La taille des pixels des capteurs d’image CMOS approche aujourd’hui lemicron. Dans ce contexte, le courant d’obscurité reste un paramètrecritique. Il se superpose au courant photogénéré en affectant la qualité del’image par l’apparition de pixels blancs. La contamination métalliqueintroduite au cours du procédé de fabrication joue un rôle prépondérant dansla création des défauts à l’origine de ce courant d’obscurité. Cette étude apermis d’établir les seuils de dangerosité de différents élémentsmétalliques sur la technologie imageur. L’origine de contaminationsaccidentelles a été identifiée lors de crises de rendement. Pour cela, untravail sur les techniques de détection a été mené par µPCD, DLTS, pompagede charge, SIMS, TEM et photoluminescence. La spectroscopie de courantd’obscurité (DCS), particulièrement efficace dans ce contexte, a étédéveloppée pour l’identification de contaminations en or, tungstène etmolybdène, avec des limites de détection qui atteignent 108 à 1010 at/cm3.Nous observons la quantification du courant d’obscurité et étudionsl’amplification du champ électrique sur le taux de génération afin demodéliser les pics de courant d’obscurité obtenus. Le comportement decertains métaux dans le silicium est précisé par ces expériences, et nousévaluons l’efficacité de piégeage de plusieurs substrats imageur. Ce travailconduit à la mise en place de protocoles de contrôle de la contaminationmétallique en salle blanche. / Pixels size of CMOS image sensors is now decreasing towards one micron. Inthat context, dark current is a critical parameter. It superimposes with thecurrent generated by photons and affects the image quality with whitepixels. The metallic contamination introduced during the fabrication processplays an important role in the generation of defects that induce this darkcurrent. This study has allowed to determine dangerousness thresholds ofseveral metals on the imager technology. The origin of some accidentalcontaminations has been identified during yield crisis. Some work withdetection techniques has been performed with µPCD, DLTS, charge pumping,SIMS, TEM and photoluminescence. Dark current spectroscopy (DCS),particularly adapted to this situation, has been developped for theidentification of gold, tunsgten and molybdenum contaminations, withdetection limits that reach 108 to 1010 at/cm3. We have observed the darkcurrent quantization and studied the electric field enhancement ofgeneration rate to model the dark current peaks obtained. The behavior ofsome metals in silicon is confirmed by these experiments and we haveevaluated the getter efficiency of different substrates for image sensors.This work has lead to the application of protocols for the metalliccontamination control in clean room.

Il s'agit ici du bilan de plus de 10 ans d'enseignement et de recherche dans le domaine de la micro et de l'opto électronique, et plus particulièrement des dernières années passées au sein de l'Ecole Centrale Marseille et de l'institut Fresnel. <br />Deux thématiques de recherche sont abordées : <br />- La caractérisation optique de défauts submicroniques dans les matériaux, qui a constitué, dans la continuité de ma thèse, la première partie de mes activités : caractérisation de précipités dans le Silicium par le développement d'un microscope infrarouge à balayage ; développement d'un microscope photo thermique pour la détection de nano défauts absorbants précurseurs d'endommagement dans les couches minces optique.<br />- L'optique pour la microélectronique, thématique initiée en 2000 au laboratoire, qui aborde la modélisation optique de capteurs d'images en technologie CMOS en vue d'adapter leur structure aux contraintes de réflexion et diffraction optique liées à la réduction de taille des pixels imposée par le marché.<br />Sont aussi concernés les masques avancés pour la photolithographie optique, et l'adaptation de techniques de traitement du signal et des images à la modélisation de corrections optiques de proximité (OPC) qu'il faut appliquer sur les masques pour corriger les effets de la diffraction dans le cadre de la diminution de taille des composants.<br />Des projets de recherche orientés sur l'application des capteurs et du traitement multidimensionnel du signal pour des applications médicales et de sécurité sont aussi présentés.

Les technologies CMOS représentent aujourd’hui plus de 90% du marché des capteurs d’images : elles permettent d’intégrer des systèmes intelligents dans une seule puce (SoC = System-On-Chip) et ouvrent la voie à l’intégration d’algorithmes de plus en plus complexes dans les dernières générations de capteurs. Des techniques telles que la reconstruction grande dynamique nécessitent d’acquérir plusieurs images avec un même capteur et de les recombiner. Ces nouvelles contraintes nécessitent d’augmenter drastiquement le débit d’images pour des capteurs de tailles conséquentes (Jusqu'à 30 Mpixels), ainsi que d’augmenter la résolution du convertisseur analogique numérique (jusqu’à 14 bits). Cela crée une demande forte en techniques de conversion analogique-numérique. Ces techniques doivent obéir en même temps aux contraintes de performance notamment la vitesse, la résolution, le faible bruit, la faible consommation et l'intégrabilité mais aussi aux contraintes de qualité d'image impactées directement par la chaine de conversion analogique-numérique en plus de la technologie du pixel. D'ici découle une double problématique pour le sujet:- Etudier et déterminer les limites atteignables en termes de performance sur les différents axes précités.- Gestion du fonctionnement massivement parallèle lié à la structure inhérente des capteurs d'image en vue d'avoir une qualité d'image irréprochable. / CMOS technologies represent nowadays more than 90% of image sensors market given their features namely the possibility of integrating entire intelligent systems on the same chip (SoC = System-On-Chip). Thereby, allowing the implementation of more and more complex algorithms in the new generations of image sensors.New techniques have emerged like high dynamic range reconstruction which requires the acquisition of several images to build up one, thus multiplying the frame rate.These new constraints require a drastic increase of image rate for sensors ofconsiderable size (Up to 30 Mpix and more). At the same time, the ADCresolution has to be increased to be able to extract more details (until 14 bits).With all these demanding specifications, analog-to-digital conversion capabilities have to be boosted as far as possible.These capabilities can be distinguished into two main research axes representing the pillars of the PhD work, namely:+ The study of the reachable limits in terms of performance: Speed, Resolution,Low Noise, Low power consumption and small design pitch.+ The management of the highly parallel operation linked to the structure of animage sensor. Solutions have to be found so as to avoid image artefacts andpreserve the image quality.