Brevet FR2046968A1 — publié le 19710312

L'invention concerne un procédé de fabrication de composants semi-conducteurs de petite surface comprenant une succession d'au moins trois zones parallèles de type de conduction alternée. 5 Dans les appareils électriques industriels et non indus triels, par exemple dans les ustensiles de cuisine, l'emploi des composants semi-conducteurs est de plus en plus demandé. La puissance de ces appareils est relativement faible, de sorte qu'on peut se contenter de composants semi-conducteurs dont les 10 dimensions extérieures sont relativement petites. Fn particulier, on a besoin de transistors et thyristors de petite surface pour la commande de tels appareils. L'emploi de ces composants semi-conducteurs de petite surface dans des ustensiles électriques d'une part, et le grand 15 nombre de pièces nécessaires d'autre part exigent des procédés de fabrication en série particulièrement économiques. Cependant, ces procédés de fabrication doivent conduire à des produits dont les propriétés et caractéristiques s'écartent aussi peu que possible de celles des composants semi-conducteurs fabriqués en pe-20 tit nombre avec un soin particulier. Dans les transistors le réglage du facteur d'amplification en courant a une importance particulière. Comme on le sait ce facteur peut être diminué par une dérivation shuntant la jonction PN entré les zones d'émetteur et de .base. Une telle "f * 25 dérivation est utilisée aussi pour stabiliser le fonctionnement t" des thyristors. Dans les thyristors la dérivation shunte la jonction PN entre la zfone de base munie de l'électrode de commande et la zone d'émetteur voisine et .diminue donc l'amplification en courant du transistor supposé constitué par cette zone d'émet-30 teur et les deux zdnes de base: De la sorte on empêche un amorçage prématuré du thyris'tor aux faibles tensions dans le sens passant, même quand le thyristor a pris une température élevée en fonctionnement. De plus, la dérivation empêche un amorçage spontané du thyristor en cas dé montée trop rapide de la tension dans le 35 sens passant. L'invention a pour objet de réaliser économiquement la fabrication de composants semi-conducteurs de petite surface, et en particulier de simplifier l'apposition d'électrodes de contact et éventuellement d'une dérivation métallique sur une 40 jonction PN d'émetteur à la surface des corps semi-conducteurs. 70 22771 2 2046968 Pour résoudre ce problème, selon l'invention, on procède par les étapes suivantes : a) Dans un disque semi-conducteur de grande surface on crée d'abord la même succession de zones que dans les composants 5 semi-conducteurs de petite surface, avec des zones parallèles aux faces principales du disque semi-conducteur et des interruptions selon un modèle dans une zone extérieure sur une face principale, dans lesquelles la zone intérieure adjacente apparait à la surface; 10 b) Ensuite les lignes bordant les interruptions selon modèle sur la face principale du disque semi-conducteur sont masquées au moins sur une partie de leur longueur; c) Après quoi les parties non masquées de cette face principale sont munies d'un revêtement métallique; 15 d) Enfin les composants sont découpés dans le disque semi conducteur. ^Un procédé de fabrication particulièrement simple consiste en ce qu'on crée dans le disque semi-conducteur une zone extérieure avec interruption en forme de bandes séparées et parallèles, 20 que les lignes bordant ces interruptions en forme de bandes sont masquées alternativement, et que le disque semi-conducteur, après application du revêtement métallique, est découpé en éléments allongés par des coupes qui sont placées entre les lignes bordant les interruptions en forme de bandes de façon à passer à travers 25 le revêtement métallique sur les évidements. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé un mode d'exécution du procédé suivant l'invention. Les figures 1 à 4 ainsi que 6 et 7 montrent des coupes faites perpendiculairement aux surfaces principales d'un disque en 30 silicium monocristallin à diverses étapes du procédé. La figure 5 est une vue en plan d'un disque de silicium selon la figure 4. La figure 8 est une vue en plan d'un corps de silicium allongé qui a été obtenu par l'étape du procédé indiquée dans 35 la figure 7. La figure 9 est une vue en coupe dans un thyristor séparé du corps de silicium selon la figure 8. La figure 10 illustre une étape du procédé un peu différente sur une coupe selon la figure 7. 40 La figure 11 montre un détail d'une face principale d'un 70 22771 2046968 disque de silicium fabriqué selon une forme de réalisation un peu différente. La figure 12 représente la face principale d'un composant détaché d'un disque conforme à la figure 11. 5 Le disque de silicium représenté dans la figure 1 con tient une succession de trois zones parallèles 2, 3 et 4, de type de conduction alternée avec des jonctions 5 et 6 de type PN parallèles aux faces principales du disque. Dans le présent exemple la zone médiane 3 est du type N, tandis que les deux 10 zones extérieures 2 et 4 sont de type P. Le disque de la figure 1 est obtenu à partir d'un disque de départ qui est découpé dans un bâton de silicium monocristallin, fabriqué au préalable par exemple par fusion de zone sans creuset, dopé uniformément au phosphore et ayant donc 15 une conduction N. L'épaisseur du disque peut être d'environ 300 u et son diamètre 3 cm. A l'intérieur de ce disque de départ on constitue les zones 2 et 4 de conduction P de la façon habituelle par diffusion de tous côtés d'un produit accepteur, par exemple gallium ou aluminium. 20 Ensuite la surface du disque de silicium est traitée dans ion tube de quartz en présence d'oxygène et de vapeur d'eau à une température de 1100°G pendant environ 3 heures. Il se forme alors à la surface du disque un revêtement de silice. Après quoi, dans le revêtement de silice sur la face 25 principale supérieure du disque de silicium 1, par application de la technique connue dite "Photoresist" ou de la photolithographie, on crée des évidements en forme de bandes dans lesquels la silice est complètement éliminée de la surface de cette face principale, de sorte qu'il ne subsiste sur cette face princi-30 pale que des bandes parallèles 7 en silice. Les évidements en forme de bandes peuvent aussi être préparés selon la demande de brevet antérieure déposée en France le 24 avril 1969 sous le nc 69.13095 pour : "Procédé et dispositif de production d'un motif d'oxyde sur un coupe semi-conducteur", à l'aide d'une 35 plaque-poinçon en matériau plastique élastique résistant à la corrosion. Cette plaque-poinçon présente une configuration en forme de bandes qui s'applique par ses parties en relief sur le revêtement en silice et protège la face principale du disque de silicium sur les surfaces en contact. L'espace intermédiaire 70 22771 2046968 entre les parties en relief du modèle est rempli d'un agent corrosif attaquant le revêtement de silice, par exemple acide fluorhydrique ou la vapeur d'acide fluorhydrique. La face principale inférieure du disque de silicium 4 est recouverte d'un 5 revêtement continu de silice 8. Ensuite on crée à la surface du disque de silicium 1 la couche de verre 9 contenant du phosphore représentée à la figure 2. A cet effet on chauffe le disque de silicium dans un tube de quartz ouvert pendant me heure et demie dans un courant 10 de gaz comprenant de l'azote de l'oxygène (O2) et de 1'oxychlorure de phosphore (POCl^) à une température de 1150°C. Le disque de silicium 1 dans la forme de réalisation représentée dans la figure 2 est maintenant chauffé dans l'air pendant six heures à une température de 1200°C. Alors le phôs-15 phore diffuse dans le disque de silicium aux emplacements de la face principale non recouverts par les bandes de silice 7. Par attaque à l'acide fluorhydrique on élimine enfin la couche de verre au phosphore 9 et les revêtements de silice 7 et 8 de la surface du disque de silicium 1. Comme le montre 20 la figure 3, il se forme sur la surface principale supérieure du disque de silicium 1 une couche extérieure 12 de conduction N avec des interruptions sous forme de plusieurs bandes séparées parallèles entre elles 21, dans lesquelles la zone intérieure adjacente 2 apparaît à la surface. 25 Ensuite sur la face principale supérieure du disque de silicium 1 les lignes bordant les interruptions en forme de bandes 21 dans la zone extérieure 12 sont recouvertes alternativement de bandes de vernis parallèles 16, c'est-à-dire qu'une ligne marginale sur deux 14 est recouverte d'une bande de ver-30 nis, tandis que les lignes marginales 15 qui se trouvent de part et d'autre de la ligne marginale 14 restent libres. La figure 5 montre la face principale supérieure du disque de silicium 1 avec les bandes de vernis 16, la zone extérieure en forme de bande 12, les interruptions en forme de 35 bandes 21 et les lignes non recouvertes 15 bordant ces interruptions 21. Les bandes de vernis 16 peuvent être préparées par la technique du filtrage sous pression. Les bandes de vernis peuvent être avantageusement préparées avec un corps servant 70 22771 5 2046968 de poinçon préalablement trempé dans le vernis liquide. Les bandes de vernis 16 peuvent être avantageusement en vernis à l'asphalte. Après l'application des bandes de vernis les parties de sur-5 face non masquées sur le disque en silicium 1, comme le montre la figure 6, sont recouvertes de revêtements métalliques 17 et 18, par exemple en nickel. Cela peut se faire de façon connue par éva-poration ou dépôt électrolytique du métal. Pour appliquer un revêtement de nickel sur les parties 10 de la surface du disque de silicium non masquées, on peut aussi les traiter de façon connue dans une solution de nickelage (nicke-lage sans courant) qui n'attaque pas les bandes d'asphalte. On prendra par exemple des solutions aqueuses de nickelage contenant des ions nickel et hypophosphite. Une telle solution peut 15 contenir par exemple 30 grammes par litre de chlorure de nickel et 10 grammes par litre d'hypophosphite de sodium. Avant 1' opération de nickelage on ajoute à cette solution assez d'ammoniac (NH3) pour lui conférer une valeur de pH égale à' 8. D'autre part on la chauffe à environ 95 °C. La durée de traitement est d'envi-20 ron 3 à 5 minutes. Après le nickelage on élimine les bandes de vernis 16 par le tétrachlorure de carbone. Dans la figure 7, le disque de silicium 1 est représenté après enlèvement des bandes de vernis 16. Il présente maintenant sur la face principale supérieure des revêtements métalliques 25 en forme de bandes, parallèles aux lignes marginales 14, 15 des interruptions en forme de bandes dans la zone extérieure 12 qui s'y trouve, revêtements qui recouvrent alternativement les lignes marginales, c'est-à-dire que maintenant les lignes marginales 15 sont recouvertes de bandes métalliques 17, alors que les 30 lignes marginales 14 recouvertes à l'origine par les bandes de vernis 16, sont à nu. Sur la face principale inférieure le disque de silicium 1 présente selon la figure 7 sur la zone de conduction P un revêtement métallique continu 18. Le disque de silicium 1 selon la figure 7 est enfin sub-35 divisé en corps allongés par découpe le long des plans de séparation 20 qui passent par les interruptions en forme de bandes 21 de la zone extérieure 12 et les bandes métalliques 17 recouvrant ces interruptions perpendiculairement aux faces principales du disque de silicium et parallèlement aux lignes marginales 14, 15 40 des évidements 21. Les coupures peuvent être produites par exemple 70 22771 6 2046968 par corrosion avec un mélange d'acide fluorhydrique et d'acide nitrique après masquage préalable du disque de silicium peut aussise faire par des jets de sable, selon la demande de brevet déposée en République Fédérale d'Allemagne en date du 20 juin 1969 sous le n° 5 P 19.31.335.0 et ayant pour titre "Procédé pour détacher une pièce d'un cristal en forme de plaquette et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé". Dans ce cas le disque de silicium est collé par une face principale sur une grille, et l'autre face principale est exposée par une fente se trouvant dans le plan de contact de la 10 grille à un jet dè sable venant d'une buse. Par un mouvement relatif entre la buse et la grille on fait passer une coupure de séparation le long de la fente à l'emplacement voulu à travers le disque de silicium. Le sable est aspiré de la fente dans la grille. La figure 8 est une vue en plan d'un corps de silicium allon-15 gé 22 séparé du disque de silicium 1. La face principale supérieure de ce corps allongé 22 présente un large recouvrement métallique 17a et un revêtement étroit 17b. Entre les deux revêtements métalliques se trouve une ligne marginale non recouverte 14 d'une interruption en forme de bande dans la zone extérieure originale 12. 20 Perpendiculairement aux bords rectilignes du corps allongé 22 on fait passer également des coupures 6-6 dans les corps allongés 22 à l'aide d'un procédé par corrosion ou par des jets de sable. On obtient ainsi des corps de silicium 101 constituant plusieurs petits thyristors dont les coupes transversales parallèles 25 aux coupures 6-6 sont représentées dans la figure 9. Ces thyristors présentent une succession de zones parallèles 112, 102, 103, 104 parallèles aux faces principales du corps de silicium 101, de type de conduction alternativement opposé. Les zones 112 et 103 sont de types N, les zones 102 et 104 de type P. Sur la face prin-30 cipale inférieure du corps de silicium 101 se trouve une électrode de contact métallique 118 sur la zone d'émetteur 104. Sur la face principale supérieure se trouve, sur l'autre zone d'émetteur 112, une électrode de contact métallique 117 qui recouvre la jonction PN apparaissant sur la ligne marginale 115 sur la face principale 35 entre la zone extérieure 112 et la zone de base 102. Sur la face principale supérieure du corps de silicium 101 se trouve de plus une électrode métallique étroite 116 qui forme contact sans barrage avec la sone de base 102 et représente l'électrode de commande du thyristor. 40 Les plans de séparation par lesquels passent les coupes 70 22771 7 2046968 dans le disque de silicium selon la figure 7, peuvent aussi passer le long des lignes marginales des interruptions 21 de la zone extérieure 12, recouvertes des bandes métalliques 17. La figure 10 montre les plans de séparation 20a qui sont perpendiculaires aux 5 faces principales du disque de silicium 1 et passent le long de lignes marginales 15. Dans la figure 10, les mêmes parties sont munies des mêmes références que dans la figure 7. Par des coupes le long des plans de séparation 20a dans la figure 10 on subdivise le disque de silicium en corps allongés, à partir desquels on 10 peut fabriquer par des coupes perpendiculaires aux bords rectili-gnes de petits thyristors sans shunt entre la zone de base munie d'une électrode de commande et la zone d'émetteur voisine. Comme le montre la figure 11,on peut créer dans le disque de départ à grande surface 201 en silicium une succession de zones 15 avec des interruptions dans une zone extérieure 203 sous forme de carrés 202 ayant des côtés égaux 204, 20F deux à deux parallèles et perpendiculaires entre eux. Les points de croisement 206 des diagonales des interruptions 202 coïncident avec les milieux des côtés 207 des mailles d'un réseau sur la face principale du dis-20 que de départ 201. Ces côtés 207 des mailles ont au moins une longueur double, dans la figure 12 une longueur triple, de celle des côtés 204 ou 205 des interruptions carrées 202 et sont respectivement parallèles aux côtés 204 et 205 de ces carrés. Pour préparer la zone extérieure 203 munie des interruptions 25 carrées 202, on effectue les mêmes opérations élémentaires que dans des figures 1 à 7. Après la production du revêtement superficiel en silice, on crée dans celui-ci des évidements non en forme de bandes mais tels que le dessin.de la couche de silice subsistant sur la face principale du disque de départ en silicium cor-30 responde aux interruptions carrées 202. Après le traitement de diffusion et l'enlèvement sans résidu de la silice de la face principale du disque de départ, on masque chaque fois par un vernis à l'asphalte aux mêmes emplacements des lignes marginales des interruptions carrées 202, un côté et les moitiés adjacentes à ce 35 côté des deux côtés perpendiculaires à ce côté. Dans la figure 11 le côté horizontal inférieur 205 des découpures 202 et les deux demi-côtés latéraux verticaux adjacents 204 sont recouverts d'une bande en U en vernis à l'asphalte 208. Après l'application du revêtement métallique et l'enlèvement du vernis à 1'asphalte, le 40 disque représenté à la figure 11 est sub-divisé en petits corps 211 70 22771 8 2046968 par des coupes marquées en trait mixte 209, perpendiculaires entre elles et qui passent par les points de croisement 206 des diagonales des interruptions carrées 202 parallèlement aux côtés 204 ou 205 de ces interruptions 202. 5 Dans la figure 12 est représentée la vue en plan de la face principale d'un corps de silicium 211 plus petit ainsi obtenu, par exemple un thyristor à surface de base carrée. Cette face principale porte une électrode de contact de petite surface 212 qui est séparée d'une électrode de contact à grande surface 214 10 par un espace intermédiaire en équerre 213. L'électrode de contact 214 fait contact aussi bien qvec la zone extérieure se trouvant sur la face principale représentée qu'avec la zone intérieure voisine de cette zone extérieure sur l'interruption 215 marquée en trait interrompu, et forme ainsi un court-circuit superficiel 15 entre ces deux zones , tandis que l'électrode de contact 212 fait contact seulement avec la zone intérieure voisine de la zone extérieure. Au lieu d'une zone extérieure à interruptions en forme de bandes ou de carrés, on peut aussi sans sortir du cadre de l'in-20 vention produire une zone extérieure à interruption selon un dessin de forme quelconque, par exemple de surfaces rectangulaires ou circulaires sur la face principale correspondante du disque de départ en matière semi-conductrice,' 70 22771 9 2046968 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de composants semi-conducteurs de petite surface comprenant une succession d'au moins trois zones parallèles de type de conduction alternée, caractérisé en ce qu'il 5 comporte les étapes suivantes : a) Dans un disque semi-conducteur de grande surface on crée d'abord la même succession de zones que dans les composants semiconducteurs de petite surface, avec des zones parallèles aux faces principales du disque semi-conducteur et des interruptions selon 10 un modèle dans une zone extérieure sur une face principale, dans lesquelles la zone intérieure adjacente apparaît à la surface; b) Ensuite les lignes bordant les interruptions selon modèle sur la face principale du disque semi-conducteur sont masquées au moins sur une partie de leur longueur; 15 c) Après quoi les parties non masquées de cette face princi pale sont munies d'un revêtement métallique; d) Enfin les composants sont découpés dans le disque semiconducteur . 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 qu'on crée dans le disque sémir conducteur une zone extérieure avec interruption en forme de bandes séparées et parallèles, que les lignes bordant ces interruptions en forme de bandes sont masquées alternativement, et que le disque semi-conducteur, après application du revêtement métallique, est découpé en éléments 25 allongés par des coupes qui sont placées entre les lignes bordant les interruptions en forme de bandes de façon à passer à travers le revêtement métallique sur les évidements. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on qu'on crée une zone extérieure avec interruptions sous forme de 30 surfaces carrées ayant des côtés perpendiculaires intérieurs de même longueur deux à deux et parallèles dont les points de croisement des diagonales sont aux milieux des côtés des mailles d'un réseau sur la face principale du disque semi-conducteur à mailles carrées et forment des côtés des mailles qui ont au 35 moins le double de la longueur d'un côté des interruptions carrées et qui sont respectivement parallèles aux côtés perpendiculaires entre eux des interruptions carrées, que chaque fois aux mêmes emplacements des lignes bordant les interruptions carrées un côté et les moitiés des deux côtés perpendiculaires à ce côté, adja-40 cents audit côté, sont masqués et que le disque semi-conducteur 70 22771 10 2046968 est subdivisé en petits éléments après application du recouvrement métallique par des coupes perpendiculaires entre elles qui passent par les points de croisement des diagonales des découpures carrées parallèlement aux côtés de ces interruptions. 5 .4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on crée une zone extérieure avec interruption en forme de bandes séparées et parallèles entre elles, que les lignes alternées bordant ces interruptions en forme de bandes sont masquées et que le disque semi-conducteur est subdivisé en corps allongés après ap- 10 plication du revêtement métallique par des coupes le long des lignes bordant les découpures en forme de bandes recouvertes du revêtement métallique.