Brevet FR2096402A1 — publié le 19720218

La présente invention est relative à la fabrication des dispositifs à semi-conducteurs ; l'invention vise plus particulièrement la formation de gaufrettes semi-conductrices ultra-minçe s » 5 Des .diodes à résistance négative améliorées connues sous le nom de diodes IMPAIT (ionisation-par choc et temps de transition), qui sont à même d'engendrer des ondes électromagnétiques pour des fréquences de micro-ondes, sont décrites dans l'article "The IMPATT Diode — A Solid State Microwave Generator," de K.D. 10 Smith, Bell Laboratories Record. Vol. 45, Mai 1967, page 144; dans l'article "Microwave Si Avalanche Diode with Nearly .Abrupt Type Junction," de T.Misawa, IEEIf Transactions on Electron Devices Vol. ED-14,Septembre 1967, page 580; et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.270.293. Les diodes de ce type at-15 teignent une résistance négative par une différence de phase appropriée entre les tensions aux bornes externes et les impulsions de courant se déplaçant en travers d'une région àe transit du dispositif. Au fur et à mesure que la fréquence opératoire devient progressivement plus grande, l'épaisseur de la région 20 active d'un dispositif doit devenir progressivement moindre'et, si la diode est formée sur une gaufrette de silicium classique, la majeure partie de la diode peut, être-constituée d'u^e partie de support inactive qui constitue une résistance électrique en série . Il serait par conséquent souhaitable de former la diode 25 sur un substrat de gaufrette semi-conductrice très mince . Du fait de la susceptibilité du silicium vis-à-vis des fissures, cependant, des gaufrettes aussi minces qu'on pourrait iouhaiter, ne peuvent être formées par le procédé traditionnel de tranchage , de la gaufrette dans un cylindre de silicium et de polissage con-30 sécutif pour amener la gaufrette à la minceur requise. Un procédé éventuel qui a été considéré pour la réalisation de gaufrettes "ultra-minœs consiste à faire croîtra une couche à épitaxie de conductivité (de type n) relativement faible sur un substrat de silicium de conductivité (typè n+) relative-35 ment élevée. Un contact est réalisé avec la périphérie du substrat n+ et le substrat est dissous par morsure électrolytique, Du fait que la vitesse de morsure électrolytique du silicium de conductivité élevée est bien supérieure à certaines tensions que celle du silicium de faible conductivité, la vitesse de morsure tombe 40 de manière abrupte une fois que le substrat a été dissous et 71 22448 2 2096402 Itetisenfie peut être retiré avec la couche épitaxiale sensiblement intacte. Naturellement on obtient ainsi la gaufrette de silicium mince désirée à partir de laquelle les diodes IMPATT de fréquence élevée peuvent être fabriquées. 5 Malheureusement, cette technique permet d'obtenir, ainsi qu'on l'a constaté, des gaufrettes minces d'épaisseur non uniforme . Du fait de la tendance de la partie du substrat de type n+ voisine du contact, à être mordue ou dissoute dans une mesure supérieure à celle des autres parties, le substrat n'est 10 pas attaqué de manière uniforme. Le substrat et la couche épitaxiale peuvent également être dissous à proximité du contact, tandis que les parties du substrat restent non dissoutes à certains endroits. Un procédé de réalisation de gaufrettes semi-conductrices 15 ultra-minces consiste à former une couche semi-conductrice mince sur un substrat semi-conducteur, la couche présentant une résisti-vité notablement supérieure à celle du substrat, à masquer la couche, à immerger l*ensemble dans un électrolyte, le substrat et la couche ayant chacun une vitesse de morsure qui est fonction 20 de la tension appliquée, à appliquer à la couche et au substrat une tension vis-à-vis d'une électrode voisine qui communique au substrat une vitesse de morsure relativement élevée, mais qui communique à la couche une vitesse de morsure notablement plus faible, en sorte que le substrat se dissolve de manière sélec-25 tive, à former un contact sensiblement continu de type barrière de Schottky sur à peu près la surface exposée entière de la couche avant la morsure, à sceller la périphérie du substrat en sorte que la couche ne soit pas exposée et que seule une surface du sub-trat soit exposée à 1'électrolyte, et à appliquer la tension à 30 la barrière de Schottky,assurant ainsi "l'uniformité de la dissolution sélective. On a constaté qu'en formant un contact continu sous l'aspect d'une barrière de Schottky sur la surface entière de la couche -épitaxiale, la morsure uniforme du semi-conducteur est as-35 surée, permettant ainsi d'obtenir une gaufrette ultra-mince finie d'épaisseur sensiblement uniforme. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivant réalisée en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels : 40 - la figure 1 est une illustration schématique d'un ap 71 22448 3 2096402 pareil permettant de former une gaufrette semi-conductrice ultra-mince selon une forme de réalisation illustrative de l'invention; et - la figure 2 est un diagramme de la vitesse de morsure 5 du silicium en fonction de la tènsion dàils "1 ' appareil de la figure 1. On se réfère à présent aux dessins ; la figure 1 montre un ensemble 11 utilisé pour la formation de gaufrettes semi-conductrices ultra-minces conformément au procédé de l'invention,» L'ensemble comprend un substrat de silicium de 10 type n+12 présentant une couche épi-taxiale de type n 13 sur laquelle un contact 14 a été formé sous l'aspect d'une barrière de Schottky. Ces composants sont montés à l'aide d'une couche de cire 15 sur un support isolant 16 qui est immergé dans un électrolyte 17. Une batterie 19 produit une tension entre le contact 15 14 formée par la barrière de Schottky et une électrode 20 à l'intérieur de l'électrolyte pour dissoudre par morsure électro-lytique le substrat 12. Le but de ce procédé est de dissoudre sélectivement le substrat 12, tout en laissant la couche épita-xiale 13 intacte sous la forme de la gaufrette semi-conduc-20 trice ultra-mince. Le premier stade du processus est de faire croît® par voie d'épitaxie la mince couche 13 sur le substrat 12. Ce dernier est line pastille traditionnelle de silicium de conductivité n+, qui est découpée dans un cylindre de silicuim de manière classi-25 que. La croissance par épitaxie est en fait un procédé de formation d'une couche ou de film mince, tel que le produit formé constitue un prolongement de la structure du réseau cristallin du substrat. Des couches épitaxiale uniformes ayant une épaisseur de l'ordre de 1 micron peuvent être formées habituellement de 30 manière bien connue dans la technique. Ensuite, le contact - barrière de Schottky - 14 est forme sur la surface exposée de la couche épitaxiale 13- Un bon contact peut être assuré en vaporisant un métal, typiquement de l'or, sur la surface épitaxiale. De même, la surface épita-35 xiale peut être revêtue d'un adhésif conducteur tel qu'une pâte d 'argent et pressée solidement contre soit une feuille d'or, soit une couche conductrice sur l'élément support 16. Si l'interface semi-conducteur-métal est convenablement plat, le contact obtenu sera sensiblement continu sur à peu près la surface en-40 tière de la couche épitaxiale, Dans tous les cas, le contact doit 71 22448 4 2096402 fonner une bonne barrière de Schottky, c'est-à-dire qu'il doit avoir une discontinuité de la conductivité nette à l'interface et de bonnes caractéristiques de redressement. La barrière de Schottky est nécessaire pour empêcher l'injection de porteurs 5 minoritaires dans la couche épitaxiale au cours de la morsure électrolytique du substrat. L'ensemble 11 est ensuite complété en montant le substrat sur l'élément de support 16 à l'aide de la couche de cire 15, qui a également pour rôle de masquer la périphérie du sub-10 strat au cours de la morsure. L'ensemble est immergé dans l'électrolyte 17 qui est de préférence une solution d'acide fluorhydri-que à 5$. La tension entre l'électrode 20 et le contact 14, appliquée par la batterie 19, est alors choisie pour donner une vitesse de morsure bien plus élevée du substrat 12 que de la 15 couche épitaxiale 13. On se réfère à présent à la figure 2 qui représente un diagramme donnant la vitesse de morsure en unités de 25,4 microns à la minute en fonction de la tension du silicium dans l'appareil de la figure 1. Les courbes 23, 24,et 25 indiquent 20 les vitesses de morsure de silicium présentant des résistivités respectives de 0,01 ohm-centimètre , 0,03 ohm-centimètre et 0,1 ohm-centimètre . Ces courbes révèlent qu'il est possible de choisir les résistivités et les tensions appliquées adéquates en sorte que la vitesse de morsure du substrat soit supérieure 25 de plus d'un ordre de grandeur à celle de la couche épitaxiale 13. Par exemple, si le substrat a une résistivité de 0,03 ohm-centimètre , correspondant à la courbe 24, et si la couche épitaxiale aune résistivité de 0,1 ohm-centimètre, correspondant à la courbe 25, et si la tension- appliquée est de 8 volts, alors 30 la vitesse de morsure du substrat sera relativement élevée, tandis que celle de la couche épitaxiale reste extrêmement faible. Après application de la tension, le substrat 12 est dissous par le mécanisme bien connu de la morsure électrolytique. Une fois que le substrat a été complètement dissous, l'ensemble peut être 35 retiré de 1'électrolyte avant qu'une morsure notable de la couche épitaxiale n'ait lieu du fait de la vitesse de morsure extrêmement faible ie la couche épitaxiale. La couche métallique 14 peut alors être retirée, par exemple, par morsure sélective, ou bien elle peut rester collée à la gaufrette ultra-mince pour 40 un usage ultérieur à titre d'électrode de dispositifs semi-con 71 22448 5 2096402 ducteurs que l'on formera à partir de la gaufrette. Les vitesses de morsure différentielles illustrées dans la figure 2 sont prévisibles en supposant un courant de porteurs majoritaires (électrons) à travers le semi-conducteur 5 au cours de la morsure. En ce qui concerne les porteurs minoritaires, c'est-à-dire le courant de trous, les vitesses de morsure des deux semi-conducteurs sont sensiblement similaires, au lieu d'être radicalement différentes comme cela est nécessaire dans le processus. Il est donc important que le contact 10 14 soit formé d'une barrière de Schottky pour empêcher l'injection de porteurs minoritaires dans le semi-conducteur au cours de l'opération. De même, il est recommandé que la morsure soit faite dans l'obscurité pour éviter la génération photonique non désirée de trous dans le semi-conducteur. La barrière 15 de Schottky qui constitue le contact est polarisée dans le sens direct . Des gaufrettes ultra-minces ayant une épaisseur de 8 microns et un diamètre d'environ 20 mm ont été obtenues avec succès en utilisant la technique décrite ci-dessus. On a obtenu 20 des épaisseurs uniformes de 1 micron, lorsque des fenêtres de 1,27 mm de diamètre ont été formées par morsure dans le substrat. Il est naturellement difficile d'obtenir des gaufrettes de grand diamètre avec des épaisseurs aussi faibles "qu'un micron. Un revêtement de matière photosensible KTFR peut être utilisé à titre 25 de masque pour former les fenêtres nécessaires lorsque l'on produit des films de moins de 8 microns d'épaisseur environ. Bien que l'agitation de l'électrolyte apporte line certaine aide, conformément à une pratique classique, il est important de ne pas agiter trop vigoureusement pour éviter d'intro-30 duire des contraintes dans la gaufrette ultra-mince. Un milli-ampèranètre à courant continu peu être commodément inclus dans le circuit électrique pour contrôler le courant de morsure afin de s'assurer de l'instant où l'épaisseur désirée aura été obtenue. Lorsque le substrat a été complètement dissous, le courant de 35 morsure tombe et l'ensemble peut être retiré. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé que l'on vient de décrire uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 71 22448 6 2096402 REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation de gaufrettes semi-conductrices ultra-minces, ce procédé consistant à former une couche semi- 5 conductrice mince sur un substrat semi-conducteur, cette couche ayant une résistivité notablement supérieure à celle du substrat, à masquer la couche, à immerger l'ensemble dans un électrolyte, caractérisé en ce que le substrat et la couche ont chacun une vitesse de morsure qui est fonction de la tension appliquée, 10 on applique à la. couche et au substrat une tension vis-à-vis d'une électrode voisine, qui communique au substrat une vitesse de morsure relativement élevée, mais qui communique à la couche une vitesse de morsure notablement basse, en sorte que le substrat se dissolve sélectivement, on forme un contact sensible-15 ment continu ou barrière de Schottky sur à peu près la surface exposée entière de la couche avant la morsure, on scelle la périphérie du substrat, en sorte que la couche ne soit pas exposée et que seule une surface du substrat soit exposée à 11électrolyte, et on applique la tension à la barrière de Schottky, en sorte 20 d'assurer l'uniformité de la dissolution sélective. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaufrette est formée de silicium et le stade de formation d'une couche mince consiste à faire croître par épitaxie une mince couche de silicium ayant line résistivité notablement su-25 périeure à celle du substrat. 3.- Procédé selon la revendication 2,caractérisé en ce que le stade de formation d'un contact ou barrière de Schottky sur la couche consiste à vaporiser du métal sur la couche, le stade d'élimination du contact résidant dans la 'morsure sélective 30 du métal pour le séparer de la couche. 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le stade de formation d'une barrière de Schottky consiste à revêtir la couche d'un adhésif conducteur et à presser un contact métallique plat contre l'adhésif sous pression. 35 5„= Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1'électrolyte est formé d'acide fluorhydrique et le stade de scellage de la périphérie consiste à revêtir la périphérie du substrat de cire. 6.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce 40 que la couche semi-conductrice et le substrat semi-conducteur 71 22448 7 2096402 présentent une conductivité de type n et le stade d'application d'une tension consiste à polariser dans le sens direct le contact formé par la barrière de Schottky précitée.