Brevet FR2288388A1 — publié le 19760514

ta présente invention concerne des structures intégrées nouvelles associant plusieurs dispositifs élémentaires semi-conducteur similaires présentant une électrode commune et des procédés pour leur fabrication. De plus, la présente invention concerne, plus particulièrement des structures associant deux diodes ou deux thyristors présentant une électrode commune et des procédés pour leur fabrication. Une caractéristique commune à tous les circuits électroniques courants est qu'ils nécessitent une source d'alimentation et généralement une source d'alimentation continue. Ces alimentations continues sont obtenues de façon générale par redressement d'une tension alternative d'alimentation par des ponts redresseurs en double alternance. ta miniaturisation croissante des circuits électroniques eux-m#mes et des circuits logiques amène à ce que dans un circuit électronique complexe ,la dimension du pont redresseur d'alimentation est loin autre négligeable par rapport à la dimension de l'ensemble du circuit.Ainsi, une demande se fait sentir pour des ponts de diodes ou des ponts mixtes (c' est-à-dire des ponts associant des diodes et des thyristors) de faible encombrement, de tension élevée et de puissance moyenne, par exemple de I à 15 ampères Bous 500 volts. L'intégration d'un pont de diodes monolithique présente de nombreuses difficultés' techniques qui sont essentiellement dues à l'isolement électrique des différentes diodes ou thyristors, à la tenue en tension de ces diodea ou thyristors, et à la prise des contacts ohmiques sur les zones conductrices. Dans l'art antérieur, on a proposé la fabrication d'ense- bles de diodes présentant une électrode commune qui sont formés à partir -d'une structure à trois couches P, N, N +par exemple, en formant un sillon profond, traversant les couches P et N pour atteindre la couche N+ pour former ainsi deux diodes présentant une cathode commune. Un inconvénient de ce mode de fabrication réside dans le fait, qu'en pratique, la couche N a une épaisseur très faible et qu'en conséquence, le sillonnage laisse en place seulement une épaisseur très faible de cette couche N+ et qu'entre l'étape de sillonnage et l'étape ultérieure de glassivation, la structure présente une très grande fragilité qui complique les étapes de fabrication. En conséquence, la présente invention prévoit un nouveau procédé de fabrication de structuresintégréffl associant plusieurs dispositifs élémentaires à semi-conducteur similaires présentant une électrode commune dans lequel les étapes du procédé de fabrication sont plus fiables Pour atteindre cet objet, le procédé de fabrication de structures intégrées associant plusieurs dispositifs élémentaires à semi-conducteur similaires présentant une électrode commune selon la présente invention prévoit les étapes suivantes 1. Former une structure comprenant plusieurs couches alternées cor respondant à la structure, ou à une partie de la structure du dis positif désiré; 2.Former à partir d'une première face de la structure des zones de diffusion profonde de même dopage que la couche externe de cette première face selon le contour désiré des dispositifs élémentai res; 3. Former à partir de la face opposée de la structure des sillons faisant affleurer les zones de diffusion profondes selon ce même contour; et 4. Remplir ces sillons d'un agent passivant. Ces caractéristiques ainsi que d'autres concernant notamment des structures intégrées de la présente invention seront expo- sées en détails dans la description suivante de modes de réalisaticfl préférés, faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 représente une structure de diode classiq- La figure 2a est une vue en coupe d'une structure ifltÎ:#: associant deux diodes selon la présente invention et la figure ob est une représentation schématique de cette structure du circuit électrique équivalent. Les figures 3a et 3b sont respectivement des vues de dessus et de face en coupe d'une structure intégrée selon la présente invention; et La figure 4 est une vue en coupe d'une structure intégrée associant deux thyristors selon la présente invention. En se référant à la figure 1, on va d'abord décrire à titre d'exemple une structure de diode classique. Une telle diode comprend, de façon générale, trois couches alternées : un substrat de type N 10, comprenant une couche extrême de type P, généralement à dopage plus élevé , 11 et une couche extrême de type N+ 12, cette couche 12 étant généralement nécessaire 61 b s e ohmicité du contact fait par la couche 13. Une couche de contact 14 est déposée sur la couche de type P 11. Des dépits de passivation 5 sont prévus pour passiver la jonction N-N+ entre les couches 10 et 12 et des dép8ts de passivation 16 sont prévus pour passiver la jonction N-P entre les couches 10 et 11. Un fil de cathode 17 est lié à la couche de contact 15 et un fil d'anode 18 est lié à la couche de contact 14. Coupe ordre de grandeur, on peut indiquer de façon générale que l'épaisseur de la couche de type P est de 1'ordre-de 30 microns, celle de la couche N de l'ordre de 200 microns et celle de la cou che N+ de l'ordre de 10 à 15 microns (pour une diode de puissance). Conne on l'a exposé précédemment, il a été envisagé dans l'art antérieur de former à partir d'une structure P-N-N+, telle que représentée en figure 1, plusieurs diodes présentant une électrode commune. Pour ce faire, on a prévu de ménager un sillon profond à partir de l'une des faces de la pastille semi-conductrice traversant deux couches, soit la couche N+ et la couche N, soit la couche P et la couche N. Un premier inconvénient de ce procédé réside dans le fait qu'un sillonnage aussi profond et devant être ar- rêté de façon précise est particulièrement difficile à réaliser. Un deuxième inconvénient réside dans le fait qu'une fois ce sillonnage réalisé, la structure sillonnée résultante est d'une extrfme fragilité vu la faible épaisseur de la couche restante. La figure 2a représente un mode de réalisation d'un enseble de deux diodes à anode commune selon la présente invention. En partant du i%me ensemble de couches P-N-N+ que celui représenté en figure 1, une diffusion profonde a été ménagée à partir de la face inférieure dù substrat, c'est-à-dire du caté de la couche 11, avec la même concentration en impuretés que celle de cette couche de type P 11. Cette diffusion profonde est réalisée, d'une part dans une zone 20 située sensiblement au milieu de la pastille, d'autre part dans des zones 21 disposées sur les bords de la pastille. D'autre part, un sillon profond est ménagé dans une zone 22 s'étendant à travers la couche N+ et sensiblement Jusqu' la moitié de l'épaisseur de la couche de type N 10. En outre, les bords supérieurs 27 de la pastille, du côté de la couche de type N 12, sont biseautés, et ces parties biseautées ainSi que le sillon 22 sont remplis d'un agent passivant, par exemple par glassivation. Les diffusions profondes dans les zones 20 et 21 peuvent être obtenues par tout procédé approprié et notamment de la façon décrite dans la demande de brevet français n0 74/005790, déposée le 20 février 1974, par la demanderesse, sous le titre : "Procédé de diffusion profond d'impuretés dans un substrat". Comme dans le cas de la figure 1, une couche de contact 14 liée à une électrode 18 est déposée sur la couche 11, et sert d'anode commune. En outre deux couches de contact 23 et 24 liées à des électrodes 25 et 26 sont déposées respectivement sur chacune des parties de la couche 12 iso lées par le sillon 22 et servent de cathares distinctes, comme le montre le schéma fonctionnel 2b. Le mode de réalisation ci-dessus permet de diminuer notamment la profondeur du sillon 22 qui permet d'isoler les deux diodes élémentaires. On notera, en se reportant à la figure 2a, que la disposition des couches introduit inévitablement un transistor indésirable de type N-P-N, connecté entre les électrodes 25, 26 et 18 comme le montre T1 dans le schéma fonctionnel 2b. Ce transistor est indésirable car, dans l'utilisation des doubles diodes, il existe de grandes différences de potentiel entre les électrodes25 et 26. Il faut aussi voir un autre avanta F de la présente invention dans le fait que ce transistor parasite a un Sain pratiquement nul en raison de ce que la couche de type P eit de façon générale une couche fortement dopée. On notera en outre que le dispositif décrit en figure 2a présente également l'avantage que les glassivations ne sont à pratiquer que sur une face seulement, au lieu de deux, comme dans le dispositif classique représenté en figure 1. Ceci constitue une simplification importante du procédé de fabrication. Dans les figures 3a et 3b, on a représenté de façon schématique une vue de dessus et une vue de face en coupe suivant la ligne A-A représentée en figure 3a d'un ensemble de diodes telles que celles représentées en figure 2a. On juxtapose ainsi dans le même disque de silicium, un nombre d'éléments de diodes à anode commune que l'on cherche à rendre aussi grand que possible, puisque par une découpe convenable, l'on sépare lesdites diodes par exemple par couples, pour constituer des éléments bivalves. Les références portées en figure 3b désignent des parties analogues à celles réfé reniées de même en figure 2a.On notera qu'avec ce mode de réali- sation des éléments composites, par exemple bivalves, il n'est pas nécessaire de prévoir des glassivations distinctes pour les isolations entre les diodes et les pourtours des diodes élémentaires, ce qui est aussi une des facilités importantes peraises par la prd- sente invention. En se référant maintenant à la figure 4, on va décrire å titre d'exemple un iode d'application de la présente invention à la formation d'un couple de thyristors à cathode commune. Pour réaliser le dispositif représenté, on fabrique tout d'abord une structure à trois couches, savoir une couche de type P 40, une couche de type N 41 et une couche de type P 42, présentant une disposition semblable à celle déjà décrite, c'est-à-dire, qu'easentiellement une diffusion profonde 43 du type de la couche du type P 40 pénètre dans la couche de type N 41 Jusqu'à une profonde deur telle qu'en entaillant, par une opération suivante, des sillons 44 on obtienne l'isoleient des deux trots de couche k qu'an reconnaît sur la figure de part et d'autre du sillon. Ensuite, une diffusion de type 1 est réalisée dans la couche de type 40 forant une couche 45 qui constitue avec les structures déjà existantes deux thyristors NPNP, facilement identifiables sur la figure.Après avoir formé les métallisations 46, 47, 48, 49 et 50, respectiveient dépe- sées sur la partie gauche de la couche de type P 40, sur la zone de type N 45, sur la partie droite de la couche de type P 40J sur la partie droite de la couche de type P 42 et sur la partie gauche de la couche de type P 62, on obtient deux thyristors dont l'un a pour cette le contact 46, pour cathode le contact 47 et pour ano- de le contact 50, et dont l'autre a pour cette le contact 48, pour cathode le même contact 47 et pour anode le contact 49.Ces thyristors ont en commun leurs cathodes; ils se trouvent également couplés par des structures parasites de type transistor dont on peut montrer, comme précédemment que le gain est quasi nul et l'importance pratique négligeable. Les opérations terminales de passivation et de découpe sont semblables à celles déjà décrites et offrent les mêmes avantages de simplicité. Elles aboutissent, cosse on peut le comprendre à la réalisation d'un ensemble associant deux thyristors couplés par leurs cathode. Il est clair que les réalisations particulières d'un ensemble de diodes couplées par leursanodeset d'un ensemble de thyris tors couplés par leurs cathodes décrits en relation avec les figures 2 et 4 ont été données ici uniquement à titre d'exemples et que la présente invention concerne plus particulièrement la réalisation de dispositifs ayant en commun une fraction de leurs structures et dont les isolements nécessaires à l'individualisation des fractions de structures qui ne doivent pas #tre communes sont obtenus par des dispositions n'affaiblissant pas rédhibitoirement la cohésion mécanique de l'ensemble, dispositions qui consistent en l'emploi de piliers de diffusion profonde et de sillonnages en intersection avec lesdits piliers, de façon appropriée. En conséquence, la présente invention peut s'adapter de façon simple à de nombreux autres dispositifs intégrant un ensemble de semi-conducteurs identiques ayant une électrode commune. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent autre 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 structure intégrée associant plusieurs dispositifs élémentaires à semi-conducteur similaires possédant une électrode commune, caractérisé en ce que la formation des dispositifs élémentaires fonctionnellement indépendants est obtenue par les étapes suivantes - former à partir d'une première face de la structure des zones de diffusion profonde, de A dopage que la couche externe sur cette première face, selon des contours simplement connexes, et d'une certaine profondeur, - former sur la face opposée des sillons selon ces mimes contours et Jusqu'li une profondeur telle que les zones diffusées profondes soient au moins reJointes - remplir ces sillons d'un agent passivant. 2 2 - Procédé de fabrication d'une structure intégrée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'éta- pe consistant à revêtir la couche externe sur la première face d'une couche semi-conductrice supplémentaire. 3 - Procédé de fabrication d'une structure intégrée asso- ciant plusieurs dispositifs de diodes à semi-conducteur présentant une électrode commune comprenant un substrat d'un premier type de conductibilité, sur une face de ce substrat une couche semi-conductrice du m#me type de conductibilité fortement dopée, et sur la deuxième face de ce substrat une couche semi-conductrice de conductibilité opposée à celle du substrat, caractérisé en ce que les dispos i tifs.de diodes élémentaires sont rendus fonctionnellement indépendants en prévoyant les étapes suivantes - former e partir de la couche de conductibilité opposée à celle du substrat,des zones de m#me type de conductibilité que celui de la couche considérée selon des contours des diodes et s'étendant par diffusion profonde dans le substrat, - former sur l'autre face du substrat des sillons vis-à- vis des zones de diffusion profonde et s'enfonçant jusqu'au moins à rejoindre ces zones de diffusion profonde - - remplir les sillons d'un agent passivant. 4 - Procédé de fabrication d'une structure intégrée associant plusieurs dispositifs à semi-conducteur du type thyristor, ca ractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - former sur une première face d'un substrat d'un type de conductibilité donné une couche semi-conductrice d'un type de conductibilité opposé en prévo#nt des zones fff diffusion profonde selon les contours des thyristors élémentaires que l'on veut former, - former sur la deuxième face du substrat une deuxième couche# de type de conductibilité opposé à celui du substrat, et ménager dans cette couche et dans le substrat des sillons profonds faisant face aux zones de diffusion profonde et au moins rejoignant ces zones, - remplir les sillons d'un agent passivant, - former sur la première couche de type de conductibilité opposé à celui du substrat une couche de même type de conductibilité que le substrat, selon un motif de moindre surface. 5 - A titre de produit industriel nouveau, structure intégrée associant plusieurs diodes formées selon la revendication 3. 6 - A titre de produit industriel nouveau, structure inté- grée associant plusieurs thyristors formés selon la revendication 4.