Brevet FR2064191A1 — publié le 19710716

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, aux résistances destinées à être utilisées dans les circuits inté grés et, plus particulièrement, à une nouvelle résistance diffusée monolithique et à un procédé de fabrication de résistances 5 diffusées de grande valeur ohmique dans des circuits intégrés monolithiques planars. Les résistances diffusées sont des éléments passifs usuels utilisés dans les circuits intégrés monolithiques planars et présentent, en général, une résistance superficielle de l'ordre de 10 100 à 150 ohms par carré (Xl/CÏ). Ces résistances diffusées sont généralement constituées par des lits allongés du type p formés dans des substrats du type n ou par des lits du type n formés dans des substrats du type p. La résistance d'un lit d'un matériau de l'un de ces types formé dans un substrat du type opposé peut 15 être exprimée par Ps ^ , où F est la résistance superficielle, w s 1 la longueur du lit et w la largeur de celui-ci. D'après cette expression, il semblerait qu'on puisse augmenter la résistance, soit en augmentant la longueur du lit, soit en réduisant sa largeur. 20 Toutefois, en pratique, la largeur minimale de la résistance est limitée par l'état de la technique photolithographique à envi ron 7,5 microns, de sorte qu'une augmentation de la longueur du lit résistif a jusqu' à présent été le seul moyen possible pour aug menter la valeur ohmique d'une résistance donnée de ce type. Mais, 25 bien que la longueur d'une résistance de circuit intégré puisse être aisément augmentée en établissant des parcours appropriés sur toute ia superficie du fragment, la longueur pratique et, par conséquent, la résistance totale disponible est effectivement limitée par la superficie disponible de la pastille de silicium. 30 Dans la plupart des circuits intégrés actuellement disponibles, la limite supérieure pratique des résistances diffusées est de l'ordre de 50.000 ohms. Un autre facteur qui doit être pris en considération est le fait que la résistance diffusée doit, pour des raisons pratiques, 55 être fabriquée au cours de l'une des opérations de traitement qu' implique la fabrication du reste du circuit intégré. Généralement, ces résistances sont formées en même temps que les bases de circuits comportant des transistors npn ou au cours du stade de diffusion source-drain dans les circuits intégrés M0S. Pour cette 40 raison, la concentration superficielle et la diffusion de l'impu 70 35297 2 2064191 reté sont fixes et imposent effectivement une constante à la résistance superficielle en ohms par carré de la résistance. S'il n'y avait pas cette limitation, la valeur ohmique d'une résistance diffusée formée dans une superficie de fragment donnée pour-5 rait être aisément augmentée par simple réduction du facteur Q du dépôt préalable ou par prolongement du temps de diffusion. En conséquence, l'invention a, notamment, pour objet de créer: - ion procédé nouveau permettant d'augmenter la valeur ohmique d'une résistance diffusée à former dans une superficie de frag- 10 ment donnée au cours de la fabrication d'un -circuit intégré monolithique ; - un procédé permettant d'augmenter la valeur ohmique d'une résistance diffusée formée dans une superficie de substrat donnée et fabriquée en utilisant' la même concentration de dépôt d'impure 15 tés et le même temps de diffusion que dans les résistances de la technique antérieure; - un nouveau procédé permettant d'augmenter la valeur ohmique d'une résistance diffusée de circuit intégré donnée de configuration déterminée, par la mise en oeuvre d'une technique de masqua- 20 ge utilisant un masque segmenté au lieu de l'ouverture de masque continue généralement utilisée pour fabriquer une résistance de ce type. Suivant l'invention, la valeur ohmique d'une résistance diffusée monolithique peut être rendue de cinq à dix fois plus gran-25 de pour une superficie de fragment disponible donnée en laissant subsister des ponts d'oxyde dans le dessin qui délimite- la topographie de la résistance antérieurement au dépôt préalable, puis en diffusant l'impureté dans le substrat à travers l'ouverture segmentée résultante pour former la structure de jonction p-n pla 30 nar. Etant donné que les ponts d'oxyde assurent un masquage contre les impuretés, la formation d'une résistance continue dépend de la diffusion latérale à partir des régions adjacentes intercon nectées. En conséquence, les largeurs des ponts doivent être choi sies telles que les diffusions à partir d'ouvertures adjacentes 35 se chevauchent sûrement, cependant que les impuretés diffusent en dessous. Etant donné que la concentration en impuretés des zones diffusées latéralement est sensiblement inférieure à celle qui existe directement au-dessous des ouvertures du masque, ce qui donne lieu à la formation de segments d'interconnexion de grande 40 valeur ohmique, la valeur ohmique totale de la résistance diffusée 70 35297 3 2064191 est considérablement augmentée. Un avantage important de l'invention réside en ce qu'on peut obtenir une résistance beaucoup plus grande dans une superficie donnée d'un circuit intégré que par la technique antérieure qui 5 consistait à pratiquer la diffusion à travers une unique ouverture de masque continue. En outre, une valeur ohmique particulière peut être obtenue suivant l'invention dans une faible portion de la superficie de fragment antérieurement nécessaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip-10 tion détaillée qui suit et à l'examen du dessin annexé, qui en re présente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation Sur ce dessin : - les fig.la et 1b représentent respectivement en plan et de profil une résistance du type pour circuit intégré réalisée con- 15 formément à la technique antérieure; - les fig.2a et 2b sont des vues en plan et de profil, respectivement, d'une résistance de circuit intégré réalisée conformément à l'invention; - la fig.3 est un schéma montrant les caractéristiques résis 20 tives de la résistance représentée sur la fig.2; - la fig.4 est un schéma électrique équivalent généralisé de la résistance représentée sur la fig.2. La fig.la montre une vue du dessus d'une résistance diffusée fabriquée conformément aux techniques antérieures et la fig.lb 25 une vue en coupe longitudinale passant par le centre de la résistance représentée sur la fig.la. Conformément à la technique anté rieure, un oxyde 10 est initialement formé par croissance sur la surface d'un substrat 12 du type n, par exemple,- et l'on découpe une ouverture 14- pour exposer le substrat 12. Ensuite, on procède 30 au dépôt préalable d'une impureté du type p sur la structure et on la diffuse à travers l'ouverture 14 dans le substrat 12 pour former le lit 16 du type p. Un oxyde de champ 18 est ensuite formé par croissance au-dessus de cet ensemble et des interc onnociciis métalliques 20 et 22 sont reliées, à travers des ouvertures prati 35 quées dans cet oxyde, aux extrémités 24 et 26, respectivement, du lit 16 du type p. La valeur ohmique E d'une telle structure peut être exprimée par : o 1 E . ft 4 40 ovlPb est la résistance superficielle du lit 16 du type p, 1, la 70 35297 4 2064191 longueur de la partie du lit 16 comprise entre les interc oûnexians 20 et 22 et w, la largeur du lit, comme indiqué. En pratique, la largeur w minimale de l'ouverture 14- est limitée par l'état des techniques photolithographiques existantes à environ 7»5 microns. 5 Pa est, en outre, pratiquement déterminé par les caractéristi-ques de dépôt préalable et de diffusion du stade de fabrication du circuit intégré au cours duquel la résistance est formée. En conséquence, la seule variable effective est la longueur 1 qui est elle-même pratiquement limitée par la superficie de fragment 10 disponible dans un circuit intégré donné. Dans la plupart des circuits intégrés actuellement disponibles, par suite des restrictions mentionnées ci-dessus, la limite supérieure des résistances diffusées est de l'ordre de 50.000 ctas» Toutefois, suivant l'invention, on a tiré avantâge du fait que, 15 tandis que la résistivité du lit p est relativement faible dans la zone du dépôt préalable initial, étant donné que la concentration en impuretés initiale est maximale dans cette zone, cette concentration en impuretés décroît dans les régions diffusées latéralement suivant une loi approximativement exponentielle et qui 20 est fonction du processus de dépôt préalable et de diffusion des impuretés. Cela signifie que, si la résistivité de la zone de la surface du substrat située immédiatement au-dessous de l'ouverture initiale de l'oxyde présente une première valeur, la résistivi té incrémentielle d'une partie quelconque du lit p extérieure à 25 cette zone initiale est notablement plus élevée étant donné que la concentration en impuretés y est notablement plus faible. Sur les fig.2a et 2b, on a représenté un exemple d'une résis tance réalisée conformément à l'invention. Lors de la mise en oeu vre du procédé suivant l'invention, au lieu de prévoir une ouver-30 ture unique entre les deux extrémités de la résistance à former, on découpe une série d'ouvertures 30 à travers l'oxyde 32, de manière à laisser subsister des ponts d'oxyde 34- séparant ces ouver tures. Des impuretés sont ensuite préalablement déposées au-des-sus des ouvertures 30, puis l'impureté est diffusée dans le subs-35 trat pour former une série de lits 36 du type p se chevauchant mu tuellement. La largeur des ponts d'oxyde 34-, c'est-à-dire la séparation entre les ouvertures 30, est soigneusement choisie de manière à être inférieure au double de la distance de diffusion latérale 40 prévue de chacun des lits p. Ceci assure que les diffusions, à 70 35297 5 2064191 partir de chacun des lits adjacents, se chevauchent comme indiqué en 38, de manière à établir un parcours continu à travers le maté riau p entre le contact 40 et le contact 42. Toutefois, étant don né que les parties 38 se chevauchant mutuellement des lits 36 du 5 type p ont des concentrations en impuretés notablement inférieures à celles des zones de dépôt préalable initia]ss44, la résistance incrémentielle du dispositif le long du parcours s1étendant entre le contact 40 et le contact 42 varie d'une manière indiquée de façon schématique sur la fig.3. 10 La fig-3 est un schéma montrant la manière dont la valeur oh mique de la résistance diffusée globale formée suivant l'invention varie le long d'une ligne centrale entre les extrémités 40 et 42. Au-dessus de la zone 44, la concentration en impuretés res te relativement élevée mais à l'extérieur de cette zone, elle di-15 minue suivant une loi sensiblement exponentielle avec la distance sur laquelle l'impureté est diffusée à travers le substrat 32. Etant donné que la résistivité varie en raison inverse de la concentration en impuretés, la résistance des régions diffusées laté ralement qui joignent les zones de dépôt préalable initiales 44 20 est plus grande que celle de ces dernières. En conséquence, étant donné que la résistance totale du système est déterminée par la résistivité du parcours de moindre résistance entre les contacts 40 et 42, la résistance longitudinale du système est relativement faible au-dessus des zones 44, comme indiqué en 50 sur la fig.3 25 et est notablement plus grande à travers les régions diffusées la téralement, comme représenté en 52. Toutefois, au chevauchement, il se produit une légère réduction de résistance, comme indiqué en 54, en raison du fait que la concentration est doublée dans les zones 38 se chevauchant mutuellement. 30 Etant donné que les divers lits 36 du type p, à l'exception des lits extrêmes 35 et 37» sont pratiquement identiques et équi-distants des contacts 40 et 42, les variations de résistance entre une valeur relativement faible et une valeur relativement éle vêe se répètent sur toute la largeur du système. 35 Pour simplifier encore la représentation, on peut considérer le schéma équivalent électrique de la fig.4 dans lequel les résis tances à travers les zones de dépôt préalable originales 44 sont représentées sous la forme de résistances relativement faibles 60, tandis que les résistances entre les zones 44 adjacentes peuvent 40 être représentées par des résistances plus grandes 62, de sorte 70 35297 e 2064191 que la résistance totale entre les points de contact 40 et 42 peut être exprimée comme étant la somme des diverses résistances 60 et 62. Dans un exemple précis, la largeur des ponts 54, c'est-à-di-5 re la distance entre les ouvertures 50, est de 7,5 microns et la distance de diffusion latérale dans chaque région est rendue sensiblement égale à 7,5 microns, de sorte que les diffusions à partir de deux lits p adjacents se chevauchent sûrement, ce qui donne, dans l'exemple considéré, une marge de sécurité de 100 %. A 10 titre de comparaison, une résistance diffusée de la technique antérieure d'une largeur de 7,5 microns et d'une longueur de 1 mm présente une résistance moyenne de 50.000 ohms. En conséquence, on obtient une résistance environ dix fois plus forte sans augmen tation de la superficie de silicium nécessaire. 15 En utilisant le procédé suivant l'invention, on peut obtenir une résistance notablement plus grande dans une superficie de fiEg ment disponible donnée en procédant exactement aux mêmes opérations que celles qui étaient nécessaires pour fabriquer un circuit intégré comportant la résistance plus faible de la technique 20 antérieure. A cet effet, il suffit simplement de substituer une série d'ouvertures espacées dans un masque d'oxyde le long de la région où doit être formée la résistance à la longue.ouverture continue utilisée dans le procédé de la technique antérieure. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de 25 réalisation préféré ci-dessus décrit; elle est susceptible de nom breuses variantes, selon les applications envisagées, sans qu'on s'écarte pour cela du domaine de l'invention. 70 35297 7 2064191 REVENDICATIONS 1«- Procédé de fabrication d'une résistance diffusée dans un circuit intégré monolithique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à procéder à un dépôt préalable d'impu-5 retés d'un premier type de conductibilité dans des zones distinctes sur la surface d'un substrat ayant une conductibilité d'un se cond type, ces zones étant alignées et mutuellement espacées selon des distances prédéterminées, à diffuser ces impuretés dans le substrat jusqu'à une distance au moins égale à la moitié de 10 celle qui sépare des zones distinctes adjacentes de façon que les régions diffusées adjacentes se chevauchent mutuellement, et à établir des contacts ohmiques au moins en deux desdites régions diffusées. 2.- Procédé de fabrication d'une résistance diffusée dans un 15 circuit intégré monolithique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une opération consistant à utiliser un masque d'oxyde présentant une série d'ouvertures mutuellement espacées pour effectuer le dépôt préalable desdites zones d'impuretés sur le substrat. 20 3«- Procédé de fabrication d'une résistance diffusée dans un circuit intégré monolithique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à disposer un masque de diffusion au-dessus d'un substrat semi-conducteur d'un premier type de conductibilité, à découper une série d'ouvertures espacées dans ce mas-25 que entre des premier et second points sur le substrat, les ouver tures adjacentes ayant un espacement mutuel prédéterminé, à procé der à un dépôt préalable d'une concentration prédéterminée en une impureté ayant une conductibilité d'un second type dans lesdites ouvertures, à diffuser ladite impureté dans le substrat jusqu'à 30 une distance au moins égale à la moitié dudit espacement prédéter miné, de façon que les diffusions adjacentes obtenues se chevauchent et à établir des contacts ohmiques, aux premier et second points précités, avec la résistance ainsi formée. 4-.- Procédé de fabrication d'une résistance diffusée dans un 35 circuit intégré monolithique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à diffuser des impuretés d'un premier type de conductibilité dans des régions distinctes d'un substrat ay?r.*'; "--e ooad 70 35297 8 2064191 ayant une conductibilité d'un second type, ces régions étant disposées le long d'une ligne, de telle façon que des parties des ré gions adjacentes diffusent dans des parties communes du substrat et à établir des contacts ohmiques en chacune des deux régions 5 les plus éloignées entre-elles de façon qu'un courant électrique puisse traverser l'ensemble desdites régions. 5«- Résistance diffusée pour circuit intégré monolithique, caractérisée en ce qu'elle comprend un fragment de matériau semiconducteur d'un premier type de conductibilité et -une série de ré 10 gions d'impuretés d'un second type de conductibilité diffusées dans le fragment de telle manière que les régions adjacentes se chevauchent, les zones de chevauchement desdites régions adjacentes présentant des concentrations en impuretés sensiblement moindres que les parties les plus centrales desdites régions. 15 6.- Résistance diffusée pour circuit intégré monolithique, suivant la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites régions sont alignées le long d'un parcours reliant entre-elles deux régions extrêmes, des moyens d'interconnexion électrique étant prévus pour établir des contacts ohmiques avec lesdites ré-20 gions extrêmes. 7»- Perfectionnement à un circuit intégré monolithique comportant un élément résistif passif, caractérisé en ce que cet élé ment résistif est formé de plusieurs régions d'un premier type de conductibilité, les régions adjacentes se chevauchant mutuelle-25 ment, et en ce que la résistivité des parties desdites régions qui se chevauchent est notablement inférieure à celle des autres parties de ces régions. 8.- Résistance diffusée pour circuit intégré monolithique, caractérisée en ce qu'elle comprend une série de régions intercon 30 nectées d'un premier type de conductibilité disposées dans un substrat d'un autre type de conductibilité, lesdites régions comportant un premier et un second côtés, la résistivité de chaque région variant d'une valeur élevée audit premier côté à une valeur notablement plus faible au centre desdites régions pour re-35 prendre une valeur élevée audit second côté, le premier côté de chaque région chevauchant le second côté cfune région adjacente, et des moyens de connexion électrique en contact ohmique avec des régions éloignées, lesdits moyens étant disposés de façon qu'un courant électrique puisse traverser la série de régions interconnectées.