Brevet FR2102327A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer simultanément un grand nombre de composants semi-conducteurs identiques, à jonction pn, à partir d'un disque semi-conducteur ionique, plus particulièrement suivant la technique planar ou 5 mesa. De tels procédés sont généralement courants dans la technique moderne des semi-conducteurs ; leurs caractéristiques essentielles résident dans le fait que le plus grand nombre de phases opératoires pour la fabrication est exécuté avant que 10 le disque semi-conducteur soit subdivisé en ses différents composants. Seules les opérations pour l'exécution desquelles il faut tenir compte de l'individualité du composant, telle que par exemple l'opération de montage, sont effectuées après la subdivision du disque semi-conducteur. 15 Dans la fabrication industrielle il est pratiquement impossible que tous les composants fabriqués à partir d'un disque semi-conducteur unique possèdent une qualité suffisante. Un critère pour la qualité est, comme on le sait, l'importance de la tension ou du courant inverse des jonctions pn. L'invention a 20 pour objet d'utiliser ce critère de la tension ou du courant inverse pour conférer aux différents composants rassemblés sur le même disque semi-conducteur une caractéristique qui indique si chaque composant individuel satisfait aux exigences concernant la tension ou le courant inverse. 25 Pour résoudre ce problème, l'invention propose le procédé qui consiste, après la réalisation des jonctions pn appartenant aux différents composants qui sont présents dans le -disque semi-conducteur, à pourvoir la face arrière dudit disque d'une électrode commune à tous ces composants du système ou à 30 connecter en parallèle toutes les électrodes appartenant aux différents composants, à mettre la face recto du disque en contact avec un électrolyte pouvant servir à l'oxydation anodique et/ou à l'enlèvement électrolytique de la substance semi-conduc-trice ou d'une substance formant électrode et présente sur la 35 face recto, ou encore au dépôt métallique, une jonction pn au moins des composants semi-conducteurs étant polarisée dans la direction de blocage, et à subdiviser finalement, après le traitement électrochimique, le disque en ses composants individuels. 40 Suivant un mode d'exécution préféré, le cristal semi 71 29909 2 2102327 conducteur forme l'anode, plus particulièrement avec emploi d'un électrolyte permettant une oxydation anodique. La tension à utiliser est par exemple choisie de telle façon qu'elle soit identique avec la tolérance admissible pour la tension ou le 5 courant inverse. Pour des éléments qui ne satisfont pas à cette tolérance, le courant qui passera par la jonction pn de ces éléments aura une valeur importante correspondante. L'inconvénient de cela se répercute dans l'effet électrolytique. Il est bien évident qu'un seul côté des jonctions pn de blocage doit 10 être relié à 1'électrolyte, ce qui revient à dire que la jonction pn ne doit pas être court-circuitée. Le procédé habituel pour tester des systèmes semiconducteurs à jonction pn dans la fabrication simultanée décrite d'un grand nombre de composants semi-conducteurs identiques à 15 jonction pn à partir d'un disque semi-conducteur unique, s'opère en appliquant une pointe de mesure sur les plages de contact des systèmes semi-conducteurs et en mesurant la tension inverse et le courant inverse des systèmes semi-conducteurs. Des systèmes dont les valeurs limites présentent des écarts par rapport 20 aux valeurs limites imposées sont marqués de façon particulière, par exemple à l'encre et ils sont triés après subdivision du disque semi-conducteur en ses composants individuels. La mesure et le marquage s'opèrent avec des dispositifs correspondants entièrement automatiques ou semi-automatiques, dont le prix 25 d'achat est considérable bien que ces machines soient loin d'être exemptes de pannes. Suivant le procédé conforme à l'invention, on ne mesure plus un système individuel ; on enlève plutôt par voie électrolytique et simultanément le contact métallique de tous 30 les systèmes sur la totalité du cristal semi-conducteur. Une autre possibilité réside dans le fait qu'on utilise l'effet d'oxydation de certains bains électrolytiques, avec utilisation d'oxydation anodique, dont l'importance dépend à nouveau de la valeur du courant, donc des propriétés de blocage des différen-35 tes jonctions pn dans les systèmes individuels. Dans tous les cas, tin système défectueux se distinguera des systèmes voisins par une modification quelconque de sa surface, soit par une couche d'oxyde plus épaisse, soit par une épaisseur dégagée trop importante. Au moyen de la tension qui règne dans l'élec-40 trolyte entre le cristal semi-conducteur formant anode d'une 71 29909 3 2102327 part et la cathode.d'autre part, ainsi que-par le"truchement de la durée de l'attaque chimique, on peut.régler les valeurs limites voulues pour la tension inverse et pour le courant inverse. Si la face recto du disque semi-conducteur est déjà 5 pourvue de ses électrodes, celles-ci auront à souffrir pendant les opérations électrolytiques déjà décrites. Ainsi, par exemple, dans le cas de systèmes défectueux, un contact métallique sera teinté par oxydation anodique, en sorte que les systèmes défectueux, donc ceux qui ne se situent pas dans une limite de tolé-10 rance voulue, peuvent être facilement identifiés. L'avantage de ce procédé réside dans le fait que l'on peut tester simultanément un grand nombre de disques et que l'on peut ainsi diminuer très largement le temps qui était nécessaire avec les procédés qui consistaient à tester séparément chaque 15 élément semi-conducteur. A titre d'exemple et à l'aide de la figure 1, on décrira ci-dessous un mode d'exécution du procédé conforme à l'invention. Le dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du pro-20 cédé conforme à l'invention comporte un bac électrolytique 1 contenant un électrolyte 2 susceptible par-exemple d'être utilisé pour une oxydation anodique, et,dans lequel .plonge une contre-électrode .3 =qui, da.ns l'exemple représenté, est branchée comme cathode. La cathode 3 est reliée à un-potentiomètre 4 aux 25 bornes duquel on produit une chute.de tension au moyen d'une source de tension continue 5 . .Pour contrôler les. courants qui passent par l'électrolyte on utilise un .ampèremètre 6 et une résistance de limitation du courant désignée par la référence 7. Le disque semi-conducteur 8 à traiter plonge par sa face 30 frontale ou face recto dans 1'électrolyte, et il est maintenu dans cette position par une pipette aspirante 9.fixe qui forme en même temps le raccordement électrique du circuit décrit ci-dessus. Elle contacte la face verso du disque semi-conducteur 8, dans laquelle aboutissent tous les éléments semi-conducteurs, 35 alors que les composants sont séparés, sur la face recto, par les jonctions pn ou peuvent être pourvus d'électrodes individuelles 8". Entre la.face recto et la face verso du disque semi-conducteur 8 s'étend au.moins une jonction pn 8' de blocage f qui,si ells débouchait-sur-la fapf .recto du disque, devrait y être 40 protégée contre 1'électrolyte au moyen d'une couché de protection 71 29909 4 2102327 isolante qui la recouvrirait. En aucun cas une jonction pn ne doit venir en contact avec l1électrolyte car celui-ci court-circuiterait la jonction pn. La face recto de ceux des systèmes semi-conducteurs 5 dont la tension de claquage est inférieure à la différence de potentiel ûU entre la face verso du disque et 1'électrolyte 2, sera oxydée anodiquement ou subira une corrosion, et pourra de ce fait être reconnue, par exemple par l'absence de l'électrode 10. Les autres systèmes ne subissent pas de changement, tout 10 au moins pour le moment. Mais 15oxydation anodique de certaines parties de la face recto du disque est. liée à une diminution à la valeur initiale tu courant. 11 en résulte que le courant total baisse. Par suite du montage choisi,la différence de potentiel AU entre 1'électrolyte et la face verso du disque aug-15 mente alors automatiquement. Il en résulte que des systèmes semi-conducteurs ayant des courants inverses plus élevés seront également oxydés anodiquement. L'accroissement de la différence de potentiel 6U cesse finalement d'elle-même. Ce qui est remarquables c'est que le rapport entre le 20 courant d'avalanche et le courant inverse est, dans le cas normal, plus particulièrement dans des dispositifs au silicium, supérieur à 10+^. Le taux d'oxydation dans le procédé décrit ci-dessus est réglé de façon correspondante. Des systèmes présentant un courant inverse trop élevé, par exemple le décuple 25 de la valeur nominale de celui-ci pour une tension déterminée, subissent une oxydation d'autant plus prononcée. Par le choix approprié de la durée d«oxydation, on peut arriver à faire disparaître par exemple les contacts des systèmes à courant inverse décuplé, alors que les systèmes qui satisfont les autres exi-30 gences ne perdent qu'une fraction, par exemple 1/10 de l'épaisseur de leurs contacts 10 ou seulement le dixième de l'épaisseur de la substance semi-conductrice. Comme on l'a signalé ci-dessus, on peut également utiliser pour caractériser les propriétés de blocage des dif-35 férents éléments, des taux de corrosion différents. Dans les variantes décrites jusqu'ici du procédé conforme à l'invention, le disque semi-conducteur est branché comme anode. En outre, au moins la jonction pn à tester doit être polarisée dans la direction de blocage. Si on a à s'occuper 40 de diodes semi-conductrices, ces conditions ne peuvent être BAD ORIGINAL 71 29909 5 2102327 satisfaites que si la substance semi-conductrice qui avoisine 1'électrolyte présente une conductivité du type p. Si la diode individuelle dans le disque est constituée de telle manière que l'on a introduit dans la substance de base de conductivité 5 n, des zones de conductivité p selon la technique planar, en sorte que la face verso du disque présente une conductivité du type n, on contactera, conformément au dispositif représenté dans la figure 1, la face arrière du disque avec une électrode commune unique, et le procédé sera exécuté comme décrit ci-10 dessus. Si par contre les zones introduites présentent une conductivité n et la substance de base une conductivité p, les zones de conductivité n doivent être connectées en parallèle et il faut les relier à la résistance de limitation 7 dans la 15 figure 1 (l'électrode aspirante peut, pour des raisons géométriques, être difficilement utilisée pour l'établissement d'un contact ; il faut alors prévoir une pipette aspirante particulière pour supporter le disque semi-conducteur). La face du disque présentant la substance de base de conductivité p est 20 alors amenée directement en contact avec 1'électrolyte 2, sans avoir été préalablement couverte. Etant donné que les courants se limitent essentiellement sur les plages de la face recto du disque qui se situent directement en face des parties des jonctions pn qui lui sont parallèles, on obtient une oxydation ou 25 un enlèvement de matière aux endroits de la face recto du disque qui se situent précisément immédiatement en face de telles jonctions pn. Ce phénomène peut également être utilisé pour repérer les systèmes défectueux. S'il s'agit de dispositifs à semi-conducteurs possé-30 dant plusieurs jonctions pn, en particulier de transistors ou de diodes pnpn, alors on polarisera les jonctions pn à tester dans la direction de blocage, conformément aux indications données ci-dessus. Dans ce cas également il faut veiller à ce que la jonction pn à tester se situe dans la direction de blo-35 cage. Par contre il est indifférent que ce soit la matière de conductivité p ou la matière de conductivité n qui avoisine 1'électrolyte. Dans les variantes du procédé conforme à l'invention et décrites ci-dessus, le disque semi-conducteur à tester a été 40 utilisé comme anode. En principe, on peut toutefois exécuter un 71 29909 6 2102327 procédé de test dans lequel le disque semi-conducteur à tester est utilisé comme cathode. L'électrolyte est constitué dans ce cas par une solution d'un sel du métal de contact, par exemple par un sel de chrome ou de nickel. Etant donné que la jonction 5 pn à tester doit à nouveau être située dans la direction de blocage, un courant électrolytique plus important passe par les systèmes défectueux et y provoque un dépôt métallique. Les conditions sont précisément inverses à celles des variantes décrites jusqu'ici, en sorte que les conditions nécessaires pour la 10 mise en oeuvre de cette variante découlent immédiatement des exemples donnés précédemment. Mais il peut toutefois être souhaitable de limiter la métallisation non pas sur les systèmes défectueux mais sur les bons systèmes. Ceci est en effet possible si, suivant une va-15 riante de l'invention, le disque semi-conducteur à tester et pourvu des éléments semi-conducteurs,forme l'électrode et est amené en contact d'un électrolyte susceptible de provoquer, au passage d'un courant, le dépôt d'un métal alors qu'on applique simultanément aux jonctions pn des systèmes à tester un courant 20 alternatif ou des impulsions d-'un courant alternatif dont l'amplitude correspond sensiblement aux tolérances admissibles. Pour la mise en oeuvre de ce procédé on peut utiliser le dispositif représenté dans la figure 1, avec une source de tension alternative correspondante. 25 Pendant la phase du dépôt métallique, la surface du semi-conducteur doit être utilisée comme pôle négatif. En raison des jonctions pn, il faut en outre qu'un courant suffisant passe par les jonctions pn pendant cette phase. Les jonctions pn doivent donc être polarisées dans le sens du passage du cou-30 rant, le semi-conducteur étant branché au potentiel de la cathode . Si par exemple, dans la fabrication de diodes planar dans un disque semi-conducteur de conductivité n, et avec utilisation d'un masquage correspondant en SiOg on a obtenu, par 35 diffusion d'atomes d'accepteur, un grand nombre de structures de diodes planar qui ont été recouvertes et par conséquent isolées au moyen de la couche de SiO^, à l'exception des zones de conductivité p nécessaires pour les branchements électriques et de la face verso du disque de conductivité n, il convient, pour 40 obtenir le résultat recherché, de polariser les zones n négati 71 29909 7 2102327 vement par rapport aux zones pn et d'amener ces dernières en contact avec 1'électrolyte, alors que les zones n sont à contacter avec l'électrode 9. Lorsque la conductibilité est uniforme dans les deux 5 directions du passage du courant, comme cela est le cas, par exemple dans des systèmes en court-circuit, le métal qui se dépose pendant l'alternance négative, est enlevé pendant l'alternance positive, alors que les systèmes intacts se situent, dans l'alternance positive, dans la direction de blocage et ne 10 perdent donc pas leur métallisation. L'amplitude absolue de la tension de l'alternance négative doit être supérieure à la tension de diffusion de la diode, alors que l'amplitude positive de la tension ne doit pas être supérieure à la tension d'avalanche de la diode. 15 Si l'on superpose à une tension continue positive ap pliquée au disque, une tension alternative dont l'amplitude absolue de la tension de l'alternance négative est supérieure à la tension continue appliquée, on ne provoque la métallisation que des systèmes dont la tension inverse est supérieure à la 20 tension continue positive appliquée. La somme de la tension continue positive appliquée et l'amplitude absolue de la tension de l'alternance positive ne doit pas être supérieure à la tension inverse. Le courant continu peut également être un courant continu pulsatoire. 25 Pour réaliser les conditions de fonctionnement corres pondantes il est avantageux de brancher en parallèle sur la résistance variable servant à régler les intensités du courant, par exemple un potentiomètre, un redresseur, avec la polarité correspondante, et de relier cette disposition entre l'électrode 30 9 et la contre-électrode 3. On applique ainsi au disque semiconducteur et à 1'électrolyte la superposition d'un courant alternatif avec des impulsions de courant alternatif redressé, dont le rapport peut être réglé suivant les besoins. Il est clair que les systèmes court-circuités sont 35 court-circuités temporairement au moins par ce genre d'impulsions, en sorte qu'on ne constate aucune dissymétrie dans les conditions du dépôt. C'est la raison pour laquelle les systèmes défectueux ne présentent aucun dépôt. Pour les systèmes en bon état par contre on remarque sur leur surface un dépôt métallique 40 sensible en raison de l'effet de redressement maintenu sans 71 29909 8 2102327 modifications. Le résultat obtenu sera explicité à l'aide de la figure 2. Dans celle-ci on a réalisé, dans un disque semi-ccn-5 ducteur, plusieurs diodes du type pn ou np, cette réalisation ayant été effectuée suivant la technique planar. Le matériau ou la substance de base du disque semi-conducteur est dans ce cas désigné par la référence 10, les jonctions pn sont désignées par la référence 11 et les zones diffusées de la diode sont 10 désignées par la référence 12. La face recto et les parties latérales du disque semi-conducteur 10 sont recouvertes d'une couche de SiOg désignée par la référence 13 dans laquelle on a laissé subsister, par des fenêtres correspondantes, les emplacements qui servent à contacter les zones 12. La face verso du 15 disque est contactée avec une électrode 14 qui est reliée directement à la résistance de limitation conforme à la figure 1. La disposition selon la figure 1 peut servir sans aucune modification. Toutefois, à la place de la source de courant continu 5 on utilise une source alternative ou une source susceptible 20 de fournir des impulsions alternatives. De plus, 1'électrolyte 2 doit permettre le dépôt d'un métal de contact. Le dispositif obtenu à l'aide du fonctionnement en courant alternatif montre aux emplacements de contact des zones 12, comme cela a déjà été indiqué ci-dessus, une métallisation 14. Par contre les systèmes 25 défectueux (voir par exemple le troisième à partir de la gauche) ne font apparaître aucun dépôt métallique, ou tout au plus un dépôt métallique insuffisant, Ces systèmes sont donc désignés comme étant inutilisables et ils sont donc négligés lors des phases opératoires ultérieures de la fabrication» La métallisa-30 tion 14 des systèmes en bon état est utilisée pour la réalisation de leurs contacts. Elle est par conséquent frittée ou reliée par alliage avec le matériau de la zone semi-conductrice 12. Habituellement, l'électrode auxiliaire 14 est supprimée après le test et avant que le disque soit subdivisé en ses 35 divers éléments individuels. Les systèmes pourvus de l'un des signes caractéristiques mentionnés ci-dessus et qui ne satisfont pas aux exigences posées, peuvent encore être reconnus après que le disque semi-conducteur ait été subdivisé en ses différents éléments 40 individuels ; ils sont alors mis à 1?écart de toutes les opéra- BAÇ ORIGINAL ' 71 29909 9 2102327 tions de fabrication ultérieures. 71 29909 10 2102327 REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser simultanément un grand nombre de composants semi-conducteurs identiques à jonction pn à partir d'un disque semi-conducteur unique, plus particulièrement suivant la technique planar ou la technique mesa, caractérisé 5 par le fait qu'il consiste, après la réalisation des jonctions pn appartenant aux différents composants qui sont présents dans le disque semi-conducteur, à pourvoir la face arrière dudit disque d'une électrode commune à tous ces composants du système ou à connecter en parallèle toutes les électrodes appartenant aux 10 différents composants, à mettre la face recto du disque en contact avec un électrolyte pouvant servir à l'oxydation anodique et/ou à l'enlèvement électrolytique de la substance semi-conductrice ou d'une substance formant électrode et présente sur la face recto, ou encore au dépôt métallique, une jonction pn au 15 moins des composants semi-conducteurs étant polarisée dans le sens de blocage, et à subdiviser finalement, après le traitement électrochimique, le disque en ses composants individuels. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le cristal semi-conducteur constitue l'anode d'un 20 circuit de test en courant continu, et qu'on utilise un électrolyte susceptible de permettre l'obtention d'une oxydation anodique ou de conduire à l'enlèvement de la matière. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la tension inverse à utili- 25 ser est identique à la tolérance de la tension inverse admissible pour les composants. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le cristal semi-conducteur est utilisé comme cathode d'un bain électrolytique susceptible d'autoriser le dépôt d'un 30 métal. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la source de tension est une source de tension alternative utilisée de telle manière que le corps semi-conducteur est branché, pendant un temps, comme cathode, toutes les jonc- 35 tions pn étant polarisées dans le sens du passage du courant, alors que pendant une autre période le corps semi-conducteur est branché comme anode, les jonctions pn étant alors bloquées.