Brevet FR2538952A1 — publié le 19840706

La présente invention se rapporte à un système de formation d'une image du type à transfert de charge présentant une sensibilité accrue à la lumière, ainsi qu'à un procédé de fabrication de ce système. Des systèmes de formation d'images du type à transfert de charge, comme le dispositif à couplage de charge révélé dans le brevet US NO 4 362 575 au nom de L F Wallace du 7 Décembre 1982 et cédé à RCA Corporation, stockent une charge électrique générée par la lumière et transfèrent cette charge à un détecteur de charge pour la détection et la visualisation Le système comprend généralement un corps semi-conducteur d'un premier type de conductivité ayant un certain nombre de canaux sensiblement parallèles de transfert de charge d'un type de conductivité opposé s'étendant à une certaine distance dans le corps, à partir d'une première surface majeure de celui-ci Les canauxdi transfert de charge sont isolés les uns des autres par des arrêts qui forment des barrières de potentiel pour l'écoulement de la charge stockée entre des canaux adjacents Chaque arrêt se compose généralement d'une région qui s'étend sur une certaine distance dans le corps à partir de la première surface majeure entre deux canaux de transfert de charge, et qui est du même type de conductivité que le corps mais dont la concentration en modificateurs de conductivité est supérieure Un isolant diélectrique recouvre la première surface majeure et un certain nombre d'électrodes sensiblement parallèles recouvrent la couche diélectrique et s'étendent dans une direction transversale à la direction des canaux de transfert de charge. L'application d'une tension à la bonne polarité à une électrode particulière forcera la charge électrique produite par la lumière à s'accumuler dans des puits de potentiel dans les canaux de transfert de charge sous l'électrode L'application séquentielle de tensions à des électrodes successives sur un canal forcera la charge à être transférée au détecteur de charge. Si la quantité de charge produite dans une partie particulière du système est en excès de la quantité qui peut être stockée dans le puits de potentiel formé sous une électrode particulière, la charge en excès s'étend dans les puits adjacents de potentiel le long du canal de transfert de charge cetétalement de la charge provoque une augmentation de la dimension des parties plus claires d'une image et est connu comme l'efflorescence Une solution au problème de l'efflorescence consiste à réduire la concentration des modificateurs de conductivité dans les arrêts de canal et à former des drains d'ef- florescence dans les arrêts, d'une conductivité du type opposé à celui du corps semi-conducteur Le plus léger dopage des arrêts réduit la hauteur de la barrière de potentiel entre les puits de potentiel dans les canaux et les drains d'efflorescence, donc la charge en excès s'écoule de préférence sur la barrière et dans les drains d'efflorescence plutôt que sur les barrières plus élevées le long des canaux de transfert de charge Les drains réduisent de façon importante l'efflorescence mais au prix de la réduction de la sensibilité à la lumière du système, car une partie de la charge produite dans le corps semi-conducteur, plutôt que de s'écouler vers les puits de potentiel dans les canaux, s'écoule directement dans les drains et est perdue Ainsi, il serait souhaitable d'avoir un système de formation d'une image ayant un contrôle de l'efflorescence sans la perte correspondante de sensibilité. La présente invention concerne un système de formation d'une image du type à transfert de charge ayant une forte sensibilité à la lumière incidente, ou l'amélio- ration comprend des régions de barrière noyées ou enfouies pour empêcher l'écoulement direct de la charge photo- générée dans un drain d'efflorescence Lesrégions de barrière enfouies sont du même type de conductivité que le corps semi-conducteur, mais contiennent une plus forte concentration de modificateurs de conductivité, et s'étendent sur une plus grande distance dans le corps, à partir des arrêts de canal ayant un drain d'efflores- cence La concentration des modificateurs de conductivité est suffisante pour former une barrière de potentiel à l'écoulement direct de la charge, générée dans la masse du semi-conducteur, dans les drains d'efflorescence, pour augmenter ainsi le rendement quantique du système. La présente invention concerne également un procédé de formation d'un système ayant un plus fort rendement quantique, o l'amélioration consiste à former des régions de barrière enfouies contenant une plus forte concentration de modificateurs du même type de conducti- vité que ceux contenus dans le corps et s'étendant sur une plus grande distance dans le corps semi-conducteur sous les drains d'efflorescence. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective arrachée d'une partie d'un système de formation d'une image o est incorporée la présente invention; et les figures 2 et 3 sont des vues en coupe transversale de parties de deux modes de réalisation différents du système de formation d'une image selon l'invention. La figure 1 montre une partie d'un système 10 de formation d'une image du type à couplage de charge Le système 10 comprend un corps semi-conducteur 12 ayant respectivement des première et seconde surfaces majeures 14 et 16 Le corps semi-conducteur 12 se compose d'un matériau semi-conducteur, comme du silicium, d'un premier type de conductivité Un certain nombre de canaux sensiblement parallèles 20 de transfert de charge d'un type opposé de conductivité s'étendent sur une certaine distance dans le corps 12, à partir de la première surface majeure 14 Des arrêts de canal 22 s'étendent sur une certaine distance dans le corps 12, à partir de la surface 14, entre les canaux 20 de transfert de charge Les arrêts 22 comprennent des régions de barrière de canaux 24, chacune ayant un drain d'efflorescence 26 s'étendant sur une certaine distance à partir de la surface majeure 14 Les régions 24 contiennent une plus forte concentration des modificateurs du premier type de conductivité que le corps 12, et ont une concentration nette en un léger excès des modificateurs du premier ou du second type de conductivité Les drains d'efflorescence 26 contiennent une concentration considérablement plus importante de modificateurs de conductivité du second type que les canaux 20 Les régions de barrière enfouies 28 s'étendent sur une plus grande distance dans le corps 12 en dessous des drains d'efflorescence 26 et contiennent une plus forte concentration des modificateurs de conductivité du premier type que le corps 12 ou bien les régions de barrière de canal 24 Une région de barrière de canal 30 de surface arrière s'étend sur une distance dans le corps 12 à partir de la seconde surface majeure 16, et elle contient une bien plus forte concentration des modificateurs du premier type de conductivité que ne le fait le corps 12, et elle a typiquement moins de 100 nm d'épaisseur. Une couche électriquement isolante 32, typiquement un bioxyde de silicium tiré thermiquement (oxyde de canal)2 recouvre la première surface majeure 14 du corps 12. Un certain nombre d'électrodes de canal 34, qui sont sensiblement perpendiculaires aux canaux de transfert de charge 20, recouvrent la couche électriquement isolante 32. Les électrodes 34 sont espacées les unes des autres par des isolants 36 entre électrodes. La figure 1 montre un agencement triphasé pour le transfert de charge, o une électrode de canal 34 sur trois est connectéeau même signal de tension On comprendra que l'invention peut également s'appliquer à tout autre agencement pour le transfert d'une charge photogénérée, comme un système de transfert diphasé, qui comprend un drain d'efflorescence pour contrôler l'excès de charge. On a découvert que l'écoulement d'une charge électrique photogénérée directement vers les drains d'efflorescence 28 provoquait une réduction sensible de la quantité de la charge s'écoulant dans les puits de potentiel des canaux 20 de transfert de charge, réduisant ainsi le rendement quantique du système photodétecteur 10. Les régions de barrière enfouies 28 forment une barrière de potentiel à l'écoulement de la charge photogénérée directement dans les drains d'efflorescence, forçant ainsi cette charge à s'écouler dans les canaux 20 d'o on peut la détecter La présence des régions de barrière enfouies 28 a pour résultat une amélioration qui est à peu près le double de l'efficacité quantique La présence des régions 28 n'empêchent pas l'écoulement de la charge en excès d'un canal 20 vers un drain d'efflorescence 26 et par conséquent le contrôle de l'efflorescence est préservé. Sur les figures restantes, l'identification des éléments communs à ces figures et à la figure 1 est la même. Le système photodétecteur 50 de la figure 2 diffère du système 10 de la figure 1 par le fait que les régions de barrière enfouies 52 s'étendent sur une plus grande distance dans le corps à partir des arrêts de canal 22, sur toute la largeur de ces arrêts 22. Dans un système photodétecteur sans les régions 28, il est souhaitable que les drains d'efflorescence 26 soient placés dans les arrêts 22 des deux côtés d'un canal 20 de transfert de charge de façon que la perte de charge par écoulement direct vers les drains 26 soit symétrique. Comme la présence d'une région 28 adjacente à un drain d'efflorescence 26 empêche cette perte de charge, la nécessité de drains symétriques d'efflorescence 26 autour d'un canal 20 est éliminée Ainsi, des canaux adjacents 20 peuvent partager un drain commun d'efflorescence 26, les drains 26 pour un canal 20 sur deux étant éliminés Cela doit avoir pour résultat une augmentation du rendement de fabrication de dispositifs utilisables car il y a grossièrement élimination de la moitié des drains d'efflorescence 26 Ce principe est illustré sur la figure 3 o le système photodétecteur 60 diffère du système 50 de la figure 2 par le fait qu'un arrêt sur deux 22 est remplacé par des arrêts 62 qui ne comprennent que les régions de barrière de canal 24 des arrêts 22. Les arrêts de canal 62 sont des régions qui s'étendent sur une certaine distance dans le corps 12 à partir de la première surface majeure 14 entre les canaux de transfert de charge 20 et qui contiennent une plus forte concentration des modificateurs du premier type deconduc- tivité que le corps 12, et contiennent une concentration en un léger excès des modificateurs de conductivité de chaque type Seuls les arrêts 22 ayant des drains d'efflorescence 26 nécessitent la présence d'une région de barrière enfouie 52. Le substrat 12 est typiquement de conductivité du type P et il contient une concentration de modifica- teurs de conductivité du type P non compensé entre environ 1,0 et 15 x 1014/cm 3 ce qui correspondirespecti- vement, à une résistivité de masse entre environ 150 et ohm-cm Les canaux 20 sont d'une conductivité du type N et il contiennent une concentration de modificateurs de conductivité du type N non compensé entre environ 1 et x 1016/cm 3 Les drains d'efflorescence 26 sont d'une conductivité du type N+ et ils contiennent typiquement une concentration de modificateurs de conductivité du type N+ non compensé entre 1018 et 1021/cm 3 Les régions 24 de barrière contiennent typiquement entre environ 1 et 5 x 1016/cm 3 modificateurs de conductivité du type P Les régions 24 de barrière de canal contiennent également typiquement des modificateurs de conductivité du type N à peu près à la même concentration que les canaux 20, car l'implant ou la diffusion du type N utilisé pour former les canaux 20 se fait uniformément sur toute la surface des canaux 20 et des arrêts 22. Cela a pour résultat une partie conductrice légèrement du type N dans les régions de barrière de canal 24 à proximité de la surface majeure 14 du corps 12 La concentration des modificateurs de conductivité dans les régions 24 doit être telle que la grandeur de la barrière de potentiel entre le canal 20 et le drain d'efflorescence 26 force l'excès de charge à s'écouler préférentiellement dans le drain d'efflorescence 26 plutôt que le long du canal 20. Les régions de barrière enfouies 28 contiennent -typiquement entre environ 5 et 500 fois plus, de préférence environ 100 fois plus de concentration de modificateurs de conductivité du type P que le corps 12 De préférence, la concentration des modificateurs de conductivité du type P est supérieure à 2,5 x 1017/cm 3 La concentration des modificateurs de conductivité dans les régions 28 doit être suffisante pour former une barrière, à l'écoule- ment de la charge, directement du corps 12 aux drains d'efflorescence 26 La concentration doit également être suffisamment importante pour empêcher la région d'appau- vrissement produite par application d'une tension de polarisation aux drains d'efflorescence 26 d'atteindre, en traversant la région de barrière enfouie 28, le corps 12 Les systèmes de formation d'images 10 selon l'invention peuvent être fabriqués en utilisant les techniques d'auto-alignement révélées dans le brevet US NI 4 362 575 au nom de L F Wallace du 7 Décembre 1982 et cédé à RCA Corporation, ci-dessus indiqué Un oxyde thermique ayant environ 500 nm d'épaisseur-est tiré sur un substrat 12 en silicium du type P ayant une résistivité entre environ 10 et 150 ohm-cm L'oxyde thermique est couvert d'une couche d'un vernis photosensible et le motif du drain d'efflorescence y est défini Le vernis photosensible et l'oxyde thermique sont alors retirés dans les zones définies, et le silicium est dopé à travers les ouvertures dans l'oxyde par implantation d'ions d'arsenic à une dose de 3,6 x 1014/cm 2 à une énergie du faisceau de 200 ke V pour former les drains d'efflorescence 26 Le corps en silicium 12 est alors soumis à une implan- tation "profonde" de bore à une dose de 7 x 1012/cm 2 à 400 ke V pour former les régions de barrière enfouies 28. Les ouvertures dans l'oxyde sont alors agrandies en attaquant l'oxyde sous le vernis photosensible sur environ 3 M de chaque côté de l'ouverture d'origine. Le vernis photosensible est alors retiré et une implanta- tion "peu profonde" de bore à une dose de 7 x 10 I/cm 2 à 100 ke V est effectuée A ce point du procédé, le corps semi-conducteur 12 du type P contient les drains d'efflorescence 26 du type N+ fortement dopés qui s'étendent sur une certaine distance dans le corps 12 d'environ 150 nm et qui sont entourés d'une région 24 du type P modérément dopée qui s'étend sur environ 330 nm dans le corps à partir de la surface 14 et environ 3,e latéralement le long de la surface 14 à partir des drains d'efflorescence 26 du type N+ Les régions 28, formées - par une implantation "profonde" de bore, s'étendent sur une plus ample distance d'environ 1 000 nm dans le corps 12 à partir des régions 24 de barrière de canal du type P modérément dopées et contiennent une concentration des accepteurs qui est environ dix fois supérieure à celle des régions 24 de barrière de canal modérément dopées. Quand les implantations d'arsenic et de bore ont été accomplies, l'oxyde thermique est retiré de la surface 14, un oxyde couvrant est formé sur toute la surface 14 et du phosphore est implanté à une dose de 2,0 x 1012/cm 2 à 175 ke V dans la zone des canaux de transfert de charge 20 et des arrêts 22 pour former les canaux 20 Cette implantation, comme le phosphore est également implanté dans les régions de barrière 24 des arrêts 22, compense cette région 24, la laissant légère- ment conductrice du type P ou N-. Quand cette étape est accomplie, des étapes supplémentaires de traitement, bien connues dans la pratique, sont effectuées pour fabriquer le restant du système 10 comprenant la couche électriquement isolante 32 et les électrodes de canal 34. Le système 50 de la figure 2 est fabriqué en accomplissant l'implantation "profonde" de bore après avoir agrandi les ouvertures dans la couche d'oxyde et soit avant, après ou pendant l'implantation "peu profonde" de bore Le système 60 de la figure 3 peut être fabriqué en formant les arrêts de canal 62 après avoir accompli les implantations d'arsenic et "profonde" de bore. Tandis que le procédé de fabrication a été décrit en termes de modificateurs de conductivité d'un type particulier, on comprendra que d'autres éléments qui ont le même effet peuvent être utilisés On comprendra également que les types de conductivité des régions différentes peuvent être inversés tant que la relation des types de conductivité du corps et des régions différentes est maintenue. R E V E N D I C A T I O N S 1. Système de formation d'une image du type à transfert de charge comprenant un corps semi-conducteur d'un premier type de conductivité ayant des première et seconde surfaces majeures et comprenant un certain nombre de canaux sensiblement parallèles de transfert de charge comprenant des régions d'un second type de conductivité s'étendant sur une certaine distance dans le corps à partir de la première surface majeure et des arrêts de canal comprenant des régions de barrière de canal qui s'étendent sur une certaine distance dans ledit corps, à partir de la première surface majeure entre les canaux de transfert de charge, au moins certains desdits arrêts de canal contenant des drains d'efflorescence comprenant des régions de conductivité du second type s'étendant sur une certaine distance à partir de la première surface majeure dans lesdites régions de barrière de canal, caractérisé en ce que: des régions de barrière enfouies ( 28) s'étendent sur une plus grande distance dans le corps ( 12) à partir des drains d'efflorescence ( 26) pour empêcher l'écoulement direct de la charge photogénérée dans lesdits drains d'efflorescence, lesdites régions de barrière enfouies contenant une plus forte concentration des modificateurs de conductivité du premier type que les arrêts de canal ( 22). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque arrêt de canal contient un drain d'ef- florescence. 3 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que des canaux adjacents de transfert de charge partagent un arrêt commun de canal contenant un drain d'efflorescence. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps semi-conducteur ( 12) est de conductivité du type P, les canaux de transfert de charge et les drains d'efflorescence ( 26) sont de conductivité du type N et les arrêts de canal ( 22) et les régions de barrière enfouies 5 ( 28) sont de conductivité du type P. 5 Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les arrêts de canal ayant les drains d'efflores- cence ont une partie de conductivité du type N qui est disposée adjacente à la première surface majeure. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de barrière enfouies s'étendent sur une certaine distance dans le corps à partir de la partie des arrêts de canal en dessous des drains d'efflorescence. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de barrière enfouies s'étendent sur une plus grande distance dans le corps à partir des arrêts de canal sur toute la largeur desdits arrêts. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de barrière enfouies contiennent une concentration en excès de modificateurs de conducti- vité du type P, entre environ 5 et 50 fois plus que la concentration en excès des modificateurs de conductivité du type P dans les arrêts de canal. 9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de barrière enfouies contiennent une concentration en excès de modificateurs de conducti- vité du type P qui se trouve entre environ 5 et 500 fois la concentration en excès de modificateurs de conductivité du type P dans le corps. 10. Procédé de fabrication d'un système de formation d'une image dans un corps semi-conducteur d'un premier type de conductivité qui a une surface majeure, comprenant les étapes de former des drains espacés d'efflorescence qui s'étendent sur une certaine distance dans ledit corps à partir de la surface majeure et comprenant des régions d'un second type de conductivité, de former des arrêts de-canal autour des drains d'efflo- rescence comprenant des régions de barrière de canal s'étendant sur une certaine distance dans ledit corps à partir de la surface majeure et de former des canaux de transfert de charge s'étendant sur une certaine distance dans ledit corps à partir de la surface majeure comprenant des régions du second type de conductivité, avec au moins un arrêt de canal ayant un drain d'efflo- rescence à proximité de chaque canal, caractérisé en ce que: après l'étape de former les drains d'efflorescence, des régions de barrière enfouies sont formées pour s'étendre sur une plus grande distance dans le corps à partir des arrêts de canal contenant les drains d'efflorescence. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce-que l'étape de former des régions de barrière enfouies est accomplie après l'étape de former les arrêts de canal. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de former les régions de barrière enfouies est accomplie en même temps que l'étape de formation des arrêts de canal. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les étapes de former les arrêts de canal et les régions de barrière enfouies sont accomplies par implantation d'ions de modificateurs du même type de conductivité. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le nombre de modificateurs du premier type de conductivité implantés pour former les régions de barrière enfouies est compris entre environ 5 et 500 fois le nombre de modificateurs de conductivité du premier type dans le corps.