Brevet FR2784231A1 — publié le 20000407

Etat de la technique L'invention concerne un composant MOSFET ayant un domaine à faible dopage n dans lequel une cuvette p, ayant un domaine de source à fort dopage n, est réalisée; un transis- tor parasite est formé avec le domaine de source comme émet- teur, la cuvette p comme base et le domaine n comme collecteur; une zone à dopage p de la cuvette p, sous le do- maine de source, forme une résistance de passage par en des- sous; et le chemin base/émetteur du transistor parasite est un chemin à conductivité p, branché en parallèle. Selon le document DE 30 39 803, on connaît déjà un tel composant muni d'un moyen de protection contre le cla- quage d'un transistor parasitaire. De plus, selon la publication postérieure DE 197 25 091, pour des composants MOS ayant un domaine de cuvette à dopage (p) dans lequel est intégré un domaine de source à fort dopage (n), il est connu de prévoir à l'intérieur de la cuvette (p), un domaine à fort dopage (p) qui arrive soit juste en dessous du domaine (n) dans la cu- vette (p) et/ou s'étend latéralement sous le domaine de source. Un tel domaine à fort dopage (p) ne convient pas pour des procédés mixtes si l'on veut éviter des étapes de procédé supplémentaires à la fabrication. De plus, un tel domaine à fort dopage (p), développé, ne permet pas de diminuer l'échelle du composant. La présente invention a pour but de permettre sans coût supplémentaire et avec des moyens simples, de ga- rantir la protection contre le claquage du transistor para- site qui, du fait des intensités élevées, aboutirait inévitablement à la destruction du composant. A cet effet, l'invention concerne un composant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le chemin à con- ductivité p présente un domaine auxiliaire à fort dopage p branché en parallèle par rapport à la résistance de passage par en dessous. Grâce aux caractéristiques de l'invention, et no- tamment des développements des caractéristiques ci-dessus, il est particulièrement avantageux de diminuer l'échelle du com- posant pour avoir, par exemple, une cuvette (p) d'une profon- deur inférieure à 1 pm. Cela aboutit à un montage MOS infé- rieur au pm qui peut fonctionner aux tensions de seuil usuelles, mais avec des tensions drain/source de seulement 40V au lieu de 60 - 80V. De tels composants, petits, peu en- combrants, ne permettent que difficilement, voire interdi- sent, la protection contre les effets bipolaires parasites des solutions de l'état de la technique. En effet, si la ten- sion de seuil doit également avoir les valeurs usuelles pour un montage à l'échelle inférieure au pm, il faut plus forte- ment doper la cuvette (p). Malgré ce fort dopage (p), la résistance appelée " résistance de passage par en dessous " augmente, cette ré- sistance étant formée par les zones (p) de la cuvette (p) en dessous du domaine de la source, et ainsi la sensibilité vis- à-vis des effets bipolaires parasites augmente, car l'effet de charge d'espace entre la cuvette (p) et la zone (n) qui se trouve en dessous, prend relativement de la signification pour des cuvettes (p) très plates. Des mesures de protection comme celles connues selon la technique, à savoir des diffusions (p) profondes, ne sont toutefois pas possibles en diminuant l'échelle de la cu- vette (p) avec une profondeur de moins d'un pm. Seule la com- binaison d'une structure à une échelle inférieure à celle du pm et d'un chemin à dopage (p), branché en parallèle à la ré- sistance de passage par en dessous, constituent un petit com- posant compact avec une protection garantie contre le claquage du transistor parasite. Une réalisation en technique DMOS permet de mi- niaturiser encore plus, tout en augmentant la capacité en courant pour le composant. Précisément, pour des composants DMOS, le grand risque est que, dans les zones du domaine à dopage (n), au voisinage des domaines de canal, les porteurs de charge minoritaires peuvent traverser l'étroite zone de canal et passer par la résistance en dessous. Ainsi, précisé- ment, dans le cas des composants DMOS, un chemin à conducti- vité (p), branché en parallèle sur la résistance de passage en dessous, est particulièrement avantageux. Notamment pour des composants latéraux, il faut également compter avec des intensités de champ élevées dans les zones voisines des domaines de canal de la zone (n) o, du fait d'une production importante de trous, cela crée un courant de trous important à travers la résistance de passage par en dessous. Notamment, pour les composants latéraux, le chemin branché en parallèle s'utilise ainsi de manière avan- tageuse. Le choix du rapport des surfaces entre le domaine de source et le domaine auxiliaire, permet de régler suivant l'application du composant, une résistance d'utilisation fai- ble drain/source ou un rendement élevé pour aspirer les por- teurs de charge minoritaires, non voulus, car produisant des effets parasites. Le montage selon l'invention s'utilise également de façon avantageuse en inversant les dopages. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - un domaine de drain à fort dopage n est intégré dans le do- maine n, - le chemin à conductivité p présente un chemin partiel formé par un domaine de contact 11 à fort dopage p, le domaine de contact 11 étant branché en série avec la résistance inter- médiaire, - le domaine auxiliaire est inférieur au domaine de source, - à la place des domaines à dopage p. on a des domaines à do- page n et à la place des domaines à dopage n, on a des do- maines à dopage p. Dessins Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - les figures la-lc montrent un montage sans chemin à conduc- tivité (p), - les figures 2a-2c montrent un composant MOSFET avec un che- min à conductivité (p) branché en parallèle à la résistance de passage par en dessous, La figure la montre un composant MOSFET en vue de côté, coupé transversalement et pour lequel, pour simplifier, les couches d'isolation (par exemple entre l'électrode de grille et l'électrode de surface du semi-conducteur) ont été supprimées. Dans un domaine 1 à dopage (n) qui se met en con- tact avec un branchement de drain D par un domaine de drain 2 à fort dopage (n), on a une cuvette 3 à dopage (p). Dans la cuvette 3 à dopage (p), on a un domaine de source 4 à fort dopage (n). Le branchement de source S avec le domaine de source 4 et le domaine de contact 11 à fort dopage (p), en contact avec la cuvette 3 à dopage (p), a une liaison élec- trique. Un domaine de canal 16 prévu entre le domaine de source 4 et le domaine 1 de type (n) de la cuvette 3, est commandé par une électrode de grille 10 en polysilicium munie d'un branchement de grille G. Ce montage correspond à un composant MOSFET qui, lorsqu'une tension positive est appliquée au contact de drain, produit un courant passant entre le contact de drain et le contact de source lorsque l'électrode de grille est à un potentiel positif par rapport à celui du domaine de source. La figure lb montre la même vue de côté, en coupe transversale A- A', que la figure (a), avec en plus toutefois un schéma équivalent du transistor parasite 12 dont l'émetteur est formé par le domaine de source 4, la base par la cuvette (p), 3 et le collecteur par le domaine (n), 1. La base du transistor parasite 12 est reliée à la borne de source S par une résistance de passage en dessous 6; cette résistance 6 est formée par Te domaine (p) 5 de la cuvette 3 sous le domaine de source 4. Dans le domaine 1 de type (n), notamment à proxi- mité du domaine de canal 16,- l'effet d'avalanche génère des trous comme porteurs de charge minoritaires. Ces trous pas- sent dans la cuvette (p) et la résistance de passage en des- sous 6. Si la tension base/émetteur, ainsi nécessaire est fournie pour commander l'ouverture du transistor parasite 12, une intensité très importante passe immédiatement entre la borne de source et la borne de drain et détruit le composant. La figure lc montre une vue de dessus du compo- sant décrit par la vue de côté en coupe à la figure la; la coupe A-A' de la figure la est repérée sur la figure lc par un trait en pointillé. Le domaine de drain 2, l'électrode de grille 10 et le domaine de source 4 sont juxtaposés sous la forme de rubans parallèles. Le domaine de drain 2 est muni de contacts de drain 15 qui forment ensemble la borne de drain D. Le domaine de source 4 est muni de contacts de source 13 qui forment ensemble la borne de source S. Les domaines de contact 11 introduits dans le domaine de source 4 sont munis de contacts 14. La vue de la figure lc se poursuit en haut et en bas, c'est-à-dire que le contact de source 13 et le con- tact 14 du domaine de contact 11 alternent. Comme cela apparaît à la figure lc, il faut que les porteurs de charge minoritaires décrits ci-dessus passent par les domaines (p) 5, pour passer par les domaines de con- tact 11 et arriver finalement à la borne de source S. La figure 2a est une vue de dessus d'un composant MOSFET selon l'invention. Les mêmes éléments qu'à la figure 1, déjà décrits, portent les mêmes références et leur des- cription ne sera pas reprise. La cuvette (p) 3 a une suite alternée de domaines de source 4 et de domaines auxiliaires à fort dopage (p) qui arrivent chaque fois jusqu'au do- maine de canal 16. Les domaines auxiliaires 20 à fort dopage (p) sont munis de contacts 14 de façon analogue aux domaines de contact 11 de la figure 1. Les traits portant les référen- ces B et B' ou C et C', désignent les positions des coupes en vue de côté, représentées à la figure 2c et à la figure 2b. A la figure 2b apparaît ainsi, dans la cuvette (p) 3, unique- ment le domaine de source 4 fortement dopé (n) alors que dans la position décalée B-B' selon la figure 2c, seul le domaine auxiliaire 20 apparaît. La coupe transversale C-C' montre les éléments nécessaires au fonctionnement de chaque composant MOSFET. Le contact de la cuvette (p) 3, se fait latéralement, de manière décalée, par les domaines auxiliaires 20 à fort dopage (p) selon la figure 2c. Dans le domaine 1, N, à proximité du do- maine de canal 16, les porteurs de charge minoritaires créés peuvent contourner par le côté le domaine de source 4 en étant aspirés directement par les domaines auxiliaires 20 à fort dopage (p). On diminue ainsi le risque d'une dispersion du transistor bipolaire parasite, car les zones (p), 5 ne sont traversées que par beaucoup moins de trous. Dans une variante de réalisation, on peut avoir également des domaines de contact 11 comme ceux déjà décrits à propos de la figure 1. Ces domaines augmentent certes le risque d'un passage de courant dans la résistance de passage par en dessous avec des porteurs de charge minoritaires, mais cela donne un meilleur contact pour la cuvette (p) 3, même dans la coupe transversale C-C'. Ainsi, une grande partie des porteurs de charge minoritaire peut toujours s'écouler direc- tement par les domaines auxiliaires 20. Pour un tel mode de réalisation alternatif, le long de la ligne C-C', à la place du seul contact 13, on a au moins deux contacts (non repré- sentés à la figure 2): au moins une source de contact 13 pour la mise en contact du domaine de source 4, et un autre contact 14 pour la mise en contact du domaine de contact 11, qui peut en option être réalisé d'une seule pièce avec le do- maine de contact 20. Il est en outre particulièrement avantageux d'appliquer le montage selon l'invention à des structures du domaine inférieur au pm, c'est-à-dire si par exemple la cu- vette (p) 3 calculée en partant de la surface du domaine de drain 1, présente une profondeur inférieure à 1 pm. Selon un autre mode de réalisation, en variante, l'ensemble de la sur- face du domaine auxiliaire 20 est choisi plus petit que la surface du domaine de source 4 si bien que tout en conservant la bonne protection de l'effet bipolaire parasite, on garan- tit une résistance de mise en route drain/source faible (RDS,ON)- R E V E N D I C A T IONS 1 ) Composant MOSFET ayant un domaine (1) à faible dopage n dans lequel - une cuvette p (3) ayant un domaine de source (4) à fort do- page n est réalisée, - un transistor parasite (12) est formé avec le domaine de source (4) comme émetteur, la cuvette p (3) comme base et le domaine n comme collecteur, - une zone (5) à dopage p de la cuvette p (3), sous le do- maine de source, forme une résistance de passage par en dessous (6) et, le chemin base/émetteur du transistor parasite (12) est un chemin à conductivité p, branché en parallèle, caractérisé en ce que le chemin à conductivité p présente un domaine auxiliaire (20) à fort dopage p branché en parallèle par rapport à la résistance de passage par en dessous (6). 2 ) Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuvette p (3) a une profondeur inférieure à un pm. 3 ) Composant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' il est réalisé en technique DMOS. 4 ) Composant selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé par un domaine de drain (2) à fort dopage n intégré dans le do- maine n (1). ) Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le chemin à conductivité p présente un chemin partiel formé par un domaine de contact 11 à fort dopage p. le domaine de contact 11 étant branché en série avec la résistance intermé- diaire (6). 6 0) Composant selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le domaine auxiliaire (20) est inférieur au domaine de source (4). 7 ) Composant selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu' à la place des domaines à dopage p. on a des domaines à do- page n et à la place des domaines à dopage n, on a des domai- nes à dopage p.