FR3112426A1 - Capteurs d'images comprenant une matrice de filtres interférentiels - Google Patents

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Abstract

Capteurs d'images comprenant une matrice de filtres interférentiels La présente description concerne un capteur d'images (10) comprenant un substrat (12) comprenant des premières portions (18) contenant des photodétecteurs (PH) adaptés à capter un rayonnement et des deuxièmes portions (19) contenant des composants électroniques situées entre certaines des premières portions ; un filtre pixélisé (20) comprenant des pixels de filtre (PFIRCUT, PFIRBP) dont au moins certains comprennent un filtre interférentiel (IRCUT) comprenant un empilement de couches planes (21, 22) ; et des écrans (40) réfléchissants ou absorbants ledit rayonnement recouvrant les deuxièmes portions et comprenant des murs (40) réfléchissants ou absorbants ledit rayonnement s'étendant entre des pixels de filtre (PFIRCUT, PFIRBP) sur au moins une partie de la hauteur du filtre pixélisé. Figure pour l'abrégé : Fig. 1

Description

Capteurs d'images comprenant une matrice de filtres interférentiels
La présente demande concerne un capteur d'images comprenant une matrice de filtres interférentiels, et un procédé de fabrication d'un tel capteur d'images.
Il est connu de réaliser des matrices de filtres interférentiels, en particulier pour les capteurs d’images, également appelés imageurs, dans le domaine du visible, de l’infra-rouge (notamment pour des longueurs d'onde de 650 nm à 1050 nm) et/ou de l’ultraviolet, qui nécessitent de séparer plusieurs plages de fréquences. Une telle matrice de filtres est également appelée filtre pixellisé, un pixel de filtre, ou filtre élémentaire, correspondant au plus petit élément du filtre ayant des mêmes propriétés de filtrage.
Un exemple d’application d’un filtre pixélisé correspond à un dispositif comprenant un capteur adapté à faire l'acquisition d’images couleurs et d'images infrarouges. Le filtre pixélisé peut alors comprendre des premiers pixels de filtre laissant passer la lumière visible et bloquant le rayonnement infrarouge et des deuxièmes pixels de filtre laissant passer le rayonnement infrarouge, notamment le proche infrarouge, et bloquant la lumière visible.
Un exemple d'application d'un capteur adapté à faire l'acquisition d’images couleurs et d'images infrarouges est un capteur dit RGB-Z dans lequel l'image infrarouge est utilisée pour faire des mesures de profondeur. L'image infrarouge peut être obtenue par la projection dans la scène à imager d'un rayonnement infrarouge dans une bande spectrale réduite, par exemple à 850 nm, 905 nm, 940 nm, etc. avec une bande spectrale réduite.
Dans un capteur d'images, le filtre pixélisé recouvre généralement un substrat dans lequel est formée une matrice de photodétecteurs. Un filtre interférentiel est réalisé par un empilement de plusieurs couches. A titre d’exemple, un filtre interférentiel peut comprendre un empilement de couches semi-réfléchissantes métalliques séparées par des couches diélectriques et/ou une alternance de couches diélectriques ayant des indices de réfraction différents, également appelés indices optiques par la suite. Les épaisseurs des couches du filtre dépendent des propriétés de filtrage souhaitées.
Le capteur d'images peut comprendre en outre dans le substrat des composants électroniques en plus des photodétecteurs, notamment des éléments mémoire et des transistors, situés entre des photodétecteurs. Le substrat comprend une face avant et une face arrière, les photodétecteurs et les autres composants électroniques étant formés du côté de la face avant du substrat. Le capteur d'images est dit en éclairage face arrière (BSI, sigle anglais pour Backside illumination) lorsque l'illumination du substrat est effectuée du côté de la face arrière du substrat, le filtre pixélisé recouvrant la face arrière du substrat.
Il est nécessaire de protéger les composants électroniques autres que les photodétecteurs contre le rayonnement incident pour assurer leur bon fonctionnement. Toutefois, la formation d'écrans sur la face arrière du substrat pour protéger les composants électroniques autres que les photodétecteurs contre le rayonnement incident peut gêner la fabrication du filtre pixélisé.
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les inconvénients des capteurs d'images et de leurs procédés de fabrication décrits précédemment.
Un autre objet d’un mode de réalisation est que le capteur d'images comprenne des composants électroniques autres que des photodétecteurs protégés lors de l'éclairement du capteur d'images.
Un autre objet d’un mode de réalisation est que le capteur d'images soit à éclairement par la face arrière.
Un mode de réalisation prévoit un capteur d'images comprenant :
un substrat comprenant des premières portions contenant des photodétecteurs adaptés à capter un rayonnement et des deuxièmes portions contenant des composants électroniques situées entre certaines des premières portions ;
un filtre pixélisé comprenant des pixels de filtre dont au moins certains comprennent un filtre interférentiel comprenant un empilement de couches planes ; et
des écrans réfléchissants ou absorbants ledit rayonnement recouvrant les deuxièmes portions et comprenant des murs réfléchissants ou absorbants ledit rayonnement s'étendant entre des pixels de filtre sur au moins une partie de la hauteur du filtre pixélisé.
Selon un mode de réalisation, le filtre pixélisé comprend des première et deuxième faces opposées, les murs s'étendant de la première face à la deuxième face et délimitant les pixels de filtres.
Selon un mode de réalisation, le capteur d'images comprend une matrice de lentilles reposant sur la deuxième face, le filtre pixélisé étant interposé entre le substrat et la matrice de lentilles, la première face étant du côté du substrat et la deuxième face étant du côté des lentilles, le plan focal des lentilles correspondant à la deuxième face à 500 nm prés.
Selon un mode de réalisation, les murs sont au moins en partie métalliques.
Selon un mode de réalisation, les pixels de filtre se répartissent en premiers pixels de filtre et deuxièmes pixels de filtre, chaque premier pixel de filtre comprenant un premier filtre interférentiel.
Selon un mode de réalisation, le capteur comprend des filtres colorés interposés entre les premiers pixels de filtre et le lentilles, les filtres colorés comprenant au moins des premiers filtres colorés adaptés à laisser passer la lumière visible seulement dans une première plage de longueurs d'onde et des deuxièmes filtres colorés adaptés à laisser passer la lumière visible seulement dans une deuxième plage de longueurs d'onde différentes de la première plage.
Selon un mode de réalisation, chaque premier pixel de filtre comprend un premier bloc diélectrique recouvrant le premier filtre interférentiel.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième pixel de filtre comprend un deuxième bloc diélectrique, dont l'épaisseur est supérieure ou égale à l'épaisseur du premier filtre interférentiel.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième pixel de filtre comprend un deuxième filtre interférentiel recouvrant le deuxième bloc diélectrique. Pour au moins l'un des deuxièmes pixels de filtre, le deuxième bloc diélectrique du deuxième pixel de filtre est interposé entre les premiers filtres interférentiels de deux premiers pixels de filtre et le deuxième filtre interférentiel du deuxième pixel de filtre est interposé entre les premiers blocs diélectriques des deux premiers pixels de filtre.
Selon un mode de réalisation, chaque premier filtre interférentiel comprend une alternance de premières couches diélectriques d’un premier matériau diélectrique ayant un premier indice de réfraction dans le domaine visible et de deuxièmes couches diélectriques d’un deuxième matériau diélectrique ayant un deuxième indice de réfraction dans le domaine visible strictement inférieur au premier indice de réfraction.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième filtre interférentiel comprend une alternance de troisièmes couches diélectriques d’un troisième matériau diélectrique ayant un troisième indice de réfraction dans le domaine infrarouge et de quatrièmes couches diélectriques d’un quatrième matériau diélectrique ayant un quatrième indice de réfraction dans le domaine infrarouge strictement inférieur au troisième indice de réfraction.
Selon un mode de réalisation, les couches planes des filtres interférentiels viennent au contact des murs.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un capteur d'images tel que défini précédemment, comprenant les étapes suivantes :
a) dépôt, sur le substrat, d'un empilement de couches diélectriques ayant la structure des filtres interférentiels ; et
b) formation des murs dans l'empilement.
Selon un mode de réalisation, les pixels de filtre se répartissent en premiers pixels de filtre et deuxièmes pixels de filtre, le procédé comprenant les étapes suivantes :
c) gravure de l'empilement pour retirer l'empilement aux emplacements des deuxièmes pixels de filtres et conserver les filtres interférentiels aux emplacements des premiers pixels de filtre ;
d) dépôt d'une couche isolante, ayant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de l'empilement, sur les filtres interférentiels et entre les filtres interférentiels ; et
e) gravure d'au moins une partie de la couche isolante sur les filtres interférentiels.
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 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un capteur d'images comprenant un filtre interférentiel pixélisé ;
la est une vue en coupe de dessus, partielle et schématique, du capteur d'images de la , selon un premier plan de coupe ;
la est une vue en coupe de dessus, partielle et schématique, du capteur d'images de la , selon un deuxième plan de coupe ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un capteur d'images comprenant un filtre interférentiel pixélisé ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un capteur d'images comprenant un filtre interférentiel pixélisé et une matrice de microlentilles ;
la est une vue de dessus, partielle et schématique, du capteur d'images de la ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un capteur d'images comprenant un filtre interférentiel pixélisé et une matrice de microlentilles ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un capteur d'images comprenant un filtre interférentiel pixélisé et une matrice de microlentilles ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, de la structure obtenue à une étape d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du capteur d'images représenté en ;
la illustre une autre étape du procédé ;
la illustre une autre étape du procédé ; et
la illustre une autre étape du procédé.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les moyens de traitement des signaux fournis par les capteurs décrits ci-après sont à la portée de l'homme de l'art et ne sont pas décrits.
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 ou à un dispositif optoélectronique dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. De plus, une surface "sensiblement plane" est une surface ne présentant pas de zones en relief ou en creux ayant une épaisseur supérieure à 500 nm par rapport au plan moyen de la surface. En outre, dans la suite de la description, on appelle taille ou dimension latérale d’un élément d’un capteur, la dimension maximale de cet élément dans un plan perpendiculaire à la direction d’empilement des couches formant le capteur. En outre, on considère ici que les termes "isolant" et "conducteur" signifient respectivement "isolant électriquement" et "conducteur électriquement".
Dans la suite de la description, l’indice de réfraction du matériau signifie l’indice de réfraction du matériau sur la plage de longueurs d’onde de fonctionnement du filtre interférentiel dans le cas où l’indice de réfraction du matériau est sensiblement constant sur la plage de longueurs d’onde de fonctionnement du filtre interférentiel, ou signifie l’indice de réfraction moyen du matériau sur la plage de longueurs d’onde de fonctionnement du filtre interférentiel dans le cas où l’indice de réfraction du matériau varie sur la plage de longueurs d’onde de fonctionnement du filtre interférentiel. De plus, dans la suite de la description, on appelle "filtre coloré" une couche homogène faite d’un seul matériau, par exemple une résine organique, ayant des propriétés de filtrage spectral par absorption sélective de la lumière dans le volume du matériau. En outre, on appelle "lumière visible" ou "domaine visible" un rayonnement dont les longueurs d'onde sont comprises entre environ 400 nm et environ 700 nm.
Les figures 1, 2, et 3 représentent un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 10 correspondant à un capteur d'image. La est une coupe des figures 2 et 3 selon la ligne A-A, la est une coupe de la selon la ligne B-B, et la est une coupe de la selon la ligne C-C. Le capteur d’images peut être un capteur couleur et infrarouge.
Le dispositif optoélectronique 10 comprend un substrat 12, par exemple en silicium, ayant une face arrière 14, un filtre pixélisé 20 reposant sur la face 14 du substrat 12, le filtre 20 n'étant pas représenté en . Le dispositif optoélectronique 10 peut comprendre une couche diélectrique 15, deux couches diélectriques ou plus de deux couches diélectriques recouvrant la face 14, interposées entre le substrat 12 et le filtre pixélisé 20. Le dispositif optoélectronique 10 peut comprendre des tranchées d'isolation électrique 16 s'étendant dans le substrat 12 et délimitant des premières et deuxièmes portions 18, 19 du substrat 12.
Dans chacune des premières portions 18, appelées photosites par la suite, le dispositif optoélectronique 10 peut comprendre, au moins un capteur de photons ou photodétecteur PH formé dans le photosite 18, les photodétecteurs PH étant représentés de façon très schématique en par des carrés en pointillés. Dans les deuxièmes portions 19, le dispositif optoélectronique 10 peut comprendre des composants électroniques, non représentés, formés au moins en partie dans la deuxième portion. Les composants électroniques peuvent comprendre des éléments mémoire et/ou des transistors, notamment des transistors à effet de champ à grille isolée ou transistors MOS.
Dans le présent mode de réalisation, le filtre pixélisé 20 comprend des premiers et deuxièmes pixels de filtre PFIRCUTet PFIRBP. Dans le présent mode de réalisation, chaque premier pixel de filtre PFIRCUTcomprend un filtre interférentiel IRCUT comprenant une alternance de couches 21 d'un premier matériau diélectrique ayant un indice de réfraction haut nH1et de couches 22 d'un deuxième matériau diélectrique ayant un indice de réfraction bas nB1, inférieur strictement à l’indice de réfraction haut nH1, les couches 21 pouvant ne pas avoir les mêmes épaisseurs et les couches 22 pouvant ne pas avoir les mêmes épaisseurs. De préférence, tous les filtres interférentiels IRCUT ont la même structure. L'indice de réfraction nH1peut être compris entre 1,8 et 2,5. L'indice de réfraction nB1peut être compris entre 1,3 et 2,5. Dans le présent mode de réalisation, chaque deuxième pixel de filtre PFIRBPcorrespond à un bloc diélectrique 23.
Le dispositif optoélectronique 10 comprend en outre des murs 40 absorbants ou réfléchissants dans la lumière visible et l'infrarouge, s'étendant dans le filtre pixélisé 20 et recouvrant les deuxièmes portions 19. Dans le présent mode de réalisation, les murs 40 s'étendent sur la totalité de l'épaisseur du filtre pixélisé 20, mesurée selon la direction d'empilement du dispositif 10. De préférence, les murs 40 sont réfléchissants dans la lumière visible et l'infrarouge. Les murs 40 peuvent être métalliques ou comprendre un revêtement métallique d'épaisseur typiquement supérieure à 50 nm. Le métal peut être du tungstène, du cuivre, de l'aluminium, de l'argent, ou un mélange ou alliages de ces métaux. Les murs 40 peuvent ne pas être au contact du substrat 12, au moins une partie de la couche diélectrique 15 étant interposée entre les murs 40 et le substrat 12, comme cela est représenté en . De préférence, les couches 21 et 22 des filtres interférentiels IRCUT sont sensiblement planes et viennent au contact des murs 40.
Les murs 40 forment un écran protégeant les composants électroniques présents dans les portions 19 du substrat 12 contre le rayonnement qui atteindrait la face 14 en l'absence des murs 40.
Le dispositif optoélectronique 10 peut comprendre une ou plusieurs couches diélectriques, non représentées, dont notamment une couche de passivation et/ou une couche antireflet, recouvrant la face 14, interposée entre le substrat 12 et le filtre pixélisé 20.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, analogue à la d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 50 correspondant à un capteur d'image. Le dispositif optoélectronique 50 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 10 à la différence que chaque mur 40 ne s'étend que sur une partie de l'épaisseur du filtre pixélisé 20, mesurée selon la direction d'empilement. Chaque mur 40 est alors recouvert d'un bloc diélectrique 41 sur le reste de l'épaisseur du filtre pixélisé 20.
Les figures 5 et 6 représentent un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 60 correspondant à un capteur d'image, la étant une coupe de la selon la ligne A-A. Le capteur d’images peut être un capteur couleur et infrarouge.
Le dispositif optoélectronique 60 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 10 et comprend, en outre, une matrice 30 de microlentilles 32, représentée seulement en , reposant sur le filtre pixélisé 20.
Dans le présent mode de réalisation, les murs 40 délimitent les pixels de filtre PFIRCUTet PFIRBPpour chaque photosite 18. Ceci signifie que les murs 40 recouvrent les portions 19 mais sont en outre présents pour séparer des pixels de filtre PFIRCUTet PFIRBPentre des photosites 18 sans recouvrir de portions 19 du substrat 12.
Le dispositif optoélectronique 60 peut en outre comprendre des filtres colorés, notamment des filtres rouges R, des filtres verts G, des filtres bleus B, et des filtres infrarouges IR, reposant sur le filtre interférentiel pixélisé 20 et interposés entre le filtre interférentiel pixélisé 20 et les microlentilles 32. Les filtres colorés R, G, B et les filtres infrarouges IR sont appelés filtres monoblocs par la suite. Selon un mode de réalisation, les filtres colorés R, G, et B recouvrent les premiers pixels de filtre PFIRCUTet les filtres infrarouges IR recouvrent les deuxièmes pixels de filtre PFIRBP. A titre de variante, les filtres colorés R, G, et B peuvent ne pas être présents, seuls les filtres infrarouges IR étant présents. Le dispositif optoélectronique 60 peut en outre comprendre une couche de planarisation 34, interposée entre les filtres monoblocs R, G, B, IR et la matrice 30 de microlentilles 32, comprenant une face 36 sensiblement plane sur laquelle repose la matrice 30 de microlentilles 32.
Selon un mode de réalisation, la focale de chaque microlentille 32 est comprise entre 200 nm et 1500 nm pour la microlentille. Selon un mode de réalisation, le plan focal image de chaque microlentille 32 est situé, à 500 nm prés, sur la face du filtre pixélisé 20 en contact avec les filtres monolithiques R, G, B, IR. De façon avantageuse, le plan focal image des microlentilles 32 est plus proche des microlentilles 32 que s'il était situé sur la face 14 du substrat 12. La fabrication des microlentilles 32 est ainsi facilitée, même lorsque les dimensions latérales des microlentilles 32 sont inférieures à 5 µm, de préférence inférieures à 2 µm.
Lorsque les murs 40 sont réfléchissants, le rayonnement parvenant à chaque pixel de filtre PFIRCUTou PFIRBPest guidé au travers du pixel de filtre jusqu'au photosite 18 recouvert par le pixel de filtre en se réfléchissant sur les murs 40. La diaphonie optique entre photosites adjacents est ainsi empêchée. En outre, les pertes du rayonnement incident sont réduites. Lorsque les murs 40 sont absorbants, des pertes du rayonnement incident peuvent se produire. Toutefois, la diaphonie optique entre photosites adjacents est empêchée.
Selon un mode de réalisation, les premiers pixels de filtre PFIRCUTtransmettent la lumière visible et ne transmettent sensiblement pas le rayonnement infrarouge pour des longueurs d'onde supérieures à un seuil compris entre 630 nm et 750 nm. Selon le présent mode de réalisation, les deuxièmes pixels de filtre PFIRBPtransmettent la lumière visible et le rayonnement infrarouge.
Les photodétecteurs PH peuvent être adaptés à détecter des rayonnements dans des plages de longueurs d’onde différentes ou être adaptés à détecter des rayonnements dans la même plage de longueurs d’onde. Dans ce dernier cas, c'est seulement la présence des pixels de filtre PFIRCUTet PFIRBPet des filtres monolithiques R, G, B, IR qui permet la détection de rayonnements dans des plages de longueurs d’onde différentes. Chaque pixel de filtre PFIRCUTet PFIRBPpeut alors recouvrir au moins un photodétecteur PH du capteur et jouer, avec le filtre monolithique R, G, B, IR associé, le rôle d’un filtre passe-bande du rayonnement incident qui atteint le capteur pour fournir un rayonnement adapté à la plage de longueurs d’onde détectées par le photodétecteur associé. Les dimensions latérales de chaque pixel de filtre PFIRCUTou PFIRBPpeuvent être sensiblement égales aux dimensions latérales du photosite 18 recouvert par ce pixel de filtre. La disposition des pixels de filtre et des filtres monolithiques peut suivre celle des photosites.
Selon un mode de réalisation, chaque premier pixel de filtre PFIRCUTest recouvert par un filtre coloré parmi les filtres R, G, B laissant passer la lumière visible dans des plages de longueurs d'onde différentes. Selon un mode de réalisation, chaque deuxième pixel de filtre PFIRBPest recouvert par un filtre infrarouge IR laissant passer le rayonnement infrarouge. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 60 comprend des premiers filtres colorés R recouvrant des premiers pixels de filtre PFIRCUTet, pour la lumière visible, ne laissant passer que les longueurs d'onde dans le rouge, notamment les longueurs d'onde comprises entre 580 nm et 700 nm. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 60 comprend des deuxièmes filtres colorés G recouvrant des premiers pixels de filtre PFIRCUTet, pour la lumière visible, ne laissant passer que les longueurs d'onde dans le vert, notamment les longueurs d'onde comprises entre 470 nm et 590 nm. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 60 comprend des troisièmes filtres coloré B recouvrant des premiers pixels de filtre PFIRCUTet, pour la lumière visible, ne laissant passer que les longueurs d'onde dans le bleu, notamment les longueurs d'onde comprises entre 380 nm et 500 nm. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 60 comprend des filtres infrarouge IR recouvrant les deuxièmes pixels de filtre PFIRBPet ne laissant pas passer la lumière visible, et laissant notamment passer un rayonnement de longueurs d'onde comprises entre 750 nm et 3000 nm.
L'épaisseur du filtre pixélisé 20 peut être comprise entre 0,5 µm et 4 µm, de préférence entre 1 µm et 3 µm. Chaque bloc diélectrique 23 peut avoir sensiblement la même épaisseur, mesurée selon la direction d'empilement, que l'épaisseur du filtre interférentiel IRCUT. Selon un autre mode de réalisation, chaque premier pixel de filtre PFIRCUTcomprend en outre une couche diélectrique, non représentée, recouverte par le filtre interférentiel IRCUT. Dans ce cas, chaque bloc diélectrique 23 peut alors avoir sensiblement la même épaisseur, mesurée selon la direction d'empilement, que la somme de l'épaisseur du filtre interférentiel IRCUT et de l'épaisseur de la couche diélectrique.
Le premier matériau diélectrique peut être choisi dans le groupe comprenant le nitrure de silicium (SiN), l'oxyde d’hafnium (HfOx), l'oxyde d’aluminium (AlOx), un alliage d'aluminium, d'oxygène et d'azote (AlOxNy), un alliage de silicium, d'oxygène, de carbone et d'azote (SiOxCyNz), le nitrure de silicium (SiNx), l'oxyde de niobium (NbOx), l'oxyde de tantale (TaOx), l'oxyde de titane (TiOx) et les mélanges d'au moins deux de ces composés.
Le deuxième matériau diélectrique peut être choisi dans le groupe comprenant le dioxyde de silicium (SiO2), le fluorure de magnésium (MgF2), l'oxyde de silicium (SiOx), l'oxynitrure de silicium (SiOxNy), l'oxyde d’hafnium (HfOx), l'oxyde d’aluminium (AlOx), un film à base d'aluminium, d'oxygène et d'azote (AlOxNy), un film à base de silicium, d'oxygène, de carbone et d'azote (SiOxCyNz), le nitrure de silicium (SiNx) et les mélanges d'au moins deux de ces composés. Les blocs diélectriques 23 formant les deuxièmes pixels de filtre PFIRBPpeuvent être composés du deuxième matériau diélectrique.
Selon un mode de réalisation, chaque filtre R, G, B correspond à un bloc de résine coloré et chaque filtre IR correspond à un bloc de résine noire.
Selon un mode de réalisation, les photosites 18 peuvent ne pas avoir les mêmes dimensions latérales. Comme cela apparaît en , chaque photosite 18 recouvert d'un filtre infrarouge IR a, en vue de dessus, une surface sensiblement égale à quatre fois la surface d'un photosite 18 recouvert de l'un des filtres colorés R, G, ou B. Selon un mode de réalisation, chaque photosite 18 recouvert de l'un des filtres colorés R, G, ou B a en vue de dessus une surface inscrite dans un carré dont le côté est inférieur à 5 µm, de préférence inférieur à 2 µm.
Selon un mode de réalisation, les microlentilles 32 sont de formes différentes selon les filtres monoblocs R, G, B, IR. A titre d’exemple, sur les figures 5, 7, et 8, on a représenté la microlentille 32 associée au filtre infrarouge IR plus épaisse que les microlentilles 32 associées aux autres filtres colorés R, G, et B.
Chaque photosite 18 peut comprendre un photodétecteur PH, deux photodétecteurs PH, ou plus de deux photodétecteurs PH. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, chaque photosite 18 comprend un seul photodétecteur PH. Selon un mode de réalisation, les photodétecteurs PH peuvent ne pas avoir les mêmes dimensions latérales. Comme cela apparaît en , chaque photodétecteur PH d'un photosite 18 recouvert d'un filtre infrarouge IR a des dimensions latérales plus importantes par rapport à un photodétecteur PH d'un photosite 18 recouvert de l'un des filtres colorés R, G, ou B. Selon un autre mode de réalisation, les photodétecteurs PH peuvent avoir les mêmes dimensions. Dans ce cas, lorsque les photosites 18 n'ont pas les mêmes dimensions, le nombre de photodétecteurs PH par photosite 18 peut ne pas être constant. A titre d'exemple, chaque photosite 18 recouvert d'un filtre infrarouge IR peut comprendre plus d'un photodétecteur PH tandis que chaque photosite 18 recouvert d'un filtre coloré R, G, ou B peut comprendre un seul photodétecteur PH. En particulier, chaque photosite 18 recouvert d'un filtre infrarouge IR comprend de préférence autant de photodétecteurs PH qu'il y a de types différents de filtres colorés R, G et B.
Selon un autre mode de réalisation, les photosites 18 et les filtres monoblocs R, G, B, et IR peuvent avoir les mêmes dimensions latérales. Les microlentilles 32 peuvent alors avoir des structures identiques pour tous les filtres monoblocs R, G, B, IR.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 70 correspondant à un capteur d'images. Le dispositif optoélectronique 70 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 60 représenté sur les figures 5 et 6 à la différence que les murs 40 recouvrant les portions 19 comprend deux parois 42 latérales et un couvercle 44 s'étendant entre les deux parois latérales 40. Selon un mode de réalisation, chaque paroi 42 s'étend sur la totalité de l'épaisseur du filtre pixélisé 20 et le couvercle 44 s'étend entre les extrémités de chaque paroi 42 opposées au substrat 12. Les murs 40 peuvent être formés par la gravure de tranchées dans le filtre pixélisé 20. Un avantage du présent mode de réalisation est que toutes les tranchées gravées dans le filtre pixélisé 20 pour la formation des murs 40 ont les mêmes dimensions latérales.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 80 correspondant à un capteur d'image. Le dispositif optoélectronique 80 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 60 représenté sur les figures 5 et 6 à la différence que chaque premier pixel de filtre PFIRCUT comprend, en outre, un bloc diélectrique 24 qui recouvre le filtre interférentiel IRCUT et que chaque deuxième pixel de filtre PFIRBP comprend, en outre, un filtre interférentiel IRBP recouvrant le bloc diélectrique 23.
Chaque filtre interférentiel IRBP comprend une alternance de couches 25 d'un troisième matériau diélectrique ayant un indice de réfraction haut nH2et de couches 26 d'un quatrième matériau diélectrique ayant un indice de réfraction bas nB2, inférieur strictement à l’indice de réfraction haut nH2, les couches 25 pouvant ne pas avoir les mêmes épaisseurs et les couches 26 pouvant ne pas avoir les mêmes épaisseurs. De préférence, tous les filtres interférentiels IRBP ont la même structure. L'indice de réfraction nH2peut être compris entre 1,8 et 4,5. L'indice de réfraction nB2peut être compris entre 1,3 et 2,5.
Le troisième matériau diélectrique peut être choisi dans le groupe comprenant le silicium amorphe (aSi), le silicium amorphe hydrogéné (aSiH) et les mélanges de ces composés. Selon un mode de réalisation, les deuxième et quatrième matériaux sont identiques.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes pixels de filtre PFIRBPpeuvent transmettre essentiellement un rayonnement infrarouge dans une seule plage de longueurs d'onde dont la largeur est comprise entre 10 nm et 100 nm.
Selon un mode de réalisation, le filtre IR recouvrant chaque deuxième pixel de filtre PFIRBPest en résine noire. Ce filtre permet avantageusement de bloquer les rayonnements à des longueurs d’onde inférieures à environ 800 nm et facilite la conception du filtre interférentiel IRBP. Toutefois, selon un autre mode de réalisation, le filtre IR peut être remplacé par une résine au moins partiellement transparente à la lumière visible.
L'épaisseur de chaque bloc diélectrique 24 peut être égale à l'épaisseur du filtre interférentiel IRBP. Selon un autre mode de réalisation, chaque deuxième pixel de filtre PFIRBPcomprend en outre une couche diélectrique, non représentée, recouvrant le filtre interférentiel IRBP. Dans ce cas, chaque bloc diélectrique 24 peut alors avoir sensiblement la même épaisseur, mesurée selon la direction d'empilement, que la somme de l'épaisseur du filtre interférentiel IRBP et de l'épaisseur de cette couche diélectrique.
De façon avantageuse, dans le cas où le plan focal image de chaque microlentille 32 est situé sur la face du filtre pixélisé 20 en contact avec les filtres monolithiques R, G, B, IR, les dimensions des microlentilles 32 ne dépendent pas de l'épaisseur, mesurée selon la direction d'empilement, du filtre interférentiel pixelisé 20. De ce fait, même si l'épaisseur du filtre interférentiel pixelisé 20 du dispositif optoélectronique 50 représenté en peut être supérieure à l'épaisseur du filtre interférentiel pixelisé 20 du dispositif optoélectronique 10 représenté sur les figures 1 et 2, les dimensions des microlentilles 32, notamment la focale des microlentilles 32 du dispositif optoélectronique 80 peuvent être identiques aux dimensions des microlentilles 32 du dispositif optoélectronique 60.
Les figures 9A à 9D 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 capteur d'images représenté sur la .
La représente la structure obtenue après le dépôt de la couche diélectrique 15 et le dépôt d'un empilement 90 de couches diélectriques ayant la structure souhaitée des premiers filtres interférentiels PFIRCUT sur la totalité de la face 14 du substrat 12.
La représente la structure obtenue après la gravure de l'empilement 90 au niveau des emplacements souhaités des deuxièmes pixels de filtre PFIRBP pour ne conserver des filtres IRCUT qu'aux emplacements des premiers pixels de filtre PFIRCUT et le dépôt d'une couche diélectrique 92, du matériau composant les blocs 23, sur les filtres interférentiels IRCUT et sur le substrat 12 entre les filtres interférentiels IRCUT. L’épaisseur de la couche diélectrique 92 est supérieure ou égale à l’épaisseur des filtres interférentiels IRCUT.
La représente la structure obtenue après une étape de planarisation, par exemple un polissage mécano-chimique (CMP, sigle anglais pour Chemical-Mechanical Planarization), qui entraîne le retrait de la couche diélectrique 92 sur les filtres interférentiels IRCUT pour ne conserver que les blocs 23 des deuxièmes pixels de filtre PFIRBP. Dans le présent mode de réalisation, la dernière couche au sommet des filtres interférentiels IRCUT peut jouer le rôle d’une couche d’arrêt pour l’étape de planarisation.
La représente la structure obtenue après la formation des murs 40. Ceci peut comprendre la gravure de tranchés 94 dans l'empilement 90 au niveau des emplacements souhaités des murs 40 et le remplissage des tranchées par le matériau ou les matériaux composant les murs 40.
De façon avantageuse, les murs 40 sont formés après la formation de l'empilement 90. De ce fait, l'empilement 90 peut être formé sur une face 14 sensiblement plane. Si un écran de protection des portions 19 était formé sur la face 14 avant la formation de l'empilement 90, la présence de l'écran pourrait perturber la formation de l'empilement 90. En effet, comme les couches de l'empilement sont déposées de façon conforme, il se formerait des marches sur l'écran, de sorte que les contours des filtres interférentiels IRCUT seraient mal définis. En outre, il serait difficile de graver l'empilement 90 aux emplacements des deuxièmes pixels de filtre PFIRBP, les marches entraînant des fausses détections de fin de gravure des couches de l'empilement 90.
A l'étape décrite précédemment en relation avec la , l'empilement 90 n'est pas gravé aux emplacements des composants électroniques de sorte que la formation des murs 40, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , comprend une étape de gravure de l'empilement 90. A titre de variante, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , l'empilement 90 est également gravé aux emplacements des composants électroniques de sorte que, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , les blocs 23 s'étendent également sur les emplacements des composants électroniques à protéger. La formation des murs 40, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , comprend alors une étape de gravure des blocs 23. En particulier, après la formation des murs 40, une portion du matériau composant les blocs 23 peut être présente entre les blocs 23 et les premiers pixels de filtre PFIRCUT. A titre de variante, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , l'empilement 90 est gravé seulement sur une partie des emplacements des composants électroniques à protéger, de sorte que, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , les blocs 23 s'étendent également sur la partie restante des emplacements des composants électroniques à protéger. La formation des murs 40, à l'étape décrite précédemment en relation avec la , comprend alors une étape de gravure des tranchés 94 dans l'empilement 90 et dans les blocs 23.
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 apparaitront à la personne du métier. En particulier, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment les murs 40 soient formés après la formation des premiers et deuxièmes pixels de filtre PFIRCUTet PFIRBP, les murs 40 peuvent être formés après la formation des premiers pixels de filtre PFIRCUTet avant la formation des deuxièmes pixels de filtre PFIRBP. 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. Capteur d'images (10 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80) comprenant :
    un substrat (12) comprenant des premières portions (18) contenant des photodétecteurs (PH) adaptés à capter un rayonnement et des deuxièmes portions (19) contenant des composants électroniques situées entre certaines des premières portions ;
    un filtre pixélisé (20) comprenant des pixels de filtre (PFIRCUT, PFIRBP) dont au moins certains comprennent un filtre interférentiel (IRCUT) comprenant un empilement de couches planes (21, 22) ; et
    des écrans (40) réfléchissants ou absorbants ledit rayonnement recouvrant les deuxièmes portions et comprenant des murs (40 ; 42) réfléchissants ou absorbants ledit rayonnement s'étendant entre des pixels de filtre (PFIRCUT, PFIRBP) sur au moins une partie de la hauteur du filtre pixélisé.
  2. Capteur d'images (10) selon la revendication 1, dans lequel le filtre pixélisé (20) comprend des première et deuxième faces opposées, dans lequel les murs (40) s'étendent de la première face à la deuxième face et délimitent les pixels de filtres.
  3. Capteur d'images selon la revendication 2, comprenant une matrice (30) de lentilles (32) reposant sur la deuxième face, le filtre pixélisé étant interposé entre le substrat (12) et la matrice de lentilles (32), la première face étant du côté du substrat et la deuxième face étant du côté des lentilles, le plan focal des lentilles correspondant à la deuxième face à 500 nm prés.
  4. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les murs (40) sont au moins en partie métalliques.
  5. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les pixels de filtre se répartissent en premiers pixels de filtre (PFIRCUT) et deuxièmes pixels de filtre (PFIRBP), chaque premier pixel de filtre (PFIRCUT) comprenant un premier filtre interférentiel (IRCUT).
  6. Capteur d’images selon la revendication 5, comprenant des filtres colorés interposés entre les premiers pixels de filtre (PFIRCUT) et le lentilles (32), les filtres colorés comprenant au moins des premiers filtres colorés (R) adaptés à laisser passer la lumière visible seulement dans une première plage de longueurs d'onde et des deuxièmes filtres colorés (G) adaptés à laisser passer la lumière visible seulement dans une deuxième plage de longueurs d'onde différentes de la première plage.
  7. Capteur d'images selon la revendication 5 ou 6, dans lequel chaque premier pixel de filtre (PFIRCUT) comprend un premier bloc diélectrique (24) recouvrant le premier filtre interférentiel (IRCUT).
  8. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel chaque deuxième pixel de filtre (PFIRBP) comprend un deuxième bloc diélectrique (23), dont l'épaisseur est supérieure ou égale à l'épaisseur du premier filtre interférentiel (IRCUT).
  9. Capteur d'images la revendication 8 dans son rattachement à la revendication 7, dans lequel chaque deuxième pixel de filtre (PFIRBP) comprend un deuxième filtre interférentiel (IRBP) recouvrant le deuxième bloc diélectrique (24), dans lequel, pour au moins l'un des deuxièmes pixels de filtre, le deuxième bloc diélectrique du deuxième pixel de filtre est interposé entre les premiers filtres interférentiels (IRCUT) de deux premiers pixels de filtre (PFIRCUT) et le deuxième filtre interférentiel du deuxième pixel de filtre est interposé entre les premiers blocs diélectriques des deux premiers pixels de filtre.
  10. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel chaque premier filtre interférentiel (IRCUT) comprend une alternance de premières couches diélectriques (21) d’un premier matériau diélectrique ayant un premier indice de réfraction dans le domaine visible et de deuxièmes couches diélectriques (22) d’un deuxième matériau diélectrique ayant un deuxième indice de réfraction dans le domaine visible strictement inférieur au premier indice de réfraction.
  11. Capteur d'images selon la revendication 9, dans lequel chaque deuxième filtre interférentiel (IRBP) comprend une alternance de troisièmes couches diélectriques (25) d’un troisième matériau diélectrique ayant un troisième indice de réfraction dans le domaine infrarouge et de quatrièmes couches diélectriques (26) d’un quatrième matériau diélectrique ayant un quatrième indice de réfraction dans le domaine infrarouge strictement inférieur au troisième indice de réfraction.
  12. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les couches planes des filtres interférentiels viennent au contact des murs.
  13. Procédé de fabrication d'un capteur d'images (10 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant les étapes suivantes :
    a) dépôt, sur le substrat (12), d'un empilement (90) de couches diélectriques ayant la structure des filtres interférentiels (IRCUT) ; et
    b) formation des murs (40) dans l'empilement.
  14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel les pixels de filtre se répartissent en premiers pixels de filtre (PFIRCUT) et deuxièmes pixels de filtre (PFIRBP), le procédé comprenant les étapes suivantes :
    c) gravure de l'empilement (90) pour retirer l'empilement aux emplacements des deuxièmes pixels de filtres (PFIRBP) et conserver les filtres interférentiels aux emplacements des premiers pixels de filtre (PFIRCUT) ;
    d) dépôt d'une couche isolante (92), ayant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de l'empilement, sur les filtres interférentiels et entre les filtres interférentiels ; et
    e) gravure d'au moins une partie de la couche isolante sur les filtres interférentiels.
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