Brevet FR2014727A1 — publié le 19700417

La présente invention se rapporte à des structures de cibles pour -un appareil d'emmagasinage d'images ainsi qu'à leurs procédés de fabrication. Le tube d'emmagasinage d'images découvert récemment qui est 5 décrit dans le brevet français N0 1.54-1.190 a reçu une attention considérable et il semble destiné à une utilisation commerciale étendue. Il fait appel essentiellement à une structure de cible semi-conductrice utilisant un réseau monolithique d'éléments d'enregistrement constitués par des diodes. Une structure type est 10 constituée par une plaquette de silicium qui a été oxydée par un procédé thermique, puis soumise ensuite à un traitement photo-lithographiqueclassique, suivi par des diffusions appropriées à travers un cache en SiCL, qu'on a fait croître thermiquement afin de produire un réseau important de jonctions p-n sur une première 15 face. Le cache en SiC^ assure également l'isolement nécessaire du substrat vis-à-vis du faisceau d'électrons de balayage ou d'analyse. Cette structure n'est pas complètement satisfaisante en elle-même. Lorsque le faisceau d'électrons balaye la couche de 20 SiOg extrêmement résistante, la surface du SiOg présente des effets de charge parasite. D'habitude, elle se charge jusqu'au potentiel de la cathode ou même à un potentiel inférieur. Elle peut agir comme grille négative par rapport aux îlots £ et bloquer le faisceau d'électrons et l'empêcher d'arriver sur les îlots ja. 25 Lorsque ceci se produit, le fonctionnement, du tube de la caméra se détériore ou bien le tube peut même cesser de fonctionner. Pour éviter ce problème de charge, on a utilisé deux procédés. Le premier, qui est le procédé utilisé le plus souvent, est constitué par une surface entourant les îlots, ayant une certaine 50 résistivité, c'est-à-dire une pellicule résistante mince qui recouvre toute la surface. Ceci permet de régler le potentiel de la surface avec des constantes de temps raisonnables* Le second procédé est constitué par un îlot conducteur, c'est-à-dire par un chapeau carré formé au-dessus de chaque îlot £ et de l'oxyde voi-35 sin. Actuellement, les îlots conducteurs ont été formés par un procédé photolithographique en faisant évaporer de l'or ou du silicium sur tout le réseau et en utilisant ensuite une réserve photographique pour former un cache d'attaque et enlever une grille carrée très fine de la pellicule conductrice, laissant subsis 69 24961 ~d~ 2014727 ter un îlot carré conducteur centré sur chaque îlot jo. Les îlots augmentent dans une certaine mesure la capacité de chacune des diodes (ce qui peut être un inconvénient), mais elles augmentent également considérablement la surface d'incidence effec 5 tive du faisceau, ce qui permet de réduire le courant du faisceau de balayage qui est nécessaire. Si les bandes qui séparent les îlots sont suffisamment étroites, la charge de l'oxyde peut être réduite à un niveau négligeable„ Du fait de difficultés échelonnées et répétées, la remise en alignement a constitué l'une des 10 difficultés principales éprouvées pour fabriquer des dispositifs présentant des réseaux d'îlots conducteurs. Lorsqu'on a obtenu un alignement effectif, les îlots d'or se sont comportés comme prévu* Cependant, la présence de piqûres dans l'oxyde est devenue gênante du fait que l'îlot métallique présente une grande surface de con-15 tact entre le faisceau et; le substrat, à travers les piqûres. De plus, le traitement supplémentaire augmente le prix de la cible. Selon la présente invention, les îlots conducteurs sont formés à l'aide d'une technique électrolytique simple, de faible prix qui permet de disposer les îlots exactement sur les diodes sans 20 nécessiter d'alignement et qui permet d'augmenter considérablement la surface incidente du faisceau sans augmenter d'une manière appréciable la capacité de la diode. En fait, en déposant par élec-trolyse de l'or ou du nickel ou d'autres conducteurs appropriés sur le coté réseau de la cible, le métal ne recouvre que les îlots 25 £ des diodes. Le courant de dépôt s'écoule à travers les diodes dans des conditions de polarisation directe, ce qui constitue une disposition d'importance fondamentale de l'invention. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va sui-30 vre faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention» Sur ces dessins : - la figure 1 est une coupe transversale partielle d'une 35 cible réalisée suivant la présente invention ; - la figure 2 est une coupe semblable à celle de la figure 1, représentant un autre mode de réalisation ; et : - la figure 3 est une coupe semblable à celle de la figure 1, représentant une autre variante de réalisation. 69 24961 -3- 2014727 La structure de ci"ble de base conforme au brevet précité est constituée par un substrat 10 semi-conducteur de type n comportant un réseau de régions d'impuretés 11 diffusées dans une première surface et formant un grand nombre de jonctions p-n. Les 5 jonctions servent d'éléments d'emmagasinage de charges. Une pellicule isolante 12 recouvre la surface supérieure, à l'exception des ouvertures (d'habitude circulaires) qui se trouvent au-dessus des régions diffusées, afin d'isoler le faisceau d'électrons de balayage (non représenté) du substrat semi-conducteur 10. Suivant 10 la présente invention, des îlots métalliques 13 sont ensuite déposés sur les régions mises à découvert à travers l'isolant 12, par l'un des procédés suivants. Un métal, tel que de l'or, du nickel, du cobalt, du palladium, du platine, etc... est déposé par électrolyse directement sur 15 les régions mises à découvert dans la couche isolante 13. (On peut également utiliser d'autres métaux plus rares du groupe platine tels que le rhodium, l'osmium, l'iridium et le ruthénium). L'argent et le cuivre sont des variantes évidentes mais l'argent tend à migrer. Le cuivre se diffuse dans les semi-conducteurs courants 20 et sa présence se montre en général indésirable dans les dispositifs semi-conducteurs. Le mode de réalisation particulier suivant est donné pour illustrer cet aspect de la présente invention. Une cible en silicium, comportant une région de base de 10 ohms-centimètre (de type n) et un réseau hexagonal de diodes 25 formées par des régions diffusées avec du bore d'une circonférence de 8 microns sur des centres de 15 microns (délimités par une pellicule isolante de bioxyde de silicium), a été nettoyée en haute fréquence et plongée dans un bain de dépôt électrolytique de cyanure d'or. Le bain était constitué de 21,3 grammes par litre de 30 KA.u(CN)p et de 50 grammes par litre de (OT^^HCgH^O,-,. Le bain a été maintenu à une température de 65°0. La cible a été connectée ✓ 2 à la cathode et la densité de courant a été réglée à 4- mA/cm de silicium à découvert. Après un traitement d'une heure, une couche d'or de 6 à 8 microns d'épaisseur recouvrait la région de chacune 35 des diodes. Cet exemple en est un parmi divers modes opératoires qu'on peut utiliser pour atteindre les buts de l'invention, c'est-à-dire obtenir une pellicule métallique conductrice alignée exactement sur chacune des diodes formant un élément d'emmagasinage. Tandis 69 24961 2014727 que dans l'exemple précédent, la pellicule métallique était en or, le métal particulier n'a pas d'importance déterminante pour la présente invention et il rentre évidemment dans le domaine des spécialistes de spécifier un électrolyte et une anode appropriés 5 pour obtenir un dépôt voulu. Comme variante du dépôt électrolytique des îlots métalliques, un dépôt non électrolytique s'est montré particulièrement efficace. En utilisant cette technique, on peut obtenir un dépôt uniforme de métal sur le semi-conducteur mis à découvert sans aucun dé-10 pot sur les régions isolantes» Le nickel, le cobalt et le platine conviennent particulièrement pour un dépôt chimique effectué dans ce but. Les bains de revêtement chimique du nickel sont bien connus. Une solution de cobalt particulièrement efficace pour effectuer un dépôt chimique est décrite dans le brevet des Etats-Unis 15 d'Amérique N° 3.306.830. La technique permettant d'effectuer le dépôt sur la' structure de la cible selon la présente invention est directe et ne demande qu'un nettoyage préalable (par exemple en haute fréquence) et une immersion dans la solution de dépôt chimique » 20 L'épaisseur du dépôt dans chacun des cas cités ci-dessus dépend en grande mesure de la structure voulue. Une épaisseur mi~ O nimale d'environ 300 A suffit. La figure 2 représente un autre mode de réalisation dans lequel chacun des éléments 20-23 correspond aux éléments 10-13 25 respectivement de la figure 1. Dans ce cas, le dépôt peut s'effectuer au delà du point nécessaire p'our former la structure de la figure 1. A mesure que l'épaisseur augmente, la couche commence à prendre la forme qui apparaît sur la figure 2. Cette forme peut être favorisée dans le cas d'une couche déposée par électro3.yse, 30 par augmentation du "pouvoir de projection" de 11électrolyte» Des mécanismes permettant d'accroître cette caractéristique des solutions de dépôt électrolytique sont bien connus, A mesure que le dépôt croît, il isole efficacement une plus grande partie de l'isolant par rapport au faisceau d'électrons, ce qui réduit exico-'35 re les effets d8 accumulation, des charges. Un avantage accru des îlots qui semblent surdimensionnés est le fait que la surface incidente du faisceau est accrue» La capacité de la pellicule en série avec la diode est également augmentée. Ces deux effets sont connus comme étant des facteurs avantageux dans les réseaux de COPY J 69 24961 -5- 2014727 cibles. Un autre mode de réalisation de structure est représenté sur la figure 3° Les éléments 30-33 correspondent aux éléments 10-13, respectivement5.de la figure 1. Dans ce.cas, les régions diffusées ont été partiellement attaquées par des techniques photoiithographiques classiques et les îlots métalliques ont été déposés à l'intérieur ainsi que sur le substrat. Ce mode de réalisation présente deux avantages supplémentaires. La structure de cet agencement est saine du fait que les éléments supérieurs sont ancrés à l'intérieur du substrat et que la région des charges spatiales est rapprochée de la surface arrière (inférieure) de la cible, ce qui se traduit par une définition accrue de la caméra. La présente invention a été décrite en liaison avec un réseau de diodes formé par des jonctions p-n, car ceci constitue la forme du dispositif auquel on prête actuellement, le plus d'attention. Cependant, il est bien connu que des dispositifs à jonctions peuvent être réalisés en utilisant des structures MIS (métal-iso-lant-silicium). On sait également qu'une barrière de redressement peut accompagner certains contacts métal-semiconducteur, comme dans les dispositifs à barrières Schottky. Pour la présente invention, il est seulement essentiel d'obtenir une barrière de redressement dans le substrat semiconducteur. L'utilisation du terme "couche barrière" ou "jonction de barrière" est destinée à décrire d'une façon générique cette condition d'arrêt. .11 va de soi que la présente invention-n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 24961 20147 27 1. Procédé pour fabriquer un tube d'enregistrement d'images, du type dans lequel l'élément d'enregistrement comprend un cristal semi-conducteur dont la masse est d'un premier type de conduc 5 tivité et dont une surface comprend un réseau d'îlots distincts de type de conductivité opposé, cette surface étant recouverte par une couche isolante continue qui n'est ouverte qu'au-dessus des îlots, et un îlot conducteur séparé étant connecté à chacun des îlots semi-conducteurs et étant isolé de la masse du cristal 10 par la couche isolante, procédé caractérisé en ce que les îlots conducteurs sont formés.sélectivement soit par un dépôt électrolytique, soit par ion dépôt chimique sur les îlots semi-conducteur 2. Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé en ce que la masse du cristal est connectée à la cathode dans un bain de 15 dépôt électrolytique d'or. 3. Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé en ce que le dépôt est poursuivi jusqu'à ce qu'au moins la surface de dépôt de chaque région soit supérieure à la surface mise à découvert par la couche isolante. 20 4. Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de chacune des régions mises à découvert est attaquée chimiquement avant le dépôt.