Brevet FR2319197A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne l'intégration monolithique en logique à inaec- tien (I2 L) d'un circuit comportant au moins une partie analogique à transistors bipolaires, d'un type connu par la publication #7ALVO-E#ICHrE#, Vol. XJIII, HO 1/2 (Avril 1974), pages 215 et 216. Plus particulièrement, l'invention concerne la fabrication d'un circuit intégré monolithique I2 L par l'utilisation de la méthode de diffusion planaire en six étapes. Comme les circuits analogiques fonctionnent sous des tensions d'alimentation relativement élevées, il est nécessaire de former des couches épitaxiales à haute résistivité, par exemple 2-3ohms.cm et de grande épaisseur (environ 15 uni). De ce fait, il est difficile d'obtenir les facteurs de gain en courant nécessaires pour les transistors du circuit I2 L dont les collecteurs sont disposés à la surface du semi-conducteur. L'invention se propose de réaliser dans la partie I2 L du circuit intégré un facteur de gain en courant relativement élevé (B = Ig = 20 à 200) en conservant une fréquence de coupure élevée sans réduire la tension de rupture dans la partie anale fi que du circuit. Un circuit comprenant une partie intégrée en logique à injection (I2 L) et une partie analogique bipolaire formées dans une couche épitaxiale d'un premier type de conductivité, qui est traversée par au moins une zone d'isolement et déposée sur un substrat de l'autre type de conductivité et satisfaisant cet objet de l'invention est caractérisé par le fait que la zone de base de l'autre type de conductivité d'au moins un des transistors planaires de la partie de circuit I L, qui s'étend dans la couche épitaxiale, consiste en une zone partielle de base plus mince sous la zone de collecteur et en une zone partielle de base plus épaisse autour de la zone de collecteur, dans la couche épitaxiale. La méthode de diffusion planaire utilisée pour fabriquer le circuit précédent est caractériséepar le fait qu'après diffusion de la zone d'isolement à travers un masque de diffusion, on ménage des ouvertures de diffusion pour toutes les autres zones de base, que les ouvertures de diffusion des zones de base dans la partie logique du circuit, à l'exception des surfaces correspon3ant aux collecteurs encore à diffuser, sont obturées par une couche de masquage d'une épaisseur telle que le maté riau semi-conducteur puisse être découvert dans lesdites ouvertures au cours du trai tuent chimique d'élimination du matériau dopant en excès effectué après le dépôt d'un matériau dopant de l'autre type de conductivité, que le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé à une première concentration et lesdites ouvertures de diffusion des zones de base de la partie logique du circuit sont ménagées par ledit traitement chimique au moyen d'une solution d'attaque de ladite couche de masquage, qu'ensuite le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé à une deuxième concentration inférieure à la première et qu'enfin les diffusions de base de la partie logique du circuit sont réalisées simultanément à celles de la partie analogique bipolaire, avant la diffusion d'émetteur. Dans cette méthode, le matériau dopant de 1 'autre type de conductivité peut etre prédiffusé après son application ou peut autre introduit par implantation ionique. Les diffusions correspondant à la tension de rupture recherchée des transistors de la partie analogique bipolaire du circuit sont introduites dans une couche épitaxiale d'épaisseur et de concentration en impuretés adéquates. Cette cruche épitaxiale aura de préférence une épaisseur supérieure à 5/su, pouvant aller de 5 à 20/um. En règle générale, la couche épitaxiale doit avoir une résistivité supérieure a i ohm.cm. Par l'utilisation de la méthode de diffusion planaire conforme à l'invention, et suivant les différentes concentrations de dopants tant dans les parties correspon dant aux zones de collecteur encore à diffuser que dans les parties adjacentes à ces zones de collecteur, on obtiendra des zones de base d'épaisseurs diffêrertes dans la partie 12 L du circuit. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures 1 à 9 qui représentent des vues en coupe d'un substrat semi-conducteur au cours des étapes successives de la méthode de diffusion planaire conforme à l'inven tfon.d'un circuit I2 L comprenant une partie logique A et une partie analogique bipolaire B. Chacune de ces deux parties peut renfermer un nombre arbitraire de transistors planaires. La méthode de diffusion planaire conforme à l'invention s'effectue à partie d'une disposition conforme à la figure 1 comprenant une couche épitaxiale 6 d'un des types de conductivité, déposée sur un substrat semiconducteur 13, de l'autre type de conductivité. Préalablement à la déposition de la couche épitaxiale 6, on peut diffuser suivant le procédé connu, dans le substrat semi-conducteur 13, des couches intermédiaires 14 à dopage relativement élevé du même type de conductivité que celui de la couche épitaxiale 6. Dans la couche épitaxiale 5, on insère une zone isolante 1, qui sépare la partie A (circuit logique) de la partie B (circuit analogique bipolaire).A la surface du semi-conducteur, on dépose une couche uniforme d'un matériau, par exemple du bioxyde de silicium, qui est particulièrement indiqué comme couche servant de masque de diffusion 2 dans la méthode de diffusion planaire. On utilise de préférence du silicium, tant pour le substrat 13 que pour la couche épitaxiale 6. Ensuite, comme le montre la figure 2, on ménage, dans le masque de diffusion 2, les ouvertures 10 et 12 qui serviront à diffuser toutes les zones de base 3, 3a et 4 (voir figures 7 et 9) de l'autre type de conductivité. Les ouvertures de diffusion 10 des bases de la partie A du circuit I2L, à l'exception des parties superficielles des collecteurs 22 (voir figure 9) qui sont encore à diffuser, sont ensuite obturées par une couche de masquage 5 d'une épaisseur telle qu'au cours d'un traitement ultérieur par solution d'attaque pour éliminer le matériau dopant superflu à la suite de la déposition d'agents dopants de l'autre type de conductivité produisant les zones de base, le matériau semi-conducteur puisse être exposé de nouveau dans les ouvertures de diffusion de base 10 de la partie A.Dans la méthode de diffusion planaire conforme à l'invention, on obtient ce résultat tout d'abord par le fait que, conformément à la figure 3, toutes les ouvertures de diffusion 10, 11 et 12 scrt de nouveau obturées par une couche de masquage 5 de l'épaisseur précédemment indiquée, par exemple par oxydation thermique. Ensuite, la couche de masquage 5 prise dans les ouvertures 12 est ouverte de nouveau pour y diffuser les zones de base 4 de la partie B du circuit, tandis que les ouvertures 11, prévues pour la diffusion des zones d'injection, sont ménagées, et que les ouvertures pour les zones partielles de base 3a sont ménagées autour des zones de collecteur 22 qui sont encore à diffuser dans la partie A du circuit, à l'intérieur des ouvertu::-e 10 de drtEUSoO'.l a4ase, ar l'utll:a#ion d'un procédé d'attaque photolithographique connu. On obtient ainsi la structure représentée par la figure 4. Ensuite, on dépose le matériau dopant de l'autre type de conductivité, dune première concentration, sur toute la surface exposée du circuit, et on le prédiffuse ; puis on traite ce circuit par immersion dans un agent liquide d'attaque pour éliminer l'excès de matériau dopant de la couche servant de masque de diffusion 2, par exemple. En raison de l'épaisseur spécifique de la couche de masquage 5, on découvre en mtse temps l'ouverture 10 ménagée dans le masque de diffusion 2 de la partie A du circuit I2 L, en exposant la surface de semi-conducteur circonscrite par les parois de l'ouverture 10.On obtient ainsi la structure conforme à la figure 5, dans laquelle des surfaces de semiconducteur sont exposées dans les ouvertures 10, 11 et 12, et une couche de prédiffusion 15 recouvre la partie analogique bipolaire B. En outre, on obtient les couches de prédiffusion 15a près des surfaces réservées aux zones de collecteur 22 qui sont encore à implanter, et dans les ouvertures 11 prévues pour y diffuser les zones d'injecteur. Ensuite, on dépose sur la surface exposée le matériau dopant de l'autre type de conductivité, avec une deuxième concentration moins forte que la première. Cette opération peut être réalisée au cours d'une phase gazeuse, ou par implantation ionique. Puis on peut prédiffuser le matériau dopant de l'autre type de conduetivité pour obtenir une structure conforme à la figure 6, ayant des couches de prédiffusion 15, 15a et 15b et d'autres couches de prédiffusion 16 dans les surfaces correspondant aux zones de collecteur 22 qui restent à diffuser, pour réaliser les zones de base partielles 3. On obtient des concentrations en agents dopants particulièrement favorables quand le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé dans une première concentration telle qu'après la deuxième déposition avec une deuxième concentration moins forte que la première et une prédiffusion de ce matériau dopant, on obtient une résistance de 30 à 50 ohms/ n. On obtient des valeurs B particulièrement favorables quand le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé avec une deuxième concentration telle qu'après prédiffusion on obtient une résistance de 65 à 100 ohms/ 7 , sans tenir compte du matériau dopant déposé avec la première concentration. Au cours du procédé de diffusion planaire conforme à l'invention, on réalise ensuite la diffusion de base propre à la partie A du circuit I2 L en même temps que celle de la partie analogique bipolaire B, par laquelle on obtient une structure conforme à la figure 7, comprenant les zones de base partielles 3 et 3a, les zones d'injecteur 16 dans la partie A du circuit I2 L, et les zones de base 4 dans la partie analogique bipolaire B. Au cours de cette opération, on obture de nouveau les ouvertures 10, il et 12 du masque de diffusion 2.Les zones de base partielles 3a, plus épaisses s'étendent ensuite dans la couche épitaxiale C, à partir de la surface, à une profondeur correspondant à celle des zones de base 4 des transistors planaires de la partie analogique bipolaire B. D'une façon connue, on réalise ensuite la diffusion d'émetteur, au cours de laquelle on diffuse simultanément les zones d'émetteur 21 et les zones de contact de collecteur 23 dans la partie B, de m#e que les zones de collecteur 22 et les zones de contact d'émetteur 21 dans la partie A, conformément à la figure 9. Auparavant, comme représenté par la figure 8, on ménage dans le masque de diffusion 2, par le procédé connu d'attaque photolithographique, les ouvertures de diffusion 18, 19, 20, 24 et 25. On a ranarqué que, par la méthode de l'invention, qui permet d'obtenir des valeurs particulièrement favorables, la différence des concentrations des zones de base entre la partie B et la partie A du circuit I2 L doit être réglée de façon à ce qu'après la diffusion des zones d'émetteur, les transistors de la partie A aient une tension UCEO d'au moins 0,7 V, ou que la valeur UCEO de ces transistors planaires soit nettement inférieure à la valeur correspondante de la partie. UCEO représente la tension de seuil dans la caractéristique UCEO/IC. Cette règle sert à définir et à vérifier les deux concentrations du matériau dopant à utiliser. La méthode de diffusion planaire conforme à l'invention permet naturellement de réaliser l'intégration monolithique d'un circuit I2 L comprenant un nombre arbitraire de transistors, dans la partie A aussi bien que dans la partie B. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré monolithique comprenant une partie intégrée en logique à injection (I2 L) et eune partie analogique bipolaire formées dans une couche épitaxiale d'un premier type de conductivité, qui est traversée par au moins une zone d'isolement et déposée sur un substrat de l'autre type de conductivité, caractérisé par le fait que la zone de base de 11 autre type de conductivité d'au moins un des transistors planaires de la partie de circuit I2 L, qui s'étend dans la couche épitaxiale, consiste en une zone partielle de base plus mince sous la zone de collecteur et en une zone partielle de base plus épaisse autour de la zone de collecteur, dans la couche épitaxiale. 2. Circuit conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que cette zone partielle de base plus épaisse est située dans la couche épitaxiale à une profondeur correspondant à celle des zones de base des transistors planaires de la partie analogique du circuit. 3. Circuit conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la couche épitaxiale a une épaisseur supérieure à 5 micromètres. 4. Méthode de diffusion planaire pour la fabrication d'un circuit intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'après diffusion de la zone d'isolement à travers un masque de diffusion, on ménage des ouvertures de diffusion pour toutes les autres zones de base, que les ouvertures de diffusion des zones de base dans la partie logique du circuit, à l'exception des surfaces correspondant aux collecteurs encore à diffuser, sont obturées par une couche de masquage d'une épaisseur telle que le matériau semiconducteur puisse setre découvert dans les dites ouvertures au cours du traitement chimique d'élimination du matériau dopant en excès effectué après le déptt d'un matériau dopant de l'autre type de conductivité, que le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé à une première concentration et que les dites ouvertures de diffusion des zones de base de la partie logique du circuit sont ménagées par le dit traitement chimique au moyen d'une solution d'attaque de ladite couche de masquage, qu'ensuite le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé à une deuxième concentration inférieure à la première et qu'enfin les diffusions de base de la partie logique du circuit sont réalisées simultanément à celles de la partie analogique bipolaire, avant la diffusion d'émetteur. 5 Méthode de diffusion planaire conforme à la revendication 4, caractérisée par le fait que le matériau dopant de l'autre type de cordu-tivité ayant une deuxième concentration inférieure à la première, est déposé par implantation ionique. 6. Méthode de diffusion planaire conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée par le fait que le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé à une première concentration telle qu'après une deuxième déposition à une deuxième concentration inférieure à la première et après une prédiffusion, on obtient une résistance de 30 à 50 ohms/ . 7. Méthode de diffusion planaire conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que le matériau dopant de l'autre type de conductivité est déposé à une deuxième concentration telle qu'après une prédiffusion ne tenant pas compte du matériau de diffusion déposé à la première concentration, on obtient une résistance de 65 à 110 ohms/ 2 . 8. Méthode de diffusion planaire conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée par le fait que les diffusions sont réalisées dans une couche épitaxiale ayant une épaisseur et une concentration en impuretés correspondant à la tension de rupture exigée des transistors utilisés dans la partie analogique bipolaire du circuit. 9. Méthode de diffusion planaire conforme à la revendication 8, caractérisée par le fait que les diffusions sont réalisées dans une couche épitaxiale ayant une résistivité supérieure à 1 ohm.cm. 10. Méthode de diffusion planaire conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisée par le fait que la différence entre les concentrations des zones de base de la partie analogique et de la partie logique du circuit est calculée de façon qu'après la diffusion d'émetteur, les transistors de la partie logique du circuit ont une valeur UCEO située entre 0,7 V et la valeur UCEO des transistors de la partie analogique du circuit. 11. Méthode de diffusion planaire conforme à l'une quelconque des revendica tions 4 à 10, caractérisée par le fait qu'après les diffusions des zones de base et des zones d'émetteur, on obtient dans la partie analogique bipolaire du circuit une résistance située entre 120 et 180 ohms/ et dans les zones de base du circuit logique une résistance située entre 220 et 300 ohms/Z.