Brevet FR2589279A1 — publié le 19870430

i Dispositif semi-conducteur électronique pour protéger des circuits intégrés contre des décharges électrostatiques et procédé pour le fabriquer. La présente invention concerne un dispositif semi-conducteur électronique pour protéger des circuits intégrés de décharges électrostatiques, ainsi qu'un procédé pour fabriquer le dis- positif. On connaît différentes réalisations de dispositifs de protec- tion pour des circuits intégrés, notamment pour des circuits intégrés linéaires, contre des décharges électrostatiques des deux signes. Par exemple, certaines solutions emploient les jonctions base-émetteur ou base-collecteur définissant des diodes et des résistances selon différentes configurations. D'autres solutions comportent des redresseurs au silicium commandés montés entre la borne d'entrée du circuit intégré à protéger et une ligne de tension de référence. Toutefois, ces solutions ne donnent pas complètement satisfac- tion de plusieurs points de vue. En particulier, ces réalisa- tions connues exigent une surface d'intégration relativement importante, ce qui contribue à augmenter les dimensions tota- les de l'ensemble comprenant le circuit intégré et le disposi- tif de protection. Un autre inconvénient des solutions connues, notamment de cel- les employant des diodes et des résistances,est qu'elles ont des impédances série relativement élevées et qu'en consé- quence la puissance dissipée est relativement importante. En conséquence, ces structures sont efficaces contre des tensions dommageables en dessous d'une certaine valeur, et elles ne peuvent être employées dans le cas o le circuit intégré doit être protégé contre des décharges électrostati- ques de très forte tension. Tenant compte de ce qui précède, le but de la présente inven- tion est de procurer un dispositif semi-conducteur électroni- que pour protéger des circuits intégrés contre des décharges électrostatiques, qui élimine les inconvénients de la techni- que antérieure et fonctionne fiablement contre les décharges électrostatiques positives et négatives pouvant survenir au niveau des broches du circuit intégré. Un but particulier de la présente invention est de procurer un dispositif de protection électronique ayant un volume minimal et qui, en particulier, n'exige pas de surface semi-conductrice en plus de la surface exigée pour intégrer le circuit électronique à protéger. Un autre but de la présente invention est de procurer un dispositif de protection électronique capable de résister à des tensions dommageables élevées de sorte qu'on peut éga- lement l'employer dans le cas o la protection est exigée contre des décharges de valeur élevée. Un autre but de la présente invention est de procurer un dispositif de protection électronique pouvant être fabriqué pendant les mêmes phases de production que le circuit intégré à protéger, n'entraînant ainsi aucun coût de production addi- tionnel. Les buts précités, ainsi que d'autres qui apparaîtront mieux ciaprès, sont atteints par un dispositif semi-conducteur électronique pour protéger des circuits intégrés contre des décharges électrostatiques, selon l'invention, monté entre une entrée du circuit à protéger et une ligne de tension de référence, comportant deux diodes montées en série et en opposition, chacune ayant une borne d'anode et une borne de cathode, caractérisé en ce que ces diodes sont étroitement intégrées, que les bornes des deux diodes raccordées l'une à l'autre sont procurées dans une couche unique et que les couches qui forment les bornes des diodes raccordées respec- tivement à l'entrée du circuit intégré et à la ligne de ten- sion de référence sont fabriquées simultanément. L'invention concerne en outre un procédé pour fabriquer le dispositif de protection électronique décrit, ayant les carac- téristiques indiquées ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joints sur lequel: - la figure 1 est un schéma électrique équivalent du disposi- tif selon l'invention; et - la figure 2 est une coupe transversale à travers une puce de silicium dans laquelle a été intégré le dispositif de la figure 1. En se reportant à la figure 1, le dispositif de protection selon l'invention a été repéré dans son ensemble en 1 et est monté entre la ligne d'entrée (IN) d'un circuit intégré 2 à protéger (représenté schématiquement sous la forme d'un rectangle en tirets contenant des composants linéaires tels que des transistors) et une ligne de tension de référence 3 (raccordée à la terre). De façon plus détaillée, le disposi- tif de protection comporte deux diodes 5 et 6 montées en série et en opposition; de façon plus précise, l'anode 7 de la diode 5 est raccordée à la ligne d'entrée IN, tandis que sa cathode 8 est raccordée à la cathode 10 de la diode 6, dont l'anode 9 est raccordée à la ligne de terre 3. Selon l'invention, les diodes 5 et 6 sont étroitement intégrées avec les cathodes respectives 8 et 10 formées par la même couche semi-conductrice, tandis que les anodes 7 et 9 sont fabriquées selon la technique haut-bas (top-bottom technique). Cette structure est représentée sur la figure 2, qui montre la disposition symétrique des couches semi-conductrices consti- tuant le dispositif. Ainsi, en se reportant à la figure 2, le dispositif comporte un substrat de type P 12, électriquement raccordé à la terre et une couche épitaxiale supérieure de type N 13 définissant la face supérieure 18 du dispositif. A cheval sur la jonction du substrat 12 et de la couche épita- xiale 13, sont formées les diodes 5, 6 selon l'invention. De façon plus détaillée, la figure représente la région de type P 14, s'étendant à l'intérieur du substrat 12 et paral- lèle à lui, une couche de type N 15 disposée exactement à cheval sur le substrat 12 et la couche épitaxiale 13, ainsi qu'une autre région de type P+ 16 disposée pratiquement symé- triquement à la région 14 par rapport à la couche 15 et s'éten- dant à l'intérieur de la couche épitaxiale 13. Les couches 14, 15 et 16 forment respectivement l'anode de la diode 6, la cathode commune des diodes 5 et 6 et l'anode 7 de la diode 5. La structure est complétée par une zone de liaison de type P+ 17, s'étendant de la face supérieure 18 du dispositif jusqu'à la région 16, par une couche métallique 19 formant la pastille d'entrée du circuit intégré 2 et par une couche d'oxyde isolant 20, seulement partiellement représentée sur la figure 2. Le procédé pour fabriquer le dispositif selon l'invention est le suivant. En partant du substrat de type P 12 (c'est-à- dire dopé au bore), on effectue d'abord un dépôt et une diffu- sion d'antimoine. Cette phase est effectuée en même temps que la phase de dépôt et de diffusion pour le circuit intégré à protéger pour procurer la couche enterrée. De cette manière, on obtient une région de type N+. Ensuite, au-dessus de cette région de couche enterrée, on effectue un implant de bore en même temps qu'un implant de bore dans le circuit intégré à protéger pour obtenir l'isolation implantée. Ensuite, la couche épitaxiale 13 croît à haute température, avec diffusion résultante du bore et de l'antimoine à l'intérieur de la couche épitaxiale et du substrat. Du fait cependant que le bore a un coefficient de diffusion plus élevé que l'antimoine, on obtient une diffusion plus profonde du bore, qui traverse la région d'antimoine et enrichit la zone du substrat située en dessous de la couche dopée à l'antimoine. De cette manière, la région 16 se forme à l'intérieur de la couche épitaxiale 13, et la région 14 se forme à l'intérieur du substrat 12 dans la même phase de production. On effectue ensuite un dépôt de bore sur la couche épitaxiale 13 en correspondance avec les régions 16 et 14, cette opération étant suivie par la diffusion du bore à travers la couche épitaxiale 13 pour obtenir la région 17, laquelle sert à amener jusqu'à la sur- face l'anode 7 de la diode 5, correspondant à la zone 16. Cette phase également peut être effectuée simultanément avec la formation du puits isolant diffusé dans le circuit intégré à protéger. Comme on peut le voir, l'invention atteint complètement les buts proposés. En particulier, on doit souligner le fait que le dispositif selon l'invention a un volume extrêmement réduit et ne nécessite aucune surface supplémentaire par rapport à celle déjà nécessitée par le circuit intégré à protéger. En fait, du fait de la technique employée, les deux diodes peuvent être procurées directement en dessous des pastilles d'entrée du circuit intégré à protéger. En outre, le dispositif selon l'invention peut résister à des tensions dommageables élevées. En fait, par rapport aux solutions employant des diodes procurées en utilisant la jonction base-émetteur ou basecollecteur de structuresà transistors,il a une impédance série beaucoup plus faible et, par voie de conséquence, une dissipation de puissance réduite en correspondance. Enfin, on doit noter le fait que le dispositif selon l'inven- tion, comme il a déjà été expliqué en détail, peut être obtenu en même temps qu'est produit le circuit intégré à protéger, avec des phases de traitement standards; de ce fait, il n'exi- ge aucune phase d'opération séparée. L'invention ainsi conçue est susceptible de nombreuses modifi- cations et variations, sans s'écarter de la portée du concept inventif. Par exemple, la couche de type N 15 peut être fabriquée au moyen d'implantations d'ions et peut thermique- ment croître en même temps que les couches 14 et 16. En outre, tous les détails peuvent être remplacés par d'autres détails techniquement équivalents. 7 2589279 Revendications. 1. Dispositif semi-conducteur électronique pour protéger des circuits intégrés contre des décharges électrostatiques, monté entre une borne d'entrée (IN) du circuit intégré (2) à protéger et une ligne de tension de référence (3), compre- nant deux diodes (5, 6) montées en série et en opposition et ayant des premières bornes (8, 10) raccordées ensemble et des deuxièmes bornes (7, 9) raccordées respectivement à la borne d'entrée et à la ligne de tension de référence, caractérisé en ce que ces diodes (5, 6) sont étroitement intégrées, que les premières bornes, raccordées l'une à l'au- tre (8, 10),de ces diodes sont formées dans une seule couche semiconductrice (15) et que les couches (14, 16) formant les deuxièmes bornes (7, 9) sont produites simultanément. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat (12) d'une première polarité, une couche épitaxiale (13) s'étendant entre une face extérieu- re (18) du dispositif (1) et le substrat (12), une couche enterrée (15) ayant une deuxième polarité pratiquement oppo- sée à la première polarité et s'étendant au moins partiellement entre le substrat (12) et la couche épitaxiale (13) et formant la couche semi-conductrice unique, une première et une deuxié- me région implantées, fabriquées simultanément et fortement dopées (14, 16),ayant pratiquement la première polarité, ces régions implantées (14, 16) s'étendant respectivement dans le substrat (12) et dans la couche épitaxiale (13) en contact avec la couche enterrée (15) sur ses deux côtés oppo- sés, formant ainsi avec cette couche enterrée deux jonctions, ainsi qu'une zone de liaison fortement dopée (17) ayant prati- quement la même polarité et s'étendant à travers la couche épitaxiale (13) entre la face extérieure (18) du dispositif (1) et la région implantée (16) s'étendant dans la couche épitaxiale (13). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu en dessous d'une pastille 8 2589279 d'entrée du circuit intégré (2) à protéger. 4. Procédé pour fabriquer un dispositif de protection électro- nique pour un circuit intégré à protéger, selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, ce dispositif de protection comprenant deux diodes montées en série et en opposition et étant défini par une couche semi-conductrice commune d'une première polarité, dopée avec un premier élément chimique, et deux régions semiconductrices d'une deuxième polarité, opposée à cette première polarité, s'étendant sur les deux côtés opposés de cette couche commune, caractérisé en ce qu'il comporte un seul stade d'implantation, sur la couche commune, d'un deuxième élément chimique ayant un coef- ficient de diffusion supérieur au premier élément chimique, et un stade de diffusion d'au moins ce deuxième élément chimi- que, d'o il résulte que les deux régions implantées sont formées su-r deux-cetés-opposes de la couche commune. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par: - un premier dépôt et une diffusion ou une implantation d'un élément chimique sur un substrat d'une première polarité pour former une première couche d'une deuxième polarité prati- quement opposée à la première polarité,et par un dépôt et une diffusion simultanés d'une couche enterrée pour un cir- cuit intégré à protéger; - une implantation d'un deuxième élément chimique sur la première couche, sur une surface au moins égale à la surface du premier dépôt, ce deuxième élément chimique ayant un coef- ficient de diffusion supérieur au premier élément chimique pour former des couches ayant pratiquement la première polari- té, et parune implantation simultanée pour former une isolation implantée dans le circuit intégré à protéger; - la croissance d'une couche épitaxiale à haute température avec diffusion simultanée du premier et du deuxième élément chimique, formant ainsi deux régions implantées séparées 9 2589279 s'étendant respectivement dans le substrat et dans la couche épitaxiale en contact avec la première couche enterrée sur les deux côtés opposés de celle -ci; et - un deuxième dépôt et une diffusion du deuxième élément chimique dans la couche épitaxiale en correspondance avec les régions implantées pour former une région de liaison ayant pratiquement la première polarité, et par le dépôt et la diffusion simultanés des couches isolantes du circuit intégré à protéger. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première polarité est du type P et que la deuxième polarité est du type N. 7. Procédé selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le premier élément chimique est l'antimoine et que le deuxième élément chimique est le bore.