Brevet FR3134236A1 — publié le 20231006

Photodiode et méthode de fabrication d’une photodiode La présente description concerne une photodiode (200) formée dans un substrat semiconducteur (210) présentant une première surface (210A) et une deuxième surface (210B), le substrat comprenant une première région semiconductrice (216) de type N formée par croissance épitaxiale et une deuxième région semiconductrice (214) de type N plus fortement dopée que la première région (216), ladite deuxième région s’étendant depuis la première surface (210A) du substrat jusqu’à une première profondeur (H2) dans la première région de type N ; la concentration de dopant de la première région (216) de type N augmentant graduellement entre la deuxième surface (210B) et la première surface (210A) du substrat. Figure pour l'abrégé : Fig. 2 Photodiode et méthode de fabrication d’une photodiode La présente description concerne de façon générale les composants électroniques et plus précisément les photodiodes. La présente description concerne également les dispositifs électroniques, tels que des capteurs d’images comportant des photodiodes. Une photodiode est un composant semiconducteur présentant une jonction PN, et ayant la capacité de détecter un rayonnement lumineux et de le transformer en signal électrique. Plus précisément, la lumière forme des électrons dans une zone active de la photodiode. Ces électrons doivent ensuite être récupérés par un circuit électronique. Un capteur d'images est un dispositif électronique qui peut comprendre une pluralité de photodiodes, les photodiodes permettant au capteur d’images d'obtenir une image d'une scène à un instant donné. L'image est généralement constituée d'une matrice de pixels, l'information de chaque pixel étant obtenue par une ou plusieurs photodiodes. Dans un capteur d’images à détection de temps de vol, ou capteur TOF ("Time of Flight" en anglais), un pixel reçoit la lumière émise par une source lumineuse puis renvoyée par un point de la scène conjugué avec ce pixel. La mesure du temps de vol, c'est-à-dire le 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 un capteur d'images TOF à photodiodes, typiquement un capteur TOF indirect, les électrons formés à un instant donné, lors de la capture d'une scène, sont généralement transférés dans une mémoire, et la quantité d'électrons est ensuite lue par un circuit électronique de manière à obtenir une information sur la scène. Pour que l'information sur la scène soit précise et corresponde à un instant donné, il est préférable que les électrons se déplacent rapidement vers la mémoire. En effet, pour un capteur TOF indirect, par exemple pour réaliser des images 3D, la précision de la mesure de distance est liée à l'efficacité d'échantillonnage des pixels, qui peut être définie par un paramètre dit "contraste de démodulation" ("demodulation contrast", DMC en anglais), et à la sensibilité à la lumière de fond. En d’autres termes, la précision de mesure est liée à la rapidité des photodiodes des pixels et peut être mesurée par le DMC. En outre, plus le temps de déplacement, ou temps de transfert, des électrons dans une photodiode est faible, plus le contraste de démodulation peut être élevé, et inversement. Il existe un besoin de réduire le temps de transfert des électrons dans une photodiode, par exemple, d’augmenter le contraste de démodulation d’un pixel comportant une telle photodiode. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des photodiodes connues. Un mode de réalisation prévoit une photodiode formée dans un substrat semiconducteur présentant une première surface et une deuxième surface, le substrat comprenant une première région semiconductrice de type N formée par croissance épitaxiale et une deuxième région semiconductrice de type N plus fortement dopée que la première région, ladite deuxième région s’étendant depuis la première surface du substrat jusqu’à une première profondeur dans la première région de type N ; la concentration de dopant de la première région de type N augmentant graduellement entre la deuxième surface et la première surface du substrat. Selon un mode de réalisation, le substrat comprend en outre une région de type P entre la première région de type N et la deuxième surface du substrat. Selon un mode de réalisation, la photodiode comprend en outre une région semiconductrice fortement dopée P, sur la deuxième région de type N au niveau de la première surface du substrat. Selon des modes de réalisation : - la hauteur de la première région semiconductrice de type N est comprise entre 4,5 µm et 10 µm, par exemple entre 4,5 et 7,5 µm ; et/ou - la profondeur de la deuxième région semiconductrice de type N est comprise entre 1 µm et 2 µm ; et/ou - la hauteur de la région semiconductrice de type P est comprise entre 0,5 µm et 3 µm, par exemple entre 0,5 et 1,5 µm. Un mode de réalisation prévoit une méthode de fabrication d’une photodiode dans un substrat semiconducteur présentant une première surface et une deuxième surface, la méthode comprenant : - la fourniture d’un premier substrat ; - la formation, par croissance épitaxiale sur le premier substrat, d’une première région semiconductrice de type N, comprenant l’augmentation graduelle de la concentration de dopant de type N au cours de ladite croissance épitaxiale, de sorte que la première région de type N formée comprend une première surface la plus éloignée du premier substrat plus fortement dopée N qu’une deuxième surface la plus proche du premier substrat ; et - la formation d’une deuxième région semiconductrice de type N plus fortement dopée que la première région, ladite deuxième région semiconductrice étant formée depuis la première surface de la première région, au niveau de la première surface du substrat, jusqu’à une première profondeur dans ladite première région. Selon des modes de réalisation pouvant s’appliquer à une photodiode ou à un procédé de fabrication d’une photodiode : - la concentration de dopant de la première région de type N augmente dans un ratio compris entre 2 et 100, par exemple entre 2 et 10, voire entre 2 et 4 ; et/ou - la concentration de dopant de la deuxième région de type N est de quelques 10 17 at./cm 3 ; et/ou - la deuxième région de type N est formée par implantation ionique. Selon un mode de réalisation, le premier substrat comprend une région semiconductrice de type P, et la formation par croissance épitaxiale de la première région semiconductrice de type N est réalisée à partir de ladite région semiconductrice de type P. Selon un mode de réalisation, la méthode comprend, préalablement à la formation de la première région semiconductrice de type N, la formation d’une région semiconductrice de type P par croissance épitaxiale à partir du premier substrat, et la formation par croissance épitaxiale de la première région semiconductrice de type N est réalisée à partir de ladite région semiconductrice de type P formée. Selon des modes de réalisation pouvant s’appliquer à une photodiode ou à un procédé de fabrication d’une photodiode : - la concentration de dopant de la région dopée P est sensiblement constante ; ou - la concentration de dopant de la région dopée P diminue graduellement entre la deuxième surface du substrat et la première région de type N. Selon un mode de réalisation, la méthode comprend la formation d’une région semiconductrice fortement dopée P sur la deuxième région de type N. Selon des modes de réalisation pouvant s’appliquer à une photodiode ou à un procédé de fabrication d’une photodiode : - la concentration de dopant de la région fortement dopée P est comprise entre quelques 10 18 at./cm 3 et quelques 10 19 at./cm 3 ; et/ou - la région fortement dopée P est formée par implantation ionique ; et/ou - le substrat est en silicium ; et/ou - des tranchées isolantes sont formées dans la hauteur du substrat de manière à isoler la photodiode, lesdites tranchées pouvant par exemple former des isolations par tranchées profondes capacitives. Un mode de réalisation prévoit un dispositif électronique comprenant au moins une photodiode selon un mode de réalisation. Selon un mode de réalisation, le dispositif est un capteur d’images à temps de vol comprenant une pluralité de pixels, chaque pixel comprenant la au moins une photodiode. 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 représentant un exemple de photodiode ; la est une vue en coupe représentant une photodiode selon un mode de réalisation ; la est une vue en coupe représentant une photodiode selon un autre mode de réalisation ; la est une vue en coupe représentant un autre exemple de photodiode ; la illustre des profils de dopage d’une photodiode selon le mode de la ; la illustre des profils de dopage d’une photodiode selon le mode de la et d’une photodiode selon une variante de la photodiode de la ; la , la , la , la , la et la sont des vues en coupe représentant des étapes d’une méthode de fabrication d’une photodiode selon un mode de réalisation. Photodiode (200 ; 300) formée dans un substrat semiconducteur (210 ; 310) présentant une première surface (210A ; 310A) et une deuxième surface (210B ; 310B), le substrat comprenant une première région semiconductrice (216 ; 316) de type N formée par croissance épitaxiale et une deuxième région semiconductrice (214 ; 314) de type N plus fortement dopée que la première région (216 ; 316), ladite deuxième région s’étendant depuis la première surface (210A ; 310A) du substrat jusqu’à une première profondeur (H2) dans la première région de type N ; la concentration de dopant de la première région (216 ; 316) de type N augmentant graduellement entre la deuxième surface (210B ; 310B) et la première surface (210A ; 310A) du substrat. Photodiode (300) selon la revendication 1, dans laquelle le substrat (310) comprend en outre une région (312) de type P entre la première région (316) de type N et la deuxième surface (310B) du substrat. Photodiode (300) selon la revendication 2, dans laquelle la concentration de dopant de la région dopée P (312 ; 712) est sensiblement constante. Photodiode (300) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la concentration de dopant de la région dopée P (312 ; 712) diminue graduellement entre la deuxième surface (310B ; 710B) du substrat (310 ; 710) et la première région (316 ; 716) de type N. Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre une région semiconductrice fortement dopée P, sur la deuxième région (214 ; 314) de type N au niveau de la première surface (210A ; 310A) du substrat. Photodiode selon la revendication 5, dans laquelle la concentration de dopant de la région (718) fortement dopée P est comprise entre quelques 10 18 at./cm 3 et quelques 10 19 at./cm 3 . Photodiode selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle la région (718) fortement dopée P est formée par implantation ionique. Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle : - la hauteur de la première région semiconductrice (216 ; 316) de type N est comprise entre 4,5 µm et 10 µm, par exemple entre 4,5 et 7,5 µm ; et/ou - la profondeur (H2) de la deuxième région semiconductrice (214 ; 314) de type N est comprise entre 1 µm et 2 µm ; et/ou - la hauteur de la région semiconductrice (312) de type P est comprise entre 0,5 µm et 3 µm, par exemple entre 0,5 et 1,5 µm. Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la concentration de dopant de la première région (216 ; 316 ; 716) de type N augmente dans un ratio compris entre 2 et 100, par exemple entre 2 et 10, voire entre 2 et 4. Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la concentration de dopant de la deuxième région (214 ; 314 ; 714) de type N est de quelques 10 17 at./cm 3 . Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la deuxième région (214 ; 314 ; 714) de type N est formée par implantation ionique. Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le substrat est en silicium. Photodiode (200 ; 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle des tranchées isolantes (120 ; 720) sont formées dans la hauteur du substrat (210 ; 310 ; 710) de manière à isoler ladite photodiode, lesdites tranchées pouvant par exemple former des isolations par tranchées profondes capacitives. Méthode de fabrication d’une photodiode (700) dans un substrat semiconducteur (710) présentant une première surface (710A) et une deuxième surface (710B), la méthode comprenant : - la fourniture d’un premier substrat (703, 704) ; - la formation, par croissance épitaxiale sur le premier substrat, d’une première région semiconductrice (716) de type N, comprenant l’augmentation graduelle de la concentration de dopant de type N au cours de ladite croissance épitaxiale, de sorte que la première région (716) de type N formée comprend une première surface (716A) la plus éloignée du premier substrat plus fortement dopée N qu’une deuxième surface (716B) la plus proche du premier substrat ; et - la formation d’une deuxième région semiconductrice (714) de type N plus fortement dopée que la première région (716), ladite deuxième région semiconductrice étant formée depuis la première surface (716A) de la première région (716), au niveau de la première surface (710A) du substrat (710), jusqu’à une première profondeur (H2) dans ladite première région. Méthode de fabrication selon la revendication 14, dans laquelle le premier substrat (704) comprend une région semiconductrice (712) de type P, la formation par croissance épitaxiale de la première région semiconductrice (716) de type N étant réalisée à partir de ladite région semiconductrice de type P. Méthode de fabrication selon la revendication 14, comprenant, préalablement à la formation de la première région semiconductrice (716) de type N, la formation d’une région semiconductrice (712) de type P par croissance épitaxiale à partir du premier substrat (703) ; la formation par croissance épitaxiale de la première région semiconductrice (716) de type N étant réalisée à partir de ladite région semiconductrice de type P formée. Méthode de fabrication selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, comprenant la formation d’une région semiconductrice (718) fortement dopée P sur la deuxième région (714) de type N. Dispositif électronique comprenant au moins une photodiode selon l’une quelconque des revendications 1 à 13. Dispositif électronique selon la revendication 18, ledit dispositif étant un capteur d’images à temps de vol comprenant une pluralité de pixels, chaque pixel comprenant la au moins une photodiode.