100 MHz, par exemple égale à 25 MHz. Pour chaque pixel, on détermine le déphasage φ entre le signal lumineux LEémis et un signal lumineux LRreçu par ce pixel. La distance séparant le pixel de son point conjugué est ensuite déterminée à partir de ce déphasage φ.
La figure 2 représente un exemple d'un circuit d'un pixel TOF, par exemple d'un pixel TOF du capteur 1 de la figure 1.
Le pixel TOF comprend un élément photosensible, ou de photoconversion, PD dont une borne est connectée à un noeud 21 et dont l'autre borne est connectée à un noeud ou rail d'application d'un potentiel de référence, par exemple la masse. Le noeud 21 est couplé à un noeud de lecture SN par l'intermédiaire de plusieurs ensembles Si identiques, dans cet exemple deux ensembles S1et S2, connectés en parallèle entre les noeuds 21 et SN. Chaque ensemble Si, avec i entier égal à 1 ou à 2 dans cet exemple, comprend un transistor MOS à canal N de transfert, Tmemi, une zone de stockage de charges memiet un transistor MOS à canal N de lecture, Tsni. La source du transistor Tmemiest connectée au noeud 21, et le drain du transistor Tmemiest connecté à une borne de la zone de stockage memi. Le transistor Tmemiest commandé par un signal Vmemiappliqué sur sa grille. La source du transistor Tsniest connectée à l'autre borne de la zone de stockage memi, et le drain du transistor Tsniest connecté au noeud de lecture SN. Le transistor Tsniest commandé par un signal Vsniappliqué sur sa grille. Des modes de réalisation de zones de stockage memiseront donnés ci-après.
Le pixel TOF est associé à un dispositif de lecture qui peut être commun à plusieurs pixels, par exemple quatre pixels. Le dispositif de lecture comporte un transistor MOS à canal N de précharge, Tres, un transistor MOS à canal N monté en source suiveuse, Tsuiv, et un transistor MOS à canal N de sélection, Tsel, connectés comme représenté. Le noeud de lecture SN est couplé par le transistor Tres à un noeud ou rail d'application d'un potentiel d'alimentation Vdd, par exemple un potentiel supérieur au potentiel de référence. Le transistor Tres est commandé par un signal Vres appliqué sur sa grille. Le noeud de lecture SN est également couplé à la grille du transistor Tsuiv dont le drain est couplé au rail d'alimentation, et dont la source est couplée à un noeud ou rail de sortie 23 du circuit du pixel par l'intermédiaire du transistor Tsel, le transistor Tsel étant commandé par un signal Vsel appliqué sur sa grille.
Dans cet exemple, le pixel TOF comprend, en outre, un transistor MOS à canal N, TresPD, de remise à zéro de l'élément photosensible PD. La source du transistor TresPDest connectée au noeud 21 et le drain du transistor TresPDest connecté au rail d'alimentation Vdd. Le transistor TresPDest commandé par un signal VresPDappliqué sur sa grille.
Pour déterminer le déphasage φ entre le signal lumineux LEémis et le signal lumineux LRreçu par le pixel, le signal LRest échantillonné en transférant, successivement et à intervalles réguliers, des charges photogénérées dans l'élément de photoconversion PD vers les zones de stockage mem1, puis mem2. La durée totale pour réaliser l'ensemble de ces deux transferts successifs est inférieure ou égale à une période des signaux LEet LR. En outre, l'ensemble de ces deux transferts successifs est répété un grand nombre de fois, par exemple au moins 100 000 fois. Les charges accumulées dans les zones de stockage sont ensuite lues en transférant, vers le noeud SN, les charges de la zone mem1, puis de la zone mem2.
Un mode de fonctionnement du pixel TOF de la figure 2 va maintenant être décrit plus en détail en relation avec la figure 3.
La figure 3 est un chronogramme du signal lumineux LEémis par la source lumineuse 17 associée au capteur 1 (figure 1), du signal lumineux LRreçu par le pixel TOF, et des signaux numériques VresPD, Vres, Vmemi, Vsniet Vsel. Par défaut, les signaux VresPD, Vmemi, Vsni, et Vsel sont à un niveau bas et le signal Vres est à un niveau haut, les transistors TresPD, Tmemi, Tsniet Tsel étant alors à l'état bloqué et le transistor Tres étant à l'état passant.
On procède tout d'abord à une remise à zéro de l'élément photosensible PD, dans cet exemple en mettant le transistor TresPDà l'état passant (signal VresPDà l'état haut) entre des instants t0et t1. Un cycle d'intégration du pixel commence alors à l'instant t1, et est synchronisé avec le signal LE.
Pendant le cycle d'intégration, on procède aux transferts des charges photogénérées dans la zone photosensible PD vers les zones de stockage memi. Pour cela, les transistors de transfert Tmemisont mis à l'état passant chacun à leur tour. Plus particulièrement, le transistor Tmem1est mis à l'état passant (Vmem1haut) entre des instants t2et t3, puis le transistor Tmem2est mis à l'état passant (Vmem2haut) entre des instants t4et t5. Comme indiqué précédemment, l'ensemble de ces deux transferts est ensuite répété un grand nombre de fois. Pendant toute la durée du cycle d'intégration, le signal Vres est à l'état haut, le transistor Tres est passant, et le potentiel du noeud de lecture SN est sensiblement égal au potentiel Vdd.
A la fin du cycle d'intégration, à partir d'un instant t10, on procède à la lecture des charges stockées dans chacune des zones de stockage memi. Pour cela, les transistors de lecture Tsnisont mis à l'état passant chacun à leur tour, et le niveau de potentiel sur le noeud SN est mesuré et mémorisé après chaque lecture des charges stockées dans une zone de stockage memi. Plus particulièrement, le transistor Tsel est mis à l'état passant (Vsel haut) à l'instant t10et le transistor de précharge Tres est mis à l'état bloqué (Vres bas) à un instant t11. Le transistor Tsn1est ensuite mis à l'état passant (Vsn1haut) entre des instants successifs t12et t13, puis letransistor Tsn2est mis à l'état passant (Vsn2haut) entre des instants successifs t14et t15. Des premier et deuxième niveaux de potentiel du noeud SN sont mesurés et mémorisés, respectivement entre les instants t13et t14, et entre l'instant t15et un instant suivant t16. A l'instant t1 6, le signal Vsel est remis à l'état bas et le signal Vres est remis à l'état haut. Un nouveau cycle d'intégration peut alors commencer.
Dans ce mode de fonctionnement, les premier et deuxième niveaux de potentiel mesurés sont représentatifs des charges stockées, respectivement, dans la zone de stockage mem1, et dans les zones de stockage mem1et mem2. Dans une variante de réalisation, on prévoit une remise à zéro du noeud de lecture SN, par l'application d'une impulsion d'un potentiel haut sur le transistor Tres, après chaque lecture des charges accumulées dans une zone de stockage memi. Dans ce cas, les premier et deuxième niveaux de potentiel sont représentatifs des charges stockées dans une seule zone de stockage, respectivement mem1et mem2.
Ces deux niveaux de potentiel permettent de déterminer le déphasage φ entre les signaux lumineux LEet LR, et donc d'en déduire la distance séparant le pixel du point de la scène auquel le pixel est conjugué.
Bien que l'on ait décrit un mode de réalisation et de commande d'un pixel TOF comprenant deux ensembles identiques Si, le déphasage φ entre les signaux LEet LRpeut également être déterminé en utilisant un pixel TOF comprenant plus de deux ensembles Si, par exemple trois ou quatre ensembles Si.
A titre d'exemple, la durée d'un transfert vers une zone de stockage memiest comprise entre 5 et 30 ns. La durée séparant deux transferts vers une même zone de stockage memiest par exemple de 40 ns quand la fréquence des signaux LEet LRest de 25 MHz. Dans ce cas, la durée d'un cycle d'intégration peut être de 10 ms environ lorsque les transferts de charges vers chacune des zones de stockage memisont réalisés 250 000 fois chacun. La durée d'un transfert de charges depuis une zone de stockage memivers le noeud de lecture SN est par exemple comprise entre 1 et 10 µs.
Dans un pixel, lorsque des charges photogénérées dans l'élément de photoconversion PD sont transférées de manière non désirée vers une zone de stockage de charges memi, c’est-à-dire que ces charges sont transférées alors que le transistor Tmemicorrespondant est à l'état bloqué, cela entraîne une erreur sur la mesure de la distance entre le pixel et un point de la scène conjugué à ce pixel. Par ailleurs, si un rayon lumineux atteignant l'élément de photoconversion PD atteint ensuite une zone de stockage de charges memiet y génère une charge par photoconversion, cela entraîne également une erreur sur la mesure de la distance entre le pixel et un point de la scène conjugué à ce pixel.
De manière similaire, dans un pixel d'un capteur à obturation globale, un transfert non désiré de charges photogénérées de l'élément de photoconversion PD du pixel vers une zone de stockage de charges memidu pixel, et/ou une génération de charges, par photoconversion, directement dans une zone de stockage de charges memidu pixel entraînent une diminution de la qualité de l'image obtenue avec le capteur.
Pour éviter les phénomènes décrits ci-dessus, les inventeurs proposent un pixel comprenant une ou plusieurs zones de stockage de charges dans lequel chaque zone de stockage de charges est isolée optiquement et électriquement de l'élément de photoconversion du pixel lorsqu'aucun transfert n'est en cours entre l'élément de photoconversion et cette zone de stockage de charges. Plus particulièrement, les inventeurs proposent ici un pixel dans lequel la zone de photoconversion du pixel est formée dans une première partie d'un substrat semiconducteur, et chaque zone de stockage de charges du pixel est formée dans une deuxième partie du substrat qui est séparée physiquement de la première partie du substrat par une électrode verticale isolée.
Un mode de réalisation d'un tel pixel va maintenant être décrit en relation avec les figures 4, 5, 6 et 7.
Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent de manière schématique un mode de réalisation d'un pixel 100 comprenant au moins une zone de stockage memi. Dans cet exemple, le pixel 100 est un pixel TOF correspondant au pixel 1 décrit en relation avec la figure 2, le pixel 100 comprenant deux zones de stockage mem1et mem2. La figure 4 est une vue de dessus du pixel 100, les figures 5, 6 et 7 étant des vues en coupe selon respectivement la ligne brisée AA de la figure 4, le plan BB de la figure 4 et le plan CC de la figure 4.
Le pixel 100 comprend un substrat semiconducteur 102, par exemple en silicium. Le substrat est dopé d'un premier type de conductivité, dans cet exemple le type P. De préférence, le niveau de dopage du substrat 102 diminue en se rapprochant d'une face 104 du substrat 102, la face supérieure dans les figures 5, 6 et 7.
Le pixel 100 comprend en outre une zone photosensible, ou zone de photoconversion, PD. La zone PD est disposée dans le substrat 102. La zone PD est disposée du côté de la face 104 du substrat. Dit autrement, la zone PD pénètre dans le substrat 102 à partir de sa face 104.
La zone PD est configurée pour que, lorsqu'elle reçoit de la lumière, des charges soient générées dans la zone PD, par photoconversion d'un photon en une paire électron-trou, et que les électrons photogénérés ou les trous photogénérés, dans cet exemple des électrons, s'accumulent dans la zone PD jusqu'à leur transfert vers la zone de stockage mem1ou mem2. Les charges photogénérées (électrons ou trous) qui ne sont pas destinées à être transférées vers la zone mem1ou mem2, dans cet exemple les trous photogénérés, sont évacuées vers un potentiel de polarisation appliqué au substrat 102.
Pour chaque zone de stockage de charges memi, le pixel 100 comprend une zone dopée 106ien contact avec cette zone memi, cette zone 106iétant dite associée à la zone memi. Chaque zone 106iest disposée dans le substrat 102, du côté de sa face 104. Dit autrement, chaque zone 106ipénètre dans le substrat 102, depuis sa face 104.
Dans cet exemple, le pixel 100 comprend donc une zone 1061en contact avec la zone de stockage de charges mem1et une zone 1062en contact avec la zone de stockage de charges mem2.
Pour chaque zone de stockage de charges memi, le pixel 100 comprend en outre une zone dopée 108iet une grille Gmemi, la zone dopée 108iet la grille Gmemiétant dites associées à cette zone memi.
Chaque zone 108iest disposée dans le substrat 102, du côté de sa face 104. Dit autrement, chaque zone 108ipénètre dans le substrat 102, depuis sa face 104. Les zones 108isont dopées du même type de conductivité que les zones 106i, et, plus particulièrement, du type de conductivité opposé à celui du substrat 102, les zones 106iet 108iétant donc dopées du type N dans cet exemple. En outre, de préférence, chaque zone 108ia le même niveau de dopage que la zone 106icorrespondante.
Chaque grille Gmemirepose sur la face 104 du substrat 102, entre la zone PD et la zone memià laquelle la grille Gmemiest associée. Dit autrement, le substrat 102 comprend une région 126i(voir la région 1261en figure 5) s'étendant depuis la zone memijusqu'à la zone PD, qui est recouverte, de préférence entièrement, par la grille Gmemi.
La grille Gmemicorrespond à la grille du transistor Tmemi, le drain et la source de ce transistor Tmemiétant formés respectivement par la zone 108iet par la zone PD, et la région de canal de ce transistor Tmemiétant constituée par la région 126i.
Dans cet exemple d'un pixel 100 à deux zones mem1et mem2, le pixel 100 comprend donc une zone 1081et une grille Gmem1reposant sur la face 104 du substrat 102, entre la zone PD et la zone mem1, ainsi qu'une zone 1082et une grille Gmem2reposant sur la face 104 du substrat 102, entre la zone PD et la zone mem2.
Pour chaque zone memi, le pixel 100 comprend une connexion électrique 110ientre les deux zones dopées 106iet 108iqui sont associées à la zone memi. La connexion électrique 110ia une extrémité en contact avec la zone 106iet une extrémité en contact avec la zone 108i. Par connexion électrique, on entend ici une connexion constituée d'un ou plusieurs éléments conducteurs, de préférence d'un ou plusieurs éléments conducteurs métalliques. Plus exactement, cette connexion électrique 110iest mise en œuvre en dehors du substrat 102, au-dessus de sa face 104 comme cela se voit en figure 5. La connexion 110icomprend, par exemple, deux vias en contact avec les zones respectives 106iet 108i, et une portion d'un niveau de métal d'une structure d'interconnexion (non représentée) reposant sur la face 104 du substrat 102, cette portion de niveau de métal connectant électriquement les deux vias entre eux.
Dans l'exemple décrit ici, le pixel 100 comprend donc une connexion électrique 1101entre les zones dopées 1061et 1081, et une connexion électrique 1102entre les zones dopées 1062et 1082.
De préférence, comme cela est illustré en figure 4, chaque zone 106iet chaque zone 108icomprend une zone de reprise de contact 112, plus fortement dopée du même type que la zone 106iou 108ià laquelle elle appartient, les zones de reprise de contact étant donc dopées de type N dans cet exemple. Chaque connexion électrique 110iest alors en contact, à chacune de ses extrémités, avec une zone 112.
Le pixel 100 comprend en outre une électrode verticale isolée 114. L'électrode 114 pénètre dans le substrat 102 à partir de sa face 104, l'électrode 114 étant sensiblement orthogonale à la face 104. L'électrode 114 traverse le substrat 102, sur toute son épaisseur. Dit autrement, l'électrode 114 s'étend depuis la face 104 du substrat 102 jusqu'à une face 116 du substrat 102 (face inférieure en figures 5 et 6), opposée à la face 104. Bien que cela n'ait pas été représenté en figure 4 pour ne pas surcharger la figure, l'électrode 114 comprend, comme cela se voit en figure 5, un mur vertical conducteur, ou cœur conducteur, 1141, et une couche isolante 1142 recouvrant le mur 1141, et, plus exactement, toutes les parois latérales du mur 1141, le mur 1141 étant ainsi séparé et isolé électriquement du substrat 102. Le mur conducteur 1141 est par exemple en silicium polycristallin dopé. La couche 1142 est par exemple une couche d'oxyde de silicium ou une superposition de couches isolantes, par exemple une superposition d'une couche d'oxyde de silicium, d'une couche de nitrure de silicium et d'une couche d'oxyde de silicium formant une structure ONO (Oxyde Nitrure Oxyde).
En fonctionnement, un potentiel de polarisation est appliqué à l'électrode 114. Dans cet exemple où les charges photogénérées destinées à être transférées vers les zones memisont les électrons photogénérées, ce potentiel de polarisation est choisi de manière à attirer des trous vers les parois de l'électrode 114. A titre d'exemple, ce potentiel de polarisation est égal à -2 V.
L'électrode 114 sépare physiquement le substrat 102 en plusieurs parties. Dit autrement, l'électrode 114 définit, dans le substrat 102, plusieurs parties du substrat 102 isolées électriquement et optiquement les unes des autres par l'électrode 114. Deux parties différentes du substrat 102 sont dites isolées électriquement et optiquement l'une de l'autre, par exemple, si au moins l'une ces deux parties du substrat 102 est entièrement entourée d'une portion de l'électrode 114.
Plus particulièrement, les zones PD et 108iappartiennent à une première partie du substrat 102, et les zones memiet 106iappartiennent à au moins une deuxième partie du substrat 102, isolée électriquement et optiquement de la première partie du substrat 102. Dit autrement, chaque zone memiappartient à une deuxième partie du substrat 102 isolée électriquement et optiquement de la première partie du substrat 102 comprenant la zone PD. Pour chaque zone memi, la zone memiet la zone 106ien contact avec cette zone memiappartiennent à la même deuxième partie du substrat 102.
En fonctionnement, lorsque de la lumière est reçue par la zone PD et que des charges y sont photogénérées et accumulées, tant que la grille Gmem1ou Gmem2n'est pas commandée pour transférer ces charges photogénérées depuis la zone PD jusqu'à la zone 1081ou 1082respectivement, ces charges ne peuvent pas atteindre les zones mem1et mem2, du fait de l'isolation électrique mise en œuvre par l'électrode 114 entre la première partie du substrat 102 comprenant la zone PD et la ou les deuxièmes parties du substrat 102 comprenant les zones mem1et mem2.
En outre, lorsqu'un rayon lumineux atteint la première partie du substrat 102 comprenant la zone PD, ce rayon lumineux est bloqué par l'électrode 114 et ne peut pas se propager jusqu'à une deuxième partie du substrat 102 comprenant la zone mem1et/ou la zone mem2, où ce rayon aurait pu générer des charges par photoconversion.
Dans le mode de réalisation illustré par les figures 4, 5, 6 et 7, chaque zone memiappartient à une deuxième partie différente du substrat 102. Dit autrement, dans cet exemple, la zone PD et les zones 1081et 1082appartiennent à une première partie du substrat, les zones mem1et 1061appartiennent à une deuxième partie du substrat 102, et les zones mem2et 1062appartiennent à une autre deuxième partie du substrat 102. Les deuxièmes parties sont isolées électriquement et optiquement de la première partie, dans cet exemple du fait que chaque deuxième partie est entièrement entourée par une portion correspondante de l'électrode 114.
Chaque zone memidu pixel 100 a, en vue de dessus ou, dit autrement, dans un plan parallèle aux faces 104 et 116, une forme rectangulaire. Chaque zone memiest délimitée latéralement en largeur par deux portions de l'électrode 114, parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre. Pour chaque zone de stockage memi, la zone 106iqui lui est associée est, par exemple, disposée à une extrémité de la zone memiprise dans le sens de sa longueur. De préférence, deux zones 106iet 108iconnectées l'une à l'autre par une connexion 110i, c'est-à-dire deux zones 106iet 108iassociées à une même zone memi, sont disposées respectivement de chaque côté d'une même portion de l'électrode 114, par exemple en face l'une de l'autre de chaque côté de cette portion de l'électrode 114.
De préférence, comme cela est représenté en figure 4, la zone PD est au moins partiellement délimitée latéralement, c’est-à-dire dans un plan parallèle aux faces 104 et 116, par l'électrode 114. Dit autrement, l'électrode 114 est disposée sur, ou constitue, au moins une partie du contour de la zone PD. Dans l'exemple de la figure 4, la zone PD a, en vue de dessus, une forme sensiblement carrée. Comme cela est représenté en figure 4, l'électrode 114 est alors par exemple disposée sur trois côtés de la zone PD. Comme cela est représenté en figure 4, les zones 108isont alors de préférence disposées dans des coins de la zone PD.
Dans l'exemple représenté, la zone mem1est disposée le long d'un premier côté de la zone PD, et la zone mem2est disposée le long d'un deuxième côté de la zone PD. La prévision d'une zone memidisposée le long d'un côté de la zone PD permet qu'une portion de l'électrode 114, délimitant latéralement en largeur la zone memi, délimite également le côté de la zone PD bordé par cette zone memi. Cela permet au pixel 100 d'être particulièrement compact.
Dans le présent mode de réalisation, les zones memisont des zones de stockage de charges, ou zones mémoire, pincées, et la zone PD est une photodiode pincée. Il y a donc, dans chacune des zones memiet PD un puits de potentiel dans lequel des charges peuvent être stockées ou accumulées. La profondeur du puits d'une zone memiou PD dépend notamment de la polarisation appliquée à la partie du substrat 102 qui comprend cette zone memiou PD.
Selon un mode de réalisation, en fonctionnement, un premier potentiel de polarisation est appliqué à la première partie du substrat 102 qui comprend la zone PD. En outre, pour chaque zone de stockage memi, le premier potentiel de polarisation est appliqué à la deuxième partie du substrat 102 qui comprend la zone memi, pendant chaque phase de lecture de la zone memi, et, plus exactement, pendant toute la durée de chaque phase de lecture de cette zone memi. En dehors des phases de lecture de la zone memi, un deuxième potentiel de polarisation est appliqué à la deuxième partie du substrat 102 comprenant la zone memi.
Les premier et deuxième potentiel de polarisation sont choisis de sorte que le puits de potentiel dans une zone memisoit plus profond quand la deuxième partie du substrat 102 qui comprend cette zone memiest polarisée avec le deuxième potentiel que quand elle est polarisée avec le premier potentiel. Ainsi, quand la zone memin'est pas en train d'être lue, un plus grand nombre de charges peut être stocké dans la zone memi.
A titre d'exemple, dans le cas d'un substrat 102 dopé de type P, le premier potentiel est par exemple le potentiel de masse, le deuxième potentiel étant alors supérieur au premier potentiel, par exemple sensiblement égal à 1 V.
La prévision de deux potentiels de polarisation pour la ou les deuxièmes parties du substrat 102 comprenant les zones memiest rendue possible du fait que cette ou ces deuxièmes parties sont isolées électriquement de la première partie du substrat comprenant la zone PD par l'électrode 114.
A titre d'exemple, les premier et deuxième potentiels de polarisation sont fournis par un circuit de commande du pixel 100, par exemple par un circuit de commande des pixels d'un capteur comprenant plusieurs pixels 100, par exemple un capteur similaire à celui décrit en relation avec la figure 1.
Le pixel 100 comprend en outre, pour chaque zone memi, une zone de lecture 118idopée disposée dans le substrat 102, du côté de sa face 104. Dit autrement, la zone 118ipénètre dans le substrat 102 à partir de sa face 104. La zone 118iest dite associée à cette zone memi. La zone 118iest dopée du même type de conductivité que les zones 106iet 108i, c’est-à-dire du type N dans cet exemple.
Pour chaque zone memi, le pixel 100 comprend également une grille 120ireposant sur une portion 121idu substrat 102 s'étendant entre la zone memiet la zone de lecture 118iassociée à cette zone memi. Dit autrement, la région 121is'étend depuis la zone memijusqu'à la zone 118iqui est recouverte, de préférence entièrement, par la grille 120i. La grille 120i est dite associée à cette zone memi. La grille 120icorrespond à la grille du transistor Tsnidécrit en relation avec la figure 2, la zone de lecture 120iet la zone memiassociées à cette grille 120iformant la source et le drain du transistor Tsni, et la portion 121idu substrat formant la région de canal de ce transistor Tsni.
Dans l'exemple décrit ici, le pixel 100 comprend donc une zone 1181et une grille 1201associées à la zone mem1, ainsi qu'une zone 1182et une grille 1202associées à la zone mem2.
Chaque zone 120iappartient à la même deuxième partie du substrat 102 que la zone memià laquelle elle est associée.
Comme cela est représenté en figures 4 et 5, la zone de lecture 118iassociée à une zone memiest par exemple disposée du côté d'une extrémité de la zone memi, prise dans le sens de sa longueur, opposée à l'extrémité de la zone memien contact avec la zone 106iassociée à cette zone memi.
De préférence, chaque grille 120idéborde sur la zone de stockage de charges memi à laquelle elle est associée, ce qui facilite le transfert de charges de la zone memivers la zone 118icorrespondante.
La mise en œuvre des zones memi et PD décrites précédemment va maintenant être décrite plus en détail.
Comme cela est illustré en figures 5, 6 et 7, la zone PD comprend une couche 122 dopée du même type de conductivité que les zones 106i, 108iet 118i, c’est-à-dire de type N dans cet exemple. De préférence, le niveau de dopage de la couche 122 est inférieur ou égal, par exemple égal, à celui des zones 106iet 108i.
La couche 122 est disposée dans le substrat 102, du côté de sa face 104. Dit autrement, la couche 122 pénètre dans le substrat 102 à partir de sa face 104.
Bien que cela ne soit pas visible sur les figures, en vue de dessus, la couche 122 s'étend latéralement sur toute la surface de la zone PD, jusqu'aux portions de l'électrode 114 délimitant la zone PD.
En outre, bien que cela ne soit pas représenté dans les figures 4 à 7, de préférence, la couche 122 est revêtue, du côté de la face 104, d'une couche dopée du même type que le substrat 102, du type P dans cet exemple, cette couche étant en outre plus fortement dopée que le substrat 102. Cette couche fortement dopée de type P a une face confondue avec la face 104. De préférence, du côté de la face 104, la couche 122 est entièrement revêtue par cette couche fortement dopée de type P.
Lorsque, dans une direction orthogonale à la face 104, le niveau de dopage du substrat 102 diminue en s'approchant de la surface 104, et, plus exactement, en s'approchant de la couche 122, les charges photogénérées destinées à être transférées vers une zone memi, c’est-à-dire les électrons photogénérés dans cet exemple, sont plus facilement drainées jusqu'à la couche 122 où elles peuvent s'accumuler avant d'être transférées vers une zone memi.
Chaque zone memicomprend un caisson 124 dopé du même type de conductivité que la couche 122, c’est-à-dire du type N dans cet exemple, disposé dans le substrat 102, du côté de la face 104. Dit autrement, le caisson 124 pénètre dans le substrat 102 à partir de sa face supérieure 104. De préférence, le niveau de dopage de chaque caisson 124 est supérieur à celui des zones 106iet 108i.
Bien que cela ne soit pas visible sur les figures, en vue de dessus, le caisson 124 de chaque zone memis'étend sur toute la surface de la zone memi. Le caisson 124 s'étend donc de l'une à l'autre des portions parallèles de l'électrode 114 qui délimitent latéralement la zone memien largeur.
En outre, bien que cela ne soit pas représenté dans les figures 4 à 7, chaque caisson est revêtu, du côté de la face 104, d'une couche dopée du même type que le substrat 102, dans cet exemple du type P, cette couche étant en outre plus fortement dopée que le substrat 102. Cette couche fortement dopée de type P a une face confondue avec la face 104. De préférence, du côté de la face 104, chaque caisson 124 est entièrement revêtu par cette couche fortement dopée de type P, à l'exception d'une éventuelle portion du caisson 124 revêtue par la grille 120icorrespondante. De préférence, cette couche fortement dopée de type P a le même niveau de dopage que la couche fortement dopée de type P qui recouvre la couche 122, par exemple, du fait que ces couches ont été réalisées simultanément.
En fonctionnement, quand l'électrode 114 est polarisée et que des charges, dans cet exemple des trous, s'accumulent le long de l'électrode 114, cela entraîne une passivation de l'interface entre d'une part la couche isolante 1142 de l'électrode 114 et d'autre part les caissons 124 et la couche 122 dopée de type N. Cette passivation évite que des charges photogénérées, et, plus particulièrement des électrons photogénérés dans cet exemple, soient piégés au niveau de cet interface. En outre, cette accumulation de trous le long de l'électrode 114 forme une couche conductrice qui se retrouve alors au même potentiel que le substrat 102 et qui borde latéralement les caissons 124 et la couche 122.
Selon un mode de réalisation, comme cela est représenté en figure 5, chaque portion 126idu substrat 102 revêtue d'une grille Gmemiet s'étendant entre la zone PD et une zone 108icorrespondante est dopée du même type de conductivité que la couche 120 et la zone 106i, c’est-à-dire du type N dans cet exemple. Cela permet, lors d'un transfert de charges de la zone PD vers une zone memi, de réduire, voire de rendre nul, le nombre de charges restant piégées à l'interface entre le substrat 102 et l'isolant de la grille Gmemi.
En outre, dans un tel mode de réalisation, cette région de canal 126iest de préférence moins fortement dopée que la couche 120 et que la région 108ientre lesquelles elle s'étend. Ainsi, en dehors d'un transfert de charges, via la région 126i, depuis la zone PD vers la zone memicorrespondante, la région de canal 126iforme une barrière de potentiel pour les charges.
Selon un mode de réalisation, comme cela est illustré en figure 5, pour chaque zone memi, lorsque la région 126iest dopée du type de conductivité opposé à celui du substrat 102, c’est-à-dire du type N dans cette exemple, la région 126icomprend une première portion 1261iet une deuxième portion 1262idopées du type de conductivité opposé à celui du substrat 102, c’est-à-dire du type N dans cet exemple. La deuxième portion 1262iest plus faiblement dopée que la première portion 1261i. La portion 1262is'étend de la couche 122 à la portion 1261i, et la portion 1261is'étend de la portion 1262ià la zone 108icorrespondante. La portion 1262iforme alors, entre la portion 1261iet la couche 122, une barrière de potentiel qui empêche les charges présentes dans la portion 1261ide revenir vers la couche 122. Cela est particulièrement avantageux à la fin d'un transfert de charges de la zone PD vers une zone memi, quand le potentiel appliqué sur la grille Gmemicorrespondante est commuté d'une première valeur pour laquelle la région 126iforme un puits de potentiel entre la zone 108iet la couche 122, à une deuxième valeur pour laquelle la région 126iforme une barrière de potentiel entre la zone 108iet la couche 122.
Pour chaque zone memi, il n'y a aucune portion de la couche 122 en contact direct avec la zone 108i associée à cette zone memi, comme cela se voit notamment en figures 4, 5 et 7. La zone 108iest, par exemple, séparée de la couche 122, non seulement par la région de canal 126irevêtue de la grille Gmemicorrespondante, mais également par une région 128idu substrat 102, disposée de part et d'autre de la grille Gmemi.
Selon un mode de réalisation, comme cela a été décrit en relation avec la figure 2, et comme cela est représenté en figures 4 et 6, le pixel 100 comprend un transistor TresPD.
Dans cet exemple, le transistor TresPDest dit "à grille verticale". Dit autrement, le transistor TresPDcomprend une région 129 dopée du même type que la couche 122, c’est-à-dire du type N dans cet exemple, la région 129 étant plus fortement dopée que la couche 122 et étant entourée par une électrode verticale isolée 130, ou grille verticale 130, traversant le substrat 102. La grille verticale 130 comprend un mur conducteur 1301 et une couche isolante 1302 séparant et isolant le mur 1301 du substrat 102. De préférence le mur 1301 et la couche 1302 sont identiques, respectivement, au mur 1141 et à la couche 1142 de l'électrode 114. Un espace e est ménagé entre deux extrémités de l'électrode 130, en vis-à-vis l'une de l'autre (en traits en pointillé en figure 6). La couche 122 se prolonge, dans cet espace e, jusqu'à la région 129. En fonctionnement, un potentiel d'alimentation est appliqué à la région 129. En outre, selon le niveau de potentiel d'un signal de commande (VresPDen figure 2) appliqué à la grille 130, soit une barrière de potentiel se forme dans l'espace e et empêche le passage des charges photogénérées vers la région 129 (transistor TresPDbloqué), soit la barrière de potentiel est absente et les charges photogénérées dans la couche 122 sont évacuées de la zone PD vers le potentiel appliqué à la région 129 (transistor TresPDpassant).
La figure 8 représente, en vue de dessus et de manière schématique, une variante de réalisation du pixel 100 des figures 4, 5, 6 et 7.
Dans cette variante, plusieurs zones memiappartiennent à une même deuxième partie du substrat 102 isolée optiquement et électriquement de la première partie du substrat 102 comprenant la zone PD. Seules les différences entre le pixel 100 des figures 4, 5, 6 et 7 et le pixel 100 de la figure 8 sont mises en exergue.
De préférence, comme cela est illustré en figure 8, cette deuxième partie du substrat 102 commune à plusieurs zones memicomprend une portion 132 qui n'est pas occupée par ces zones memi, les zones 106iet 118iassociées à ces zones memi, et les grilles 120icorrespondantes. Ainsi, des transistors (non représentés), par exemple les transistors Tres, Tsuiv et Tsel décrits en relation avec la figure 2, peuvent être formés dans cette portion 132.
Plus particulièrement, dans cet exemple, la zone mem1appartient à la même deuxième partie du substrat 102 que la zone mem2. De préférence, cette deuxième partie du substrat 102 comprend une portion 132 telle que décrite ci-dessus. Par exemple, la zone mem1est disposée le long d'un premier côté de la zone PD, la zone mem2est disposée le long d'un deuxième côté de la zone PD opposé au premier côté et la portion 132 est disposée le long d'un troisième côté de la zone PD. Ainsi, la portion de l'électrode qui délimite la région 132 du côté de la zone PD, délimite également le troisième côté de la zone PD. Cela permet que le pixel 100 soit particulièrement compact.
La figure 9 représente, en vue de dessus et de manière schématique, une autre variante de réalisation du pixel 100 des figures 4, 5, 6 et 7. Seules les différences entre le pixel 100 des figures 4, 5, 6 et 7 et le pixel 100 de la figure 9 sont mises en exergue.
Dans cette variante, pour chaque zone memi, le pixel 100 comprend une zone de stockage de charges supplémentaire memi', identique à la zone memiet formée dans la même deuxième partie du substrat 102 que la zone memi, la zone memi' étant dite associée à la zone memi.
Contrairement à la zone memi, la zone memi' n'est pas en contact avec la zone 106i. En revanche, la zone memi' partage la même grille 120iet la même zone de lecture 118ique la zone memi. En outre, le caisson dopé 124 (figure 5) de la zone memicomprend un prolongement (non représenté) jusqu'au caisson dopé (non représenté) de la zone memi'. Ce prolongement est recouvert par la grille 120i. Ainsi, lorsque potentiel appliqué à la grille 120iest tel que le transistor Tsni(figure 2) est à l'état bloqué, si le nombre de charges photogénérées qui ont été transférées dans la zone memidevient trop important, les charges en excès débordent dans la zone memi' où elles peuvent être stockées avant d'être lues en même temps que les charges stockées dans la zone memi.
De préférence, comme cela est représenté en figure 9, chaque zone memi' est disposée le long de la zone memiavec laquelle elle est associée, de sorte qu'une des deux portions de l'électrode 114 qui délimite latéralement et en largeur la zone memi, soit également une des deux portions de l'électrode 114 qui délimite latéralement et en largeur la zone memi'.
La figure 10 représente, en vue de dessus et de manière schématique, une partie du pixel 100 des figures 4, 5, 6 et 7 selon une variante de réalisation. La figure 11 est une vue en coupe schématique selon la ligne brisée AA de la figure 10. La figure 12 est une vue en coupe schématique selon le plan BB de la figure 10. Seules les différences entre le pixel 100 des figures 4, 5, 6 et 7 et le pixel 100 des figures 10, 11 et 12 sont mises en exergue.
Les figures 10, 11 et 12, et plus particulièrement la figure 10, représentent une partie de la zone PD, une partie du transistor TresPD, une partie de l'électrode 114, une zone memi, les zones 106i, 108iet 118iassociées à cette zone memi, et les grilles Gmemiet 120iassociées à cette zone memi .La zone mem1est représentée dans cet exemple, étant entendu que ce qui est décrit ici pour la zone mem1s'applique à toutes les zones memi.
Dans cette variante, les zones 1061et 1081comprennent chacune une zone de reprise de contact 112.
La région 112 de la zone 1081est séparée de la portion de l'électrode 114 avec laquelle la zone 1081est en contact par une tranchée isolante 134. Cela permet de limiter les couplages capacitifs entre l'électrode 114 et la région 112. A titre d'exemple, la tranchée 134 pénètre dans le substrat 102 à partir de sa face 104, moins profondément que la zone 108i. De préférence, la région 112 de la zone 1081a un côté à l'aplomb d'un côté de la grille Gmem1, et est bordée par la tranchée 134 sur tous ses autres côtés.
De manière similaire, la région 112 de la zone 1061peut aussi être séparée de la portion de l'électrode 114 avec laquelle la zone 1061est en contact par une tranchée isolante 134. A titre d'exemple, la tranchée 134 pénètre dans le substrat 102 à partir de sa face 104, moins profondément que la zone 106i. De préférence, la région 112 de la zone 1061a un côté en contact avec la zone mem1, et est entourée de la tranchée 134 sur tous ses autres côtés.
Comme cela est représenté en figures 10 et 12, de préférence, la zone 1181est également séparée des portions de l'électrode 114 qui l'entoure par une tranchée isolante 134. De préférence, la tranchée 134 entoure entièrement la zone 1181, sauf du côté de la zone 1181qui est à l'aplomb d'un côté de la grille 1201correspondante.
La variante de réalisation des figures 10, 11 et 12 est compatible avec la variante de la figure 8 et/ou avec la variante de la figure 9. Par ailleurs, les variantes 8 et 9 peuvent être combinées.
Lorsque le pixel 100 décrit ci-dessus fait partie d'une matrice de pixels 100 d'un capteur, par exemple un capteur TOF du type de celui décrit en relation avec la figure 1, des pixels adjacents peuvent partager des éléments communs, en particulier une première ou une deuxième partie du substrat 102.
A titre d'exemple :
une zone memid'un pixel 100 peut appartenir à une même deuxième partie du substrat 102 qu'une zone memid'un pixel 100 adjacent ou, dit autrement, deux pixels 100 voisins peuvent partager une même deuxième partie du substrat 102 ; et/ou
deux pixels 100 voisins peuvent partager une même électrode 114 ; et/ou
la zone PD d'un pixel 100 peut appartenir à la même première partie du substrat 102 que la zone PD d'un pixel voisin 100, ou, dit autrement, deux pixels 100 voisins peuvent partager une même première partie du substrat 102 ; et/ou
une zone memid'un pixel 100 et une zone memid'un pixel 100 voisin peuvent être associées à une même zone de lecture 118i ; et/ou
toutes les zones memid'un pixel 100 peuvent appartenir à une même deuxième partie du substrat 102 que celle à laquelle appartiennent également toutes les zones memid'un pixel 100 voisin, cette deuxième partie du substrat pouvant comprendre une région 132 commune aux deux pixels 100 voisins.
Un exemple particulier d'une association de plusieurs pixels 100 comprenant des éléments communs, ou, dit autrement, des éléments partagés par plusieurs pixels 100 adjacents, va maintenant être décrit.
La figure 13 représente, en vue de dessus et de manière schématique, un mode de réalisation d'une association de plusieurs pixels 100 adjacents d'un capteur comprenant une matrice de pixels 100, par exemple le capteur 1.
Plus particulièrement, la figure 13 représente trois pixels 100, ci-après référencés respectivement 100-1, 100-2 et 100-3, d'une même ligne ou d'une même colonne d'une matrice de pixels 100, de préférence d'une même colonne de la matrice. Le pixel 100-2 est par exemple disposé entre les pixels 100-1 et 100-3, chacun des pixels 100-1 et 100-3 étant adjacent au pixel 100-2. En figure 13, le pixel 100-1, partiellement représenté, est disposé en haut de la figure, le pixel 100-2, entièrement représenté, est disposé au centre de la figure, et le pixel 100-3, partiellement représenté, est disposé en bas de la figure.
Dans cet exemple de mode de réalisation, comme cela a été décrit en relation avec la figure 8, chaque pixel 100-1, 100-2, 100-3 a deux zones mem1et mem2appartenant à une même deuxième partie du substrat 102, cette deuxième partie du substrat 102 comprenant une région 132. En outre, comme cela a été décrit en relation avec la figure 9, chaque zone memi de chaque pixel 100-1, 100-2, 100-3 est associée à une zone memi' supplémentaire. Enfin, comme cela a été décrit en relation avec les figures 10, 11 et 12, des tranchées isolantes 134 sont prévues pour chaque zone 108i, chaque zone 106iet chaque zone 118i.
Dans ce mode de réalisation, tous les pixels 100-1, 100-2 et 100-3 partagent une même électrode 114. En effet, bien que la figure 13 semble représenter plusieurs électrodes 114 disjointes, ces dernières correspondent en fait à des portions d'une même électrode 114. De préférence, bien que cela ne soit pas visible en figure 13, tous les pixels 100 d'une matrice de pixels 100 d'un capteur partagent la même électrode 114.
Dans ce mode de réalisation, la zone PD du pixel 100-2 appartient à la même première partie du substrat 102 que la zone PD du pixel 100-1. En revanche, la zone PD du pixel 100-3 appartient à une autre première partie du substrat 102.
De préférence, comme cela est représenté en figure 13, les deux pixels 100-1 et 100-2 qui partagent une même première partie du substrat 102 partagent le même transistor TresPD. Dans cet exemple où le transistor TresPDest à grille verticale, l'électrode 130 comprend alors deux portions disjointes. Un espace e est ménagé, du côté de la zone PD du pixel 100-1, entre une première extrémité d'une première portion de l'électrode 130 et une première extrémité d'une deuxième portion de l'électrode 130, et un autre espace e est ménagé, du côté de la zone PD du pixel 100-2, entre une deuxième extrémité de la première portion de l'électrode 130 et une deuxième extrémité de la deuxième portion de l'électrode 130.
En outre, comme les pixels 100-1 et 100-2 partagent une même première partie du substrat 102, bien que le pixel 100-1 ne partage pas ses zones 108iavec le pixel 100-2, la tranchée 134 d'une zone 108idu pixel 100-1 est de préférence la même tranchée 134 que celle de la zone 108icorrespondante du pixel 100-2.
Dans ce mode de réalisation, les zones memiet memi' du pixel 100-2 appartiennent à la même deuxième partie du substrat 102 que les zones memiet memi' du pixel 100-3. En revanche, les zones memiet memi' du pixel 100-1 appartiennent à une autre deuxième partie du substrat 102.
Comme les pixels 100-2 et 100-3 partagent une même deuxième partie du substrat 102, la zone 132 qu'elle comprend est commune à ces deux pixels 100-2 et 100-3, comme cela est représenté en figure 13. Ainsi, les transistors qui sont formés dans cette région 132 commune, dans cet exemple les transistors Tres, Tsuiv et Tsel décrits en relation avec la figure 2, sont communs aux deux pixels 100-2 et 100-3.
En outre, comme les pixels 100-2 et 100-3 partagent une même deuxième partie du substrat 102, deux zones memiet memi' du pixel 100-2 peuvent être associées à la même zone 118ique celle à laquelle sont associées deux zones memiet memi' correspondantes du pixel 100-3. Autrement dit, dans cet exemple, les pixels 100-2 et 100-3 partagent une même zone 1181et partagent une même zone 1182. A titre d'exemple, comme cela est représenté en figure 13, deux zones memiet memi' du pixel 100-2 ont chacune une extrémité disposée en vis-à-vis d'un même premier côté de la zone 118icorrespondante, et les deux zones correspondantes memiet memi' du pixel 100-3 ont chacune une extrémité disposée en vis-à-vis d'un même deuxième côté de cette zone 118i, ce deuxième côté étant opposé au premier côté.
A titre d'exemple, l'association des trois pixels 100-1, 100-2 et 100-3 décrite ci-dessus peut être répétée dans une première direction dans laquelle les pixels 100-1, 100-2 et 100-3 se succèdent, c’est-à-dire verticalement en figure 13, par exemple pour former une colonne de pixels 100. Cette colonne de pixels est par exemple répétée dans une deuxième direction orthogonale à la première pour former une matrice de pixels.
Lorsque l'association des trois pixels 100-1, 100-2 et 100-3 décrite ci-dessus est également répétée dans la deuxième direction (horizontalement en figure 13) chaque zone memi' d'un pixel 100 est alors de préférence délimitée latéralement en largeur par une portion de l'électrode 114 qui délimite également une zone memi' correspondante d'un pixel 100 voisin.
Le mode de réalisation décrit en relation avec la figure 13 permet l'obtention d'une matrice de pixels 100 particulièrement compacte.
On a décrit ci-dessus, en relation avec les figures 4 à 13, des modes de réalisation et variantes de réalisation d'un pixel 100 dans le cas où, à titre d'exemple, le pixel 100 comprend deux zones de stockage memi. La personne du métier est en mesure d'adapter la description de cet exemple au cas d'un pixel 100 ne comprenant qu'une seule zone memiou, au contraire, plus de deux zones memi. A titre d'exemple, un pixel 100 ne comprenant qu'une seule zone memiest utilisé comme pixel d'un capteur d'images à obturation globale. A titre d'exemple, un pixel 100 comprenant trois zones memipeut être utilisé dans un capteur TOF, de manière similaire à ce qui a été décrit précédemment.
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, on a décrit le pixel 100 dans le cas où, à titre d'exemple, les charges photogénérées qui sont destinées à être transférées vers les zones memisont des électrons photogénérés. La personne du métier est en mesure d'adapter la description faite au cas où ces charges sont des trous photogénérés, notamment en inversant tous les types de conductivité indiqués à titre d'exemple et en adaptant les niveaux de potentiel de commande et de polarisation.
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. En particulier, la personne du métier est en mesure de choisir les niveaux haut et bas des signaux de commande appliqués aux grilles Gmemi, 130 et 120iet/ou le ou les niveaux de potentiel de polarisation appliqués au substrat 102 et/ou le niveau du potentiel de polarisation appliqué à l'électrode 114 et/ou les niveaux de dopage des diverses couches, zones et caissons décrits, par exemple au moyen d'un outil de simulation mis en œuvre par ordinateur.

Claims (15)

  1. Pixel (100, 100-1, 100-2, 100-3) comprenant une zone de photoconversion (PD), une électrode verticale isolée (114) et au moins une zone de stockage de charges (mem1, mem2), la zone de photoconversion (PD) appartenant à une première partie d'un substrat semiconducteur (102) et chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) appartenant à une deuxième partie du substrat (102) séparée physiquement de la première partie du substrat (102) par l'électrode (114).
  2. Pixel selon la revendication 1, dans lequel l'électrode (114) traverse le substrat (102) à partir d'une première face (104) du substrat (102), le pixel comprenant en outre, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) :
    une première zone dopée (1061, 1062), en contact avec ladite zone de stockage de charges (mem1, mem2) ;
    une deuxième zone dopée (1081, 1082) ;
    une grille (Gmem1, Gmem2) reposant sur la première face (104), entre la zone de photoconversion (PD) et ladite deuxième zone (1081, 1082) ; et
    une connexion électrique (1101, 1102) entre la première zone (1061, 1062) et la deuxième zone (1081, 1082),
    l'électrode (114) étant configurée, pour chaque zone de stockage (mem1, mem2), pour isoler électriquement et optiquement la première partie du substrat (102) comprenant la zone de photoconversion (PD) et la deuxième zone (1081, 1082) de la deuxième partie du substrat (102) comprenant la zone de stockage de charges (mem1, mem2) et la première zone (1061, 1062).
  3. Pixel selon la revendication 2, dans lequel, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), ladite connexion (1101, 1102) est disposée hors du substrat (102), au-dessus de la première face (104).
  4. Pixel selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) est délimitée latéralement en largeur par deux portions de l'électrode (114) parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre, la première zone (1061, 1062) en contact avec la zone de stockage de charges (mem1, mem2) étant disposée à une extrémité de la zone de stockage de charges (mem1, mem2) prise dans sa longueur.
  5. Pixel selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel :
    le substrat (102) est dopé d'un premier type de conductivité ;
    la zone de photoconversion (PD) comprend une couche (122) dopée d'un deuxième type de conductivité, disposée dans le substrat (102) du côté de la première face (104) ;
    pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), les première (1061, 1062) et deuxième (1081, 1082) zones sont disposées dans le substrat (102), du côté de la première face (104), et sont dopées du deuxième type de conductivité;et
    chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) comprend un caisson (124) dopé du deuxième type de conductivité, disposé dans le substrat (102), du côté de la première face (104).
  6. Pixel selon la revendication 5, dans lequel, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) :
    les première (1061, 1062) et deuxième (1081, 1082) zones ont un même niveau de dopage ; et/ou
    les première (1061, 1062) et deuxième (1081, 1082) zones ont un même niveau de dopage que la couche (122) de la zone de photoconversion (PD) ; et/ou
    le caisson (124) de la zone de stockage de charges (mem1, mem2) est plus fortement dopé que la première zone (1061, 1062).
  7. Pixel selon la revendication 5 ou 6, dans lequel, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), ladite grille (Gmem1, Gmem2) repose sur une région de canal (1261, 1262) s'étendant de la deuxième zone (1081, 1082) à la couche (122) de la zone de photoconversion (PD), la région de canal (1261, 1262) étant plus faiblement dopée du deuxième type de conductivité que la couche (122) de la zone de photoconversion (PD) et que la deuxième zone (1081, 1082).
  8. Pixel selon la revendication 7, dans lequel, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), la région de canal (1261) comprend une première portion (12611) et une deuxième portion (12621) plus faiblement dopée que la première portion (12611), la deuxième portion (12621) s'étendant de la couche (122) de la zone de photoconversion (PD) jusqu'à la première portion (12611), et la première portion (12611) s'étendant de la deuxième portion (12621) jusqu'à la deuxième zone (1081).
  9. Pixel selon la revendication 7 ou 8, dans lequel, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), la deuxième zone (1081, 1082) est séparée de la couche (122) de la zone de photoconversion (PD) par la région de canal (1261, 1262) et par une région (1281, 1282) du substrat (102) dopée du premier type de conductivité.
  10. Pixel selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), le pixel comprend :
    une zone dopée de lecture (1181, 1182) disposée dans le substrat (102), du côté de la première face (104), dans la deuxième partie du substrat (102) comprenant la zone de stockage de charges (mem1, mem2) ; et
    une grille supplémentaire (1201, 1202) reposant sur une portion (1211) du substrat (102) s'étendant entre la zone de stockage de charges (mem1, mem2) et la zone de lecture (1181, 1182), de préférence, la grille supplémentaire (1201, 1202) débordant sur la zone de stockage de charges (mem1, mem2).
  11. Pixel selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel au moins deux zones de stockage de charges (mem1, mem2) appartiennent à une même deuxième partie du substrat (102).
  12. Capteur (1) comprenant une pluralité de pixels (100, 100-1, 100-2, 100-3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
  13. Capteur selon la revendication 12, dans lequel deux pixels adjacents (100-1, 100-2) partagent une même deuxième partie du substrat (102) ou une même première partie du substrat (102).
  14. Capteur selon la revendication 12 ou 13, comprenant un circuit configuré pour appliquer un premier potentiel de polarisation à la première partie du substrat (102) de chaque pixel, et, pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2) de chaque pixel :
    appliquer le premier potentiel de polarisation à la deuxième partie du substrat comprenant la zone de stockage pendant chaque phase de lecture de la zone de stockage ; et
    appliquer un deuxième potentiel de polarisation à ladite deuxième partie en dehors des phases de lecture de ladite zone de stockage,
    les premier et deuxième potentiels étant, de préférence, configurés pour qu'un puits de potentiel dans la zone de stockage de charges (mem1, mem2) soit plus profond quand le deuxième potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat (102) que quand le premier potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat (102).
  15. Procédé de commande d'un pixel (100, 100-1, 100-2, 100-3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 comprenant l'étape de polariser la première partie du substrat (102) avec un premier potentiel, et pour chaque zone de stockage de charges (mem1, mem2), les étapes de :
    polariser avec le premier potentiel la deuxième partie du substrat (102) comprenant la zone de stockage de charges (mem1, mem2) pendant chaque phase de lecture de la zone de stockage de charges (mem1, mem2) ; et
    polariser avec un deuxième potentiel ladite deuxième partie en dehors des phases de lecture de ladite zone de stockage (mem1, mem2),
    les premier et deuxième potentiels étant, de préférence, configurés pour qu'un puits de potentiel dans la zone de stockage de charges (mem1, mem2) soit plus profond quand le deuxième potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat (102) que quand le premier potentiel est appliqué à la deuxième partie du substrat (102).
FR2004324A 2020-04-30 2020-04-30 Pixel comprenant une zone de stockage de charges Active FR3109841B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2004324A FR3109841B1 (fr) 2020-04-30 2020-04-30 Pixel comprenant une zone de stockage de charges
US17/225,329 US11444110B2 (en) 2020-04-30 2021-04-08 Pixel comprising a charge storage zone
CN202110472524.0A CN113594190A (zh) 2020-04-30 2021-04-29 包括电荷存储区的像素电路
CN202120912221.1U CN215680692U (zh) 2020-04-30 2021-04-29 像素电路以及传感器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2004324A FR3109841B1 (fr) 2020-04-30 2020-04-30 Pixel comprenant une zone de stockage de charges
FR2004324 2020-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3109841A1 true FR3109841A1 (fr) 2021-11-05
FR3109841B1 FR3109841B1 (fr) 2022-07-15

Family

ID=71784226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2004324A Active FR3109841B1 (fr) 2020-04-30 2020-04-30 Pixel comprenant une zone de stockage de charges

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11444110B2 (fr)
FR (1) FR3109841B1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170125474A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Image sensor
US20180302582A1 (en) * 2017-04-18 2018-10-18 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Time-of-flight detection pixel

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011066241A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP2011159756A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170125474A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Image sensor
US20180302582A1 (en) * 2017-04-18 2018-10-18 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Time-of-flight detection pixel

Also Published As

Publication number Publication date
FR3109841B1 (fr) 2022-07-15
US20210343766A1 (en) 2021-11-04
US11444110B2 (en) 2022-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3188238B1 (fr) Pixel de détection de temps de vol
FR3060250B1 (fr) Capteur d'image pour capter une image en 2d et une profondeur
EP2216817B1 (fr) Capteur d'images à semiconducteur à éclairement par la face arrière
EP2752878B1 (fr) Capteur d'image
EP2315251A1 (fr) Capteur d'image à grille de transfert verticale et son procédé de fabrication
FR3027732A1 (fr) Capteur d'image a electrodes verticales
FR3049389A1 (fr) Mur d'isolement et son procede de fabrication
FR2930676A1 (fr) Capteur d'image de tres faibles dimensions
FR2888989A1 (fr) Capteur d'images
FR3065320A1 (fr) Pixel de detection de temps de vol
FR2611987A1 (fr) Detecteur d'image du type a dispositifs a couplage de charge
FR3052297A1 (fr) Capteur d'image de type a obturation globale
FR3098988A1 (fr) Capteur d'image
FR3095720A1 (fr) Pixels de capteur d’image présentant un pas réduit
EP2312832A1 (fr) Circuit de pixel de capteur d'image
EP1627432B1 (fr) Capteur d image matriciel en technologie cmos
FR3113983A1 (fr) Capteur d’images
FR3109841A1 (fr) Pixel comprenant une zone de stockage de charges
EP3308399B1 (fr) Capteur d'image a haute dynamique, a noeud de stockage en trois parties
FR2513015A1 (fr) Dispositif de detection d'image en couleurs du type transfert de charge
CN215680692U (zh) 像素电路以及传感器
FR2961631A1 (fr) Capteur d'image a pixel a six transistors
FR3083001A1 (fr) Capteur d'images
FR3105577A1 (fr) Capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière, et procédé d’acquisition d’un flux lumineux correspondant
EP4280283A1 (fr) Capteur d'images

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20211105

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5