Brevet FR2688942A1 — publié le 19930924

-1 DIODE À AVALANCHE ENTERRÉE La présente invention concerne la fabrication de cir- cuits intégrés et notamment de circuits intégrés de type BICMOS. Les fabricants de circuits intégrés utilisent diverses filières technologiques pour fabriquer des circuits intégrés répondant à des besoins spécifiques Ces filières technologiques se caractérisent notamment par le nombre d'étapes de diffusion (ou implantation) et le nombre d'étapes de masquage Dans une filière technologique donnée, un souhait du concepteur réalisant un circuit intégré est de pouvoir disposer du plus grand nombre possible de composants élémentaires. On s'intéressera ici plus particulièrement à la filiè- re technologique BICMOS du type de celle qui est décrite dans la demande de brevet européen 0401135 déposée sous une priorité du 2 juin 1989 par la demanderesse au nom du même inventeur Cette filière présente l'avantage de permettre la réalisation sur un même circuit intégré de transistors MOS complémentaires et de transistors bipolaires haute et basse tension. Comme cela sera rappelé en relation avec les figures l A et l B, cette filière prévoit trois types de couches enter- rées réalisées dans un substrat de silicium avant croissance d'une couche épitaxiale dans laquelle seront formés les tran- sistors MOS et bipolaires. La figure l A, représente de façon simplifiée une étape intermédiaire de ce processus technologique et correspond, de façon simplifiée, à la figure 4 de la demande de brevet susmen- tionnée. A partir de la surface supérieure d'un substrat semi- conducteur 1 de type P faiblement dopé, on a formé, généralement par implantation et recuit, des régions de type N fortement dopées 2, des régions de type N faiblement dopées 3, et des régions de type P fortement dopées 4-1 et 4-2 Les régions P fortement dopées peuvent être réalisées à l'intérieur de régions 3, comme oela est représenté pour la région 4-1. L'état du dispositif à une étape ultérieure de fabri- cation est illustré en figure 1 B qui correspond de façon simpli- fiée à la figure 5 de la demande de brevet susmentionnée A cette étape, on a fait croître au-dessus de la structure telle qu'illustrée en figure l A une couche épitaxiale 5 de type N faiblement dopée. Des transistors peuvent être formés de façon connue dans la couche épitaxiée 5 à partir de la surface supérieure de la puè De même, l'homme de métier sait y former des diodes à avalanche en utilisant des régions diffusées à partir de la surfaoe supérieure Dans ce cas, il est connu que des diffusions d'impuretés à partir de la surface ou des polarisations de couches isolantes de surface entraînent une dégradation de la tension de claquage de la jonction en cours d'utilisation De plus, dans les réalisations connues, pour atteindre une tension de seuil relativement élevée ( 12 à 20 V), on est amené à uti- liser plusieurs diodes en série. Un objet de la présente invention est de réaliser une diode à avalanche dans la technologie susmentionnée. Un autre objet de la présente invention est de réali- ser une telle diode à avalanche de fabrication et de structure simple présentant des caractéristiques de tension d'avalanche bien déterminées et fiables dans le temps. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle diode à avalanche qui soit convenablement isolée des autres composants élémentaires réalisés dans la puce. Pour atteindre oes objets, la présente invention pré- voit une structure de diode à avalanche dans un circuit intégré, réalisée par la jonction latérale entre deux couches enterrées adjacentes de types de conductivité opposés et à fort niveau de dopage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la diode comprend une première couche enterrée à fort niveau de dopage du même premier type de conductivité que le substrat du circuit intégré; une deuxième couche enterrée à fort niveau de dopage du deuxième type de conductivité, entourant la première couche enterrée et en contact latéral avec celle-ci; et une15 troisième couche enterrée à faible niveau de dopage du deuxième type de conductivité située sous la première couche enterrée et en débordement par rapport à celle-ci pour être aussi en contact avec une portion de la deuxième couche enterrée La diode est surmontée d'une couche épitaxiale du deuxième type de conducti-20 vité à faible niveau de dopage et des première et deuxième régions de diffusion profonde à fort niveau de dopage, respecti- vement des premier et deuxième types de conductivité, rejoignent respectivement les première et deuxième couches enterrées à partir de la surface supérieure du circuit intégré, les surfaces25 supérieures des première et deuxième régions de diffusion profonde étant munies de contacts. 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 particuliers30 faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures l A et 1 B, décrites précédemment, décrivent des étapes intermédiaires de fabrication d'un circuit intégré dans une technologie BICMOS; et la figure 2 représente une vue en coupe schématique d'une diode à avalanche selon un mode de réalisation de la présente invention. Toutes ces figures sont très schématiques et ne sont pas tracées à l'échelle En outre, les formes, et notamment les formes latérales, des diverses couches ont été représentées par simplification avec des angles droits alors qu'en fait, comme cela est connu de l'homme de métier, les étapes de diffusion et de recuit amènent à des formes arrondies. Comme le représente la figure 2, la présente invention utilise une structure obtenue par la technologie illustrée en figures l A et l B, comprenant sur un substrat 1 une couche épita- xiale 5 Une région enterrée 11 de type P fortement dopée (P+) est entourée d'une région enterrée 12 de type N fortement dopée (NI) de sorte qu'il existe un contact latéral continu entre ces régions Une région enterrée 13 de type N faiblement dopée (N-) est disposée sous la région 11 et déborde par rapport à cette région Cette région N 13, qui est au potentiel de la région NI 12 isole du substrat la région P+ 11 Avec les niveaux de dopage classiques utilisés pour les couches enterrées P+ et N+, la tension d'avalanche de la jonction N+P+ entre les régions 12 et 11, quand cette jonction est polarisée en inverse, est de l'ordre de 10 à 20 volts La réalisation d'une diode à avalanche présentant une telle tension de claquage est particulièrement utile en pratique pour servir de diode de protection de la tension d'alimentation, si cette tension d'alimentation est normalement de 12 volts. On notera que, pour le fonctionnement de l'ensemble des circuits couramment réalisés dans la technologie considérée, le niveau de dopage précis des régions NI et P+ n'est pas criti- que En fait, la région N+ est toujours beaucoup plus fortement dopée que la région P+ En modulant le niveau de dopage de la région PI, tout en le conservant à une valeur élevée, on pourra ajuster la tension d'avalanche de la jonction N+P+ à une valeur sélectionnée, par exemple entre 12 et 16 V. Pour réaliser à partir de la jonction N+P+ décrite précédemment une diode à avalanche connectée à des bornes exter- nes, ou à d'autres contacts du circuit intégré, il faut établir des contacts avec cette jonction à partir de la surface supé- 5 rieure du substrat Ceci peut être fait par des diffusions profondes, à savoir une région diffusée de type N 14 qui s'étend entre la surface du substrat et la région 12, et une région diffusée profonde 15 de type P qui s'étend entre la surface du substrat et la région 11 Des contacts 16 et 17, par exemple des10 métallisations, pourront être établis sur la surface supérieure des régions 14 et 15 Si les diffusions profondes ont un niveau de diffusion insuffisant en surface, on pourra prévoir une région surclopée sous la métallisation Une telle région 18 sur- dopée de type P a été représentée sous la métallisation 17.15 Dans une application à la réalisation d'une diode de protection, la métallisation 16 sera reliée à la borne d'alimen- tation et la métallisation 17 à la masse. Par ailleurs, un avantage de la diode à avalanche réa- lisée à partir de couches enterrées selon la présente invention est qu'elle est peu susceptible de dérive en cours de fonction- nement contrairement au cas de diodes superficielles. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses modifications de structures et de diverses applica- tions qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Structure de diode à avalanche dans un circuit intégré, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par la jonction latérale entre deux couches enterrées adjaoentes ( 11, 12) de types de conductivité opposés et à fort niveau de dopage. 2 Structure de diode à avalanche selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'elle comprend: une première couche enterrée ( 11) à fort niveau de dopage du même premier type de conductivité que le substrat du circuit intégré; une deuxième couche enterrée ( 12) à fort niveau de dopage du deuxième type de conductivité, entourant la première couche enterrée et en contact latéral avec celle-ci; et une troisième couche enterrée ( 13) à faible niveau de dopage du deuxième type de conductivité située sous la première couche enterrée et en débordement par rapport à celle-ci pour être aussi en contact avec une portion de la deuxième couche enterrée. 3 Structure de diode à avalanche selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce qu'elle est surmontée d'une couche épitaxiale ( 5) du deuxième type de conductivité à faible niveau de dopage et en ce que des première et deuxième régions ( 15, 14) de diffusion profonde à fort niveau de dopage, respectivement des premier et deuxième types de conductivité, rejoignent res- pectivement les première et deuxième couches enterrées ( 11, 12) à partir de la surface supérieure du circuit intégré, les sur- faces supérieures des première et deuxième régions de diffusion profonde étant munies de contacts ( 17, 16). 4 Structure de diode à avalanche selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que le premier type de conductivité est le type P et le deuxième type de conductivité est le type N.