Brevet FR2681978A1 — publié le 19930402

RÉSISTANCE DE PRÉCISION ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne le domaine des circuits intégrés et plus particulièrement la fabrication d'une résis- tanè dans un circuit intégré. Classiquement, une résistance dans un circuit intégré est formée en délimitant dans un substrat semiconducteur ou dans une couche de silicium polycristallin ou de métal formée au- dessus de ce substrat une bande dont les deux extrémités sont munies de métallisation La valeur de la résistance dépend donc de la forme de la bande et de la résistivité de son matériau10 constituant. Un avantage bien connu des circuits intégrés est que deux résistances identiques formées sur un même circuit intégré auront la même valeur et que deux résistances présentant un rapport de forme déterminé présenteront un rapport de valeurs15 déterminé avec précision Toutefois, un inconvénient est que la valeur absolue de la résistance n'est pas déterminée avec préci- sion En effet, d'un lot de fabrication ou suivant, les condi- tions peuvent varier, et notamment les conditions d'attaque de résine qui déterminent, à la suite d'un masquage, les dimensions20 effectives en largeur et longueur d'une zone élémentaire Ainsi, des résistances formées à partir d'un même masque dans des lots de fabrication différents peuvent présenter des variations de valeur de l'ordre de quelques pourcents, ètte variation pouvant aller jusqu'à environ 20 % Ainsi, dans le domaine des circuits 5 intégrés, lors de la conception d'un circuit, on s'efforce de déterminer les valeurs de fonctionnement par des rapports de résistances, ou des rapports de surfaoe de transistors Il existe toutefois des cas o il serait utile de disposer de résistances ayant des valeurs absolues bien déterminées Pour10 l'instant, l'obtention de telles résistances est pratiquement impossible. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir une structure de résistance dans une technologie de fabrication de circuits intégrés, telle que cette résistance ait15 une valeur déterminée avec précision, indépendamment des fluc- tuations des paramètres de fabrication. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit une résistance de précision formée sur un substrat semi- conducteur comprenant deux bandes d'un matériau conducteur20 résistif sur isolant ayant chacune une première résistance par carré Rp et une largeur normale Wp, définissant entre elles, dans le substrat semiconducteur, une bande de largeur normale Wm dopée en utilisant les bandes de matériau conducteur résistif canoe masque et ayant une deuxième résistanoe par carré Rm, deux25 métallisations reliant respectivement la première et la deuxième extrémité des trois dites bandes Les largeurs et les résis- tances par carré sont choisies pour que Rp Wp = 2 Rm Wm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau conducteur résistif est du silicium polycristallin dopé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la résistance est délimitée par des régions d'oxyde épais enca- drant une région dans laquelle s'étend la bande dopée, chacune des bandes de matériau conducteur résistif s'étendant partiel- lement sur une bande d'oxyde épais et partiellement sur une couche d'oxyde mince prolongeant chaque bande d'oxyde épais du côté de l'autre bande d'oxyde épais. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble de la bande dopée et des bandes de matériau conduc- teur résistif est recouvert d'une couche isolante et les métal- lisations accèdent à leurs extrémités par l'intermédiaire d'ouvertures de contact. La présente invention prévoit aussi un procédé de fabrication d'une résistance de précision comprenant les étapes consistant à former des régions d'oxyde épais délimitant entre elles une bande d'un substrat semiconducteur recouverte d'une couche minc d'oxyde; revêtir la structure d'une couche de silicium polycristallin; graver dans la couche de silicium15 polycristallin deux bandes; graver la couche d'oxyde mince entre les bandes de silicium polycristallin; doper les bandes de silicium polycristallin et la bande apparente du substrat; former des contacts aux deux extrémités de l'ensemble des trois bandes.20 Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une vue de dessus d'un mode de réalisation d'une résistance de précision selon la présente invention; les figures 2 A et 2 B représentent des vues en coupe selon la ligne I-I de la figure 1. Comme le représentent les figures 1 et 2 A, la présente invention prévoit une résistance constituée de deux bandes 1 et 2 d'un matériau conducteur résistif, formées sur un substrat semiconducteur avec interposition d'une couche isolante 4 Entre les bandes 1 et 2, apparaît une portion du substrat qui est dopée en utilisant comme masque les bandes 1 et 2 pour former dans le substrat une bande 6 présentant un niveau de dopage choisi Bien entendu, le substrat 8 aura un type de dopage opposé à celui de la bande 6 ou sera du même type de dopage mais beaucoup plus faiblement dopé Les premières extrémités des 5 bandes 1, 2 et 6 sont interconnectées par une métallisation 10 et les deuxièmes extrémités de ces bandes sont interconnectées par une métallisation 12. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, la région o est formée la bande 6 est délimitée par des couches d'oxyde épais prolongées par des couches d'oxyde minces et chacune des bandes conductrioes 1 et 2 est formée à cheval sur l'oxyde épais et sur l'oxyde mince afin, de façon classique, de réaliser une isolation entre la bande 6 et d'au- tres éléments du circuit intégré.15 Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, les bandes conductrices 1 et 2 sont en silicium poly- cristallin dopé lors de la même étape de dopage que la bande 6. La structure illustrée en figures 1 et 2 A peut être fabriquée en utilisant les étapes sucèssives suivantes: former des zones d'oxyde épais 4 délimitant une bande sur un substrat semiconducteur; former sur cette bande une couche d'oxyde mine; revêtir le substrat d'une couche de silicium poly- cristallin; graver le silicium polycristallin pour définir des bandes 1 et 2; graver l'oxyde mince pour faire apparaître le substrat entre les bandes 1 et 2; procéder à un dopage par diffusion ou implantation des bandes 1 et 2 et de la bande apparente du substrat pour former la bande 6. Ccomme cela est classique dans le domaine des circuits intégrés, on considérera ci-après des valeurs de résistanoe par carré, c'est-à-dire la valeur de la résistance entre deux métal- lisations formées sur deux côtés opposés d'une couche de forme carrée On négligera dans ce qui suit, les effets de bord et de forme bien connus de l'homme de l 'art On appelera Rp la résis- tanoe par carré de la couche de silicium polycristallin 1 ou 2, 5 et Rm la résistance par carré de la région dopée 6 formée dans le substrat de silicium monocristallin 8 Alors, la valeur de la résistance par carré du composant illustré en figure 1 sera 1/R = 2/Rp + 1/Rm. On va montrer qu'à condition de choisir convenablement les valeurs de Rp et de Rm en relation avec la largeur Wp des bandes 1 et 2 et la largeur Wm de la bande 6, on peut obtenir une résistance ayant une valeur de résistance par carré sensiblement indépendante des fluctuations des paramètres de fabrication. La figure 2 B illustre une résistance, théoriquement formée de la même façon que la résistance de la figure 2 A mais dans laquelle les paramètres de gravure ont varié de sorte que les bandes de silicium polycristallin ont été plus gravées que dans le cas précédent, c'est-à- dire qu'elles sont plus étroi- tes Ainsi, les bandes 1 et 2 auront maintenant des largeurs W'p20 telles que W'p = Wp 2 d W Corrélativement, la bande 6 aura une largeur W'm = Wm + 2 d W Alors, la résistance par carré de la résistance illustrée en figure 1 comprenant en parallèle les bandes 1, 2 et 6 sera 1 2 1 W + Rp Wp-2 d W Wm+ 2 d W c'est-à-dire 1 2 Wp 4 d W Wm + 2 d W + R' Rp Wp Rm Wm 1 2 1 2 1 =+ 2 d W() R' Rp Rm Rp Wp Rm Wm On voit que la valeur de la résistanoe équivalente R' peut être rendue constante et égale à la valeur R susmentionnée si le facteur multiplicatif de d W est rendu nul, c'est-à-dire si 5 Rp Wp = 2 Rm Wm Cette relation peut facilement être satisfaite pour tout niveau de dopage choisi en choisissant corrélativement l'épaisseur de la couche de silicium polycristallin et/ou le rapport des valeurs Wm et Wp.10 Bien que la présente invention ait été décrite plus particulièrement dans le cas o les bandes 1 et 2 sont des bandes de silicium polycristallin, on notera qu'elle s'applique également au cas o elles sont constituées de tout autre maté- riau résistif choisi, par exemple des couches minces d'un métal, d'un métal réfractaire, ou de siliciure métallique. En outre, on a employé dans la présente description le terme "bande" pour désigner les régions résistives disposées entre les électrodes 10 et 12 L'homme de l'art notera que ès bandes ne sont pas néoessairement rectilignes et que pour des20 raisons topologiques, on pourra choisir toute forme souhaitée, par exemple en zig-zag, en arrondi, en spirale De plus, les bandes 1 et 2 n'ont pas néoessairement la même largeur. Par ailleurs, l'homme de l'art notera qu'il pourra combiner la présente invention avec les diverses techniques connues de réalisation de résistances, par exemple en ce qui concerne l'isolement de la région monocristalline 6 Ou bien, l'ensemble de la structure décrite pourra être revêtu d'une couche isolante avant formation des métallisations 10 et 12, et30 des contacts pris sur les extrémités des bandes de résistance, ces contacts étant reliés entre eux par des métallisations. REVENDICATIONS 1 Résistance de précision formée sur un substrat semiconducteur ( 8), caractérisée en ce qu'elle comprend deux bandes d'un matériau conducteur résistif sur isolant ( 1, 2) ayant chacune une première résistance par carré Rp et une largeur normale Wp, définissant entre elles, dans le substrat semiconducteur, une bande ( 6) de largeur normale Wm, dopée en utilisant les bandes de matériau conducteur résistif comme masque et ayant une deuxième résistance par carré Rm, deux métallisations ( 10, 12) reliant respectivement la première et la deuxième extrémité des trois dites bandes, et en ce que les largeurs et les résistances par carré sont choisies pour que Rp Wp = 2 Rm Wm. 2 Résistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit matériau conducteur résistif est du silicium polycristallin dopé. 3 Résistance de précision selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est délimitée par des régions d'oxyde épais ( 4) encadrant une région dans laquelle s'étend ladite bande dopée, chacune desdites bandes de matériau conducteur résistif s'étendant partiellement sur une bande d'oxyde épais et partiellement sur une couche d'oxyde mince prolongeant chaque bande d'oxyde épais du côté de l'autre bande d'oxyde épais. 4 Résistance de précision selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de la bande dopée et des ban- des de matériau conducteur résistif est recouvert d'une couche isolante et en ce que lesdites métallisations accèdent à leurs extrémités par l'intermédiaire d'ouvertures de contact. Procédé de fabrication d'une résistance de préci- sion caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: former des régions d'oxyde épais délimitant entre elles une bande d'un substrat semiconducteur recouverte d'une couche mince d'oxyde; revêtir la structure d'une couche de silicium poly- cristallin; graver dans la couche de silicium polycristallin deux bandes ( 1) et ( 2); graver la couche d'oxyde mince entre les bandes de silicium polycristallin; doper les bandes de silicium polycristallin et la bande apparente du substrat; et former des contacts aux deux extrémités de l'ensemble des trois bandes.