Brevet FR2406305A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne un procédé de fabrication et de découpe de diodes glassivées. De façon générale les diodes sont couramment fabriquées par diffusion en diffusant par exemple de part et d'autre d'un substrat du type N des dopants de type P et N+ respectivement pour former d'un côté une jonction PN et de l'autre une couche fortement diffusée N+ pour améliorer l'ohmicité des contacts. De telles diodes sont également appelées diodes PIN, la lettre I désignant une zone de dopage intermédiaire ou intrinsèque. Dans la pratique industrielle, de telles diodes ne sont pas fabriquées une par une, mais des tranches de silicium sont traitées par des diffusions adéquates et ensuite découpées pour fournir un grand nombre de "pastilles" élémentaires. Un impératif a remplir pour que les diodes présentent un déclenchement correct et aient une meilleure tenue en tension réside dans la protection des affleurements des jonctions sur les cotés de ces diodes aux endroits de découpe. Notamment, pour les diodes à avalanche si l'on veut obtenir un vrai claquage en volume il faut soigneusement passiver les surfaces d'affleurement des jonctions pour éviter d'avoir un claquage en surface aux extrémités des jonctions qui pertuberait le fonctionnement attendu. L'un des procédés connus pour passiver les jonctions est le procédé dit de glassivation exposé par exemple de façon générale en pages 26 et 27 du livre intitulé Thyristors et Triacs de H. Lilen - Editions Radio. Dans le cas particulier des diodes, la jonction à protéger est la jonction active, c'est-à-dire la jonction PN, la jonction NN+ ne posant aucun problème particulier en ce qui concerne les affleurements de jonction. Ainsi, de façon classique, à partir de la tranche de silicium de type N ayant reçu les diffusions P et N , on grave des sillons sur la couche P, selon la conformation des pastilles Elemaentaires à obtenir, ces sillons sont remplis de poudre de verre qui est ensuite fondue.Après cela, des rayures sont faites sensiblement au milieu des sillons glassivés, sur les glassivations, et la tranche, après formation des contacts, est fragmentée en pastilles él R ntaires. Il convient d'examiner l'angle selon lequel le sillon attaque la jonction active PN et de façon générale l'angle selon lequel un sillon attaque le plan d'une jonction formée entre une couche moins dopée et une couche plus dopée de type opposé. Comme le montre la figure 1 ci-jointe, l'angle formé entre les droites AB et AC avec les orientations représentées dans la figure est tel que la tangente AC se dirige vers le haut selon un angle aigu avec la droite AB. La théorie et l'expérience montrent qu'une telle orientation crée une concentration des lignes de force et une diminution de la tenue en tension de la jonction. Il serait donc souhaitable que cet angle soit un angle obtus, comme cela est représenté en figure 2, par les références A' B', A' C'. Or, on ne sait pas creuser de façon simple des sillons à partir de la zone P tels que l'on obtienne l'angle obtus défini précédemnent, c'est-à-dire des sillons dont le fond serait plus large que l'ouverture. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de fabrication et une nouvelle structure de diode glassivée tels que l'angle d'attaque de la zone d'affleurement des régions actives soit convenablement orienté de la façon représentée en figure 2. Pour mieux fixer les idées, il convient de remarquer, en relation avec la figure 1, que, à titre d'ordre de grandeur, les zones diffusées P et N ont de façon classique des épaisseurs de l'ordre de 30 fu et la zone N une épaisseur de l'ordre de 200/U. Selon la présente invention, il est prévu de fabriquer une diode de type PNN dans laquelle la zone P soit nettement plus épaisse que la zone de type N , puis d'effectuer un sillonnage à partir de la face N+ jusqutà la jonction PN, le sillon pénétrant dans la couche P, une épaisseur suffisante de la couche P demeurant pour assurer la stabilité mécanique. Ensuite, de façon classique, de la poudre de verre est mise dans le sillon, un recuit est effectué, un rayage du verre dans les sillons a lieu puis la fragmentation en puces est effectuée. Du fait que le sillonnage a lieu à partir de la face N+ et non pas à partir de la face de type P, la région d'affleurement de la jonction se trouve convenablement orientée pour satisfaire aux exigences de bonne tenue en tension aux extrémités de jonctions. On notera qu'avec la structure de diodes classique de l'art antérieur telle que représentée en figure 1, il n'est pas possible d'effectuer un sillonnage à partir de la zone de type N+ étant donné que la couche de type P est trop fine et que la tranche se briserait du seul fait du sillonnage ce qui ne permettrait pas d'effectuer une glassivation sur la tranche. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé propre à fournir simplement et de façon économique une diode diffusée dans laquelle la profondeur de la diffusion de type P est nettement plus importante que la diffusion de type N Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail de la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les dessins joints dans lesquels Les figures let 2 représentent de façon schématique des structures de diodes destinées à illustrer l'état de l'art antérieur et les buts de la présente invention La figure 3 représente une structure de diode destinée à illustrer la présente invention ; et La figure 4 représente des distributions de concentration de dopant propres à illustrer la présente invention. La figure 3 représente de façon schématique et à titre d'exemple une diode selon la présente invention. A partir de la tranche de silicium de type N initiale, sont formées de part et d'autre une couche N étroite et une couche P large,respectivement. Ensuite, un sillon 10 est formé à partir de la couche N+ et ainsi l'angle d'attaque du sillon par rapport à la jonction PN présente la caractéristique satisfaisante. La couche de type P a une épais seur supérieure à100 Zu, et,de préférence, de l'ordre de 120 à 150 ju pour que l'épaisseur restante de la zone P une fois le sillon formé soit suffisante pour assurer la rigidité mécanique de la tranche et éviter qu'elle ne se casse. Le sillon est ensuite rempli de façon classique d'une poudre de verre et l'on procède alors aux étapes de cuisson, de rayage et de fragmentation en pastilles. On obtient ainsi directement des pastilles élémentaires passives dans lesquelles les extresites de jonctions sont passivées et formées selon un angle satisfaisant. La présente invention s'applique tout particulièrement à la simplification de la fabrication des diodes à avalanche, dans lesquelles il était fondamental que l'angle d'attaque des affleurements de jonctions soit satisfaisant ce qui obligeait dans l'art antérieur à effectuer une découpe avant passivation, puis une passivation des pastilles individuelles ce qui augmente considE- rablement les coûts de fabrication. Il a été exposé précédemment que la zone P doit avoir une épaisseur supérieure ou égale à100 îoe Mais il est souhai- table que la zone N reste d'une épaisseur faible de l'ordre de 30 'Q, car une surépaisseur de la zone N+ présenterait l'inconve- nient évident d'entrainer une perte importante de silicium et, dans le mode de réalisation illustré, cela entratnerait une augmentation de l'épaisseur totale de la tranche et également de la largeur du sillon. Un mode de réalisation particulièrement simple et économique d'une tranche ayant une diffusion P profonde et une diffusion relativement mince, consiste à utiliser le procédé bien connu de double peinture dans lequel ,on utilise pour la zone P une source de peinture contenant comme dittusant du bore et de l'aluminium et pour la zone N+ une source de peinture à base d'arsenic. La vitesse de diffusion du bore et de l'aluminium est très supérieure à la vitesse de diffusion de l'arsenic, ce qui permet d'obtenir la structure représentée. La figure 4 représente les profondeurs de diffusion pour une même durée de l'étape de diffusion pour un mélange de bore/aluminium d'une part et pour de l'arsenic d'autre part, la direction x étant une direction orthogonale au plan de la tranche. Pour plus de détails sur la technique de double peinture on pourra se référer au brevet français n0 1 198 909 du 21 avril 1958, la présente invention visant le choix particulier des dopants utilisés et non pas le procédé de double peinture en lui-meme bien évidemment. Bien entendu, toute diode asymétrique pourra etre sillonnée et découpée selon la présente invention à partir de la couche de type N+, la structure particulière en double peinture énoncée précédemment constituant seulement un mode de réalisation particulièrement simple et économique d'une structure souhaitée. D'autre part, il a été décrit ci-dessus des diodes formées à partir d'un substrat de type N. La présente invention s'applique bien entendu à des diodes formées à partir d'un substrat de type P, l'aspect fondamental de la présente invention étant que le sillonnage est formé à partir de la couche ne constituant pas avec le substrat une jonction redresseuse. 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 fabrication de diodes PIN (ou PNN ) glassivées caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - prévoir une tranche comprenant un substrat de type N dopé de part et d'autre par des dopants P et N+ respectivement, l'épaisseur de la couche de type P étant supérieure à100 Xu, - former un sillon à partir de la zone N+, ce sillon traversant la jonction PN, - déposer et cuire une poudre de verre dans ledit sillon, - découper la tranche de silicium en pastilles diodes élémentaires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche N a une épaisseur de l'ordre de 30 P . 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tranche de silicium dopée est obtenue par double peinture, en une seule opération, le dopant de type P comprenant du bore et de l'aluminium et le dopant de type N de l'arsenic. 4. Diode glassivée à substrat de type N caractérisée en ce que la couche de type P a une épaisseur supérieure à 100 /u et en ce que la glassivation affleure du côté de type N+ de la diode. 5. Diode selon la revendication 4, caractérisée en ce que la zone de type P est dopée au bore et à l'aluminium et en ce que la zone de type N est dopée à l'arsenic.