Brevet FR2494043A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne un capteur d'image réalisé en technique état solide et notamment un capteur compor- tant un composant CCD (composant à couplage de charge) et notam- ment un capteur d'image, réalisé en technique état solide, pour réduire les défauts de l'image (ligne verticale de gris sur l'image affichée) et qui se produisent lorsque la surface du drain déborde, de façon à absorber et à éliminer la charge excédentaire, pour supprimer le phénomène d'étalement de la partie correspondante de l'image. Dans un capteur d'image réalisé en technique état solide, à composant CCD, dans un système à transfert d'ima- ge, si la partie d'image est réalisée sur un canal enfoui, il apparaît un phénomène d'étalement dans le cas d'une lumière incidente intense. Pour éviter cet inconvénient, on réalise une zone de porte de commande de débordement et une zone de drain de débordement au voisinage de la surface du canal, et qui constituent également des surfaces de réception de lumière, le long de chaque ligne verticale de la partie image; on absorbe ainsi les charges excédentaires générées par une lumière intense, vers la zone de drain de débordement traversant la barrière de potentiel de la zone de porte de commande de débor- dement. Dans ces conditions, un potentiel c'est-à-dire le poten- tiel 1 de la zone de porte de commande de débordement est réglé entre le potentiel 2, de la zone de porte de stockage dans la zone du canal et un potentiel 3 de la zone de la porte de trans- fert (graphique de la figure 1). Toutefois, un potentiel dif- férent c (différence entre les potentiels A et B c'est-à-dire charge maximale manipulée) est constant sans dépendre de la tension de porte VG appliquée à l'électrode de porte (encore appelée "électrode de transfert". En d'autres termes cela signi- que que comme partie image, la charge maximum traitée pendant la période de réception de lumière devient égale à la charge maximum traitée pendant la période de transfert de charge. - On suppose maintenant que comme représenté à la figure 2, la charge maximum traitée au niveau de chacun des éléments image 4 de la partie image présente la capacité de "10" et que la charge maximum traitée de chacun des éléments image correspondant à un étage 4 et pour la surface de canal B présente seulement une capacité de "9" pour le raison quel- conque. Ainsi en mode de réception de lumière, les étages 1'x 2 2494043 2, i33 du canal B peuvent stocker une quantité de charges égale à "10" mais l'étage 41 stocke seulement une quantité de charges égale à "9". Toutefois comme en mode de transfert de charge, dans l'étage r4] de la zone de canal B, seule la quan- tité de charges "9" est traitée sans dépendre de la tension de porte comme représenté à la figure 1, si l'on prend la direc- tion de transfert de charge indiquée par la flèche y à la figure 2, les quantités de chargesdans les étages '1L29, r3: sont chaque fois supprimées lorsque la quantité de charges égale à "9" lors du passage à travers l'étage fr241. Il en résulte qu'après l'étage:41 du canal B, les charges sont inférieures aux charges propres c'est-à-dire que les défauts correspondant à des lignes verticales grises apparaissent sur l'écran-image. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose.de créer un capteur d'image réalisé en technique état solide, dont une charge normale à chaque élément image peut être transférée totalement, et dont l'image reproduite ne présente aucun défaut c'est-à-dire cons- titue une image de haute qualité. A cet effet, l'invention concerne un capteur d'image réalisé en technique état solide dans lequel la même tension de porte est appliquée par une couche d'isolation de porte à une zone de canal et à une zone de porte de commande de débordement, chacune étant réalisée sur un support semi- conducteur, ce capteur étant caractérisé en ce que la concen- tration du support au voisinage d'une zone en-dessous de la zone de la porte de commande de débordement est différente de la concentration du support au voisinage d'une zone en-dessous de la zone du canal, pour réduire la dépendance de la tension de porte d'un potentiel de la zone de la porte de commande de débordement par comparaison avec la zone de canal, et que la charge maximale traitée en mode de transfert de charge soit supérieure à la charge maximale de transfert en mode de récep- tion de lumière. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un graphique caractéristique de la relation entre la tension de porte et les potentiels de la zone de canal ainsi que de la zone de porte de commande de débordement dans un capteur d'image en technique état solide 3 2494043 selon l'art antérieur. - la figure 2 est un tableau de la partie image d'un capteur d'image en technique état solide selon l'art anté- rieur, pour expliquer la formation d'une image défectueuse. - la figure 3 est un tableau de la partie image dans le cas d'un exemple de capteur d'image en technique état solide selon l'invention. - la figure 4 est un graphique caractéristique de la relation entre la tension de porte et le potentiel de la zone de canal et de la zone de porte de commande de déborde- ment d'un capteur d'image en technique état solide selon l'in- vention. - la figure 5 est une coupe transversale de la partie image d'un exemple selon l'invention. - la figure 6 est un graphique de la caractéris- tique de potentiel en fonction de la tension de porte, les concentrations du support (substrat) constituant le paramètre. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL: La description ci-après concerne un exemple de capteur d'image en technique état solide selon l'invention. Les défauts des lignes verticales de gris pro- viennent du fait que la charge maximale traitée en mode de réception de lumière est la même que la charge maximale traitée en mode de transfert de charge. C'est pourquoi si la charge maximale traitée en mode de transfert de charge est supérieure à celle en mode de réception de lumière, on peut transformer les lignes verticales grises en des points gris pour rendre moins apparents les défauts sur l'image reproduite. Ainsi comme-représenté à la figure 3, lorsque la charge maximale traitée de chaque élément image 4 en mode de réception de lumière normale est égale par exemple à "10", la charge maximale traitée en mode de transfert de charge est supérieure à la précédente par exemple égale à "12". Ainsi même s'il y a un défaut au niveau de l'étage '4 de la surface de canal B, défaut ayant une origine quelconque et que la charge maximale traitée passe ainsi au niveau "9" en mode de réception de lumière, et au niveau "11" en mode de transfert de charge, les quantités normales de charges "10" des autres étages;1, 2, 3 peuvent être transférées totalement. Ainsi les défauts correspondant aux lignes verticales grises n'appa- raissent pas sauf lorsque la charge maximale traitée passe en- dessous du niveau "10". Selon l'invention, pour obtenir les caractéris- tiques ci-dessus, on réalise un capteur d'image en technique état solide avec un support semi-conducteur comportant un ensemble de zones de canaux constituant la surface de réception de lumière, une zone de drain de débordement absorbant et éliminant la charge excédentaire de la zone de canal et une zone de porte de commande de débordement prévue. entre la zone de canal et la porte de drain de débordement, et limitant le niveau de débordement de la partie excédentaire de charge (c'est-à-dire limitant la quantité de charges maximales trai- tées) et dans laquelle la même tension de porte (comprenant la tension de porte en mode de réception de lumière et la ten- sion de cadence en mode de transfert) est appliquée à la zone de canal et à la zone de porte de commande de débordement par l'intermédiaire d'une couche isolante; la relation entre la tension de porte et le potentiel de la zone de porte de com- mande de débordement est choisie inférieure à celle du poten-- tiel de la zone de canal. Ainsi comme représenté dans la gra- phique de la figure 4 pour les caractéristiques de tension de porte 2 et 3 des potentiels au niveau de la zone de porte de stockage et de la zone de porte de transfert de la zone de canal, la caractéristique 1 de tension de porte du potentiel de la zone de porte de commande de débordement est choisie de façon que cette caractéristique 1 coupe au moins la caracté- ristique 3 de la zone de porte de transfert pour réduire la dépendance de la tension de porte. Selon ce qui précède, si la tension de porte en mode de réception de lumière est égale à RSH' la différence de potentiel (D entre la zone de porte de stockage et la zone de porte de commande de débordement correspond à la différence: potentiel A - potentiel B. Si la tension de cadence en mode de transfert de charge est égale à VH' la différence de tension çC2 dans ce mode est égale à la différence: potentiel a - potentiel b; on a ainsi l'inégalité à ' C2 La charge maximale traitée !Ci.C2' en mode de transfert de charge peut ainsi être rendue supé- rieure à celle correspondant au mode de réception de lumière. Toutefois dans ce cas, il découle clairement de la figure 4 que la tension de cadence ÈVH en mode de transfert de charge 2494043 est choisie pour qu'elle contienne les points d'intersection avec la caractéristique 1 de la zone de porte de commande de débordement et de la caractéristique 3 de la zone de porte de transfert en étant supérieure à la tension de porte cS I SH' Pour réduire la dépendance de la tension de porte du potentiel de la zone de porte de commande de déborde- ment par comparaison avec le potentiel de l'autre canal, on choisit une concentration dans le support (substrat) au voisi- nage de la zone en-dessous de la zone de la porte de commande de débordement, différente de la concentration de la zone adjacente de celle en-dessous de la zone de canal. Par exemple si la zone de canal est un canal de type enfoui, la concentra- tion dans le substrat en-dessous de la zone de porte de com- mande de débordement, est choisie à un niveau élevé. La figure 6 est un graphique des caractéristi- ques donnant la relation entre la tension de porte du potentiel dans la couche de semi-conducteur de type N pour une concentra- tion dans la couche de semi-conducteur N égale à 5 x 10 12cm-2 (dosage) sur la surface d'un substrat de silicium de type P une électrode de porte est formée sur ce substrat à travers une couche d'oxydation de porte avec une épaisseur d'environ No 1000 A; on fait varier la concentration en impuretés du sup- port en silicium de type T. Dans ces conditions, la valeur absolue est normalisée. Dans le graphique de la figure 6, les caracté- ristiques (I), (II), (III), (IV) représentent les cas de con- -2 12 -2 centrationsde substrat NA choisies 1 x 10 cm, 6 x 10 cm 1 x 1013 cm 2 et 3 x 1013cm 2 comme dosages d'impuretés res- pectives. Il découle clairement d graphique de la figure 6 qu'en choisissant de façon appropriée la concentration dans le support, on peut modifier la relation entre la tension de porte du potentiel de la couche semi-conductrice de type N. La figure 5 représente un exemple de capteur d'image en technique état solide selon l'invention, à composant CCD dans un système à transfert d'image dans lequel la partie image correspond à un canal de type enfoui. La figure 5 montre principalement la partie image. Dans cet exemple, on forme une zone semi-conductrice sur l'une des surfaces principales par exemple d'un support (substrat) 10 de silicium de type P cette zone semi-conductrice est la zone de canal 11 donnant un canal noyé de type N; pour subdiviser la zone de canal 11 suivant un ensemble de lignes verticales, on réalise des zones de porte de commande de débordement 12 de type N. Au voisinage de chaque zone de porte de commande de débordement 12 de type N, on réalise une zone de drain de débordement 13 de type N+ pour absorber la quantité de charges en excédent dans la zone de canal 11. Sur le support 10, on réalise une couche d'isola- tion de porte 14, d'épaisseur appropriée; cette.couche est par exemple en silice SiO2; une électrode de porte de trans- fert 15 par exemple en silicium polycristallin est réalisée sur la couche d'isolation de porte 14 pour permettre d'appliquer la tension de cadence de transfert appropriée en mode de trans- fert de charge. De plus dans l'exemple 5, uniquement sous les zones de porte de commande de débordement 12, on réalise des zones de fort.e concentration 16 de type P pour arriver à une forte concentration dans le support, en-dessous des zones de porte de commande de débordement 12. Selon l'exemple de l'invention, dans la réali- sation décrite ci-dessus, la concentration du support en-dessous des zones de porte de commande de débordement 12 est rendue supérieure à celle en-dessous de la zone de canal 11 de façon que comme représenté dans la graphique de la figure 4 par la caractéristique 1, on réduise la dépendance de la tension de porte du potentiel de la zone de porte de commande de déborde- ment 12 par comparaison avec celle de la zone de canal 11. Ainsi par exemple si la tension de porte en mode de réception de lumière est égale à O H et que la tension de cadence en mode de transfert de charge est égale à VH' la charge maximale traitée en mode de transfert de charge dépasse celle en mode de réception de lumière, ce qui permet de transférer totalement la charge normale de chaque élément image. On évite ainsi dans l'image reproduite les défauts des lignes verticales grises de l'art antérieur. La description ci-dessus a été faite dans le cas de l'invention appliquée à un capteur d'image en technique état solide à canal enfoui; toutefois, l'invention peut égale- ment s'appliquer à un capteur d'image en technique état solide à canal de surface, et donner-le même résultat. Comme indiqué ci-dessus, dans le cas de la pré- sente invention, la concentration dans le support en-dessous de la zone de la porte de commande de débordement est réglée pour réduire la dépendance de la tension de porte du potentiel de la zone de porte de commande de débordement, pour que la charge maximale traitée soit plus grande en mode de transfert de charge qu'en mode de réception de lumière. C'est pourquoi même s'il y a un élément image dont la charge maximale traitée est inférieure à celle des autres éléments image, les charges nor- males des autres éléments image peuvent être transférées com- plétement, ce-qui donne un capteur d'image en technique état solide ne présentant pas l'inconvénient des lignes verticales grises; ce capteur donne ainsi une image de grande qualité. 8 2494043 R E V'E N D I C A T I O N Capteur d'image en technique état solide dans lequel la même tension de porte est appliquée à travers une couche d'isolation de porte à une zone de canal et à une zone de porte de commande de débordement, chacune de ces zones étant réalisée sur un support semi-conducteur, capteur caractérisé en ce que la concentration dans le support au voisinage d'une zone en-dessous de la zone de la porte de commande de déborde- ment est différente de la concentration du support au voisinage de la zone en-dessous de la zone de canal, de façon à réduire la dépendance de la tension de porte du potentiel de la zone de porte de commande de débordement par comparaison avec celle de la zone de canal et en ce que la charge maximale traitée en mode de transfert de charge est rendue supérieure à la charge maximale traitée en mode de réception de lumière.