Brevet FR2462828A1 — publié le 19810213

La présente invention concerne les dispositifs de formation d'image et, plus particulièrement, un procédé de fabrication de dispositifs de formation d'image a substrat aminci, notamment destinés aux tubes analyseurs de télévisions. Selon l'invention, pour réaliser ces dispositifs, on applique un masque sur une pastille semi-conductrice a la surface antérieure de laquelle est forme au moins un dispositif de formation d'image, par exemple en plaçant la pastille dans une monture de masquage spéciale ou en utilisant une substance du type revêtement protecteur. On met en place la monture ou la substance de masquage de façon å couvrir la surface antérieure de la pastille et le bord marginal de sa surface postérieure. On place ensuite la pastille dans un bains d'amincissement de façon qu'elle soit amincie jusqu'a une epaisseur voulue sur toute la partie centrale de sa surface postérieure, en ne laissant qu'un bord non aminci autour de la partie marginale de la surface postérieure. On retire ensuite du bain la pastille ainsi amincie.Puis, on colle sur la surface postérieure une feuille de verre qui s'ajuste dans la pastille a l'interieur des limites définies par son bord non aminci afin de former une structure stratifiée qui est résistante et rigide. On sépare ensuite les uns des autres les dispositifs de formation d'image (dans la mesure où il y en a plus d'un exemplaire) en découpant le verre et le substrat aminci suivant des lignes passant entre les dispositifs de formation d'image. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés (qui ne sont pas tous a la même échelle), parmi lesquels - la figure 1 est un schéma montrant un dispositif de formation d'image fonctionnant par couplage de charges du type transfert de champ selon la technique anterieure; - la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de formation d'image de la figure 1, montrant la structure des électrodes; - la figure 3 est une vue en plan d'une pastille contenant plusieurs dispositifs de formation d'image selon l'invention qui peuvent etre du type présenté sur la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3;; - la figure 5 donne quelques-unes des dimensions relatives a la production d'une configuration possible de dispositifs de formation dtimage a substrat aminci; - les figures 6A å 6E montrent les étapes d'un procédé de fabrication, selon un mode de réalisation de l'invention, de dispositifs de formation d'image substrat aminci; - les figures 7A et 7B illustrent les deux premières étapes d'un procédé de fabrication analogue a celui des figures 6A a 6E, mais utilisant une monture de masquage au lieu d'un revêtement de protection; - la figure 8 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention, montrant diverses couches anti-reflet;; - la figure 9 présente la structure d'une cible pour tube analyseur de télévision du type au silicium, fabriquée selon le procédé de l'invention; et - la figure 10 montre un tube analyseur de télévision dans lequel la cible de la figure 9 est placée. Sur la figure l, est représenté un dispositif de formation d'image fonctionnant par couplage de charges du type dit transfert de champ. Un tel dispositif de formation d'image est fabriqué par la Société RCA CORPORATION sous la référence "SID 52301". Le dispositif de formation d'image de la figure 1 comporte un réseau photodétecteur 10, désigné couramment par l'appellation de registre A, un réseau de mémorisation temporaire 12, désigné couramment sous l'appellation de registre B, et un registre de sortie 14, désigné couramment sous l'appellation de registre C. Les registres B et C sont masqués, c'est-a-dire qu'un moyen (non représente) est prévu pour empocher que l'énergie rayonnante d'une image n'atteigne l'un et l'autre de ces deux registres. Les registres A et B possèdent des éléments d'isolation de canal (non représentés) disposés suivant les colonnes et servant a isoler les uns des autres les canaux, a savoir les colonnes du dispositif b couplage de charges. Comme le montre la figure 2, les électrodes peuvent être du type a couche unique comprenant par exemple des régions de type N+ en silicium polycristallin séparées par des régions de type P en silicium polycristalin. Ces électrodes s'étendent suivant une rangée et, dans l'exemple représente, elles fonctionnent suivant un mode triphasé, comme cela est indiqué par les trois bornes Xlss #2 et ~3 de la figure 2.Les électrodes sont isolées du support de type P relativement épais par une couche de dioxyde de silicium SiO2. Le dispositif de formation d'image mentionné ci-dessus possède 320 colonnes et 512 rangées (å savoir 256 dans le registre A et 256 dans le registre B), chaque rangée comprenant un groupe de trois électrodes. Le fonctionnement du dispositif de formation d'image présenté sur la figure 1 est bien connu. Pendant le temps dit d'intégration, une image est projetée sur le registre A. La lumière, ou une énergie rayonnante quelconque, de l'image amène la production de charges aux diverses positions du registre A, en fonction de l'intensité de la lumière qui atteint ces positions respectives. A la fin de la période d'intégration (c'est-à-dire a la fin de l'intervalle de suppression verticale pour un dispositif commercial de télévision), les signaux de charges qui se sont accumulés (en formant un "champ") sont transférés en parallèle, suivant le sens des colonnes, du registre A au registre B par application des tensions multiphasées XAll #A2' ~A3 et -~B1 XB2 et #B3 Les charges sont ensuite transférées a. raison d'une rangée à la fois du registre B au registre C et, après que chaque rangée de charges a atteint le registre C, elle sort du registre C, suivant un mode de décalage en série, en réponse à l'application de tensions de décalage ~C1 ~C2 ~C3 Le transfert des charges du registre B au registre C s'effectue pendant une durée relativement brève (par exemple l'intervalle de suppression horizontale d'un dispositif commercial de télévision, qui vaut environ lOps) et le décalage en série du contenu du registre C se produit à une vitesse relativement élevée (par exemple pendant la durée d'affichage d'une ligne horizontale d'un dispositif commercial de télévision). Pendant le transfert d'un champ du registre B au registre C, un nouveau champ peut être intégra dans le registre A. Pour un dispositif de formation d'image an noir et blanc, l'éclairage du registre A est effectué à travers une structure d'électrodes à couche unique. Toutefois, si l'on désire capter des informations en couleur, un éclairage effectué de cette manière n'est pas entièrement satisfaisant, puisque les électrodes présentent un coefficient d'absorption élevé à l'extrémité bleue du spectre. Pour un tel dispositif de formation d'image, il est nécessaire d'amincir le substrat et de l'éclairer à travers la surface postérieure du substrat aminci. Selon un mode d'approche pratique b l'amincissement des substrats, qui s été utilisé par la Société RCA CORPORATION, le nombre de dispositifs de formation d'image à couplage de charges produits sur une pastille, ou tranche, est relativement petit. Tout d'abord, en utilisant une pastille de 5 cm, on fabrique dans le même temps sur un substrat commun jusqu'à trois de ces dispositifs, chacun d'eux ayant des dimensions d'environ 1,3 x 2 cm, comme on peut le voir sur la figure l, la technique utilisée étant la photolithographie. Puis, on masque deux des trois dispositifs, c'est-à-dire que, à l'exception de la surface postérieure du dispositif qui doit etre aminci, on couvre toute la pastille à l'aide d'une substance (un revêtement protecteur du type "resist") qui n'est pas attaquée par le bain chimique (acide) utilisé pour amincir le substrat. Puis on immerge toute la pastille dans le bain d'amincissement et on la fait tourner suivant un axe qui passe par le centre du dispositif devant être aminci. Après qu'un amincissement d'amplitude voulue a été obtenu pour ce dispositif, on retire la pastille du bain, on élimine le revêtement protecteur, puis on répètes pour chaque autre dispositif, les opérations de masquage et les autres opérations de traitement.Ensuite, on découpe la pastille de manière qu'il existe une épaisse bordure de substrat autour de la région mince de chaque dispositif. Cette bordure épaisse donne une certaine rigidité et soutient mécaniquement la région de substrat amincie relativement fragile. Alors que le procédé décrit ci-dessus a permis la production d'un grand nombre de dispositifs de formation d'image fonctionnels (confettis), il n'est pas exempt de problèmes. Un des problèmes réside en la difricultz qu'il y a à obtenir un amincissement uniforme sur toute la partie de formation d'image (registre A) du dispositif. On imagine que ceci est dû à la forme rectangulaire du dispositif de formation d'image, le bain acide n'attaquant pas quelquefois aussi fortement les régions des bords et des coins que la région centrale du dispositif, de sorte que ces régions des bords et des coins sont parfois plus épaisses dans le produit achevé que les région centrales.Cette non-uniformité est préjudiciable, car elle entrain quelquefois l'apparition de défauts d'uniformité dans l'information produite par le dispositif de formation d'image. De plus, å un niveau pratique, on note qu'il n'est pas possible de fabriquer en méme temps un grand nombre de dispositifs sur une pastille donnée, même sur une grande pastille. Si l'on utilise une grande pastille d'un diamètre de 10 a 12 cm par exemple, il apparatt des problèmes dus å la rotation de la pastille pendant l'opération d'amincissement du fait que l'axe de rotation est considérablement écarté du centre de la pastille et qu'il est par conséquent difficile d'utiliser le bord externe de la pastille (on rappelle que l'axe sur lequel la rotation a lieu passe par le centre de la région à amincir). De plus, le rendement de ce procédé n'est pas aussi élevé que lton pourrait le souhaiter.En outre, en raison de la fragilité du substrat aminci, il est très difficile d'effectuer des essais de qualité sur les dispositifs après leur amincissement. En effet, les appareils servant réaliser les essais ont tendance å endommager ou å briser les substrat amincis. Le procédé de fabrication selon l'invention permet de fabriquer de nombreux dispositifs de formation d'image amincis sur une unique pastille de grande dimension et, ensuite, de leur faire subir des essais, de les découper et de les monter avec facilité et sans risque de casse. Selon ce procédé, on traite une pastille, ou tranche, de silicium relativement grande (par exemple de 5 à 12 cm) présentant un dopage approprié en impuretés suivant le moyen conventionnel, qui utilise les techniques photolithographiques, afin de produire un nombre relativement grand de dispositifs de formation d'image sur l'épais substrat commun.La surface antérieure (celle qui porte les électrodes) de la pastille peut alors être revêtue d'un revttement protecteur du type "resist", à savoir une substance que le bain, par exemple le bain acide servant å produire l'amincissement, ne peut pas altérer, ainsi que cela est le cas pour le bord marginal de la surface postérieure de la pastille présentée sur la figure 6A. Sur la figure 6A, le dispositif de formation d'image est désigné par le numéro de référence 19, et le revêtement protecteur par le numéro de référence 18. Il est également possible d'insérer la pastille dans une monture protégeant le dispositif vis-à-vis du bain acide dans les régions où aucun décapage n'est souhaité, comme cela est présenté sur la figure 7A. La monture comprend un couvercle 30 et une base 32, tous deux résistant à l'acide. On pince la pastille à amincir au niveau de son bord périphérique entre la partie interne périphérique encochée 36 de la base et le rebord interne périphérique 38 du couvercle. La surface 40 a amincir est laissée à nu, tandis que la surface "antérieure" du confetti est protégée, car elle est tournée vers la cavité 42 se trouvant å l'intérieur de la monture de support. Le joint existant entre la pastille et la monture est étanche et empoche donc l'acide de pénétrer dans la cavité 42.Pour renforcer la protection, on peut remplir d'eau la cavité avant d'enfermer la pastille dans la monture de façon que, si de l'acide passe dans la cavité, il soit dilué et, par conséquent, n'endommage pas le dispositif. On note que, au lieu de procéder å l'amincissement d'un seul dispositif de formation d'image à la fois, comme cela vient d'étire décrit, il. est possible de traiter la pastille tout entière dans un bain de décapage en rotation afin de l'amincir à l'épaisseur voulue et de former une partie amincie 70 dans toute sa région centrale en ne laissant qu'un bord non aminci 71 suivant la périphérie de la pastille (ce bord 71 étant destiné à servir de support), comme cela est présenté sur les figures 4, 5, 6B et 7B. Comme décapant, il est possible d'utiliser de nombreux mélanges de bain. Une composition qui s'est révélée appropriée est la suivante : une partie d'acide fluorhydrique; 3 parties d'acide acétique; 6 parties d'acide nitrique; la température du bain étant de 300C et la durée de décapage de 40 å 60 min. Le procédé de l'invention ne se limite naturellement pas à l'utilisation de ce bain particulier, ni même à celle d'un bain acide, puisque, dans certaines applications (qui dépendent du matériau dont est formée la pastille), il est possible d'employer une base forte comme décapant d'amincissement. La figure 3 est une vue en plan de la pastille, chaque rectangle représentant un dispositif de formation d'image 19 complet, tel que celui présenté sur la figure 1. Comme cela est indique par l'expression "en rotation", on fait tourner la pastille, pendant le processsus d'amincissement, suivant un axe qui est perpendiculaire à sa surface et qui passe par son centre. Puisque la pastille est ronde et qu'il n'existe pas de coins pour créer des problèmes de non-uniformité, il est possible d'obtenir un amincissement relativement uniforme par le procédé de l'invention. Il est possible d'amincir la pastille jusqu'à environ 8 à l0,um. On retire ensuite la pastille du bain d'amincissement et, dans le cas où l'on a utilisé un revêtement de protection, on élimine celui-ci par les techniques normales, ou bien, Si l'on a employé une monture spéciale, on retire la pastille de la monture. On traite ensuite la face postérieure amincie de manière à améliorer ses caractéristiques électriques et optiques. En ce qui concerne les caractéristiques électriques, on fait diffuser, ou on implante, dans la surface postérieure, une couche superficielle d'impuretés du même type que celles existant dans la masse afin de rendre la partie superficielle plus fortement dopée que la masse du substrat. L'effet recherché est de créer une région de barrière de potentiel au niveau de la surface postérieire afin d'amoindrir la tendance h ce que les porteurs créés par des photons ne se recombinent au niveau de cette surface.Ensuite, on peut appliquer une couche anti-reflet à la surface postérieure afin de réaliser une adaptation avec les caractéristiques optiques de l'adhésif uti lisé, dont il sera fait mention ci-aprds. Le disque de verre 20, dont on expliquera la fonction ultdrieurement, s'est révélés dans une application pratique, avoir le m#me indice de réfraction que l'adhésif, de sorte que la surface du disque de verre qui est adjacente à la surface uostdrieure du substrat ne doit pas être8tre revêtue. L'autre surface du disque de verre, à savoir celle tournée vers l'air, doit ttre revStue au moyen d'une couche anti-reflet. Il s'agira d'une couche du type normalement utilise en optique, par exemple pour les lentilles optiques, et il est possible de se procurer des disques de verre ainsi traités. Bien que ceci ne soit pas essentiel, l'emploi de couches anti-reflet a la surface postérieure du substrat et sur la face exposée du disque de verre réduit les pertes de lumière par réflexion et améliore donc la sensibilité du dispositif de formation d'image. Après traitement de la surface postérieure du substrat aminci, on place un adhésif liquide 21, par exemple une résine époxyde, au centre de la surface postérieure amincie de la pastille, la surface postérieure étant à ce moment tournée vers le haut, comme cela est indiqué sur la figure 6C.Puis, on place au-dessus de la région amincie un morceau de verre circulaire 20 s'adaptant étroitement dans la région amincie, comme cela est également présenté sur la figure 6C. Selon un mode d'approche pratique illustré par la figure 5, on utilise un disque de verre d'une épaisseur d'environ 0,25 mm pour une pastille d'une épaisseur d'environ 0,30 mm, bien que ces dimensions ne soient pas cruciales et notamment aue l'épaisseur de la pastille puisse être comprise, par exemple, entre 0,30 et 0,38 mm. On peut trouver dans le commerce des disques de verre d'une épaisseur de 0,25 mm, et c'est la raison pour laquelle il est proposé de faire appel à cette dimension. Selon un autre exemple d'application, le verre utilisé est sensiblement plus épais (0,50 mm environ) et se prolonge bien au-delà du bord non aminci. Après que l'adhésif 21 a été mis en place, on met la structure stratifiée dans une presse et on applique une pression au verre, comme cela est indiqué par les flèches 22 sur la figure 6C. Ceci force l'adhésif à s'étendre sur toute la surface du verre. L'adhésif, en s'écoulant vers l'extérieur, chasse toutes les bulles d'air et prend la forme d'une membrane transparente mince logée entre le verre et la partie amincie de la pastille. Il est préfé raie d'appliquer la pression sous vide afin d'aider à l'élimination des parties vides et des bulles entre le verre et le silicium. Ensuite, on laisse prendre et durcir l'adhésif liquide, si bien que l'on obtient une structure stratifiée mécaniquement résistante, comme cela est présenté sur la figure 6D. Une fois la colle durcie, la structure stratifiée obtenue est très résistante et très rigide. Il est alors possible d'utiliser un appareillage d'essai classique pour effectuer des contrôles de qualité sur chacun des dispositifs de formation d'image, sans risque d'endommager ou de briser le substrat aminci. Après ces essais, on peut séparer les uns des autres les confettis, c'est-å-dire les dispositifs de formation d'image considérés isolement, qui consistent chacun en un dispositif aminci collé à un support de verre, au moyen d'une scie 24 du type classiquement utilise pour le traitement des semi-conducteurs, cette opération étant représentée sur la figure 6D. Les lignes en trait interrompu 26 des figures 3 et 6D indiquent les autres coupes a effectuer.Les dispositifs séparés par découpage, dont l'un est représenté sur la figure 6E à une plus grande échelle que celle des figures 6A à 6D, ont une résistance suffisante pour supporter les contraintes résultant normalement du montage et de la manipulai tion sans risque de rupture, et, puisque le verre et l'adhésif sont sensiblement incolores et très transparents, il n'y a pratique ment pas de perte de sensibilité lumineuse qui puisse être attribuée à leur présence. En d'autres termes, la présence du verre et de l'adhésif n'altère pas les performances du dispositif de formation d'image.On note que le verre et l'adhésif n'altèrent pas non plus la sensibilité du dispositif dans le bleu (on suppose naturellement que le verre a lui-même été choisien fonction de sa transparence à l'extrémité bleue du spectre, comme ce sera naturellement le cas en pratique). En ce qui concerne la colle, elle est étendue sous une couche extrêmement mince et a donc peu d'effet sur la sensibilité du dispositif aux couleurs, en particulier si les surfaces concordantes du verre et du substrat de silicium ont été traitées au moyen d'un revêtement anti-reflet, comme cela a été explique ci-dessus. La figure 8, qui n'est pas représentée à la mme échelle que la plupart des autres figures, montre les couches antireflet. Le silicium du confetti aminci 34 a un indice de réfraction d'environ 3,6. La couche 44 de matériau déposé sur le silicium a une épaisseur d'environ un quart de longueur d'onde et est choisie pour avoir un indice de réfraction par exemple 1,95, qui se trouve entre celui de l'adhésif 46 et celui du silicium. Un matériau approprié est le mono-oxyde de silicium SiO, L'adhésif (une résine époxyde) a un indice de réfraction de 1,51 et son épaisseur est telle qu'il achève l'empilement optique. Le verre 48 a un indice de réfraction d'environ 1,5, si bien qu'aucun revêtement n'est nécessaire au niveau de l'interface adhésif-verre.On choisira le verre de façon qu'il soit doté d'un revêtement 50 appliqué par le fabricant, ce revêtement étant du type utilisé pour les lentilles optiques et ayant pour fonction de réduire le coefficient de réflexion au niveau de l'interface verre-air. Alors que le procédé de l'invention a été décrit en relation avec un dispositif de formation d'image à couplage de charges du type b transfert de champ. On notera que l'invention s'applique également à d'autres formes de dispositifs de formation d'image à couplage de charges, à d'autres formes (n'utilisant pas le couplage de charge) de dispositifs de formation d'image å semiconducteurs, ainsi qu'a des cibles pour tubes analyseurs de caméras telles que des cibles pour tubes analyseurs au silicium. La figure 9 illustre la structure d'une telle cible. La cible au silicium 52 a été amincie de la manière décrite ci-dessus, puis appliquée sur un substrat de verre 54, également de la manière indiquée ci-dessus. Des bagues de retenue 56 et 58 maintiennent la structure stratifiée 60 en position dans la monture 62, 64. Le tube analyseur comportant la structure stratifiée 60 est présenté schématiquement sur la figur#e 10, la couche de verre étant tournée vers l'ampoule du tube et la cible de silicium regardant vers le canon a électrons de façon que, en fonctionnement, elle soit balayée par le faisceau d'électrons. Comme cela est connu, on note également la présence d'une lentille 80, tandis que le signal de sortie est prélevé, via un condensateur C, à l'aide d'un potentiel V et d'une résistance R. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de dispositifs de formation d'image a substrat aminci, caractérisé en ce qu'il comprend les opération. consistant z masquer (a) une surface, qui sera désignée ci-après comme la surface antérieure portant au moins un des dispositifs de formation d'image (19) et (b) le bord périphérique (71) de le surface opposée, qui sera désigné ci-après comme la surface portérieure, d'une pastille qui est formée dudit substrat, afin d'empêcher l'attaque par un bain d'amincissement décrit dans l'opération suivante, placer la pastille dans le bain d'amincissement, lequel attaque la partie de la pastille qui n'est pas masquée, pendant une durée suffisante pour retirer de la matière de la partie non masquée de la surface posté#ieure Jusqu't une épaisseur voulue, de façon qu'il reste une pastille amincie (70) comportant un bord non aminci (71) sur sa périphérie, retirer la pastille. amincie du bain, et coller a la région amincie (71) de la surface postérieure de la pastille une feuille de verre (20) qui s'adapte dans la pastille 11 intérieur des limites définies par le bord non aminci. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pastille est constituée de silicium. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la feuille de verre, lorsqu'elle est placée dans la région amincie de la pastille, présente une épaisseur approximativement comparable à celle de la matière du substrat retirée de la surface postérieure de la pastille pendant l'opération d'amincissement. 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la feuille de verre, lorsqu 'elle est placée dans la région amincie de la pastille présente une épaisseur sensiblement plus grande que l'épaisseur de la matière du substrat enlevée de la surface postérieure de la pastille pendant l'opération d'amincissement. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications i a 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la pastille n'est pas supérieure à 0,38 mm environ, avant amincissement, et en ce qu'elle est ramenée à une dizaine de microns par l'opération d'amincissement. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications l a 5, caractérisé en ce que l'opération de collage est effectuée sous vide tandis qu'une pression est appliquée au verre. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 6, caractérisé en ce que, pendant l'opération d'immersion dans le bain, on fait tourner la pastille sur un axe qui passe par la partie centrale de la pastille et qui est perpendiculaire à ses surfaces. 8 - Procédé. selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface antérieure de la pastille porte plusieurs dispositifs (19) de formation d'image et en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à découper la structure stratifiée obtenue suivant des lignes (26) passant entre les dispositifs de formation d'image afin de produire plusieurs dispositifs consistant chacun en un dispositif de formation d'image à substrat aminci formant une structure stratifiée avec une feuille de verre qui est collée à la surface postérieure du dispositif. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications l 8, caractérisé en ce que chaque dispositif de formation image consiste en un dispositif à couplage de charges. 10 - Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chacun des dispositifs de formation d'image consiste en une cible pour tube analyseur du type formé de silicium il - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, après avoir immergé la pastille dans le bain et l'en avoir retirée et avant l'opération de collage, on place sur la surface postérieure de la pastille amincie une couche de matériau dont l'indice de réfraction a une valeur comprise entre celle de la pastille et celle de la colle et dont l'épaisseur est telle qu'elle réduit sensiblement la réflexion de la lumière par l'interface colle-substrat.