Brevet FR2307374A1 — publié le 19761105

L'invention concerne un procédé de fabrication de lames semiconductrices très minces, à faces parallèles, et les diodes, fonction- mont en très haute fréquence, fabriquées par ledit procédé. Il s'agit notamment des diodes GUNN et des diodes à avalanche. Quand on veut réaliser de telles diodes, il est souhaitable d' amincir, surtout pour les très hautes fréquences, la lame semiconductrice constituant la diode, lame dont la partie active est une couche épitaxiée, portée par un substrat semi-conducteur. C'est l'épaisseur de ce substrat qu'il y a intéret à diminuer, et, éventuellement, à faire disparattre par rodage. Pour faciliter le rodage, on dépose par électrolyse, sur la couche épitanée préalablement revêtue d'une couche métallique très niince, une épaisse couche d'or qui a une double utilité - pendait la fabrication, servir de substrat fixé à l'appareil de rodage ; - -pendant le#fonctionnement de la diode, dissiper lténergie thermique. la fabrication de ces diodes a lieu par lots de quelqués di vaines (éventuellemPnt un plus grand nombre) à partir de plaquettes de substrat sémi-conducteur sur lesquelles on effectue un certain nombre d'étapes du procédé de fabrication. Puis le substrat est découpé en diodes élémentaires, et on termine le processus. Dans de telles fabrications par lots, on rencontre les difficultés suivantes : - l'épita2ie est irrégulière d'un point à un autré du substrat - le rodage est inégal, et les diodes-sont d'épaisseur différentes, par suite de la technique habituelle de rodage. L'invention permet d'éliminer ces d icpltés. le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il com Porte au moins aj une étape oh l'on sculpte par photogravure-un substrat semiconducteur monocristallin de telle sorte que l'on fasse 'appara#re, sur une grande face da substrat, une quantité prédéterminée de relief s Colportant des sommets plats, situés dans un premier plan, séparés par des intervalles constituant un deuxième plan b) une étape de croissance par épitaxie-d1un monocristal formant une couche recouvrant lesdits premier et deuxième plans c) une étape de rodage du substrat sur la face opposée à la couche épitaxiale d) une étape de découpage du substrat en autant d'élèments qu' y avait de reliefs à étape (a). L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaltront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent. les figures I à 6 représentent des stades successifs de la fa Ùrication d'un lot de diodes, comportant les étapes essentielles Iéjà signalées, et, en outre : - une étape (figure 3) de dépit d'une couche épaisse d'or électrolytique - la finition (figure6) d'une diode élémentaire. Ligure 1, on a représenté en coupe, mi substrat 10, d'arséniure de gallium monocristallin, fortement dopé (par exemple N+), présen tant la forme d'une plaquette de quelques centaines de microns d' épaisseur et d'une surface de quelques centaines de millimètres carrés. Une de ses grandes faces a été sculptée par une technique connue de photogravure, de manière à former un grand nombre (quel ques dizaines à quelques centaines, par exemple) de reliefs cylin driques 11, d'un diamètre de, par exemple, 500 microns. Chaque relief est destiné à devenir le substrat d'une diode élémentaire de type SUNN ou à avalanche. La hauteur de ce relief est par exemple de 30 microns.Les axes du monocristal sont tels que l'on a par exemple un axe 1-1-1- perpendiculaire aux grandes faces du substrat. La figure 2 représente la fin de l'étape suivante (b) appliquée an substrat de la figure 1, pris à titre d'exemple non limitatif. On a fait crottre par épitaxie une couche mono cristalline 2, moins for tement dopée que le substrat, mais de même type de conductivité (N). Cette couche recouvre la grande face du substrat 10 portant les re liefs Il. On constate que les plages 21 (sur les reliefs) et 22 (dans les intervalles) sont d'épaisseur très uniforme. La croissance sur les faces perpendiculaires (région 23) est différente de la crois sance sur les plages précitées, en raison de l'orientation différente de ces faces par rapport aux axes du monocristal. la figure 3 représente le résultat du dépôt d'une épaisse couche d'or 32 par dessus la couche épitaxiée 2. On sait qu'une telle couche, pour être obtenue facilement par voie électrolytique, doit être déposée sur une mince couche 31 d'un alliage de nickel de chrome et d'or. Cette couche, déposée par exemple par évaporation des métaux correspondants, améliore le contact ohmique de la future diode aitsi que l'adhésion sur le semi-conducteur. L'épaisseur de la couche 31, est de tordre du micron ; celle de la couche 32 de l'ordre de plusieurs dizaines de microns. Au cours de l'étape (c) de rodage, on utilise une technique qui constitue aussi une caractéristique de l'invention. Le substrat 10, (fig.4) revêtu d'or à l'issue de l'étape représentéa figure 3, est fixé à l'aide d'une couche de colle 41 à la face inférieure d'une pièce 42 en forme de T renversé. La jambe du T s'articule par une rotule 43, avec une barre 44. Un bac de rodage 45, à fond plat, horizontal reçoit une couche mince d'un liquide 46. Ce liquide est un agent d'attaque sélective du matériau semi-conducteur qui n'agit sur sur l'or. - I#ns le cas de l'arséniure de gallium, le liquide est un mélange connu d'ammoniaque et d'eau oxygénée.Le mode opératoire consiste à appliquer la grande face accessible du substrat 10 sur le fond plat du bac 45 et à faire glisser l'ensemble des pièces 42 et 44 par un mouvement de va-et-vient, en exerçant une pression régulière aussi verticale que possible sur le fond du bac par 1' in- termédiaire du substrat 10. Le rodage uniforme du substrat sur sa face libre est facilité par la présence du liquide et de la rotule. in outre, le rodage s'arrête automatiquement lorsque le métal du dépit 31 affleure au cours de l'opération. On procède au décollage de la plaquette en attaquant la colle au moyen d'un agent chimique ou d'un solvant, et après nettoyage, on obtient la plaquette dont une fraction est représentée en coupe figure 5. Da relief il, il ne subsiste que le sommet constitué par la couche épitaxiale et une partie du substrat. Dans certains cas, en raison de la faible altitude des reliefs en comparaison de 1' épaisseur de la couche épitaxiale, il est possible que celle-ci subsiste seule. On procède ensuite au découpage des diodes élémentaires en sciant la plaquette suivant des plans de section perpendiculaires entre eux, dont l'un d' eux contient la flèche dessinée figure 5, passant au milieu de l'intenalie qui sépare deux reliefs If. Par masquage et attaque chimique sélective du matériau semiconducteur, on procède à la gravure "mésa" des diodes élémentaires suivant un profil 61 (figure 6). L'or 60 adhérant au matériau semi-conducteur par la couche de contact sert d'embase à la diode. Cette embase est soudée pour l'utilisation sur un support thermiquement conducteur destiné à dissiper la chaleur résultant du fonctionnement de la diode. REVENDICATIONS t. Procédé de fabricaxtion de lames semi-conductrices très minces, à faces parallèles, caractérisé en ce qu'il comporte au moins a) une étape où l'on sculpte par photogravure un substrat semiconducteur monocristallin de telle sorte que l'on fasse apparattre, une unegrande face du substrat, une quantité prédéterminée de reliefs comportant des sommets plats, situés dans un premier plan, séparés par des intervalles constituant un deuxième plan b) une étape de croissance par épitaxie d'un monocristal formant une couche recouvrant lesdits premier et deuxième plans c) une étape de rodage du substrat sur la face opposée à la couche épitaxiale d) une étape de découpage du substrat en autant d'éléments qu'il y tnntit de reliefs à étape (a). 2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte on outre, à l'issue de l'étape (b), une étape supplémentaire consistant à déposer une couche dlor sur lesdits premier et deu oSème plans. 3. cédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape supplémentaire est précédée du dépôt d'une couche d' alliage de nickel, de chrome et d'or. 4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le rodage prévu à l'étape (c) est effectué en combinant une action méca iliaque de frottement avec une action ^-himique au moyen d'un agent d' attaque sélective du matériau semi-conducteur. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, ledit matériau semi-conducteur étant de l'arséniure de gallium, ledit agent d'attaque sélective est un mélange d'ammoniaque et d'eau oxygénée. 6. Diode hyperrréquence fabriquée par un procédé suivant l'une des revendications 1 à 5.