Brevet FR2684240A1 — publié le 19930528

TRANSISTOR MOS À ZENER DE PROTECTION INTÉGRÉE La présente invention conèrne le domaine des transis- tors MOS et plus particulièrement la protection de transistors MOS de sortie de circuit intégré contre des surtensions, par exemple des impulsions électrostatiques. La figure 1 représente en vue en coupe un exemple de structure classique de transistor MOS de circuit intégré forte- ment schématisée Ce transistor MOS comprend une région conduc- triè de grille 1 sur une couche isolante de grille 2 De part et d'autre de la région de grille sont formées respectivement une région de drain 3 de type Ns et une région de souroe 4 de type N+ Ces régions sont formées dans une région, couche ou caisson 5 de type P faiblement dopée elle-même formée sur une couche ou un substrat 6 de type P fortement dopé Pour assurer le fonctionnement du transistor MOS, les régions 5 et 6 sont polarisées à un potentiel de référence et il existe une région 7 de type P fortement dopée de prise de contact avec la région 5. La figure 2 illustre un étage de sortie de circuit intégré MOS, de type CMOS (MOS complémentaire) Cet étage comprend un transistor MOS de type N (NMOS) dont la source est reliée à un potentiel bas ou potentiel de référence Vss en série avec un transistor MOS à canal P PMOS, dont la source est reliée à un potentiel haut Vdd Le drain commun des transistors NMOS et PMOS constitue la sortie A Ainsi, la sortie est à haut niveau quand le transistor PMOS est passant et à bas niveau quand le transistor NMOS est passant. Quand on utilise le transistor MOS à canal N de la figure 1 en tant que transistor NMOS de la figure 2, sa région de drain 3 est reliée à la sortie A et ses régions de source 4 et de reprise de contact de substrat 7 sont reliées ensemble à la tension basse Vss On désigne par G la borne de grille de ce transistor NMOS. Par ailleurs, un transistor MOS contient un transistor bipolaire parasite dont le collecteur correspond à la région de drain 3, 1 ' émetteur à la région de source 4 et la base à la région 5 Du fait de la liaison résistive existant entre ses régions de base et d'émetteur, ce transistor peut rentrer en avalanche quand le courant dans la région 5 devient important, par exemple par suite d'une surtension provenant d'une décharge électrostatique provenant de la borne d'alimentation Vdd ou de la borne de sortie A Cette mise en avalanche peut, S 'il n'existe aucune limitation du courant, se traduire par une destruction du composant résultant soit d'une destruction de l'isolant de grille soit d'un perçage de la jonction de drain lié à une migration du revêtement (non représenté) de métallisa- tion de ce drain. On a donc été amené à prévoir divers circuits de pro- tection pour éviter ce problème. La présente invention propose de réaliser cette pro- tection par une structure intégrée simple ne compliquant pas le procédé de fabrication du transistor NMOS. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit un transistor MOS formé dans une première région d'un pre- mier type de conductivité à faible niveau de dopage recouvrant une deuxième région du premier type de conductivité à plus fort niveau de dopage comprenant une région de drain du deuxième type de conductivité, une région de source du deuxième type de conductivité et une région de prise de contact avec la première région, les régions de drain, de source et de reprise de contact étant formées à la surface de la première région, la région de source et la région de reprise de contact étant connectées Ce transistor comprend une troisième région du deuxième type de conductivité à fort niveau de dopage s'étendant à partir d'une partie superficielle de la première région en contact avec la région de drain jusqu'à la deuxième région. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier type de conductivité est le type P. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le transistor MOS constitue la sortie d'un circuit MOS. 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: les figures 1 et 2 décrites précédemment étaient des- tinées à illustrer l'état de la technique et le problème posé; La figure 3 représente une vue en coupe très schéma- tique d'un transistor NMOS selon présente invention. Comme cela est usuel dans les représentations de composants semiconducteurs, les figures 1 et 3 sont fortement schématiques et les épaisseurs et dimensions relatives des diverses couches et régions ne sont pas tracées à l'échelle. On retrouve en figure 3 les éléments de la figure 1 désignés par les mêmes références numériques Selon l'invention, il est prévu entre la région de drain 3 et la couche P+ 6 une région 9 de type N fortement dopée, de sorte que l'interface entre cette région 9 et la région 6 forme une diode zener de tension de claquage choisie, supérieure à la tension Vdd, par exemple de l'ordre de 12 volts. Ainsi, en présence d'une surtension sur la borne A, le claquage de cette diode zener s'effectue loin de la surfaoe d'o il résulte que les porteurs générés par l'avalanche ont peu de chance d'être attirés par la grille (les électrons retournent au drain et les trous au substrat) Par ailleurs, ètte diffusion supplémentaire N+ étant relativement profonde, par exemple de l'ordre de plusieurs micromètres dans des réalisations classi- ques, la probabilité de destruction de la jonction par le nétal la contactant est extrêmement faible. Etant donné que la présente invention est destinée à être utilisée dans le cadre de transistors NMOS constituant un étage de sortie canme cela est représenté en figure 2 et que oes transistors ont une surfaoe relativement importante, on aura une place suffisante pour former cette région N profonde, par exemple par diffusion La surface de jonction entre la région 9 de type N et la région 6 de type P pourra être choisie par l'homme de l'art pour être suffisante pour évacuer rapidement les charges résulsant d'une surtension mais sans être exoessive pour éviter d'augmenter indûment la capacité drain-substrat du transistor MOS En effet, pour une même surfaoe de jonction, une jonction N+P a une plus grande capacité qu'une jonction N+P-. On notera que, dans le cadre d'un circuit intégré complexe du type BICMOS comprenant des composants bipolaires et des zones MOS, la réalisation d'une structure selon la présente invention n'impliquera pas d'étapes supplémentaires de fabri- cation En effet, on trouve généralement dans la partie bipo- laire du transistor, notamment en relation avec les transistors NPN verticaux de telles diffusions profondes de type N+ des- tinées à assurer un contact avec une couche enterrée de col- lecteur de type NI au fond d'un caisson N Cette diffusion N+ correspond également à un anneau de garde autour des divers30 caissons N. Bien entendu, la présente invention est suscptible de nombreuses variantes et modifications En particulier, le tran- sistor MOS a été représenté de façon particulièrement élémen- taire et les divers perfectionnements généralement apportés aux structures de transistors MOS pourront être adaptés à la pré- sente invention De plus, la présente invention a été décrite dans le cadre d'un transistor NMOS Elle pourra s'appliquer de même à des transistors PMOS en inversant tous les types de polarité précédemment décrits. REVENDICATIONS 1 Transistor MOS formé dans une première région ( 5) d'un premier type de conductivité à faible niveau de dopage recouvrant une deuxième région ( 6) du premier type de conducti- vité à plus fort niveau de dopage comprenant une région de drain ( 3) du deuxième type de conductivité, une région de source ( 4) du deuxième type de conductivité et une région de prise de contact ( 7) avec la première région, les régions de drain, de source et de reprise de contact étant formées à la surface de la première région, la région de souroe et la région de reprise de contact étant connectées, caractérisé en oe qu'il comprend une troisième région ( 9) du deuxième type de conductivité à fort niveau de dopage s'étendant à partir d'une partie superficielle de la première région en contact avec la région de drain jusqu'à la deuxième région. 2 Transistor MOS selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier type de conductivité est le type P. 3 Transistor MOS selon la revendication 1, caracté- risé en oe qu'il constitue un transistor de sortie d'un circuit MOS.