Brevet FR2239767A1 — publié le 19750228

La présente invention a pour objet un transistor bipolaire latéral à dopage contrôlé du substrat constituant la base du transistor, permettant d'obtenir un gain en courant supérieur au transistor bipolaire latéral de type connu à dopage de base constant. On sait que les transistors bipolaires à structure latérale de types connus présentent un intérêt technologique important de par la simplicité de leur fabrication et la possibilité de réaliser aisément des structures complémentaires. Ce type de transistor est formé d'un substrat dopé constituant la base du transistor à la surface duquel existent deux zones dopées disjointes qui constituent l'émetteur et le collecteur du transistor.Si la structure, et par conséquent la fabrication de ce type de transistor bipolaire latéral sont plus simples que celles du transistor classique à couches superposées, le gain-en courant dudit transistor est plus faible à cause des trois effets suivants : - la surface utile de la jonction émetteur-base, c'est-à-dire la surface en regard du collecteur, est très faible (de plus une partie seulement de cette zone émet un courant recueilli par le collecteur) ; - la présence d'une surface au voisinage du volume utile de la base, c'est-à-dire le volume situé entre l'émetteur et le collecteur, entraîne une recombinaison très importante, ce qui diminue l'intensité du courant émetteurcollecteur ;- il existe en permanence, lorsque le transistor est mis sous tension, un courant parasite circulant de l'émetteur vers la base, courant émis par la partie horizontale de la jonction en regard de la base. Ces trois effets, à.courant émetteur-collecteur donné, augmentent la valeur du courant base, ce qui entraîne une diminution notable du gain en courant, ledit gain étant défini comme étant le rapport entre le courant émetteur-collecteur et le courant émetteur-base. Ces limitatiors nuisent à une utilisation commode de ces transistors. La présente invention a pour objet un transistor bipolaire latéral comportant un émetteur, un collecteur et une base, caractérisé en ce qu'entre les zones dopées constituant l'émetteur et le collecteur, le dopage du substrat constituant la base du transistor est tel que la concentration dudit substrat en agent dopant varie dans la direction perpendiculaire à la surface du substrat comptée à partir de la portion de ladite surface du transistor située entre l'émetteur et le collecteur, pour atteindre au moins une valeur minimum avant que de remonter à une valeur constante, et en ce que la profondeur de la position de ce dit minimum de concentration du dopage dans ledit substrat constituant la base soit inférieure à la profondeur desdites zones dopées constituant l'émetteur et le récepteur,ceci de façon à éviter les limitations de gain dues aux effets de surface et de fond. Selon l'invention, le minimum de concentration du dopage se trouve à une distance supérieure à 0,1 Micro de la surface dudit substrat. Ainsi, pour éviter l'inconvénient lié à la recombinaison, sur la surface, des porteurs véhiculant le courant entre l'émetteur et le collecteur, on réalise une compensation partielle dans la base pour faciliter le transport des charges aux endroits où le dopage est minimum, soit au voisinage de la surface et éviter un courant en surface trop important. De cette façon, on augmente, à courant émetteur-base égal, le courant entre l'émetteur et le collecteur, ce qui a pour résultat une augmentation du gain en courant du transistor, ledit gain étant défini comme le rapport du courant émetteur-collecteur au courant émetteur-base. L'injection de ce dopage variable près de la surface de la base a pour effet de créer un canal facilitant le passage du courant de.l'émetteur au collecteur.De plus, la création d'un canal entre l'émetteur et le collecteur, lié à un dopage réduit de la base, évite la limitation du gain lié à l'effet de fond, effet de fond important à cause de la faible épaisseur des zones constituant l'émetteur et le collecteur, conduisant à une surface utile de jonction faible par rapport à la surface totale de cette même jonction. Selon l'invention, le procédé de fabrication du transistor bipolaire à dopage variable est caractérisé en ce qu'on fait varier la concentration en agent dopant dans une direction perpendiculaire à la surface du substrat en soumettant ledit substrat à au moins une implantation ionique d'intensité contrôlée. L'implantation ionique est un moyen de choix pour injecter des ions dopants au voisinage de la surface d'un cristal, ce moyen est utilisé dans l'invention pour compenser ou augmenter le dopage du substrat constituant la base et créer le minimum de concentration au voisinage de la surface du substrat. Dans le transistor selon l'invention, la base a une concentration c de porteurs, majoritaires en dehors de la zone de dopage variable ; la concentration en agent dopant à partir de la surface du substrat constituant la base décroît de façon monotone jusqu'à ce qu'elle atteigne au point correspondant au dopage minimum une valeur comprise entre c/1000 et c. Dans une variante de l'invention, on fait décroître linéairement la concentration en agent dopant dans le substrat constituant la base jusqu'à un minimum situé à plus de 0,1 de la surface du substrat et on fait croître ensuite linéairement la valeur de ladite concentration desdits substrats pour atteindre la valeur . à une distance de la surface inférieure à la profondeur des zones dopées constituant l'émetteur et le collecteur. Les défauts électriquement actifs dus à la présence d'interfaces sont surtout importants dans la technique de fabrication de transistors appelée technique ''silicium sur isolant" où les deux zones dopées constituant l'émetteur et le collecteur sont faites en silicium déposé en couches sur un substrat isolant. Les phénomènes de fond de diodes sont minimisés dans ces transistors "silicium sur isolant" par le dopage de la base effectué selon les critères indiqués. La forme précise de la courbe de dopage en fonction de la profondeur n'a qu'une importance secondaire ; elle peut avoir un fond plat par exemple ou un minimum très aplati.Ce qui importé est que la compensation ait lieu dans une fourchette de profondeur définie à partir de la surface et du fond des diodes de l'émetteur et du collecteur afin que le canal de courant entre l'émetteur et le collecteur puisse se former dans de bonnes conditions. Il va de soi que le terme "compensation" ne doit pas être pris dans un sens restrictif. On peut, suivant l'invention, à partir d'un substrat uniformément dopé en profondeur diminuer localement la concentration en agent lopant ; on peut également, suivant l'invention, à partir d'un substrat uniformément dopé en profondeur, augmenter la concentration en agent dopant dans une zone superficielle et dans au moins une zone profonde , laissant subsister entre les zones, au moins une zone où cette concentration est minimale, par exemple, égale à la concentration en agent dopant de départ. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre du procédé donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté : - sur la figure 1, une vue en coupe de la structure d'un transistor selon l'invention ; - sur la figure 2, une vue de dessus de la partie active de la structure du transistor de la figure 1 ; - sur la figure 3, un exemple de variation de concentration de l'agent dopant dans la base en fonction de la profondeur comptée à partir de la surface du substrat constituant la base du transistor; - sur la figure 4, la courbe du potentiel à l'intérieur de la base en fonction de la distance comptée à partir de la surface du substrat ;- sur la figure 5, la courbe de densité de courant entre l'émetteur et le collecteur en fonction de la profondeur comptée à partir de la surface du substrat. Sur la figure 1, on a représenté une vue de la structure réelle d'un transistor bipolaire latéral avec en E l'électrode d'attaque 12 de l'émetteur du transistor, la zone dopée correspondant à l'émetteur en 2 (dans cet exemple la zone est dopée N), en 4 la zone dopée N en contact avec l'électrode 14 du collecteur C, les zones isolantes en 6 et 8 et la zone dopée P correspondant à la base en 10 entre les deux zones N de l'émetteur et du collecteur. La direction Oy est parallèle à la surface du substrat constituant la base du transistor, la direction Ox perpendiculaire à cette surface. L'origine 0 est située au point sur la surface équidistant entre l'émetteur et le collecteur.Dans cet exemple, les profondeurs des diverses zones mesurées dans la direction Ox sont de 1Micro pour les électrodes d'attaque E et G des zones émettrices et collectrices du transistor 1,8Micro pour les deux zones N constituant l'émetteur et le collecteur du transistor et 8,7 Micro pour la zone P formant la base du transistor. Dans la direction Oy les deux zones N ont 7Micro de large tandis que la zone P entre les deux zones N, zone P constituant la base a une largeur 1,8 Micro. Sur la figure 2, on a représenté une vue de dessus de la structure réelle du transistor avec les deux zones N, en 2 et 4, l'éléctrode en 12 attaquant l'émetteur, l'électrode en 14 attaquant le collecteur et l'électrode en 16 attaquant la base du transistor. Sur la figure 3, on a représenté un exemple de courbe de variation de concentration de l'agent dopant dans la base en fonction de la profondeur, profondeur comptée à partir de la surface du substrat constituant la concentration des porteurs majoritaires, c'est-à-dire des trous dans l'exemple considéré. Le dopage varie linéairement, il décroît d'une densité de porteurs de 10 17 atomes/cm à la surface du substrat jusqu'à une densité égale à 1016 atomes/cm à une profondeur x = 0,5Micro .Le dopage croît ensuite de 1016 atomes/cm linéairement jusqu'à une densité de 1017 atomes/cm à une profondeur de x = 1Micro. Après, le dopage reste constant partout dans la base et a une valeur égale à 1017 atomes/cm .Le transistor latéral à dopage variable est polarisé de telle sorte que la tension VCE entre le collecteur et l'émetteur est égale à 1,5 Volt. La tension VBE entre l'émetteur et la base est égale à 0,8 Volt. Sur la figure 4, on a représenté la courbe 20 de variation du potentiel à l'intérieur de la base en fonction de la distance comptée à partir de la surface du substrat. Le potentiel est mesuré en fonction de la profondeur pour les points le long d'un axe parallèle à Ox en y = 0,2Micro. On voit sur la courbe que le potentiel passe par un maximum au point où la concentration en agent dopant est minimum. Le potentiel augmente quand la concentration en agent dopant diminue,quand la concentration en agent dopant augmente, puis reste stationnaire à partir de 1 micron quand la concentration en agent dopant est constante. Le potentiel augmente ensuite régulièrement lorsque l'on approche de la base du transistor polarisé à 0,8 Volt.Le maximum du potentiel pour le dopage minimum s'explique par la focalisation des champs électriques sur l'abscisse x = 0,5Micro où le dopage est minimum. En effet E = - V X et le champ électrique E a une composante E dirigée vers le haut On a représenté sur la figure 5, la courbe de densité de courant entre l'émetteur et le collecteur en fonction de la profondeur comptée à partir de la surface du substrat pour y = 0, 7Micro. Le courant passe par un maximum correspondant au point A de dopage minimum, diminue jusqu'au point V de dopage maximum puis réaugmente légèrement, augmentation qui correspond au courant entre l'émetteur et la base. Le gain en courant du transistor latéral étudié se situe entre 3 et 5 alors que le gain d'un transistor latéral à dopage constant pour les mêmes valeurs des potentiels VBE et VCE est plus de 2 fois moins élevé, ce qui montre tout l'intérêt du transistor à dopage variable de la base. L'invention présente un intérêt particulier pour ses applications aux techniques de.fabrication de transistor "silicium sur isolant" et aux logiques à injection intégrée. Dans la technique silicium sur isolant le seul transistor bipolaire réalisable aisément est le transistor latéral, ainsi l'invention qui améliore notamment le gain en courant du transistor est d'un intérêt particulier pour les utilisateurs de cette technique. Les logiques à injection intégrée utilisent un transistor latéral générateur de courant qui débite dans la base d'un transistor multicollecteur, L'invention du transistor bipolaire latéral à dopage contrôlé permet la réalisation de générateurs de courants de meilleures caractéristiques électriques d'où son champ d'application particulièrement approprié au transistor générateur de courant des logiques à injection intégrée. De plus l'invention permet, par implantation ionique par exemple, de traiter simultanément différentes bases de transistors dans des circuits complémentaires pour en améliorer les caractéristiques électriques. Ces transistors bipolaires à dopage de base contrôlée peuvent être associés à des transistors à effet de champ pour réaliser des circuits complémentaires complexes. Il est aussi possible de former des dépôts d'oxydes dopés (par technique de masque) pour créer des zones dopées N P dans un circuit complémentaire et dans ce cas un seul traitement thermique consécutif à l'implantation ionique dans les bases permet à la fois de réaliser les zones dopées et de recuire les bases traitées par implantation ionique. REVENDICATIONS 1. Transistor bipolaire latéral comportant un émetteur, un collecteur et une base, caractérisé en ce qu'entre les zones dopées constituant l'émetteur et le collecteur, le dopage du substrat constituant la base du transistor est tel que la concentration dudit substrat en agent dopant diminue dans la direction perpendiculaire à la surface du substrat comptée à partir de la portion de ladite surface du transistor située entre l'émetteur et le collecteur, pour atteindre au moins une valeur minimum avant que de remonter à une valeur constante, et en ce que la profondeur de la position -de cedit minimum de concentration du dopage dans ledit substrat constituant la base est inférieure à la profondeur desdites zones dopées constituant l'émetteur et le collecteur, ceci de façon à éviter les limitations de gain dues aux effets de surface et de fond. 2. Transistor bipolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit minimum se trouve à une distance supérieure à 0, il de la surface dudit substrat. 3, Transistor bipolaire à dopage contrôlé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la base a une concentration c de porteurs, majoritaires en dehors de la zone à dopage variable, en ce que la concentration en.agent dopant à partir de la surface du substrat constituant la base décroît de façon monotone jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur au point correspondant au dopage minimum comprise entre c/1000 et c, 4. Transistor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la concentration en agent dopant décroît linéairement jusqu'à un minimum situé à plus de 0,1Micro de la surface du substrat et que ladite concentration croît ensuite linéairement pour atteindre la valeur . à une distance de la surface inférieure d'au moins 0,5 Micro à la profondeur des zones dopées constituant l'émetteur et le collecteur. 5. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à dopage variable, caractérisé en ce qu'on fait varier la concentration en agent dopant dans une direction perpendiculaire à la surface du substrat en soumettant ledit substrat à au moins une implantation ionique d'intensité et d'énergie contrôlées. 6. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on part d'un substrat dont la concentration en agent dopant d'un premier type a une valeur déterminée et en ce qu'on réalise au moins une série d'implantations ioniques d'agents dopants de type opposé, de manière à compenser la concentration en agent dopant du premier type dans au moins une zone dont la profondeur est inférieure à la profondeur des zones dopées de l'émetteur et du collecteur. 7. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on part d'un substrat dont la concentration en agent dopant d'un premier type a une valeur déterminée, et en ce qu'on réalise au moins deux implantations ioniques d'agents dopants de même type de manière à augmenter la concentration en agent dopant du premier type dans une zone superficielle et au moins une zone profonde séparées par au moins une zone dont la profondeur est inférieure à la profondeur des zones dopées.