Brevet FR2570545A1 — publié le 19860321

La présente invention concerne des dispositifs à semicon- ducteur à "résistance enterrée", en particulier ceux qui sont utilisables dans des circuits intégrés comme résistances de valeur élevée et d'encombrement minime ou comme générateurs de courant constant. De tels dispositifs, également appelés dispositifs à "ré- sistance tunnel" dans la littérature technique, sont normalement réalisés en faisant croître, sur un substrat de silicium mono- cristallin d'un premier type de conductivité, en général P, une couche épitaxiale d'un second type de conductivité, N, et en isolant une partie de cette couche au moyen d'une région d'iso- lation, étendue depuis le substrat jusqu'à la surface de la couche épitaxiale et ayant une conductivité du premier type. Sur la surface de la couche épitaxiale, dans la zone délimitée par la région d'isolation, sont appliquées deux bornes convena- blement espacées l'une de l'autre. La résistivité et l'épaisseur de la couche épitaxiale et la distance entre les bornes déterminent la valeur de la résistance électrique totale entre les deux bornes, lorsqu'une tension est 2C appliquée à celles-ci. Lorsque la tension appliquée augmente, la valeur de la résistance reste constante, avec une relation qui est par suite de type ohmique entre la tension et le courant qui passe dans le dispositif, jusqu'à une valeur de seuil de la tension, au- delà de laquelle, lorsque la tension augmente, le courant reste par contre constant dans le dispositif, qui sert donc de géné- rateur de courant constant. Cela se produit parce qu'il se crée, dans la couche épi- taxiale, à la jonction avec le substrat qui est maintenu à un potentiel de référence, une région d'appauvrissement des por- teurs majoritaires, d'autant plus étendue que la tension 2 2570545 appliquée est forte, surtout dans la région sous-jacente à la borne dont le potentiel est le plus élevé. Lorsqu'une valeur de seuil de la tension VPINCH' corres- pondant à l'état d'appauvrissement complet de la couche épita- xiale, est atteinte, le courant dans le dispositif ne peut plus être augmenté, ce qui fait qu'il reste constant tandis que la tension appliquée augmente. Le but de la présente invention est de réaliser un dis- positif à semi-conducteur à résistance enterrée, utilisable dans des circuits intégrés, qui permette d'obtenir, en comparaison des dispositifs connus, des valeurs de résistance plus élevées à éga- lité de surface d'intégration, sans que cela nécessite des phases supplémentaires de traitement pour sa réalisation. Avec un tel dispositif, on a cherché en outre à abaisser le seuil des valeurs de tension pour lesquelles un dispositif à résistance enterrée se comporte comme un générateur de courant constant. A cet effet le dispositif à semi-conducteur à résistance enterrée suivant la présente invention, comportant deux bornes ", "-" formé dans une plaquette de matière semi-conductrice, comprenant un substrat d'un premier type de conductivité P délimité par une première surface principale de la plaquette, une couche d'un second type de conductivité N disposée sur le substrat et délimitée par une seconde surface principale de la plaquette, deux zones de contact, sur lesquelles sont formées les deux bornes "+"',"", étant définies dans la partie superficielle de cette couche, une région d'isolation du premier type de conductivité P+, qui s'étend du substrat à la seconde surface principale de la pla- quette et délimite une portion de la couche étendue du substrat à la seconde surface de la plaquette et comprenant les deux zones de contact des bornes est caractérisé en ce qu'il est disposé, dans la partie de la couche entre les deux zones de contact, au moins deux régions de séparation du premier type de conductivité P+ s'étendant de la seconde surface principale de la plaquette dans la couche, régions entre lesquelles une région enterrée du premier type de conductivité P+ s'étend, sans être en contact avec elles, à partir du substrat dans une mesure pré- établie, ces régions de séparation et cette région enterrée ayant une forme allongée et étant délimitées à leurs extrémités par la région d'isolation. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, donnée à seul titre d'exemple et, par suite, non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale, à échelle agrandie, d'un dispositif à résistance enterrée suivant l'in- vention. La figure 2 est une vue en plan du même dispositif, faite avec le même rapport d'agrandissement. Sur les dessins, les mêmes lettres et numéros de référence ont été utilisés pour désigner les parties correspondantes. Comme on peut le voir sur la figure 1, un dispositif suivant l'invention est formé sur un substrat de silicium mono- cristallin, désigné par 1, dopé avec une impureté de type P, par exemple le bore, substrat sur lequel on a fait croître une couche épitaxiale 2 de silicium, dopée avec une impureté de type N, par exemple le phosphore. Dans la partie superficielle de cette cou- che sont définies deux zones de contact à concentration plus élevée d'impureté (indiquée sur la figure 1 par le symbole N+), su lesquelles il est formé deux bornes métalliques, désignées par "+" et "-", toutes deux en contact ohmique avec la couche épita- xiale 2 par l'intermédiaire des zones de contact sous-jacentes. Comme on l'a représenté sur les fig. 1 et 2, une région d'isolation 3, étendue du substrat à la surface de la couche épitaxiale, renferme une portion de cette couche dont la partie superficielle comprend les deux zones de contact des bornes. Cette région d'isolation 3 a été formée dans la couche épitaxiale 2 par une première opération d'implantation ionique d'impureté de type P à concentration élevée dans des zones pré-établies du substrat, puis de diffusion de cette impureté dans la couche épitaxiale pendant la croissance de celle-ci, et par une seconde opération, effectuée après l'achèvement de la croissance de la couche épitaxiale et consistant à déposer une impureté de type P à concentration élevée dans des zones de la surface de cette couche correspondant aux zones de l'implan- tation précédente et à diffuser cette impureté à l'intérieur de la couche épitaxiale. 2570545- les paramètres opératoires sont choisis de manière à obte- nir la réunion des zones de diffusion a partir du substrat et de la surface de la couche épitaxiale en une unique région d'isolation à concentration élevée P+ d'impureté de type P. Sur la fig. 1, la zone de superposition des diffusions est indiquée par une ligne de tirets. Dans la partie de la couche épitaxiale entre les deux zones de contact des bornes est située une région enterrée 4 ayant une conductivité de type P, qui s'étend dans la couche épitaxiale 2 à partir du substrat 1. Cette région enterrée a une forme allongée et est délimi- tée, à ses extrémités, par la région d'isolation 3. Elle a été réalisée par utilisation des mêmes phases opératoires que celles de la première opération de formation de la région d'isolement 3, c'est-à-dire en implantant, dans une zone pré-établie du subs- trat, une impureté de type P, ensuite diffusée dans la couche 2 pendant la croissance épitaxiale de celle-ci. Dans la partie de la couche épitaxiale entre les deux zones de contact des bornes, il est également formé deux régions de séparation 5 et 6, ayant une conductivité de type P, qui s'étendent dans la couche épitaxiale 2 à partir de la surface de celle-ci. Ces régions de séparation ont une forme allongée et sont délimitée aux extrémités par la région d'isolation 3. Elles sont formées de telle manière que la région enterrée 4 s'étende en partie entre elles, sans toutefois être en contact avec elles. Les régions de séparation 5 et 6 ont été réalisées par utilisation des mêmes phases opératoires que celles de la secon- de opération de formation de la région d'isolation 3, c'est-à- dire en déposant, dans des zones pré-établies de la surface de la couche épitaxiale, une impureté de type P et en la diffusant dans cette couche. A partir de la description précédente de la structure d'un dispositif suivant l'invention et du procédé appliqué pour réaliser cette structure, les avantages de l'invention appa- raissent manifestement. Le fait que les régions de séparation et 6 alternent avec la région enterrée 4 détermine une réduc- tion très importante de l'"épaisseur utile" de la couche épi- taxiale, dont l'épaisseur effective est par contre imposée par le procédé de réalisation du circuit intégré entier dans lequel le dispositif est compris. Cette réduction d'épaisseur utile, en combinaison avec un allongement de la longueur moyenne du parcours des porteurs de charge entre une borne et l'autre, permet d'obtenir des valeurs de résistance plus élevées, à éga- lité de surface d'intégration. D'autre part, le fait que ces régions de séparation 5, 6 et la région enterrée 4 s'étendent dans la couche épitaxiale 2 permet d'obtenir l'appauvrissement complet de la couche, ce qui détermine un comportement de générateur de courant constant du dispositif, à une valeur de seuil de la tension appliquée entre o10 les deux bornes qui est inférieure à celle qui est nécessaire pour le dispositif connu décrit, à égalité de valeurs du courant généré. Particulièrement important est le fait que la réalisation d'un dispositif suivant l'invention ne nécessite aucune phase opératoire supplémentaire par rapport à celles qui sont néces- saires pour un dispositif de la technique connue: en effet, les régions de séparation et la région enterrée sont formées par utilisation des mêmes phases opératoires qui aboutissent à la formation de la région d'isolement. Eu égard au fait qu'il a été représenté et décrit un seul exemple d'exécution de l'invention, il est évident que de nom- breuses variantes sont possibles, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, on peut utiliser un plus grand nombre de régions de séparation et de régions enterrées, pourvu qu'elles soient encore alternées entre elles. REVENDICATIONS 1. Dispositif à semiconducteur à résistance enterrée, compor- tant deux bornes ("+", "-"), formé dans une plaquette de matière semiconductrice, comprenant un substrat (1) d'un premier type de conductivité (P) délimité par une première surface principale de la plaquette, une couche (2) d'un second type de conductivité (N) disposée sur le substrat (1) et délimitée par une seconde surface principale de la plaquette, deux zones de contact, sur lesquelles sont forméesles deux bornes ("+", 11"-"), étant définies dans la partie superficielle de cette couche (2), une région d'isolation (3) du premier type de conductivité (P+), qui s'étend du subs- trat (1) à la seconde surface principale de la plaquette et délimite une portion de la couche 2 étendue du substrat (1) à la seconde surface de la plaquette et comprenant les deux zones de contact des bornes ("+", 11"-"), caractérisé en ce qu'il est disposé, dans la partie de la couche (2) entre les deux zones de contact, au moins deux régions de séparation (5, 6) du premier type de conductivité (P+), s'étendant de la seconde surface principale de la plaquette dans la couche (2), régions entre lesquelles une région enterrée (4) du premier type de conduc- tivité (P4) s'étend, sans être en contact avec elles, à partir du substrat (1) dans une mesure pré-établie, ces régions de séparation (5, 6) et cette région enterrée (4) ayant une forme allongée et étant délimitées à leurs extrémités par la région d'isolation (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est compris dans un circuit intégré monolithiquement. 3. Procédé pour la fabrication d'un dispositif selon la reven- dication 1, dans lequel la couche (2) du second type de conduc- tivité (N) est formée par croissance épitaxiale sur le substrat (1) et la région d'isolation (3) est formée dans cette couche (2) par une première opération d'implantation ionique d'impureté du premier type de conductivité (P+) dans des zones pré-établies du substrat (1) avant la croissance de la couche épitaxiale (2) et de diffusion de cette impureté dans la couche (2) pendant la croissance épitaxiale de celle-ci, et par une seconde opération de dépôt d'impureté du premier type de conductivité (P+) dans des zones pré-établies de la seconde surface principale de la plaquette qui délimite la couche-(2), et de diffusion de cette impureté dans la couche (2), caractérisé en ce que la région enterrée (4) et les régions de séparation (59 6) sont formées en utilisant respectivement les phases opératoires de la premiè- re et de la seconde opérations par lesquelles est formée la région d'isolation (3)