Brevet FR2406301A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs rapides, ces dispositifs pouvant notamment être du type diode, thyristor , triac ou transistor. De façon générale, pour augmenter la rapidité d'un dispositif à semi-conducteurs, on cherche à diminuer la durée de vie des porteurs dans les couches semi-conductrices et, pour ce faire, on crée des pièges. Deux procédés sont connus pour créer des pièges dans les couches semi-conductrices. Le premier et le plus ancien consiste à introduire dans les couches semi-conductrices des impuretés de piégeage. De façon classique, on utilise des atomes métalliques, le plus souvent des atomes d'or. Un autre procédé plus récent consiste à creer de façon controlée des défauts dans la structure cristalline des couches semi-conductrices par bombardement électronique haute énergie (1 à 3 McV). Chacun de ces procédés, actuellement bien connu, présente des avantages et des inconvénients qui seront exposés ci-après. La présente invention vise à combiner les deux procédés de l'art antérieur ci-dessus énoncés pour utiliser au zna#turn leurs avantages respectifs en éliminant leurs inconvénients. Il convient donc de noter que lranalyse des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur, telle qu'elle est présentée ci-dessous, constitue en elle-même une partie de la présente invention du fait qu'elle pose le problème à résoudre d'une façon nouvelle. Les inconvénients des procédés de l'art antérieur et la présente invention vont être exposés ci-après en relation avec les dessins joints, dans lesquels La figure I représente une vue en coupe très schématique d'un dispositif à semi-conducteurs La figure 2 indique la concentration en pièges C(x) et la durée de vie des porteurs associée g(x)pour un dispositif à semi-conducteurs dopé a' l'or ; La figure 3 représente la concentration de pièges (ou dislocations) C(x) et la durée de vie des porteurs t(x) pour un dispositif à semi-conducteurs ayant été soumis à un bombardement électronique. De façon générale tous les dispositifs à semi-conducteurs présentent une structure à plusieurs couches successives de semi conducteurs à dopages distincts. Mais, de façon générale, ces dispositifs présentent tous au moins une couche de base ou substrat, à partir de laquelle le dispositif a été formé, nettement plus épaisse que les autres couches formées par exemple par diffusion dans ce substrat ou par épitaxie. A titre d'exemple, la figure I représente un dispositif à trois couches comprenant une couche centrale épaisse 2 entourée de couches extrèmes 1 et 3. Entre les couches 1 et 2 existe une jonction 4 et entre les couches 2 et 3 une jonction 5. On désigne par x la direction orthogonale aux couches et par d l'épaisseur du dispositif. Comme cela a été exposé brièvement ci-dessus, pour augmenter la rapidité d'un dispositif à semi-conducteurs, on diminue la durée de vie des porteurs dans les couches semi-conductrices par création de pièges. Il en résulte bien entendu que 1' impedance du dispositif augmente et notamment sa résisti vité dynamique et sa chute de tension en direct. De môme, de nombreux autres paramètres caractérisant le dispositif semiconducteur varient dans un sens ou dans l'autre avec l'augmentation du nombre de pièges. Comme le montre la figure 2 une diffusion d'atomes métalliques, par exemple d'or, s'effectue de sorte que la concentration d'impureté (or) décroît quand on se rapproche du centre du semi-conducteur (dans le sens de ltépaisseur) comme cela est le cas pour l'ensemble des procédés de diffusion. Ainsi, comme on peut le voir en relation avec la figure 1, la concentration de pièges sera particulièrement élevée au voisinage des jonctions 4 et 5 et plus faible au centre de la couche la plus épaisse à savoir la couche 2. Dans la pratique, on parlera d'une répartition en cuvette des impuretés, Sur la même figure 2, est figurée la courbe# % (x) repré- sentant la durée de vie des porteurs en fonction de la profondeur dans le semi-conducteur. Des calculs théoriques et des essais pratiques ont montré qu'une telle répartition des impuretés et une telle distribution de g (x) étaient particulièrement favorables pour obtenir un bon compromis entre le temps de recouvrement total du dispositif Trr (défini par exemple dans le SCR Manual de Général Electric, 5ème édition, pages 32 et 34), qui constitue l'un des paramètres caractérisant le mieux la rapidité d'un dispositif à semi-conducteurs et la chute de tension en direct V. En effet, pour obtenir une grande rapidité d'un dispositif à semi-conducteurs, il faut essentiellement que la durée de vie au voisinage des jonctions soit brève, ce qui est obtenu de façon satisfaisante comme l'indique la figure 2 par diffusion d'or. Alors que la diffusion d'or présente l'avantage d'un bon compromis entre la rapidité et la chute de tension en direct, elle présente comme inconvénient principal le fait qu'il se produit une grande dispersion lors de la fabrication entre les dif férents dispositifs, ctest-à-dire que,pour des opérations qui devraient théoriquement être répétitives, on trouve des dispositifs ayant des caractéristiques très dispersées, c'est-à-dire des rapi dités très variables. En outre, des dispositifs obtenus par diffusion d'or ne peuvent pas etre retouchés après-que la diffusion a été effectuée étant donné que la diffusion d'or ne peut s'effectuer que quand le dispositif n'est pas muni de couches de contact métalliques, alors que pour effectuer des tests ces couches de contact métalliques sont nécessaires. Des courbes caractéristiques du deuxième procédé maintenant classique de création de pièges, à savoir le bombardement électronique sont représentés en figure 3. On peut voir dans cette figure que la concentration C(x) et la durée de vie %(x) sont sensiblement uniformes sur l'ôpaisseur du dispositif. Il en résulte un "oins bon compromis entre la rapidité du dispositif et la chute de tension en direct et les autres paramètres liés. Ainsi, pour un même temps de recouvrement en inverse d'ensemble Trr, la chute de tension en direct sera plus forte avec un dispositif obtenu par bombardement électronique qu'avec un dispositif obtenu par diffusion à l'or. C'est là l'inconvénient principal de l'irradiation électronique. Par contre, le procédé par bombardement électronique présente des avantages importants tout d'abord du fait qu'il peut être mis en oeuvre sur un dispositif semi-conducteur terminé, c'est-à-dire déjà muni de ses couches métalliques de contact, ce qui permet d'effectuer des tests sur les caractéristiques obtenues et de procéder éventuellement àdes bombardements ultérieurs si cela est nécessaire.D'autre part, les caractéris tiques obtenues par suite d'un bombardement électronique sont bien répétitives et, en appliquant le bombardement électronique toujours dans les mêmes conditions, on obtient toujours un effet identique Ainsi, il apparat clairement d'après l'analyse précédente des procédés de l'art antérieur que le procédé par diffusion d'or est le meilleur en ce qui concerne le résultat obtenu et le bon compromis entre l'obtention d'un temps de recouvrement bref et une chute de tension en direct pas trop élevée Mais, en appliquant ce procédé industriellement, on arrive à une très grande dispersion des résultats ; par exemple, il est possible que 90 96 des dispositifs obtenus ne fournissent pas de résultats satisfaisants et doivent être éliminés. En conséquence, la présente invention prévoit de combiner les deux procédés en effectuant d'abord une diffusion d'or, en munissant ensuite le dispositif semi-conducteur obtenu de couches de contact métalliques, en testant et en triant ces semi-conducteurs et en effectuant ensuite un traitement de bombardement électronique pour arriver à la valeur Trr choisie, étant entendu que le procédé par diffusion d'or initial sera effectué de façon que l'on soit sûr que tous les dispositifs obtenus arrivent à une valeur de Trr supérieure à celle que l'on veut également obtenir. Par ce procédé, on garde l'avantage d'une distribution en cuvette de la concentration des pièges comme cela a été exposé précédemment. Un avantage important de ce procédé en pratique réside dans le fait qu'il est possible de fabriquer à l'avance un grand nombre de dispositifs semi-conducteurs traités par diffusion à l'or, de les stocker ensuite, et d'ajuster enfin leurs caractéristiques par bc# & gt;ardsrrent électmzlique sur le- dispositif achevé en fonction de la demande des clients. Ceci résout de façon avantageuse dans la pratique le problème des délais de fabrication et permet à partir de stocks préexistants de fournir de petites quan tités de dispositifs semi-conducteurs ayant exactement les carac téristiques exigées par un client. On notera que la solution proposée dans la présente demande de brevet pour obtenir des dispositifs semi-conducteurs rapides ayant une chute de tension indirecte pas trop élevée bien qu'apparemment simple était loin d'être évidente car il apparait que, dans l'art antérieur, on a cherché à obtenir le compromis ci-dessus par des procédés de traitement thermiques de dispositifs préalablement traités par bombardement électronique comme cela est exposé par exemple dans le brevet américain n03 888 701, procédés qui sont extrêmement complexes et qui nécessitent des traitements à température élevée d'oû il résulte notamment qu'ils ne sont pas applicables par exemple aux dispositifs à semi-conducteurs passives par glassivation tels qu'ils sont habituellement présentEs en production avec des contacts plombés illcorporés qui fondent auxdites températures élevées de redistribution. La présente invention n'est pas limite 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 llar,t. REVENDICATION Procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs, à rapidité controlée caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - diffuser une impureté métallique telle que de l'or dans les dispositifs semi-conducteurs considérés, - munir ces dispositifs de couches de contact métalliques servant d'électrodes, - trier par catégorie de rapidité les dispositifs obtenus, - proceer à un bombardement électronique contrôlé de façon à amener les valeurs des paramètres caractérisant la rapidite du dispositif aux valeurs souhaitées.