Brevet FR2045944A1 — publié le 19710305

La présente invention concerne des dispositifs semiconducteurs à jonction à fonction réctificatrice. L'invention concerne plus particulièrement des diodes de zener du type N+/P+ et des condensateurs à jonction, utilisables dans des circuits intégrés 5 monolithiques. Jusqu'ici on a fabriqué de nombreuses diodes de zener dans des circuits intégrés monolithiques en diffusant une première région ayant une conduetivité élevée d'un type donné dans le circuit intégré puis en diffusant une seconde région ayant une conducti- 10 vité élevée du type opposé dans une partie de la première région, habituellement en diffusant une région ÎT+ dans une région diffusée P+. La concentration en impuretés des deux régionslétait très élevée et la jonction N+/P+ entre- ces régionsavait une faible profondeur, habituellement inférieureà 1 micromètre. Cependant la que 15 minceur de la jonction N+/P+ a eu pour conséquence,/de nombreuses diodes deviennent mal isolées ou sont mises en court-circuit lorsque l'on y allie des contacts électriques. On a généralement utilisé l'aluminium pour ces contacts électriques et lorsque l'on chauffait l'aluminium à une tempéarature suffisante pour l'allier 20 au matériau semiconducteur, il traversait la surface et pénétrait dans le corps semiconducteur. En particulier, l'aluminium pénétrât dans la seconde région en traversant la jonction mince ÏT+/P+, ce qui provoquait un court-circuit du dispositif et diminuait le rendement à .la fabrication.-25 La diode de zener améliorée selon lrinvention comporte un corps d'un matériau semiconducteur présentant une première région ayant un type de conductivité donné et constitués de deux parties, une de ces parties ayant une concentration en impuretés élevée "tandis que l'autre partie a une concentration en impuretés notablement 30 plus faible. Une seconde région ayant une conductivité élevée du. type opposé est reliée aux deux parties de la première région et est séparée de chacune de ces parties par une jonction P/IT, la jonction P/îF entre la seconde région et la partie dont la concentration en impuretés est la plus faible, étant à une profondeur 35 beaucoup plus importante que la jonction P/N entre la seconde région et la partie à concentration en impuretés élevée. Le contact électrique avec la seconde région est fait uniquement sur 70 13456 2 2045944 la partie à concentration en impuretés la plus faible, pour laquelle la jonction P/ST est à la profondeur la plus importante. D'autres caractéristiques., et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. 5 Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : - la figure 1 représente, de façon schématique, une coupe d'une partie d'un circuit intégré monolithique comportant une diode de zener selon l'invention ; - les figures 2 à 6 sont des coupes schématiques montrant 10 les différentes phases d'un procédé de fabrication préférentiel de ladite diode de zener ; - la figure 7 est un graphique montrant les courbes de diffusion de ladite diode de zener. la figure î estun^eprésentation schématique en coupe d'une 15 partie d'un circuit intégré monolithique qui comporte une diode de zener. 10, se'lon l'invention, le circuit intégré comprend un substrat semiconducteur 12 et une couche épitaxiale 14 disposée sur le substrat'et séparée de lui par une' jonction 16. A la figure 1, le substrat 12 ,a une conductivité du type P et peut comporter 20 une poche ou analogue 18 ïf+ au voisinage de la jonction 16, comme il est bien connu dans l'art antérieur. la couche épitaxiale 14 a"une conductivité du type U et présente une surface libre 20. Un collier ou zone annulaire 22 d-e type P+ entoure une partie de la couche épitaxiale 14, formant line région F 24 en forme de 25 nacelle ou analogue isolée du reste de la couche épitaxiale 14- La région U 24 est isolée électriquement du reste de la couche épitaxiale 14 et comporte généralement un ou plusieurs dispositifs électriques,comme dans le cas de la figure 1 où la région F 24 comporte la diode de zener 10 voisine de la surface 20. 30 Ladite diode de zener 10 comporte une première région 26 ayant un type de conductivité donné et présentant deux parties 28 et 30 reliées latéralement- ensemble et voisines de la surface 20; cependant," la partie 28 a une conductivité et une concentration en dopant notablement plus élevéesque la partie 35 30- Selon le mode de réalisation représenté-à la figure- 1, la région 26 a une conductivité du type P et comporte une partie P+ 28 et une partie P 30.. la. partie 28 a- également mie - 70 13456 3 2045944 profondeur notablement plus importante que la partie 30. Une seconde _région 32 ayant une conductibilité élevée du type opposé est reliée aux deux parties 28 et 30 de.la première région 26 et se trouve. également au. voisinage immédiat de la surface 5 20. A la figure 1, la seconde région 32 a line conductivité E+ et se trouve dans Iles deux .parties 28 et 30, formant une .jonction N-0P+ 34 avec la partie P+ 28 et une jonction N+/P 36 avec la partie P30. La jonction M+/P 36 entre la seconde région 32 et la partie 30 ayant une, concentration en impuretés plus 1o faible «età«ie profondeur notablement plus importante que la jonction N+/P+34 entre la seconde région 32 et la partie à concentration en impuretés élevée. 28. La connexion électrique est faite au moyen de contacts-' électriques 38 et 40 qui sonl/al-liés aux surfaces de la région IT+32 et de la région P+ 28 15 respectivement. Le contact éléctrique 38 avec la région ÎT+ 32 est fait, uniquement au-dessus de la partie P 30 où la jonction N+/P 36 aastàiœeprofondeur notablement plus importante. Les figures 2 à 6 montrent différentes phases ou étapes d'un procédé de fabrication préférentiel de la diode de zener 10 20 -dans un circuit intégré monolithique. La.. figure 2 mentre une partie&l car cuit-intégré avant que la diode de zener 10 y soit fabriquée. Le substrat 12 et- la couche épitaxiale 14 sont faits de silicium mono'cristallin et "ont des résistivités de 25 à 50 ohms^ai et de 1 à 6 ohm-cm .respectivement. On fait 25 croître' la couche épitaxiale 14 jusqu'à .une épaisseur de 10 à 14 micromètres et on lui donne une concentration en dopant de 15 3 5 X 10 atomes/cm , environ. La poche ÎT+ 18 et la partie annulaire P+22 peuvent être faites par des procédés de diffusion bien connus dans la technique antérieure. . * jO : I®- première phaée opératoire pour fabriquer la diode de zener 10 selon l'invention éstde diffuser la .partie "P-f 28.de la région 26 dans la région ÏT 24. Comme représenté à la figure 3, la surface 20 est revêtue d'une couche de passivation -42 et une partie de cette couche est enlevée de façon à exposer une•partie de la 55 surface 20 se trouvant au-dessus de la région 24. Ceci est fait habituellement en déposant une couche de dioxyde de silicium o ayant une épaisseur dé 5.000 à 10.000 A et en enlevant une partie de cette couche par des procédés de photorésistance 70 13456 4 204S944 classiques comme il est bien connu dans la technique antérieure. On procède ensuite à une diffusion P+ en exposant la surface 20 à du nitrure de bore pendant 45 minutes à 1150 °. C puis à de la. vapeur pendant 45 minutes à 1165° C. la partie résultante 5 P+28 est diffusée profondément dans la région ET 24 à une profondeur de 4,5 microns avant que sa concentration en impuretés devienne inférieure à celle de la région ÎT 24. la partie P 30 de la première région 26 est formée ensuite par diffusion, le revêtementdToxyde^ 42 est enlevé par arrachement 10 ou analogue et on dépose un nouveau revêtement et* oxyde 44 dans lequel on fait une ouverture pour exposer une autre partie de la surface 20. Comme représenté à la figure 4, le revêtement d'oxyde tA est enlevé dans une aire ou plage jad^acente • a la partie P+ 28 età une partie de la région J 24, çpii 'y est 15 reliée . latéralement de telle-sorte que la-diffusion suivante P, forme- -des parties P et P-f 30 et 28 voisines de la surface 20 qui sont connectées latéralement, la diffusion P est faite en exposant la surface 20 à du nitrure de bore pendant 40 minutes à 950°C et à une atmosphère sèche pendant 50 minutes et-à une , 20 atmosphère humide pendant 50 minutes à 1.100°C. On utilise le même nitrure de' bore gazeux pour les diffusions P et P+, mais lé fait que les températures de dépositions et de diffusion pour la diffusion P sont plus faibles a pour résultat que la partie P 30 a une concentration en impuretés et une profondeur 25 de diffusion notablement plus faible^. la partie P 30 est diffusée seulement -à une profondèur de 2,0 micromètres environ avant que sa concentration en impuretés devienne inférieure à celle de la région N '24. Habituellement cette diffusion P est faite en même temps que les diffusions de bases et de résistances 30 dans . d'autres parties du circuit intégré ce qui élimine la nécessité d'une phase de diffus_on- supplémentaire. la région îf+ 32 est formée ensuite par diffusion. Le.revêtement d'oxydé 44 est enlevé et on dépose un nouveau revêtement d'oxyde 16 dans lequel on pratique une ouverture pour exposer 35 une autre partie de la surface'20. Comme représenté à la figure 5 le revêtement d'1 oxyde 16 est enlevé dans une partie, de l'aire se trouvant au voisinage à la fois de la partie P+28 et de la partie P 30 de la région 26. la diffusion ÎT+, peut être effectuée 70 13456 5 2045944 en exposant la surface 20 à du POCl^ pendant 18 minutes à 1050°C, puis à la vapeur pendant 45 minutes à 945°C. la région K+ 52 résultante se trouve dans les deux parties de la première région 26, formant une des jonctions à action rectificatrice 34 et 36 5 avec les parties 28 et 30 respectivement, les profondeurs de. jonction et les courbes de diffusion qui résultent des diffusions susmentionnées seront discutées ci-après. la figure 7 montre la contentration en impuretés en fonction de la profondeur des deux parties de la première région 26 et de 10 la seconde région 32. Comme le montre la courbe 50, la partie P+ 28 a une concentration en impuretés à la surface élevée 9/3 de 8x 10 atomes/cm et elle se diffuse profondément dans la région N 24. Comme le montre la courbe 52 la partie P 30 a une concentration en impuretés à la surface nettement plus faible 18 "5 15 qui est de 5 x 10 atomes/cm et elle ne se diffuse pas aussi profondément dans la région N24. la région lft-32 qui est diffusée dans les deux parties de la première région 26, forme une jonction à action rectificatrice ayant des profondeurs différentes dans chaque partie selon la profondeur pour laquelle leurs 20 concentrations en impuretés respectives s'égalisent. Comme le montre la courbe 54, la région ÏT+ 32 a la concentration en impuretés à la surface la plus .élevée, cette concentration étant de 21 3 1,2 x 10 atomes/cm , mais elle ne se diffuse pas très profondément. la courbe de concentration en impuretés de ÏÏ+ 54 tombe 25 rapidement au-dessous de celle de la concentration de P+ 50, formant, à leur intersection, la jonction K+/P + 34. la jonction 34 est identique à celle constituée dans les diodes de zener de la technique antérieure et est représentée par la ligne en pointillés 56, elle est formée à l'intersection des courbes 50 et 54, à 30 une faible profondeur de 0,7 micron environ. Cependant, la courbe de concentration en impuretés de P 52 est sensiblement plus basse que celle de la concentration P+ 50 et, en conséquence, la courbe de concentration en impuretés de E+ 54 reste"au-dessus de celle de de la concentration de P .52 pour une profondeur plus importante, 35 de sorte que la jonction ÎT+/P 36 est formée à une profondeur plus grande que 1,4 micron, comme représenté par la ligne en pointillés 58. , On fait ensuite des connexions électriques à la diode de zener 70 13456 6 2045944 10 au moyen des contacts électriques 38 et 40. On dépose, comme représenté.à la figure 6, un nouveau revêtement d'oxyde 48 et on y pratique une ouverture de façon à exposer une partie de la surface 20 voisine de la région ÏT+ 32, ainsi qu'une autre 5 partie de ladite surface 20, voisine de la partie P+28. la surface 20 qui se trouve au voisinage de la région N+ 32 est dégagée seolement dans l'aire où ladite région ET+ est disposée dans la partie P 30, ayant la concentration en impuretés qui est substantiellement la plus faible et la profondeur de jonction ÎT+/P 36 qui 10 est substantiellement la plus importante. On dépose ensuite un revêtement d'un matériau-hautement conducteur sur le revêtement d'oxyde 48 et sur les deux parties exposées de la surface 20, puis ce revêtement est en-levé sélectivement pour former les contacts électriques 38' et 40. Habituellement les contacts 15 électriques sont faits d'aluminium qui est vaporisé sur la surface 20 puis chauffé à 530°C pour permettre son alliage avec le silicium. Etant donné que le contact électrique 38 avec la région ÏT+ 32 est fait uniquement dans l'aire se trouvant sur la partie P 28 où la jonction ÏT+/P 36 se trouve à une 20 profondeur notablement plus importante, les chances que l'aluminium traverse la jonction ÎT+/P 36 et court-circuite la diode de zener 10 sont considérablement diminuées. la caractéristique N+/P+ des diodes de zener est maintenue avec la diode de zener 10.' selon l'invention, car l'amorçage de 25 tension se fait au travers de la jonction N+/P+ 34- la jonction ÏÏ+/P+ 34 a ure .rupture de tension de 5>5 volts mais la ■ jonction N+/P 36 a-une rupture dé tension plus élevée/le 7,0 volts, en conséquence la diode s'amorce au travers de la jonction H+/P+ 34 de tension la p3u^£aible bien que le contact électrique 30 avec la région ET+ 32 soit fait seulement au-dessus de la jonction N+/P 36. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, el^e comprend"tous les moyens consti-35 tuant-des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leur combinaisons, si celles-ci sont exécitées selon l'esprit de l'invention. 13456 7 2045944 R i.!_?JL?_ï_ÇJLï_î_2JLs 1. Dispositif semiconducteur du type comportant un corps formé d'un matériau semiconducteur comprenant une première région ayant une conductivité d'un type déterminé et formé^Ûe deux parties, l'une de ces parties ayant une concentration en impuretés élevée tandis que l'autre a une concentration en impuretés nettement plus faible, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le corps précité comporte une seconde région ayant une conductivité élevée de type opposé, reliéeaux deux parties de la première région précitée et séparée de chacune de ces parties par une jonction P/N, la jonction entre ladite seconde région et la partie ayant 'la concentration en impuretés la plus faible se trouvant à une profondeur notablement .plus importante que la jonction P/ïf entre ladite seconde région et la partie à concentration en impuretés élevée, un contact électrique avec ladite seconde région étant prévu uniquement sur la partie ayant la plus faible concentration en impuretés, là où la jonction P/ïT est à une profondeur notablement plus importante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la jonction P/N entre ladite seconde région et ladite partie à concentration en impuretés la plus faible se trouve à une profondeur de 1,4 micron environ. 3.les applications du „ dispositif selon les revendication 1 et 2 , à des diodes de zener prévue^dans un circuit intégré monolithique du type comportant au moins un transistor présentant trois régions diffusées séparées.