Brevet FR2167349A1 — publié le 19730824

La présente invention concerne une monarque monolithique de photodiodes associées à des diodes de commuiation. On sait que les mosaïques de photodiodes sont constituées de photodiodes en série et en opposition avec des diodes de commutation connectées toutes les deux à l'intersection de lignes et de colonnes conductrices. Les cathodes des photodiodes, par exemple, sont reliées à une source de tension positive par l'intermédiaire des lignes et les anodes des photodiodes peuvent être mises en liaison avec la masse par l'intermédiaire des colonnes à travers les diodes de commutation. Ces dernières ont pour rôle d'éviter le passage d'un photocourant parasite par les lignes et les colonnes en direction d'autres photodiodes. Il est connu de réaliser les mosarquss de photodiodes sous la forme de circuits intégrés monolithiques dans lesquels le circuit formé essentiellement d'un seul bloc monocristallin semiconducteur, est élaboré de telle sorte que les différentes régions destinées à remplir les fonctions électroniques particulières font partie de ce bloc. Jusqu'à présent une monarque était réalisée de telle sorte que dans un bloc, par exemple, de silicium de type de conductivité p, on diffusait une couche de type n puis des zones de type de conductivité p disposées à une certaine distance de murs d'isolement du type de conductivité p, ces murs rejoignant la couche profonde de silicium de type p. On obtenait ainsi sur une face de la pastille de silicium des photodiodes dont l'électrode photosensible était formée par la zone de type p et des diodes de commutation dont l'anode constituée par la zone de type p apparaissait également sur la face supérieure de la pastille. Afin de réaliser la jonction en opposition de la photodiode et de la diode de commutation une métallisation réunissait les deux zones p adjacentes.Toujours sur la même face de la pastille des métallisations conductrices joignaient ensemble les zones n des photodiodes apparaissant à la surface afin de réaliser les lignes de la monarque. Perpendiculai- rement à celles-ci, des colonnes formées également de métallisations réunissaient les zones n des diodes de commutation. Cependant cette mosaïque présentait l'inconvénient que les surfaces photosensibles étaient réduites par rapport à la surface totale de la face supérieure de la pastille parce que les photodiodes et les diodes de commutation étaient disposées sur une même face. Les surfaces photosensibles réduites fournissent moins de photocourant que les surfaces photosensibles larges et la sensibilité de la mosaique s'en ressentait. Le dispositif réalisé suivant l'invention permet d'éviter cet inconvénient. Dans celui-ci il est possible de tirer davantage de courant de chaque photodiode et d'augmenter ainsi la sensibilité de la mosaïque. L'invention a pour objet une mosaïque monolithique de photodiodes comportant - une pastille semiconductrice, - des lignes et colonnes constituées par des bandes conductrices fixées sur un revêtement isolant recouvrant ladite pastille, - des branches comprenant chacune une photodiode et une diode de commutation connectées en série et en opposition, une branche étant connectée à chaque intersection d'une dite ligne et d'une dite colonne, côté photodiode à ladite ligne et côté diode de commutation à ladite colonne, - une couche d'un premier type de conductivité au sein de ladite pastille, - des murs d'isolement d'un deuxième type de conductivité opposé au premier dans ladite couche. ces murs s'étendant sur toute l'épaisseur de cette couche de manière à isoler les unes par rapport aux autres des régions de cette couche, - un premier et un deuxième groupes de zones dudit deuxième type de conductivité dans les faces de ces régions, les jonctions des zones du premier et du deuxième groupes avec la couche formant respectivement lesdites photodiodes et diodes de commutation, caractérisée par le fait que les zones du premier et du deuxième groupes correspondant à une même dite branche, sont réalisés respectivement sur une première et une deuxième faces opposées de ladite couche dans une même dite région. En se référant aux figures schématiques 1 à 5 ci-jointes, on va décrire ciaprès un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. La figure 1 représente un schéma électrique de principe d'une partie de la mosaique des photodiodes. La figure 2 représente une vue perspective éclatée d'une portion de la pastille monolithique. La figure 3 représente une coupe d'une portion de la pastille monolithique. La figure 4 représente une vue de dessus de la face éclairée de la pastille. La figure 5 représente une vue de la face opposée à celle qui est éclairée de la pastille. Sur la figure 1, on voit des branches disposées à l'intersection des lignes conductrices 1 et des colonnes conductrices 2, Ces branches comportent chacune une photodiode 3 et une diode de commutation 4 placées en série et en opposition de telle sorte que la cathode de la photodiode 3 est connectée à la ligne 1 et la cathode de la diode de commutation 4 est reliée à la colonne 2. A titre d'exemple la mosaïque peut être constituée de 16 lignes et de 16 colonnes comprenant 256 photodiodes. Sur la figure 2 on voit un exemple de réalisation de la mosaïque en circuit intégré monolithique. Dans un bloc de silicium monocristallin de type de conductivi#té p par exemple, il est diffusé à partir de la face inférieure, des murs d'isolement tels que 5 et 5' longitudinaux et transversaux de type de conductivité n et ayant la forme de demi-cylindres se coupant à angle droit. Ces demi-cylindres sont obtenus à partir d'un réseau croisé de fentes d'où la diffusion s'effectue également dans toutes les directions. Dans une région de type p délimitée par les murs d'isolement 5 et 5' il est diffusé à partir de la face inférieure une zone 6 de type de conductivité n formant en liaison avec la région de type p une diode de commutation. Une couche de silice 7 est disposée contre la face inférieure du bloc de silicium.Cette couche de silice 7 supporte des colonnes 8 constituées par des bandes métallisées isolées de ce bloc et entrant en contact avec les zones 6 par des fenêtres de contact disposées au-dessus des zones 6. A partir de la face supérieure sont diffusés des murs d'isolement tels que 9 et 9' du type de conductivité n semblables dans leur structure à celle des murs d'isolement 5 et 5'. Les murs d'isolement 9, 9' et 5, 5' se rejoignant à l'intérieur du bloc de silicium en isolant complètement les régions de type p des régions adjacentes. Sur la face supérieure du bloc de silicium et à l'intérieur de cette région de type p est diffusée une zone de silicium 10 du type de conductivité n présentant une surface plus grande que celle de la zone 6. La zone de silicium 10 constitue une photodiode en liaison avec la région du type p qui l'entoure. Une couche de silice 11 est disposée contre la face supérieure du bloc de silicium. C te couche de silice 11 supporte des lignes telle que la ligne 12 constituée par une bande métallisée. Cette bande métallisée est extérieure à la zone 10 qui est photosensible. Elle rejoint la zone 10 par une patte qui entre en liaison avec celle-ci par une fenêtre de contact dans la couche de silice 11. Sur la figure 3 on voit une coupe de la pastille selon le plan III - III, de la figure 2. A titre d'exemple la pastille a une épaisseur de 100 microns, la dimension transversale de la zone 10 est de 150 microns alors que le pas de la mosai- que compris entre les débuts de deux murs 9 consécutifs est de 200 microns. De ce fait les surfaces photosensibles des zones 10 recouvrent une grande partie de la face supérieure de la pastille. Les dimensions transversales des zones photosensibles 10 peuvent être au moins dix fois plus grandes que celles des zones 6. Etant donné les grandes dimensions des zones 10, les murs tels que 9 sont diffusés pendant un temps beaucoup plus court que les murs 5. Les vitesses de diffusion étant bien connues de l'homme de l'art il est possible de calculer l'endroit où les deux murs 5 et 9 se rejoignent de manière à former un espace dans lequel l'épaisseur du mur est faible par rapport à l'épaisseur maximale du mur 5 sur la face inférieure et l'épaisseur moins importante du mur 9 sur la face supérieure. L'épaisseur du mur 9 sur la face supérieure est au moins quatre fois plus petite que l'épaisseur du mur 5 sur sa face inférieure. Dans notre exemple, l'épaisseur du mur 9 sur sa face supérieure est de 30 microns et l'épaisseur du mur 5 sur sa face inférieure est de 180 microns. Les procédés de diffusion sont réalisés grâce à des masques permettant la pho tolithogravure. Ces diffusions peuvent être effectuées soit simultanément à partir des deux faces soit successivement à partir d'une face et de la face opposée. On voit bien que le schéma électrique de la figure 1 est réalisé par la disposition décrite ci-dessus. La cathode de la photodiode (zone 10) est reliée à une ligne. L'anode de la photodiode (région p) est commune avec l'anode de la diode de commutation. La cathode de la diode de commutation (zone 63 est reliée à une colonne. Chacune des photodiodes et des diodes de commutation est isolée de celle d'à coté par des murs d'isolement 9 et 5. Tous les murs d'isolement sont reliés ensembles du fait de leur structure. A une extrémité de la pastille l'un des murs 9 ou 5 est relié par l'intermédiaire d'une bande métallique à un potentiel positif du fait que le mur est du type de conductivité n. Sur la figure 4 on voit la face supérieure d'une portion de la pastille comportant les lignes conductrices 12. Les lignes conductrices 12 n'empiétant pas sur les zones photosensibles 10 laissent la quasi-totalité de leur surface libre pour être éclairée. Des pattes 13 de faible encombrement reliées aux lignes 12 sont connectées aux zones photosensibles 10 par des fenêtres creusées dans la couche de silice 11. Sur la figure 5 représentant une vue de la face inférieure de la pastille on distingue des colonnes conductrices 8 disposées perpendiculairement aux lignes 12. Ces colonnes passent au-dessus des zones 6 et sont connectées à celles-ci par des fenêtres creusées dans la couche de silice 7. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention certains des éléments du dispositif pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la même fonction technique. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où l'on a besoin de larges surfaces photosensibles recouvrant la quasi-totalité de la surface éclairée d'une mosaïque de photodiodes. Etant donné la symétrie du dispositif il est possible de juxtaposer plusieurs pastilles comportant le motif décrit ci-dessus pour obtenir des mosaiques de plus grande surface. Les applications industrielles peuvent concerner soit des dispositifs de reconnaissance de forme, soit des détecteurs de mémoire holographique digitale, soit des caméras de télévision ou de visiophone, soit des mémoires mortes constitués chacune d'un masque interchangeable disposé devant une telle mosaique. REVENDICATIONS 1/ Mosafque monolithique de photodiodes comportant - une pastille semiconductrice, - des lignes et colonnes constituées par des bandes conductrices fixées sur un revêtement isolant recouvrant ladite pastille, - des branches comprenant chacune une photodiode et une diode de commutation connectées en série et en opposition, une branche étant connectée à chaque intersection d'une dite ligne et d'une dite colonne, côté photodiode à ladite ligne et coté diode de commutation à ladite colonne, - une couche d'un premier type de conductivité au sein de ladite pastille, - des murs d'isolement d'un deuxième type de conductivité opposé au premier dans ladite couche, ces murs s'étendant sur toute l'épaisseur de cette couche de manière à isoler les unes par rapport aux autres des régions de cette couche a - un premier et un deuxième groupe de zones dudit deuxième type de conductivité dans les faces de ces régions, les jonctions des zones du premier et du deuxième groupes avec la couche formant respectivement lesdites photodiodes et diodes de commutation, caractérisée par le fait que les zones du premier et du deuxième groupes correspondant à une même dite branche sont réalisées sur une première et une deuxième face opposées de ladite couche dans une même dite région. 2/ flosaique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites lignes reliant les zones dudit premier groupe sont disposées sur ladite première face et que lesdites colonnes reliant les zones dudit deuxième groupe sont disposées sur ladite deuxième face. 3/ MosaSque selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits murs présentent une épaisseur maximale sur ladite deuxième face, une épaisseur minimale dans l'épaisseur de ladite couche à proximité de ladite première face, et une épaisseur intermédiaire sur cette première face. 4/ MosaSque selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ladite épaisseur intermédiaire est au moins quatre fois plus petite que ladite épaisseur maximale. 5/ Monarque selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les zones dudit premier groupe ont des dimensions transversales au moins dix fois plus grandes que celles des zones dudit deuxième groupe.