Brevet FR3127329A1 — publié le 20230324

Pixel d'image et de profondeur La présente description concerne un capteur comprenant des pixels (Pix) et un substrat semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité, chaque pixel comprenant : une portion du substrat délimité par une structure d'isolation verticale (106) ; une première région (108) plus fortement dopée du premier type de conductivité que le substrat ; une première grille de transfert verticale (110) entourant la première région (108) ; et au moins deux ensembles comprenant chacun : - une deuxième région (112) plus fortement dopée du premier type de conductivité que le substrat, et - une deuxième grille de transfert verticale (114) en vis-à-vis d'une portion correspondante de la première grille (110), la deuxième région (112) étant disposée entre la deuxième grille (114) et la portion correspondante de la première grille (110). Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Pixel d'image et de profondeur La présente description concerne de façon générale les pixels, et plus particulièrement les pixels d'un capteur d'image et les pixels d'un capteur d'une carte de profondeur. Un capteur d'image permet l'acquisition d'images, par exemple en couleur ou en noir et blanc, d'une scène, ces images étant généralement en deux dimensions. Un capteur d'une carte de profondeur permet, quant à lui, l'acquisition d'une cartographie des profondeurs entre les objets de la scène, ou, dit autrement, d'une cartographie des distances entre le capteur et les objets de la scène. Il existe des capteurs permettant l'acquisition d'images d'une scène et de cartes de profondeur de cette scène. De tels capteurs sont appelés capteurs d'image et de profondeur. De tels capteurs comprennent des pixels configurés spécifiquement pour permettre l'acquisition d'une image, dit pixels d'image, et des pixels configurés pour permettre l'acquisition d'une carte de profondeur, dit pixels de profondeur, les pixels d'image étant différents structurellement des pixels de profondeur. Toutefois, l'intégration conjointe de pixels d'image avec des pixels de profondeur pose divers problèmes, par exemple lorsque les zones de photoconversion de ces pixels sont toutes mises en œuvre dans même substrat semiconducteur. Il existe un besoin de résoudre au moins certains inconvénients des capteurs d'image et de profondeur connus. Par exemple, il serait souhaitable de disposer d'un capteur d'image et de profondeur dans lequel tous les pixels sont identiques. Par exemple, il serait souhaitable de disposer d'un capteur d'image et de profondeur dans lequel tous les pixels sont identiques et permettent d'acquérir, en fonction de la façon dont ils sont commandés, soit une image en couleur ou en noir et blanc d'une scène, soit une carte de profondeur de la scène. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs d'image et de profondeur connus. Un mode de réalisation prévoit un capteur comprenant une matrice de pixels et un substrat semiconducteur dopé d'un premier type de conductivité, chaque pixel comprenant : une portion du substrat délimitée latéralement par une structure d'isolation verticale ; une première région plus fortement dopée du premier type de conductivité que le substrat ; une première grille de transfert verticale entourant la première région ; et au moins deux ensembles comprenant chacun : - une deuxième région plus fortement dopée du premier type de conductivité que le substrat, et - une deuxième grille de transfert verticale disposée en vis-à-vis d'une portion correspondante de la première grille de transfert, ladite deuxième région étant disposée entre ladite deuxième grille de transfert et ladite portion correspondante de la première grille de transfert. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel : la structure d'isolation verticale pénètre dans le substrat à partir d'une première face du substrat, de préférence sur toute l'épaisseur du substrat ; la première région et chaque deuxième région sont disposées dans le substrat du côté de ladite première face ; et la première grille de transfert et chaque deuxième grille de transfert pénètrent dans le substrat à partir de ladite première face. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, chaque deuxième grille de transfert pénètre dans le substrat plus profondément que la première grille de transfert. Selon un mode de réalisation, des pixels voisins partagent au moins en partie leurs structures d'isolations verticales. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, chaque deuxième grille de transfert constitue une partie de la structure d'isolation verticale dudit pixel. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, chaque deuxième grille de transfert est partagée avec un pixel voisin dudit pixel. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, chaque deuxième grille de transfert est disposée entre ladite portion correspondante de la première grille de transfert dudit pixel et une portion de la structure d'isolation verticale. Selon un mode de réalisation, dans chaque ensemble d'une deuxième grille de transfert et d'une deuxième région, la deuxième région est en contact avec ladite deuxième grille de transfert. Selon un mode de réalisation, chaque pixel comprend un premier circuit de lecture couplé à la première région, et, pour chaque deuxième région, un deuxième circuit de lecture couplé à ladite deuxième région. Selon un mode de réalisation, le capteur comprend en outre un circuit de commande configuré pour commander les premières et deuxièmes grilles de transfert des pixels. Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est également configuré pour commander les premiers et deuxièmes circuits de lecture. Selon un mode de réalisation, lors d'une acquisition d'une image par les pixels, le circuit de commande est configuré, dans chaque pixel : - pour maintenir la première grille de transfert et chaque deuxième grille de transfert dudit pixel à l'état bloqué lors d'une phase d'intégration par ledit pixel, et - pour commuter la première grille de transfert à l'état passant lors d'une phase de lecture dudit pixel, et, lors d'une acquisition d'une carte de profondeur par les pixels, le circuit de commande est configuré, dans chaque pixel : - pour commuter successivement et plusieurs fois chacune des deuxièmes grilles de transfert à l'état passant lors d'une phase d'intégration par ledit pixel, de préférence en commandant la première grille pour mettre en œuvre un dispositif anti-éblouissement, et - pour maintenir chacune des deuxièmes grilles de transfert à l'état bloqué lors d'une phase de lecture dudit pixel, de préférence en maintenant la première grille de transfert dudit pixel à l'état passant. Selon un mode de réalisation, lors de l'acquisition d'une image par les pixels, le circuit de commande est configuré pour que le capteur fonctionne en obturation déroulante, et, lors de l'acquisition d'une carte de profondeur par les pixels, le circuit de commande est configuré pour que le capteur fonctionne en obturation globale. Selon un mode de réalisation, pour chaque deuxième région de chaque pixel, une capacité, par exemple de type métal-isolant-métal, est connectée à ladite deuxième région. Un mode de réalisation prévoit un dispositif électronique, par exemple un téléphone intelligent, comprenant un capteur tel que décrit ci-dessus. 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 représente, par une vue schématique et de dessus, une portion d'une matrice de pixels d'un capteur d'image et de profondeur selon un mode de réalisation ; la correspond à une vue schématique et en coupe du capteur de la , prise selon un plan de coupe AA de la ; la représente, par une vue schématique et de dessus, une variante de réalisation du capteur des figures 1 et 2 ; la correspond à une vue schématique et en coupe du capteur de la , prise selon un plan de coupe AA de la ; la correspond à une vue schématique et en coupe du capteur de la , prise selon un plan de coupe BB de la ; la représente, de manière partielle, un circuit d'un pixel du capteur des figures 1 à 5 selon un mode de réalisation ; la illustre, par des chronogrammes, un exemple de mode de mise en œuvre d'une acquisition d'image en couleur ou en noir et blanc dans le capteur des figures 1 à 5 ; la illustre, par des chronogrammes, un exemple de mode de mise en œuvre d'une acquisition d'une carte de profondeur dans le capteur des figures 1 à 5 ; et la illustre de manière schématique un exemple d'un dispositif électronique comprenant un capteur du type décrit en relation avec les figures 1 à 8. Capteur comprenant une matrice de pixels (Pix) et un substrat semiconducteur (100) dopé d'un premier type de conductivité, chaque pixel comprenant : une portion du substrat délimitée latéralement par une structure d'isolation verticale (106) ; une première région (108) dopée du premier type de conductivité avec un niveau de dopage supérieur à celui du substrat ; une première grille de transfert verticale (110) entourant la première région (108) ; et au moins deux ensembles (112, 114) comprenant chacun : - une deuxième région (112) dopée du premier type de conductivité avec un niveau de dopage supérieur à celui du substrat, et - une deuxième grille de transfert verticale (114) disposée en vis-à-vis d'une portion correspondante de la première grille de transfert (110), ladite deuxième région (112) étant disposée entre ladite deuxième grille de transfert (114) et ladite portion correspondante de la première grille de transfert (110). Capteur selon la revendication 1, dans lequel, dans chaque pixel (Pix) : la structure d'isolation verticale (106) pénètre dans le substrat (100) à partir d'une première face (102) du substrat, de préférence sur toute l'épaisseur du substrat ; la première région (108) et chaque deuxième région (112) sont disposées dans le substrat (100) du côté de ladite première face (102) ; et la première grille de transfert (110) et chaque deuxième grille de transfert (114) pénètrent dans le substrat à partir de ladite première face (102). Capteur selon la revendication 2, dans lequel, dans chaque pixel (Pix), chaque deuxième grille de transfert (114) pénètre dans le substrat (100) plus profondément que la première grille de transfert (110). Capteur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel des pixels (Pix) voisins partagent au moins en partie leurs structures d'isolations verticales (106). Capteur selon la revendication 4, dans lequel, dans chaque pixel (Pix), chaque deuxième grille de transfert (114) constitue une partie de la structure d'isolation verticale (160) dudit pixel (Pix). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, dans chaque pixel (Pix), chaque deuxième grille de transfert (114) est partagée avec un pixel voisin dudit pixel. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, dans chaque pixel (Pix), chaque deuxième grille de transfert (114) est disposée entre ladite portion correspondante de la première grille de transfert (110) dudit pixel et une portion de la structure d'isolation verticale (106). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, dans chaque ensemble d'une deuxième grille de transfert (114) et d'une deuxième région (112), la deuxième région est en contact avec ladite deuxième grille de transfert. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque pixel (Pix) comprend un premier circuit de lecture (RD0) couplé à la première région (108 ; SN0), et, pour chaque deuxième région (112 ; SN1, SN2), un deuxième circuit de lecture (RD1, RD2) couplé à ladite deuxième région (112 ; SN1, SN2). Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le capteur comprend en outre un circuit de commande (CTRL) configuré pour commander les premières (110) et deuxièmes (114) grilles de transfert des pixels (Pix). Capteur selon la revendication 10 prise dans sa dépendance à la revendication 9, dans lequel le circuit de commande (Pix) est également configuré pour commander les premiers (RD0) et deuxièmes (RD1, RD2) circuits de lecture. Capteur selon la revendication 10 ou 11, dans lequel lors d'une acquisition d'une image par les pixels, le circuit de commande (CTRL) est configuré, dans chaque pixel (Pix) : - pour maintenir la première grille de transfert (110, TG0) et chaque deuxième grille de transfert (114, TGMEM1, TGME2) dudit pixel à l'état bloqué lors d'une phase d'intégration (INT) par ledit pixel, et - pour commuter la première grille de transfert (112, TG0) à l'état passant lors d'une phase de lecture (RD) dudit pixel, et dans lequel, lors d'une acquisition d'une carte de profondeur par les pixels, le circuit de commande (CTRL) est configuré, dans chaque pixel (Pix) : - pour commuter successivement et plusieurs fois chacune des deuxièmes grilles de transfert (114, TGMEM1, TGMEM2) à l'état passant lors d'une phase d'intégration (INT') par ledit pixel, de préférence en commandant la première grille (TG0) pour mettre en œuvre un dispositif anti-éblouissement, et - pour maintenir chacune des deuxièmes grilles de transfert (114, TGMEM1, TGMEM2) à l'état bloqué lors d'une phase de lecture (RD-1, RD-2) dudit pixel, de préférence en maintenant la première grille de transfert (110, TG0) dudit pixel à l'état passant. Capteur selon la revendication 12, dans lequel, lors de l'acquisition d'une image par les pixels, le circuit de commande (CTRL) est configuré pour que le capteur fonctionne en obturation déroulante, et, lors de l'acquisition d'une carte de profondeur par les pixels, le circuit de commande (CTRL) est configuré pour que le capteur fonctionne en obturation globale. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel, pour chaque deuxième région (112, SN1, SN2) de chaque pixel (Pix), une capacité (C1, C2), par exemple de type métal-isolant-métal, est connectée à ladite deuxième région. Dispositif électronique (9), par exemple un téléphone intelligent, comprenant un capteur (90) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.