Brevet FR2410363A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs à plusieurs couches alternées comprenant un caisson De façon générale, de très nombreux dispositifs à semiconducteurs présentent des structures du type de celle représentée très schématiquement en coupe en figure 1 à la droite de la ligne I-I. Ces dispositifs présentent un certain nombre de couches alternées à partir d'un substrat central 1, par exemple de type N. De part et d'autre de ce substrat se trouvent des couches 2 et 3 de type opposé, dans cet exemple de type P, et d'autres couches peuvent être prévues également sur les couches extrêmes. On a représenté à titre d'exemple dans la figure une couche 4 de type N sur la couche 3. Mais bien entendu, d'autres couches pourraient être prévues de façon fragmentée sur cette même couche 3 , ou bien encore sur la couche 2.Ainsi, la figure 1 représente de façon extrêmement schémati- que un thyristor. Pour former des contacts sur ce thyristor, on établit une connexion sur la couche P 2, une connexion sur la couche N 4 et une autre connexion sur la couche P 3. Ainsi, on trouve deux connexions sur une face et une connexion sur la face opposée. Dans certains cas pratiques, il peut être souhaitable de réaliser toutes les connexions sur la même face du dispositif. On utilise alors la technologie dite du caisson illustrée à la gauche de la ligne I-I en figure 1. C'est-à-dire qu'une zone P 5 remonte vers la face supérieure à partir de la zone P 2 ce qui permet d'établir toutes les connexions sur la face supérieure.Ce caisson peut être réalisé en tout emplacement choisi du dispositif, par exemple sur l'un de ses bords, sur toute sa périphérie, ou encore dans une partie centrale selon les cas. Le fait de réaliser un caisson sur toute la périphérie du dispositif peut être particulièrement utile pour "isoler" complètement les couches centrales et faciliter la manipulation et le montage d'une pastille en évitant les effets d'arcs qui pourraient se produire entre une couche centrale et la partie de la monture connectée à la masse. La figure 2 est une vue schématique en coupe illustrant l'une des techniques couramment utilisées dans la pratique pour réaliser un tel caisson. A partir dun substrat de type N 1, on forme des zones de diffusion profondes face à face 10 à partir des deux faces opposées du substrat, ces zones se rejoignant. Pour donner un or dre de grandeur pratique, des tranches de silicium servant de substrat de départ peuvent avoir une épaisseur de l'ordre de 250 microns; ainsi, les profondeurs de diffusion pour les deux diffusions profondes 10 devront être de l'ordre de 150 microns pour permettre que ces zones se recoupent. Une fois les diffusions profondes 10 effectuées, on forme de façon classique, les diffusions de type P, 2 et 3, la diffusion de type N 4 et enfin une rainure 11 destinée à isoler de la couche 3 la-partie superficielle reliée à la couche 2 par le caisson. Ainsi, selon le procédé classique illustré en figure 2, les étapes de formation du caisson et des deux couches 2 et 3 se décomposent en les étapes élémentaires suivantes - masquage du substrat pour laisser ouvertes les zones correspondant aux emplacements où l'on souhaite effectuer les diffusions profondes; - diffusion profonde dans les emplacements non masqués; - enlèvement du masque; - formation par diffusion des zones 2 et 3. Parmi ces étapes, on notera que l'étape de masquage est particulièrement délicate du fait que les diffusions 10 à effectuer sont des diffusions profondes. Ainsi, le masque doit être particulièrement étanche aux produits dopants. D'autre part, l'étape de diffusion est de relativement longue durée en raison de la profondeur de diffusion que l'on veut atteindre. Ainsi, la fabrication de caissons par diffusion profonde présente de nombreux inconvénients à savoir principalement que la réalisation du masquage est délicate,que le nombre total d'opérations à effectuer est important et que l'étape de diffusion en elle-même est de longue durée. Un objet principal de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de formation de caisson qui pallie les inconvénients susmentionnés du procédé par diffusion profonde de l'art antérieur. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un procédé de fabrication de caisson dans un dispositif semi-conducteur à plusieurs couches alternées comprenant les étapes suivantes :former une fente à partir d'au moins une face d'un substrat semi-conducteur d'un premier type de conductivité, diffuser un dopant du type de conductivité opposé à partir des deux faces du substrat, la différence entre l'épaisseur du substrat et la profondeur de la fente étant inférieure à deux fois la profondeur de diffusion. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention serontexposés en détail dans la description ci-après de modes de réalisation particuliers de la présente invention faite en relation avec les dessins joints dans lesquels Les figures 1 et 2 qui ont été décrites ci-dessus sont des vues en coupe schématiques illustrant l'état de l'art antérieur; et La figure 3 est une vue en coupe schématique illustrant le procédé de formation de caisson selon la présente invention. On notera que ces figures sont fournies uniquement à titre illustratif et que les dimensionnements qui y sont représentés ne correspondent pas à des dimensionnem#ents réels. Dans ces figures, des éléments analogues sont désignés par des références identiques. Comme cela est illustré en figure 3, le procédé selon la présente invention consiste à former dans une tranche semi-conductrice une fente 20 à l'emplacement où l'on souhaite réaliser un caisson. Ensuite, une diffusion est effectuée pour former simultanément les couches 2 et 3, de part et d'autre du substrat 1, et le caisson 21. Ainsi, au lieu des quatre étapes de l'art antérieur, le procédé selon la présente invention comprend seulement deux étapes pour former le caisson et les couches 2 et 3 à savoir une étape de formation de fente et une étape de diffusion classique et non pas une diffusion profonde. Dans la pratique, la fente 20 sera de préférence formée à la scie diamantée ce qui permet d'obteni#r une fente de 11 ordre de 100 microns de large relativement nette. La profondeur de diffusion des zones de type P 2 et 3 étant de l'ordre de 70 microns, de façon classique, et l'épaisseur du substrat de l'ordre de 250 microns, on notera que la profondeur de la fente peut entre de l'ordre de 125 microns, ce qui laisse une épaisseur de substrat de 125 microns. Il s'est avéré que cette épaisseur restante de 125 microns était suffisante dans la pratique pour assurer que les tranches de silicium sur lesquelles sont formées les fentes ne se gauchissent pas ni ne se brisent. En outre, les étapes de formation de fentes puis de diffusion de type P sont généralement suivies d'une étape de masquage par formation d'une couche de SiO2 pour former des couches ultérieures de type N telles que la couche 4 représentée dans la figure à titre d'exemple. La formation de silice se fait à température relativement élevée et ce traitement thermique (ou recuit) augmente encore la résistance mécanique de la tranche en dépit de la formation de fentes 20. Ensuite de façon classique, comme cela a été exposé en relation avec la figure 2, une rainure 11 est formée dans la couche supérieure pour séparer le caisson 21 de la couche supérieure 3. Cette rainure 11 sera de façon générale ultérieurement passivée, par exemple par glassivation. Ainsi, comme cela est représenté en figure 3, la fente 20 et la rainure 11 seront de préférence prévues de part et d'autre du dispositif à semi-conducteur dans le cas où l'on ne souhaite pas glassiver la fente 20, c'est-à-dire dans le cas où le dispositif semi-conducteur doit ultérieurement être coupé au niveau de la fente 20.Par contre, si le caisson doit être un caisson central et non au niveau d'un bord du dispositif semi-conducteur, on pourra prévoir de glassiver la fente 20 en même temps que la rainure 11 et en ce cas la fente et la rainure seront prévues à partir du même cOte du substrat 1. A titre d'exemple, la rainure 11 peut être formée par attache chimique et peut avoir une largeur d'environ 100 microns et une profondeur du même ordre de grandeur. En outre,la figure 3 représente une fente 20 réalisée à partir d'une face extrême d'un dispositif à semi-conducteur. On pour- ra également prévoir deux fentes face à face de profondeur moitié, la différence entre l'épaisseur du substrat et la somme des profondeurs des deux fentes étant au moins de l'ordre de 100 microns. La présente invention a été décrite de façon très générale plus particulièrement dans son application à un thyristor, elle peut s'appliquer à tout autre dispositif semi-conducteur tel que notamment un triac, un photothyristor ou un phototriac... D'autre part, en relation avec la figure, on a décrit ci-dessus la formation d'un caisson le long d'une fente. Dans le cas pratique, où l'on fabrique des dispositifs à semi-conducteurs élémentaires à partir d'une tranche de relativement grande dimension qui est ultérieurement divisée en pastilles élémentaires à la fin des diverses étapes de fabrication et éventuellement de tests, les fentes 20 formeront un quadrillage sur la tranche. D'autre part, on notera que les fentes 20 peuvent suivre tout autre motif géométrique souhaite, par exemple un motif circulaire, ces fentes pouvant être formées par tout moyen connu, notamment par attaque chimique, sablage, etc... La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - procédé de fabricationdecaisson dans un dispositif semi-conducteurs à plusieurs couches alternées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - former une fente à partir de l'une des faces d'un substrat semi-conducteur d'un premier type de conductivité, - diffuser un dopant du type de conductivité opposé à partir des deux faces du substrat, la différence entre l'épaisseur du substrat et la profondeur de la fente étant inférieure à deux fois la profondeur de diffusion. 2 - Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que la fente est formée à l'aide d'une scie diamantée. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac térisé en ce qu'il comprend en outre une étape de recuit après formation des fentes et diffusion. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fentes sont formées selon un quadrillage sur une tranche semi-conductrice. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, après la fin de la fabrication du dispositif à semi-conducteursla tranche est divisée en pastilles élémentaires au niveau des fentes. 6 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce querau cours des étapes de fabrication du dispositif à semi-conduc teurs,les fentes sont remplies d'un matériau de renforcement tel qu'une glassivation et en ce que la découpe en pastilles élémentai- res s'effectue en d'autres emplacements de la tranche. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des fentes sont formées à partir des deux faces opposées du substrat.