Brevet FR2276688A1 — publié le 19760123

L'implantation d'ions dans un substrat est une technique connue de fabrication des résistances intégrées. Il est cependant très difficile de réaliser une résistance dont le coefficient de température ne dépend pas dlun certain nombre de paramètres, tels que la dose d'implantation, la température de recuit et meme l'énergie d'implantation. les procédés classiquss permettent d'obtenir des coefficients de température approximativement compris entre une valeur négative de 5% et une valeur positive de 20%. En outre, ces procédés classiques ne permettent pas d'obtenir sur un même substrat des résistances ayant des coefficients de température différents.Il semble donc souhaitable de perfectionner les procédés dtimplantation-dtions actuellement connus. Pour former une résistance implantée à coefficient de température contr#lé,on part d'un substrat .semi-conducteur d'un certain type de conductivité ayant au moins une surface plane. Une région de type de conductivité opposé est formée dans le semiconducteur et définit une jonction Py s'étendant jusqu'à la surface. Vue en coupe, cette région a des parties de plus grande profondeur que a'autres, ce qui permet d'obtenir une résistance dont la valeur effective est donnée par la résistance parallèle dés parties profondes et des parties moins profondes pour obtenir un coefficient de température contrdlé. D'une manière générale, laoprésente invention a pour objet une résistance implantée à coefficient de température contrtlé, et un procédé de fabrication d'une telle résistance. L'invention est plus particulièrement applicable à la technologie des circuits intégrés et permet notamment d'obtenir des résistances à coefficients de température différents sur un même substrat semi-conducteur. les résistances ainsi obtenues ont en outre une meilleure tenue aux tensions élevées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et du dessin sur lequel : les figures 1 à 6 sont des coupes illustrant les étapes successives de la fabrication d'une résistance par implantation d'ions par le procédé de l'invention; la figure 7 est une vue en plan de la résistance terminée, telle qu' illustrée sur la figure 6; les figures 8 et 10 sont des coupes illustrant des variantes du procédé de l'invention; et les figures 9 et Il sont des graphiques donnant les coefficients de température respectifs des résistances des figures 8 et 10. Pour fabriquer une résistance par implantation d'ions par le procédé de la présente invention, on part d'un substrat semiconducteur 11 qui peut entre une plaquette classique d'un certain type de conductivité, par exemple de type N, ayant une conductivité de 5 ohms.cm. le semi-conducteur le plus utilisé comme substrat est le silicium. le substrat semi-conducteur Il comporte une face plane 12 qui est recouverue d'une couche isolante 13, par exemple une couche de silice épaisse de 2 000 angstroms. A titre d'exemple, la couche de silice 13 peut être obtenue par oxydation à chaud du silicium, conformément aux pratiques courantes dans ce domaine. Une fenêtre 14 est découpée dans la couche de silice 13 par les techniques photolithographiques classiques, pour mettre à nu une partie de la surface 12. La fenêtre 14 peut avoir une géométrie quelconque, par exemple rectangulaire. Comme on le verra dans la suite de la description, il est souhaitable que la entre 14 soit plus grande que le premier masque d'implantation d'ions utilisé dans le procédé de l'invention. Une nouvelle couche isolante 13a, également en silice, est ensuite formée dans la fenêtre 14 jusqu'à une épaisseur convenable, par exemple 2 000 angströms. Pendant ce temps, la première couche isolante 13 continue de rostre et à la fin du processus d'isolation, il subsiste une petite dépression 16 à l'endroit où se trouvait la fenêtre 14. On forme ensuite un masque 17 à la surface de la couche isolante 13. Ce masque peut être obtenu de différentes manières, par exemple avec une réserve photographique ou par dép8t d'une couche dXaluminium sur la surface 13, généralement par évaporation. A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche de silice 13 peut etre de 3500 angströms, celle de la couche de silice mince 13a de 1500 angstrams et celle de la couche d'aluminium 17 d'environ 1 micron. Une région 21 de type de conductivité opposé est ensuite formée dans le substrat semi-conducteur et définit une jonction PN 22 qui s'étend jusqu'd la surface 12. Cette région de type P est obtenue par implantation d'ions, comme indiqué schématique ment sur la figure 4, ## est-à-dire que la structure est soumise à un bombardement d'ions bore donnant un niveau de dopage d'environ 1015datome/cm3. L'énergie d'implantation des ions est de préférence/75 keV, mais on peut utiliser des énergies comprises entre 50 et 200 keV. la structure de la figure 4 est ensuite recuite à 6000C pendant 20 minutes. la température de recuit doit ventre comprise entre 400 et 9500C et la durée du recuit peut varier entre une minute et plusieurs heures. Sur la figure 4, on voit que# la région 21 a une section dont la profondeur varie. Comme indiqué plus loin, le comportement thermique de la structure semi-conductrice dépend de la profondeur de la région d'implantation 21. Dans la structure illustrée, la partie centrale 21a de la région a une largeur Itavi et une profondeur de l'ordre d'un micron, alors que les parties marginales 21b ont des largeurs flbtt et une profondeur de l'ordre d'un demi-micron. la résistance effective de la région 21 est la combinaison en parallèle des résistances des parties 21a et 21b. La partie profonde 21a a un coefficient de température inférieur à celui des parties peu profondes 21b. En général, la différence relative du coefficient de température de ces parties de la région dépend surtout de leurs différences de profondeur, bien que d'autres facteurs influencent le coefficient de température. La section de la région 21 résulte évidemment des différences de profondeur de'pénétration des ions implantés à travers des couches d'oxyde d'paisseurs différentes. La plus grande profondeur est obtenue sous la couche mince 13a et les parties marginales de la région 21 sont obtenues sous la couche plus épaisse 13. la couche d1alnmJinnum 17 constitue une barrière interdisant la pénétration des ions dans le substrat semi-conducteur. Avant l'implantation des ions, une impureté convenable, telle que le bore, est diffusée par des fen8tres (non représentées) pour former des régions de contact 27 de type Pe dans le substrat semi-conducteur 11 à partir de sa surface 12. les régions de contact 27 sont disposées aux deux extrémités de la région résistive 21 comme on peut le voir sur les figures 4 et 5. Après l'implantation des ions et le recuit de la structure, on peut éliminer la couche d'aluminium 17. De même, la couche d'oxy- de 13 peut entre éliminée pour mettre à nu la surface 12. Une nouvelle couche d'oxyde 28 est ensuite formée sur la surface 12, comme illustré figure 6. Des fenetres de contact 29 sont découpées dans la couche d'oxyde 28 au-dessus des régions 27. La surface de la couche d'oxyde 28 peut être métallisée, puis soumise à un décapage sélectif pour ne laisser subsister que des conducteurs 31 qui adhèrent à la couche 28 et établissent des contacts avec les régions 27 à travers les fenêtres 29. Les conducteurs 51 servent à établir les interconnexions de la région résistive 21. Il est évider que les différentes figures ne représentent qu'une partie du substrat semi-conducteur 12 et qu'un grand nombre de résistances implantées analogues à la résistance 21, peuvent être formées simultanément. La résistance 21 fait généralement partie d'un circuit intégré comprenant également des dispositifs actifs et passifs, tels que des transistors, des diodes, des capacités, etc. Le procédé de la présente invention permet de contrôler le coefficient de température des résistances implantées. On peut ainsi, par un choix judicieux du rapport des régions profondes et des régions moins profondes, obtenir une résistance dont le coefficient de température effectif est nul. La valeur électrique de la résistance est principalement déterminée par la géométrie de la région implantée,et également par les conditions de recuit. Ainsi, le choix de la température de recuit permet de faire varier la résistance dans des proportions relativement importantes. La température de recuit affecte également le coefficient de température qui est généralement d'autant plus élevé que la température de recuit est haute. Par le procédé de la présente invention, on peut réaliser sur un même substrat semi-conducteur des résistances ayant des coefficients de température différents. Inversement, il est souvent souhaitable que deux résistances aient exactement le même coefficient de température pour maint en nir des conditions de potentiel rigoureusement identiques. Outre la possibilité de contrôler le coefficient de température de la résistance, la technique de l'invention permet d'améliorer le seuil de claquage. Cet effet bénéfique résulte de l'augmentation des rayons de courbure de la surface qui délimite la région d'implantation des ions. Plus précisément, ce rayon de courbure est celui de la jonction PN au voisinage de la surface du substrat. les parties incurvées sont relativement étendues et comportent chacune au moins un décrochement. Le seuil de claquage de la résistance est ainsi contr#lable dans une certaine mesure par la concentration superficielle en impuretés et également par l'épaisseur des régions d'implantation. Dans certains cas, il est souhaitable que le seuil de claquage de la résistance soit inférieur à celui d'autres composants montés en parallèle dans le circuit intégré, par exemple pour protéger un amplificateur contre les surtensions. Dans ce cas, le claquage se produit au niveau de la résistance, et non pas dans le composant protégé. Comme indiqué plus haut, le procédé de la présente invention permet d'obtenir des coefficients de température négatifs et positifs. La figure 8 représente la section d'une résistance implantée 36 comprenant une partie centrale 36a profonde et relativement étroite, et des parties latérales 36b peu profondes mais relativement étendues. Ce sont donc les caractéristiques des parties latérales 36b qui prédominent et le coefficient de température de l'ensemble est positif, comme indiqué sur le graphique de la figure 9. Inversement, dans le cas de la figure 10, la région dtimplantation 37 comprend une partie profonde 37a dont la largeur est beaucoup plus grande que celle des parties peu profondes 37b.C'est donc la caractéristique de la région centrale 37a qui domine et le coefficient de température de l'ensemble est négatif, comme indiqué sur le graphique de la figure 11. Il apparat donc clairement que le procédé de la présente invention permet d'obtenir des résistances implantées à coefficient de température contrtlé. La technique d'implantation d'ions permet d'obtenir des coefficients de température compris entre environ moins 5% et environ 20%. Un autre avantage du procédé de l'invention est que l'on peut contrôler d'autres caractéristiques de la résistance implantée, par exemple son seuil de claquage. Il est en outre possible de réaliser sur un même substrat des paires de résistances ayant exactement le même coefficient de température ou des coefficients de température différents dans un rapport choisi. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent entre apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. RE5ENDICATICNS 1. Structure semi-conductrice formée dans un substrat semi-conducteur d'un certain type de conductivité ayant au moins une face plane, caractérisée en ce qu'elle comprend une région résistive de type de conductivité opposé formée dans le substrat et délimitée par une jonction PN qui s'étend jusqu'à la face plane, une partie de ladite région étant plus profonde que le reste de la région pour former- une résistance dont la valeur effective est donnée par la combinaison en parallèle de la résistance de la partie profonde et des résistances des autres parties de la région, et dont le coefficient de température est contrôlé. 2. Structure semi-conductrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface du substrat est recouverte d'une couche isolante portant des conducteurs électriques qui traversent ladite couche isolante en certains points pour établir des contacts avec la région résistive de type de conductivité opposé. 3. Structure semi-conductrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie la plus profonde de la région résistive est sensiblement plus large que le reste de la région pour que son coefficient de température soit négatif. 4. Structure semi-conductrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie peu profonde de la région résistive est sensiblement plus large que la partie profonde pour que le coefficient de l'ensemble soit positif. 5. Structure semi-conductrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la jonction PN comporte au voisinage de la surface des parties incurvées qui s'étendent sur une région relativement importante pour améliorer les caractéristiques de claquage de la région résistive. 6. Structure semi-conductrice selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites parties incurvées comportent des décrochements. 7. Structure semi-conductrice selon la revendication 2, caractérisée en ce que des régions de contact de même type de conductivité que la région résistive sont formées dans le substrat semi-conducteur pour établir des contacts avec la région résistive, des conducteurs de connexion aboutissant auxdites régions de contact. 8. Procédé de fabrication par implantation d'ions d'une résistance intégrée dans un substrat semi-conducteur d'un certain type de conductivité ayant au moins une face plane, caractérisé en ce qu'il consiste à former sur la face plane du substrat un masque d'épaisseur variable, à implanter à travers le masque des ions de type de conductivité opposé pour créer une région résistive de type de conductivité opposé dont la section présente des profondeurs variables, de manière à former une résistance à coefficient de température contrôlé. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la section du masque est choisie de manière que la région résistive comprenne une partie profonde sensiblement plus étendue que sa partie peu profonde pour que la résistance ait un coefficient de température négatif. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la section du masque est choisie de manière que la région résistiye comprenne une partie peu profonde sensiblement plus étendue que sa partie profonde pour que la résistance ait un coefficient de température positif. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le masque est formé en deux opérations distinctes. 12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la région résistive de type de conductivité opposé est formée de manière que sa jonction PN avec le substrat ait au voisinage de la surface de ce dernier des parties incurvées relativement étendues pour augmenter le seuil de claquage de la jonction PN. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la courbure moyenne des parties incurvées de la jonction PN est contrôlée pour ajuster le seuil de claquage.