Brevet FR2130117A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne des résistances semiconductrices particulièrement bien adaptées aux circuits intégrés. Les résistances, surtout dans les circuits intégrés, sont constituées à partir d'un procédé de diffusion et se composent d'une/région semiconductrice, 5 de forme allongée, de conductivité choisie, située à lia surface d'une tranche semiconductrice et aux extémités de laquelle se trou\fig?»t_ des couches métalliques consituant les contacts électriques de la résistance.;' La région de la résistan- ' fis est séparée électriquement des autres régions renfermant les autres composants, par une jonction PN polarisée en inverse.La résistance est aussi isolée électriquement à la surface par une couche is/olante classique d'un matériau tel que du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium. L'isolant i recouvre complètement la surface de la résistance sauf aux endroits où sont placés les dits contacts électriques. j Le procédé de diffusion réalise dans la résistance semiconductrice une -15 distribution d'impureté telle que la concentration! est supérieure aux environs de la surface où les impuretés sont introduites dans le corps semiconducteur . l pour diminuer graduellement vers l'intérieur du cbrps semiconducteur. A cause I de ce profil d'impuretés, la conductivité de la Région de résistance sera supé- / rieure vers la surface du corps semiconducteur. (Lorsqu'un courant se propage 20 dans une résistance, à partir d'un contact électrique vers un autre contact élec trique, la densité de courant sera donc la plus/élevée aux environs de la surface de la résistance. Une conséquence est qu'ici y a une distribution non unifor me du courant à travers les surfaces de contact. Le courant est plus important dans la partie de chaque contact qui est plus (broche de l'autre contact. Le 25 problème de la densité de courant élevé dans c|ette zone localisée s'accentue lorsque la taille de la résistance croit. On ^ trouvé que des discontinuités et des cassures ont tendance à se produire da,hs les couches métalliques formant les contacts électriques. On pense que ceci e(st dû à 1'électromigration des atomes des couches métalliques. Un tel mouvement apparait résulter de l'échauffé 30 ment localisé à la surface du corps semicond'ucteur Cde conductivité relativement faible) aussi bien que de 1'échauffement dufcontact métallique (de conductivité relativement élevée) à cause de la densité cie courant élevée è cet endroit. On trouvera une solution au problème dont on a parlé ci-dessus dans la demande de brevet N° 7.022.19-3 déposée le 117.6.1970 par la demanderesse. Dans 35 ce brevet, on devait utiliser au moins un^ région de blocage pour diriger le courant. La région de blocage est placée entre les contacts électriques sur / la région résistante'et s'étend à partir Ùe la surface vers l'intérieur de la région résistante sur une profondeur limi'tée. Le but de la région de blocage est de diriger le flot du courant dans upe direction plus perpendiculaire à 40 la surface de contact et d'améliorer parj ce moyen la distribution du courant 72 07618 2 2130117 dans les contacts électriques et le corps semiconducteur et éviter ainsi l'en-dommagement des contacts et l'élévation de température à la surface de la résistance semiconductrice. Les régions de blocage n'ont pas tout à fait éliminé les cassures et discontinuités dans les couches métalliques formant les contacts 5 électriques, particulièrement lorsqu'il s'agit de résistances particulièrement élevées. Un objet de là présente invention est de proposer une nouvelle structure résistante serniconductrice et son procédé de fabrication qui ne présente pas les problèmes de cassure de l'art antérieur. 1Q u\n autre objet de l'invention est de proposer une structure de résistance semiconductrice dans laquelle le contact électrique entre des régions de conductivité relativement élevée et des régions de conductivité relativement faible qui forme le contact électrique sur la résistance se trouve à un endroit situé aurdessous de la surface du corps semiconducteur. 15 Ces objets et autres de l'invention sont réalisés conformément aux aspects généraux de cette invehtion en fournissant une structure de résistance semiconductrice possédant unelrégion de résistance d'un premier type de conductivité entouré d'une région d'iun second type de conductivité. Les contatcs électriques espacés sur les régions\résistantes sont des contacts semiconducteurs placés 20 au-dessous de la surface de la structure résistance. Les contacts électriques, tels que les contacts ohiniques métalliques, sont prévus à la surface du corps semiconducteur. Ces contacts sont espacés de la région de résistance. Ces contacts électriques métalliques sont connectés électriquement aux contacts semiconducteurs à l'intérieur1 du corps du semiconducteur. Avec cette structura, la 25 densité de courant élevée \entre le contact de conductivité élevé et la résistance de faible conductivité We fait à l'intérieur du corps semiconducteur et les problèmes (discontinuités et cassures) dans les contacts ohmiques métalliques sont évités. \ D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention 30 ressortiront mieux de l'expssé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représente un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente une vue en coupe d'une résistance semiconductrice de l'art antérieur ; l Les figures 2, 3 et 4 représentent des vues en coupe d'une résistance de 35 la présente invention qui illustre le procédé de fabrication utlisé; La figure 5 est une vue an coupe illustrant une réalisation de l'invention sous sa forme structurale finalle. La figure 1 représente uni exemple d'un type de résistance semiconductrice diffusée de l'art antérieur. La résistance 10 est réalisée dans un substrat 12 40 par la technique de diffusion classique nécessitant une diffusion d'impuretés 72 07618 3 2130117 dans le substrat semiconducteur 12 à travers un film de masquage, par exemple, de dioxyde de silicium. On fait croître le film 14 sur la région semiconouctrice pour passiver la surface de la structure, ûes ouvertures sont réalisées dans le film de passivation 14 jusqu'à la surface de la résistance aux endroits où 5 l'on désire appliquer les contacts électriques. Uu métal tel que de l'aluminium, est alors dépesé par evaporation sur toute la surface du film isolant et du film de passivation 14. Un photorésistant adéquat est alors utilisé par des techniques classiques pour Donner la configuration au contact électrique désiré sur la surface du film. Le métal est alors décapé dans des zones sur lesquelles on 10 ne désire pas obtenir les configurations de contact électrique métallique désirées 16. La structure résultante illustrée produit ,'un contact électrique qui est de préférence ohmique dans lequel il y a une couche métallique de conductivité très élevée 16 en contact avec une région de résistance de condutivité relativement faible 10. C'est l'endroit où l'on obtenait des défauts dans les •15 résistances diffusées de l'art antérieur. Le problème s'accentue par une surcharge du courant, comme illustré sur la figure 1 -par les lignes 13, qui provoquent une densité de courant extrêmement élevée/sur les bords des contacts qui se font face. Plus la valeur de résistance désirée est élevée, plus la sera grande probabilité de cassures^arce que le problème de$ surcharges de courant aura 2Q été accentué. La surcharge de courant produit un/ échauffement important du métal et du semiconducteur dans la partie et entendrejdes cassures, des discontinuités dans le métal sous l'influence de mécanisme^ tels que 1'électromigration du métal. j Les figures 2 à 5 illustrent un procédé d^ fabrication et la structure 25 de résistance semiconductrice résultante selon| la présente invention qui peut faire partie d'un circuit intégré. A titre d'exemple, on utilise un substrat de silicium de type P et on réalise par ce précédé une résistance de type N. On comprendra naturellement, que cette invention peut s'appliquer à des conduc-tivités de type opposé aussi bien que à d'autres matériaux semiconducteurs. 30 One tranche 20 de type P- est obtenue avec u'ne surface polie de qualité supérieu- i re. La tranche est oxydée par des moyens thermiques pour constituer une couche 22. Cette technique d'oxydation peut être réalisée par des techniques classiques nécessitant le placement du corps de silicilum dans une atmosphère oxydante à une température élevée avec ou sans addition de vapeur d'eau à l'atmosphère î 35 oxydant. Cette couche peut être également /formée selon d'autres techniques f connues, telles que par dépôt pyrolique du aioxyae de silicium ou d'autres matériaux isolants. Des ouvertures aans la coLche de dioxyde ae silicium 22 sont formées en utilisant un photorésistant classique et des techniques de décapage classiques. Une solution tamponnée de flporure d'ammonium de l'acide fluorhi - i 40 arique est un décapant adéquat du dioxydte de silicium. Après cette étape de J 72 07618 4 2130117 décapage, tous las matériaux photorésistants sont éliminés par un solvant adéquat du photorésiWtant. Une impuretélde type t\l+ telle que du phosphore, de l'arsenic, de l'antimoine ou un corps identiique est alors diffusée à travers les ouvertures réalisées 5 dans la couche de «ioxyde de silicium pour constituer les diffusions 24 de type N+. Les diffusions «peuvent être réalisées par les techniques de diffusion thermiques classiques à tlube fermé ou à tube ouvert. Ces régions 24 de type N+ deviendront les contacts Électriques de la région de résistance qui sera ultérieuremert constituée. Ces réglions 24 de type N+ peuvent être formées simultanément avec 0 les diffusions subcotlecteurs de transistors bipolaires dans le cas d'un circuit intégré ayant à la fqis des résistances et des transistors bipolaires. La couche de diokyde de silicium 22 est alors supprimée de la surface de la tranche 24 en utilisant une solution de fluorure d'ammonium temponnée d'acide fluorhydrique. Une lcouche obtenue par croissance épitaxiale 26 de type N-5 est réalisée sur la surface du substrat 20 de type P- pour donner la structure résultante de la figurœ 3. Les régions 24 de type N+ du substrat pénètrent partiellement dans la ciouche épitaxiale durant la croissance de cette dernière à cause de la température élevée à laquelle on fait croitre la couche épitaxiale. La couche épitaxiale petit être réalisée en utilisant le dispositif et le procé-20 dé décrit dans le brevet! américain N° 3.424.629 de E.O. Ernst. Une couche de dioxyaie de silicium peut alors croître par des moyens thermiques sur la surface épitaxiale 26 en utilisant l'atmosphère oxydante adéquate et sne température adéquate comme décrit ci-dessus pour donner une couche de dioxyde de silicium 30. Dss ouvertures sont alors pratiquées dans le dioxyde 25 de silicium utilisant les Itechniques de décapage et de photorésistant classiques. Des ouvertures sont prévues aux endroits où la région de résistance doit être diffusée dans la couihe épitaxiale 26 et où les régions de traversée pour réaliser les connexions avec les régions de contact électrique 24 de type N+ doivent être formées. Les diffusions thermiques de type N+ sont alors réalisées 30 en utilisant une des impurettés classiques de type N telles que l'arsenic, le phosphore ou l'antimoine pour donner les régions de traversée 32 et la région de résistance 34 soit simultanément, soit séquentiellement. L'espacement et la profondeur des diffusions Ithermiques sont conçus de sorte que les diffusions 32 ae traversée de type N+ d'une part sont en parfait contact avec le contact 35 électrique enterré 24 et la région de résistances 34 d'autre part soient en contact avec les régions de ccmtact électriques enterrées 24. Les ouvertures sont alors oxydées à nouveau selon les techniques classiques pour donner une région de dioxyde de silicium continue sur toute la surface de la couche épitaxiale 38 et pour passiver les régions de résistance 34 par rapport à l'atmos-40 phère. Les ouvertures pratiquées à la surface des diffusions de traversée 32 72 07618 5 2130117 sont alors réalisées par des techniques de photorésistamt et de décapage clas-siquesUne couche métallique d'un métal tel que de l'aluminium, du molybdène, du tantane, du chrome, du platine, du palladium, ou un /corps identique est déposée sur la surface du corps semiconoucteur, par exemple, par des techniques 5 de pulvérisation. La couche métallique est alors décap/ée sélectivement pour découvrir les électrodes conductrices ou zones 40. Les contacts électriques métalliques constituent des contacts de surface pour la structure résistante. Ces contacts sont de préférence ohmiques et peuvent êltre réalisés conformément au procédé décrit dans le brevet américain rJ° 3.431.472 de Castrucci. 10 La figure 5 représente la structure finale de la/réalisation que l'on vient de décrire avec la distribution en courant améliorée/ entre les contacts métalliques 40 et la région de résistance 34. La distribution de courant est représentée de façon schématique par les lignes 42. L'effet/ de rassemblement poussée du courant au contact métallique est réduit de façan importante à cause de la 15 géométrie de la structure de résistance et à cause/de la résistivité beaucoup plus faible des régions de contact électrique 24 die type N+ comparées à la résistivité des régions de résistance 34. Puisque/le contact principal de conductivité élevée sur la résistance se trouve à l'intérieur du corps de silicium, la densité de courant élevée ne présente pas les /problèmes de l'art antérieur. 20 Les régions de traversée 32 peuvent être considérées comme de petites résistances connectant le contact métallique 40 aux résistances 34 à travers les contacts électriques 24. L'exemple suivant est inclus simplement danfe un but de compréhension de l'invention, et des variations peuvent être réalisées par les hommes de l'art 25 sans sortir du cadre de la présente invention. On utilise un substrat de silicium orienta de conductivité de type P . Une couche de dioxyde de silicium ayant line épaisseur de l'ordre de 5000 A est alors obtenue par croissance thermique feur la surface de la tranche de silicium à 900°C pendant 60 minutes dans une /atmosphère d'oxygène et de vapeur. 30 Des techniques de décapage et de masquage phptolithographique sont utilisées pour réaliser des ouvertures dans les zones Hésirées de la couche de dioxyde de silicium de façon à exposer la surface semiconductrice de silicium. Une solution d'acide fluorhydrique tamponnée esft utilisée comme décapant. La région 24 de type iM+ de la figure 2 est alors difflusée dans le substrat dB silicium de 35 type P en utilisant un procédé de diffusion classique à tube fermé renfermant de l'arsenic, procédé dans lequel on maint/ient la température à 1105°C pendant J 21 75 minutes. La concentration de surface résultante était de 1,4 x 10 atomes 2 / par cm "La couche de dioxyde de silicium qui sert de masque de diffusion pendant l'opération de diffusion est alors entièrement supprimée par une solution d'acide 40 fluorhydrique tamponnée. La tranche de silicium est alors placée dans une cellule 72 07618 B 2130117 de croissance épitaxiale et une couche épitaxiale est déposée par croissance à la température 1100°C pendant 15 minutes jusqu'à une épaisseur de 2 microns. La résistivité de couche épitaxiale est de 1 ohm-cm. La tranche de silicium est alors oxydée d# façon thermique pour constituer une couche de dioxyde de 5 silicium sur la suryace de la couche épitaxiale. L'oxydation a lieu à 970°C pendant 80 minutes Pt donne une épaisseur de dioxyde de siclium d'approximativement 3.800 A. Des Ouvertures sont réalisées dans la couche de dioxyde de silicium pour permettre ÏLa diffusion d'une jonction d'isolation pour isoler les résistances sur la tianche semiconductrice de silicium l'une de l'autre. La 10 diffusion d'isolation utilisée est une diffusion à tube fermé de bore à une température de 1105°c\ pendant 90 minutes. La profondeur de la jonction est L -g 20 approximativement de 3.54 10 cm . La concentration de surface est de 4x10 atomes par cm2. Après P-a diffusion d'isolation, la surface est à nouveau oxydée à la température de970ic pendant 60 minutes pour donner une épaisseur d'oxyde 15 de l'ordre de 3500 A. Lie procédé de décapage et de masquage photolithographique est utilisé pour pratiqJJer des ouvertures dans la couche de dioxyde de silicium 30 à certains emplacements de façon à permettre la formation subséquente des régions de résistance 34\« La diffusion de résistance est réalisée par diffusion du phosphore en tube fenfé à 1050°C pendant 110 minutes. La profondeur de la 1 Cl—H 1 9 20 jonction est de 101,6 icm et la concentration de surface est de 5 x 10 atomes /cm2. La resistivifé de la feuille est de 72 ohmes par unité de surface. Une ré-oxydation à 970°C (tendant 80 minutes dans une atmosphère de vapeur et d'oxygène est alors réalisme pour donner une épaisseur d'oxyde de l'ordre de 4500 A. La diffusion de 1# région de traversée 32 est réalisée par une diffusion 25 d'une capsule d'arsenic à aa température de 1000°C pendant 80 minutes après réalisation des ouvertures appropriées dans la couche d'oxyde par des techniques photolithographiques classiqlues. La concentration de la surface résultante est (je 1,4 x 1020 atomes par cma avec une profondeur de jonction de 41,72 x 10 6 cm. La résistivité de feuilles dfs contacts est de 20 ohms par unité de surface. 30 La métallisation 40 représentée dans la figure 5, est alors réalisée par un dépôt de platine ayant une étaisSGUr de 400 A sur toute la tranche. La structure est alors agglomérée -à 500° pendant 20 minutes pour donner du silicium de platine où le platine est en contadt avec la surface de silicium. Le platine pur est alors éliminé par un décapWe approprié à l'eau régale. La métallurgie finale 35 chrome-argent-chrome selon des\®paisseurs respectives de 500 A - 7000 A - 500 A , est alors appliqué à toute Ua surface. Des techniques photolithographiques sont utilisées pour réaliser lal configuration de métallurgie désirée sur la surface de la tranche semico ndu»t**^ce* La structure de résistance résultante est testée pour savoir si elle elpt bonne. 40 Bien que l'on ait décrit danf ce qui précède et représenté sur les dessins 72 07618 7 les caractéristiques essentielles oe l'invention appli sation préféré de celle-ci, il est éviaent que l'homme toutes mooifications de forme ou de détail qu'il juge sortir du caare de ladite invention. 72 0761 8 2130117 \ REVENDICATIONS 1.- Structure\ae résistance du genre comprenant une région semiconductrice d'un premier type lae conductivité, s'étendant à partir de la surface vers l'intérieur d'un substrat semiconducteur, caractérisée en ce qu'elle comprend: 5 deux régions espacées dudit premier type de conductivité enterrées, chaque région étant en conifcact électrique avec une portion distincte de ladite région deux régions de\traversée, qui connectent électriquement et respectivement à travers leûit subsVtrat, chaque région espacée avec un contact électrique situé à ladite surface dudxt substrat et qui lui correspond de sorte que le courant 10 électrique qui y ciraule arrive approximativement normalement à ladite surface.' Les dites régions espacées étant du premier type de conductivité, et n'ont pas de contact électrique(avec ladite région. 2.- Structure de résistance selon la revendication 1 dans laquelle la région semiconductrice,! les deux régions espacées et les deux régions de traver- 15 sée sont fortement dopées. 3.- Structure de réslistance du genre comprenant : un substrat semiconducteur d'un premier type de conductivité une couche épitaxiala d'un second type de conductivité opposé audit premier type recouvrant ledit subjstrat 20 une région de résistarace, dudit second type de conductivité formée au moins en partie à l'intérieur da ladite couche épitaxiale et de résistivité plus faible que cette dernière, \ caractérisée en ce qu'elle comporte en outre deux régions de contact! semiconductrices espacées l'une de l'autre, dudit 25 second type de conductivité!de résistivité, placées à deux extrémités opposées de ladite région de résistance, en contact avec cette dernière et du même ordre de résistivité, ces deux régions n'affleurent pas la surface de ladite structure c'est à dire la surface de la couche épitaxiale deux régions distincts del traversée, du second type de conductivité, du même 30 ordre de résistivité que ladite région de résistance, s'étendant à partir de la surface de ladite structure, Jusqu'à contacter les dites régions de contacts qui leur sont respectivement associées, les dites régions de traversée ne contactent pas ladite région dœ résistance deux contacts électriques die sortie connectés respectivement aux dites ré-35 gions de traversée. \ 72 07618 9 4.- Structure de résistance selon la revendication oits contacts électriques sont des contacts ohmiques