Brevet FR2061563A1 — publié le 19710625

La présente invention concerne les dispositifs à semiconducteurs, et notamment les dispositifs de puissance tels que les thyristors, et a pour objet le dégagement d'une jonction semiconductrice. Dans un dispositif à semiconducteur à deux ou plusieurs régions ou couches de type de conductivité alternés, chaque couche forme avec une couche adjacente une jonction P.N. Généralement ces jonctions P.N. sont obtenues par diffusion d'impu retés du type P dans un substrat de type N, ou d'impuretés du type N dans un substrat de type P. La diffusion s'effectue le plus souvent sur des disques de silicium à faces parallèles, et à partir d'une face dudit disque de silicium et progresse à l'intérieur de celui-ci selon un front parallèle à ladite face. Lorsque le processus de diffusion est arrêté, le front a atteint une certaine profondeur et c'est à ce niveau que se situe la jonction. On peut également procéder à la diffusion simultanément sur les deux faces du disque de silicium : on obtient alors deux fronts de diffusion.Ainsi lorsque l'on procède au dégagement d'une jonction, à la périphérie du disque, degagement consistant généralement en la création d'un biseau faisant un angle donné avec une face du disque on devrait obtenir un dégagement régulier de ladite jonction. Cependant on ne procède à une telle opération de dégagement que lorsque le disque de silicium a été soudé par une face sur un disque en métal réfractaire, du molybdène par exemple, constituant une électrode, et après que l'autre face ait été en partie revêtue d'un alliage or-antimoine par exemple, afin de constituer une seconde électrode ; on obtient ainsi un élément semiconducteur qui est ensuite enfermé dans une enceinte étanche, l'ensemble constituant un dispositif semiconducteur. Le biseautage du disque de silicium selon un angle donné est le plus souvent effectué mécaniquement par abrasion, à l'aide d'une pièce métallique ayant la forme d'une calotte sphérique ; dans cette opération l'élément semiconducteur est pressé contre la face de la calotte et l'on constate que le dégagement de la jonction est irrégulier, ladite jonction étant dégagée à certains endroits et pas à d'autres. Ceci est dû d'une part au fait que les faces extrêmes de l'élément cons tituées par une face du silicium et une face du molybdène ne sont pas rigoureusement parallèles après l'opération d'alliage, et d'autre part à la répartition non uniforme de la pression sur l'element lors de l'opération de biseautage.Le degagement irrégulier de la jonction est mis en évidence par la mesure de la tension inverse que peut supporter l'élément , il est cependant souvent difficile dans le cas d'éléments dont la tension inverse n'est pas aussi bonne que désirée de savoir si ce de faut est consécutif à un dégagement incorrect ou insuffisant de la jonction ou s'il est attribuable-d une autre cause, au cristal de silicium par exemple. Lorsque le biseau fait un angle très faible, quelques degrés, avec la face du disque de silicium, une partie importante de ladite face est enlevée au cours de l'opération de biseautage ; la partie centrale seule est conservée, et cette partie est d'autant plus petite que le biseau est plus incline. I1 est nécessaire d'en tenir compte lors du processus d'alliage de l'électrode d'or, afin de limiter ses dimensions et éviter toute attaque mécanique de ladite électrode au cours de l'opération de biseautage. Il est en effet impératif, dans le cas d'un thyristor, de ne pas attaquer ladite électrode, l'alliage or-antimoine constituant dans ce cas une jonction P.N. avec le disque de silicium,joncticn utilises pour la commande dudit thyristor.Cette jonction est toujours à très basse tension et il n'est jamais necessaire de la dégager, en dehors éventuellement de certaines portions limitXesO dans le but principalement de mettre à nu la couche de silicium exempte d'or, sous jacente, afin d'y prendre un contact pour la commande du thyristor. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients des divers procédés mecaniques connus utilises pour le degagement d'une jonction semiconduc trios à laide d'un procédé remarquable en ce qu'il consiste à faire tourner un élément semiconducteur et à obtenir le dégagement d'une jonction d'un disque semiconducteur à partir de sa face extérieure à l'aide d'un outil exerçant une pression sur une partie seulement de la périphérie dudit disque on rotation, y créant ainsi une entaille circulaire dont le fond fait un angle donné avec la jonction à dégager, jonction parallèle à la face extérieure dudit disque. Le procédé selon lDinvention est également remarquable par le ait que l'on peut ajuster l'angle forme par le fond de l'entaille avec la jonction en réglant la position de l'outil par rapport à la face extérieure du disque semiconducteur. Selon une autre caracteristique, l'entaille est obtenue à l'aide d'un abrasif venant en contact du disque semiconducteur et de l'outil Selon une autre caractéristique l'extrémité de l'outil en contact avec le disque semiconducteur est diamantée et l'utilisation d'un abrasif n'est plus nécessaire. Selon une autre caracteristique, l'textrémité de l'outil n'est en contact avec le disque semiconducteur, que sur une partie de la surface ds zen ce dernier et loutil est animé d'un mouvement de rotation afin que son extrémité soit use régulièrement et que l'entaille ait toujours la même forme. L'invention vise également les semiconducteurs obtenus par le procédé selon l'invention. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, donne à titre d'exemple non limitatif et illustres par les figures annsxes. La figure 1 représente un éliment semiconducteur thyristor comportant un biseau obtenu de façon classique. La figure 2 représente un élément semiconducteur thyristor comportant une entaille conforme à l'invention. La figure 1 représente un élément semiconducteur du type thyristor comportant quatre régions P.N.P.N ; I est un disque en matériau semiconducteur de type N, 2 et 3 sont des régions de type P obtenues par diffusion d'impuretés de type P dans un matériau 1. 4 est une électrode d'or antimoine, alliée au disque semiconducteur sur une partie de la face 7 et formant une quatrième région de type N au voisinage de la région 2 de type P, 5 est un biseau faisant un angle a de 30 à 60 degrés avec la jonction PN formée par les régions 1 et 3, 6 est un biseau faisant un angle ss de quelques degrés avec la jonction PN formée par les régions 1 et 2 ; dans le cas de la figure, cet angle ss a pour valeur trois degrés.Comme il a été dit, un tel biseau 6 est obtenu classiquement par abrasion à l'aide d'une pièce métallique hémisphérique, et on voit qu'il suffit dlun léger défaut lors de l'opération de biseautage pour venir attaquer l'électrode 4 et faire varier l'angle ss suffisamment pour que la jonction PN formée par les régions 1 et 2 ne soit pas dégagée sur toute la périphérie. La figure 2 représente un thyristor obtenu comme celui de la figure 1. par diffusion, et dont le dégagement de la jonction formée par les régions 1 et 2 a été réalisé conformément à l'invention par une entaille 60 comprenant un biseau 61 faisant un angle 6 de l'ordre de un degré avec ladite jonction P. N et une zone de raccordement 62 avec la face 7 du disque semiconducteur. La forme de l'entaille 60, obtenue par un outil permet de conserver intacte une plus grande surface extérieure de la face 7 que dans le cas de la figure 1, d'où la possibilité de donner à l'élec- trode 41 une surface plus grande que celle de l'électrode 4 de la figure 1. Après réalisation des biseaux 5 et 61 de la figure 2, le dispositif est soumis comme dans le cas de la réalisation classique des biseaux de la figure 1, à une attaque chimique destinée à éliminer les zones du disque semiconducteur perturbées par l'abrasion mécanique, puis à un rinçage à l'eau distillée. il est possible de limiter l'entaille 60, de façon à conserver intacte une plus grande surface de la face 7, de l'élément semiconducteur, tout en conservant l'angle ô du biseau 61 avec la jonction P.N pour pour cela il suffit de régler la po- sition de l'outil par rapport à l'extrémité de la face extérieure 7 de façon à entamer plus ou moins ladite face. Il est également possible de faire varier l'angle 6 en faisant varier l'inclinaison de l'outil formant l'entaille 60 tout en conservant intacte la meme surface de la face 7 que précédemment ; bien entendu le réglage de l'inclinaison de l'outil est effectué avant l'opération de dégagement. On-peut également conserver l'outil en position et donner à l'extrémité formant le biseau un profil différent de façon à obtenir un angle 6 différent ; on peut à cet effet disposer d'une série d'outils correspondant à des angles 6 donnés. Au début de l'opération de dégagement d'une jonction, le disque semiconducteur 1 est en rotation et l'outil servant à réaliser l'entaille 60 étant au contact de ladite face 7 et y exerçant une pression, l'entaille se forme progressivement et régulièrement à la périphérie dudit disque 1, l'outil se déplaçant légèrement de la profondeur de l'entaille, et dans une direction telle que son extrémité fasse toujours l'angle 6 avec la face 7, ou la jonction à dégager, qui lui est parallèle. L'entaille 60 peut donc etre obtenue avec un outil pouvant se déplacer et dont l'extrémité en contact avec ladite face 7 est pratiquement plane, ou a le profil désiré de façon à obtenir un biseau faisant un angle 6 déterminé avec la jonction Selon une forme préférée de l'invention l'outil est un cylindre à base circulaire animé d'un mouvement de rotation sur lui-même, dont l'axe est incliné d'un angle 6 par rapport à une perpendiculaire à la face 7 du disque semiconducteur et dont l'extrémité en contact avec le disque semiconducteur est circulaire. Ladite extrémité de l'outil en contact avec le disque semiconducteur peut avoir, selon un rayon, un profil comprenant à partir du centre, une partie plane déterminée par une zone de raccordement, de façon à reproduire par exemple un profil tel que celui de la figure 2. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution décrits et représentés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples ; en particulier on pourra, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par. des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/- Procédé de dégagement d'une jonction d'un élément semiconducteur cylindrique composé d'un disque en métal réfractaire allié à une face d'un disque semiconducteur comportant au moins une jonction voisine de l'autre face du disque semiconducteur non alliée au disque en métal réfractaire, ou face libre, procédé consistant à créer un biseau faisant un angle donné avec ladite jonction et caractérisé par le fait que l'on fait tourner l'élément semiconducteur cylindrique autour de son axe, et qu'une extrémité d'un outil exerçant une pression sur une partie seulement de la périphérie de la face libre dudit disque semiconduteur y crée une entaille circulaire dont le fond fait un angle donné avec ladite jonction à dégager, ledit outil se déplaçant au cours de l'opération du dégagement dans une direction perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la face libre du disque semiconducteur de telle manièrt que le fond de l'entaille fasse toujours le même angle avec ladite face libre au cour de ladite opération. 2/- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'outil se déplace selon une direction parallèle à l'axe de rotation de l'élément semiconducteur et que l'extrémité dudit outil en contact avec la face libre du disque semiconduteur fait un angle donné avec ladite direction. 3/- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'outil se déplace selon une direction faisant un angle donné avec l'axe de rotation de l'élément semiconducteur, l'extrémité de l'outil en contact avec la face libre du disque semiconducteur étant perpendiculaire à ladite direction de déplacement de l'outil. 4/- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, pour régler l'angle d'un biseau, on règle l'angle que forme la direction de déplacement de l'outil avec l'axe de rotation de l'élément semiconducteur. 5/- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'outil est cylindrique, de section droite circulaire et animé d'un mouvement de rotation autour de son axe, la direction de déplacement étant confondue avec ledit axe de rotation 6/- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que l'extrémité de l'outil en contact avec le disque semiconducteur est diamantée. 7/- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que conjointement avec l'outil on utilise un agent d'abrasion en suspension dans un liquide ou sous forme de pâte. 8/- élément semiconducteur cylindrique comportant au moins une jonction dont le dégagement est effectué par le procédé précité.