Brevet FR2317768A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne une diode rapide d'un type nouveau et son procédé de fabrication. De façon générale, une diode se compose d'un substrat semi-conducteur d'un certain type de conductivité, par exemple de type N, une jonction étant formée par diffusion d'un dopant de type opposé, par exemple le type P, et, de façon générale, pour assurer un bon contact ohmique avec les courbes de métallisation de la diode, la face du substrat de type N opposée à la face dopée de type P est fortement dopée à l'aide d'un dopant de même type que le substrat pour acquérir le type de conductivité N+ dans le cas considéré. On appellera une telle diode, diode PNN+. Pour qu'une telle diode soit une diode rapide, il est connu qu'il est nécessaire que la zone N ou zone intrinsèque soit aussi mince que possible que le front de diffusion de la jonction NP soit aussi raide que possible; il faut en outre prévoir un dopage à ltor. Il se présente là une difficulté importante de réalisation. En effet, comme cela est bien connu, pour la fabrication d'une diode à partir d'un substrat de silicium monocristallin par des procédés de diffusion, il est difficile de partir d'une tranche de silicium trop fine. En effet, si cette tranche de silicium est trop fine, par exemple d'une épaisseur inférieure à une épaisseur de l'ordre de 150 microns, elle devient extrêmement cassante et court des risques d'endommagement sérieux au cours des diverses manipulations et étapes de fabrication. D'autre part, si l'on part d'une tranche de silicium monocristallin initiale trop épaisse, les diffusions dans le silicium pour former les zones P et N+ seront nécessairement des diffusions profondes, et ainsi, d'après les techniques usuelles, le front de jonction ne pourra être un front raide. En conséquence, un objet de la présente invention est de prévoir de nouvelles diodes rapides présentant une épaisseur de zone intrinsèque particulièrement mince et des fronts de jonction particulièrement raides. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication permettant d'utiliser les tranches de silicium monocristallin d'épaisseur très faible. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une nouvelle structure de diode. Pour atteindre ces objets la présente invention prévoit d'utiliser initialement une tranche de silicium monocristallin brute de sciage sur une face et polie de façon appropriée par exemple par rodage et polissage chimique sur l'autre face, cette tranche ayant une épaisseur faible mais suffisante pour permettre sa manipulation mécanique. Ensuite, sur la face polie du substrat est déposée une couche de silicium polycristallin, puis la deuxième face du substrat est rodée et polie chimiquement et une couche de silicium polycristallin est déposée sur cette deuxième face. Après ces étapes préparatoires, une double diffusion est effectuée à partir des deux faces opposées de silicium polycristallin, par painting (ou procédé à la peinture) simultané à partir de substances comprenant des dopants de type opposé. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante faite en relation avec les dessins joints dans lesquels Les figures IA, 1B et 1C sont destinées à illustrer certaines étapes du procédé selon la présente invention; et La figure 2 représente à titre d'exemple la distribution de dopant en atomes par cm) dans une diode rapide obtenue par le procédé selon la présente invention. On notera tout d'abord dans cette demande, que l'on dé crira à titre de mode de réalisation préféré des diodes construites- à partir d'un substrat de type N. De façon évidente, ces diodes pourraient également être construites à partir de substrat de type P en changeant de façon correspondante tous les types de polarité. On notera également que les dessins sont uniquement destinés à faciliter la compréhension de la description et que les dimensions et échelles ne constituent en rien une représentation d'un dispositif pratique. La figure 1A représente une tranche 1 de silicium monocristallin d'épaisseur el. Cette tranche de monocristal de silicium est telle que sa surface inférieure est brute de sciage et que sa surface supérieure est rodée et polie-chimiquement. L'épaisseur e1 est telle que cette tranche de silicium polycristallin peut tre manipulée sans risque excessif de rupture. A titre d'exemple, cette tranche aura une épaisseur supérieure à 150 mi crons, par exemple de 160 microns. Sur la face polie supérieure de cette tranche 1 de silicium monocristallin, est formée une couche 2 de silicium polycristallin d'épaisseur e2. Comme cela est représenté en figure LB, l'ensemble formé par la couche de silicium polycristaîlin 2 et le substrat 1 est ensuite soumis à un traitement de rodage et de polissage chimique sur la face inférieure du substrat, clest-å-dire celle qui n'est pas recouverte de silicium polycristallin. Ainsi, l'épaisseur du substrat est ramenée à tell~ On notera que l'épaisseur e2 indiquée précédemment doit en conséquence être choisie de sorte que la somme de e2 + e'l soit supérieure ou égale à l'épaisseur minimale permettant une manipulation commode de cette tranche.Avec les exemples numériques pris précédemment où el était initialement égal à 160 microns, e2 sera par exemple choisi de 30 microns et le rodage et le polissage chimique sont tels qu'ils ramènent e1 à une épaisseur de 130 microns. On obtient ainsi une épaisseur totale e2 + e11 de 160 microns qui est compatible avec une manipulation de la tranche. Dans une étape suivante, une double diffusion simultanée par painting peut être effectuée en recouvrant les deux faces du substrat muni de la couche de silicium polycristallin 2 de produits appropriés, pour fournir des dopages de type P et N respectivement. A titre d'exemple, la double diffusion par painting simultané peut être effectuée à partir d'élémen comprenant du 3203 et du P205 respectivement pour former des couches diffusées au bore et au phosphore. Toutefois, comme cela est représenté dans les figures 1B et 1C, on préférera déposer sur la face libre du substrat une autre couche de silicium polycristallin 3 dtépaisseur eD, cette couche ayant à la fois pour rôle de renforcer encore l'épaisseur de la tranche et d'éviter des attaques possibles du substrat de silicium monocristallin par les divers produits de dopage On obtient ainsi à l'état finals comme cela est représenté en figure 1C, une diode telle que les diffusions dans la zone de silicium monocristallin elle-même se font selon une épaisseur relativement peu profonde, étant donné que cette zone de monocristal est très fine et que les diffusions traversent au préalable les zones de silicium polycristallin destinées à assurer la tenue mécanique du dispositif. On notera que dans le silicium polycristallin, les diffusions s'effectuent à une grande vitesse et qu'il n'y apratiquement pas de variations de la concentration de dopant en atomes par c 2 dans un tel milieu. En figure lC,on a désigné par la référence A,la frontière externe de la couche de silicium polycristallin 2; par B,le point de raccordement de la couche de silicium polycristallin et du substrat 1; par C,la limite de diffusion du dopant ayant pénétré à partir de la couche supérieure; par D,la limite de diffusion du dopant ayant pénétré à partir de la couche inférieure; par E,la frontière entre la couche de silicium polycristallin 3 et le substrat 1; et par F,la frontière externe de la couche de silicium polycristallin 3. Ces références A, B, C, D, E et F sont reprises en figure 2. Dans cette figure, il est représenté la concentration de dopant en atomes par cm) dans 1 1élément de la figure 1C. Des valeurs numériques sont indiquées à titre d'exemple.On notera en particulier à partir de cette figure que les fronts de diffusion aux points C et D sont particulièrement raides du fait que ltépais- seur 3E de la couche de silicium monocristallin est faible. En outre, du fait de la faible épaisseur de la couche de silicium monocristallin, on peut déterminer avec une grande précision itépais seur restante CD de la zone intrinsèque. L'élément représenté en figure 1C peut autre directement muni de métallisations et d'électrodes sans enlever les couches de silicium polycristalîin-pour former une diode rapide. De plus, comme cela est bien connu de l'homme de l'art après les diverses étapes de fabrication de la diode et avant la formation des électrodes, une diffusion d'or sera effectuée pour accroftre les capacités de fonctionnement de la diode en diode rapide. Bien que lton ait décrit ci-dessus la fabrication d'une diode individuelle, il est clair que selon les techniques couramment utilisées pour la fabrication des semi-conducteurs, on fabriquera en fait simultanément une pluralité de diodes identiques sur une tranche de semi-conducteur monocristallin de grande dimension et les diodes individuelles seront ensuite séparées par découpage et montées dans des montures appropriées. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une diode rapide à partir d'un substrat de semi-conducteur faiblement dopé et d'un premier type de conductivité, ce substrat étant sous forme d'une tranche mince d'épaisseur el polie sur l'une de ses faces, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - déposer sur la face polie du substrat une couche de silicium polycristallin d'épaisseur e2, - polir la face opposée du substrat de silicium polycristallin pour ramener ce substrat à une épaisseur e'l, cette épaisseur e'l étant inférieure à l'épaisseur limite qui permet normalement une manipulation mécanique commode d'un substrat mais la somme e'1 + e2 étant supérieure à cette épaisseur limite, - effectuer des diffusions appropriées. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dernière étape se subdivise en les étapes suivantes - déposer une couche de silicium polycristallin sur la deuxième face du substrat, - effectuer une diffusion par double painting simultané à partir des deux faces de silicium polycristallin de l'élément ci-dessus. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à effectuer une diffusion d'or. 4 - Diode rapide,caractérisée en ce qu'elle comprend entre deux métallisations - une couche de silicium polycristallin dopée par un dopant d'un premier type de conductivité, - une couche de silicium monocristallin dont - la partie supérieure est dopée par ledit do pant du premier type de conductivité, - la partie centrale n'est pas redopée (est intrinsèque), - la partie inférieure est dopée par un dopant d'un deuxième type de conductivité, - l'épaisseur totale est inférieure à l'épais seur limite permettant une bonne tenue mécanique d'une tranche de monocristal de silicium, - une deuxième couche de silicium polycristallin dopée par le dopant du deuxième type de conductivité, 5 - Diode rapide selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier dopant est du bore. 6 - Diode rapide selon la revendication 4, caractérisée en ce que le deuxième dopant est du phosphore.