Brevet FR2905522A1 — publié le 20080307

B7572 - 06-T0-088 1 RESISTANCE INTEGREE TRIDIMENSIONNELLE Domaine de l'invention La présente invention concerne la formation de résistances dans des composants semiconducteurs. Exposé de l'art antérieur De façon classique, des résistances sont formées dans des circuits semiconducteurs discrets ou intégrés sous forme de zones dopées spécifiquement formées dans la surface d'une plaquette semiconductrice, ou sous forme de couches déposées sur la surface d'une plaquette semiconductrice, éventuellement avec interposition d'une couche isolante. Un inconvénient de ces résistances est qu'elles sont disposées dans un plan, et donc occupent une surface relative-ment importante. Ainsi, diverses tentatives ont été faites pour réaliser des résistances tridimensionnelles, c'est-à-dire dans lesquelles au moins une partie du trajet du courant s'étend orthogonalement à la surface principale d'un substrat semi-conducteur. Néanmoins, ces résistances présentent toutes divers inconvénients. Résumé de l'invention Ainsi, la présente invention vise à réaliser une résistance tridimensionnelle qui présente par rapport aux structures connues au moins l'un des avantages suivants : 2905522 B7572 - 06-T0-088 2 occupation d'une surface minimale, simplicité de réalisation et compatibilité avec des étapes classiques de réalisation de composants semiconducteurs, bonne précision et bonne prévisibilité de la valeur de la 5 résistance. La présente invention vise aussi un procédé de fabrication particulièrement simple et précis d'une résistance tridimensionnelle. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que 10 d'autres, la présente invention prévoit une résistance formée dans un substrat semiconducteur d'un premier type de conductivité comprenant des tranchées parallèles, ladite résistance étant constituée d'une couche du deuxième type de conductivité s'étendant sur deux parois opposées et le fond d'au moins une 15 tranchée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tranchées sont remplies d'un matériau isolant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche du deuxième type de conductivité d'une tranchée est 20 reliée à la couche du deuxième type de conductivité d'une tranchée adjacente par une région du deuxième type de conductivité formée dans la partie supérieure d'une paroi entre deux tranchées. La présente invention prévoit aussi un procédé de réalisation d'une résistance comprenant les étapes consistant à former des tranchées dans un substrat semiconducteur ; et doper par implantation deux parois opposées et le fond de chaque tranchée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tranchées ont des parois opposées verticales et l'implantation des parois opposées résulte d'implantations obliques. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tranchées ont des parois opposées obliques, en V, et l'implantation des parois opposées résulte d'une implantation verticale. 2905522 B7572 - 06-T0-088 3 Selon un mode de réalisation de la présente invention, avant l'étape d'implantation, une mince couche d'oxyde est formée sur les parois des tranchées. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 ladite couche d'oxyde est éliminée après l'implantation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, après réalisation des implantations, les tranchées sont remplies d'un matériau isolant. Brève description des dessins 10 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 : 15 les figures 1A et 1B représentent respectivement une vue en perspective et en coupe et une vue de dessus d'un mode de réalisation d'une résistance selon la présente invention, la coupe de la figure 1A est faite selon le plan A-A de la figure 1B ; et 20 les figures 2A à 2K sont des vues en coupe schématiques illustrant des étapes successives d'un exemple de procédé de fabrication d'une résistance selon un mode de réalisation de la présente invention. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été 25 désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée 30 Comme l'illustre les figures 1A et 1B, une résistance selon un mode de réalisation de la présente invention est formée dans une portion d'un substrat semiconducteur 1 d'un premier type de conductivité, par exemple un substrat de silicium mono-cristallin faiblement dopé de type P. Dans ce substrat, sont 35 formées des tranchées parallèles 3. Les deux parois en vis-à-vis 2905522 B7572 - 06-T0-088 4 5 et 6 et le fond 7 de chaque tranchée sont fortement dopés selon le type de conductivité opposé à celui du substrat semiconducteur (dopage N+ dans cet exemple). La résistance est constituée par le trajet vertical le long de la paroi 5, le 5 trajet horizontal le long du fond 7, et le trajet vertical le long de la paroi 6 dans la couche fortement dopée. Une connexion est assurée en surface par des éléments conducteurs 8 entre les sommets des parties conductrices de deux tranchées adjacentes. Dans l'exemple de la figure 1A, l'élément conducteur 8 reliant 10 deux parois dos à dos de deux tranchées adjacentes est constitué d'une couche dopée similaire à celle revêtant les parois et le fond des tranchées. Cet élément conducteur 8 constitue alors un élément de la résistance. Néanmoins, tout autre moyen de connexion pourra être prévu. 15 Une résistance peut être formée à partir d'une tranchée ou de plusieurs tranchées en série comme cela est représenté. Les parties extrêmes 9 et 10 constituent des éléments de liaison à des bornes de connexion de la résistance. Une telle résistance aura un comportement similaire à 20 celui d'une résistance diffusée formée à la surface d'un substrat semiconducteur. En effet, elle correspond à une couche fortement dopée et peu épaisse s'étendant sur une surface semi-conductrice de type de conductivité opposé, même si, dans le mode de réalisation décrit de l'invention, cette surface est 25 tantôt horizontale tantôt verticale. Sa valeur de résistance, sa longueur et ses autres caractéristiques peuvent donc être définies avec précision et la valeur de sa résistance est alors bien prévisible à partir du moment où on a réalisé des tranchées d'une profondeur et d'une étendue connues. 30 Par ailleurs, cette résistance ne met en oeuvre que des couches de matériaux dopées de différents types de conductivité, c'est-à-dire les matériaux de base de la fabrication de composants semiconducteurs et ne nécessite pas l'introduction de matériaux particuliers qui pourraient être incompatibles avec la formation 35 d'autres composants semiconducteurs dans un même substrat. 2905522 B7572 -06-T0-088 5 On comprendra que les diffusions sur les parois en vis-à-vis 5 et 6 peuvent être obtenues à partir de deux implantations inclinées dans la direction des flèches 12 et 13. L'angle de ces implantations inclinées sera choisi en relation 5 avec la profondeur des tranchées pour que toute la hauteur des parois concernées (5 ou 6), ainsi que le fond 7 des tranchées soient bombardés par des éléments dopants. Par contre, on veillera à ce que l'angle d'implantation soit peu dispersé de façon que les parois latérales non concernées, c'est-à-dire la 10 paroi 15 et la paroi 16 en regard ne soient pas dopées. Diverses mesures peuvent être prises pour éviter de tels dopages des parois latérales et certains exemples en seront donnés ci-après. Les figures 2A à 2K illustrent, uniquement à titre d'exemple, des étapes successives d'un procédé de fabrication 15 possible d'une structure selon un mode de réalisation de la présente invention. A l'étape illustrée en figure 2A, un substrat de silicium 21 est recouvert d'une couche d'oxyde de silicium 22 ou autre matériau sélectivement gravable par rapport au silicium et 20 pouvant servir de masque d'implantation. A l'étape illustrée en figure 2B, on a formé des ouvertures dans la couche d'oxyde de silicium 22, aux emplacements où on veut former des tranchées. A l'étape illustrée en figure 2C, on a formé des 25 tranchées 3 dans la couche de silicium 21 et les parois de ces tranchées ont été revêtues d'une mince couche d'oxyde 25, obtenue par exemple par oxydation thermique. A l'étape illustrée en figure 2D, on procède à des implantations obliques selon des orientations 12 et 13 pour 30 implanter un dopant de type N, si le substrat de silicium est dopé de type P, sur les parois en regard 5 et 6 des tranchées ainsi que sur le fond 7 de celles-ci. L'avantage de la prévision de la mince couche d'oxyde 25 formée à l'étape illustrée en figure 2C est de protéger les 35 parois latérales opposées 15 et 16 (voir figures 1A et 1B) dans 2905522 B7572 - 06-T0-088 6 lesquelles on ne veut pas implanter d'ions dopants. Étant donné qu'inévitablement certains ions dopants parasites sont dirigés vers les parois latérales opposées 15 et 16, d'éventuelles particules dopantes parasites, qui ont nécessairement une plus 5 faible énergie, seront absorbées par la couche d'oxyde 25 et ne pénètreront pas dans le silicium des parois latérales opposées. Par contre, les dopants implantés selon les directions 12 et 13 traverseront la couche 25 et pénètreront dans le silicium. A l'étape illustrée en figure 2E, on a éliminé la 10 couche d'oxyde 25 pour éviter que les dopants qui y sont éventuellement contenus dopent les parois latérales par suite d'étapes de diffusion. On a également enlevé la couche d'oxyde ou autre masque dur 22. A l'étape illustrée en figure 2F, on remplit les tran- 15 chées d'un matériau d'obturation. En effet, dans un composant semiconducteur, on préfère de façon générale éviter qu'il reste des tranchées ouvertes. Et ce d'autant plus qu'à d'autres endroits de la même tranche on va fabriquer d'autres composants et que les produits utilisés pour ces autres composants risque- 20 raient de pénétrer dans les tranchées et de perturber leurs surfaces. Le matériau de remplissage est par exemple un isolant, par exemple de l'oxyde de silicium déposé par dépôt en phase vapeur à basse pression. A l'étape illustrée en figure 2G, on ouvre la couche 25 d'isolant 31 aux emplacements 32 où on veut définir des zones actives. Ces zones actives contiendront notamment des éléments de liaison entre éléments résistifs (entre tranchées) ou des éléments de prise de contact. Ces zones actives pourront aussi correspondre à des zones dans lesquelles sont réalisés d'autres 30 composants. A l'étape illustrée en figure 2H, on procède à une implantation dans les zones définies par certaines au moins des ouvertures 32 pour y former des régions 33, par exemple forte-ment dopées de type N. Dans l'exemple représenté, on a également 2905522 B7572 - 06-T0-088 7 prévu à droite de la figure, une région N 35 ne faisant pas partie de la résistance ou de ses contacts. A l'étape illustrée en figure 2I, on procède de préférence à une légère oxydation et à un recuit de diffusion. 5 A l'étape illustrée en figure 2J, on ouvre des fenêtres vers la surface supérieure des régions diffusées 33 correspondant à la résistance et vers la face supérieure de la région 35 correspondant par exemple à une diode. A l'étape illustrée en figure 2K, on dépose une couche 10 de métal 37 et on la grave de façon appropriée pour obtenir de la façon représentée trois zones, des zones 37 et 38 de contact avec les deux extrémités de la résistance et une zone 39 de prise de contact avec la couche 35 de la diode formée entre la couche 35 et le substrat 21. 15 Les diverses étapes illustrées en figures 2A à 2K ne représentent qu'un exemple de réalisation d'une résistance selon l'invention. Cet exemple a été donné pour bien montrer que l'intégration de la résistance est compatible avec la réalisation d'autres composants classiques dans une même plaquette de 20 silicium sans nécessiter plus d'un masque supplémentaire (le masque de définition des tranchées), encore que ce masque peut être prévu pour la réalisation d'autres composants. L'homme de l'art pourra choisir les dimensions des tranchées et leurs profondeurs ainsi que leurs écartements en 25 fonction de la technologie dont il dispose et du résultat qu'il veut obtenir. On pourra par exemple prévoir des tranchées d'une ouverture de 0,8 pm, à un pas de 2 pm et ayant une profondeur de 23 pm, c'est-à-dire un rapport profondeur sur largeur de l'ordre de 28. Alors, l'angle d'incidence des implantations obliques 30 devra être de l'ordre de 1 . De façon générale, on choisira que les tranchées aient un rapport profondeur sur largeur supérieur à 10, par exemple de l'ordre de 30. La présente invention est susceptible de nombreuses variantes. Par exemple, on a toujours mentionné que les parois 35 des tranchées étaient verticales. Les parois sur lesquelles 2905522 B7572 - 06-T0-088 8 s'étend la résistance pourront également être légèrement inclinées, par exemple en V. En ce cas, l'implantation pourra être verticale. Par ailleurs, on a indiqué dans ce qui précède que la couche constitutive de la résistance était fortement 5 dopée. L'homme de l'art notera que le choix du niveau de dopage et des doses d'implantation constitue l'un des paramètres d'ajustement de la valeur de la résistance. REVENDICATIONS 1. Résistance formée dans un substrat semiconducteur (1) d'un premier type de conductivité comprenant des tranchées parallèles (3), ladite résistance étant constituée d'une couche du deuxième type de conductivité s'étendant sur deux parois opposées (5, 6) et le fond (7) d'au moins une tranchée. 2. Résistance selon la revendication 1, dans laquelle les tranchées sont remplies d'un matériau isolant. 3. Résistance selon la revendication 1, dans laquelle la couche du deuxième type de conductivité d'une tranchée est reliée à la couche du deuxième type de conductivité d'une tranchée adjacente par une région du deuxième type de conductivité (8) formée dans la partie supérieure d'une paroi entre deux tranchées. 4. Procédé de réalisation d'une résistance comprenant 15 les étapes suivantes : former des tranchées (3) dans un substrat semi-conducteur ; et doper par implantation deux parois opposées (5, 6) et le fond (7) de chaque tranchée. 20 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les tranchées ont des parois opposées verticales et l'implantation des parois opposées résulte d'implantations obliques. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les tranchées ont des parois opposées obliques, en V, et l'implanta- 25 tion des parois opposées résulte d'une implantation verticale. 7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, avant l'étape d'implantation, une mince couche d'oxyde (25) est formée sur les parois des tranchées. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel 30 ladite couche d'oxyde est éliminée après l'implantation. 9. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, après réalisation des implantations, les tranchées sont remplies d'un matériau isolant.