Brevet FR2377704A1 — publié le 19780811

La présente invention concerne un circuit intégré semi-conducteur comprenant des dispositifs à basse tension et à haute tension sur une seule pastille, ainsi que des méthodes de fabrication de ces dispositifs. Des circuits intégrés bipolaires numériques et linéaires sont généralement formés dans une couche de matériau semiconducteur ayant une résistivité relativement élevée, qui recouvre une couche de la mame conductivité ayant une résistivité relativement faible. Quand on doit former des dispositifs à basse tension et à performance élevée, tels que ceux requis dans les circuits I2L, il est souhaitable que la couche à faible conductivité soit relativement mince, c'està-dire qu'elle ait entre 4 et 8 . Par ailleurs, quand des dispositifs à haute tension sont formés, il est souhaitable que la couche à basse conductivité soit relativement épaisse, c'est-à-dire entre 6 et 16 pg Pour satisfaire à la nécessité d'avoir une couche épitaxiale mince pour des dispositifs à basse tension et une couche épitaxiale épaisse pour des dispositifs à haute tension, les dispositifs à basse tension et à haute tension étaient Jusquta maintenant fabriqués sur des pastilles séparées, malgré le souhait de combiner les deux sur une seule pastille. -L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en réfèrence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une partie d'un circuit intégré illustrant un mode de réalisation de la présente invention; - les figures 2 à 7 illustrent une méthode de fabrication du mode de réalisation illustré sur la figure I; et - les figures 8 et 9 illustrent un autre mode de réalisation de la méthode de fabrication selon l'invention. Eri se réfèrant maintenant à la figure 1, une partie d'un circuit intégré 10 ayant une surface Il et combinant un dispositif bipolaire à haute tension 12 et un dispositif I2L à basse tension 14 sur un seul substrat 16 en matériau du type P est illustrée. Le dispositif bipolaire 12 est formé sur une première couche 18 relativement épaisse et légèrement dopée, d'un semi-conducteur du type N qui recouvre une première région 20 fortement dopée du type N+, tandis que le dispositif l2L est formé dans une seconde région relativement mince et légèrement dopée du type N 22 qui recouvre une seconde région très dopée du type Nt; 24.L'interface entre les régions 18 et 20 sera indiquée par le repère 19 et l'interface entre les régions 22 et 24 sera indiquée par le repère 23. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le dispositif bipolaire à haute tension 12 comprend une région de base 26 du type P, une région d'émetteur 28 du type N+, et une région de contact 30 du type N+ très fortement dopée pour former un contact avec la couche 18 qui sert de collecteur du dispositif. La région 20 très dopée du type N+ forme un trajet latéral de l'émetteur 28 au collecteur. Pour que le dispositif bipolaire 12 ait une forte capacité de tension, il est important de produire une région de collecteur 18 relativement épaisse, c'est-à-dire ayant entre environ 10 et 16 . Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la région de collecteur 18 sépare la région N+ 20 de la surface Il d'environ 14#. Le dispositif 12L 14, qui est séparé du dispositif bipolaire 12 par une région d'isolement 32 fortement dopée du type P+ se compose d'une région d'injecteur 34 du type P formée dans la couche mince 22 du type N. Un certain nombre de régions de collecteur du type N 36, 38, 40 sont formées dans une région de base 42 du type P. Une région de-contact annulaire 44 fortement dopée, du type N+ s'étend à travers la couche N 22 jusqu'à la région sousjacente 24 fortement dopée du type N+, et contacte cette région 24. Bien que cela soit le mode de réalisation préféré, il n'est pas nécessaire que la région 44 s'étende totalement jusqu'à la région 24. La région de contact annulaire du type N+ 44 entoure totalement la région d'injecteur 34 et la région de base 42. La région 44 est utilisée pour empocher une action parasite des régions de base comme la région 42 vers les régions de base adjacentes et pour empêcher un courant parasite vers la région d'isolement 32.Pour que le dispositif 12L 14 ait une performance élevée, il est important que la couche 22 du type N soit relativement mince, c'està-dire qu'elle ait entre 4 et 8 p. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la couche 22 du type N est séparée de la surface Il par environ 6p. Pour donner aux couches 18 et 22 des épaisseurs différentes, on fait varier, dans la présente invention, la distance entre les interfaces 19, 23 et la surface Il d'une façon qui sera expliquée ci-après. En se référant maintenant aux figures 2 à 7, on décrira une méthode de fabrication du dispositif 10 selon la présente invention. En se réferant plus particulièrement à la figure 2, on part d'un substrat 16 légèrement dopé en matériau semiconducteur du type P comme du silicium. En utilisant des techniques photolithographiques standard couramment utilisées dans l'industrie des semi#conducteurs, une couche d'un matériau #photoresist " ést formée sur la surface oxydée du substrat 16 et des ouvertures y sont définies. Ensuite, un donneur dtimpureti est diffusé dans la surface de la plaquette pour former les régions N+ 20 et 24.En se référant à la figure 3, à la suite de la diffusion des régions 20, 24 du type N+, une couche épitaxiale 25 du type N est tirée sur les régions diffusées 20, 24. L'épaisseur de la couche épitawiale 25 du type N doit tenir compte des différences entre les épais seùrs des couches souhaitées 18 et 22 et du circuit fini 10, Ainsi, it la couche 18 doit avoir une épaisseur de 14u tandis que la couche 22 doit avoir unelépaisseur de 6#, la couche épitaxiale 25 est tirée jusqu'à une épaisseur de Su. A la suite de la croissance de la couche épitaxiale 25, sa surface est oxydée et est couverte d'une couche d'un matériau "photoresist n, Une ouverture est définie et formée dans le matériau "photoresist:", et dans l'oxyde sur la région N 24, et des donneurs d'impuretés sont diffusés dans la couche 25 pour étendre la région 24 jusqu'à la surface de la couche 25 comme cela est illustré sur la figure 4. Bien que cela soit la structure préférée, il n'est pas nécessaire que les donneurs dtimpuretés soient diffusés jusqu'à ce qu'ils forment la région 24. A la suite de la diffusion de la région 24 jusqu'à son épaisseur finale-souhaitée, une couche épitaxiale supplémentaire est tirée sur la surface de la couche 25 pour étendre l'épaisseur de la couche 25 de façon qu'elle recouvre la région 24 de l'épaisseur finale souhaitée de la couche 22. En conséquence, la couche épitaxiale sera tirée sur 8 p de plus dans cet exemple, pour produire ainsi une épaisseur de 14 ú sur la région 20 du type N+ et une épaisseur de 6 u sur la région 24 du type N+, A la suite de la formation de la structure illustrée sur la figure 5, une autre couche de "photoresist i est appliquée sur la surface oxydée de la couche 25, une série de régions 32 du type P+ est définie et est diffusée à travers la couche 25 dans le substrat 16, divisant la couche 25 en régions 18 et 22 comme cela est illustré sur la figure 6. Ensuite, la région 44 très fortement dopée du type N est définie et diffusée à travers la couche 22 dans là région 24. Alors, une série de régions 26, 34 et 42 du type P est définie et diffusée dans les couches 18 et 22 pour former la structure illustrée sur la figure 7. E in, la région 28 du type N+ est définie et diffusée dans la région 26 P, la région 30 du type N+ dans la région 18 du type N, et les régions 36, 38 et 40 du type N+ sont définies et diffusées dans la région 42 du type P, pour former ainsi le circuit intégré 10 illustré sur la figure 1 Un autre mode de réalisation de la présente invention peut sistre fabriqué selon la version légèrement modifiée de la méthode décrile. Selon le mode de réalisation modifié de l'invention, une région 45 du type N est formée dans un substrat 46 comme cela est illustré sur la figure 8. Ensuite, une couche épitaxiale 48 est-tirée sur la surface du substrat 46 du type P, son épaisseur correspondant aux différences entre l'épaisseur souhaitée des dispositifs à haute tension et à basse tension à former dans le substrat 46.Ensuite, une seconde région 50 du type N+ est définie et diffusée dans la couche épitaxiale 48 et une seconde couche épitaxiale 52 est tirée sur la surface de la couche 48 et la région 50 jusqu'à une épaisseur correspondant à l'épaisseur souhaitée de la couche à utiliser pour les dispositifs à basse tension. Par la suite, le traitement supplémentaire des dispositifs est continué à la façon décrite ci-dessus. Tandis que la présente invention a été décrite en se réservant à un dispositif bipolaire à haute tension combiné à un dispositif I2L à basse tension, il sera évident à ceux qui sont compétents en la matière qu'elle peut être utilisée pour la formation de circuits intégrés de divers types, nécessitant la combinaison de diverses technologies de semiconducteurs, comme des dispositifs PMOS, MNOS, CMOS, bipolaires et I L, ainsi que d'autres technologies nécessitant des épaisseurs épitaxiales différentes pour une performance idéale du dispositif. De plus, la présente invention a été décrite en se référant à des transistors du type NPN vertical et du type PNP latéral. Cependant, dans certaines applications, il peut etre souhaitable d'utiliser des transistors du type PNP vertical et du type NPN#latéral. En conséquence, ceux qui sont compétents en la matière reconnaitront que divers changements peuvent être faits sans se départir du cadre de l'invention. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré semi-conducteur du type comprenant un corps en matériau semi-conducteur d'un type de conductivité, ledit corps ayant une surface ; une première région fortement dopée de matériau semi-conducteur ayant un type de conduetivité opposé à celui dudit corps, et séparée de ladite surface dudit corps par une première région légèrement dopée ayant le même type de conductivité que ladite première région très dopée, ~+ et ayant une plus faible conductivité que ladite première région fortement dopée, ladite première région légèrement dopée ayant une première épaisseur prédéterminée ; une seconde région fortement dopée en matériau semi-conducteur ayant un type de conductivité opposé à celui dudit corps, et séparée de ladite surface dudit corps par une seconde région légèrement dopée du même type de conductivité que ladite seconde région fortement dopée, et ayant une plus faible conductivité que ladite seconde région fortement dopée, caractérisé en ce que ladite seconde région légèrement dopée (22) a une seconde épaisseur prédéterminée qui est différente de ladite première épaisseur prédéterminée ; en ce qu'au moins un dispositif semiconducteur (12) comporte ladite première région très dopée (20) et ladite première région légèrement dopée (18) ; et en ce qu'au moins un dispositif semi-conducteur (14) comporte ladite seconde région très dopée (24) et ladite seconde région légèrement dopée (22). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une région d'isolement (32) ayant le même type de conductivité que le corps (16) précité > sépa- rant les premières régions précitées des secnndes régions précitées. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la région d'isolement (32) précitée a une plus forte conductivité que le corps (16) précité. 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première région légèrement dopée (18) précitée est comprise entre 10 et 16 p, et en ce que l'épaisseur de la seconde région (22) légèrement dopée précitée est comprise entre 4 et 8 p. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une région de contact (44) fortement dopée du même type de conductivité que la seconde région légèrement dopée (22) précitée et plus fortement dopée que ladite seconde région légèrement dopée, et s'étendant de la surface (11) précité du corps (16) à travers ladite seconde région légèrement dopée (22) précitée jusqu'à la seconde région très dopée (24) précitée une région d'injecteur (34) formée dans ladite seconde région légèrement dopée (22), ladite région d'injecteur (34) ayant le même type de conductivité que ledit corps (16); une région de base (42) du même type de conductivité que ledit corps (16) formée dans ladite seconde région légère- ment dopée (22) et séparée de ladite région d'injecteur (34);;et au moins une région de collecteur (36, 38, 40) d'une conductivité opposée à celle dudit corps (16), formée dans ladite région de base (42) et s'étendant jusqu'à ladite surface (11) dudit corps (16). 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une région de base (26) formée dans la première région légèrement dopée (18) précitée, ladite région de base (26) ayant le meme type de conductivité que le corps (16) précité et s'étendant jusqu'à la surface (11) dudit corps; une région d'émetteur (?8) d'une conductivité opposée à celle dudit corps (16) s'étendant dans ladite région de base (26) à partir de la surface. (11) dudit corps ; et une région de contact (30) de conductivité opposée à celle dudit corps (16) s'étendant dans la surface de ladite première région légèrement dopée (18) ladite région de contact (30) étant séparée de ladite région de base (26). 7. Méthode de fabrication d'un circuit intégré semiconducteur caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes de choisir un substrat semi-conducteur (16) ayant un premier type de conductîvfté diffuser des impuretés d'un second type de conductivité dans au moins une zone choisie dudit substrat pour former une région fortement dopée (20, 24) former une couche moins dopée (25) en matériau semi-conducteur du second type de conductivité sur la surface dudit substrat (16) former au moins une région (24) dans ladite couche (25) du second type de conductivité et plus fortement dopée que ladite couche (25) ; et former une seconde couche (52) du second type de conductivité sur ladite première couche (48) pour obtenir ainsi une région fortement dopée (50) au second type de conductivité séparée de la surface de ladite seconde couche (52) uniquement par ladite seconde couche (52),sstily aura d'autres régions très dopées du second type de conductivité séparées de la surface de ladite seconde couche (52) par ladite première couche (48) et ladite secnnde couche (52).