Brevet FR2146104A1 — publié le 19730302

L'invention concerne les diodes semiconductrices à contacts ramenés sur un même plan, du type à jonction semiconductrice normale à ce plan. Ces diodes sont généralement utilisées dans les lignes de transmission du type "microbande", ce vocable étant la traduction du terme plus usuel de "microstrip" emprunté à la terminologie anglo-saxonne. On sait que les différentes jonctions semiconductrices employées comme diodes peuvent se classer en deux catégories principales frère catégorie : jonction du type PN (ou NP) comportant par exemple : - une zone P+, jouant le rôle de contact ohmique - une zone N , plus ou moins épaisse et plus ou moins dopée - un substrat N+, jouant le rible la contact ohmique. 2ème catégorie : jonction du type P I N (ou N I P) comportant une structure analogue à celle de la première catégorie en remplaçant la zone N par une zone en silicium pur. Dans les deux cas, l'épaisseur totale ne peut être inférieure à une quarantaine de microns, le traitement de plaquettes dont les épaisseurs sont de cet ordre de grandeur étant déj@ particulièrement malaisé. En raison de cette épaisseur minimale, ces diodes présentent deux inconvénients A) la résistance ohmique du substrat ne permet pas d'obtenir de très faibles résistances en série. B) dans le cas de la deuxième catégorie, l'épaisseur des transitions P I et N I limite. iles performances de la diode en très haute fréquence. L'invention permet de réaliser des diodes ne présentant pal ces inconvénients. te procédé de fabrication selon l1invention comporte un certain nombre d'étapes dont le principe est le suivant - formation de reliefs (sommets et vallées) parallèles sur la surface d'une rondelle de matériau semiconducteur, par exemple du silicium. - application d'une couche protectrice de nitrure de silicium dans les vallées et sur les flancs des sommets - mise à nu dtun flanc et dopage de ce flanc par un agent d'un premier type de conductivité (N ou P) - protection du flanc dopé et mise à nu du flanc oppose suivi du dopage de ce flanc par un agent d'un type de. conductivité opposé (P ou N) ; - dépit de contacts métalliques sur les flancs - séparation des diodes par découpage de la rondelle ttinvention sera mieux comprise et dtautres caractéristiques apparaîtront au moyen de la description qui suit et des dessins annexés, parmi lesquels On a représenté figure 1, le produit obtenu par le procédé de l'invention.Sur une rondelle 1, par exemple en silicium mono- oristallin non dopé, sont formées des diodes telles que D1 etD2 constituées par des exhaussements localisés de la rondelle. On aper çoit sur la diode D1 deux parties planes A et B, respectivement dopées N+ et P destinées à recevoir les connexions de la diode. Tes parties A et B sont séparées par un exhaussement J où est matérialisée la jonction qui dans exemple choisi (silicium intrinséque) est du type P I . A titre d'ordre de grandeurs l'épaisseur de la rondelle est de G,5 mm, sa surface est de quelques centimètres carrés et chaque diode s;inscrit dans un rectangle de 2 x 1 mm sur la surface de la rondellc, l'épaisseur de la onction étant de l'ordre de 50 microns, les étapes du procédé selon l'invention, sont les suivantes (ire méthode) Etape 1 : Gravure sur toute la surface de la rondelle des reliefs 5 (figure l) en trois sous-étapes. - obtention de bandes protectrices en aluminium, ou en résine ou en cire, à l'aide de procédés de photogravure ou d'évaporation classiques. - at-taque par un mélange nitrofluorhydrique du silicium de meuré à nu entre les bandes protectrices jusqu'à une profondeur de l'ordre de 50 miorons (figure 2). - élimination des bandes par attaque chimique ou dissolution par un solvant approprié (cas de la résine et de la cire). Etape 1-2 : Dépit par pulvérisation cathodique ou réaction chimique sur toute la surface de nitrure de silicium Si3N4 (figure 4). Etape 1-3 : Traçage profond consistant à graver par sciage des sillons suivant un quadrillage tel que chaque rectangle délimité par les sillons 51, 52, 53, 54 contiennent une portion telle que PQRS de surface destinée à constituer une seule diode (figure 5). Etape 1-4 : Rodage du sommet-pour mettre à nu le silicium sur les reliefs 2 (figure 4). Etape 1-5 @ Décapage des sillons et des parties rodées de fa çon à éliminer les parties du réseau cristallin endommagées par les opérations précédentes, La figure 6 montre en coupe perpendiculaire aux relief s 2, les sillons 51 et 52. Les sillons perpendiculaires 53 et 54 ne sont pas visibles sur cette coupe. Les couches 3 sont du Si3N4. Etape 1-6 : Oxydation thermique du silicium mis à nu dans les sillons et sur les sommets pour obtenir des couches de silice telles que les portions 7t (sur le sommet) 72 et 79 dans les sillons 51 et 52 (figure 7). Etape 1-7 : Dépôt par évaporation sous vide d'un métal "A" résistant à l'acide orthophosphorique à 1600 C, par exemple de l'or ou un alliage d'or et de chromez sur le sommet des reliefs et sur le flanc de droite ainsi qu'il est représenté figure 8 par la couche 81 du métal "A". Etape 1-8 : Elimination du nitrure de silicium - sur le flanc non protégé par action de l'acide orthophosphorique à 1600 C. La silice n'est pas attaquée et l'on obtient le profil de la figure 8 où l'on voit que le flanc 2f de gauche a été mis à nu. Etape 1-9 : Elimination de la couche 81 par attaque par exemple à l'eau régale (figure 9). Etape 1-10 : Diffusion d'un agent dopant N dans la couche superficielle du flanc 21 pour obtenir une- zone 211 dopée N+ (figure 9). Etape 1-11 Dépôt de métal "A" sur la flanc 21. Etape 1-12 : Elimination du nitrure de silicium comme à l'éta- pe 1-8 'mais sur l'autre flanc. Etape -1-13 : Elimination du métal "A" comme à l'étape 1-9. Etape 1-14 : Diffusion P sur l'autre flanc pour obtenir une couche P+ en 212 (figure 10). Etape 1-15 : Dépit d'un métal "B", par exemple du palladium ou du platine, se combinant au silicium mais n'adhérant pas à la silice. Etape 1-16 : Arrachage de la couche de métal "B" sur la couche 71., par exemple par application de ruban adhésif que l'on enlève aussitôt et qui emporte avec lui le métal 3. On peut aussi attaquer le métal "B" à l'eau régale, dans le cas du platine, ce qui laisse in tact le dépôt Il de métal 1311 (figure 11) @ sur les flancs à cause de la formation d'un siliciure de platine. Etape 1-17 : Découpage des diodes par rodage de la face arrière jusqu' ce que l'on atteigne le fond des sillons (figure 11). A titre de variante de la première méthode, on peut intervertir les étapes 1-3 et 1-4,- c'est-à-dire roder les sommets avant de tracer-les sillons. Bien entendu l'étape 1-3 bis (rodage) doit être suivie de l'oxydation thermique (le décapage du sommet peut ne pas être nécessaire après rodage). Au cours de la suite des opérations, l'étape 1-6 bis consistera à oxyder les sillons à l'exolusion des sommets déjà oxydés. Par mi@les étapes suivantes, le rodage sur la face arrière (étape 1-17) peut être remplacée par un traçage an diamant dans le fond des sil Ions suivi de la séparation des diodes r r cassure selon la technologie usuelle de séparation des éléments après traage. Dans une deuxième méthode, on ne prccède pas au traçage profond en sillons (étape 1-3) et l'on a la succession d'étapes ci-après Etapes 2-1 et 2-2 : identiqlles aux étapes 1-1 et 1-2. Etape 2-3 : identique à l'étape 1-4. Etapes 2-4 à 2-14 : identiques aux étapes 1-6 à 1-16. Etape. 2-15 : découpe de la rondelle e diodes. Etape 2-16 décapage des parties se es. Dans une troisième méthode, les étapes s@ont les suivantes Etape 3-1 : Formation d'une couche de s silice sur toute la sur- iace de la rondelle, soffit pa-. cxydation @hermigue, soit par réaction d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde d'azote NO avec l'hydrure de silicium SiH4, soit enfin par pulvérisation cathodique. Etape 3-2 : Dépôt d'une couche de nitrure de silicium par plan vérisation cathodique ou réaction chimique. Etape 3-3 : Découpage des deux couches formées aux étapes pré- cédentes (121 et 122 figure 12) par photogravure à ltaide l'agents chimiques (acide orthophosphorique à 1600 C, acide fluorhydrique On poursuit l'attaque chimique jusqu'à ce que l'on obtienne une profondeur de l'ordre de 50 microns. Etape 3-4 : Qxydation thermique des flancs donnant deux couches de silice 131 et 132 (figure 13). Etape 3-5 : Dépôt d'un métal "C", résistant à l'acide fluorhydrique, par exemple un alliage chrome-argent ou chrome-or ou encore du molybdène. Ce dépôt est réalisé par exemple par évaporation sur un masque ne laissant à nu que le sommet 122 et le flanc 132 (figure 14). Etape 3-6 : Attaque de la silice sur la flanc 131. Etape 3-7 @ Elimination du métal "C". Etape 3-8 : Diffusion N+ donnant la zone 151 (figure 15). Etape 3-9 : Analogue à l'étape 3-5, mais relative au flanc 131. Etape 3-10 : Analogue à I étape 3-6, mais relative au flanc 132. Etape 3-11 : Identique à l'étape 5-7 Etape 3-12 : Diffusion P+ donnant la zone 152 (figure 16). Etape 3-13 à 3-16 : Identiques aux étapes 2-13 à 2-16 de la deuxième méthode. A titre de variante de la troisième méthode, on peut signaler la supre@@ion des étapes 3-9 et 3-1t, car lors de la diffusion il se forme sur la zone 151 un verre au bore ou un verre au pho 3- phore, suivant l'agent dopant employé, qui protège la zone 151 et évite le dépôt et l'élimination du métal "C" ramenant ainsi le nombre d'étapes à 14. Tes exemples décrits et représentés à propos de chacune des méthodes et de leurs variantes ne sont pas limitatifs. En particulier, le matériau semicônducteur peut être préalablement dopé N ou P. En ce cas, la jonction au lieu d'!tre du type P I N est du type PN ou NP. Une diffusion peut être évitée ce qui diminueza le nombre d'étapes du procédé. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de diodes semiconductrices à contacts ramenés sur un même plan, caractérisé en ce qui comporte au moins les étapes suivantes - gravure d'une rondelle de matériau semiconducteur suivant des reliefs parallèles - application d'une première série de couches protectrices en bandes parallèles permettant de diffuser un premier agent dopant de maniere à obtenir sur un premier flanc de chaque relief une couche d'un premier type de conductivité - élimination des couches protectrices de la première série - application d'une deuxième série de couches protectrices en bandes parallèles permettant de diffuser un deuxième ager'..t dopart de manière à obtenir sur un deuxième flanc de chaque relief une couche d'un deuxième type de conductivité - élimination des couches protectrices de la deuxième surie - dépôt de contacts métalliques s - découpage des composants élémentaires formés sur ladite rondelle de matériau semiconducteur 2.Procédé de fabrication suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la protection nécessaire à la réalisation desdites couches dudit premier type et dudit deuxième type de conductivité est obtenu par les moyens ci-après a) dépit de nitrure de silicium sur lesdits reliefs y compris leurs sommets b) rodage dudit sommet et formation de silice sur lc-it sommet; c) formation de silice dans lesdits sillons dudit quadrillage ; d) dépôt d'un métal "A" résistant à un agent chimique attaqua@ le nitrure de silicium. 3, Procédé de fabrication suivant la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre pour le dépôt des contacts métalliques. a) le dépôt d'un métal "B" n'adhérant pas à la silice. b) l'élimination dudit métal "B" sur les sommets desdits reliefs par l'un des deux procédés suivants * arrachage et attaque chimique. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit métal "A" est l'un des métaux suivants or et chrome et ledit métal B est l'un des métaux suivants : palladium et platine. 5. Diode sèmiconductrice à contacts ramenés sur un meme plan, caractérisée en ce qu'elleest obtenue par un procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4.