Brevet FR2152347A1 — publié le 19730427

La présente invention concerne les photodiodes et notamment un dispositif permettant le suppression de l'illumination latérale sur les photodiodes. On sait que les photodiodes présentent une partie sensible aux rayons lu mineux incidents constituée d'un type de conductivité n et disposée sur un substrat du type de conductivité p. La partie sensible aux rayons lumineux est entourée d'une métallisation entrant en contact avec l'une des électrodes de la photodiode. Cette métallisation a un rôle double : celui de limiter l'ouverture de la partie sensible et celui de permettre l'extraction du courant de la photo diode. Il est nécessaire d'éclairer la seule partie sensible et d'aveugler la - tie exterieure à la métallisation On peut concevoir pour cela d'augmenter les dimensions de la métallisation.Mais en augmentant les surface des métallisations on accroît la capacité entre les deux électrodes de la photodiode ce qui a pour inconvénient de limiter la rapidité de réponse du' dispositif. D'autre part, le ivLt^taugmenter la surface de la métallisation n'empêche pas une sensibilisation 'son e toue extérieure à la métallisation sur une distance de quelques dizaines de microns, cette distance étant fonction de la tension de polarisation. C'est un phénomène qui résulte d'un effet connu sous le nom de photo NOS.Il apparait ainsi qu t une photodiode éclairée par un faisceau lumineux possède une zone de réponse centrale et une zone de réponse périphérique à la métallisation ce qui t peut-créer de graves inconvénients dans l'utilisation des photodiodes. Par exem ple, en télémétrie ces réponses multiples peuvent créer un effet d'écho dues à des cibles voisines et fausser les résultats. Le dispositif-selon la présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Dans celui-ci en effet il est possible de supprimer les effets d'illumination latérale sur les photodiodes tout en évitant d'accroître la capacité entre les électrodes de la photodiode. L'invention a pour objet une photodiode comportant une zone sensible du type de conductivité n+ diffusé dans un substrat du type de conductivité p et une première métallisation entourant ladite zone sensible et se prolongeant vers une zone de contact à laquelle on rattache une connexion électrique, ladite première métallisation étant isolée par une première couche isolante dudit substrat et entrant en contact avec ladite zone sensible, photodiode, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre une deuxième couche isolante recouvrant ladite première couche isolante et ladite première métallisation à l'exception de ladite zone de contact et une deuxième couche-dE métallisation sur la totalité de la deuxième couche isolante à l'exception des zones situées à l'aploXb;des dites zones sensibles et de contact. En se référant aux figures schématiques I à 6, ci jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à 21 titre purement illustratif et nullement limitatif. Les memeS éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les memes références. La figure 1 représente une vue de dessus d'une pastille de circuit intégré constituant une photodiode réalisée selon l'art antérieur. Les figures 2 à 6 représentent des coupes de la meme pastille au cours de différentes étapes de sa fabrication. Sur la figure 1, on voit une pastille de silicium 1 de forme carrée, recouverte de bioxyde de silicium à l'exception du centre de la pastille formant une plage photosensible constituée de silicium du type de conductivité n+, 2. Autour de cette plage photosensible on distingue une métallisation d'aluminium 3 formant une couronne 4 prolongée par une patte 5 rejoignant une rondelle en forme de cercle 6. L'épaisseur de la métallisation 3 est de 5000 Angstroms. Le diamètre extérieur à la couronne 4 peut être de 200 microns. Le diamètre de la plage sensible 2 peut etre de 100 microns. La longueur de la patte 5 est de 250 microns par exemple. Le diamètre du cercle 6 peut être de 120 microns. La rondelle en forme de cercle 6 sert à brancher la connexion extérieure de la photodiode, cette connexion étant reliée par la métallisation 3 à la plage sensible formant la cathode de la photodiode. Sur la figure 2, on voit une coupe selon AB de la figure 1 de la pastille de silicium 1. On distingue le substrat de silicium 1 du type de conductivité p, la couche diffusée n+, 2 et l'anneau de garde 7. La pastille de silicium est recouverte d'une couche de bioxyde de silicium 8 isolant la métallisation 3 du substrat de silicium 1. La métallisation 3 est en contact électrique avec la zone de conductivité n+, 2. Les figures 1 et 2 correspondent à des photodiodes fonctionnant selon l'art antérieur. Sur la figure 3 on voit une couche 9 de bioxyde de silicium déposée sur toute la surface de la pastille. Cette déposition est effectuée par exemple par décomposition de silane à faible température. Selon une variante ta couche 9 peut etre constituée de nitrure de silicium Si3 N4. La couche 9 recouvre la pre mière couche de bioxyde de silicium 8 ainsi que la plage photosensible 2 et la métallisation 3. L'épaisseur de la couche 9 est dépendante de la longueur d'onde de la lumière incidente. Elle correspond à un quart de la longueur d'onde dans le matériau diélectrique et constitue une lame quart d'onde qui a la propriété d'absorber la plus grande partie du rayonnement incident. Ainsi, pour une lumière émise dans le proche infrarouge, à une longueur d'onde de 1,06 microns, l'épaisseur de la couche 9 devra etre de 1500 Angstroms. Sur la figure 4 on voit une couche 10 d'aluminium déposée sur la totalité de la couche 9.- La méthode employée peut être celle de la pulvérisation cathodique. La couche obtenue peut avoir une épaisseur de 1000 Angstroms. Sur la figure 5 on voit une fenêtre 11 créée à l'aplomb de la plage photosensible 2 et une fenêtre 12 créée à l'aplomb de la rondelle en forme de cercle 6. L'ouverture de ces fenêtres dans la métallisation 10 est obtenue en déposant sur la métallisation 10 une couche photorésist non représentée et en utilisant les procédés de masquage et d'attaque de l'aluminium, par un bain chimique. Le diamètre de la fenêtre 12 est inférieur à celui de la rondelle de métallisation 6 afin d'éviter l'apparition de l'effet photo MOS. Sur la figure 6 on voit une ouverture 13 créée dans la deuxième couche 9 de bioxyde de silicium à l'aplomb de la rondelle 6 de métallisation. Pour obtenir ce résultat on effectue un deuxième masquage et on enlève le bioxyde de silicium par un bain d'attaque approprié. La photodiode obtenue selon l'invention possède une deuxième métallisation recouvrant toute la pastille à l'exception de la plage photosensible et de la rondelle de contact. Cette deuxième métallisation est isolée de la première métallisation par une couche de bioxyde de silicium dont une ouverture permet le branchement de la connexion extérieure sur la première métallisation. La couche de bioxyde de silicium sur la plage photosensible est telle qu'une lumière d'une longueur d'onde bien définie puisse le traverser sans qu'il y ait de réflexions prohibitives. 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. La photodiode objet de l'invention peut être utilisée dans tous les cas où les effets d'illumination latérale doivent être supprimées. Une application particulièrement intéressante peut être du domaine de la télémétrie laser. REVENDICATIONS 1/ Photodiode comportant une zone sensible du type de conductivité n+ diffusée dans un substrat du type de conductivité p et une première métallisation entourant ladite zone sensible et se prolongeant vers une zone de contact a laquelle on rattache une connexion électrique, ladite première métallisation étant isolée par une première couche isolante dudit substrat et entrant en contact avec ladite zone sensible, photodiode, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre une deuxième couche isolante recouvrant ladite première couche isolante et ladite première métallisation à l'exception de ladite zone de contact et une deuxième couche de métallisation sur la totalité de la deuxième couche isolante à l'exception des zones situées à l'aplomb desdites zones sensible et de contact. 2/ Photodiode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite deuxième couche isolante a pour épaisseur un quart de longueur d'onde évaluée dans le diélectrique de ladite deuxième couche isolante. 3/ Photodiode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite deuxième couche isolante est constituée de bioxyde de silicium. 4/ Photodiode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite deuxième couche isolante est constituée de nitrure de silicium. 5/ Photodiode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'ouverture de la deuxième couche de métallisation à l'aplomb de ladite zone de contact est de diamètre inférieur à celui de ladite zone de contact.