Brevet FR2085357A1 — publié le 19711224

# La présente invention concerne la fabrication de composants semi-conducteurs et s'applique plus particulièrement au cas où ces composants comportent une pastille semi-conductrice mince. On entend par mince, une épaisseur inférieure à 80 microns environ, 35 microns par exemple, Un grand nombre de telles pastilles est générale-5 ment obtenu par découpage d'une plaquette de même épaisseur et de surface suffisante ; ce nombre peut atteindre quelques milliers et le diamètre de la plaquette quelques centimètres. Dans ces conditions, la manipulation de la plaquette entraîne presque inévitablement sa rupture. C'est pourquoi il est usuel lorsque la partie électriquement utile du composant semi-conducteur doit être mince, de donner à ce 10 composant une épaisseur relativement importante, supérieure à 160 microns au moins, par exemple 500 microns, et de réaliser le composant.à partir d'une seule face de la pastille. Il est par ailleurs connu dans la fabrication de circuits intégrés de façonner en creux et saillies une face d'un bloc semi-conducteur épais puis d'y former une Un but de la présente invention est de permettre la réalisation de structures semi-conductrices comportant une lame ayant subi des traitements de diffusion à partir de ses deux faces dans des conditions commodes, cette structure présentant en même temps une résistance mécanique élevée. 35 la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un composant semi-conducteur comportant au sein d'une.pas-tille sémi-conductrice mince, une succession de couches de types de conductibilité différents, procédé selon lequel ces couches sont obtenues par des traitements de surface effectués sur les faces avant et arrière de cette pastille, procédé caractérisé en ce que, sur une surface 40 avant d'un bloc semi-conducteur épais, on effectue lesdits traitements correspon- BAD QR&tNAL 70 13263 2 2085357 dant à la face avant de ladite pastille, puis on fait, sur la face avant de ce bloc un dépSt épais d'un matériau de support, puis on abrase la face arrière de ce bloc épais jusqu'à lui donner sensiblement l'épaisseur souhaitée pour ladite pastille, puis l'on effectue sur la face ainsi abrasée lesdits traitements corres-5 pondant à la face arrière de ladite pastille. A l'aide des figures schématiques 1 à 9 ci-jointes, on va donner, ci-après, à titre non limitatif deux exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les éléments se correspondant sur ces diverses figures portent sur toutes celles-ci les mêmes numéros de référence. Toutes ces figures représentent des coupes - La figure 1 représente une structure de thyristor, - les figures 2, 3 et 4 représentent diverses étapes de l'élaboration d'un thyristor, - les figures 5, B, 7, 8 et 9 représentent diverses étapes de l'élaboration d'une diode à recouvrement rapide. 15 La structure de thyristor selon la figure 1 est en elle-même classique : elle comporte trois couches superposées 2, 4 et B de types N, P, N respectivement. Au sein de la couche B a été réalisée une zone 8 de type P et des fils conducteurs 10, 12 et 14 ont été connectés aux couches 2, B et à la zone 8 respectivement. Il est classique de réaliser une telle structure de la manière suivante : on part d'une 20 pastille semi-conductrice de type P dont la couche médiane constituera la couche 4. Sur les deux faces avant et arrière de ce bloc, on réalise par diffusion d'impuretés de type N les couches 2 et 6, puis par diffusion d'impuretés de type P sur une partie de la face arrière on réalise la zone 8. Les manipulations nécessaires à ces diverses opérations n'Entraînent habituellement aucune fracture de la pastille, 25 car l'épaisseur de celle-ci est suffisante [par exemple 300 microns) pour assurer une bonne résistance mécanique. Cependant si l'on désire une vitesse de basculement élevée pour le thyristor, tout en acceptant que ce thyristor ne supporte que des tensions inverses relativement faibles [par exemple quelques dizaines de volts), il est nécessaire de 30 diminuer considérablement cette épaisseur, jusqu'à 35 microns par exemple. Dans ces conditions, la manipulation devient pratiquement impossible sans fracture. Dans le but d'obtenir un thyristor présentant les caractéristiques indiquées ci-dessus, on part, selon l'invention, d'un bloc semi-conducteur d'épaisseur suffisante pour assurer sa résistance mécanique. Ce bloc peut être par exemple un monocristal de 35 silicium épais de 300 microns et présenter une conductibilité de type P. Sur la face avant da ce bloc, on réalise par diffusion une couche 2 de type N,le résultat obtenu étant représenté sur la figure 2, le bloc portant la référence 16. On réalise ensuite sur la face avant de ce bloc, c'est-à-dire sur la couche 2, un dépôt de matériau de support. Ce matériau peut être par exemple du silicium, un tel dépôt 40 étant appelé alors épitaxie. Les conditions de cette épitaxie doivent être telles 70 13263 3 2085357 qu'à la fin du dépât de la couche 2 n'ait pas été trop altérée. En pratique, l'épitaxie doit être faite soit à grande vitesse, soit à basse température et la couche 2 ,doit être réalisée sriginellement relativement mince, de manière à ce que pendant l'épitaxie, son épaisseur augmente jusqu'à la valeur convenable. Un tel support 5 peut être obtenu sans difficulté particulière car les lois de l'épitaxie et de la diffusion sont bien connues de même que les vitesses de dépôt et de diffusion en fonction de la température et des matériaux employés. Pour assurer convenablement sa fonction mécanique de support, la couche déposée par épitaxie doit avoir une épaisseur suffisante, 300 microns par exemple. Pour qu'une connexion électrique 10 puisse être réalisée par son intermédiaire, ce support doit être fortement dopé, de préférence avec le même type de conductibilité que la couche adjacente 2. Ce support est repéré en 18 sur la figure 3 ; 'il n'est pas nécessaire qu'il soit monocristallin. Les opérations suivantes consistent en une abrasion de la face arrière du 15 bloc 16 jusqu'à une épaisseur de 35 microns, puis en une diffusion d'impuretés de type N pour obtenir la couche 6, puis en une diffusion d'impuretés de type P pour obtenir la zone 8, puis en la réalisation de connexions 10, 12 et 14, le résultat obtenu étant représenté sur la figure 4. On peut constater qu'à aucun moment 1'épaisseur de la pastille n'a été inférieure à 300 microns. 20 Le thyristor obtenu peut donc présenter à la fois une grande rapidité de fonctionnement électrique et une bonne résistance mécanique. Quoique l'exemple qui vient d'être décrit se rapporte à un thyristor, il est bien évident qu'un transistor par exemple pourrait être obtenu par la même suite d'opérations mises à part la réalisation de la zone 8 et celle de l'une des 25 connexions. Les figures 5 à 9 se rapportent à la fabrication d'une diode à recouvrement rapide (diode snap-off). On sait qu'une telle diode permet, lorsque la polarisation qui lui est appliquée passe brusquement du sens direct au sens inverse, d'obtenir un signal à flanc raide. Au sein de cette diode, le gradient de concentration 30 doit être plus grande au voisinage de la surface de jonction. Ceci nécessite une réalisation par diffusion d'impuretés de types de conductibilité opposés à partir de deux faces d'une pastille semi-conductrice qui doit d'autre part être mince, 20 microns d'épaisseur par exemple. Divers procédés ont été proposés pour permettre la fabrication d'une telle 35 diode sans risque exagéré de fracture malgré sa minceur. On a notamment proposé de munir l'une des faces d'un support constituant en même temps une réserve d'impuretés de dopage de telle sorte que lors de l'opération de diffusion sur l'autre face deux diffusions d'impuretés de types opposés se produisent simultanément à partir des deux faces (brevet français no. 1 452 828 pour "Jonction à inversion de 40 courant rapide" au nom de la C.G.E.). Un tel mode de réalisation présente évident 70 13263 4 2085357 pient les difficultés, précédemment mentionnées relatives à la constitution de réserves d'impuretés de dopage. Selon la présente invention, on part d'un bloc épais 20 de silicium mono-cristallin sensiblement pur, dit "intrinsèque" voir figure 5. Ce bloc a une 5 épaisseur de 300 microns par exemple. Sur la face arrière de ce bloc, on réalise par diffusion une couche 22 de type N, le résultat étant représenté sur la figure 6. Puis l'on dépose sur cette couche 22 un support 24 (voir figure 7) qui peut être constitué de silicium fortement dopé de typ^ N (N+3, ce dépôt constituant une épitaxie dont les conditions appellent l'es mêmes remarques que précédemment. 10 L'épaisseur de ce support peut être de 300 microns. On abrase ensuite la face arrière du bloc jusqu'à lui conserver, y compris la couche 22, une épaisseur de 20 microns environ, le résultat étant représenté sur lq figure 8. On réalise ensuite une diffusion sur cette face arrière pour créer une couche 2B de type P et ]J'on connecte des conducteurs 26 et 28 au support 24 et à la couche 26, le i 15 résultat étant représenté sur la figure 9. Dans les deux exemples qui viennent d'être décrits, un avantage important provient du fait que les conditions de diffusion ne sont que faiblement conditionnées par la nécessité de la présence d'un support mécanique. Ce support peut être d'ailleurs complexe et comporte par exemple une couche 20 de carbure de silicium entre deux couches de silicium de manière a améliorer sa tenue aux dilatations thermiques. D'autre part, les procédés de dépôt par épitaxie sont bien connus et d'un emploi relativement simple. Le terme "épitaxie" s'applique classiquement au dépôt d'un matériau semi conducteur de même nature que celui qui sert à la fabrication 25 de la partie utile du composant [par exemple, on dépose du silicium sur du silicium, une partie de ce matériau ayant ici une action mécanique et une autre une action électrique. Il est cependant bien évident que d'autres matériaux pourraient être utilisés pour jouer le rôle de support. Il est seulement nécessaire que l'opération de dépôt du support n'altère pas trop gravement la structure semi-conduc-30 trice pré-existante. On peut utiliser par exemple des verres que l'on dépose à très basse température. Il est en outre, souhaitable de pouvoir assurer l'une des connexions par l'intermédiaire du support conformément aux exemples précédemment décrits.On connaît des verres conducteurs permettant une telle utilisation. 35 40 70 13263 5 2085357 REVENDICATIONS 1/- Procédé de fabrication de composant semi-conducteur comportant, au sein d'une pastille semi-conductrice mince, une succession de couches de types de conductibilités différents, procédé selon lequel ces couches sont obtenues par des traitements 5 de surface effectués sur les faces avant et arrière de cette pastille, procédé caractérisé en ce que, sur une face avant d'un bloc semi-conducteur épais, on effectue lesdits traitements correspondant à la face avant de ladite pastille, puis on fait, sur la face avant de ce bloc, un dépôt épais d'un matériau de support, puis on abrase la face arrière de ce bloc épais jusqu'à lui donner sen-10 siblement l'épaisseur souhaitée pour ladite pastille, puis l'on effectue sur la face ainsi abrasée lesdits traitements correspondant à la face arrière de ladite pastille. 2/- Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite pastille semi-conductrice est constituée d'un monocristal de silicium et ledit matériau de support est cons-15 titué de silicium, le dépôt de ce matériau se faisant par épitaxie à une vitesse suffisamment grande pour que la structure semi-conductrice pré-existante ne soit pas détériorée. 3/- Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite pastille semi-conductrice est constituée d'un monocristal de silicium, et ledit matériau de support est 20 constitué de silicium, le dépôt de de matériau se faisant par épitaxie à une température suffisamment basse pour ne pas détériorer la structure semi-conductrice pré-existante. 4/- Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau de support est un verre conducteur apte à être déposé à froide 25 5/- Procédé de fabrication d'un thyristor comportant au sein d'une pastille semi-conductrice mince une succession de trois couches superposées de types de conductibilité alternés, une couche arrière, une couche médiane, une couche avant et une zone d'émetteur de type de conductibilité opposé à celui de la couche arrière et située dans cette couche, procédé selon lequel l'on crée lesdites couches avant 30 et arrière par diffusion, sur les faces avant et arrière d'un bloc semi-conducteur préalablement aopé d'impuretés de dopage de type de conductibilité contraire à celui du dopage préalable, procédé caractérisé en ce que, après avoir effectué ladite diffusion sur la face avant de ce bloc, on effectue sur cette face avant un dépôt de silicium de manière à constituer un support épais de manière à inclure dans ce 35 support des impuretés de dopage de même type de conductibilité que celles de ladite couche avant et avec une concentration supérieure au double de celle au sein de cette couche avant, puis on abrase la face arrière de ce bloc jusqu'à luiù donner sensiblement l'épaisseur souhaitée pour ladite pastille, puis l'on effectue sur la face ainsi abrasée ladite diffusion correspondant à la face arrière. 40 6/- Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'épaisseur de ladite pastille 70 13263 I 6 2085357 mince est inférieure à la moitié de celle dudit bloc épais et à la moitié de celle dudit support. i 7/- Procédé selon la revendication 5 dans lequel l'épaisseur de ladite pastille mince est inférieure à 80 microns et celles dudit bloc épais et dudit support supé-5 rieures à 160 microns. 8/- Procédé de fabrication d'une diode semi-conductrice à recouvrement rapide, procédé selon lequel des diffusions d'impuretés de dopage de type opposé sont effectuées sur les faces avant et arrière d'une pastille semi-conductrice et selon lequel un support est déposé par épitaxie sur ladite face avant, procédé caractérisé en ce 10 que sur une face avant d'un bloc semi-conducteur épais on effectue ladite diffusion correspondant à la face avant de ladite pastille, puis on effectue sur ladite face avant, ledit dépôt d'un support, puis l'on abrase ladite face arrière de ce bloc jusqu'à lui donner sensiblement l'épaisseur souhaitée pour ladite pastille puis on effectue sur la face aisi abrasée ladite diffusion correspondant à la face 15 arrière de ladite pastille. 9/- Thyristor comportant au sein d'une pastille semi-conductrice une succession de couches de types de conductibilités alternés thyristor caractérisé en ce qu'il comporte en outre, sur l'une des faces de ladite pastille un support constitué du matériau semi-conducteur, la concentration en impuretés de dopage de ce support 20 étant au moins dix fois supérieure à celle desdites couches qui est adjacente et de même type, l'épaisseur de ce support étant au moins deux fois supérieure à celle de cette pastille. 25 30 35 40