Brevet FR2606553A1 — publié le 19880513

La *résente invention concerne de façon générale les dispositifs dz transfert de charge et, plus spécialement, un dispositif à couplage de charge qui peut, de manière appropriée, être utilisé par exemple dans un dispositif de formation d'image du type état solide. Un dispositif de transfert de charge classique est un dispositif à couplage de charge (CCD) . Un tel dispositif est représenté sur les figures 1 et 2, qui montre une partie principale de celui-ci. Sur ces figures, le numéro de référence I désigne un substrat de silicium de type P qui est doté d'une section d'entrée (non représentée), d'une section de transfert de charge 2 servant à transférer les charges du signal délivrées par la section d'entrée, et d'une section de détection de charge 3 servant à détecter les charges du signal transférées via la section de transfert de charge 2. Alors que la section d'entrée n'est pas représentée sur les dessins, on suppose qu'elle est conçue de manière classique pour que les charges du signal puissent être délivrées à la section de transfert de charge 2. La section de transfert de charge 2 est conçue de façon à transférer les charges du signal à l'aide d'impulsions d'horloge à deux phases symétriques 1 et '2. Plus spécialement, faisant partie du CCD représenté sur les figures 1 et 2, sont formées sur le substrat 1 de silicium de type P une région de grille de transfert 4T formée sur une région de type N, une région de grille d'emmagasinage 4S formée sur une région de type N, une région de grille de transfert 5T formée sur une région de type N, et une région de grille d'emmagasinage 5S formée sur une région de type N qui sert de voie de transfert pour les charges du signal. Ces régions de grille de transfert sont formées consécutivement dans cet ordre. De plus, au-dessusde la région de grille de transfert 4T, de la région de gritle d'emmagasinage 4S, de la région de grille de transfert 5P et de la région de grille d'emmagasinage 5S, sont disposées, à l'intérieur d'une couche iso- lante 6, une électrode de grille de transfert 7T, une électrode de grille d'emmagasinage 7S, une électrode de grille de transfert 8T et une électrode de grille d'emmagasinage 8S, qui sont toutes faites en silicium polycristallin et servent d'électrodes de transfert. L'électrode de grille de transfert 7T et l'électrode de grille d'emmagasinage7S sont couplées ensemble à une borne d'entrée 9 d'impulsion d'horloge qui reçoit l'impulsion d'horloge ó1 L'électrode de grille de transfert 8T et l'électrode de grille d'emmagasinage 8S sont couplées ensemble à une borne 10 d'entrée d'impulsion d'horloge qui reçoit l'autre impulsion d'horloge 2' La section de détection de charge 3 est conçue de manière que les charges du signal transférées via la section de transfert de charge 2 puissent être détectées de manière non destructive. Dans le dispositif des figures 1 et 2, une région de grille flottante 11 d'une région de type N est couplée via une région de grille de sortie 12 d'une région de type N à la région de grille d'emmagasinage 5S, qui est la partie borne de la voie de transfert de la section de transfert de charge 2. De plus, une électrode de grille flottante 13 et une électrode de grille de sortie 14, toutes deux faites en silicium polycristallin, sont respectivement disposées au-dessus de ta-région de grille flottante 11 et de la région de grille de sortie 12, à l'intérieur de la couche isolante 6. L'électrode de grille de sortie 14 est connectée à une borne 15 d'entrée de courant continu qui reçoit une tension continue prédéterminée VOG1. L'électrode de grille flottante 13 est connectée à une borne de sortie 17 via un ampli- ficateur 16 formé d'un transistor à effet de champ du type MOS (MOSFET) formé sur le substrat 1. L'électrode de grille flottante 13 est également connectée, via un trajet source-drain du MOSFET 18 qui est déclenché par une impulsion de repositionnement RS à son électrode de grille, à une borne 19 d'entrée de tension continue qui reçoit une tension continue prédéterminée VRS dans un but de repositionnement, comme cela est bien connu dans la technique. + Une région de type N de drain de précharge 20 est formée sur le substrat 1 et est couplée à la région de grille flottante 11 via des régions de grille de précharge 21 et 22 qui sont formées respectivement sur des régions de type N et de type N. Sur la région de drain de précharge 20, est ménagée, via des ouverture: 6A, 6B, 6C et 6D de la couche isolante 6, une électrode de tain de précharge 23 faite en aluminium qui est connectée à la région de drain de précharge 20. Au-dessus des régions de grille de précharge 21 et 22, des électrodes de grille de précharge 24 et 25 faites en silicium polycristaLlin sont disposées à l'intérieur de la couche isolante 6, comme représenté sur la figure 2. L'électrode de drain de précharge 23 est connectée à une borne 26 d'entrée de tension continue qui reçoit une tension continue prédéterminée VpD. Les électrodes de grille de précharge 24 et 25 sont toutes deux connectées à une borne 27 d'entrée d'impulsion d'horloge qui reçoit une impulsion d'horloge prédéterminée PG qui est synchronisée avec les impulsions d'horloge ó1 et 2' De plus, sur la figure 1, le numéro de référence 28 désigne une région d'isolation d'élément faite d'une couche d'oxyde sélective, et les numéros de référence 29 et 30 désignent des régions d'arrêt de canal qui sont indiquées par des hachures en trait interrompu, formées de régions de type P+. Dans le CCD de La technique antérieure présentement considéré à titre d'exemple, les charges de signal.délivrées par la section d'entrée sont transférées via les voies de transfert 4T, 4S, 5T, 5S,..., 4T, 4S, 5T, 5S à la région de grille flottante 11 en passant par la région de grille de sortie 12. Ensuite, les charges du signal sont déchargées dans la région de drain de précharge 20 via les régions de grille de précharge 21 et 22. Lorsque les charges du signal sont transférées à la région de grille flottante 11, la capacité électrostatique exis- tant entre l'électrode de grille flottante 13 et le substrat 1 varie. Ainsi, l'électrode de grille flottante 13 est toujours chargée par la tension VRS via le MOSFET 18 avant que les charges du signal ne soient délivrées à la région de grille flottante 11, si bien que la variation de tension produite dans l'électrode de grille flottante 13 correspond à la quantité des charges de signal transférées à la région de grille flottante 11. Ainsi, le CCD du présent exemple peut fournir sur la borne de sortie 17 un signal amplifié représentant la variation de tension produite dans L'électrode de grille flottante 13 en correspondance avec la quantité des charges de signal transférées, comme signal de sortie. Comme cela est montré en outre sur les figures 1 et 2, la partie terminale postérieure de l'électrode de grille de sortie 14 et la partie terminale antérieure de l'électrode de grille flot- tante 13 se chevauchent mutuellement à l'intérieur de la couche isolante 6, de même que la partie terminale postérieure-de l'électrode de grille flottante 13 et la partie terminale anté- rieure de l'électrode de grille de précharge 24 se chevauchent mutuellement à l'intérieur de la couche isolante 6, si bien que ceci empêche l'existence de barrières de potentiel entre la région de grille de sortie 12 et la région de grille flottante 11 et entre la région de grille flottante 11 et la région de grille de pré- charge 21, si bien que les charges du signal peuvent être trans- férées de manière régulière. Toutefois, dans le CCD décrit ci-dessus, l'aire de chevauchement de la partie 31 de l'électrode de grille flottante 13 et de l'électrode de grille de sortie 14> l'aire de chevauche ment de la partie 32 de l'électrode de grille flottante 13 et de l'électrode de grille de précharge 24, et l'aire de chevauchement des parties 33 et 34 de l'électrode de grille flottante 13 et des régions d'arrêt de canal 29 et 30 sont relativement grandes. Ainsi, la capacité parasite de l'électrode de grille flottante 13 devient suffisamment importante, si bien que la sensibilité de détection des charges au niveau de l'électrode de grille flottante 13 diminue. En d'autres termes, le gain de conversion charge-tension au niveau de l'électrode de grille flottante 13 diminue et, par conséquent, un signal de sortie présentant un bon rapport signal-bruit ne peut être fourni sur la borne de sortie 17. En raison des tendances récentes de la technique à promouvoir des dispositifs de formation d'image du type état solide de densité et de niveau d'intégration élevés, la zone de réception de lumière a vu sa surface diminuer, si bien que la quantité de charges du signal traitées dans une seule cellule image est devenue de plus en plus petite. C'est pourquoi, il est fortement demE.é un CCD pouvant être utilisé par exemple dans des dispositi". de formation d'image du type état solide afin de fournir un signal de sortie ayant un bon rapport signal-bruit malgré la diminution des aires de réception de lumière. L'invention propose un dispositif de transfert de charge destiné à être utilisé dans un dispositif de formation d'image du type état solide qui est en mesure de produire des signaux de sortie ayant un bon rapport signal-bruit malgré la diminution de l'aire de réception de lumière. L'invention propose un disoositif de transfert ae charge possédant une électrode de grille flottante dans une section de détection de charge compre- nant une partie saillante disposée dans l'une au mo&ns ces élec- trodes que constituent l'électrode de grille flottante ou une électrode de grille placée au voisinage de l'électrode de grille flottante, o l'électrode de grille flottante et L'électrode de grille disposée au voisinage de l'électrode de grille flottante se chevauchent l'une l'autre au niveau de la partie saillante à l'intérieur d'une couche d'isolation. Ainsi, un but de l'invention est de fournir un dispositif de transfert de charge o une partie saillante d'une électrode de grille flottante ou d'une électrode de grille placée en son voisi- nage chevauche l'autre électrode de manière à réduire la capacité parasite qui est associée à l'électrode de grille flottante, si bien que l'on peut obtenir un bon rapport signal-bruit sur une borne de sortie d'un dispositif de formation d'image du type état solide. 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, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en plan de dessus montrant une partie principale d'un dispositif de transfert de charge selon la technique antérieure; - la figure 2 est une vue en section droite du dispositif de transfert de charge représenté sur la figure 1, suivant la ligne Il-II; - la figure 3 est une vue en plan de dessus montrant une partie principale d'un mode de réalisation d'un dispositif de transfert de charge selon les principes de l'invention; - la figure 4 est une vue en section droite du dispo- sitif de transfert de charge représenté sur la figure 3, suivant une ligne IV-IV; et - la figure 5 est une vue en section droite du dispo- sitif de transfert de charge représenté sur la figure 3, suivant une ligne V-V. On décrit ci-après un mode de réalisation d'un dispo- sitif de transfert de charge selon l'invention, en relation avec les figures 3 à 5, o l'invention est appliquée à un dispositif de couplage de charge à canal enterré (BCCD). Les éléments des figures 3 à 5 qui correspondent à des éléments du dispositif de la technique antérieure présentés sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence et, pour éviter toute répétition inutile, on omettra de fournir des explications à leur sujet. Comme le montre la figure 3, une partie saillante 13A est prévue au niveau de la partie sensiblement centrale de l'extré- mité antérieure d'une électrode de grille flottante 13, de telle manière que la partie terminale antérieure de la partie saillante 13A de l'électrode de grille flottante 13 chevauche une électrode de grille de sortie 14 et que les charges du signal transférées par un transfert de charge de la section 2 à sa région de grille de sortie 12 disposée audessous de la partie en chevauchement puissent être délivrées à une région de grille flottante 11. Une partie saillante 24A qui possède une largeur plus étroite que celle de l'électrode de grille flottante 13 est disposée au niveau de la partie terminale antérieure d'une électrode de grille préchargée 24 de telle manière que la partie antérieure de la partie saillante 24A de l'électrode de grille préchargée,24 chevauche l'électrode de grille flottante 13 à l'intérieur de la couche isolante 6 et que les charges de signal puissent être transférées à la région de grille de précharge 21 via la région de grille flottante 11 disposée au-dessous de la partie en chevauchement. Des régions d'arrêt de canal 36 et 37 d'une région de + type P sont f:rmées dans une zone indiquée par des hachures en trait interrompu sur La figure 3, de sorte que l'électrode de grille flottante 13 ne présente aucun chevauchement avec les régions d'arrêt de canal 36 et 37. Une région de grille de sortie 38 formée d'une région de type N est disposée sur le substrat 1 entre la région de grille de précharge 22 et la région de drain de précharge 20. Sur la région de grille de sortie 38, il est prévu, à l'intérieur de la couche isolante 6, une électrode de grille de sortie 39 qui reçoit une tension continue prédéterminée VOG2 via une borne 40, si bien que les charges du signal circulant dans la région de grille flottante 11 puissent être déchargées dans la région de drain de précharge 20 via les régions de grille de précharge 21 et 22 et la région de grille de sortie 38. Le reste du dispositif de transfert de charge selon l'invention présente la même structure que l'exemple selon la techique antérieure des figures 1 et 2. Dans le BCCD du mode de réalisation préféré ayant la structure ci-dessus décrite, les charges du signal.délivrées par la section d'entrée (non représentée) sont transférées via des voies de transfert 4T, 4S, 5T, 5S,.. ., 4T, 4S, 5T, 5S de la section de transfert de charge 2 à la région de grille flottante 11 en passant par la région de grille de sortie 12. Ensuite, les charges du signal sont déchargées dans la région de drain de précharge 20 via les régions de grille de précharge 21 et 22 et la région de grille de sortie 38. Lorsque les charges du signal sont transférées dans la région de grille flottante 11, la capacité électrostatique existant entre l'électrode de grille flottante 13 et le substrat 1 varie. Dans ce mode de réalisation, l'électrode de grille flottante 13 est toujours chargée par la tension VRs via le MOSFET 18 avant que les charges du signal ne soient délivrées à la région de grille flottante 11, si bien que les variations de tension produites dans l'électrode de grille flottante correspondent à la quantité des charges de signal transférées qui sont délivrées à la région de grille fLottante 11. Ainsi, le BCCD du présent mode de réalisation peut également produire sur la borne de sortie 17 un signal ampli- fié représentant les variations de tension produites dans l'élec- trode de grille flottante 13 en correspondance avec La quantité des charges de signal transférées. Puisque la partie terminale antérieure de la partie saillante 13A de l'électrode de grille flottante 13 chevauche l'électrode de grille de sortie 14 à l'intérieur de la couche iso- lante 6, la capacité parasite produite entre l'électrode de grille flottante 13 et l'électrode de grille de sortie 14 peut être fortement diminuée. De plus, puisque la partie terminale anté- rieure de la partie saillante 24A de l'électrode de grille de pré- charge 24 se chevauche avec l'électrode de grille flottante 13 à l'intérieur de la couche isolante 6, la capacité parasite produite entre l'électrode de grille flottante 13 et l'électrode de grille de précharge 24 peut également être fortement diminuée. En outre, l'électrode de grille flottante 13 et les régions d'arrêt de canal 36 et 37 sont disposées de manière à ne présenter entre elles aucun chevauchement, si bien que la capacité parasite produite entre l'électrode de grille flottante 13 et les régions d'arrêt de canal 36 et 37 devient suffisamment petite pour être ignorée. Comme décrit ci-dessus, la capacité parasite produite en relation avec l'électrode de grille flottante 13 peut être net- tement diminuée de sorte que le gain de conversion charge-tension dans l'électrode de grille flottante 13 s'accroît et que, par conséquent, on peut produire un signal de sortie ayant un bon rapport signal-bruit. Dans ces conditions, lorsqu'un BCCD selon l'invention est utilisé pour un dispositif de formation d'image du type état solide qui possède des aires de réception de lumière réduites, par suite de la densité élevée et de la haute intégration du dispositif, au point que la quantité de chargesdu signal traitées dans une seule cellule image diminue, il est possible de produire un signal d'image possédant un bon rapport signal-bruit malgré la diminution des charges du signal. Alors que le mode de réalisation ci-dessus présenté se rapporte aucas o l'invention est mise en oeuvre dans un BCCD, on comprendra que linvention peut aussi bien être mise en oeuvre dans un CCD à cinal de surface avec Les mêmes effets et résultats. Bien entendu, L'homme de L'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement iLLustratif et nullement Limitatif, diverses -autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transfert de charge possédant une électrode de grille flottante (13) dans une section de détection de charge, caractérisé en ce qu'il comprend une partie saillante (13A) ménagée dans au moins une électrode choisie entre ladite électrode de grille flottante (13) et une électrode de grille (14) disposée au voisinage de ladite électrode de grille flottante; o ladite électrode de grille flottante et ladite élec- trode de grille disposée au voisinage de l'électrode de grille flottante se chevauchent l'une l'autre au niveau de ladite partie saillante, à l'intérieur d'une couche isolante (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie saillante est formée au niveau d'une partie sensiblement centrale d'une partie terminale antérieure de ladite électrode de grille flottante. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie saillante est formée au niveau d'une partie terminale antérieure de ladite électrode de.grille. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites électrodes de grille flottante et de grille possède ladite partie saillante à sa partie terminale antérieure. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur de ladite partie saillante de l'électrode de grille est plus étroite que la largeur de ladite électrode de grille flottante. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite électrode de grille est une électrode de grille pré- chargée. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en.outre une région d'arrêt de canal (36, 37) en une position telle que ladite région d'arrêt de canal ne se chevau- che pas avec ladite électrode de grtlle flottante.