Brevet FR2534415A1 — publié le 19840413

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Ohzone et coll paru dans la revue "The Transactions of the IECE of Japan", vol E 63, N 4, April 1980, pages 267-274. Cette technologie présente de nombreux inconvénients. L'inconvénient majeur résjde dans la maîtrise du procédé d'implantation En effet, il ressort des expériences que la résistance du silicium polycristallin varie d'un facteur de l'ordre de 104 à 106 pour une dose d'ions variant simplement d'un facteur 10 Cette croissance très rapide de la résistance soumet l'ajustement du dosage des ions à des contraintes très sévères. En outre, les ions implantés diffusent au cours des traitements thermiques successifs impliqués dans le procédé de fabrl cation du dispositif à circuits intégrés. Il s'ensuit que la concentration des ions dans la zone du matériau destinés à constituer la résistance varie au cours de la fabrication du dispositif à circuits intégrés, d'une manière difficile à contrôler. la Dule-4stsai a-tpv T xan-4 t-4 suo D anod nutae-4 leui np auoz eun SE suiep se-4 ue-rdwt -4 uos sj-È-4 Dleut lueuienb' b T.-i-4 aa Te suot sep en e D ue -4 a lautte-4 lem ne -4 ueuia At-4,e Tex sjt-4 ze -uauianbtj:De-re suot p esop ajaoj le a Biedop jud ana-4 onpuoo npuea -4 sa niet xa-4 leui e T anb a D ue 9stxa 4 Duxu D -4 sa 'nietae-4,eui e D suiep anb-Éuot u Ot 4 u 4 ue Td Uft aun quen T Dut 9 d K- np lut T-rie 4 s x DA-rod anaq Dnpuo Dtwes nutie-4 lew un sulep eaule-49 tsea eun'p uot 4 u Dtiqeg QT anod uot-5,ue Aut T le auuoluo D apaooid arl aq Tsuap aqnuq op uotQjfia 4 ut aun lixied oa 4 nu p 94 a o Due-4stsea op sana Tie,& sep uot-4 vujuue-ap e T xnod SZ O l O ap;?Do id np-astx 4 tieui apulex B aun 11- xled aunp Ilexjjo e T-re nb 4 tlej e T úud ls 4 uatue AUODUT Be D le atpaulaú uotl Ua Aut'l B 4 tsuap e- nvq op uot-uafiajut eun 1 V tsute esoddo S -a Sa Dule-4 atse,ú xnv saieno T Tu sau O z sep a-r Ttie- 4 le T oz 4 jo z D De sa ú 6 a 4 ui s--tn Dxt D l jj-4 tsodstp unp uotie Dtaqlej v T op sxno D nu suot sep eq- t Daxd uotsnj 3 tp le T liaied ex-4 niea -son acîK-4 np (,Kzonie N ssa DDV uiopuma) NVU sanbt--v 4 S saitotueui Sa T -4 Ue Umv-Ou ST DUOP 4 UOS Sa Dule 4stsea op uot 4 v Dt;úqlej op xne-Éag 4 um ape Doxd a D aed sauaeauoa se-xbalut s-:tnaxt D l> S Tt-4 tsodstp sarj -afiesop nu a Tqisues sutoui eatp-e-lsa o la Tqt Qj sn Td le T Isa suoi sep a 6 usop np uotDuoj ue e-4 t At-4stsex le T op aq,cno D le r op a-4 uad le T '-4-ved a -4 niep le sauanbasuo D nad - 4 uos (T witoba W np a xpao T op suotletie A sep iagja ua, #seauie-4stsea op sawm L-r Q, sa D sulea -sn Td no uiqpfitf> np a-rp-to T op esaa Aa-rie se-X-4 sa Dues TsaÀ op uotîleoijql->j u T xnod anb e Tqiezt Tdde -4 uaula-r-fan-4 D'e -4 sau a-É 6 o-rout L De-4 e-4,:a D anb -4 tiel senua- 4 qo a Dule 4stsai op sana TVA SGP u Otsaedsi P OPUVJB lei -uotst Deúd Dari'e soe xtsap s ina Tle A sa T Sa Du-e-45-isa ú xnle úeuuop mod ul-lTe- 45-L úDA-rod anaq Dnpuo Dtwes nie-É -ia-4 leui un suiep sa Due-4stsa op uo-L-4 le Dt iqej op, apa Doad -a-r uaummstjjns xesta-4 teui op a-r'ran I De aanaq T e alt Dijjt soi-4 -4 uanbasuo D avd -4 sa TI s Lús Z 4 - Les ions étant appelés électriquement actifs relativement au matériau semiconducteur polycristallin lorsque dans ce matériau ils sont donneurs ou accepteurs pour y engendrer des régions -d'un type N ou P, les ions sont appelés électriquement inactifs lorsque dans ce matériau ils ne sont ni donneurs ni accepteurs et demeurent incapables de produire un type de conductivité N ou P dans le matériau. De préférence, les ions électriquement inactifs appartiendront à la famille des gaz rares. Ainsi, contrairement à la technique antérieure selon laquelle des ions électriquement actifs étaient implantés a faible dose dans le matériau semiconducteur polycristallin pour l'amener a prendre la valeur souhait Ae de la résistance A créer et ensuite une seconde implantation A forte dose d'ions électriquement actifs était opérée pour rendre le matériau conducteur à l'extérieur de la zone du matériau définissant la résistance, le procédé conforme à l'invention consiste d'abord à amener le matériau semiconducteur polycristallin A une faible valeur de résistivité par implantation à forte dose d'ions électriquement actifs dans ce matériau, et à accroître ensuite cette valeur de résistance par im- plantation d'ions électriquement inactifs dans la zone du matériau délimitant ladite résistance. Un dispositif à cireuits intégrés conforme à l'invention, du type comprenant un matériau semiconducteur polycristallin contenant des ions électriquement actifs dans ledit matériau et incluant au moins une zone constituant une résistance électrique, est caractérisé en ce que ladite zone comporte des ions implantés électriquement inactifs relativement audit matériau. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description' qui suit, faite en référence aux dessins annexes. -5 - Dans les dessins: la figure 1 est une vue partiel l e de dessus d'un exemple de réal 3 sation d'un dispositif à circui is i nég trgs conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe faite sellon l a l gne IIII représentée sur la figure 1; et la figure 3 est un graphe il lustrant Les variations de la résistivité en fonction du dosage des ions imp lantés selon un exemple de réalisation conforme à l'invention. Les figures 1 et 2 illustrent un exemple de réalisation d'une partie d'un dispositif à circuits intégrés ( 10) incorporant une résistance électrique ( 11) réalisée conformément à l'invention La partie illustrée du dispositif ( 10) fait apparaître un substrat semiconducteur cristallin ( 12) tel que le silicium, dont la face active ( 13) incorpore un transistor à effet de champ du type MOS ( 14) relié à la résistance ( 11) Plus précisément, le transistor ( 14) est formé d'une région de source ( 14 a) et d'une région de drain ( 14 b) par implantation dans le substrat ( 12) d'ions électriquement actifs, des ions d'arsenic par exemple La région de grille ( 14 c)du transistor ( 14) comprend une électrode de grille ( 17 c) formée au-dessus de la face active ( 13), par 1 ' intermédiaire d'une couche isolante ( 15), entre les régions de source ( 14 a) et de drain ( 14 b) La face active ( 13) du substrat ( 12) supporte une couche isolante ( 16), en dioxyde de sil iclum, entourant la zone définissant le transistor ( 14) Au-dessus de la couche ( 16) est formé un réseau conducteur d'interconnexion ( 17) entre les divers composants constitués dans le substrat ( 12) du dispositif à circuits intégrés ( 10), tels que le transistor ( 14). Le réseau ( 17) est habituellement formé de couches conductrices superposées, séparées par des couches d'isolation Les couches conductrices comprennent au moins une couche en matériau semiconducteur polycristallin dans laquelle on peut forme T no ammen t des résistances élec,-riques, et éventuellement des couches méta lliques, en aluminium par exemple Des conducteurs de deux couches voisines sont relliés entre eux par des trous ménagés dans la couche d'isolation intermédiaire et remplis de matière conductrice pour l a connexion électrique Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, la couche en matériau semiconducteur polycris tal N comprend deux conducteurs ( 17 b, 17 c) constituant respectivement les électrodes de drain et de grille du transistor ( 14), tandis que la couche métallique supérieure comprend Le conducteur ( 17 a) constituant l'électrode de source du transistor ( 14) et le conducteur ( 17 d) relié à l'électrode de drain ( 17 b) par l'intermédiaire du trou conducteur ( 19) ménagé dans la couche d'isolation intermédiaire ( 18 a) et de la résistance ( 11) Pour faciliter la lecture des dessins, les autres couches possibles n'ont pas été représentées. Selon la technique antérieure, les ions utilisés pour la formation de la résistance ( 11) dans le conducteur de dra Jin ( 17 b) en matériau semiconducteur polycristallin étaient des ions actifs, au même titre que ceux utilisés pour la formation des régions de divers t ypes de conductivité dans le 'substrat cristallin ( 12), telles que les régions de source ( 14 a)et de drain ( 14 b)du transistor ( 14) D'abord, ces ions actifs étaient implantés a faible dose dans toute la couche polycristalline pour donner aux conducteurs ( 17 b, 17 c) une résistivité correspondant a ce lle souhaitée pour constituer la résistance ( 11) et toutes les autres résistances, puis on disposait un masque ( 20) masquant toutes les zones des conducteurs (tels que le conducteur 17 b) o les résistances sont à ménager et on implantait dans toute la couche, à l'extérieur de ces zones, de for- tes doses d'ions actifs pour la rendre très conductrice. eqÀno D n-f anb a ú-4 uoui ú aanfi-tj lej -uo-tuqo 1 le ui D-uilqo T % 010 ap axp-xo T ap -4 uletxiel% G t At-4 Stsaa OP sana Tn A Sap St puodga zio D sa-lTanbxnle ga ú x-e D ex-4 awt-4 ue D and ú,TOT le STOI ap qu-et- ú e A (p) uoslie p suotp sesop sep -u'epuodsa X XOD sesst Dsq'e Ue saanbtput sana Tu,& SOT sanbtuiq--túe 6 o T quos saauuopxo Ue -4 a sesstosqie ua, sa-flaqpq sari -sa-nutui oc -àUnpuad D OGO-1 1 > 0-40 zie snos nât-r ne -4 ue Ke -tn Dex oc el ', JE ain 6 tj le-f ap aqdlexb np sesst Dsqp sep exie, -l -à-ue Atns anbt Put awwo D sa Tqietae A sesop, 1 ',&a X 081 v saiu Q Tduit ad-4 ao 8- tn SU 8 -UO u O 6 ae P s Jt-40 uut Su Oi Se OE -Ae X OCI Snos Bain D ai 4 ouit-4 ue D and STOI's ap esop aun 'e line 4 onpuoa saa-4 eapuaa al xnod netxe- 1 eui el -noj suiep se-4 uielde 9-4 a SZ p.úoqiep -4 uo atuesxap sjt-4 zie suot sact (uoi-4 tsode Ci xodle A Tie Dtulan D eanssaad mor 1) CIA Ddri ip apaoo cl el and D ocq le uoissaid assmq p enbtuitqo ansdeà snos esod ?p ànesstede p a- z-B u'O Dtul -V'O OP ut-r-ile 4sta DKT Od uint Dt Tts n P Oda OD OT je Tduexe 4 a D u O-re S 'u O t-:ue,&Ut -l Ie amx O Ju OD u O t- est Ve G a OZ ap e Tduiaxe un uo Tas aaaez G 14 iurÉ-4 u 9 D and 58#-:Ue Tdiut suotp (-p) e 6 lesop np uot-4 Duog ue (-g) a-4 t At-49 teex el Op suot- :nt-únâ Sa T -4 u'ex--sn T Tt alqdlexb un a-4 uesexd ain 6 tj el -uofi- xie,-r anb S Ta- 971 Isa xle-ú zieb sep O'r-rim-ej le T IV 4 UO puat-4- úIeddie sjt-4 D'eut Suot sal IOD Ua-x;ejexd 8 (j -nntaa-ieui np -49 dap nie -4 U Gu Iexnetx;-% O d uote 4 uv Tdm and no 8-49 da nie -4 ueuieinatielsocl no nntxa-ieui ep BD ap 4 qd 5 p np -4 uauiow me uotsnjjtp and itie; exie ined ún O-4 Dn Pu O Dtulas net J 8# 1 etu el sun P s Jtl D'2 Bu Ot sep afindop OT aq -eglteitnos a Duvistsai ap ana Te A e T aiputalile anod se-à-uvsiljns atbieue eun aa Ale -4 a at-4 uenb ue sgt-4 Dleut suot Sap ut-r-fle-4st úDÀK Tod n-et-ie-4 lem ap seu O z sa D Su VP a-4 u'e Tdu It uo Ixafiieuaui 'e -4 uos (Tl) sa Dule-49 tse-X BOT no aqonoa 'el GP 1 1 d %, sauoz sa T aub ja Ano Dap v jue-41 aiu'au - eqxt Ut and a ttt 6-r le-f ans a-4 uasa ida ú (OZ) enbsieui un p aîiletpam úeiut -r xied Isind labt ú-4 Dnpuo D sax-4 a ipuax elanod a Ut TleSti DAT Od el LI Dno D le-r a 4 no- suep sjt- 4 D'e SUO-r'p esop a- lxoj le eui iog-Fun a 6 edop un pÀoqep anbi-ead uo 'Uot- 4 ua,&U-r T uo-ras siúsz 8 - obtenue présente avantageusement une partie rectil i gne pour des valeurs de résistance supérieures à 0,03 ohm cm, cette ligne étant légèrement infléchie pour des valeurs inférieures Dans les conditions précises de cet exempte une résistance réalisée suivant le procédé de l'invention et ayant une géométrie carrée, telle qu'illustrée A la figure 1, présentera une valeur comprise entre 250 ohms et kilohms, environ D'autre part, dans le graphe de la figure 3 o les échelles des abscisses et ordonnées sont logarithmiques, il est important de noter que la pente de la partie rectiligne de la courbe est sensiblement égale à l'unité, ce qui se traduirait dans un graphe é échell es linéaires par une courbe elle-même linéaire du type y = ax + b Ceci est remarquable en comparaison des courbes représentatives du procédé antérieur, qui incorporent une composante principale du type axn avec n variant de 4 à 6 qui faisait que la résistance variait d'un facteur de 104 à 106 pour une si mple variation d'un facteur 10 du dosage des ions Il y a donc effectivement un grand contrôle possible du procédé pour obtenir des valeurs de résistance relativement précises Par ailleurs, l'expérience ne révèle pratiquement pas de variation de la taille des résistances au cours de la fabrication du dispositif à circuits intégrés et se prête donc à une intégration de haute densité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée A l'exemple décrit et illustr& C'est ainsi que le matériau semiconducteur polycristallin dans une zone duquel est prévue une résistance peut être autre chose que du silicium, par exemple des composes de matériaux semiconducteurs et de métaux réfractaires, et les ions inactifs être autre chose que l'argon ou même qu'un gaz rare, pourvu qu'ils soient inactifs vis-A-vis du matériau polycristallin conformément a l'esprit de l'invention. D'autre part, compte tenu des valeurs de résistances qu'il 25344 1 5 est maintenant possible de mettre en oeuvre, les composants peuvent être des transistors à effet, de champ d'un type quelconque, ou transistors bipolaires, ou d'autres composants acti Es ou passifs Enfin, sachant que toute lmplantation faj t intervenir un recuit, l es valeurs des paramètres précités du recuit n'ont ét-é donnries qu'à titre d'exemple non imi'tatif, ces valeurs étant quarnd même d'autant plus significatives qu'elles sont à l'heure actuelle les plus contraignantes. - REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une résistance ( 11) dans un matériau semiconducteur polycrista Llin ( 17 b), du type incluant une implantation ionique dans ce materiau, caracté r&isé en ce que l e matériau est rendu conducteur par dopage a forte dose d'ions 6 électr J quement actifs relati vement au matériau, et en ce que des ions électriquement inactifs sont implantés dans une zone du matériau pour constituer ladite résistance. 2 Procédé selon la revendi cation 1, caractérisé en ce que le dopage en ions actifs dans le matériau est fait par diffusion au moment du dép 6 t dudit matériau. 3 Procédé selon la revendi cation 1, caractérisé en ce que le dopage en ions actifs est fait par diffusion postérieurement au dépôt du matériau. 4 Procédé selon la revendicati on 1, caractérisé en ce que le dopage en ions actifs est fait par implantation postérieurement au dépôt du matériau. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérise en que les ions inact, fs précités appartiennent à la famille des gaz rares. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau semiconducteur polycristallin est du sji licium. 7 Disposi tif à ci rcuits intégrés ( 10) résultant de la mise en oeuvre du procédé défini par l'une des revendications 1 a 6, du type comprenant un matériau semiconducteur polycr stalll in ( 17 b) contenant des ions électr iquement ac Li Es et incluant au moins une zone constituant une résistance électrique ( 11), caractérisé en ce que ladite 11 - zone comporte des ions implantés électriquement inactifs relativement audit matériau. 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté -Ise en ce que lesdits ions appartiennent à la famille des gaz rares. 9 Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en que le matériau semiconducteur polycrista l in est du s ilicium. Dispositif selon l'une des revendication 7 à 9, caractérise en ce que le matériau { 17 b) constitue au moins une partie d'un réseau conducteur d'interconnexion ( 17) formé au-dessus d'un substrat semiconducteur cristallin ( 12) pour relier les divers composants ( 14) formés dans ledit substrat. 11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits composants comprennent des transistors à effet de champ. 12 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits composants comprennent des transistors bipolaires '