Brevet FR2014235A1 — publié le 19700417

2D14235 1 îar le "brevet des Etats—'unis d'Amérique n?; 3 .35"'.760-on sait utiliser la capacité de charge 1'espace des cônes de fonction PU comme composant à capacité de jonction dans ut. Microcircuit conolitâicjie. Par l'article "Die Pla-narteclmik "bei Transistor en und inte^rierten 3ch:ltunger-''^technivue planaire 5 appliquée &ux tr: r.sistors et au:: circuits ir.té^Tés), publié dans le Journal ïechni-rue "Scient . Electrica" volume X, pnrt_e 4 (19-54) pages 97 £-122, or. sait de plus utiliser la capacité de jonction de la jonction émetteur/ "base ou de la jonction collecteur/"base d'un élément de transistor planaire dans un circuit intégré, si cela est nécessaire, aussi dans un montage paral-10 1=3le, comme composant à capacité de jonction. L'invention est "basée sur l'utilisation d'un élément de transistor planaire, connu par le passage sus—mentionné de la littérature^ comme composant à capacité de jonction. Dans ce type classique d'élément de transistor planaire réalisé oomne une structure planaire, et à partir d'une surfaoe latéra-15 le du corps de "base semiconducteur gui est prévu avec une couche épitaxiale d'un type de oonductivité opposé au corps, la zone d'émetteur est insérée dans la zone de "base et les deux n-ones sont insérées dans la couche épitaxiale en utilisant le procédS de diffusion planaire habituellement connu, La zone de collecteur s'étendant jusqu'à la jonction PïT entre la couche épitaxiale et le 20 corps de "base, est séparée électriquement en courant continu, des éléments environnants du microcircuit monolithique, par une zone isolante annulaire ou en forme d'anneau s'étendant à travers la couche épitaxiale. En conséquence, en utilisant un élément de transistor planaire de ce genre comme composant â capacité de jonction dans un microcircuit monolithique, 25 les jonctions PïT libres sont utilisables j la jonction émetteur/base par suite du dopage relativement élevé de la région de base sur le côté émetteur, présente la capacité spécifique la plus élevée (capacité par unité de surface du semiconducteur) et en pratique une tension de rupture d:'. environ 6 à 8 volts. Dans le but d'accroître la capacité spécifique d'un toi élément de transistor 30 planaire capable d'être utilisé comme composant à capacité de jonction, et en conséquence, pour permettre une meilleure utilisation de la surface semiconductrice disponible, on a dé jà proposé, en ce jui concerne les procédés de diffusion au cours de la fabrication d'un microcircuit, de réaliser une diffusion d'isolation au lieu d'une diffusion de base, à la. suite de quoi la 35 sjne d'émetteur y est diffusée au moyen d'une diffusion planaire. Il en résulte une zona de jonction PU s'étendant dans la couche épitaxiale à p; rtir du corps de base en permettant ainsi une utilisation réduite oomme compo^c-nt a capacité de jonction par rapport ; la masse (terre). En utilisant la diffusion d'isolation pour fabriquer le composant à capacité de 4~ jonction d'un microcircuit et 3au3 mesure bad original 69 21310 2014235 2 te l'inconvénient d'urne réduction de la tension de rupture par suite des condi tiona de concentration particulières des dopages, L'invention procède à pr.rtir le l'idée ..s "base que le type classique à'élément de transistor planaire jui eot décrit pr4oédeaaent peut Être aodi-5 fié pour être utilisé comme condensateur L capacité de jonction, d'une manière telle eu'il er: résulte une capacité spécifii.ue accrue et,en d'autres termes, une bonne utilisation de la surface semiconductrice pour une tension de rupture relativement éLevée du composant à capacité de jonction. De plus, cette modification doit être faite d'une manière telle que,si possible, aucune opé-r-ation de diffusion supplémentaire ne doit être effectuée en plus de celle nécessaire pour fabriquer les éléments de transistor planaire pour le même microcircuit. Pour cette rai3on, dans la description suivante,on a également utilisé des expressions désignant les éléments de transistor planaire telles que "diffusion d'émetteur", "diffusion de "base" et "diffusion d'isolation", pour des procédés qui sont réalisés simultanément pour fabriquer les éléments de transistor planaire encore positionnés sur la même plaquette semiconductrice (substrat). Pour les zones correspondantes on a utilisé, le la même manière, des expressions telles que "zone d'émetteur" ou également "zone de "base" "bien que l'o"bjet de la présente invention concerne les composants a capacité PO de jonction plutôt que les éléments de transistor planaire. Cecir toutefois, ne devra en aucune manière être considéré comme une restriction à ces types de composants à capacité de jonction, dans lesquels toutes les zones peuvent seulement être fabriquées en même temps eue les zones correspondantes des éléments de transistor planaire du même microcircuit (IC). Il est également dans l'es-^ prit de la présente invention de réaliser des zones de composants à capacité de jonction, correspondant au:: zones des éléments de transistor planaire, au cours de plus d'un procédé de diffusion de telle sorte que les répartitions des profondeurs et d® concentrations des zones peuvent être modifiées en fonction des valeurs électriques souhaitées. A ces'fins, la présente invention a pour objet un composant à capacité de jonction, en particulier pour un microcircuit monolithique réalisé pour avoir la forme d'une structure planaire présentant une zone de jonction HT restreignant la zone émetteur d'un élément de transistor planaire et une zone de collecteur faisant partie d'une couche épitaxiale d'un type de conductivi-■JJ te disposée sur un 'oorps de base présentant l'autre type de oonductivité et entourée par une zone isolante s'étendant à travers la couche épitaxiale et présentant le type de conductivité du corps de base et qui pour la surface limite entre la zone épitaxiale et le corps de "base-comprend une couche intermédiaire fortement dopée du ïiîêrnc type de conductivité que la couche épita-xiale. " bad origwaj-, 69 21310 2014235 3 Les inconvénients mentionnés précédemment des types classiques de composants à capacité de jonction, cv. particulier en ce qui concerne les conditions de surface et de tension de rupture ;levée.sont évités de manière extensive par la présente invention, en ce ue la zone de ecllecteur et la aone adjacent 5 te à la zone d'émetteur, dans la réduction de surface de la zone d'émetteur et dans la marge de la couche intermédiaire, sonttra.ersées par une zone du même type de conductivité ._ue le corps de hase s'étendant jusqu'à la couche intermédiaire. En conséquence, la zone correspondant à la zone isolante termine la cou-10 che intermédiaire. En contactant maintenant la "zone d'émetteur" et la "zone de hase"; on obtient un composant à capaoité de jonction qui, en courant continu, est séparé électriquement du corps de base semiconducteur par une fonction Pif, En l'absence de cette couche intermédiaire, la "zone de base" s'étendrait dans le corps de base du mâme type de conductivité. Si, maintenant, selon 15 l'invention, on prévoit une zone correspondant à la zone isolante, il en résulte l'avantage d'une capacité spécifique accrue sans diminuer la tension do rupture du composant à capacité de jonction parce que la diffusion d'isolation engendre un acoroissement substantiel de la concentration de dopage pour la zone de jonction PII qui détermine la capacité sans modifier les conditions 20 de ooncentration de dopage de la zone de jonction PÏT sur la surface semiconductrice, En fait, en ce point, on bbtien'-'drait la rupture électrique en l'absence de la zone correspondant ."ï la zone isolante quand la tension inverse s'accroît. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la desoription 25 détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention, La figure 1 représente un exemple de réalisation préféré d'un composant à capacité de jonction, selon l'invention, La figure 2 sert à expliquer les conditions de dopage relatives quand 30 la profondeur de diffusion croît à partir de la surfaoe semiconductrice, La figure 3 représente un exemple modifié de réalisation d'un composant à capacité de jonction, selon l'invention, avec une capacité spécifique accrue Sur la figure 2, la courbe E indique la ooncentration de dopage décroissant dans la "zone d'émetteur" 5 la fi"ure 1, dans laquelle correspond 35 à la conoentration de surface. Dans le présent exemple de réalisation, cela concerne une impureté de dopage du type F et,à cette fin,on utilise, de préférence, du phosphore. De plus, sur la figure 2, on a tracé, en fonction de la courbe E, les profils de concentration pour la zone isolante I avec la concentration de surface IT^-q et la diffusion de base B avec la concentration 40 de surface BAD ORIGINAL 69 21310 2014235 Selon la figure 2, la capacité de jonction do la jonction émetteur/base utilisée, est déterminée par les conditions du concentration de dopage dans une profondeur do diffusion correspondant au point d'intersection de la courbe E avec la oourbe S pourvu qu'il ne se produise pas de diffusion supplémen-5 taire d'une zone selon la présente invention correspondant à la zone isolante. Cette diffusion d'isolation additionnelle _ comme cela peut être vu sur la figure 2, est effectuée avec une concentration de aurfaoe aocrue et une profondeur de diffusion supérieure ù. la diffusion de la zone de base. Toutefois, au point d'intersection des courbes E et 1, dans ce c.,s pour la zone de jono-10 tion PÏT, on obtient les conditions d'une concentration de dopage aocrue et^en conséquence, d'une capacité de charge d'espace aocrue. La tension de rupture pour cette zone de jonction PIT qui est pratiquement déterminée par les conditions de dopage qui existent à la surface semiconductricejn'est toutefois pas réduite quand la "zone d'émetteur" 5 recouvre la zone £, selon la figure 1, 15 pour la marge totale sur la surface semiconductrice et si,en choisissant un profil, approprié de la courbe I, on prend soin que la tension de rupture ne soit pas réduite. En outre ,1a "zone de base" 4 qui est disposée en "chevauchement" selon la figure 1 et qui est diffusée selon la courbe B, permet le oontaotage de la zone P sans provoquer une réduction de la tension de rupture 20 par cette mesure. Le composant à capaoité de jonction ^elon la fi_ure 1, quand on utilise le procédé généralement connu de fabrication de couche épitaxiale et le procédé de diffusion planaire en utilisant des couches do surface de masquage comme masque contre la diffusion des matériaux de dopage et en utilisant le 25 procédé photolithographique, est fabriqué de la maniàre indiquée ci—après. Un corps de base 1 conducteur de type P, présentant la forme d'une plaquette de silicium, après un masquage d'oxyde selon la géométrie de la couche 6 S 0 intermédiaire 67~d'abord prévu aveo une couche de diffusion ÏÏ+ fortement dopée. Snsuite, après l'enlèvement du masque d'oxyde, on dépose la oouche épita— 30 xiale 2 ctinductrice du type Iî. Là-dessus, d'une manière connue en soi et à l'aide de diffusions planaires, la "zone d'émetteur" 5 et la "zone de base"4, ainsi que la zone isolante 7 ©t la zone 8 sont diffusées d'une manière telle qu'il en résulte une struoturo selon la figure 1, Le composant à capacité de jonction résultant présente des contacts qui s'effectuent d'une manière connue 35 par l'intermédiaire de couches métalliques 11 et 12 contactant les zones, par exemple au moyen de fils en or 9 ©t 10. Afin d'obtenir une capacité de jonction maximale dans le cas d'une tension de; rupture non réduite (pax exemple normalement TJ_. = 6 à 7 volts) au Hin moyen d'une diffusion supplémentaire,, la tension do rupture de la portion de 40 la sone adjacente 89 s Approche de la tension de rupture pour la surface serai— BAD ORIGINAL 21310 2014235 5 co-^uetri 3-: sir.u-e _ntr^ la "sono d'émetteur" j et 1- "sono de "base"4, P~r exemple en r«nd-3.r i-, eor.ccutr .:ion au peint A é?..'~~Q à la concer.tra.tion de surface de la ci.iffu.sier. à: case '^17 ,) « 3t-lcr. l'invention, naturellement, la rtk-a shose peut C^iorx-nt être ?b-cnue dans un. ;-roril isolant existant de la zone " par un*, diffusion vlU3 profonde de la "scr.u à' ér>.etteur" 5« Sous certaines conliti^ns. la tension îc rupture -à 1'intérieur dr. corps semiconducteur peut être réduite au—des oello sur la suriace seniconduotrioe, CLciiii) 1 Û *—'viS O 01. -t-Vv... _ V*. C oapacité sprcif i.;ue partiouli'iron:ont élevée et une tenaion de .rupture p.s partiouli r-otneni- élevée. La figure 3 concerne un exemple codifié do ooraposant à capacité de jonction. celon 1'invention. Une telle modification peut 'être réalisée dans les ne cas où aucune des deux zones an composant à capacité de jonction/doit être séparée électriquement du corps de "base en courant continu. Dans le composant à capaoité de jonction, selon la figure 3, la "zone d'émetteur" 5 recouvre partiellement la "zone de collecteur" 3 et la zone !le "base'!-, recouvre partiellement la zone isolante 7, oommo cela pout être vu sur le dessin. Un composant à capacité de jonction, selon la figure 3, présente une capacité spéci fique accrue par rapport au composant à capacité de jonotion, de la figure 1 et correspond à un mont-are parallèle des trois jonctions PF d'un élément de transistor planaire avec une zone collecteur utilisée comme une partie d'une couche épitaxiale d'un type de conductivité, sur un corps de hase de l'autre type de conductivité, et avec une zone isolante du type classique s'étendant à travers la couche épitaxiale. L'idée de l'invention est applioablc,d'une manière générale, quand on désire un composant à capacité de jonction présentant une capacité spécifique particulièrement 'levée, avec peu le matériau semiconducteur ou de . sur face semiconductrice. U-i composant capacité do jonction, selon la présente invention, par exemple3peut également être avantageusement utilisé oomme oom-posant individuel dans le cas où les dimensions du boitier, par exemple le diamètre d'un boitier cylindrique pour une diode à capacité variable, son,t sup-pos4edovcir être maintenu xaiblca En rapport aveo ceci, il est faoilement possible de doubler L. capacité par rapport aux types classiques de oondensateurs à jonction, on conservant la morne surface semiconductrice. Sien viie les principes de la présente invention tient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement - titre d'exemple et ne limite pas la porté-e ae l'invention. ©AD ORIGINAL 69 21310 2014235 T-Y— y* .,-T- «, --«-T- N CI v' xxl. -.j J. „'ii.i. X '»i o 1°/' - Composant i capacité de jonction on particulier pour un microcircuit nior.olithi.ju® i r7.3ent:.nt lv, ^orrr.o d'une structure pls.:ir,ire, avoo une sono de jonction 717 réduisant la ccno d'iaotteur d'un clément de transistor planair-5 re,c.v^o ,.:nc :ono do jonobion TS réduisant la zone d1 émetteur d'un éléoent de transistor planaire, avec une cono àe collecteur faisant partie d'une couche épitaxiale d'un type de conductivité, disposée sur un corps de "base de l'autre type de oonductivité et entourée par une zone isolante s1étendant à travers la couche épitaxiale et ayant le même type -.Le o^nd.ictivité que le corps de 10 hase et comprenant une couche intermédiaire fortement dop:'e du même type de conductivité que la couche épitaxiale à la limite entre la couche épitaxiale et le corps de "base, caractérisé en ce que la zone de collc-cteur et la zone de hase adjacente à la. zone d'émetteur dans la surfacc limite de la zone d'émetteur et dans la. marge de la couohe intermédiaire, est traversée 15 par une zone du même type de conductirité Que le corps de hase s'étendant jusqu'à la couche intermédiaire. 2°/- Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de rupture de la portion de la zone de jonction Fî7 située entre la zone d'éme^ teur ut la zone adjacente est tout au plus égale à la tension de rupture de 20 la surface semiconductrice entre la zone d'émetteur et la zone de hase. 3°/- Ccnpcsant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone d'émetteur recouvre partiellement la zone de collecteux1 et en ce que la zone de hase recouvre partiellement la zone isolante. 4°/- Composant selon les revendications 1 à 35 caractérisé en ce que la 25 concentration de surface de la zone correspondant k la zone isolante est supérieure à la concentration de surface de la zone de hase et inférieure à la concentration de surface de la zone d'émetteur » BAD ORfG/NAL