Brevet FR2016792A1 — publié le 19700515

La prôsonte invention ooncorne la fabrication des dispositifs seni-conduc— teurs. Dans un grand nombre do dispositifs seni-conducteurs la région électriquement active ot importante est limitée à un© couche très nince dans la région de la jonction ou dos jonctions* Le reste de l'épaisseur du dispositif est fait, d'un matériau serai—conducteur qui a pour unique fonction de constituer un support mécanique pour la cou— cho active mince. Parfois, oe semi-conducteur passif a des propriétés qui sont indésirables , par exemple sa résistance électrique ou therr.iiq.ug peut Être trop élevée, ou bien il peut être opaque au rayonnement électromagnétique émis ou détecté par le dispositif. Certains de cos problèmes sont résolus en rendant dissemblaïïes les régions active et passive. Bans ce butsune région active mince, dotée d'une série de caractéristiques,est formée sur une couche passive épaisse dotée de caractéristiques différentes. Ceci peut être obtenu par le procédé d'épitarie qui permet la formation de couches minces dotées d'une série de propriétés sur des substrats dotés d'une autre série de propriétés, à condition quo leurs structures cristallines soient suffisamment semblables. Cet impératif de coq-* patibilité cristalline limite sérieusement la gamme des propriétés susceptibles de se rencontrer dans les couches active et passive. Par exemple, le silicium à haute résistivité peut Stre formé épitazialement sur du silicium à faible résistivité, nais la résistivité du matériau à faible résistivité ne peut être de beaucoup inférieur à 0, 001 ohm—centimètre , De môme, pour certains dispositifs, il est souhaitable que le substrat soit électriquement isolant, nais dans oe cas également, on se trouve en prosenrse de la restriction imposée par la nature du substrat indispensable à la croissance épitasiale, Toutes ces structures supposent implicitement qu'une couche passive est nécessaire pour conférer au dispositif sa résistance mécanique. Cette supposition apparait justifiée par le fait que la région active présente habituellement une épaisseur inférieure à vingt microns (yj.) ot qui est fréquemment voisine de 1 à 5 microns, ot un matériau semi-conducteur monocriiallin ,tel que le silicium, le germanium et l'arséniure do gallium,ost habituellement très cassant et d'une manipulation difficile quand il s© présente sous des épaisseurs de 30 à 50 microns . La présente invention a pour objet d'obtenir un matériau semi—conducteur plus ninoe qui soit plus flexible et d'une manipulation parfaitement aisée pour do nombreuses utilisations. Suivant un aspect général de 1'invontion,il est prévu un procédé pour la fabrication d'un dispositif semi—conducteur possédant une région électriquement active contenue dans une couche nonocristalline do matériau semi—conducteur , BAD ORIGINAL1 69 23503 2 2016792 procédé selon lequel durant un stc.dc de la fabrication jla couche de monocristal est constituée par. une plaquoïte totalement dénuée de support ayant une épaisseur infcriuure à vingt nierons. Suivant une autrç caractéristique de l'invention, il est prévu un procédé cj pour la fabrication d'un dispositif semi—conducteur possédant une région électriquement active contenue dans une couche monocristalline do matériau semiconducteur, procédé suivant lequel la région électriquement aotive est formée dans une plaquette de matériau semi—conducteur monocristallin ayant une épais— sour supérieure à environ cinquante microns, l'épaisseur de la plaquette étant 10 ensuite réduite à moins de vingt microns. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un procédé pour la fabrication d'un dispositif semi—conducteur possédant une région électriquement active contenue dans une couche monocristalline de matériau semiconducteur, procédé suivant lequel la région électriquement aotive est cons— 15 tituée dans une couche monooristalline de matériau oemi—conducteur déposée ' épitaxialement sur un substrat cristallin approprié qui la supporte, l'ensemble du substrat etJsi nécessaire, une partie de la couche monocristalline étant ensuite éliminés pour réduire l'épaisseur de .la couche nonocristalline à moins de vingt microns. 20 II est par conséquent possible do former les régions électriquement .actives i dans une plaquette épaisse de matériau semi-conducteur monocristallin (d'une épaisseur supérieure à environ 50 microns) ,de la fixer par exemple au moyen de cire à un.support rigide, de polir mécaniquement et/ou chimiquement la plaquette fixée pour la réduire à une épaisseur inférieure à 20 microns , de séparer 25 ensuite la plaquette dà son support et de l'utiliser à l'état libre ou la fixor de nouveau à un autre support doté des propriétés requises, sans Stre limité par dos considérations de compatibilité cristalline. En variante, il est possible de déposer-épitaxialement une couche do matériau semi-conduotour mono cristal lin sur un substra't cristallin approprié, dé 30 former la ou les régions actives voulues dans la couche épitaxiale, de réduire l'épaisseur de la structure à partir de la face du substrat à moins de vingt microns, ot de l'utiliser à l'état libre ou do le refixer sur un autre support doté dos propriétés requises^ sans Ôtre limité par des considérations de compatibilité cristalline, 35 Suivant une autre variante, il est possible "do déposer épitaxialement une couche do matériau semi-conducteur monocristallin sur un substrat cristallin approprié, de constituer la ou les régions actives dans la couche épitaxiale, de réduire l'épaisseur do la structure à partir du substrat à moins de vingt microns et do l'utiliser à l'état-libre ou do le réfixer'sur un autre support 40. doté dos propriétés requis os, sans, Stro limité par des considérations de - ocnpa— COPY 69 23503 3 2016792 tibilité cristalline. Les objets et caractéristiques de la prosente invention apparaîtront plus clairement à la lecture do la description suivante d'exemples de réalisations, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans 5 lesquels s Les figures 1 à 5 illustrent les stades successifs de la fabrication par épitaxie d'une diode semi-conductrice. Les figures 6 à 10 illustrent les stades successifs de la fabrication de la diode semi—conductrice à partir d'une couche semi-conductrice épaisse. 10 Les figures 1 à 3 illustrent les stades successifs de la fabrication d'une diode par épitaxie classique. Plus précisément, la figure 1 représente la oons~ titution d'un substrat cristallin approprié 1 sur lequel est déposée épitaxia-lement une coucho 2 (figure 2) d'un matériau soai-conducteur monocristallin, la coucho 2 ayant une épaisseur supérieure ou inférieure à vingt nierons, et la 15 formation dans la couche 2 d'une jonction p—n ^flgare 3) selon les techniqueà de formation de jonction planar. La structure représentée à la figure 3 est ensuite soumise à un traitement de gravure chimique do manière à éliminer complètement le substrat 1 et si nécessaire une partie do la couche 2,de manière à réduire l'épaisseur de celle— 20 ci à moins de vingt microns, pour obtenir la plaquette mince 2a (figure 4).contenant la jonction 3. Au cours de la gravure, on peut aisément contrôler l'épaisseur en utilisant la transmission do lumière visible. Aquinze microns, dans la lumière au .sodium, le silicium présente "un coefficient do transmission d'environ 10 ^ s'élevant à 10 ^ à quatre microns. On obtient ainsi une indication 25 simple et précise de l'épaisseur. On a observé qu'il est possible de réduire le silicium à une épaisseur inférieure à un micron avant qu'il ne se désintègre physiquement. Le dispositif constitué par cette plaquette min.ee peut être utilisé sans aucun support, ou bien il peut âtre monte sur un substrat approprié. La figure 30 .5 représente un tel dispositif monté sur un substrat 4 auquel le dispositif constitué par la plaquette mince peut être fixé de façon appropriée. Le substrat peut 3tre fzit d'un métal tel que le cuivre avec un revôtemont superficiel d'or sur la surface de fixation du dispositif de manière à présenter une oonductivité thermique maximale et une résistance série minimale, permettant 35 ainsi une charge éloctrique beaucoup plus élevée des dispositifs tels que los diodes, les transis tors ou les dispositifs à couches multiples. Le substrat peut §tre fait d'un matériau isolant tel que le verre, la céramique , le mica ou los matières plastiques, de manière à assurer l'isolement électrique des dispositifs à plaquette mince. 40 A titre d'exemple, des jonctions planar classiques, ont été formées • [ COPY U 69 23503 4 2016792 n.ns du silicium ot des oontaots établis avec les régions p-et n- depuis la cône face. La plaquette à ensuite été réduite à une épaisseur inférieure à la profondeur de la jonction ot l'on a mesure sos caractéristiques électriques. Los détails ot los résultats do l'oxpérienoe sont los suivants : 5 SnC1,, est formé therniquonont sur une plaquette do silioiun à oonductivité du type n (résistivité nominale 2,7 ohms-oentimètre ^épaisseur de la couche épitaxiale l8^u) . Des fenêtres d'un diamètre do 76/100 de nn sont ménagées dans la couche d'oxyde ot du bore est diffusé jusqu'à une profondeur de douae niorons. La couche^d'oxyde ost éliminée de la région du type p ot de certaines 10 parties de la région du type n afin que des contacts sondés puissent être du nSno c8té. Les dispositifs sont ensuite contrôlés et présentent les paramètres classiques ci—après î Capacité de polarisation aille Cq 30pF, 15 Tension à la rupture 100—120 7 (ooudo brusque). La plaquette est onsuite montée sur un support approprié, la face portant les oontucts étant tournée vers le bas. on la polit néoaniquenent pour réduire son épaisseur à 5/lûO de nm, puis 6n l'amincit chiniquenent jusqu'à 10 nierons, l'épaisseur étant contrôlée par transmission optique. Dès que la jonction ost 20 mise nu et peut être observée clairenont depuis la faco arrière, une gravure différentielle ost pratiquée/la jonction pour forner une dfcrie, A ce stade,3Le dispositif présente des jonctions verticales s'étendant dans toute l'épaisseur du dispositif. La plaquette est facilement manipulable et dos sondes électriques peuvent Otro abaissées pour établir le contaot, la plaquette 25 s'inciirvant tout simplement par élasticité. La tension de rupture ne varie pas ot demeure importante malgré l'exposition d'une face de la jonction, La capacité de polarisation nulle est inférieure à 0,5pF> le courant de fuite n'étant pas mesurable. Les figures 6 à 10 représentent un autre procédé de fabrication. Suivant 30 oe procédé dans une plaquette semi-conductrice monocristalline 10 (figure 6) ayant une épaisseur supériouro à 50 microns,habituellement de 3/10 do nm du silicium du type n ost formé par.diffusion d'un dopant doté d'un type de oonductivité opposé afin de produire une jonction p-n minoe 11 (figure 7) à une profondeur de six nierons, La plaquette diffusée.ost ensuite collée au moyen de 35 cire sur un support rigide temporaire, la région io de type n étant pla^éo au dessus, et gravée ou rabotée jusqu'à une épaisseur de douze nierons, La plaquette est ensuite séparée du support rigide pour constituer la structure do .plaquetto nince 12 montrée à la figure 8. Cotte struoture ost œisuite oollée, la région du type, n orientée on bas 40 sur un substrat en cuivre 13 (figure 9). En utilisant les teohniques classiques. 69 23503 „ 2016792 do masquage et do gravure pn obtient "lors -les diodos. on dalta 14 oui peuvent ensuite être séparées on diodes un delta individuel!as contées sur un substrat. La jonction étant proche du substrat permet une oonductivité thermique maximale et uno résistance série minimale. 5 II est évident que la fabrication de dispositif multiples par exemple dos réseaux de diodes ou do transistors peuvent ftre constitués dans une seule plaquette serai-conductrice ou une seule couche épitaxiale, la plaquette ou la couche oontenint les dispositifs étant réduite à une épaisseur inférieure à vingt microns puis découpée ensuite en dispositifs individuels ou en plaquettes 10- oontenant des séries do dispositifs. Des dispositifs tels que dos transistors à effet de champ ou des varaotors à pente élevée dont l'effet est fonction d'uno_région limite isolante, peuvent être constitués dans du silicium ou de 1'arséniLlre de gallium en feuille minoe sans qu'il soit nécessaire de reoourir à la formation épitaxiale sur des subs— 15 trat isolants. Des dispositifs émettant de. la lumière tels que des diodes à l'arsénuire de gallium ou au phosphure arBéninro de gallium peuvent être prévus pour émettre de la lumière à travers leurs deux faces ou bien on peut.utiliser des déflecteurs sur une face pour renforcer la lumière à travers l'autre face. 20 Des dispositifs photo-sensibles tels que des cellules solaires et des détecteurs peuvent être constitués sous forme de feuilles ou de plaques minoos, de manière que la lumière incidente puisse Icsl pénétrer des deux côtés. Dos dispositifs comportant des jonctions verticales et présentant des zones de jonction très petites peuvent être fabriqués dans du matériau en vrac 25 ou épitaxial de la meilleure qualité, sans qu'il soit besoin de sacrifier leurs propriétés par suite de la nécessité de prévoir la oroissanoe épitaxiale sur des isolants. Des feuilles portant los dispositifs pouvant être superposées pour obtenir une densité ôe groupage très forte. 3U Des conducteurs peuvent être placés sur les doux faces de la plaquette mince. Los jonctions peuvent être formées sur l'envers de la plaquette après la réduction de sor, épaisseur à moins de vingt nierons. Bien que I03 principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation ?,vec ios exemples particuliers de réalisations, on comprendra clai— 35 remont que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas 1?. portée do l'invention. 1 COPY ftb. 69 23503 s 2016792 BEVEHDICATIOITS 1. Procédé pour la fabrication d'un dispositff soni-conductcur caractérisé on oe qu'il oonsiste : - A foraor une région électriquoraont active dans une plaquotto de matériau soni-conductour nionosriatr._lin ayant une épaisseur supérieure à environ cinquante 5 nierons - A réduire l'épaisseur do la plaquette à moins de vingt microns de manière quo ladite plaquotto réduite n'ait pas de support et soit floxible, 2. Procédé selon la' revendication 1^caractérisé on oo quo préalablement est à la réduction de l'épaisseur de la plaquotto, cello-oi/tomporairement fixée à 1C un support rigide dont elle est séparée après réduotion do son épaisseur. 3. Procédé pour la fabrication d'un dispositif semi- conducteur,caractérisé ; on ce qu'il comporte 3Les stades suivants t - Dépôt épitaxial d'une couche monocristalline de matériau semi-conducteur sur un substrat cristallin constituant un support approprié « 15 - Formation d'une région électriquement active dans ladite couche et.élimina— ^ tion du substrat ot de la portion do ladite couche nécessaire pour l'obtention d'une coucho monooristallino sans support ayant une épaisseur inférieure à vingt microns. 4. Procédé selon la rovendication l,oaractprisé en 00 qu'après l'opération 20 de réduction, la couche sans support est collée directement à un autre substrat dont les propriétés s'aocordent à la fonction prévue pour ledit dispositif. 5« Procédé selon la rovendication 3, oaractérisé on >ce qu'après l'opéra— ^ tion do réduction, la couoho sans support est collée directement à un autro subetr-1 doté des propriétés voulues pour la fonction assignée audit dispositif. COPY