Brevet FR2262405A1 — publié le 19750919

La presente invention concerne la fabrication de composants ~semiconducteurs à commutation rapide, tels que thyristors, transistors et diodes, et vise plus particulièrement à la diminution du temps de coupure ou temps de recouvrement de ces composants. Il est connu, pour obtenir de faibles valeurs de ces temps de coupure de reduire la duree de vie des porteurs minoritaires dans le silicium par exemple, par l'introduction de centres "de recombinaison". Generalement ces centres sont constitues par des atomes d'or, de platine ou de tout autre métal pouvant être introduits dans le reseau cristallin en position intewticielle ou substitntiotr nelle et fournissant des niveaux d'énergie convenablement places dans la bande interdite du silicium. La valeur finale de duree de vie des porteurs minoritaires depend de la densite de centres de recombinaisons presents dans la zone faiblement dopee de la structure et la quantité de ces centres peut être réglée par action sur les conditions de diffusion des atomes qui doivent les constituer - temperature et duree de diffusion, - epaisseur et qualite du dépôt generateur, - qualite de l'interface etc. Les procédés généralement utilisés partent d'une plaquette de silicium convenablement décapée chimiquement sur laquelle on a déposé sur une face ou deux faces, une couche du métal par voie chimique, électrolytique, ou par évaporation sous vide. On procéde ensuite a une diffusion sous atmosphère ou sous vide a haute température. Dans ces conditions l'introduction de quantité précise du métal tueur est difficile à régler, d'une part à cause du peu de finesse de la méthode de depôt quant a l'ajustement du volume de métal, d'autre part a cause de -la présence d'oxyde à l'interface silicium - métal, lequel perturbe de façon incontrolable la diffusion dudit métal dans le réseau cristallin. La présente invention a pour but de pallier à ces deux inconvénients en permettant un ajustement précis et reproductible de la quantité d'atomes du métal générateur de centres de recoabinaison, et par conséquent un réglage très précis de la durée de vie des porteurs minoritaires. Elle a pour objet un procédé de fabrication de composants semiconducteurs a commutation rapide comportant les étapes suivantes - fabrication d'une structure semiconductrice au sein d'une plaquette monocris talline ; - élimination des impuretés sur au moins une face de ladite plaquette ; - dépôt d'une couche d'un matériau ',tueur" sur au moins ladite face ; - diffusion des atomes dudit matériau tueur travers ladite plaquette par chauffage de cette dernière ; caractérisé par le fait que - ladite élimination des impuretés se fait par attaque ionique de manière a éliminer une couche de matériau semiconducteur épaisse d'au moins 50 angstroems, - ledit dépôt se faisant ensuite par pulvérisation cathodique. A titre d'exemple, on va décrire ci-après les opérations effectuées suivant l'ínvention, dans le cas dlun thyristor comportant, successivement de l'anode à la cathode, une couche P épaisse de 70 microns, une couche N de 300 microns, une couche P de 70 microns, dans la surface de laquelle est insérée une couche d'émetteur de 25 microns. Sur la face anodique ou sur les deux faces, on réalise les opérations suivantes a) une attaque ionique dans de l'argon sous une pression de 5 millièmes de torr, avec une puissance radiofréquence de 200 W sur un diamètre de 10 cm pendant 2 minutes, ce qui entraîne l'-eliminationd'une couche de silicium épaisse de quelques centaines d'angstroems.La couche éliminée doit être épaisse d'au moins 50 angstroems pour que la diffusion puisse se faire ensuite dans de bonnes conditions de reproductibilité b) le dépôt dans la même enceinte, d'une couche d'or épaisse de 100 angstroems par pulvérisation cathodique dans de l'argon sous la pression précedemment indiquée. La puissance radiofréquence est de 50 W, pour un diamètre de la cible d'or de 15 cm et une durée de tordre de 105 s environ, choisie selon l'appa- reillage utilise, pour obtenir l'épaisseur précédemment indiquée ; c) diffusion de l'or pendant une durée et à une température qui sera fonction de la durée de vie désirée, par exemple. La présente invention présente les avantages suivants - Elimination complète de l'oxyde de silicium à la surface de la plaquette avant le dépôt d'or, de telle sorte que la diffusion ultérieure de l'or ne risque pas d'etre perturbée par des traces d'oxyde subsistant à l'interface, - Dosage précis de la quantité de metal tueur déposée, grâce à l'emploi d'une methode de dépôt controlable et de rapidité connue, de telle sorte que cette quantité peut être juste suffisante pour assurer une diminution convenable de la durée de vie des porteurs minoritaires tout en évitant la formation d'agglomérats ou d'eutectique avec le silicium lors du traitement thermique de diffusion. Ces zones d'agglomérats ou d'eutectique sont en effet génantes lors des opérations ultérieures de montage de la plaquette. - Possibilité d'utiliser aisément des matériaux tueurs autre que l'or ; le platine et le palladium par exemple. Dans le cas d'un thyristor, cela permet de diminuer le temps de coupure, c'est-à-dire le temps minimal entre l'instant d'extinction du thyristor par annulation et inversion de la tension à ses bornes, et l'instant où il est possible d'appliquer à nouveau une tension directe sans risque de réamorçage. Ce temps peut être par exemple abaissé de plusieurs centaines de microsecondes à quelques microsecondes, toutes les valeurs intermédiaires étant réalisables. Dans le cas d'une diode, l'invention permet de diminuer le temps de recou vrement, ctest- -direla durée du courant inverse a partir d'une inversion de tension. Dans le cas d'un transistor, elle permet de diminuer la durée du courant collecteur subsistant à partir de l'instant de coupure du courant de base. On peut noter que l'action sur les caractéristiques de commutation de ces dispositifs, lorsqu'on utilise la présente invention, peut être suffisamment précise pour obtenir des valeurs prédéterminées du temps de coupure à partir d'abaques faisant intervenir les principaux paramètres opératoires. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication de composants semiconducteurs à commutation rapide, comportant les étapes suivantes - fabrication d'une structure semiconductrice au sein d'une plaquette monocristalline ; - élimination des impuretés sur au moins une face de ladite plaquette ; - dépôt d'une couche d'un matériau tueur sur au moins ladite face ; - diffusion des atomes dudit matériau tueur à travers ladite plaquette par chauffage de cette-dernière, caractérisé par le fait que - ladite élimination des impuretés se fait par attaque ionique de manière à éliminer une couche de matériau semiconducteur épaisse d'au moins 100 angstroems, - ledit dépôt se faisant ensuite par pulvérisation cathodique. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaisseur dudit dépôt est comprise entre 50 et 200 angstroems. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite attaque ionique et ladite pulvérisation cathodique se font par le procédé dit "radio fréquence" dans une même enceinte.