Brevet FR2527839A1 — publié le 19831202

"DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR INTEGRE A STRUCTURE BIPOLAIRE" La présente invention concerne un dispositif semiconducteur intégré à structure bipolaire comportant au moins une pluralité de transistors dont l'émetteur, la base et le collecteur ont été réalisés dans une couche active recouvrant un substrat de type de conduction donné, la région de collecteur étant renforcée par un pilot profond situé sous ladite couche active et isolant ledit collecteur du substrat. Lors du fonctionnement de circuits intégrés compacts réalisés dans un corps semiconducteur et comportant des éléments actifs tels que des mémoires par exemple, on a pu observer l'apparition d'erreurs passagères dont l'origine, mise en évidence dans un passé relativement récent, est due à l'incidence sur lesdits circuits intégrés de particules i. En effet, ces particules a ,qui proviennent vraisemblablement de la désintégration de minuscules particules d'uranium et/ou de thorium incluses dans le matériau constituant le bottier des circuits, engendrent un grand nombre de paires électron-trou durant leur parcours ; ces paires électron-trou donnent naissance à un courant qui provoque l'apparition d'un signal parasite sur lesdits circuits. On a noté que, compte tenu de l'énergie totale desdites particules et de l'énergie perdue par paire électron-trou produite, la quantité de ces dites paires électrontrou créées par les particules# est importante. On connait déjà un moyen de pallier cet inconvénient: on sait, en effet, qu'un revêtement d'un polymère organique du type polyimide appliqué sur la surface active du corps semiconducteur constitue un écran efficace contre le bombar dement de particules Cependant, les propriétés isolantes de cet écran organique restent très inférieures à celles d'une couche d'oxyde classique. Cette diminution des qualités d'isolement, qui se traduit notamment par un abaissement de la tension de claquage, peut être due soit à la présence de trous parasites dans la couche de revêtement, soit à un manque d'homogénéité de ladite couche, ce manque d'homogé- néité provenant d'une variation de l'épaisseur étalée ou d'une polymérisation incomplète. Le but de la présente invention est donc de présenter un dispositif semiconducteur possédant des caractéristiques d'isolement et des tenues en tension normales et, cependant, bien protégé contre les effets des particules 0( . Pour ce faire, la Demanderesse prend en considération la structure classique d'un transistor intégré dans un ensemble destiné à constituer une fonction logique rapide telle qu'une mémoire par exemple. Cette structure comporte donc un substrat d'un type de conduction donné et faiblement dopé dans lequel on a créé un îlot enterré du type de conduction opposé formant une couche profonde du collecteur du transistor isolée du substrat. Les ilots actifs du transistor - émetteur, base et collecteur - ont été réalisés par une technique de diffusion ou d'implantation dans au moins une couche épitaxique déposée à la surface du substrat. La présente invention concerne donc un dispositif semiconducteur intégré à structure bipolaire comportant au moins une pluralité de transistors dont l'émetteur, la base et le collecteur ont été réalisés dans une couche active recouvrant un substrat de type de conduction donné, la région de collecteur étant renforcée par un îlot profond situé sous ladite couche active et isolant ledit collecteur du substrat, dispositif notamment remarquable en ce que le substrat est fortement dopé en impuretés du type de conduction considéré et en ce que, entre ledit substrat et la couche active, est incluse une couche intermédiaire épaisse de même type de conduction que le substrat et de forte résistivité dans laquelle est créé l'îlot profond de collecteur. L'un des avantages les plus caractéristiques de l'invention réside dans le fait que le substrat est fortement dopé. Dans ce cas, en effet, les électrons produits lors de l'impact des particules ct se recombinent très rapidement dans ledit substrat : ce phénomène provient de ce que leur longueur de diffusion n'excède pas 4,um alors que, dans un substrat à forte résistivité, cette longueur de diffusion peut atteindre quelques centaines de /um. Compte tenu du fait que cette recombinaison s'effectue très rapidement, la présence d'un revêtement de polymère organique du type polyimide n'est plus indispensable à la surface du dispositif, tout au moins dans l'épaisseur habituellement utilisée et ce revêtement peut être remplacé ainsi par une couche d'oxyde dont les propriétés d'isolement électrique sont nettement supérieures. La couche intermédiaire, de même type de conduction que le substrat, incluse entre ce dernier et la couche active, est choisie d'épaisseur suffisante pour tenir les fonctions précédemment remplies par le substrat et contenir notamment l'îlot enterré de collecteur. Malgré sa relative épaisseur et en raison de sa forte résistivité, les électrons créés par les particules Oc dans ladite couche ne peuvent s'y recombiner et atteignent alors le substrat-. Avantageusement, la valeur de la résistivité du substrat est inférieure ou au plus égale à 10 mJL-cm alors que celle de la couche intermédiaire, incluse entre ledit substrat et la couche active, est au moins égale à 7L-cm. Pour rester compatible avec certains procédés actuels de réalisation de circuits intégrés, le substrat est de préférence de type P ainsi que la couche intermédiaire, la couche active étant du même type de conduction ou du type opposé suivant les cas. De plus, l'épaisseur de cette couche intérmédiaire est sensiblement égale à dix fois celle de la couche active. La description qui va suivre, en regard de la figure décrivant un exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure en annexe représente un transistor dans une structure bipolaire selon l'invention. Il est à noter que, sur la figure, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre le des#sin plus clair. Conformément à la figure et selon l'invention, le transistor a été réalisé sur un substrat 1 fortement dopé P+ et orienté selon le plan ou le plan Ledit substrat 1 est recouvert d'une couche 2 de même type de conduction obtenue par épitaxie. Cette couche d'épaisseur relativement importante, de l'ordre de 10/ut, est faiblement dopée en impuretés de type P de manière à lui conférer une résistivité au moins égale à 7 Q -cm. Dans cette couche 2, a été créé l'îlot profond 3 de collecteur de type de conduction opposé à celui de ladite couche, donc N, et qui délimite le transistor. Ledit îlot 3 peut être obtenu par une technique de diffusion mais, de préférence, par implantation ionique. A la surface de la couche 2 et de l'îlot 3, est déposée une nouvelle couche épitaxique 4 qui est également faiblement dopée mais qui, contrairement à la couche intermédiaire précédente 2, présente une faible épaisseur, de l'ordre de l,5/um par exemple. Cette couche 4, dite couche active, contient tous les éléments du transistor à réaliser, c'est-à-dire l'îlot de base 5 et l'îlot d'émetteur 6, lui-même inclus dans ledit îlot de base. Dans l'exemple décrit, les éléments du transistor sont isolés de l'ensemble du circuit intégré non représenté sur la figure par une couche épaisse 7 d'oxyde de silicium, mais il va de soi que cet isolement pourrait être aisément réalisé à l'aide d'îlots profonds du même type de conduction que la couche 2 pour créer des jonctions P-N. Les prises de contact 8, 9 et 10 du collecteur, de la base et de l'émetteur du transistor sont obtenues à partir d'un dépôt métallique effectué à la surface du dispositif et localisé par photogravure dans des ouvertures pratiquées dans une couche d'oxyde 11 recouvrant la couche active 4. Dans la description ci-dessus, la couche active 4 est de type N, et elle est obtenue à partir d'une seule épitaxie mais, dans la mise en oeuvre de certains procédés, il peut être avantageux de réaliser une couche de type opposé ou plusieurs couches superposées de l'un ou l'autre type. - REVENDICATIONS 1. Dispositif semiconducteur intégré à structure bipolaire comportant au moins une pluralité de transistors dont l'émetteur (6), la base (5) et le collecteur (4) ont été réalisés dans une couche active (4) recouvrant un substrat (1) de type de conduction donné, la région de collecteur étant renforcée par un îlot profond (3) situé sous ladite couche active et isolant ledit collecteur du substrat, dispositif caractérisé en ce que le substrat (1) est fortement dopé en impuretés du type de conduction considéré, et en ce que, entre ledit substrat (1) et la couche active (4), est incluse une couche intermédiaire (2) épaisse de même type de conduction que le substrat (1) et de forte résisti- vité dans laquelle est créé l'îlot profond (3) de collecteur. 2. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la résistivité du substrat (1) est au plus égale à 10 mSL-cm alors que celle de la couche intermédiaire (2) incluse entre ledit substrat (1) et la couche active (4) est au moins égale à 7A-cm. 3. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche intermédiaire (2) est sensiblement égale à 10 fois celle de la couche active (4). 4. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (1) est de type de conduction P ainsi que la couche intermédiaire (2).