Brevet FR2085977A1 — publié le 19711231

L'invention concerne un procédé pour fabriquer au moins deux éléments semiconducteurs à partir d'un séul cristal semiconducteur se présentant sous forme d'une pastille qui, après la formation des jonctions pn associées eux éléments 5 semiconducteurs individuels ainsi £ue d'au moins nns partie de leurs électrodes et des voies conductrices établissant le contact de ces électrodes, qui sont déposées su? une couche isolante recouvrant une face plane de la pastille seniconduetrice, est divisée en éléments semiconducteurs individuels de façon que les 10 voies conductrices fassent saillie sur le bord des parties de pastille obtenues qui correspondent aux éléments semiconducteurs individuels. La technique habituelle potir la fabrication de tels éléments semiconducteurs qui peuvent être non seulement 15 des éléments simples, tels que par exemple des transistors, des diodes, des éléments photosensibles, mais aussi des circuits composés tels que les circuits intégrés, est la technique planar. Dans cette technique, une pastille de semiconducteur aïonocris-tallin, constituée en particulier par lu silieifa dopé, est mu-20 nie sur sa surface d'une couche isolante pouvant être utilisée comme masque de diffusion, cette couche isolante étant munie d'au moins une fenêtre de diffusion allant jusqu'à la surface du semiconducteur. L'ensemble est alors chauffé dans une atmosphère contenant une substance dopante sous forme de vapeur, en 25 particulier en présence d'oxygène, de sorte que la sabstance dopante pénètre par diffusion dans le semiconducteur. Etant donné que. la substance dopante est choisie de façon qu'elle ne puisse pas pénétrer dans les parties de la surface supérieure du semiconducteur recouvertes par la couche isolante servant 30 de masque, l'action dopante reste limitée aux parties de la pastille de silicium qui sont.voisines de la fenêtre de diffusion. Etant donné que, habituellement, la substance dopante diffusée agit en modifiant le dopage, on obtient des jonctions pn en forme de cuvette qui atteignent la surface supérieure 35 du semiconducteur située sous la couche isolante utilisée comme masque de diffusion. C'est pourquoi habituellement on laisse aussi la couche isolante sur la surface supérieure du dispositif terminé comme couche de protection stabilisante. Il n'est pas besoin de décrire ici en détail 40 les différents aspec.ts de la technique planar, étant donné BA0 origine 71 12444 2 2085977 qu'elles sont déjà décrites dans de nombreuses publications antérieures. Il suffit d'indiquer que l'on utilise ;et:;e têcimique aussi bien pour la fabrication d'éléments semicon^uieur Letf éléments composés ou individuels formée dans la pastille semiconductrice unique sont alors agencés sai-2) vant un réseau à mailles carrées ou rectangulaires, leurs électrodes (réalisées en particulier par vaporisation) étant situées sur ledit cô té dé l'a pastille semiconductrice, de façon à pouvoir être, superposées par une simple translation. Les électrodes sont entourées par la couche isolante, constituée en particulier 25 par du SiOg, recouvrant la surface restante de la pastille, -de sorte que la surface supérieure libre du semiconducteur n'apparaît nulle part. C'est pourquoi il est possible et courant de déposer encore sur cette couche isolante avant la division ûe la pastille eri éléments semiconducteurs individuels, les voies 30 conductrices associées aux électrodes individuelles d'une façon identique pour tous les éléments, ce qui est possible simultanément pour tous les éléments, en une opération unique, en utilisant la technique de la laque photosensible. La division de la pastille en éléments indi-35 viduels est alors réalisée soit en incisant la pastille et en la cassant, comme cela est décrit par exemple dans le brevet allemand n01 1 278 018, soit en utilisant la technique de corrosion qui est décrite à ses débuts dans le brevet allemand n° 823 470. Ce procédé a été amélioré depuis et, dans le cas 40 présent, est utilisé à peu près de la façon suivante. BAD ORIGINAL 71 12444 3 2085977 Le côté de la pastille semiconductrice munie de la couche isolante, des électrodes et des voies conductrices, est recouverte entièrement par un masque résistant à 1*agent corrosif utilisé par la suite (par exemple constitué par de la 5 laque photosensible ou de la cire). La face arrière est recouverte le cas échéant après réduction de l'épaisseur de la pastille par rodage du matériau de hase, d'un masque de protection contre la corrosion qui laisse découvertes uniquement des "bandes minces de la surfaee supérieure du semiconducteur le long des lignes 10 de séparation souhaitées entre les éléments individuels dans la pastille. En utilisant un agent corrosif dissolvant le semiconducteur, apparaissent alors des sillons suivant les lignes de séparation. Cependant, en tenant compte des voies conductrices, la pastille n'est pas brisée suivant les sillons (comme 15 cela est décrit dans le brevet allemand n° 823 470) mais est attaquée par corrosion jusqu'au masque se trouvant de l'autre côté, de sorte que la pastille, après dissolution des deux masques, se divise en morceaux correspondant aux éléments individuels . 20 Dans le cas où des voies conductrices traversent les limites souhaitées pour les éléments individuels de la pastille, il est courant de choisir l'agent corrosif de façon qu'il n'attaque pas le métal des voies conductrices. Ces voies conductrices forment encore une liaison résiduelle entre les éléments 25 individuels, cette liaison étant supprimée par une opération distincte, en particulier par sectionnement. Parfois les voies conductrices vont juste assez loin pour franchir exactement les sillons formés pour la division.. En outre, les voies conductrices sont réalisées au moins dans les parties faisant saillie, de 30 façon suffisamment solide pour pouvoir servir aussi, sans moyen supplémentaire, de poutres-conductrices appelées "beam leads". La technique ttbeam-lead" est décrite par exemple dans "The Bell Syt. Techn. Journal" XLY février 1966 n°2 pages 223 à 253. Il est évident que la présence de telles voies 35 conductrices dépassant des éléments individuels facilite considérablement le montage ultérieur. D'autre part la fabrication connue d'éléments semiconducteurs, comportant des voies conductrices qui dépassent, à partir d'une pastille semiconductrice unique, exige cependant une opération de corrosion pour la sépa-40 ration des éléments. Ceci nécessite une surface semiconductriee 71 12444 4 2085977 supplémentaire considérable. Par ailleurs, l'amincissement d'une pastille par rodage et l'opération de corrosion nécessaire pour la division de la pastille constituent un procédé qui ne conduit pas tout le temps au résultat escompté, ce qui est 5 très important lors de la finition. La présente invention se propose de supprimer cet inconvénient, ce qui est obtenu suivant l'invention lorsque, au cours du procédé, l'extrémité qui est éloignée des électrodes individuelles des éléments semiconducteurs indivi-10 duels A dans la pastille semiconductrice, de la voie conductrice établissant le contact de l'électrode concernée est prolongée sur la couche isolante, vers l'un quelconque des éléments semiconducteurs B adjacents, puis grâce à l'action locale d'un agent corrosif ou d'un solvant sur la voie conductrice et/ou 15 la couche située immédiatement en-dessous, au moins la partie de la voie conductrice (6,7) dépassant la limite de l'élément semiconducteur A est supprimée de la pastille semiconductrice sans que pour cela la liaison de la voie conductrice avec l'électrode ou la couche située dessous soit détériorée dans le voisi-20 nage de l'électrode, la pastille semiconductrice étant finalement divisée suivant la frontière entre les éléments semiconducteurs A et B. On peut cependant d'emblée diviser la pastille semiconductrice en la cassant suivant la frontière entre 25 les deux éléments A et B sans que pour cela les voies conductrices dépassant chaque frontière soient aussi rompues. Le mot électrode désigne en premier lieu une électrode faisant directement contact avec la surfaae semiconductrice. Cependant il est évident qu'une voie conductrice du type à obtenir suivant 30 l'invention peut aussi provenir d'une partie d'une autre voie conductrice, qui de son côté est déposée sur une couche de SiOg aboutissant directement sur le semiconducteur, tandis que la voie conductrice suivant l'invention est formée sur une seconde couche de SiÛ2 recouvrant, par l'intermédiaire de la 35 nouvelle voie conductrice, la première couche de SiÛ2 à l'exception de ses parties formant contact. Pour attaquer localement sous les extrémités débordantes des voies conductrices on peut avantageusement munir le reste de la surface d'un revêtement lorsqu'il s'agit de 40 voies conductrices larges. Cependant il faut longtemps à l'agent 71 12444 5 2085977 corrosif pour enlersr, par corrosion locale, la couche sous-jacent® constituée généralement par du Si02 et/ou Si-N^ et/ou un oxyde métallique, et/ou un métal, et pour séparer la voie conductrice de la couche qui lui est sous-jacente. Katurelle-5 ment l'agent corrosif doit être choisi de fanon h ne pas attaquer les voies conductrices aux endroits où s'effectue la corrosion sous-jacente. On doit encore mentionner qu'il est possible de préparer la voie conductrice ou son support immédiat 10 de manière telle que l'action de l'agent corrosif à utiliser se limite exclusivement aux endroits préparés tandis que les parties restantes du dispositif ne sont pas attaquée?. Ceci a l'avantage qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des masques contre la corrosion et que des corrosions sous-jasentes ou des 15 corrosions à d'autres endroits du dispositif non effectuées intentionnellement sont éliminées, la présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un, mode d'exécution du procédé suivant l'invention donné à titre d'exemple et représen™ 20 té au dessin annexé dans lequel les figures 1 à 3 représentent les différentes phases opératoires du procédé. Au début du procédé suivant l'invention, on dispose d'une pastille semiconductrice en particulier une pastille de silicium traitée suivant la teehnique planar, qui 25 comporte un grand nombre d'éléments semiconducteurs identiques disposés sous la forme d'un réseau, et formés simultanément par une diffusion à travers un masque à partir de la même face de la pastille semiconductrice. De préférence, les zones individuelles des éléments semiconducteurs dans la pastille semi-30 conductrice sont déjà munies respectivement d'une électrode, en particulier en aluminium vaporisé et incorporé par alliage ou par frittage, ces électrodes étant attenantes à la couche isolante de masquage, c'est-à-dire la couche de protection ultérieure, recouvrant la surface restante de la pastille de sorte 35 que la surface semiconductrice n'apparait nulle part. Le cas échéant, les électrodes peuvent aussi être formées simultanément avec les voies conductrices qui font contact avec elles. Dans ce cas, on prévoit des fenêtres de contact correspondantes traversant jusqu'à la surface semi-40 conductrice. 71 12444 6 2085977 la surface semiconductriee apparat sis» an t à travers ces fenêtres est alors métallisée pair dépôt du métal constituant les voies conductrices sur la couche de laque. Les électrodes, les voies conductrices, etc, peuvent être déposées de façon lo-5 calisée, par exemple en utilisant des masques correspondanus de protection contre des dépôts par vaporisation (par exemple en laque photosensible). De préférence on utilise cependant un procédé dans lequel la couche isolante et les électrodes entourées par cette couche ou les endroits mis à nu de la 3ur~ 10 face semiconductrices sont complètement recouverts par le métal approprié, après quoi les parties B.on souhaitées de la métalli-sation sont enlevées à l'aide de la technique de la laque photosensible. Dans le procédé suivant l'invention on utilise ds préférence cette possibilité. 15 Un dispositif à soumettre au procédé suivant l'invention est représenté dans la figure 1, la représentation se limitant aux considérations se rapportant à un seul des éléments semiconducteurs A formés dans la pastille semiconductrice, à la limite dfun élément voisin B. En outre, dans la 20 figure les détails de la structure intérieure, en particulier lès jonctions pn, etc, ne sont pas représentés. Enfin, le dessin des figures 1 à 3 représente une seule électrode. La référence 1 désigne la pastille semiconductrice, la référence 2 désigne la limite ou frontière entre les éléments A et B, représentée 25 en pointillé, la référence 4 désigne l'électrode faisant contact avec l'élément A et la référence 3 désigne la couche isolante, en particulier une couche de Si02, recouvrant le reste du dispositif. On obtient une variante préférée du procédé 30 suivant l'invention lorsque l'on dépose par exemple par vaporisation, une couche de métal pouvant facilement être attaqué par corrosion à l'endroit souhaité du chevauchement de la voie conductrice faisant contact avec l'électrode 4 de l'élément Â et encore à réaliser, ceci pouvant être effectué par exemple en 35 même temps que la fabrication de l'électrode 4. Cette couche auxiliaire 5, qui peut constituer la couche directement aous-jacente à la voie conductrice à réaliser, est représentée dans les figures 1 et 2. Cette couche auxiliaire 5 s'étend dans le sens de la longueur dê la ligne de séparation 2 souhaitée, au 40 Moins aussi loin sur la couche isolante 3, que s'étendent les bad ofuginal 71 12444 7 2085977 roies conductrices sur la plage voisine B. Etant donné que les éléments semiconducteurs A, B sont disposés dans la pastille de siliciua 1 suivant une grille orthogonale, la totalité des lignes de séparation souhaitées 2 constitue un réseau orthogonal, 5 en particulier une grille à mailles carrées. C'est la raison pour laquelle on préférera travailler non pas avec des parties aétalliques 5 distinctes, mais en complétant celles-ci pour former un réseau maillé qui recouvre partout la couche S1O2 au-dessus des lignes de séparation 2 souhaitées. la phase suivante consiste à fabriquer les voies conductrices reliant les électrodes 4 et les couches de revêtement 5 en métal auxiliaire, ces voies conductrices étant constituées par un métal qui, à l'opposé du métal auxiliaire 5, ne peut être attaqué par corrosion que très difficilement. Ces voies conductrices sont fabriquées de façon suffisamment stable pour que leurs extrémités en saillie après la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention soient stables du point de vue mécanique et électrique après leur montage ultérieur et lors du fonctionnement du dispositif. Habituellement on les réalise par 20 un dépôt par vaporisation suivi d'un renforcement par dépôt galvanique. D'autre part, dans une forme de réalisation préférée, la voie conductrice est constituée par une couche inférieure mince 6 de titane et par une couche supérieure 7 d'or 25 qui est sensiblement plus épaisse. L'extrémité de la voie conductrice se trouve sur la couche de revêtement en métal auxiliaire 5 qui dans le cas pris pour exemple est de l'aluminium. Dans le cas où les électrodes 4 sont également en aluminium, elles doivent être entièrement recouvertes, en particulier par la voie 30 conductrice. Cet état est représenté dans la figure 2. La couche d'or 7 possède par exemple une épaisseur totale de 10 à 15 ju tandis que l'épaisseur de la couche de titane 6 est comprise par exemple entre 0,8 et 1ju . La couche d'or 7 est avantageusement déposée de la façon suivante: 55 tout d'abord le dispositif est recouvert sur toute sa surface par la couche 6 de titane puis par une couche d'or possédant une épaisseur d'environ 0,2jj > Finalement, cet ensemble de couches est recouverte par un masque constitué par de la laque photosensible ou un autre matériau isolant du "point de vue 4-0 électrique de manière que seuls les emplacements des voies con- 71 12444 8 2035977 ductrices souhaitées restent à nu. A ces emplacements la couche d'or est alors renforcée électroliquement suivant les dimensions prévues, lorsque l'on traite le dispositif pour enlever les parties excédentaires de la couche de Ti-Au déposée en 5 premier lieu avec un agent dissolvant l'or, par exemple de l'eau régale, une solution de KCN, de l'eau de chlore ou un mélange de HOC1 et HC1, et que le traitement s'arrête exactement au moment où le film composé plus mince de Ti et Au a juste disparu de la surface de SiC^, la voie conductrice possède juste la 10 forme souhaitée et, en dimensionnant correctement la couche d'or 7 déposée par vaporisation, an obtient l'épaisseur prévue. En outré il existe encore la couche de revêtement 5 en métal auxilaire. Cependant il n'est pas nécessaire d'utiliser un masque de protection contre là corrosion. 35 Si on pense également à combiner la corrosion de la couche sous-jacente aux extrémités des voies conductrices avec la suppression des parties excédentaires de la couche de Ti-Au, il est indiqué cependant, afin d'enlever la couche de revêtement 5 en métal auxiliaire, de compléter les opérations par 20 un processus de corrosion particulier. Dans le cas pris à titre d'exemple des combinaisons métalliques décrites, on utilise avantageusement à cet effet de l'acide phosphorique (H^PÛ^) à 80$ vendu dans le commerce. De façon avantageuse le traitement est poursuivi jusqu'au moment où juste les dernières parties 25 visibles de la couche 5 en métal auxiliaire ont disparu de la surface du dispositif, en particulier de la surface de la couche isolante 3, pour être sûr que le métal auxiliaire a aussi été enlevé par corrosion sous l'extrémité de la voie conductrice. 30 Les voies conductrices et la couche 5 en métal auxiliaire peuvent aussi être constituées par un autre métal que ceux mentionnés ci-dessus. Ainsi on peut utiliser des métaux nobles de tous types, par exemple le platine, le palladium et l'iridium pour les voies conductrices, le sine, le ^ad-35 mium, l'iridium st d'autres métaux relativement faciles à attaquer par corrosion pour la couche auxiliaire 5. La couche auxiliaire 5 peut Être constituée par une laque, par exemple une laque photosensible, qui résiste aux conditions nécessaires lors du dépôt des voies conductrices. A la fin la laque es- en-40 levée à l'aide d'un solvant. BAD ORIGINAL ' 71 12444 9 2085977 Après la corrosion résultante de la couche sous-jacente aux voies conductrices, la pastille semiconductrice 1 doit être divisée le long des sillons existant entre les éléments individuels A. Dans e» Bus, des entailles 3 xectilignes 5 correspondantes sont formées par eotrosion ou gravure principalement sur la face arrière de la pastille 1, suivant lesquelles la pastille est cassée de façon connue. Une autre possibilité consiste à former les entailles au moyen d'un faisceau laser focalisé. Les entailles 8 correspondant au tracé des surfaces Dû limitrophes 2 et forment en général ôoœme celles-ci uue grille à mailles correspondant à la grandeur et à ia forme des éléments individuels dans la pas'-iXJe. Cotte grille doit naturellement être placée dans une posifcion correcte par rapport aux éléments de la face frontale. Bana ovs oui. cii p«ui forawi' Ceux arê-15 tes de référence perpendiculaires i*uue par rapport à l'autre sur le bord de la pastille, cas arSt-ia pouvant être nettement distinguées aussi bien du côté arrière às la pasillla, ~t faire correspondre le réseau d*entailler auï la face airlir^ at les masques de diffusion et les masqua d* protection contra le 20 dépôt par vaporisation ou contre la corrosion servant à former les structures sur la face avant ûe la pastille, à ceci arêtes de référence pour amener de cette iaçon les entailles 3 et les éléments A dans la position tori'eete 1^3 une paï rapport aux autres. Une autre possibilité coxisistc A entailler la 25 pastille déjà avant le dépôt de la coucha j, suivant uu réseau •souhaité. En général, lea éléaeata A possèdent plusieurs électrodes et de ce fait aussi plusieurs voies conductrices quj cependant se terminent sur la couche 5 en métal auxiliaire 30 déposée sur la couche isolante 3. le façon avsntugeuja, on rassemblera alors alternativement line vois conductrice de l'élément. A avec une voie conductrice d'un des quatre éléments voisins sur la couche 5. 71 12444 10 2085977 - RjSyENIlICATIOHS - 1» Procédé pour fabriquer au moiiia .îtîux êxe-ments semiconducteurs à partir d'un seul cristal sdHiconaucteur se présentant sous forme d'une pastille qui, après la formation 5 des jonctions pn associées aux éléments semiconduc o*.-urs individuels ainsi que d'au moins une partie de leurs éltotrodes et des voies conauccrices établissant le contact de cas électrode:? qui sont déposées sur une couche isolante recouvrant une l'ace plane de la pastille semiconductrice, est divisée en éléments 10 semiconducteurs individuels de façon que les voies conductrices fassent saillie 3ur le bord des parties de pastille obtenues qui correspondent aux éléments semiconducteurs individuels, caractérise par le l'ait que l'extrémité qui est sloxgnée des électrodes individuelles des éléments semiconducteurs indivx-15 duels A dans la pastixle semiconductrice, de la vcj e conclue cric établissant le contact de l'électrode concernée est prolongée sur la coucne x^ol&nte vers l'un quelconque des éléments seui-eonduetfeuia l aa^acencs, puis grâce à l'action locale d'un agen corrosif ou d:uii solvant sur la voie conductrice ec/cu la couch 20 située immédiatement en-dessous, au moins la partxe de la voie conductrice (6,7) dépassant la limite de l'élément semiconducteur A est supprimée de la pastille semiconductrice sans que pour cela la xiaison de la voie conductrice avec l'électrode ou la couche située dessous soit détériorée dans le voisinage 25 ue l'électrode, la pastille semiconductrice étant finalement divisée suivant la frontière entre les éléments semiconducteurs Â et B. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le l'ait que la pastille semiconductrice (1) est 30 divisée à la frontière entre les deux éléments semiconducteurs A et B, en l'incisant et en la cassant suivant l'entaille 6 ménagée par gravure suivant une ligne droite. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la voie conductrice et/ou la 35 couche directement sous-jacente est préparée de manière telle que l'action de l'agent corrosif ou du solvant à utiliser se limite automatiquement à un domaine limité au-dessus de la fron tière (2) entre les éléments semiconducteurs A et B et au-dessous de l'extrémité des voies conductrices (6,7) sortant de 40 l'élément A. 71 12444 ii 2085977 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la couche isolante (3) recouvrant la pastille semiconductrice (l) est recouverte localement au-dessus des lignes (2) prévues pour la séparation des éléments semi-5 conducteurs A et B, par une couche (5) en un matériau, en particulier un métal pouvant facilement être dissous par comparaison avec le métal des voies conductrices, et que les extrémités des voies conductrices (6,7) sont déposées sur cette couche (5) de façon qu'elles dépassent la frontière de l'élément semi-10 conducteur B, sans cependant venir en contact avec la partie de la couche isolante (3) qui recouvre la surface de l'élément B, et que la couche (5) facilement soluble est enlevée à l'aide d'un solvant qui n'attaque pas les voies conductrices (6,7) et la couche isolante (3). 15 5. Procédé suivant la revendication 4, caracté risé par le fait que la couche (5) facilement soluble est en aluminium, tandis que les voies conductrices (6,7) sont réalisées en titane ou en chrome ou en molybdène et/ou en métal précieux, en particulier de l'or. 20 6. Procédé suivant la revendication 5, caracté risé par le fait que lors de la fabrication de la voie conductrice (6,7) sur la couche isolante (3), on dépose tout d'abord une mince couche de titane et une couche d'or plus épaisse sur celHe-ci. 25 7. Procédé suivant la revendication 6, caractéri sé par le fait que l'on dépose tout d'abord une couche de titane possédant une épaisseur d'environ 0,8 ju et que l'on dépose sur toute la surface de celle-ci une couche d'or possédant une épaisseur d'environ 0,2/i , que la couche d'or est alors ren-30 forcée localement, à l'endroit des voies conductrices (6,7) à réaliser, par un dépôt galvanique sur environ 10-15^ , que la pastille semiconductrice (l) est soumise à un traitement de corrosion sur toute sa surface à l'aide d'un agent corrosif dissolvant l'or et le titane jusqu'à ce que l'or et le titane 35 aient juste disparu par enlèvement des parties renforcées à l'endroit des voies conductrices (6,7) à réaliser. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, caractérisé par le fait que le métal de la couche (5) facilement soluble est enlevée avec de 40 l'acide phosphorique.. 71 12444 12 2085977 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,caractérisé par le fait que l'on utilise une laque, en particulier une laque photosensible, comme matériau pour la couche (5) facilement soluble portant 5 les extrémités des voies conductrices (6,7). 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la couche isolante (3), en particulier une couche de Si02» se trouvant sous les extrémités des 10 voies conductrices (6,7) est conservée lors de la corrosion de la couche sous-jacente aux extrémités des voies conductrices (6,7).