Brevet FR2529390A1 — publié le 19831230

DISPOSITIF ANTI-EBLOUISSEMENT POUR DISPOSITIF PHOTOSENSIBLE A TRANSFERT DE CHARGE La présente invention concerne un dispositif anti-ébloui# sement pour dispositif photosensible à transfert de charge. Des dispositifs photosensibles utilisant le transfert de charge sont décrits, par exemple, dans le livre de C.H SEQUIN et M.F. TOMPSETT intitulé "charge transfer devi~s" pages 142 à 190. Parmi ces dispositifs photosensibles, on distingue les dispositifs linéaires qui comportent en général une seule rangée ou "barrette" d'éléments photosensibles et les dispositifs surfaciques tels que, en particulier, les dispositifs à transfert de ligne ou à transfert de trame qui sont constitués par des ensembles de canaux de transfert des charges parallèles. Ces dispositifs photosensibles sont utilisés en principe pour stocker et transférer des charges fonctions du rayonnement lumineux à analyser. Or l'un des inconvénients des dispositifs de ce type réside dans leur mauvaise résistanoe à l'éblouissement. Ainsi, lorsqu'une zone photosensible du dispositif est surexposée à la lumière, la quantité de charges injectées dans cette zone est supérieure à la quantité de charges susceptible d'être emmagasinée dans le puit de potentiel formé à cet endroit, il en résulte que les charges en excès sont amenées à diffuser dans toute la longueur du canal de transfert et peuvent même déborder latéralement dans le substrat vers les canaux voisins. Pour remédier à cet inconvénient, il est connu d'utiliser des dispositifs d'évacuation des charges en excès ou dispositifs antiéblouissement dans lesquels en cas de surexposition, les charges en excès sont évacuées vers une zone diffusée du type opposé à celui du substrat ou diode, parallèle aux canaux. De tels dispositifs sont décrits, en particulier, dans l'ouvrage mentionné ci-dessus, pages 178 à 183 ainsi que dans l'article de Kosonocky et al "R.C.A review" Vol. 35, Mars 1974, pages 3 à 24. Ces dispositifs anti-éblouissement sont en général classés en deux catégories, à savoir: - les dispositifs anti-éblouissement "statiques" dans lesquels l'évacuation des charges en excès est contrôlée par une grille d'évacuation différente des grilles de transfert du dispositif photosensible avec comme résultat que la barrière de potentiel séparant le canal de transfert de la diode collectrice des charges en excès peut être ajustée séparement des autres zones de potentiel, et - les dispositifs anti-éblouissement "dynamiques" dans lesquels les grilles de transfert contrôlent l'évacuation des charges en surplus avec comme résultat la variation simultanément avec les potentiels des zones d'intégration et de transfert, des potentiels de la barrière de potentiel séparant le canal de transfet de la diode collectrice des charges en excès. Parmi les dispositifs "dynamiques" qui présentent l'avantage sur les dispositifs "statiques" d'éviter l'emploi d'une grille supplémentaire, une des solutions consiste à réaliser un dispositif antiéblouissement dans lequel les diodes collectrices qui sont séparées des canaux de transfert par une barrière de potentiel formée par un isolant épais ou une diffusion du même type que le substrat, sont reliées directement aux grilles de transfert qui controlent les profils des potentiels dans le substrat. Dans ce dispositif, la diode est entourée dans toutes les directions d'une barrière de potentiel de même nature dont le potentiel est fonction du potentiel appliqué sur les grilles de transfert mais aussi de la largeur de ladite barrière.Or des expériences ont démontré que le profil du potentiel sous une barrière de potentiel de faible largeur est aussi modifié par la proximité d'un potentiel plus élevé. Il en résulte que, comme cela sera expliqué plus en détail ci-après avec référence aux dessins, lorsque la grille de transfert polarisant la diode collectrice se trouve à un niveau bas et que la grille adjacente dans la direction du transfert est à un niveau haut, la barrière de potentiel contiguë à la diode dans le sens du transfert est moins importante que la barrière de potentiel séparant la diode du canal de transfert. Or la diode étant polarisée à l'état bas, des charges peuvent être injectées depuis la diode vers le puit de potentiel situé dans le canal- de transfert sous la grille se trouvant au niveau haut.Il est donc nécessaire pour limiter ce phénomène de prévoir une barrière de potentiel dans le sens du transfert plus large que la barrière de potentiel séparant la diode du canal de transfert. Les circuits utilisant de tels dispositifs anti-éblouissement présentent donc un certain encombrement qu'il est difficile de réduire. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant un dispositif anti-éblouissement pour disco sitif photosensible à transfert de charge qui permet une grande densité d'intégration du fait de son encombrement réduit. La présente invention a pour objet un dispositif à transfert de charge comprenant au moins un canal de transfert constitué -de condensateurs M.I.S ou similaire à couplage de charge, comportant au moins une zone d'évacuation des charges en excès constituée par une diode polarisée en inverse, ladite zone étant contiguë et parallèle au canal de transfert considéré avec, entre chaque zone d'évacuation et au moins un des canaux de transfert contigu, une zone assurant une variation du potentiel de surface dont le -potentiel varie avec la tension appliquée sur la grille de transfert du condensateur adjacent caractérisé en ce que chaque zone d'évacuation et la zone assurant une variation du potentiel de surface correspondante sont limitées, au moins dans la direction du transfert, par une zone isolante telle que le potentiel dans le substrat sous omette zone soit nul et invariable en fonction des tensions appliquées sur les grilles de transfert des condensateurs. Les dites zones isolantes peuvent être réalisées de diverses manières. En particulier, elles peuvent être réalisées par une diffusion d'impuretés du même type que celle du substrat à forte concentration, par un dépôt d'isolant tel que Si 2 ou par une croissance d'oxyde à partir du substrat. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans -lesquels: - la figure la est une vue en plan d'un dispositif anti éblbuissement selon l'art antérieur et la figure lb en est une vue en coupe par A-A. - les figures 2a, 2b et 2c sont des schémas représentant le fonctionnement du dispositif de la figure 1 respectivemen#t selon A; A, OB et C-C. - la figure 3 est une vue en plan d'un dispositif anti-éblouis- sement conforme à la présente invention. - les figures 4a et 4b sont des vues en coupe par D-D et E-E de figure 3. les figures Sa et 5b sont des schémas représentant le fonction nement du dispositif de figure 3. - les figures 6a à 6e sont des schémas représentant les différentes étapes de fabrication du dispositif de figure 3. - la figure 7 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation d'un dispositif anti-éblouissement conforme à la présente invention. Dans les dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments mais pour des raisons de clarté les cotes et proportions ne sont pas respectées. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif anti-éblouissement pour dispositif photosensible à transfert de charge de l'art antérieur Le dispositif de l'art antérieur est constitué, comme cela est classique pour les dispositifs à transfert de charge du type C.C.D par un substrat semi-conducteur 1 tel que du silicium de type P par exemple, recouvert d'une couche d'isolant 2 réalisée, par exemple en oxyde de silicium. Dans les figures la et lb qui sont des vues partielles d'un dispositif photosensible surfacique, on a représenté deux canaux de transfert S4 sensiblement parallèles, dans lesquels des charges électriques sont susceptibles d'être transférées longitudinalement dans le sens de la flèche F. Le dispositif comporte aussi des grilles (seulement deux grilles G1 et G2 ont été représentées dans un but de clarté) déposées sur la couche d'isolant 2 sensiblement perpendiculairement à la direction du transfert, l'ensemble grillecouche d'isolant-substrat dans les canaux 3 et 4 réalisant les condensateurs M.LS du C.C.D. Le dispositif antiéblouissement est constitué de diodes D1 entourées d'une barrière de potentiel 5 réalisée par une surépaisseur de la couche d'isolant recouverte par les grilles G1, G2. Dans le mode de réalisation représenté, les diodes D1 sont obtenues en découpant dans la couche d'oxyde 2 des fenêtres par lesquelles les grilles G1 réalisées en silicium polycristallin fortement dopé sont appliquées directement sur la surface du semi-conducteur 1.De ce fait, des particules de dopage diffusent dans le corps semi-conducteur de sorte que l'on obtient dans ce corps une zone de dopage opposée qui est en contact par toute sa surface avec la grille G1. Les diodes D1 pourraient aussi être réalisées de manière plus classique par sur dopage du substrat. Dans ce dispositif de l'art antérieur, les diodes D1 sont prévues uniquement sous les grilles G1 et sont entourées dans toutes les directions d'une barrière de potentiel de même nature. On expliquera maintenant les inconvénients du dispositif antiéblouissement de l'art antérieur avec référence aux figures 2a à 2c. Dans un dispositif à transfert de charge tel que celui décrit cidessus, le transfert des charges d'un condensateur à l'autre est obtenu en appliquant sur les grilles des potentiels de période T et dont l'amplitude varie entre un niveau haut et un niveau bas, lesdits. potentiels étant identiques mais déphasés les uns par rapport aux autres en fonction de la structure de commande. D'autre part, le dispositif anti-éblouissement décrit ci-dessus est un dispositif du type dynamique. De ce fait, les diodes D1 seront polarisées respectivement à un niveau haut et à un niveau bas en fonction du potentiel 21 appliqué sur la grille G1. De même, le potentiel de la barrière de potentiel 5 varie en fonction du potentiel 21 pour la partie commandée par la grille G1 et en fonction du potentiel 22 pour la partie commandée par la grille G2.D'autre part, les expériences effectuées sur des dispositifs anti-éblouissement de ce type ont montré que, dans le cas où la largeur d2 de la barrière de potentiel 5 dans le sens du transfert est petite, à savoir inférieure ou égale à la largeur dl de la barrière entre la diode Dl et le canal de transfert adjacent 3 ou 4, le profil du potentiel sous la barrière de potentiel est modifié par la proximité d'un potentiel plus élevé. En conséquence, dans le dispositif ci-dessus lorsque le potentiel @1 est au niveau bas et le potentiel Q12 est au niveau haut, on obtient les profils des potentiels de surface représentés dans les figures 2a à 2c. La figure 2a représente plus particulièrement les potentiels selon la coupe A-A, avec @1 le potentiel de la grille G1 et 1 le potentiel de la barrière S, les différents potentiels ainsi que la diode D1 étant au niveau bas. La figure 2b représente les potentiels-selon la coupe B-B avec QI, le potentiel de la grille G2 et @'2 le potentiel de la barrière 5, le différents potentiels étant au niveau haut.La figure 2c représente les potentiels selon la coupe C-C à savoir dans la direction du transfert avec QT et Qat1, le potentiel ( > '1 étant légèrement plus haut que le potentiel ##, bien que les largeurs dl et d2 de la barrière de potentiel 5 soient égales, du fait de la proximité d'un potentiel à un niveau haut sous G2. Il en résulte que la diode D1 étant polarisée au niveau bas, des charges peuvent être injectées depuis la diode vers le puit de potentiel situé dans les canaux de transfert 3 ou 4 sous la grille G2. On décrira maintenant avec référence aux figures 3 à 7 divers modes de réalisation d'un dispositif anti-éblouissement pour dispo sitif photosensible à transfert de charge conforme à la présente invention. Le dispositif photosensible à transfert de charge est constitué de manière connue par un substrat 10 généralement en silicium, de type P par exemple, recouvert d'une couche isolante 11 réalisée de préférence en oxyde de silicium.Dans les figures on a représenté un dispositif photosensible surfacique comprenant plusieurs canaux de transfert C parallèles les uns aux autres mais il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut aussi s'appliquer à un dispositif photosensible à un seul canal ou "barrette". Le dispositif comporte aussi des grilles G et G' déposées sur la couche isolante 11 sensiblement perpendiculairement à la direction du transfert F. D'autre part, sur les figures 4 et 7, on a représenté à titre d'exemple un canal où le transfert des charges se fait en volume. Dans ce cas, une diffusion d'impuretés 12, de type opposé à celui du substrat, occupe toute la largeur du canal C. Entre deux canaux de transfert de charge est prévu un dispositif antiéblouissement conforme à la présente invention.Ce dispositif du type dynamique est constitué par une diode D polarisée en inverse avec entre la diode D et le canal de transfert considéré une zone 13 assurant une diminution du potentiel de surface dont le potentiel varie en fonction du potentiel appliqué sur la grille G. La diode D est formée par une zone diffusée de type opposé à celui du substrat, réalisée comme représenté à la figure 4a, en pratiquant une fenêtre dans la couche isolante 11 et en dopant le substrat avec des impuretés de type opposé à celui du substrat. Toutefois comme mentionné pour le dispositif de l'art antérieur, la diode pourrait être réalisée en utilisant d'autres procédés connus de l'homme de l'art. D'autre part, la zone 13 est réalisée dans le mode de réalisation de la figure 4a en séparant la zone 12 et la diode D par le substrat Toutefois, dans le cas d'un dispositif photosensible à transfert de charge sans canal enterré, la zone 13 est réalisée par dopage controlé d'impuretés de même type que le substrat. Conformément à la présente invention, la diode D et la zone 13 sont entourées de tous côtés à l'exception de celui contigu au canal de transfert C, par une zone isolante 14 telle que le potentiel dans le substrat sous cette zone soit nul et invariable en fonction des tensions appliquées sur les grilles G et G'. Cette zone 14 est réalisée, comme représenté à la figure 4, en utilisant la technologie LOCOS, par une croissance d'oxyde de silicium à partir du substrat. Toutefois, cette zone isolante 14 peut être réalisée par une diffusion d'impuretés du même type que celles du substrat avec une concentration d'impuretés supérieure à 1 19 Atomes/cm3 ou bien par un dépôt d'isolant tel que de l'oxyde de silicium sous une épaisseur de Ijani environ. Les figures Sa et Sb représentent les profils des potentiels de surface selon respectivement les coupes D-D et E-E. La figure Sa représente le cas où le potentiel OI sous la grille G est à un niveau bas, puis à un niveau haut avec dans ce cas, s'il y a suréclairement, évacuation des charges en excès vers le puit de potentiel formé par la diode D polarisée à un niveau haut. La figure 5b représente le cas où le potentiel CF sous la grille G' est à un niveau bas. Comme on le voit clairement sur ces schémas, quelque soit le niveau des potentiels OI et , le potentiel sous la zone 14 est nul et ne varie pas. En conséquence, quelque soit la largeur de cette zone, les charges ne peuvent pas diffuser de la diode vers le puit de potentiel créé sous la grille G'.Ainsi, la largeur de la zone 14 peut être aussi faible que possible, les seules contraintes étant d'ordre techno logique comme expliqué ci-après. Toutefois, la seule condition pour que l'anti-éblouissement soit efficace avec une telle structure est que l'état haut de la zone 13 soit supér#ieur à l'état bas de la zone de transfert afin que les charges en excès aillent de préférence vers la diode collectrice au lieu de déborder dans le sens du transfert vers les autres puits de potentiel. On expliquera maintenant avec référence aux figures 6a à 6c, les différentes étapes à mettre en oeuvre pour obtenir un autre mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Il est évident pour l'homme de l'art que ceci ne constitue qu'un exemple de - réalisation supplémentaire et que le dispositif antiéblouissement de la présente invention peut être réalisé de bien d'autres manières. Comme représenté sur la figure 6a, on réalise sur le substrat 20 en silicium de type P une double couche isolante constituée d'oxyde de silicium 21 et de nitrure de silicium 22. La plaquette ainsi obtenue étant recouverte d'une laque photosensible, on réalise par photolitogravure, la gravure des zones isolantes 23. On élimine alors le nitrure de silicium se trouvant dans les zones 23 et on effectue dans ces zones l'implantation d'impuretés de type P suivie d'une oxydation localisée du s#ilicium puis on élimine la résine restante. A ce moment, la plaquette se trouve dans ltétat représenté à l#a figure 6b. On réalise ensuite les zones 24 destinées à former les diodes. Une couche de laque photosensible est à nouveau appliquée sur la plaquette et on délimite par photolithogravure les zones 24. Les zones sont auto alignées sur trois cotés sur les zones 23. Ensuite, on attaque dans ces zones, le nitrure de silicium et l'oxyde de silicium pour mettre le substrat à nu, comme représenté à la figure 6c une fois la laque éliminé Ensuite, à l'aide d'un troisième masque, on réalise par photo lithogravure la délimitation du canal de transfert 25 qui est auto aligné sur les zones 23 sauf en regard de la zone 24 et on effectue le dopage en impuretés N à faible concentration pour réaliser le canal enterré comme représenté à la figure 6e. On effectue alors sur toute la surface de la plaquette le dépôt et le dopage N d'une couche de silicium polycristallin. Ensuite, on réalise par photolithogravure le réseau des grilles de transfert 26 pour obtenir le dispositif de la figure 6e. En fait, les traitements thermiques effectués pour doper le silicium polycristallin permettent aux impuretés N de traverser la couche polycristalline et de former la diode 27 dans le substrat 20. La figure 7 dans laquelle, on a utilisé les mêmes références que dans le figure 3 représente un dispositif anti-éblouissement commun à deux canaux de transfert C et C'. Dans ce cas, la zone 13 est prévue de chaque côté de la diode fl entre celles et les canaux C et C'. Les diodes D sont disposées de préférence en quinconce toutes les deux grilles. Cette disposition permet d'atténuer les effets de moirage en désalignant les centres de gravité de sensibilité photonique des sites d'intégration. L'avantage principal du dispositif de la présente invention réside, comme mentionné ci-dessus, dans le fait qu'il autorise une densité d'intégration plus importante qu'avec les dispositifs de l'art antérieur. En effet, en partant de possibilité technologiques égales, si nous supposons que la gravure des traits représente XJlm et que le dépositionnement représente YJim, avec le dispositif représenté à la figure 1, si les zone constituant la diode et la barrière de potentiel sont égales à X, la largeur de la grille devra être supérieure à 3 X + 2 Y. Or selon la présente invention, cette largeur doit être supérieure à X + 2 Y. Le pas de répétition des photosites est donc considérablement réduit. Comme mentionné ci-dessus1 l'invention concerne un dispositif anti-éblouissement pour #dispositifs photosensibles à transfert de charge surfaciques, notamment matriciels organisés en transfert de trame ou en transfert interligne mais il peut s'appliquer également aux dispositifs à transfert de charge linéaires. D'autre part l'invention s'applique aux dispositifs à transfert de charge utilisant un transfert du type trois phases ou quatre phases et plus particulièrement utilisant le transfert en canal enterré. L'invention a été décrite en utilisant un substrat au silicium de type P, mais il est évident pour l'homme de Part qu'elle ne se limite pas à ce type de substrat ni à ce type d'impuretés. Toutefois, dans le cas d'un substrat de type N, les signes dr'scharges et des potentiels seront inversés par rapport au substrat de type P décrit ci-dessus et dans ce cas la zone 13 assurera un accroissement du potentiel de surface. REVENDICATIONS 1. Un dispositif anti-éblouissement pour dispositif photosensible à transfert de charge comprenant au moins un canal de transfert (C) constitué de condensateurs M.I.S ou similaires à couplage de charge, comportant au moins une zone d'évacuation des charges en excès constituée par une diode (D) polarisée en inverse, ladite zone étant contiguë et parallèle au canal de transfert considéré avec, entre chaque zone d'évacuation et au moins un des canaux de transfert considérés, une zone (13) assurant une variation du potentiel de surface dont le potentiel varie avec la tension appliquée sur la grille de transfert (G) du condensateur adjacent, caractérisé en ce que chaque zone d'évacuation (D) et la zone -(13:: assurant une variation du potentiel de surface correspondante sont limitées, au moins dans la direction du transfert, par une zone isolante (14) telle que le potentiel dans le substrat sous cette zone soit nul et invariable en fonction des tensions appliquées sur les grilles de transfert (G, G') des condensateurs. 2. Un dispositif anti-éblouissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation du potentiel de surface est une diminution dudit potentiel dans le cas d'un substrat de type P et un accroissement du potentiel dans le cas d'un substrat de type N. 3. Un dispositif anti-éblouissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone isolante est constituée par une diffusion d'impuretés du même type que celles du substrat à forte concentration. 4. Un dispositif anti-éblouissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la concentration en impuretés est supérieure à 1019 atom es/cm3 5. Un dispositif anti-éblouissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone isolante est constituée par un dépôt d'isolant tel que Si 02. 6. Un dispositif anti-éblouissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur du dépôt est d'environ 1clam. 7. Un dispositif anti-éblouissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone isolante est constituée par une croissance d'oxyde à partir du substrat. 8. Un dispositif anti-éblouissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le dispositif antiéblouissement est commun à deux canaux de transfert de charge contigus. 9. Un dispositif anti-éblouissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif anti-éblouissement est disposé en quinconce toutes les deux grilles.