Développement d'une photodiode à stockage de charges vertical pour les capteurs d'image CMOS éclairés par la face arrière

L’augmentation continue de la résolution des capteurs d’image CMOS entraîne une réduction de la taille du pixel avec pour effet une diminution du nombre de charges stockables dans la photodiode et une limitation de la dynamique du pixel. L’objectif de cette étude est de proposer une nouvelle architecture de photodiode, dédiée à la technologie des capteurs d’image éclairés par la face arrière et qui préserve la charge stockable malgré la réduction de la taille des pixels. La solution envisagée consiste à réaliser une photodiode pincée qui stocke les charges verticalement dans le volume du silicium. La mise en place d’un modèle analytique unidimensionnel de photodiode pincée aux jonctions symétriques, permet de comprendre l’influence des paramètres physiques de la photodiode (dopages de la cathode et de l’anode, distance séparant les jonctions métallurgiques) sur la charge à saturation. Par ailleurs, grâce à l’introduction d’un drain non auto-aligné à la grille de transfert, la rémanence inhérente à l’architecture de la grille de transfert a été supprimée. L‘optimisation des étapes technologiques propres à la photodiode verticale et à la grille de transfert de charges a été réalisée par le biais de simulations à éléments finis conjuguées à des essais technologiques dédiés. La faisabilité d’une photodiode pincée stockant 11000 électrons dans un pixel d’une taille de 1,4 μm est ainsi démontrée.Mots clés : Capteur d’image CMOS, Photodiode pincée verticale, Stockage de charges en volume, Eclairement par la face arrière