Brevet FR2466859A1 — publié le 19810410

La présente invention concerne un procédé de sillon- nage et de passivation et les composants semiconducteurs obtenus. Dans la technique de fabrication des composants semi- conducteurs, on part généralement d'une plaquette semiconductrice qui subit selon un motif répétitif divers traitements. Ensuite, les motifs élémentaires sont isolés par des sillons puis une dé- coupe est effectuée selon les sillons pour fournir des composants élémentaires. Il importe de déposer des agents de protection, cou- ramment appelés de passivation, sur les faces latérales des compo- sants discrets, notamment au niveau des affleurements de jonction. Cette passivation a d'une part pour rôle de protéger les faces la- térales du composant contre des produits contaminants, d'autre part (essentiellement pour les composants fonctionnant à tension élevée), un rôle électrique pour favoriser la distribution des lignes de champ à la limite latérale du composant, et éviter, comme cela est bien connu, qu'il ne se produise des claquages superficiels avant les claquages en volume utiles au bon fonc- tionnement du composant. Il est bien entendu souhaitable d'ef- fectuer le revêtement de passivation latéral avant de découper complètement la plaquette en pavés élémentaires, le traitement individuel de ces pavés élémentaires de très petites dimensions étant fort délicat. L'un des procédés de l'art antérieur permettant de réaliser un sillonnage et une passivation de la zone sillonnée va être rappelé ci-dessous en relation avec les figures 1, 2A et 2B. La figure 1 représente une partie de la zone supéri- eure d'une plaquette 1. Pour effectuer un sillon, on recouvre cette plaquette d'une couche 2 de résine photosensible (par exemple du type disponible sous l'appelation Waycoat). Cette couche de résine 2 est ouverte aux emplacements o l'on souhaite effectuer le sillon et un sillon 3 est formé par attaque chimique. Cette attaque chimique prend place d'une part verti lement perpendi- culairement à la face principale de la plaquetie, d'autre part latéralement. Pendant cette extension latérale, le produit d'at- taque élimine également la couche de Waycoat déposée sur la par- tie de la plaquette qui est attaquée. On obtient donc une struc- ture sensiblement telle que représentée en figure 1. On a égale- 2 2466859 ment représenté en figure 1 un affleurement d'une couche de type planar 4, protégé par une couche de silice 5. Une fois le sillon formé, la couche de résine photosensible 2 est enlevée et une couche d'un mélange conte- nant des billes de verre dans un liant est déposée sur la structure. On peut ou bien déposer ce mélange uniformément, évacuer le liant par action thermique, et fritter le verre pour former une couche uniforme à la fois sur toute la surface de la plaquette et dans les sillons, puis découper ensuite par masquage et attaque chimique le verre pour le-maintenir uniquement dans les sillons et sur la surface de la plaquette-au voisinage de ces sillons; ou bien utiliser comme liant une résine photosensible et éliminer par masquage, éclairement et dissolution la couche de mélange de verre aux emplacements o on ne souhaite pas la déposer puis, après seulement, évacuer le liant par action thermique et fritter le verre. Cet ensemble d'étapes de l'art antérieur présente quatre inconvénients notables. Le premier est que les couches de résine générale- ment utilisées sont peu transparentes et que l'alignement du masque d'ouverture de la résine pour délimiter les zones de sillonnage est difficile à faire en corrélation avec l'emplace- ment des motifs élémentaires antérieurs. Le deuxième inconvénient réside dans le fait qu'au bout d'une certaine durée d'attaque, le produit attaquant le silicium pour former le sillon 3 attaque également la couche de résine protectrice 2. Ce phénomène se produit notamment à la limite du sillon et il se produit un décollement de la couche de résine. On est ainsi limité en profondeur d'attaque chimique à des valeurs de l'ordre de la soixantaine de microns. Les troisième et quatrième inconvénients vont être illustrés en relation avec les figures 2A et 2B. Ces figures représentent à titre d'exemple une plaquette de sili- cium polycristallin dans laquelle on a formé une structure de transistors et qui comprend une couche 6 de type N,Y une couche 7 de type N, une couche 8 de type P, la couche 4 de type N déjà représentée en figure 1, et la couche de silice déjà représentée en figure 1 passivant en surface l'affleure- ment de la jonction entre les couches 4 et 8. Après frittage, dans le cas o l'on a initialement localisé- le mélange verre/ liant, on obtient une structure comprenant une couche de verre fritté 9 et éventuellement, mais fréquemment, des gouttelettes de verre projetées lors du frittage et désignées par la référence (dans le cas o le dépôt de verre n'a pas été localisé, la couche de verre 9 s'étend uniformément sur toute la surface de la plaquette). Le troisième inconvénient des techniques de l'art antérieur est illustré en figure 2B qui représente de façon agrandie un coin supérieur du sillon. La couche de verre peut ne pas recouvrir uniformément ce coin qui peut se trouver exposé, et la couche de verre est divisée en une partie 11 recouvrant le sillon, et une partie 12 recouvrant une partie de la surface supérieure. On obtient ainsi, au voisinage du coin (qui est en fait une arête) un affleurement du silicium du composant semiconducteur. Lors des attaques ultérieures, cette partie de silicium peut être attaquée chimiquement et l'on conçoit les inconvénients que ceci peut apporter au fonctionnement de la structure. Le quatrième inconvénient résulte ou bien de la présence des gouttelettes de projection 10, dans le cas o on a initialement localisé le dépôt du mélange de verre et de liant, ou bien de la présence d'une couche de verre conti- nue sur toute la plaquette. Pour enlever ces gouttelettes ou cette couche de verre continue, les produits d'attaque efficaces comprennent essentiellement de l'acide fluorhy- drique. Malencontreusement, cet acide attaque simultané- ment les couches de silice, telles que la couche de silice passivant l'affleurement de la jonction entre les couches 4 et 8. Cet inconvénient, qui est mineur dans le cas de structures du type thyristor ou triac qui se satisfont de courts-circuits d'émetteur, est rédhibitoire dans le cas de structures du type transistor dans lesquelles cette couche de passivation 5 a une grande influence sur le fonctionnement du dispositif. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de sillonnage d'une plaquette semiconductrice suivie d'une glassivation du sillon évitant notamment les quatre inconvénients de l'art antérieur mention- nés ci-dessus. 4 2466859 Un autre objet de la présente invention est de prévoir une nouvelle structure de composant semiconducteur glassivé latéralement mettant en oeuvre le procédé ci-dessus. Ainsi, la présente invention prévoit un procédé de formation de sillons profonds dans une plaquette de sili- cium comprenant les étapes consistant à - former sur la pla- quette une couche mince de silice thermique d'une épaisseur comprise entre sensiblement 300 et 1000 A; - former sur cette couche de silice une couche de nitrure de silicium d'une épais- seur de 900 à 1500 A; - former des sillons dans la plaquette; - enlever les parties de la couche. de nitrure restant éventuel- lement en surplomb au-dessus des sillons; - procéder à une attaque chimique de courte durée pour approfondir les sillons et former en surplomb une casquette de nitrure de-silicium de largeur choisie; et déposer une substance de passivation sur la plaquette, c'est-à-dire sur la couche de nitrure et dans le sillon. Comme dans l'art-antérieur, la couche de passiva- tion peut être localisée ou non avant frittage. Pour former les sillons dans la plaquette, on peut ou bien procéder par voie mécanique à l'aide d'une scie diamantée, ou bien ouvrir les couches de nitrure et de silice aux emplacements souhaités par masquage et attaque, puis -former par attaque chimique les sillons dans la plaquette au niveau des ouvertures formées dans les couches de nitrure et de silice, ou bien encore pro- céder complémentairement par voie mécanique et par voie chi- mique. Avec ce procédé, on pallie les quatre inconvé- nients des procédés de l'art- antérieur exposés ci-dessus. En effet - La couche de nitrure de faible épaisseur est transparente. On peut donc aligner le masquage ou le rayage de façon simple sur les motifs précédemment formés dans la plaquette. - Le nitrure de silicium résiste bien aux pro- duits d'attaque du silicium et le sillon peut être formé par attaque chimique à une profondeur importante pouvant aller jusqu'à 200 microns. - Comme on le verra plus en détail ci-après, au cours du frittage, le verre adhère par capillarité à la cas- quette de nitrure de silicium surplombant le sillon et ainsi les arêtes de la face supérieure de chaque pavé sont recouvertes de façon satisfaisante par la glassivation. - Les produits d'attaque du verre sont sélectifs vis à vis du nitrure, et l'on peut ainsi enlever des goutte- lettes de verre ou un dépôt de verre uniforme sans attaquer le nitrure sousjacent et, par conséquent, les couches de silice de passivation de jonction qu'il recouvre. La structure selon la présente invention se distingue notamment par le fait que, à l'intérieur de la glassivation, et en prolongement de la face d'o part la glassivation, est contenue une languette de nitrure de sili- cium débordant de la face supérieure en casquette. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1, 2A et 2B sont destinées à illustrer un procédé de l'art antérieur décrit précédemment; et les figures 3 à 7 illustrent diverses étapes suc- cessives du procédé de sillonnage et de glassivation selon la présente invention. On notera que, dans ces diverses figures, les dimen- sions relatives des diverses couchesrégions et sillons ne sont absolument pas tracées à l'échelle à l'intérieur d'une même fi- gure ni d'une figure à l'autre. Conformément à la pratique courante dans la représentation des couches semiconductrices, les diverses couches ont été dilatées selon les besoins pour mieux illustrer la description et faciliter sa compréhension. Pour les valeurs réelles des diverses dimensions, on se réfé- rera aux connaissances générales dans la technique ainsi qu'aux indications particulières données dans certains cas dans la présente description. La figure 3 illustre une première étape du procédé selon la présente invention. Sur une plaquette de silicium 20 6 2466859 est d'abord formée une couche d'oxyde thermique 21 puis une couche de nitrure de silicium 22. La couche d'oxyde thermique a une épais- seur comprise entre 300 et 1000 A, par exemple 500 A. La couche de nitrure de silicium a une épaisseur comprise entre sensiblement 900 A et sensiblement 1500 Apar exemple 1200 A. On a représenté la plaquette de silicium 20 comme comprenant du côté de sa sur- face supérieure une couche 23 de type P dans laquelle est formée une région 24 de type N. La jonction entre les couches 23 et 24 affleure en surface et est protégée par un dépôt diélectrique 25, par exemple une couche de silice. Dans le cas o la couche est une couche de silice, les couches 21 et 25 se fondent, comme cela est représenté dans les figures suivantes. L'ensemble des deux couches 21 et 22 est ouvert en un emplacement 26 par des procédés classiques (masquage et attaque au plasma pour la couche de nitrure de silicium 22 puis attaque chimique pour la couche de silice 21). On notera que la couche de silice 21 ne joue pas de rôle essentiel dans la présente invention, mais est décrite dans l'exemple donné car dans de nombreux cas pra- tiques elle présente une utilité notamment lors des étapes d'enlèvement partiel de la couche de nitrure une attaque au plasma n'affecte pas ou peu une couche de silice alors qu'elle affecterait une couche de silicium si le nitrure de silicium était déposé directement sur le silicium. Dans l'étape suivante, illustrée en figure 4, le silicium 20 est attaqué pour former un sillon 30. Pendant cette étape, la couche de nitrure 22 n'est pratiquement pas attaquée et il demeure des languettes de nitrure de silicium qui surplombent les deux parois latérales du sillon. Pour prendre des ordres de grandeur pratiques, en rappelant que la couche de nitrure a une épaisseur de l'ordre de 1000 A, si le sillon a une profondeur de l'ordre de 100 microns, les lan- guettes déborderont d'environ 40 microns. Des languettes aussi fines et présentant une telle étendue en débordement, sont fort susceptibles d'être brisées localement et d'être irrégulières. Lors de l'étape suivante illustrée en figure 5, on casse complètement les languettes en débordement, par exemple en opérant par brossage et jet d'eau., ces opérations pouvant d'ailleurs être simultanées. La figure 6 illustre l'étape suivante du procédé. On procède à une nouvelle attaque chimique du silicium pour approfondir le sillon d'une faible valeur, par exemple de 5. à 10 microns. Il se forme alors des languettes en déborde- ment dont le surplomb est d'environ 3 à 5 microns. Après cela, on procède à la vitrification des faces du sillon et d'une partie de la face supérieure de la plaquette, cette opération étant effectuée selon l'un ou l'autre des procédés de l'art antérieur exposés précédemment Selon un avantage essentiel de la présente invention, et comme cela est représenté dans la vue de détail de la figure 7, le verre 40 lors de son frittage mouille le nitrure et vient adhérer contre la partie en saillie de la languette ou casquette de nitrure. On obtient ainsi un excellent recouvrement des coins ou arêtes de la face supérieure à la limite du sillon. Comme on l'a vu précédemment, ce procédé se prête ensuite simplement aux étapes d'enlèvement de la portion de couche ou des gouttelettes de verre qui pourraient être pré- sentes sur la surface de la plaquette sans affecter la zone de silice protégeant l'affleurement de la jonction entre les couches 23 et 24. On a décrit ci-dessus un mode de réalisation particulier du sillon. On notera que celui-ci peut être effectué non pas directement par attaque chimique, mais, surtout si l'on souhaite réaliser des sillons particulièrement profonds, l'attaque chimique peut être précédée d'une étape de découpe mécanique, par exemple au moyen d'une scie diamantée, ce qui évite l'étape de formation de l'ouverture 26 dans les couches 21 et 22. De façon plus générale, la présente invention concerne un procédé de formation de sillon permettant une glassivation plus efficace de leurs arêtes en prévoyant qu'une couche de faible épaisseur d'un produit diélectrique fait - saillie dans le prolongement et au-delà de la face supérieure de la plaquette à sillonner, la couche en saillie étant constituée d'un produit mouillant vis à vis du verre en cours de frittage. La-présente invention est susceptible-de diverses variantes et généralisations incluses dans le domaine des revendications ci-après. 8 2466859 REVENDICATIONS 1. Procédé de sillonnage et de passivation d'une plaquette de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - former sur la plaquette une couche mince de silice thermique d'une épaisseur comprise entre sensiblement 300 et 1000 A; - former sur cette couche de silice une couche de nitrure de silicium d'une épaisseur de 900 à 1500 A; - former des sillons dans la plaquette; - - enlever les parties de la couche de nitrure res- tant en surplomb au-dessus de ces sillons; - procéder à une attaque chimique de courte durée pour approfondir les sillons et former en surplomb une casquette de nitrure de longueur choisie; et - déposer une substance de-glassivation dans le sillon et sur la couche de nitrure au moins au voisinage des bords du sillon, et la fritter. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape de formation des sillons dans la plaquette comprend les étapes consistant à ouvrir les couches de nitrure et de silice en des emplacements choisis; et - former par attaque chimique des sillons dans la plaquette auxdits emplacements, 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enlèvement des parties de la couche de nitrure restant en surplomb audessus des sillons est effectuée par brossage et projection d'eau. 4. Procédé selon l'une quelconque des-revendica- tions 1 à 3 caractérisé en ce que les casquettes de nitrure en surplomb ont une longueur comprise entre environ 3 et environ 5 microns. 5. Composant semiconducteur à base de silicium monocristallin dont la tranche est glassivée à partir d'au moins l'une de ses faces,caractérisé en ce que,à l'intérieur de la glassivation, est comprise une languette de nitrure de silicium dans le prolongement de la face d'o part la glassi- vation et en débordement par rapport à cette face. 6. Composant selon la revendication 5,caractérisé en ce que la languette de nitrure de silicium a une longueur en débordement de l'ordre de 3 à 5 microns. e