Brevet FR2579023A1 — publié le 19860919

COMPOSANT SEMICONDUCTEUR A TENUE EN TENSION AMELIOREE PAR SILLONS PERIPHERIQUES MULTIPLES La présente invention concerne les composants semiconducteurs tels que des diodes, transistors, thyristors, triacs présentant une tenue en tension inverse élevée. Quel que soit la structure des différentes couches semiconductrices du composant, la tenue en tension inverse provient de l'aptitude d'une jonction PN polarisée en inverse à résister à la tension élevée qui lui est appliquée. Lorsque cette jonction présente une courbure importante, un claquage de la jonction se produit en général à l'endroit de la courbure de la jonction (cas des jonctions de type planar réalisées par diffusion localisée: la jonction est plane dans sa majeure partie mais se courbe à sa périphérie pour remonter à la surface). Pour améliorer la tenue en tension, on utilise quand cela est possible des structures "mesa"; la jonction qui doit résister à la tension inverse élevée est plane sur toute son étendue; elle ne remonte pas à la surface de la pastille semiconductrice constituant le composant mais elle arrive sur la tranche de la pastille en restant dans un plan parallèle aux surfaces principales de la pastille. Dans les structures mesa, le claquage de la jonction se produit sur la périphérie de la jonction, là où elle rencontre le bord de la pastille, car c'est là que les champs électriques sont les plus élevés. Pour améliorer la tenue en tension des composants à structure mesa, il faut prévoir des moyens pour limiter les pointes de champ électriques à la périphérie de la jonction. Un moyen connu consiste à biseauter fortement le bord de la pastille pour écarter les lignes équipotentielles les unes des autres sur la zone d'affleurement périphérique de la jonction; le plan de la jonction arrive sur un biseau aigu au lieu d'arriver perpendiculairement aux bords latéraux de la pastille. Le procédé ne donne que partiellement satisfaction car il tend à courber les lignes équipotentielles à leur arrivée sur le bord de la pastille et cette courbure est préjudiciable à la tenue en tension bien qu'il y ait une amélioration importante du fait de l'espacement accru entre les lignes équipotentielles à l'endroit de cette courbure. Bien entendu, l'affleurement de la jonction sur le biseau est protégé par une substance de passivation ayant de très bonnes qualités diélectriques. Un autre moyen connu consiste à faire arriver la jonction non pas sur le bord droit ou biseauté de la pastille mais sur le bord d'un sillon profond creusé par attaque chimique tout autour de la périphérie de la pastille et rempli d'une substance de passivation protégeant la jonction là où elle coupe ce sillon. Mais pour que ce sillon ait une certaine efficacité dans l'amélioration de la tenue en tension, il faut qu'il soit large et profond, ce qui pose des problèmes technologiques de plusieurs sortes: problème de fragilité de la tranche semiconductrice (incorporant plusieurs composants tous sillonés périphérique ment); problème de contrôle de la réaction chimique d'attaque du silicium pour faire le sillon: la quantité de matière à enlever est importante et consomme beaucoup d'acide ; la réaction d'attaque est exothermique et tend à s'emballer si elle dure longtemps. La présente invention propose un composant à tenue en tension améliorée à structure mesa qui est caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs sillons périphériques successifs parallèles proches les uns des autres, étroits et creusés essentiellement par gravure au laser, ces sillons s'enfonçant dans une même direction à partir de la surface du composant, peu profondément mais au-dessous de la jonction de type mesa qui doit supporter la tenue en tension inverse du composant, les sillons étant remplis d'une substance diélectrique de passivation. Il apparaît que l'utilisation de plusieurs sillons étroits et rapprochés est bien plus efficace pour réduire les pics de champ électrique à la périphérie de la pastille et donc pour augmenter la tenue en tension, et qu'elle autorise quand même l'utilisation d'un procédé de fabrication présentant moins de problèmes que les procédés existant actuellement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique montre la structure générale du composant selon l'invention. La structure représentée est simplement celle d'une jonction PN devant avoir une tenue en tension élevée mais l'invention est applicable à toute autre structure incorporant une telle jonction, par exemple un transistor NPN dont la jonction à tenue en tension élevée est la jonction collecteur-base. Sur un substrat semiconducteur 10 d'un premier type de conductivité (par exemple N), on a diffusé sur la face arrière une impureté supplémentaire de type N pour former une couche surdopée N+ 12 apte à constituer un contact ohmique avec une métallisation 14 de la face arrière (aluminium par exemple). Sur la face avant, on a diffusé ou formé par un autre moyen (implantation, épitaxie), une couche 16 de type de conductivité opposé (P). La diffusion est faite sur toute la face arrière de sorte qu'on réalise une jonction plane entre la couche 16 de type P et la couche centrale de type N qui constitue le corps du substrat de départ. Sur la figure on n'a représenté que le bord latéral droit d'une pastille constituant une composant. La pastille s'étend normalement vers la gauche sans que cela ait été représenté car l'invention s'intéresse à la manière dont on réalise le bord périphérique de la pastille. On rappelle ici que dans la technique des composants semiconducteurs on réalise plusieurs composants sur un même substrat de silicium que l'on découpe en pastilles individuelles vers la fin du processus de fabrication. La figure représente une pastille après découpe comme le montre le bord franc sur la droite de la figure. Après les différentes étapes de diffusion d'impuretés sur la tranche semiconductrice pour réaliser les couches 12 et 16 et éventuellement d'autres couches localisées ou non localisées (par exemple diffusion d'émetteur d'un transistor dans la couche de base 16), on exécute les étapes suivantes spécifiques à l'invention. On fait passer la tranche non encore découpée en pastilles individuelles sous un faisceau laser étroit émettant un rayonnement à une longueur d'onde inférieure à 1,13 microns (au-dessus de 1,13 microns le silicium est transparent et ne pourrait être creusé par le faisceau laser). Un laser YAG (Yttrium Aluminium Carnet) dopé au Neodyme, avec une longueur d'onde de 1,06 micron convient. On fait suivre au faisceau laser plusieurs trajets périphériques parallèles pour chaque zone de tranche correspondant à une future pastille représentant un composant. Chaque trajet provoque le creusement d'un sillon périphérique dans le silicium. La profondeur du sillon dépend de la puissance du laser et si l'on veut une profondeur importante on sera amené à décrire plusieurs fois successivement le même trajet. Dans l'exemple représenté, on creuse trois sillons différents rapprochés: un sillon intérieur 18, un sillon intermédiaire 20, et un sillon extérieur 22. La profondeur est en principe identique pour les trois sillons et elle s'étend de la surface du substrat jusqu'à une faible profondeur au-dessous de la jonction qui doit assurer la tenue en tension (jonction entre les couches 16 et 10). A titre d'exemple, la profondeur peut être de quelques dizaines de microns, de même que la largeur et l'espacement des sillons. Les différents sillons sont creusés parallèlement les uns aux autres avec un faisceau laser qui est en principe perpendiculaire à la surface principale de la tranche mais qui pourrait aussi être légèrement oblique (même angle d'attaque pour les différents sillons). Pour améliorer la qualité superficielle du silicium à l'intérieur des sillons, on effectue de préférence une gravure supplémentaire chimique de la tranche pour enlever une épaisseur de silicium d'environ 10 à 20 microns (gravure dans un bain classique d'acide nitrique et fluorique). Pour cette opération on protège de préférence la tranche à l'extérieur des sillons; cette protection peut se faire par une résine de masquage photogravée ; elle peut aussi se faire en prévoyant que la tranche est oxydée avant l'étape de gravure par laser: le laser gravera l'oxyde et le silicium; à l'extérieur des sillons l'oxyde subsistera et protègera la tranche lors de l'attaque chimique. Après la gravure laser et le nettoyage chimique, on peut déposer une couche de passivation (verre) sur les surface supérieure et inférieure de la tranche. Cette couche 24 recouvre la tranche et remplit les sillons 18, 20, 22. Elle est ensuite gravée sur les deux faces pour dénuder le silicium avec endroits où l'on veut effectuer une métallisation. La métallisation est effectuée soit par pulvérisation puis gravure, soit par trempage dans un bain chimique, le métal se déposant uniquement sur le silicium mais non sur le verre de passivation. On réalise ainsi la métallisation 14 de face arrière et une ou plusieurs métallisations de face avant, notamment une métallisation 26 sur la couche 16. Sur la figure on n'a pas représenté de métallisation entre les différents sillons. Une telle métallisation pourrait dans certains cas être prévue, reliée électriquement ou non à la métallisation 26. Les sillons parallèles 18, 20, 22, bien que peu profonds, permettent une excellente répartition des lignes équipotentielles qui s'espacent sans se courber exagérément comme on le voit sur les traits tiretés de la figure, qui représentent quelques lignes équipotentielles formées dans le cas d'une polarisation inverse de la jonction P/N. On notera que le procédé de fabrication permet que l'essentiel des opérations se fasse sur la tranche de silicium avant sa découpe en pastilles individuelles, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on doit biseauter le bord périphérique des pastilles (opération se faisant après découpe et nécessitant une manipulation délicate et longue). REVENDICATION Composant semiconducteur à tenue en tension élevée au niveau d'une jonction PN polarisée en inverse, caractérisé en ce qu'il comporte à sa périphérie plusieurs sillons (18, 20, 22) suivant des trajets parallèles proches les uns des autres, entourant une zone active du composant, ces sillons étant étroits et creusés essentiellement par un faisceau laser dans une même direction et jusqu'à une profondeur faible mais telle que chacun des sillons coupe la jonction PN (10, 16) dans le but d'espacer les lignes équipotentielles au voisinage de la périphérie de la jonction PN, chacun des sillons étant rempli d'une substance diélectrique de passivation (24).