Brevet FR2662852A1 — publié le 19911206

STRUCTURE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN CAPTEUR D'IMAGES CCD La présente invention se rapporte à une structure améliorée de capteur d'images CCD et à un procédé de fabrication d'un tel capteur destiné à réduire le bruit de maculage. En général, un capteur d'images CCD (à dispositif à couplage de charge) présente une structure telle qu'un puits de type p est formé sur un substrat de type n et une photodiode de type n et un dispositif VCCD (dispositif à couplage de charge vertical) de type n sont formés sur un puits de type p à un intervalle prédéterminé et une porte de transfert servant à relier ladite photodiode de type n et ledit dispositif VCCD de type n est formée au-dessus de la surface d'une région située entre ceux-ci et dudit dispositif VCCD de type n. Dans ledit capteur d'images CCD, un dispositif VCCD de type n peut être substitué à un dispositif BCCD (dispositif à couplage de charge enseveli) ou à un dispositif SCCD (dispositif à couplage de charge de surface). Actuellement, cependant, les dispositifs SCCD ne sont presque pas employés. Dans un capteur d'images CCD présentant la structure classique décrite ci-dessus, afin d'atténuer le phénomène d'hyperluminosité apparaissant sur l'écran, il est courant d'appliquer à la région située sous ladite photodiode de type n une polarisation anti-hyperluminosité pour réguler une tension OFD (drain de débordement). Ainsi, une barrière de potentiel sélectionnée est formée pour empêcher le débordement d'un signal emmagasiné dans le puits de potentiel. L'une des méthodes servant à contrôler une tension OFD est la méthode HOFD (drain de débordement horizontal); une autre méthode est la méthode VOFD (drain de débordement vertical). Cependant, étant donné que la méthode HOFD est une méthode à pilotage par horloge, il faut disposer en ligne les dispositifs VCCD correspondant à chaque photodiode. Par conséquent, la surface exposée d'une photodiode est relativement réduite et le facteur de remplissage est diminué, ce qui conduit à une réduction de la sensibilité du capteur d'images CCD. En ce qui concerne la méthode VOFD utilisée pour contrôler la tension OFD, un puits de type p, peu profond, d'une profondeur appropriée, est formé sous la région de la photodiode et un puits de type p profond, d'une profondeur appropriée, est formé sous l'autre région par double implantation ionique de sorte que la polarisation antihyperluminosité adéquate puisse être appliquée. Une structure de capteur d'images CCD faisant appel à la méthode VOFD est représentée sur la figure l(a). Une couche épitaxiale de type n (2) est formée sur un substrat de type n (1); un puits de type p peu profond (3) et un puits de type p profond (4) sont formés sur la couche épitaxiale de type n (2) par double implantation ionique. Une photodiode de type n (5) et un dispositif BCCD de type n (6) sont formés dans la région supérieure dudit puits de type p peu profond (3) et dudit puits de type p profond (4) respectivement. Ensuite, une porte de transfert en polysilicium (7) servant à relier ladite photodiode de type n (5) et ledit dispositif BCCD de type n, et une électrode de porte en polysilicium (7a) servant à appliquer un signal d'horloge audit dispositif BCCD de type n (6) sont formées au-dessus de la surface de la région située entre ceux-ci et dudit dispositif BCCD de type n (6). Comme représenté sur la figure 1 (a), si de la lumière est projetée sur une photodiode de type n (5) et qu'une charge de signal est générée sous la photodiode de type n, une charge de signal est déplacée vers le dispositif BCCD de type n (6) par un signal de niveau haut qui est appliqué à la porte de transfert en polysilicium (7) et est emmagasinée sous le dispositif BCCD de type n (6). A cet instant, une charge de signal est déplacée vers le dispositif BCCD par pilotage par horloge classique de dispositif CCD. La figure l(b) représente la distribution de potentiel électrique le long de la ligne a-a' de la figure l(a). Cependant, en même temps, la charge de signal générée sous ladite photodiode de type n dérive entre le puits de type p profond (4) et le dispositif BCCD de type n (6) ou bien elle est déchargée vers le substrat de type n (1) et c'est cette charge qui entraine le phénomène de maculage. En outre, lorsqu'unie tension d'obturateur qui est de l'ordre de 30 à 40 V est appliquée au substrat de type n (1), cette charge de maculage est déchargée dans le substrat de type n (1) par la tension d'obturateur et le phénomène de maculage peut donc en être aggravé, ceci en raison de la grande intensité de la tension d'obturateur. Dans l'art antérieur, afin d'éliminer le phénomène de maculage, une couche BPL de type p+ (couche d'arrêt de type p) était formée dans une région sélectionnée située entre ledit dispositif BCCD de type n (6) et ledit puits de type p profond (4) par implantation d'ions p à haute énergie. Le procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD faisant appel à une couche BPL de type p+ selon l'art antérieur va maintenant être décrit en référence aux figures 2(a) à 2(f) annexées. En premier lieu, comme représenté sur la figure 2(a), une couche épitaxiale de type n (2) est formée sur un substrat de type n (1) et, comme représenté sur la figure 2(b), des ions de type p sont implantés sur la couche épitaxiale de type n (2) deux fois afin de contrôler la tension OFD et, comme représenté sur la figure 2(c), un puits de type p peu profond (3) et un puits de type p profond (4), d'une profondeur sélectionnée, sont formés par un traitement thermique qui est utilisé pour assurer la diffusion des ions de type p implantés. Ensuite, comme représenté sur la figure 2(d), une couche BPL de type p+ (8) est formée dans une région sélectionnée dudit puits de type n profond (4) par implantation d'ions de type p à l'aide d'un appareil d'implantation ionique de haute énergie (environ 600 KeV). Ensuite, la couche BPL de type p+ (8) empêche l'apparition du phénomène de maculage suivant lequel une charge de signal emmagasinée dans le dispositif BCCD est déchargée dans un substrat par une tension d'obturateur du substrat et une charge de signal générée dans la photodiode n'est pas transférée au dispositif BCCD mais est déchargée dans le substrat. Comme représenté sur la figure 2(e), une photodiode de type n (5) est formée dans une région sélectionnée de la partie supérieure dudit puits de type p peu profond (3) par l'implantation d'ions de type n, et un dispositif BCCD de type n (6) est formé dans un puits de type p profond (4) qui se trouve dans la partie supérieure de ladite couche BPL de type p+ (8) par l'implantation d'ions de type n. A ce moment, il est habituel de former une pellicule mince de type p+ (9) dans la surface de la photodiode de type n (5). Ensuite, comme représenté sur la figure 2(f), une porte de transfert en polysilicium (7) servant à relier ladite photodiode de type n (5) et ledit dispositif BCCD de type n (6), et une électrode de porte en polysilicium (7a) servant à appliquer un signal d'horloge audit dispositif sccD de type n (6) sont formées au-dessus de la surface de la région située entre ceux-ci et dudit dispositif BCCD de type n (6). Pour cette opération, le polysilicium est utilisé pour réaliser la porte de transfert. Un métal tel que Al peut être utilisé à la place du polysilicium mais il n'est presque pas employé étant donné qu'il présente une caractéristique de transfert médiocre. La figure 3(a) est un schéma de référence servant à expliquer le fonctionnement d'un capteur d'images CCD fabriqué à l'aide du procédé susmentionné, et le fonctionnement sera décrit en référence à la figure 3(a). Si de la lumière (h) est projetée sur une photodiode de type n (5), une charge de signal est générée dans la région de sortie de la charge de signal lumineux (0) qui est disposée entre ladite photodiode de type n (5) et un puits de type p peu profond (3). Lorsqu'un signal de commande de niveau haut est appliqué à une porte de transfert en polysilicium (7), cette charge de signal est emmagasinée dans la région d'emmagasinage de charges de signal (Q) adjacente à un dispositif BCCD de type n (6) à travers le canal de transfert de charges de signal (P) qui est disposé entre la photodiode de type n (5) et le dispositif BCCD de type n (6). Ensuite, une charge de signal emmagasinée dans ladite région d'emmagasinage de charges de signal (Q) est déplacée vers un dispositif HCCD (dispositif à couplage de charge horizontal) (non représenté) en utilisant un pilotage par horloge classique. A ce moment, si une charge de signal générée dans la région de sortie de charges de signal lumineux (o) ne passe pas par le canal de transfert de charges de signal (p) mais est déchargée vers la région de sortie de signal de maculage (R), qui est située entre le puits de type p profond (4) et la couche BPL de type p+ (8), le phénomène de maculage est généré sur l'écran d'un capteur d'images CCD. Cependant, comme représenté sur la figure 3(b) qui illustre la distribution de potentiel électrique le long de la ligne b-bt de la figure 3(a), une charge de signal peut difficilement se décharger vers la région de sortie de signal de maculage (R) étant donné la présence de la barrière de potentiel élevée de la couche BPL de type p+ (8) et le phénomène de maculage est ainsi atténué. C'est en fait une charge de signal qui dérive dans un dispositif BCCD de type n (6), et non pas un signal de maculage qui est déchargé dans le substrat de type n (1), qui va être décrite ci-après. Dans ladite structure d'un capteur d'images CCD de l'art antérieur, un puits de type p peu profond et un puits de type p profond sont réalisés suivant une forme plate par double implantation ionique pour appliquer une polarisation anti-hyperluminosité, mais le premier peut être réalisé sous la forme d'un coeur. Or, en réalisant le puits de type p suivant une forme générale plate et en contrôlant la concentration d'impuretés de la région située sous la photodiode et le dispositif BCCD lors de l'implantation ionique, une structure et un procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD qui évitent l'apparition du phénomène de maculage et qui permettent de contrôler la tension OFD ont été étudiés. Cependant, ils ne sont toujours pas utilisés en raison de la difficulté que présente le procédé d'implantation ionique. La structure et le procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD, tel que représenté sur la figure 2, présentent les inconvénients suivants: Tout d'abord, étant donné qu'un appareil d'implantation ionique servant à la formation d'une couche BPL de type p+ coûte très cher et que son utilisation est restreinte, son emploi n'est pas pratique. Ensuite, étant donné que les ions de type p sont implantés sous une énergie élevée d'environ 600 Kev, l'implantation des ions entraine un endommagement du substrat. Par conséquent, étant donné que du bruit peut être généré en raison de défauts au niveau d'un capteur d'images CCD de l'art antérieur, le phénomène de maculage peut être atténué mais une technologie de traitement de haut niveau est exigée pour former la couche BPL de type p+. L'invention a pour objet de proposer un procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD destiné à permettre d'accélérer et de faciliter les opérations. L'invention a également pour objet de proposer une structure améliorée d'un capteur d'images CCD pour réguler la tension OFD et pour atténuer le phénomène de maculage. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, il est prévu un procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD comprenant une étape consistant à former une région de type n pour réguler la tension OFD et une région de type p pour réduire le phénomène de maculage, à un intervalle sélectionné, sur une couche épitaxiale par l'implantation d'ions de type n et d'ions de type p présentant une grande concentration d'impuretés et par un traitement thermique, une étape consistant à faire croître une couche épitaxiale de type p d'une profondeur sélectionnée sur toute la surface, une étape consistant à former une photodiode de type n et un dispositif BCCD de type n, à intervalle sélectionné, par l'implantation d'ions de type n dans des puits, respectivement au-dessus de ladite région de type n destinée à contrôler la tension OFD et une région de type p+ destinée à atténuer le phénomène de maculage, une étape consistant à former une porte de transfert destinée à relier une photodiode de type n et un dispositif BCCD de type n, ainsi qu'une électrode de porte destinée à appliquer un signal d'horloge audit dispositif BCCD de type n au-dessus de la surface de la région située entre ceux-ci et dudit dispositif BCCD de type n. En outre, l'invention prévoit une structure améliorée de capteur d'images CCD comprenant une photodiode de type n et un dispositif BCCD de type n entourés par une couche épitaxiale de type p, ainsi qu'une porte de transfert servant à les relier, et caractérisée par la présence d'une région de type n servant à contrôler une tension OFD, qui est disposée entre un substrat de type n sous la photodiode de type n et une couche épitaxiale de type p, et d'une région de type servant à atténuer le phénomène de maculage, qui est disposée entre le substrat de type n en dessous d'un dispositif BCCD de type n et une couche épitaxiale de type p, lesdites régions présentant la profondeur et la largeur sélectionnées et étant formées à l'intervalle sélectionné dans la direction horizontale. Les objets et caractéristiques susmentionnés de la présente invention, ainsi que d'autres qui leur sont associés, ressortiront de la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure l(a) est une vue en coupe transversale d'une structure d'un capteur d'images CCD dans laquelle l'atténuation du phénomène de maculage n'est pas prise en compte; La figure l(b) représente une distribution de potentiel électrique suivant la ligne a-at de la figure l(a); ; Les figures 2(a) à 2(f) sont des vues en coupe servant à illustrer un procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD de l'art antérieur dans lequel l'atténuation du phénomène de maculage est prise en compte; La figure 3(a) est un schéma de référence servant à illustrer le fonctionnement du capteur d'images CCD selon l'art antérieur; La figure 3(b) représente une distribution de potentiel électrique selon la ligne b-bt de la figure 3(a); Les figures 4(a) à 4(e) sont des vues en coupe transversale servant à illustrer un procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD selon la présente invention dans lequel l'atténuation du phénomène de maculage est prise en compte;; La figure 5(a) est un schéma de référence servant à illustrer le fonctionnement d'un capteur d'images CCD selon la présente invention; La figure 5(b) représente une distribution de potentiel électrique selon la ligne c-c' de la figure 3(f). Un procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD selon la présente invention va maintenant être décrit plus en détails en référence aux figures 4(a) à 4(e). D'abord, comme représenté sur la figure 4(a), des ions de type n sont implantés dans une région sélectionnée d'un substrat de type n (11) servant de matériau de départ et, comme représenté sur la figure 4(b), des ions de type p sont implantés dans la région qui est distante, d'un intervalle sélectionné, de ladite région dans laquelle sont implantés des ions de type n. Comme représenté sur la figure 4(c), en diffusant les ions de type n et les ions de type p implantés au moyen d'un traitement thermique, une région de type n (12) servant à contrôler la tension OFD et une région de type p+ (13) servant à atténuer le phénomène de maculage sont formées à un intervalle sélectionné, puis une couche épitaxiale de type p (14) est formée sur toute la surface. Ici, un intervalle sélectionné séparant ladite région de type n (12) servant à contrôler la tension OFD et ladite région de type p (13) servant à atténuer le phénomène de maculage assure la fonction de trajet de décharge d'un signal de maculage dans le substrat de type n (11) et ladite couche épitaxiale (14) assure la même fonction que les puits de type p (3) et (4) d'un capteur d'images CCD de l'art antérieur, représenté sur la figure 2. Ensuite, comme représenté sur la figure 4(d), une photodiode de type n (15) et un dispositif BCCD de type n (16) sont formés sur la surface de la couche épitaxiale de type p (14) au-dessus de ladite région de type n (12) servant à réguler la tension OFD et de ladite région de type p+ (13) servant à atténuer le phénomène de maculage, respectivement. Ici, une pellicule mince de type p+ (18) est habituellement formée dans la surface d'une photodiode de type n (15). Ensuite, comme représenté sur la figure 4(e), une porte de transfert en polysilicium (17), servant à relier ladite photodiode de type n (15) et ledit dispositif BCCD de type n (16), et une électrode de porte en polysilicium (17a), servant à appliquer un signal d'horloge audit dispositif BCCD de type n (16), sont formées au-dessus de la surface située entre ceux-ci et dudit dispositif BCCD de type n (16). Dans ce procédé, le polysilicium est utilisé pour réaliser ladite porte de transfert (17), mais un métal tel que A1 peut également être utilisé à cet effet. La figure 5(a) est un schéma de référence servant à expliquer le fonctionnement d'un capteur d'images CCD fabriqué à l'aide du procédé susmentionné et le fonctionnement du capteur d'images CCD va maintenant être décrit en référence à cette figure. Si la lumière ( ) est projetée sur la surface d'une photodiode de type n (15), une charge de signal est générée dans la région de sortie de charge de signal lumineux (o) en dessous de ladite photodiode de type n (15). Lorsqu'un signal de niveau haut est appliqué à la porte de transfert en polysilicium (17), ainsi activée, une charge de signal est déplacée vers et emmagasinée dans la région d'emmagasinage de charge de signal (Q) en dessous dudit dispositif BCCD de type n (16) à travers la région formant canal de transfert de charge de signal (P) d'une couche épitaxiale de type p (14). Ensuite, le signal emmagasiné dans la région d'emmagasinage de charge de signal (Q) sous ledit dispositif BCCD de type n (16) est déplacé vers un dispositif ECCD (non représenté) par pilotage par horloge de dispositif CCD. A ce moment, une partie de la charge de signal générée dans la région de sortie de charge de signal lumineux (o) n'est pas déplacée vers la région d'emmagasinage de charge de signal (Q) à travers la région de canal de transfert de charge de signal (p) et cette charge de signal donne lieu à un phénomène de maculage. Ici, une charge de maculage qui dérive sous ledit dispositif BCCD de type n (16), et qui n'est pas déchargée vers le substrat de type n (11), affecte davantage la qualité de l'image sur l'écran. Ceci est du au fait que, lorsqu'unie multiplicité de capteurs d'images CCD est appliquée à un dispositif de captage d'images à l'état solide, une charge de maculage générée dans une photodiode dérive et cette charge affecte nécessairement une charge de signal générée dans une autre photodiode. Dans la structure du capteur d'images du type CCD selon la présente invention, grâce à la forme de la région de type p+ (13) servant à atténuer le phénomène de maculage sous le dispositif BCCD de type n (16), comme représenté sur la figure 5(a), une barrière de potentiel plus élevée est formée dans cette région. Par conséquent, la charge de maculage ne reste pas dans cette région et est déchargée vers un substrat de type n (11) à travers la région de sortie de charge de maculage (R), là où une barrière de potentiel n'est pas formée. La figure 5(b) représente la distribution de potentiel électrique le long de la ligne c-c' de la figure 5(a). Comme représenté sur la figure 5(b), étant donné que la barrière de potentiel plus élevée et la région neutre plus large sont formées dans ladite région de type p+ (13) servant à atténuer le phénomène de maculage, la charge de maculage ne reste pas dans cette région et est déchargée vers le substrat de type n (11) à travers la région de sortie de signal de maculage (R). La région de sortie de signal de maculage (R) est formée dans la région sélectionnée comprise entre ladite région de type n (12) servant à contrôler la tension OFD et ladite région de type p+ (13) servant à réduire le phénomène de maculage qui présente une barrière de potentiel moins élevée. Comme déjà mentionné, les avantages de la présente invention sont les suivants: D'abord, étant donné qu'il n'est pas nécessaire de disposer d'un appareil d'implantation ionique coûteux ni d'utiliser une grande quantité d'énergie pour implanter les ions, comme dans le cas de l'art antérieur, la présente invention est économique et permet d'éviter l'endommagement du substrat. Ensuite, comme le procédé ne nécessite pas une grande précision comme dans l'art antérieur, il peut être exécuté rapidement. Enfin, l'invention permet d'éviter le phénomène de maculage. Bien que l'invention ait été illustrée et décrite ici en référence particulière à des modes de réalisation préférés de celle-ci, il sera apprécié de l'homme de l'art que diverses modifications et divers changements pourraient être apportés à la présente invention en faisant appel à ses principes tels que décrits ici sans sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1. Structure améliorée d'un capteur d'image CCD comprenant une photodiode de type n (15) et un dispositif BCCD de type n (16) ceints d'une couche épitaxiale de type p (14) et une porte de transfert (17) servant à les relier, ainsi qu'une électrode de porte (17a) servant à appliquer un signal d'horloge audit dispositif BCCD de type n (16), structure caractérisée par: une région de type n servant à contrôler la tension OFD (12), qui est disposée entre un substrat de type n (11) en dessous de la photodiode de type n (15) et la couche épitaxiale de type p (14), et une région de type p+ (13) servant à réduire le phénomène de maculage, qui est disposée entre le substrat de type n (11) en dessous du dispositif BCCD de type n (16) et la couche épitaxiale de type p (14), lesdites régions présentant une profondeur et une largeur sélectionnées et étant formées à un intervalle sélectionné dans une direction horizontale. 2. Procédé de fabrication d'un capteur d'images CCD comprenant: une étape consistant à implanter des ions de type n dans une région sélectionnée d'un substrat de type n et à implanter des ions de type p dans une région qui est éloignée de ladite région d'implantation d'ions de type n d'un intervalle sélectionné, une étape consistant à former une région de type n servant à contrôler la tension OFD et une région de type p servant à atténuer le phénomène de maculage en diffusant lesdits ions implantés au moyen d'un traitement thermique, une étape consistant à faire croître une couche épitaxiale de type p d'une profondeur sélectionnée sur toute la surface, une étape consistant à former une photodiode de type n et un dispositif BCCD de type n sur ladite couche épitaxiale de type p, respectivement, au-dessus de la région de type n servant à contrôler la tension OFD et de la région de type p+ servant à atténuer le phénomène de maculage, par l'implantation d'ions de type n, une étape consistant à former une porte de transfert pour relier ladite photodiode de type n et ledit dispositif BCCD de type n, et une électrode de porte servant à appliquer un signal d'horloge audit dispositif BCCD de type n au-dessus de la surface de la région située entre ceux-ci et dudit dispositif BCCD de type n.