Brevet FR2776827A1 — publié le 19991001

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE DIODE A AVALANCHE A SEUIL RGLABLE La présente invention concerne la fabrication de diodes à avalanche dans des circuits intégrés, par exemple des circuits intégrés de puissance. Dans de tels circuits, on a souvent besoin de définir plusieurs seuils de déclenchement, par exemple pour réaliser divers dispositifs de protection contre des décharges électrosta- tiques, des inversions de batterie, et autres. De façon générale, comme le représente la figure 1, une diode à avalanche est réalisée en formant dans un substrat 1 d'un premier type de conductivité, une région 2 du type de conducti- vité opposé. On notera que le terme substrat est utilisé ici pour désigner une région ou couche supérieure d'un composant semi- conducteur, par exemple un circuit intégré. La région 2 est géné- ralement fortement dopée et le seuil de claquage de la diode à avalanche est essentiellement déterminé par le niveau de dopage du substrat 1 (moins le substrat est dopé, plus la tension de claquage du dispositif est élevée). La figure 2 représente un autre exemple de diode à ava- lanche couramment utilisé dans des circuits intégrés. Dans le substrat 1 du premier type de conductivité, est réalisée une région 3 diffusée (ou implantée-diffusée) du même premier type de conductivité. Une région 2 du type de conductivité opposé est formée de façon à déborder latéralement par rapport à la région 3 pour obtenir un claquage indépendant des effets de bord et de surface. En supposant que le substrat 1 de la figure 2 est le même que celui de la figure 1, la tension d'avalanche de la jonc- tion 2-3, qui dépend du niveau de dopage de la région P, est nécessairement moins élevée que celle de la jonction 2-1 puisque la concentration de la région 3 à sa jonction avec la région 2 est nécessairement plus élevée que celle de la région 1. Ainsi, de façon générale, dans tout procédé de fabrica- tion d'un composant semiconducteur ou d'un circuit intégré, on peut utiliser les divers types de diffusion prévus pour la fabri- cation d'autres composants du circuit intégré pour former des diodes à avalanche. Toutefois, les seuils de claquage des diver- ses diodes sont déterminés sans possibilité de choix par le niveau de dopage des régions existantes et, dans de nombreuses filières simples de fabrication de circuits intégrés tels que des circuits intégrés de puissance, il n'existe que les deux possibi- lités illustrées en figures 1 et 2. Ainsi, dans un dispositif existant, pour obtenir une diode à seuil d'avalanche spécifique, il faudrait prévoir une région diffusée 3 spécifique, c'est-à-dire à dose d'implantation spécifique ou à durée de recuit spécifique. Il est bien entendu inimaginable dans un circuit intégré de prévoir une zone à durée de recuit spécifique car le recuit réalisé pour cette zone réagi- rait sur les autres zones du circuit intégré. D'autre part, réa- liser une implantation à dose spécifique augmenterait le nombre d'étapes de fabrication du circuit intégré, ce que l'on cherche toujours à éviter dans une filière existante. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication d'une diode à avalanche de seuil déter- miné, distinct des seuils existant naturellement en utilisant les jonctions existantes dans une filière déterminée, ce seuil pou- vant être choisi sans ajouter d'étape de traitement supplémen- taire aux étapes existantes. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'une diode à avalanche à seuil déterminé dans un substrat d'un premier type de conductivité à faible niveau de dopage, comprenant les étapes consistant à faire diffuser dans le substrat au moins une première région du premier type de conductivité; faire diffuser dans le substrat une deuxième région du deuxième type de conductivité débordant par rapport à la première région. L'ouverture d'un masque de défini- tion de la première région a une étendue latérale inférieure à la profondeur de diffusion de la première région dans le substrat, cette étendue latérale étant choisie d'autant plus faible que le seuil d'avalanche recherché est élevé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque diffusion est précédée d'une implantation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque première région comprend une pluralité de sous-régions disjointes et identiques. La présente invention prévoit aussi un procédé de fabrication simultanée de plusieurs diodes à avalanche de seuils distincts et déterminés dans un substrat d'un premier type de conductivité à faible niveau de dopage comprenant les étapes consistant à faire diffuser dans le substrat des premières régions du premier type de conductivité; faire diffuser dans le substrat des deuxièmes régions du deuxième type de conductivité dont chacune déborde par rapport à une première région. Les ouvertures des masques de définition de chacune des premières régions ont des étendues latérales distinctes, inférieures à la profondeur de diffusion des premières régions, l'étendue latérale étant d'autant plus faible que le seuil d'avalanche recherché est élevé. 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 à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 2 représentent des diodes à avalanche selon l'art antérieur; les figures 3A et 3B illustrent des étapes de réalisa- tion d'une diode à avalanche selon la présente invention; les figures 4A à 4C illustrent des étapes de réalisa- tion d'une diode à avalanche selon la présente invention; et les figures 5A et 5B illustrent des étapes de réalisa- tion d'une diode à avalanche selon la présente invention. La figure 3A représente une première étape de fabrica- tion d'une diode à avalanche selon la présente invention. La structure est formée dans un substrat 1 d'un premier type de conductivité qui sera considéré ci-après à titre d'exemple comme le type P. Sur ce substrat est formé un masque d'implantation 10 comportant une ouverture 11. Un dopant de type P est implanté dans ce substrat puis amené à diffuser pour former une région 12 de type P plus fortement dopée que le substrat. L'ouverture dans le masque 11 est choisie inférieure à la profondeur de diffusion de la région 12. A une étape suivante, on implante et on fait diffuser une région 13 de type N fortement dopée en débordement par rap- port à la région 12. Etant donné que la dimension latérale de l'ouverture 11 dans le masque 10 est inférieure à la profondeur de diffusion de la région P, la diffusion des dopants à partir de la zone implan- tée est aussi importante latéralement que dans le sens de la profon- deur. Ainsi, au niveau de la partie profonde de la région 12 et plus particulièrement au niveau de son interface avec la région 13, cette région se trouve plus faiblement dopée que dans le cas de la couche 3 de la figure 2 qui a une largeur nettement supé- rieure à sa profondeur. On coeprendra que le dopage à l'interface est d'autant plus faible que l'ouverture 11 est plus petite. On dispose ainsi d'un moyen pour régler le niveau de dopage de la région 12 au niveau de sa jonction avec la région 13. On obtient ainsi une diode à avalanche entre les régions 13 et 12 de tension d'avalanche intenmdiaire entre celles des diodes à avalanche des figures 1 et 3. De plus, cette diode à avalanche a un seuil réglable qui dépend de la dimension de l'ouverture 11 dans le masque 10. On pourra former simultanément dans le substrat 1 plu- sieurs diodes à avalanche les unes ayant le seuil correspondant à celui de la figure 1, les autres ayant le seuil correspondant à la structure de la figure 2, et d'autres encore, selon l'invention, ayant des seuils choisis intermédiaires entre ceux des structures des figures 1 et 2. On va décrire plus en détail un mode de réalisation de la présente invention en relation avec les figures 4A à 4C dans le cadre d'une technologie de fabrication de transistors MOS de puissance associés à des circuits logiques, dans laquelle la structure est formée sur une tranche de silicium de type N forte- ment dopée 20 sur laquelle est formée une couche épitaxiée 21 de type N. Dans cette couche épitaxiée est formé un caisson 22 de type P qui, dans le cadre de la fabrication de transistors MOS de puissance associés à des circuits logiques, correspond à la diffusion dans laquelle sont formés les caissons des circuits logiques. C'est cette diffusion de caisson qui correspond au "substrat" 1 des figures 1 à 3. Dans ce caisson, à travers un masque 23 présentant une ouverture de dimension réduite 24 est implanté un dopant de type P tel que du bore, cette étape de dopage correspondant par exemple à la formation de caissons de transistors de type DMOS dans la partie de puissance du circuit. Après recuit, on obtient une région diffusée 25 analogue à la région 12 de la figure 3A. Alors, comme le représente la figure 4B, on procède à travers un masque 26 à la formation d'une couche de type N fortement dopée 27 qui correspond par exemple aux régions de source de transistors DMOS. Enfin, comme le représente la figure 4C, on dépose un oxyde d'isolement 28, on forme une région 29 de type P fortement dopée de reprise de contact sur la région 22, puis l'on forme des métallisations de cathode K et sur la région 29 et d'anode A sur la région 27. Tandis que la jonction entre la région 27 et la région 22 aurait dans un procédé de fabrication particulier une tension de claquage de 20 volts et que la jonction entre la région N+ et une région 25 étendue aurait une tension de claquage de l'ordre de 7 volts, on peut obtenir, selon la valeur de l'ouverture 24 une diode de tension de claquage choisie entre ces deux valeurs. Les figures 5A, 5B illustrent une variante de réalisa- tion de la présente invention représentée dans le cadre du mode de réalisation des figures 4A-4C. Au lieu de former dans le masque 23 une ouverture 24 unique, on y forme plusieurs ouvertures 24-1, 24-2, 24-3 de façon à former plusieurs régions 25-1, 25-2, 25-3 identiques les unes aux autres mais se recoupant en raison du choix d'un faible espa- cement entre les ouvertures. On peut alors obtenir comme le représente la figure 5B une diode à avalanche de seuil choisi mais de plus grande surface pour permettre de laisser passer des courants plus importants. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre de modes de réalisation particuliers, elle s'applique éga- lement à la formation de diodes à avalanche de type P±N. Par exemple par diffusion dans la couche épitaxiée 21, à un emplace- ment o elle est apparente en surface du substrat. Dans le cas particulier o une diffusion P+ dans cette couche épitaxiée formerait une diode d'une tension d'avalanche de l'ordre de 35 volts, on peut réaliser des diodes à avalanche de toute valeur supérieure à 35 volts, en diffusant une ou plusieurs régions de type N à travers un masque à ouvertures étroites puis en formant une couche d'anode de type P+. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une diode à avalanche à seuil déterminé dans un substrat (1; 22) d'un premier type de conductivité à faible niveau de dopage, comprenant les étapes suivantes: faire diffuser dans le substrat au moins une première région (12; 25) du premier type de conductivité; faire diffuser dans le substrat une deuxième région (13; 27) du deuxième type de conductivité débordant par rapport à la première région; caractérisé en ce que l'ouverture (11; 24) d'un masque de définition (10) de la première région (12; 25) a une étendue latérale inférieure à la profondeur de diffusion de la première région dans le substrat, cette étendue latérale étant choisie d'autant plus faible que le seuil d'avalanche recherché est élevé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque diffusion est précédée d'une implantation. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque première région comprend une pluralité de sous-régions (25-1, 25-2, 25-3) disjointes et identiques. 4. Procédé de fabrication simultanée de plusieurs diodes à avalanche de seuils distincts et déterminés dans un substrat (1; 22) d'un premier type de conductivité à faible niveau de dopage comprenant les étapes suivantes: faire diffuser dans le substrat des premières régions (12; 25) du premier type de conductivité; faire diffuser dans le substrat des deuxièmes régions (13; 27) du deuxième type de conductivité dont chacune déborde par rapport à une première région; caractérisé en ce que les ouvertures (11; 26) des mas- ques de définition de chacune des premières régions ont des éten- dues latérales distinctes, inférieures à la profondeur de diffu- sion des premières régions, l'étendue latérale étant d'autant plus faible que le seuil d'avalanche recherché est élevé.