Brevet FR2049014A1 — publié le 19710326

Un composant à semiconducteur est réalisé à partir d'un matériau semi conduct ur, généralement du silicium, dans lequel une ou plusieurs jonctions du type P.N ont été crées par tout procédé connu, et notamment par diffusion, par épitaxie par exemple. La présente invention a pour objet un procédé de dégagement desdites Jonctions qui autorise la mesure des caractéristiques électriques d'un composant avant tout dépôt de revêtement protecteur des jonctions. Oans les composants à semiconducteur à deux ou plusieurs régions ou couches de types de conductivité alternes, chaque couche forme avec une couche adjacente une Jonction PoN Ces jonctions affleurent a soit sur le pourtour dudit composant soit en surface, et il est nécessaire, notamment pour les composants soumis à de hautes tension et pour éviter touts destruction de ceux-ci, que la tension de claquage en surface soit plus élevée que la tension d'avalanche en volume. Le claquage en surface étant très localisé risque en effet d'être destructif ; par contre, l'avalanche en volums. si elle concerne une Jonction uniforme dans une substance homogène, s'étend à toute la surface de la jonction et peut autoriser le passage d'un fort courant sans effet destructif.Pour obtenir une excellsnte tenue en tension en surface, il est nécessaire que cette surface ou affleure la Jonction soit exempte de toute pollution qui abaisserait la tension de claquage en surface. On peut, egalement, obtenir une tension élevée de claquage en surface en donnant à la surface où affleure une jonction P.N un profil tel que l'angle CL forme, dans la région de plus grande résistivité, par la surface et la jonction soit en tout point un angle aigu. En efFet, les lignes de champ etant normales à la surface, s'évasent au voisinage de la surface, de aorte que le champ électrique dans la région de l'affleurement est d'autant plus faible que l'angle a est plus aigu. Lorsqu'il s'agit d'un composant compartant plusieurs couches ou ragions de types de conductivité alternes tel qu'un thyristor par exemple, il existe de grandes difficultés technologiques pour cette condition avec les deux Jonctions adJacentes à la zone centrale de plus haute resistivite. C'est pourquoi, ainsi que cela est bien connu, on réalise un premier biseau faisant un angle de quelques dizaines de degrés avec la jonction formés par la région de haute résistivité et la région de faible résistivité ne comportant pas la gachette de commande dudit thyristor , on réalise ensuite un second biseau qui forme dans la région de plus basse résistivité comportant la gachette avec la Jonction formée par ladite région et la région de haute résistivité un angle de quelques degrés. Un composant semiconducteur comportant plusieurs jonctions P.N peut donc avoir un ou plusieurs biseaux, lesquels sont obtenus par exemple, par rodage mécanique suivi d'une attaque chimique convenable afin de supprimer toute trace de perturbation résiduelle du cristal semiconducteur. Cependant les divers mélanges d'attaque chimique connus à ce jour présentent des inconvénients et il est pratiquement très difficile de mesurer les caractéristiques électriques des composants tant que les jonctions ne sont pas protégées et notamment - de mesurer les composants ayant une très forte tension d'avalanche sans que les Jonctions soient recouvertes d'un isolant, généralement un vernis à base de silicone fi la mesure ne peut être effectuée, qu'à la température ambiante et én isolant le composant dans une enceinte parcourue par un gaz à très forte constante diélectrique. - de mesurer les composants portés, toujours sans protection des Jonctions, à des températures de 1000C ou 150 C. Ces inconvénients ne permettent pas d'une part de contrôler la fabrication rapidement , ils ne permettent pas non plus de s'assurer, par mesure des caractéristiques électriques, que les dégagements de Jonctions sont corrects, et de procéder, si nécessaire, à une nouvelle attaque chimique pour obtenir un dégagement correct des Jonctions, il n'est an effet pratiquement pas possible d'effectuer une telle attaque lorsque l'on a appliqué le revêtement protecteur sur les Jonctions dgun composant semiconducteur. La présente invention se propose de pallier les difficultés et inconvénients résultant des méthodes habituelles, à l'aide d'un procédé d'attaque chimique permettant la mesura, à l'air ambiant, des caractéristiques électriques d'un composant semiconducteur et notamment d'un composant à haute tension, avant dépôt d'un revêtement protecteur sur la ou les jonctions dudit composant, procédé caractérisé par le fait que l'on soumet le composant à une première attaque chimique de dégagement des Jonctions et, immédiatement après, à une deuxième attaque chimique afin de réaliser une passivation de la surface par création d'un film d'oxyde imperméable, le composant étant ensuite rincé abondament, à l'eau désionisée de préférence. puis séché. Le composant peut également avoir été préalablement soumis à une ou plusieurs opérations de rodage an vue d'obtenir un dEgagement de chaque jonction sous un angle donné, la première phase du procédé selon l'invention permettant de terminer le dégagement de la ou des jonctions et d'éliminer les couches superficielles du cristal semiconducteur perturbées par le rodage. Le procédé selon l'invention peut également comporter, apres rinçage à l'eau désionisée, une opération de séchage à température élevée sous courant d'oxygène, cette opération permettant de réduire les courants inverses des composants à semiconducteur. La mise an oeuvre de l'invention nécessite la masquage de certaines parties du composant afin de les protéger de l'attaque chimique. L'invention vise donc également un dispositif permettant le masquage d'un composant semiconducteur et ne nécessitant pas d'opération de nettoyage, après enlèvement du masque, autre qu'un rinçage à l'eau désionisée, rinçage d'ailleurs nécessaire après les opérations d'attaque chimique et de passiva tion. Afin de mieux faire comprendre le procédé selon l'invention nous allons en décrire une application à un composant semiconducteur de puissance du type thyristor par exemple, sans que ceci présente aucunement un caractère limitatif quant aux applications de ladite invention. La figure 1 représente un composant semiconducteur du type thyristor avant toute opération de dégagement des jonctions. La figure 2 représente ledit composant après dégagement mécanique des Jonctions mais avant attaque chimique et passivation. La figure 3A représente un dispositif de masquage conforme à l'invention. La figure 3B représente en agrandissement une partie de la figure 3A. Le composant semiconducteur du type thyristor de la figure 1 se compose d'un disque de silicium de type N par exemple dans lequel on a créé deux Jonctions par diffusion d'impuretés de type P telle que l'aluminium par exemple, de façon à obtenir trois couches P, N, P, désignées respectivement par 1,2,3, ; un disque de molybdène 4 est soudé sur l'une des faces du disque de silicium, alors qu'un disque d'or 5, dopé à l'antimoine par exemple, d'un diamètre nettement inférieur au diamètre du disque de siliciums est allié sur l'autre face dudit disque de silicium. Par tout procédé mécanique, tel que rodage ou microsablage on crée comme indiqué sur la figure 2, un premier biseau 6 sur le pourtour du disque de silicium, ce biseau faisant un angle de quelques dizaines de degrés avec le disque de molybdène.Ensuite par rodage mécanique on réalise du côté de la face du disque de silicium allié au disque d'or, un second biseau 7 faisant avec ladite face un angle de quelques degrés ainsi le premier biseau 6 coupe la Jonction formée par les régions 1 et 2 proche du disque de molybdène, alors que le second biseau 7 coupe la Jonction formée par les régions 2 et 3, opposée au disque de molybdène, las deux biseaux ayant leur intersection dans la partie du disque de silicium de type N non affectée par l'opération de diffusion. Le composant ainsi préparé est alors masqué en vue des opérations d'attaque chimique. La figure 3a représente à titre d'exemple une vue an coupe d'un dispo- sitif qui conformément à l'invention permet de masquer certaines parties d'un composant semiconducteur de façon à les soustraire à l'attaqua chimique, mais qui ne pas d'opération de nettoyage après démasquage: sur cette figure, Il est une pièce support en matériau inerte aux acides qui supporte un composant à semiconducteur 10, emboîté en partie dans ladite pièce 11 une pièce 12 également un un matériau inerte aux acides, vient coiffer une pièce 13 en matériau inerte aux acides, mais suffisament déformable pour lui permettre de prendre la forme da la surface du composant 10 sur lequel s'applique ladite pièce 13, de façon à proteger efficacement les parties de 10 ainsi masquées, ladite pièce 12 peut comporter éventuellement des moyens de guidage ou de centrage de ladite pièce 13 qui peut etre réalisée en un élastomére au silicone, ou matériau analogue, caotchouc synthétique par exemple ; on applique fortement le composant semiconducteur 10 sur la pièce 11, à l'aide d'une clavette 14, ou analogue, et la pièce 13 sur le composant 10 afin d'éviter toute infiltration d'acide indésirable. La figure 3b est un agrandissement de la zone 15 de la figure 3a, qui permet de mieux voir le positionnement des différentes pièces, le composant semi- conducteur étant ainsi masqué, à l'aide du dispositif décrit figures 3a et 3b, ou de tout dispositif analogue on plonge ledit dispositif, avec le composant semi- conducteur dans une solution acide constituée des acides H NO3, FH, H CH3 COO, dans les proportions suivantes en volume - H NO3 : 45 à 50 % - FH : 25 à 30 % - H CH3 COO : 25 à 30 % Les régions du silicium perturbées par les opérations de biseautaga sont ainsi éliminées et on réalise en même temps un polissage chimique des jonctions dégagées. Après 15 secondes, le dispositif est retiré de la solution acide et plongé immédiatement dans une autre solution acide constituée des acides H NO2 et FH dans les proportions suivantes D en volume - H NO3: 93 à 98 % - FH: 2 à 7 % Ladite solution assurant la passivation des régions du silicium non masquées par création d'un film d'oxyde de silicium imperméable. Le dispositif est retiré après 15 secondes et rincé á l'eau désionisés puis le masque est enlevé et après nettoyage si nécesaire, dans des solvents n'attaquant pas le film d'oxyde, le dispositif est à nouveau rincé puis séché. L'opération de séchage, peut avantageusement être effectués à 200 C par exemple sous courant d'oxygène, on a constaté que cette façon de procéder, après les opérations chimiques précédentes, permettait d'obtenir sur les dispositifs ainsi traités des courants, inverses plus faibles, Bien entendu l'invention n'est pas limitée au seul thyristor et s'applique à tout dispositif semiconducteur le matériau n'étant paas limité au seul silicium et certains moyens pouvent être remplacés par des moyens équi valents. Les temps d'attaque chimique indiqués sont fonction de chaque cas particulier et peuvent etre largement modifiés afin d'obtenir le résultat optimum recherché. REVENDICATION 1/ Procédé d'attaque chimique de dégagement d'une ou de plusieurs jonctions permettant la mesure à l'air ambient des caractéristiques électriques d'un composant semiconducteur, et notament d'un composant à haute tension avant dépôt d'un revêtement protecteur sur la ou les jonctions dudit composant, certaines parties dudit composant étant masquée afin de les protéger de l'attaque chimique, procédé caractérisé par le fait que l'on soumet ledit composant successivement à deux attaques chimiques, dans deux bains d'attaque sans opération intermédiaire, la première attaque réalisant le dégagement des jonctions à l'aide d'un mélange d'acides nitrique, acétique et fluorhydrique, la seconde attaque réalisant la passivation de la surface attaqué, par création d'un film d'oxyde á l'aide d'un mélange d'acide comprenant en volume, 83 à 88 % d'acide nitrique et 2 á 7% d'acide fluorhydrique.