Brevet FR2019280A1 — publié le 19700703

réalisation d'une gorge en creux sur la surface d'un élément à semi-conducteurs qui n'est pas utilisée pour les contacts de raccordement. des dispositions convenables, l'intensité du champ superficiel à la surface d'un corps à semi-conducteurs, dans la région où la zone de la jonction pn débouche à l'extérieur. Il règne normalement à cet endroit une charge électrostatique supplé-10 mentaire, qui détermine une réduction de la tension inverse pouvant être bloquée. Du fait de la charge électrostatique supplémentaire, la valeur critique de l'intensité du champ électrique est atteinte plus rapidement à la surface qu'à l'intérieur du corps à semi-conducteurs, ce qui entraîne des claquages super-15 ficiels par maximum de tension. De telles intensités élevées du champ électrique peuvent apparaître lorsque l'on applique une tension à l'élément à semi-conducteurs, au cours d'un fonctionnement statique par conséquent. Les claquages ou amorçages par maximum de tension déterminent cependant des instabilités dans 20 les caractéristiques et entraînent en définitive des détériorations. irréparables du- corps à semi-conducteurs® l'intensité du champ superficiel, pour les raisons exposées ci-dessus, est décrite ci-après. La surface "latérale" du corps à 25 semi-conducteurs, où. débouche la jonction pn , est chanfreinée de telle manière que, sur toute la périphérie du corps à semiconducteurs, la surface extérieure latérale forme un angle d'environ 175° avec la deuxième zone la plus faiblement dopée, de la jonction pn« On obtient ainsi un écartement plus grand entre 30 les lignes du champ électrique, à la surface, et on réduit l'influence de la charge superficielle supplémentaire0 Gat angle dit positif, c'est-à-dire la transition du matériau fortement dopé au matériau faiblement dopé avec une section décroissante de la pastille de semi-conducteur, n'est optimal cependant, dans 35 le cas des redresseurs commandés au silicium, des thyristors par exemple, que pour la jonction pn se trouvant dd côté de l'anode. Cette jonction pn est déterminante pour la valeur de la tension bloquée dans le sens inverse. Pour la deuxième gonction pn, en comptant à partir de l'anode, qui détermine la valeur de la 40 tension bloquée dans le sens direct, on se trouve avec un angle 5 Il est apparu nécessaire de réduire, en recourant à Une disposition connue ayant pour objet de réduire 15642 2 2019280 dit négatif, c'est-à-dire que la transition lors d'une' section décroissante, se fait d'une zone faiblement dopée vers une zone fortement dopée du matériau semi-conducteur, pour laquelle cependant l'intensité du champ superficiel augmente lorsque l'élé-5 ment est soumis à une tension de polarité directe. De ce fait, et malgré la symétrie du dopage des deux zones p, la valeur de la tension bloquée dans le sens direct est normalement plus basse que celle de la tension bloquée dans le sens inverse. Dans leur article : "Contrôle du champ électrique à 10 la surface de jonctions PU", IEE Transactions ou Electron Devices, juillet 1964, pages 313 et suivantes, R.L. Davies et FoE. Gentry ont montré que, dans le voisinage de la jonction pn citée en dernier, l'intensité du champ superficiel décroît avec un tel angle négatif lorsque cet angle est très plat. Comme va-15 leurs optimales on mentionne des angles, compris entre 175° et 180°. C'est pourquoi les éléments à semi-conducteurs, que l'on trouve sur le marché, possèdent actuellement un double chanfrein. Le chanfrein le plus plat, qui se trouve du côté de 20 la cathode, réduit cependant considérablement la surface de l'émetteur dont on a besoin pour l'établissement des contacts, surface qui détermine aussi la valeur admissible pour le courant de • l'émetteur. On peut conclure des considérations exposées par 25 Davies et Gentry, que 'les deux surfaces des jonctions pn mentionnées ci-dessus devraient déboucher avec des angles positifs, ce qui ne peut être obtenu qu'avec une gorge en creux» Une telle disposition a déjà été proposée, sans toutefois aucune explication des justifications physiques . Les différents profils pro-30 posés sont alors obtenus à l'aide d'un jet de liquide de gravure, dont on modifie la durée d'action, selon l'effet de gravure que l'on désire obtenir, pendant qu'on le déplace sur la surface de l'élément à semi-conducteur. On mentionne également la formation d'une gorge en creux dans un article de Giinterhô'hl î 35 "Sur le dimensionnement des thyristors à capacité de blocage élevée", ETZ-A, vol. 89, 1968, cahier 6, pages 131 et suivantes» Pour graver une gorge en creux, dans une pastille de semi-conducteur épaisse de quelque 350 à 450yi , on se 69 15642 2019280 heurte cependant à de grandes difficultés technologiques. Ainsi, les zones plus ou moins fortement dopées sont plus pu moins attaquées par l'agent chimique utilisé. Un autre point important est que la surface enveloppe de la pastille doit présenter une 5 forme géométrique homogène,, Au cours des opérations antérieures de l'usinage mécanique, tels que le perçage à l'aide d'ultrasons, il peut facilement se former des zones endommagées par suite de dislocations cristallines ou de microfissures. L'agent chimique, pénétrant fortement dans ces fissures, y provoque en-10 core une aggravation des défauts d'homogénéité. Or, ces défauts d'homogénéité déterminent la valeur maximale admissible de la tension bloquée. Pour un profil simple de la surface extérieure, pour la technique mesa par exemple, on utilise la gravure avec succès. L'opération consistant à réaliser par gravure chimique 15 une gorge de profil exactement défini, se heurte cependant à des difficultés presque insurmontables. L'objet de la présente invention est par suite de développer un procédé permettant de réaliser des surfaces extérieures d'un profil quelconque, 20 L'invention consiste à réaliser la gorge en creux par des opérations demeulage successives, à l'aide de fils à neuler de différents diamètres ou avec des tôles à meuler d'épaisseurs différentes. L'avantage décisif et fondamental de l'invention est le gain sur la surface de l'émetteur. Comme la 25 gorge en creux n'a pas besoin d'être creusée très profondément, le diamètre minimal de la pastille à fond de gorge est plus grand que le diamètre de la surface émetteur plane d'une pastille de semi-conducteur normale réalisée suivant la technique mesa , avec un même diamètre extérieur. Les éléments réalisés 30 avec une gorge meulée en creux ont donc en premier lieu une capacité plus' grande en courant et en surcharge de courte durée ; en deuxième lieu, la surface d'émetteur dont on dispose pour é-tablir les contacts est beaucoup plus grande, et il en résulte une meilleure évacuation de la chaleur. Un autre avantage de 35 l'élément à semi-conducteurs selon la présente invention est qu'avec un dopage symétrique des deux zones p, la tension bloquée en inverse a la même valeur que celle qui peut être bloquée en direct. Une autre variante de l'invention réside dans l'uti-40 lisation de fils ou de tôles préformés, dont le profil bad original 15642 4 2019280 correspond au profil de la gorge que l'on veut meuler en creux» On peut ainsi, sous certaines conditions, réaliser le meulage de la gorge en une seule opération» Pour faciliter la formation de la .^orge -désirée, on peut utiliser des abrasifs additionnels 5 de granulations différentes. Deux exemples de réalisation ont été représentés sur le dessin» Sur les figures 1 à 3, on a représente un procédé d'usinage pour la formation de la gorge en creux en trois opé-10 rations. La gorge en creux 5 est meulée dans la pastille de ser conducteur 4 à l'aide de fils à meuler de diamètres différents 1, 2, 3, et on arrive ainsi à une approximation du profil dési ré. La figure 4 montre un fil profilé préformé, dont le profil correspond à celui qui est désiré pour la gorge. Sur la figure 15 5> on a encore représenté un élément à semi-conducteur réalisé •avec la gorge en creux selon la présente invention. BAD ORIGINAL 15642 5 2019280 REVENDICATIONS lo Procédé pour la réalisation d'une gorge en creux dans la partie de la surface extérieure d'un composant à semiconducteurs qui n'est pas utilisée pour établir les contacts, 5 ce composant comportant plus d'une surface de jonction pn à 1'intérieur "de la pastille de semi-conducteur, caractérisé en ce que la gorge en creux (5) est réalisée par suite d'opérations successives de meulage à l'aide de fils à meuler de différents diamètres (1,2,3), ou avec des tôles à meuler de différentes 10 épaisseurs» 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise un fil préformé (6) dont le profil correspond au profil de la gorge qu'il s'agit de meuler. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé 15 en ce que l'on utilise une tôle préformée dont le profil correspond à celui de la gorge qu'il s'agit de meuler. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que l'on utilise des additifs abrasifs de différentes granulations.