Brevet FR2341205A1 — publié le 19770909

L'invention concerne une diode passivée à diélectrique épais, présentant une forme parallélépipédique, et un procédé collectif de fabricat%:on de ladite diode. Il s'agit notamment de diodes de type "PIN" comportant une couche de matériau semiconducteurs dit intrinsèque, à très grande résistivité, d'une épaisseur relativement grande. par exemple une centaine de microns, couche enserrée entre debx couches du meme matériau respectivement dopées par des impure= tes de type P et N. Il est connu de fabriquer collectivement un grand nombre de diodes de ce type, en parant a une rondelle de matériau semicondue- te-lr monocristallin. On creuse, dans nette ronielle, par des moyens mécaniques et/ou chimiques des sillons destinés à individualiser les différentes diodes. La passivation des flancs de ces diodes du type "mésa" est effectuée collectivement par des procédés connus, avant que tes diodes soient séparées is unes des cutres par des moyens mécaniques. Toutefois les méthodes connues-ne permettent pas de fabriquer dans de bonnes conditions des diodes à grande épaisseur de passiva- tion présentant par exemple une épaisseur de diélectrique atGeignant une soixantaine de microns. En effet on rencontre les difficultés suivantes: - ou bien, si l'on sépare les diodes passivées avant de procéder à la cuisson du diél.ecrQue, il se produit des fanures dans le diélectrique lors du passage au four,-ce qui compromet gravement la protection normale apportée par la passivation; - ou bien, si l'on opère la cuisson avant séparation des diodes, les moyens méchaniques utilisés pour la séparation ultérieure donnent lieu, par suite de la dureté du dielectrique après cuissonç à de nombreux bris de dispositifs rendus ainsi inutilisables L'invention permet d'éviter ces difficultés. La diode selon l'invention présente une épaisse couche de passivation recouvrant la plus grande parie de ses Flancs. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on creuse, dans le mater--au semiconducteur un quadrillage de doubles sillons permettant d'individualiser les diodes, tout en pénétrant à une profondeur occupant la majeure partie de ltépaisseur du matériau ; au cours d'une étape suivante on effectue la passivation par remplissage desdits sillons à l'aide d'un diélectrique ; au cours d'une étape ultérieure on sépare les diodes en sciant le matériau suivant des plans séparant entre eux les doubles sillons dans leur plus petit intervalle, de telle sorte que chaque sillon rempli de diélectrique constitue une couche de passivation pour la diode à laquelle il est contigu. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels Les figures 1 et 2 représentent des stades différents de la fabrication d'une diode selon l'invention, diode de type PIN à titre-d'exemple ; Les figures 3 et 4 représentent respectivement en perspective et en coupe une diode individuelle au stade final de fabrication. Le point de départ de la fabrication collective de diodes, par exemple de type PIN au silicium, est une rondelle de silicium monocristallin très pur, dit intrinsèque, destinée à constituer la couche I des diodes SUPIN'1. Cette rondelle est traitée sur ses deux faces par diffusion ou par épitaxie, de manière à présenter - une couche dopée P+ (ou N*), sur une des grandes faces de la rondelle - une couche intermédiaire constituée par le matériau de départ qui, dans l'exemple choisi atteint une centaine de microns d'épais seur ; - une couche dopée N+ (ou Pi) sur l'autre face de la rondelle. Partant de la rondelle ainsi constituée, on trouve par exemple, dans le cadre de l'invention, les quatre étapes suivantes 10) Réalisation du quadrillage de doubles sillons permettant d'individualiser les diodes ; 20) Passivation ; 30) Dépôt de contacts métalliques ; 4 ) Séparation des diodes 50) Finition. Au cours de la première étape, on protège préalablement une des grandes faces de la rondelle par une couche mince de nitrure de silicium, par exemple en effectuant le dépôt par pulvérisation cathodique. La face ainsi protègée est la face P+ dans exemple choisi pour la figure 1, où l'on a représenté le résultat final obtenu en première étape en faisant abstraction de la couche de ni- trure de silicium ainsi que de la finition destinée à arrondir le fond des sillons.On voit sur cette figure la face dite supérieure (face P+) d'une diode 10 individualisée grâce aux sillons deux à deux parallèles - 11 et 21, entièrement représentés ; - 12 et 22, entièrement représentés ; - 13 et 23, entièrement représentés ; - 14 (un seul flanc représenté) et 24 (non figure symétrique du sillon 22, Tous ces sillons ont la même largeur W1, par exemple de 60 microns. Ils sont séparés par une même épaisseur W2 de matériau, d'une centaine de microns tout au plus. Leur profondeur est telle qu'ils atteignent la couche inférieure N+. Ils ont tous la même profondeur 5. les sillons 11, 12, 13 et 14 mettent à nu les njonctions" PI et IN de la diode 10. Les autres sillons mettent à nu les flancs des diodes voisines. Pour arriver à ce résultat on utilise soit des moyens mécaniques (sciage, meulage) soit des moyens chimiques, soit une combinaison-de ces moyens. La finition de la rondelle relative à la première étape consiste a: - traiter chimiquement les sillons pour "aviver" -les jonctions - enlever, par voie chimique ou par rodage, la couche de nitrure de silicium déposée préalablement sur la face supérieure de la rondelle. Au cours de la deuxième étape, dont le stade final -est représenté figure 2, on effectue, sur la face de la rondelle présentant les sillons creusés lors de la première étape, un dépôt 20 de verre en poudre remplissant les sillons. Ce dépôt est traité par passage dans un four chauffé à une température comprise entre 6000 C et 7000 C pendant une durée de dix à vingt minutes pour obtenir une couche de verre bien homogène. On peut aussi déposer de la silice 'par pulvérisation cathodique ou du verre en solution dont on élimine ensuite le solvant par évaporation. Dans tous les cas on élimine avant le passage au four l'excédent de diélectrique recouvrant la grande face de la rondelle, à l'aide de moyens mécaniques ou chimiques. Au cours de la troisième étape, on dépose sur les grandes faces de la rondelle des métallisations de contact. Une telle métallisation peut comporter un premier dépôt de métal dit "d'arrêt" (couche mince de chrome par exemple) et un deuxième dépôt relativement épais de métal, tel que l'or, destiné à faciliter le raccordement de connexions par brasure ou thermocompression. Au cours de la quatrième étape, on procède à la séparation des diodes en effectuant une découpe suivant des plans de trace XX et YY sur le plan de la figure 2, et suivant des plans perpendiculaires placés de façon homologue dans les murs de séparation de sillons voisins. Au cours de la cinquième étape, on élimine le silicium restant sur le diélectrique en procédant, par-exemple, - une attaque chimique collective des diodes par exemple à l'aide d'un mélange d'acide fluorhydrique et d'acide nitrique. Le dispositif ainsi obtenu a une forme parallélépipédique, constituant, avec l'épaisseur relativement grande de la couche de passivation, (33, figures 3 et 4), deux des caractères marquants de l'invention. Il subsiste une portion 34 de la couche N+, non passivée, mise à nu lors de la séparation des diodes. Cette partie de la diode constitue une sorte de substrat, réduit au minimum, pour le dispositif semiconducteur. La face inférieure (côté substrat) de la diode est entièrement revêtue par une métallisation 32 destinée à être soudée sur un socle métallique formant masse au point de vue tant électrique que thermique. La face opposée est pourvue d'une métal lisation 31 destinée à recevoir, par brasure ou soudure une connexion de raccordement. Parmi les avantages non encore mentionnés de l'invention, on doit signaler - le faible encombrement des dispositifs ainsi obtenus, lorsquton les compare aux diodes dont la partie mésa présente une section croissante du haut vers le bas, par suite du mode d'obtention par attaque chimique ; ce faible encombrement est également imputable à la faible épaisseur du substrat - la facilité de séparation des diodes individuelles ; - l'augmentation de la protection des flancs des diodes contre les agents atmosphériques. L'invention est applicable notamment aux dispositifs utilisés en très haute fréquence ou en très haute tension. REVENDICATIONS 1. Diode semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle présente une forme parallélépipédique et qu'elle possède une couche de diélectrique épais recouvrant la plus grande partie de ses flancs. 2. Diode suivant la revendication 1,-caractérisée en ce qu'elle est du type "PIN". 3. Diode suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle possède une couche de matériau intrinsèque s'étendant jusqu'aux flancs de ladite diode et présentant des surfaces latérales entière mentrecouvertespar le diélectrique épais recouvrant lesdits flancs, 4. Procédé de fabrication collectif de diodes suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il comporte au moins a) une étape où l'on creuse, dans le matériau semiconducteur, un quadrillage de doubles sillons pénétrant à une profondeur occupant la majeure partie de l'épaisseur dudit matériau b) une étape où l'on effectue la passivation par remplissage desdits sillons à l'aide d'un diélectrique ;; c) une étape où l'on sépare les diodes en sciant ledit matériau suivant des plans séparant entre eux les doubles sillons dans leur plus petit intervalle, de telle sorte que chaque sillon rempli de diélectrique constitue une couche de passivation pour le flanc de la diode à laquelle il est contigu. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes 10) Fabrication d'une rondelle de matériau semiconducteur comportant au moins une jonction semiconductrice, suivie de l'exécution de l'étape (a) appliquée à l'ensemble de la rondelle ; 20) Exécution de l'étape (b) comprenant en outre un traitement thermique de la couche de passivation ; 30) Dépôt de contacts métalliques successivement sur l'une et l'autre des grandes faces de ladite rondelle ; 40) Exécution de l'étape (c) de séparation des diodes 50) Finition des diodes comprenant l'élimination du silicium sur le flanc des diodes par attaque chimique.