Brevet FR2487576A1 — publié le 19820129

PROCEDE DE FABRICATION DE DIODES MESA GLASSIVEES La présente invention concerne un procédé de fabrication de diodes mesa glassivées. On rappelle que l'on appelle diode mesa une diode dont la jonction redresseuse débouche à la périphérie du composant, en opposition avec une diode de type planar dans laquelle la jonction débouche en surface. De façon classique, les diodes de type mesa sont formées à partir d'une tranche semiconductrice dans laquelle on découpe des diodes élémentaires. A la périphérie de chaque diode élémentaire, il est nécessaire, pour assurer une bonne tenue en température et en tension du dispositif, de prévoir le dépôt d'un produit de passivation. Ce produit est couramment un verre obtenu à partir d'un dépôt de particules de verre qui sont ensuite frittées. Néanmoins, il est maintenant connu que pour améliorer encore la tenue en tension d'une diode quand la température augmente, il est préférable de prévoir entre le verre et le semiconducteur une couche d'un diélectrique approprié, par exemple du silicium polycristallin dopé à l'oxygene, couramment appelé sipox. Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé particulierement simple et économique pour fabriquer des diodes mesa passivées par glassivation, une couche de sipox étant intercalée entre le verre et le silicium. Pour rendre simple et économique ce procédé, il est prévu selon la présente invention d'éviter toute étape de masquage localisé pour fabriquer les diodes à partir d'une tranche de silicium, les différentes couches de passivation et les différentes métallisation étant autoalignées. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, le procédé de fabrication de diodes mesa glassivées selon la présente invention comprend les étapes consistant à former une tranche semiconductrice comprenant une première couche épaisse d'un premier type de conductivité à fort niveau de dopage revêtued'une deuxième couche du même type de conductivité à faible niveau de dopage, elle-meme revêtue d'une troisième couche du deuxième type de conductivité ; former des sillons dans la tranche selon le motif des diodes élémentaires que l'on souhaite fabriquer, ces sillons partant de la troisième couche et atteignant la première couche ; déposer du sipox sur les faces de la tranche, y compris dans les sillons ; déposer des particules de verre dans les sillons et procéder au frittage de ce verre ; placer la plaquette dans un bain de nickelage pour former une prémétallisation qui s'autolocalise sur la couche de sipox aux emplacements oh celle-ci n'est pas recouverte de verre ; métalliser les faces de la tranche et la découper en diodes élémentaires. La présente invention se base notamment sur la découverte par la demanderesse du fait qu'une couche de nickel se dépose en y adhérant convenablement sur une couche de sipox, sans se déposer sur les parties recouvertes de verre. Ce nickelage s'effectue particulièrement bien sur les couches de sipox dans le cas où le bain de nickel est une solution ammoniacale et dans lequel un barbotage d'ammoniac est prévu. Pour améliorer encore l'adhérence du nickel sur le sipox, on prévoiera de préférence un recuit a une température située dans une gamme de 600 à 6500C. Cette opération permet en même temps au nickel de diffuser dans le silicium polycristallin dopé à l'oxygène et de le rendre conducteur. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ainsi que d'autres seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures 1 à 3 ci-jointes. La figure 1 représente une tranche de silicium à partir de laquelle on peut mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention. Cette tranche de silicium comprend une première couche 1 de type N+ à fort niveau de dopage et relativement épaisse, une deuxième couche 2 de type N- à plus faible niveau de dopage et une troisième couche 3 de type P. A titre d'exemple, la couche N+ pourra avoir une épaisseur de l'ordre de 18Q microns, la couche N- une épaisseur de l'ordre de 60 microns et la couche P une épaisseur de l'ordre de 40 microns, ce qui correspond à une épaisseur de tranche totale d'environ 280 microns. Ces différentes épaisseurs sont choisies d'une part en fonction de la résistance mécanique que l'on veut donner à la tranche au cours des diverses étapes de fabrication, d'autre part en fonction des caractéristiques électriques souhaitées pour la diode. Parmi les procédés possibles pour obtenir une tranche semiconductrice du type de celle représentée en figure 1, on peut partir d'une plaquette de silicium de type N sur laquelle on forme par épitaxie une couche de type N d'une épaisseur de l'ordre de 100 microns, une diffusion de typeP étant ensuite formée à la partie su périeure de cette couche de type N. On peut également partir d'un substrat faiblement dopé de type N- dans lequel on réalise sur une face une diffusion profonde de type N+, et sur l'autre face une diffusion P. Des étapes suivantes du procédé seront décrites en relation avec la figure 2. Tout d'abord, on creuse à partir de la face supérieure, c'est-à-dire la face portant la couche 3, un quadrillage de sillons traversant les couches 3 et 2 et atteignant la couche 1. Ce quadrillage de sillons correspond à la délimitation des diodes élémentaires que l'on veut fabriquer. A titre d'exemple, les diodes élémentaires peuvent avoir une forme carré avec des côtés de l'ordre du millimètre, la largeur du sillon étant comprise entre 0,2 et 0,3 mn. L'un des procédés considéré actuellement comme préféré par la demanderesse pour former ces sillons consiste à les former mecaniquement par sciage après avoir revêtu les deux faces de la plaquette d'une couche protectrice telle qu'une résine ou du nitrure de silicium Après le sciage un ravivage des bords du sillon est effectué par attaque chimique au moyen d'un produit n'attaquant pas la couche de-protection.Après cela la couche de protection est enlevée. Dans une étape ultérieure, une couche de sipox 4 est déposée sur les deux faces de la plaquette, étant entendu que du sipox se dépose également sur les parois du sillon. Cette couche de sipox peut par exemple avoir une épaisseur de l'ordre de 0,25 micron. Ce dépôt est de préférence effectué par voie chimique en phase vapeur à faible pression (procédé dit LPCVD : Low Presure Chemical Vapor Deposition). Dans une étape ultérieure, les particules de verre en solution sont déposées par grattage sur la face supérieure de la tranche, de façon à venir remplir sensiblement les sillons. De préférence, cette étape de dépôt par grattage est effectuée deux fois de suite. Après cela, on chauffe la tranche à une température de l'ordre de 800 à 9000C pour obtenir une évaporation du solvant et un frittage du verre. La couche de verre déposée dans le sillon est désignée par la référence 5 en figure 2. Dans une étape ultérieure, on fait tremper la tranche dans un bain de nickelage et, de façon surprenante, il en résulte un dépôt d'une couche de nickel 6 adhérant sur la couche de sipox 4, résultat qui n'avait pas été observé préalablement à la connaissance de la demanderesse, tandis qu'il ne se produit pas de dépôt de nickel sur les surfaces de la couche vitrifiée 5. De préférence, ce dépôt de nickel chimique au bain est effectué en solution ammoniacale tandis que l'on procède dans la solution à un barbottage d'ammoniac. Pour améliorer encore l'adhérence de la couche de nickel 6 sur la couche de sipox 4, on procède ensuite à un recuit à une température de l'ordre de 600 à 7000C, de préférence de 630 à 6500C, avec une montée et une descente en temserature progressives. Au cours de cette étape, du nickel diffuse à travers la couche de sipox 4 et la rend conductrice. L'expérience montre que l'on obtient ainsi de bons contacts ohmiques entre la couche de nickel et le semiconducteur. La couche de nickel constitue une couche de prémétallisation sur laquelle on dépose ensuite une couche de métallisation plus épaisse avant de découper les tranches de silicium en pastilles de diodes élémentaires. On observera qu'avec le procédé selon la présente invention, aucune étape de masquage n'a été nécessaire, si l'on exclut bien entendu l'étape de sciage et que la couche de nickel se trouve autopositionnée par rapport au sillon, et qu'il n'a pas été nécessaire d'effectuer un masquage particulier pour déposer la couche de sipox dans les sillons. La figure 3 illustre à titre d'exemple des étapes terminales du procédé selon la présente invention. On réalise tout d'abord sur la face inférieure de la plaquette, c'est-à-dire la face correspondant à la couche 1 un sillonnage 7 correspondant sensiblement au sillonnage sur la face supérieure. Ce sillonnage a pour but de mettre à nu le silicium de la face inférieure à la limite entre les diodes élémentaires. Après cela, on procède à un plombage au trempé, et le plomb se dépose sélectivement sur les couches de nickel et non pas sur la couche de verre 5 ou sur la couche de silicium apparente dans le sillon 7. La couche de plomb est désignée par la référence 8 en figure 3. Enfin, on trace à partir de la face inférieure des sillons profonds 9 en regard des sillons sur la face supérieure et l'on casse les tranches en diodes élémentaires. On notera que la prévision du sciage à partir de la face inférieure 9 après la prédécoupe 7 permet d'une part d'éviter les-difficultés liées au sciage d'une tranche de silicium revêtu de plomb (le sciage tend à arracher le plomb), d'autre part à éviter les difficultés de sciage dans une couche de verre fritté. Bien entendu la présente invention est susceptible de nombreuses variantes et n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits. Elle en inclut les généralisations comprises dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de diodes mesa glassivées caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - former une tranche semiconductrice comprenant une première couche épaisse d'un premier type de conductivité à fort niveau de dopage, revêtue d'une deuxième couche du même type de conductivité à faible niveau de dopage, elle-même revêtue d'une troisième couche du deuxième type de conductivité - former des sillons dans la tranche selon le motif des diodes élémentaires que l'on souhaite fabriquer, ces sillons partant de la troisième couche et atteignant la première couche - déposer du sipox sur les deux faces de la tranche - déposer des particules de verre dans les sillons et procéder au frittage de ce verre - placer la plaquette dans un bain de nickelage pour former une prémétallisation qui s ' auto localise sur la couche de sipox aux emplacements où celle-ci n'est pas revêtue de verre - métalliser les faces de la tranche et la découper en diodes élémentaires. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le nickelage est effectué dans une solution ammoniacale avec barbottage d'ammoniac. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de nickelage est suivi d'une étape de recuit à une température de 600 à 6500C. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier type de conductivité est le type N et le deuxième type de conductivité est le type P. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation de sillons se décompose dans les sous-étapes suivantes : - déposer sur les deux faces de la tranche une couche d'un matériau résistant à un produit attaquant le silicium et attaquable sélectivement par rapport au silicium. - sillonner mécaniquement la tranche, - parachever le sillonnage par l'attaque chimique du silicium dans les sillons, - enlever par attaque sélective la couche dudit matériau résistant. 6. Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'étape de métallisation se décompose en les étapes consistant à former un sillonnage mettant à nu le silicium de la tranche à partir de la face inférieure en regard des sillons sur la face supérieure ; - tremper la tranche dans un bain de plombage. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que-la couche de silicium polycristallin dopé à l'oxygène est déposée selon une épaisseur de l'ordre de 2.500 A par voie chimique en phase vapeur à faible pression. 8. Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que la tranche semiconductrice est obtenue par épitaxie sur une couche du premier type de conductivité fortement dopée d'une deuxième couche du même premier type de conductivité à faible niveau de dopage, la troisième couche étant obtenue par diffusion dans la deuxième.