Brevet FR2569492A1 — publié le 19860228

PROCEDE DE REALISATION D'UN CAISSON D'ISOLATION PAR JONCTION DANS UNE TRANCHE SEMICONDUCTRICE La présente invention concerne la fabrication de composants semiconducteurs, à caissons et notamment de composants de puissance formés à partir d'un substrat de silicium. Le sillon glassivé est un mode d'isolement couramment employé en structure mésa. Le thyristor ou le triac de par sa configuration nécessite deux sillons situés de part et d'autre du pavé. Cette présence simultanée entraîne des inconvénients dont les principaux sont les suivants: - une épaisseur surdimensionnee par rapport au silicium utile pour la tenue en tension du composant ceci en raison de la nécessité d'une tenue mécanique suffisante de la tranche, - des rendements faibles au montage en raison de court-circuits ou d'arcage. Le caisson qui consiste en une diffusion localisée profonde de type inverse à celui du substrat en remontant la jonction inférieure sur la face supérieure permet d'isoler les deux jonctions sur le même sillon et ainsi de résoudre les problèmes cités précédemment. La présente invention propose un procédé particulièrement simple et efficace pour réaliser un tel caisson, de type P+, autour d'une zone de silicium de type N. Alors qu'une technique classique de dopage consiste à déposer puis graver une couche d'aluminium sur le tracé du caisson, c'est-àdire sur le pourtour de la zone active, puis à traiter thermiquement la tranche semiconductrice pour faire diffuser profondément l'aluminium à l'intérieur du silicium, la présente invention propose de déposer uniformément une couche d'aluminium et, sans la graver, de l'illuminer par un faisceau laser que l'on déplace le long du tracé du caisson, puis de retirer l'aluminium qui n'a pas subi l'action du faisceau laser et d'effectuer alors un traitement thermique de diffusion. Plus précisément, le procédé selon l'invention, pour former les murs d'un caisson d'isolation constitué par une zone de silicium fortement dopée de type P+ entourant une zone active de type N, comprend les étapes consistant à: - déposer une couche d'aluminium sur une face principale d'un substrat de silicium de type N, - diriger un faisceau laser localisé sur le pourtour de la zone active à isoler, de manière à créer localement un eutectique aluminium-silicium en fusion sur ce pourtour, - éliminer sélectivement la couche d'aluminium là où elle n'a pas été alliée au silicium, - effectuer un traitement thermique pour faire diffuser profondément l'aluminium allié vers l'intérieur du substrat. Le procédé selon l'invention sera plus précisément décrit en référence aux dessins annexés dans lesquels les figures I à 6 représentent les diverses étapes du procédé de formation des caissons dans un exemple particulier de réalisation. On part d'une tranche semiconductrice constituée par un substrat 10 de silicium de type N d'une épaisseur qui est par exemple d'environ 250 microns, sur laquelle on dépose par évaporation sous vide une couche mince d'aluminium 12 d'une épaisseur de quelques microns (figure 1). On place cette tranche sur le plateau d'un appareil à faisceau laser étroit tel que ceux qui sont utilisés pour la gravure ou la découpe de pièces minces au laser, et on dirige le faisceau laser 14 sur la surface revêtue d'aluminium en lui faisant suivre un trajet localisé sur le pourtour (par exemple rectangulaire) de la zone active à isoler à l'intérieur du substrat. 11 se forme, sous -l1influence de la chaleur dégagée par l'absorb tion du rayonnement laser, un eutectique aluminium-silicium très localisé qui lors de son refroidissement se transforme en une bande étroite superficielle d'alliage d'aluminium-silicium 16 suivant le tracé du caisson d'isolation désiré (figure 2). On élimine, par nettoyage chimique au moyen d'acide orthophosphorique H3PO4, l'aluminium non allié présent sur la surface supérieure de la tranche. L'alliage aluminium-silicium 16 localisé sur une bande étroite n'est pas attaqué par ce produit (figure 3). On effectue alors un traitement thermique sous oxygène à une température d'environ 1 2500C pendant environ 40 heures. L'aluminium présent dans l'alliage diffuse à l'intérieur de la tranche sur une profondeur qui peut aller jusqu'à une centaine de microns. La présence d'oxygène provoque la formation d'une couche d'oxyde de silicium superficielle 18. L'aluminium diffuse constitue un dopant de type P pour le silicium, de sorte qu'on obtient un mur profond 20 (une centaine de microns) de type P+ entourant une zone active 22 de type N. Ce mur 20 constitue le mur vertical du caisson d'isolation désiré (figure 4). Le reste de l'isolation, et notamment le fond du caisson, peut être réalisé de différentes manières qui dépendent du type de composant qu'on veut réaliser dans la zone active 22. Dans l'exemple représenté, on à prévu de réaliser dans la zone active 22 une structure PNPN, l'isolation de la zone active étant complétée par un sillon profond passivé du cSté de la face arrière de la tranche. A cet effet, après élimination chimique de l'oxyde de silicium superficiel 18, on procède à une diffusion de type P+ (avec du Gallium par exemple) sur les deux faces de la tranche, puis une diffusion localisée de type N sur la face supérieure, ce qui conduit à la structure de la figure 5. Après cela, on grave dans la face arrière de la tranche de silicium un sillon périphérique profond 24 entourant la zone active 22, ce sillon étant en regard des murs 20 de type P+. La profondeur du sillon 24 est suffisante pour que le fond du sillon rejoigne le mur 20 tout autour de la zone active. Le sillon 24 est passivé par une couche de verre 26. Cette couche est gravée pour dénuder le silicium en vue de prendre les contacts sur les différentes zones du dispositifs: gâchette et cathode pour le thyristor. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former les murs d'un caisson d'isolation constitué par une zone de silicium fortement dopée de type P entourant une zone active de type N, caractérisé par les étapes consistant à: - déposer une couche d'aluminium (12) sur une face principale d'un substrat de silicium de type N (10), - diriger un faisceau laser (14) localisé sur le pourtour de la zone active à isoler, de manière à créer localement un eutectique aluminium-silicium (16) en fusion sur ce pourtour, - éliminer sélectivement la couche d'aluminium là où elle n'a pas été alliée au silicium, - effectuer -un traitement thermique pour faire diffuser profondément l'aluminium allié vers l'intérieur de substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue sur l'autre face du substrat une diffusion non localisée de type P+ suivie de la gravure d'un sillon sur cette face en regard de la zone profonde de type P+ diffusée à partir de la première face et le fond du sillon atteignant la zone d'aluminium alliée et diffusée à l'intérieur du substrat.