Brevet FR3046495A1 — publié le 20170707

B14596FR - 15-GR4-0163 1 PIXEL DE DÉTECTION DE TEMPS DE VOL Domaine La présente demande concerne un capteur de distance fonctionnant sur le principe de la mesure de temps de vol, ou capteur TOF ("Time Of Flight" - temps de vol). Exposé de l'art antérieur 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. Toutefois, les pixels TOF existants ont de relativement grandes dimensions. Par exemple, un 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 2 pixel TOF comprenant une photodiode de type SPAD ("Single Photon Avalanche Diode" - Diode à avalanche à photon unique) peut avoir une surface de l'ordre de 30 pm*30 pm. Il serait donc souhaitable de disposer d'un pixel TOF 5 palliant au moins certains des inconvénients des pixels TOF existants, notamment d'un pixel TOF ayant une surface inférieure à 10 um*10 pin, de préférence inférieure à 5 um*5 pm. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un pixel de 10 détection de temps de vol comprenant une zone photosensible comportant une première couche dopée d'un premier type de conductivité ; une zone de collection de charges s'étendant dans la première couche et étant plus fortement dopée du premier type que la première couche ; au moins deux zones de stockage de charges 15 s'étendant à partir de la zone de collection et comprenant chacune un premier caisson plus fortement dopé du premier type que la zone de collection et séparé de ladite zone de collection par une première portion de la première couche revêtue d'une première grille, chaque zone de stockage de charges étant délimitée 20 latéralement par deux électrodes conductrices isolées, parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre ; et une deuxième couche fortement dopée du deuxième type de conductivité revêtant le pixel à l'exception de chaque portion de la première couche revêtue d'une grille. Selon un mode de réalisation, la première couche repose sur un substrat semiconducteur dopé du deuxième type de conductivité. Selon un mode de réalisation, la zone de collection se prolonge par des doigts dopés du premier type, revêtus de la deuxième couche, et s'étendant dans la zone photosensible, les doigts étant plus fortement dopés que la première couche et plus faiblement dopés ou de même niveau de dopage que la zone de collection. Selon un mode de réalisation, la zone de collection est 35 disposée dans une partie centrale de la zone photosensible. 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 3 Selon un mode de réalisation, le pixel comprend en outre, sous chaque première grille, une zone intermédiaire dopée du premier type intercalée entre la première portion correspondante et le premier caisson correspondant, la zone intermédiaire 5 étant plus fortement dopée que la première portion correspondante et plus faiblement dopée que le premier caisson correspondant. Selon un mode de réalisation, le pixel comprend en outre une région plus fortement dopée du deuxième type que la zone de collection, adaptée à être couplée à un potentiel de référence, 10 et séparée de la zone de collection par une deuxième portion de la première couche revêtue d'une deuxième grille. Selon un mode de réalisation, le pixel comprend en outre, pour chaque zone de stockage, une zone de lecture plus fortement dopée du deuxième type que le premier caisson, la zone 15 de stockage s'étendant jusqu'à la zone de lecture et étant séparée de la zone de lecture par une troisième portion de la première couche revêtue d'une troisième grille. Selon un mode de réalisation, le pixel comprend en outre, pour chaque zone de stockage, au moins une zone mémoire 20 s'étendant à partir de la zone de stockage et comprenant un deuxième caisson plus fortement dopé du deuxième type que le premier caisson, revêtu de la deuxième couche, et séparé du premier caisson par une troisième portion de la première couche revêtue d'une troisième grille, la zone mémoire étant délimitée 25 latéralement par deux électrodes conductrices isolées, parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre. Selon un mode de réalisation, le pixel comprend deux zones de stockage dont chacune est associée à deux zones mémoire. Selon un mode de réalisation, le pixel comprend en 30 outre, pour chaque zone mémoire, une zone de lecture plus fortement dopée du deuxième type que le deuxième caisson, la zone mémoire s'étendant jusqu'à la zone de lecture et étant séparée de la zone de lecture par une quatrième portion de la première couche revêtue d'une quatrième grille. 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 4 Selon un mode de réalisation, chaque zone de lecture est électriquement connectée à une même borne d'un circuit de lecture. Un mode de réalisation prévoit un capteur d'image comprenant une matrice de pixels tels que ci-dessus associée à 5 une source d'émission de lumière modulée, et des moyens adaptés à synchroniser ladite source et des potentiels de commande appliqués aux grilles de transistors du pixel. Selon un mode de réalisation, chaque première grille est adaptée à recevoir ou non un premier potentiel pour autoriser ou 10 interdire un transfert de charges de la zone de collection vers la zone de stockage correspondante. Selon un mode de réalisation, chaque troisième grille est adaptée à recevoir ou non un deuxième potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de charges de la zone de stockage 15 correspondante vers la zone de lecture correspondante. Selon un mode de réalisation, chaque troisième grille est adaptée à recevoir ou non un deuxième potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de charges de la zone de stockage correspondante vers la zone mémoire correspondante, et, en outre, 20 chaque quatrième grille est adaptée à recevoir ou non un troisième potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de charges de la zone mémoire correspondante vers la zone de lecture correspondante. Brève description des dessins 25 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 schéma-30 tiquement 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 ; 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 5 les figures 4A à 4C représentent schématiquement un mode de réalisation d'un pixel TOF du type de celui de la figure 2 ; la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une variante de réalisation du pixel TOF des figures 4A à 4C ; 5 les figures 6A et 6B représentent schématiquement une autre variante de réalisation du pixel TOF des figures 4A à 4C ; et les figures 7A à 7D représentent schématiquement un autre mode de réalisation d'un pixel TOF. Description détaillée 10 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes réfé- rences dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. 15 Dans la description qui suit, les termes "haut", "bas", "gauche", "droite", "sous", "sur", "vertical" et "supérieur" se réfèrent aux éléments concernés dans les figures correspondantes. Sauf précision contraire, les expressions "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence 20 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 1000 lignes par 1000 colonnes. La matrice 3 est associée à un décodeur de ligne 7 et à 25 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 informations des pixels d'une ligne sélectionnée. Le décodeur de ligne 7 et le décodeur de colonne 9 sont commandés par des signaux 13 30 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. Le capteur 1 est 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 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 6 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 la source lumineuse 17. 5 Dans la suite de la description, on s'intéresse au cas d'un capteur 1 dans lequel la source lumineuse 17 émet un signal sinusoïdal LE dont la fréquence peut être comprise entre 20 et 100 MHz, par exemple 25 MHz. Pour chaque pixel, on détermine le déphasage 9 entre le signal lumineux LE émis et le signal lumineux 10 LR reçu par ce pixel. La distance séparant le pixel de son point conjugué est ensuite déterminée à partir de ce déphasage 9. La figure 2 représente un exemple d'un circuit d'un pixel TOF. Le pixel TOF comprend un élément photosensible PD dont 15 une borne est connectée à un noeud 21 et dont l'autre borne est connectée à un potentiel bas de référence, par exemple la masse. Le noeud 21 est couplé à un noeud de lecture SN par l'intermédiaire de trois ensembles identiques Si, S2 et S3 connectés en parallèle entre les noeuds 21 et SN. Chaque ensemble Si, avec i égale 1, 2 20 ou 3 dans cet exemple, comprend un transistor MOS à canal N de transfert, Tmemi, une zone de stockage de charges memi et un transistor MOS à canal N de lecture, Tsni. La source du transistor Tmemi est connectée au noeud 21, et le drain du transistor Tmemi est connecté à une borne de la zone de stockage memi. Le transistor 25 Tmemi est commandé par un signal Vmemi appliqué sur sa grille. La source du transistor Tsni est connectée à l'autre borne de la zone de stockage memi, et le drain du transistor Tsni est connecté au noeud de lecture SN. Le transistor Tsni est commandé par un signal Vsni appliqué sur sa grille. Des exemples de zones de stockage 30 memi seront 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 35 suiveuse, Tsuiv, et un transistor MOS à canal N de sélection, Tsel 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 7 connectés comme représenté. Le noeud de lecture SN est couplé à un potentiel haut de référence, par exemple le potentiel d'alimentation Vdd, par le transistor Tres, ce dernier étant commandé par un signal Vres appliqué sur sa grille. Le noeud de 5 lecture SN est également couplé à la grille du transistor Tsuiv dont le drain est couplé au potentiel haut de référence, et dont la source est couplée à une ligne 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. 10 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 TrespD est connectée au noeud 21 et le drain du transistor TrespD est connecté au potentiel haut Vdd. Le transistor TrespD est commandé par un signal VrespD 15 appliqué sur sa grille. Pour déterminer le déphasage 9 entre le signal lumineux LE émis et le signal lumineux LR reçu par le pixel, le signal LR est échantillonné en transférant, successivement et à intervalles réguliers, des charges photogénérées dans l'élément photosensible 20 vers les zones de stockage mem1, puis mem2 et finalement mem3. La durée totale pour réaliser l'ensemble de ces trois transferts successifs est égale à une période des signaux LE et LR. En outre, l'ensemble de ces trois transferts successifs est répété un grand nombre de fois, par exemple au moins 100000 fois. Les charges 25 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 et finalement de la zone mem3. Un mode de fonctionnement du pixel TOF de la figure 2 va maintenant être décrit plus en détail en relation avec la 30 figure 3. La figure 3 est un chronogramme du signal lumineux LE émis par la source lumineuse 17 associée au capteur 1, du signal lumineux LR reçu par le pixel TOF, et des signaux numériques VrespD, Vres, Vinerai, Vsni et Vsel. Par défaut, les signaux VrespD, 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 8 Vinerai, Vsni, et Vsel sont à un niveau bas et le signal Vres est à un niveau haut. On procède tout d'abord à une remise à zéro de l'élément photosensible PD en mettant le transistor TrespD à l'état passant 5 (signal VrespD à l'état haut) entre des instants t0 et tl. Un cycle d'intégration du pixel commence alors et est synchronisé sur le signal LE. Pendant le cycle d'intégration, on procède aux transferts des charges photogénérées dans la zone photosensible 10 PD vers les zones de stockage memi. Pour cela, les transistors de transfert Tmemi sont mis à l'état passant chacun à leur tour. Plus particulièrement, le transistor Tmemi est mis à l'état passant (Vinent' haut) entre des instants t2 et t3, le transistor Tmem2 est mis à l'état passant (Vmem2 haut) entre des instants t4 et t5, et 15 le transistor Tmem3 est mis à l'état passant (Vmem3 haut) entre des instants t6 et t7. Comme indiqué précédemment, l'ensemble de ces trois 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 la tension du 20 noeud de lecture SN est sensiblement égale au potentiel haut de référence. A la fin du cycle d'intégration, à partir d'un instant t10, on procède à la lecture des charges accumulées dans chacune des zones de stockage memi. Pour cela, les transistors de lecture 25 Tsni sont mis à l'état passant chacun à leur tour, et le niveau de tension sur le noeud SN est mesuré et mémorisé après chaque lecture des charges accumulées dans une zone de stockage memi. Plus particulièrement, le transistor Tsel est mis à l'état passant (Vsel haut) à l'instant t10 et le transistor de précharge Tres 30 est mis à l'état bloqué (Vres bas) à un instant t11. Le transistor Tsnl est ensuite mis à l'état passant (Vsnl haut) entre des instants successifs t12 et t13, puis la séquence sur Tres et Tsn est répétée par l'application d'une nouvelle impulsion de précharge sur le transistor Tres avant la lecture du second échan- 35 tillon, suivi par le passage à l'état passant du transistor Tsn2 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 9 (Vsn2 haut) entre des instants successifs t14 et t15, et, finalement, cette séquence est répétée une troisième fois avec l'application d'une impulsion sur Tres et la lecture du troisième échantillon lorsque le transistor Tsn3 est mis à l'état passant 5 (Vsn3 haut) entre des instants successifs t16 et t17. Des premier, deuxième et troisième niveaux de tension du noeud SN sont mesurés et mémorisés, respectivement entre les instants t13 et t14, entre les instants t15 et t16, et entre l'instant t17 et un instant t18. A l'instant t18, le signal Vsel est remis à l'état bas et le 10 signal Vres est remis à l'état haut. Un nouveau cycle d'intégration peut alors commencer. Dans ce mode de fonctionnement, les premier, deuxième et troisième niveaux de tension mesurés sont représentatifs des charges accumulées, respectivement, dans la zone de stockage mem', 15 dans la zones de stockage mem2, et dans la zone de stockage mem3. Dans une variante de réalisation préférée, on prévoit une remise à zéro du noeud de lecture SN après chaque lecture des charges accumulées dans une zone de stockage memi. Dans ce cas, les premier, deuxième et troisième niveaux de tension sont représen- 20 tatifs des charges accumulées dans un seule zone de stockage, respectivement mem', mem2, et mem3. Ces trois niveaux de tension permettent de déterminer le déphasage 9 entre les signaux lumineux LE et LR, et donc d'en déduire la distance séparant le pixel du point de la scène auquel 25 le pixel est conjugué. Bien que l'on ait décrit un mode de réalisation et de commande d'un circuit de pixel TOF dans le cas d'un pixel comprenant trois ensembles identiques Si, le déphasage q entre les signaux LE et LR peut également être déterminé en utilisant un 30 pixel TOF comprenant plus de trois ensembles Si, par exemple quatre ensembles Si. A titre d'exemple, la durée d'un transfert vers une zone de stockage memi, est comprise entre 5 et 30 ns. La durée séparant deux transferts vers une même zone de stockage memi est par exemple 35 de 40 ns quand la fréquence de ces signaux est de 25 MHz. Dans ce 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 10 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 memi sont réalisés 250000 fois chacun. La durée d'un transfert de charges depuis une zone de stockage memi vers le 5 noeud de lecture SN est par exemple comprise entre 1 et 10 ps. Dans un pixel, en quelques nanosecondes, peu de charges sont photogénérées dans l'élément photosensible PD, par exemple entre 0 et 10 charges. Ces charges doivent être intégralement transférées vers une zone de stockage memi. En particulier, aucune 10 charge ne doit rester bloquée dans l'élément photosensible PD ou dans le canal du transistor Tmemi correspondant. Un mode de réalisation d'un pixel TOF permettant un transfert complet des charges photogénérées dans la zone photosensible PD vers des zones de stockage memi va maintenant être 15 décrit en relation avec les figures 4A. à 4C. Les figures 4P, à 4C représentent schématiquement un mode de réalisation d'un pixel TOF, la figure 4A. étant une vue de dessus de ce pixel et les figures 4B et 4C étant des vues en coupe respectivement selon les plans BB et CC de la figure 4A. Dans ce 20 mode de réalisation, un pixel TOF 40 comprend quatre ensembles Si, avec i égal à 1, 2, 3 ou 4. Chaque ensemble Si comprend un transistor de transfert Tmemi, une zone de stockage memi, et un transistor de lecture Tsni. Le pixel TOF 40 comprend une zone photosensible PD 25 comportant, sur un substrat semiconducteur 41 dopé de type P, une couche 43 dopée de type N, de niveau de dopage N1. La couche 43 est revêtue d'une couche 45 fortement dopée de type P (P+). Le pixel TOF 40 comprend également, dans la couche 43, une zone de collection de charges 47 dopée de type N, de niveau 30 de dopage N2 supérieur à N1, la zone de collection 47 étant revêtue de la couche 45. La zone de collection de charges 47 se prolonge par des doigts 49 revêtus de la couche 45 et s'étendant dans la couche 43. Les doigts 49 sont dopés de type N, de même niveau de dopage N2 que la zone de collection 47. 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 11 Chacune des zones de stockage memi du pixel comprend un caisson 51 dopé de type N, de niveau de dopage N3 supérieur à N2. Chaque caisson 51 est revêtu de la couche P+ 45, s'étend à travers tout ou partie de l'épaisseur de la couche 43, et peut pénétrer 5 dans le substrat 41. Chaque zone de stockage memi est délimitée latéralement par deux électrodes verticales isolées 53 qui s'étendent à partir de la surface supérieure du pixel et pénètrent dans le substrat 41 jusqu'à une profondeur au moins égale à celle du caisson 51. Les électrodes 53 comprennent un matériau conduc- 10 teur 55, par exemple du silicium polycristallin dopé, bordé d'une couche d'un matériau isolant 57, par exemple de l'oxyde de silicium. Chaque zone de stockage memi s'étend entre la zone de collection de charges 47 et une zone de lecture SNi fortement dopée de type N (Nt). Les zones de lecture SNi sont de préférence 15 électriquement connectées les unes aux autres et correspondent au noeud de lecture SN décrit en relation avec la figure 2. Chaque zone de stockage memi est séparée de la zone de collection 47 par une portion 59 de la couche 43 au niveau de laquelle la couche 43 n'est pas revêtue de la couche P+ 45 mais de la grille 61 du 20 transistor de transfert Tmemi correspondant, la grille 61 étant isolée de la couche 43 par une couche d'isolant de grille 63. Chaque zone de stockage memi est séparée de la zone de lecture SNi correspondante par une portion 65 de la couche 43 au niveau de laquelle la couche 43 n'est pas revêtue de la couche P+ 45 mais 25 de la grille 67 du transistor de lecture Tsni, la grille 67 étant isolée de la couche 43 par une couche d'isolant de grille 69. Dans ce mode de réalisation, quatre zones de stockage memi et quatre doigts 49 sont régulièrement disposés autour de la zone de collection de charges 47, cette dernière étant disposée 30 dans une partie sensiblement centrale de la zone photosensible PD. Comme cela se voit en figure 4A, les zones de stockage memi peuvent être allongées, par exemple de forme rectangulaire, chaque zone memi s'étendant alors en largeur entre deux électrodes verticales isolées 53 parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre. 35 Bien que cela ne soit pas représenté ici, chacun des ensembles Si 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 12 est revêtu d'un écran opaque à la lumière de sorte qu'aucune charge ne puisse être photogénérée dans les zones de stockage memi. En outre, la zone photosensible PD est délimitée par des structures d'isolement non représentées, par exemple par des élec- 5 trodes verticales isolées similaires aux électrodes 53. En fonctionnement, le substrat 41 est connecté à un potentiel bas de référence, par exemple la masse. Les électrodes isolées 53 sont connectées à un potentiel inférieur ou égal à 0 V, par exemple -2 V, d'où il résulte que des trous s'accumulent le 10 long de leurs parois. Une telle accumulation de trous permet de réduire les courants d'obscurité, et, en outre, de connecter électriquement le substrat 41 à la couche P+ 45 qui est alors au potentiel bas de référence. La zone photosensible PD et les zones de stockage memi correspondent donc à des diodes dites "pincées". 15 En outre, les niveaux de dopages N1, N2 et N3 sont choisis de manière que, en l'absence d'éclairement, les diodes correspondant à la zone photosensible PD et aux zones de stockages memi soient complètement déplétées, et que le maximum du puits de potentiel électrostatique dans les caissons 51 soit plus élevé que celui 20 dans la zone de collection 47 et les doigts 49, lui-même étant plus élevé que celui dans la couche 43 de la zone photosensible PD. Lorsque le pixel reçoit de la lumière en provenance d'une scène, des paires électron-trou sont photogénérées dans la 25 zone photosensible PD. Les trous sont évacués vers le substrat 41 et les électrons sont attirés dans la couche 43 de la zone photosensible PD. Du fait que le potentiel électrostatique est plus élevé dans la zone de collection 47 et dans les doigts 49 que dans la couche 43, les électrons sont attirés dans les doigts 49, et 30 sont drainés vers la zone de collection de charges 47. Le transfert d'électrons de la zone de collection de charges 47 vers une zone de stockage memi se fait en volume plutôt qu'en surface. En d'autres termes, les électrons transférés vont du caisson N2 47 au caisson N3 51 sans atteindre l'interface entre 35 la couche d'isolant de grille 63 et la couche 43, ce qui permet 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 13 avantageusement d'empêcher que des électrons ne se recombinent avec des défauts de cette interface. Ainsi, les électrons accumulés dans la zone de collection 47 sont bien tous transférés vers la zone de stockage memi. 5 De manière avantageuse, la surface du pixel 40 peut être petite, par exemple de l'ordre de 3 pm*3 Cela résulte notamment du fait que les zones de stockages memi peuvent avoir des petites dimensions, par exemple environ 0,2 pm de largeur et environ 1 pin de longueur. 10 Bien que l'on ait décrit des doigts 49 de même niveau de dopage que la zone de collection de charge, dans des variantes de réalisation le niveau de dopage des doigts 49 peut être compris entre les niveaux de dopage N1 et N2. Pour chaque doigt 49, ce niveau de dopage peut être constant ou augmenter quand on se 15 rapproche de la zone de collection de charges 47. Dans ce dernier cas, les électrons seront drainés plus efficacement vers la zone de collection de charges. A titre d'exemple, le substrat 41 est en silicium. La couche 43 peut être formée par épitaxie sur le substrat 41 et être 20 dopée in situ de type N à un niveau de dopage N1. L'épaisseur de la couche 43 est par exemple de l'ordre de 500 nm. Le niveau de dopage N1 est par exemple compris entre 5.1015 et 1017 at/cm3, par exemple 5.1016 at/cm3. La zone de collection de charges 47 et les doigts 49 peuvent être formés par implantation d'atomes 25 dopants dans la couche 43. L'épaisseur de la zone 47 et des doigts 49 peut être de l'ordre de 300 nm. La zone de collection peut avoir une surface de l'ordre de 500 nm*500 nm et les doigts 49 peuvent avoir une largeur de l'ordre de 200 nm. Le niveau de dopage N2 est par exemple compris entre 5.1016 et 5.1017 at/cm3, 30 par exemple 2.1017 at/cm3. Le caisson 51 peut être formé par implantation d'atomes dopants dans la couche 43, les atomes dopants pénétrant éventuellement jusque dans le substrat 41. L'épaisseur du caisson 51 est par exemple de l'ordre de 0,5 Le niveau de dopage N3 est par exemple compris entre 1 et 35 8.1017 at/cm3, par exemple 4.1017 at/cm3. La longueur des grilles 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 14 61 et/ou 67, peut être de 300 nm environ. La couche P+ 45 est par exemple formée par implantation d'atomes dopants et peut avoir une épaisseur de 100 nm environ. Le niveau de dopage de la couche 45 peut être compris entre 2.1017 et 1019 at/cm3, par exemple 5 5.1018 at/cm3. Les zones de lecture SNi peuvent être formées par implantation d'atomes dopants dans la couche 43. Le niveau de dopage N+ des zones de lecture SNi 45 peut être compris entre 2.1020 et 1021 at/cm3, par exemple 6.1021 at/cm3. Le signal Tmemi est par exemple compris entre -2 et 0 V à l'état bas, et entre 0 10 et 3,6 V à l'état haut. Le signal Vsni est par exemple compris entre -2 et 0 V à l'état bas, et entre 1 et 3,6 V à l'état haut. La figure 5, qui correspond à la figure 4B, représente schématiquement une variante de réalisation du pixel TOF 40 des figures 4A à 4C. 15 Dans cette variante, un pixel TOF 400 comprend les mêmes éléments que ceux du pixel TOF 40 des figures 4A à 4C, désignés par les mêmes références. Le pixel 400 comprend en outre, sous chaque grille 61, une région intermédiaire 71 dopée de type N, intercalée entre la portion 59 et la zone de stockage memi. Cette 20 région intermédiaire 71 a un niveau de dopage N4 supérieur à N1 et inférieur à N3. Il en résulte que le potentiel électrostatique dans la région intermédiaire 71 est plus élevé que celui dans la portion 59 et moins élevé que celui dans le caisson 51. Cela permet avantageusement d'éviter que, lors d'un transfert d'élec- 25 trous de la zone 47 vers une zone memi, des électrons restent piégés sous la grille du transistor Tmemi et puissent revenir dans la zone de collection 47. Les figures 6A et 6B représentent schématiquement une autre variante de réalisation d'un pixel TOF du type de celui de 30 la figure 2, la figure 6A étant une vue de dessus du pixel et la figure 6B étant une vue en coupe selon le plan BB de la figure 6A. Dans cette variante de réalisation, un pixel TOF 50 comprend trois ensembles Si, avec i égal à 1, 2 ou 3, et, en outre, un transistor Trespp. 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 15 Le pixel TOF 50 est similaire au pixel TOF 40 des figures 4A à 4C à la différence que l'ensemble S4 du pixel TOF 40 est remplacé par un transistor TrespD de remise à zéro de la zone photosensible PD. Le transistor TrespD comprend une grille 73 5 séparée de la couche 43 par une couche d'isolant de grille 74. La grille 73 est disposée sur une portion 75 de la couche 43 s'étendant entre la zone de collection de charges 47 et une région 77 fortement dopée de type N (Nt) constituant le drain du transistor TrespD et étant destinée à être connectée à un potentiel haut. 10 Dans cet exemple, la région N+ 77 est délimitée latéralement, sauf du côté de la zone de collection de charges, par une électrode verticale isolée 79 similaire aux électrodes isolées 53. On pourra prévoir de remplacer l'électrode 79 par une autre structure d'isolement. Comme chacun des ensembles Si, le transistor TrespD 15 peut être revêtu d'un écran opaque à la lumière. A titre d'exemple, le signal VrespD appliqué sur la grille 73 du transistor TrespD est compris 2 et 3,5 V à l'état haut. Bien que l'on ait décrit un exemple de réalisation d'un transistor TrespD, ce transistor peut avoir d'autres formes. En 20 outre, le transistor TrespD peut être utilisé comme dispositif anti-éblouissement en adaptant les potentiels appliqués à la zone N+ 77 et à la grille du transistor TrespD. Dans les pixels décrits précédemment, les zones de stockage s'étendent entre la zone de collection de charges de la 25 zone photosensible et des zones de lecture correspondantes. Dans de tels pixels, les charges photogénérées dans la zone photosensible sont régulièrement transférées de la zone de collection de charges vers les zones de stockage pour y être accumulées. Dans un autre mode de réalisation, on prévoit un pixel comprenant, en 30 plus des zones de stockage, des zones mémoire similaires aux zones de stockage. Chaque zone mémoire est intercalée entre une zone de stockage et une zone de lecture, une même zone de stockage pouvant être associée à plusieurs zones mémoire. Chaque zone de stockage s'étend alors entre la zone de collection de charges et la ou les 35 zones mémoire auxquelles elle est associée. Dans un tel pixel, 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 16 les charges photogénérées sont régulièrement transférées de la zone de collection 47 vers les zones de stockage, et des zones de stockage vers les zones mémoire. Ainsi, pendant que des charges sont transférées vers une zone de stockage, des charges préala5 blement accumulées dans une autre zone de stockage sont transférées vers une zone mémoire associée à cette autre zone de stockage. La prévision de zones mémoire intercalées entre les zones de stockage et les zones de lecture permet un stockage intermédiaire dans les zones de stockage avant transfert vers 10 l'une des zone mémoires. Cela présente notamment les avantages suivants : zone de passage entre la zone de collection 47 et le transistor Tmemi plus facile à dessiner afin d'éviter des rétrécissements dans cette zone pouvant dégrader le transfert des 15 charges, possibilité de réaliser la lecture du collecteur avec uniquement deux signaux de commande, ces deux signaux étant par exemple des sinusoïdes en opposition de phase. Un mode de réalisation d'un pixel TOF 80 comprenant des 20 zones mémoire intercalées entre les zones de stockage et les zones de lecture va maintenant être décrit en relation avec les figures 7A à 7D. La figure 7A est une vue de dessus du pixel 80, les figures 7B, 7C et 7D étant des vues en coupe respectivement selon les plans BB, CC et DD de la figure 7A. 25 Dans ce mode de réalisation, le pixel TOF 80 comprend deux ensembles comportant chacun une zone de stockage memi', avec i égal à 1 ou 2, associée à deux zones mémoire memil' et memi2', elles-mêmes associées à deux zones de lecture SNil' et SNi2' respectivement. Chaque ensemble comprend un premier transistor de 30 transfert Tmemi' autorisant ou bloquant un transfert de charges de la zone de collection de charges vers la zone de stockage memi', deux deuxièmes transistors de transfert Tmemil' et Tmemi2' autorisant ou bloquant un transfert de charges de la zone de stockage memi' vers les zones mémoire memil' et memi2' respecti- 35 vement, et deux transistors de lecture Tsnil' et Tsni2' autorisant 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 17 ou bloquant un transfert de charges des zones mémoire memil' et memi2' vers les zones de lecture respectives SNil' et SNi2'- Plus particulièrement, le pixel TOF 80 comprend la zone photosensible PD comportant, sur le substrat semiconducteur 41, 5 la couche 43 revêtue de la couche 45 P+, et comprend également la zone de collection de charges 47 et les doigts 49. Chacune des zones de stockage memi' comprend un caisson 81 dopé de type N à un niveau de dopage N5 supérieur à N2, le caisson 81 étant revêtu de la couche P+ 45. Chaque caisson 81 s'étend à travers tout ou 10 partie de l'épaisseur de la couche 43 et peut pénétrer dans le substrat 41. Chacune des zones de stockage memi' est délimitée latéralement par deux électrodes verticales isolées 83 similaires aux électrodes 53 décrites précédemment. Chacune des zones mémoire memil' et memi2' comprend un caisson 85 dopé de type N à un niveau 15 de dopage N6 supérieur à N5, le caisson 85 étant revêtu de la couche P+ 45. Chaque caisson 85 s'étend à travers tout ou partie de l'épaisseur de la couche 43 et peut pénétrer dans le substrat 41. Chacune des zones mémoire memil' et memi2' est délimitée latéralement par deux électrodes verticales isolées 87 similaires 20 aux électrodes isolées 53. Dans cet exemple, chacune des zones de stockage memi' et des zones mémoire memil' et memi2' est allongée, de forme rectangulaire, et s'étend en largeur entre deux électrodes isolées correspondantes, parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre. Comme cela se voit en figure 7A, l'une des deux 25 électrodes 87 délimitant une zone mémoire memil' ou memi2' peut correspondre à un prolongement d'une électrode 83 délimitant la zone de stockage memi'. En outre, comme dans cet exemple les zones mémoire memil' et memi2' bordent des côtés de la zone photosensible PD (à gauche et à droite en figure 7A), les 30 électrodes 87 délimitant les zones mémoire memil' et memi2' du côté de la zone photosensible peuvent se prolonger au-delà des zones mémoire pour délimiter des côtés de la zone photosensible PD (en haut et en bas en figure 7A) qui ne sont pas bordés par ces zones mémoire. Les zones de stockage memi' et les zones mémoire 35 memil' et memi2' sont revêtues d'un écran opaque à la lumière non 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 18 représenté. Chacune des zones de lecture SNil' et SNi2' est fortement dopée de type N (Nt). Les zones de lecture SNil' et SNi2' sont électriquement connectées les unes aux autres et constituent un noeud de lecture du pixel 80. De la même manière 5 que précédemment, une portion 89 de couche 43 sépare chaque zone de stockage memi' de la zone de collection de charges 47. Cette portion 89 n'est pas revêtue de la couche P+ 45 mais de la grille 91 du transistor de transfert Tmemi', isolée de la couche 43 par une couche d'isolant de grille 93. Chaque zone mémoire memil' et 10 memi2' est séparée de la zone de stockage memi' correspondante par une portion 95 de la couche 43. Cette portion 95 n'est pas revêtue de la couche P+ 45 mais de la grille 97 du transistor de transfert Tmemil' ou Tmemi2' correspondant, isolée de la couche 43 par une couche d'isolant de grille 99. Chaque zone de lecture 15 SNil' et SNi2' est séparée de la zone mémoire memil' ou memi2' correspondante par une portion 101 de la couche 43. Cette portion 101 de la couche 43 n'est pas revêtue de la couche P+ 45 mais de la grille 103 du transistor de lecture Tsnil' ou Tsni2' correspondant, isolée de la couche 43 par une couche d'isolant de grille 20 105. La structure des transistors Tmemi', Tmemil', Tmemi2', Tsnil', et Tsni2' est similaire à celle des transistors Tmemi décrits précédemment, d'où il résulte que les transferts de charges autorisés par ces transistors se font en volume plutôt qu'en surface. 25 En fonctionnement, le substrat 41 est connecté à un potentiel bas de référence et les électrodes isolées 83 et 87 sont connectées à un potentiel inférieur ou égal à 0 V. Les niveaux de dopage N1, N2, N5 et N6 sont choisis pour que, en l'absence d'éclairement, la zone photosensible PD et les zones memi', memil' 30 et memi2' correspondent à des diodes pincées complètement déplétées, que le maximum du puits de potentiel électrostatique dans les caissons 85 soit plus élevé que celui dans les caissons 81, et que le maximum du puits de potentiel électrostatique dans les caissons 81 soit plus élevé que celui dans la zone de 35 collection de charge 47 et dans les doigts 49. 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 19 A titre d'exemple, les dimensions des grilles des transistors du pixel 80 et des zones de stockage et de mémoire sont sensiblement les mêmes que celles des grilles des transistors et des zones de stockage des pixels 40, 400 et 50 décrits 5 précédemment. En outre, les caissons 81 et 91 du pixel 80 peuvent avoir des épaisseurs du même ordre que celle des caissons 51 des pixels 40, 400 et 50. Le niveau de dopage N5 est peut être compris entre 1 et 4.1017 at/cm3, par exemple 2.1017 at/cm3. Le niveau de dopage N6 peut être compris entre 4 et 8.1017 at/cm3, par exemple 10 4.1017 at/cm3. Bien que l'on ait décrit un pixel 80 comprenant deux ensembles d'une zone de stockage associée à deux zones mémoire, le pixel peut comprend plus de deux ensembles d'une zone de stockage associée à au moins une zone mémoire. 15 Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, une matrice de pixels TOF du type de ceux décrits précédemment peut être commandée selon un mode de commande à obturation globale ("global shutter" en anglais) ou selon un 20 mode de commande à lecture à balayage ("rolling shutter" en anglais). En outre, on peut prévoir que la matrice 3 du capteur 1 comprenne une pluralité de groupes de pixels, chaque groupe comportant un pixel TOF, et des pixels adaptés à détecter de la 25 lumière rouge, verte, et bleue afin d'obtenir une image en relief et en couleur d'une scène. Les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples particuliers de disposition et de configuration des électrodes verticales représentés aux figures 4A à 4C, 5, 6A, 6B 30 et 7A à 7D. D'autres dispositions d'électrodes verticales et/ou un nombre d'électrodes par pixel différent de ce qui a été représenté pourront être prévus. De plus, bien que l'on ait décrit des modes de réalisation de pixels dans lesquels on détecte, stocke et transfère des charges photogénérées correspondant à des 35 électrons, l'homme de l'art saura réaliser des pixels similaires 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 20 dans lesquels les charges sont des trous en inversant tous les types de conductivité et en adaptant les niveaux de tensions appliqués aux divers éléments de ces pixels. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont 5 été décrits ci-dessus. L'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. Par exemple, on a décrit une région intermédiaire 71 disposée sous la grille d'un transistor Tmemi. Une région intermédiaire peut également être prévue sous 10 les grilles des transistors Tsni, Tmemi', Tmemil', Tmemi2', Tsnil' et/ou Tsni2'. Cette région intermédiaire sera disposée de manière à border la zone ou région dopée de type N vers laquelle s'effectue le transfert de charges, et aura un niveau de dopage supérieur à celui de la couche 43 et inférieur à celui de la zone ou région 15 vers laquelle s'effectue ce transfert. On pourra également prévoir qu'un transistor de remise à zéro de la zone photosensible PD soit prévu dans un pixel du type de celui des figures 7A à 7C. En outre, dans un pixel dépourvu de transistor de remise à zéro de l'élément photosensible, cette 20 remise à zéro peut être effectuée en commandant les transistors du pixel de manière à créer un chemin conducteur entre l'élément photosensible et un potentiel haut, par exemple le potentiel Vdd. REVENDICATIONS1. Pixel (40, 400, 50, 80) de détection de temps de vol comprenant : une zone photosensible (PD) comportant une première couche (43) dopée d'un premier type de conductivité (N1) ; une zone de collection de charges (47) s'étendant dans la première couche et étant plus fortement dopée du premier type (N2) que la première couche ; au moins deux zones de stockage de charges (mem', mem2, mem3, mem4 ; mem'', mem2') s'étendant à partir de la zone de collection et comprenant chacune un premier caisson (51 ; 81) plus fortement dopé du premier type (N3 ; N5) que la zone de collection et séparé de ladite zone de collection par une première portion (59 ; 89) de la première couche revêtue d'une première grille (61 ; 91), chaque zone de stockage de charges étant délimitée latéralement par deux électrodes conductrices isolées (53 ; 83), parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre ; et une deuxième couche (45) fortement dopée du deuxième type de conductivité (P+) revêtant le pixel à l'exception de chaque portion (59, 65, 75, 89, 95, 101) de la première couche revêtue d'une grille (61, 67, 73, 91, 97, 103). 2. Pixel selon la revendication 1, dans lequel la première couche (43) repose sur un substrat semiconducteur (41) dopé du deuxième type de conductivité (P). 3. Pixel selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la zone de collection (47) se prolonge par des doigts (49) dopés du premier type, revêtus de la deuxième couche (45), et s'étendant dans la zone photosensible (PD), les doigts étant plus fortement dopés que la première couche (43) et plus faiblement dopés ou de même niveau de dopage que la zone de collection. 4. Pixel (40, 400, 50, 80) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la zone de collection (47) est disposée dans une partie centrale de la zone photosensible (PD). 5. Pixel (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre, sous chaque première grille (61), une 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 22 zone intermédiaire (71) dopée du premier type intercalée entre la première portion (59) correspondante et le premier caisson (51) correspondant, la zone intermédiaire étant plus fortement dopée que la première portion correspondante et plus faiblement dopée 5 que le premier caisson correspondant. 6. Pixel (400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre une région (77) plus fortement dopée du deuxième type (Nt) que la zone de collection (47), adaptée à être couplée à un potentiel de référence, et séparée de la zone 10 de collection par une deuxième portion (75) de la première couche (43) revêtue d'une deuxième grille (73). 7. Pixel (40, 400, 50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre, pour chaque zone de stockage (mem', mem2, mem3, mem4), une zone de lecture (SN1, SN2, 15 SN3, SN4) plus fortement dopée du deuxième type (Nt) que le premier caisson (51), la zone de stockage s'étendant jusqu'à la zone de lecture et étant séparée de la zone de lecture par une troisième portion (65) de la première couche (43) revêtue d'une troisième grille (67). 20 8. Pixel (80) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre, pour chaque zone de stockage (mem'', mem2'), au moins une zone mémoire (menti'', mem12', mem21', mem22') s'étendant à partir de la zone de stockage et comprenant un deuxième caisson (85) plus fortement dopé du deuxième type (N6) 25 que le premier caisson (81), revêtu de la deuxième couche (45), et séparé du premier caisson par une troisième portion (95) de la première couche (43) revêtue d'une troisième grille (97), la zone mémoire étant délimitée latéralement par deux électrodes conductrices isolées (87), parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre. 30 9. Pixel (80) selon la revendication 8 comprenant deux zones de stockage (mem'', mem2') dont chacune est associée à deux zones mémoire (menti'', mem12', mem21', mem22')- 10. Pixel (80) selon la revendication 8 ou 9, comprenant en outre, pour chaque zone mémoire (menti'', mem12', mem21', mem22'), une zone de lecture (SNI'', SN12', SN21', SN22') plus 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 23 fortement dopée du deuxième type (N+) que le deuxième caisson (85), la zone mémoire s'étendant jusqu'à la zone de lecture et étant séparée de la zone de lecture par une quatrième portion (101) de la première couche (43) revêtue d'une quatrième grille 5 (103). 11. Pixel selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque zone de lecture (SN1, SN2, SN3, SN4 ; SNI'', SN12', SN21', SN22') est électriquement connectée à une même borne d'un circuit de lecture. 10 12. Capteur d'image (1) comprenant une matrice (3) de pixels (40, 400, 50, 80) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 associée à une source d'émission (17) de lumière modulée (LE), et des moyens (15) adaptés à synchroniser ladite source et des potentiels de commande appliqués aux grilles de transistors 15 du pixel. 13. Procédé de commande du pixel (40, 400, 50, 80) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel chaque première grille (61, 91) est adaptée à recevoir ou non un premier potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de charges de 20 la zone de collection (47) vers la zone de stockage (mem', mem2, mem3, mem4 ; mem'', mem2') correspondante. 14. Procédé de commande selon la revendication 13 du pixel (40, 400, 50) selon la revendication 7, dans lequel chaque troisième grille (73) est adaptée à recevoir ou non un deuxième 25 potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de charges de la zone de stockage (mem', mem2, mem3, mem4) correspondante vers la zone de lecture (SN1, SN2, SN3, SN4) correspondante. 15. Procédé de commande selon la revendication 13 du pixel (80) selon la revendication 10, dans lequel chaque troisième 30 grille (97) est adaptée à recevoir ou non un deuxième potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de charges de la zone de stockage (mem'', mem2') correspondante vers la zone mémoire (memll', mem12', mem21', mem22') correspondante, et, en outre, chaque quatrième grille (103) est adaptée à recevoir ou non un 35 troisième potentiel pour autoriser ou interdire un transfert de 3046495 B14596FR - 15-GR4-0163 24 charges de la zone mémoire (memll', mem12', mem21', mem22') correspondante vers la zone de lecture (SNI'', SN12', SN21', SN22') correspondante.