Brevet FR2676307A1 — publié le 19921113

Tous les composants à semi-conducteurs doivent etre pourvus, pour la protection contre les influences de l'environnement et/ou pour l'amélioration des pro- priétés des composants, d'une couche de passivation qui recouvre les couches de blocage ou d'arrêt ouvertes ou les couches superficielles Les composants à semi- conducteurs utilisés à hautes températures et devant présenter seulement de faibles courants inverses sous des tensions inverses élevées en particulier les composants à semi-conducteurs de puissance sont généralement scellés par vitrification ou passivés au verre. Pour fabriquer les couches de passivation au verre, les tranches de semi-conducteurs sont habituel- lement recouvertes d'une couche de dioxyde de silicium (Sio 2), cette couche est structurée par un processus photolithographique, les caissons sont gravés au moyen d'un mélange acide et le verre est introduit dans les caissons, par exemple par électrophorèse ou sédimenta- tion Cependant, les caissons gravés obtenus selon ce procédé, présentent un rapport largeur/profondeur défavorable, auquel est lié le besoin d'une grande surface de semi-conducteur, donc un faible rendement en composants par tranche de semi-conducteur; au découpage de la tranche en composants, une partie de la vitrifi- cation risque également d'être perdue par le détachement d'éclats De plus, en raison de la tenue limitée du masque de gravure vis-à-vis de l'agent de gravure, la profondeur réalisable pour les caissons est limitée Or, surtout dans le cas de composants à semi-conducteurs de puissance, il faut des caissons de diffusion profonds pour assurer les propriétés des composants Pour le processus de fabrication, on doit disposer de lignes de fabrication spéciales (chambre jaune, et ainsi de suite), ce qui est lié à d'importants investissements pour les moyens de production. L'invention vise à indiquer un procédé per- fectionné pour fabriquer des composants à semi-conduc- teurs scellés par vitrification, par lequel les incon- vénients mentionnés puissent être évités. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par un procédé de fabrication qui est caracté- risé en ce qu'il comprend la formation de couches de semi-conducteur fortement dopées dans au moins une région de surface d'une tranche de semi-conducteur à go orientation cristallographique I 100), la formation d'une couche de masquage sur les deux faces de la tranche de semi-conducteur, la structuration de la couche de masquage et de la couche de semi-conducteur sous-jacente sur une face de la tranche de semi-conducteur, par la is création de creux présentant une orientation prédéter- minée par rapport à l'orientation cristallographique ( 100) de la tranche de semi-conducteur, l'élargissement des creux en caissons de largeur et profondeur définies et à angle de flancs défini par un processus de gravure et, après l'enlèvement de la couche de masquage, le remplissage des caissons avec une pâte de poudre de verre. Dans le procédé selon l'invention, la vitri- fication est réalisée sans processus photolithogra- phiques complexes, de sorte que les moyens à mettre en oeuvre pour la fabrication et par suite également le coût de fabrication de composants ainsi produits peuvent être réduits nettement. Le processus de gravure pour réaliser les caissons peut être exécuté de façon exacte et reproduc- tible, le masque de gravure possède une tenue pratique- ment illimitée à l'égard de l'agent de gravure, les caissons gravés présentent un angle de flancs exactement défini et il se produit seulement une gravure minimale sous le masque D'un côté, on peut ainsi obtenir des résultats de gravure reproductibles, lesquels réduisent -J la dispersion des propriétés des composants et par suite les fluctuations de rendement; d'un autre côté, il devient possible de graver à de grandes profondeurs, de sorte que certaines propriétés requises des composants, comme par exemple des tensions inverses élevées, peuvent être obtenues sans problèmes Grâce à l'orientation exactement définie des caissons gravés, la couche de passivation au verre est également alignée exactement; le risque de détachements d'éclats à la découpe de la tranche en composants, peut ainsi être évité. Le procédé sera ci-après décrit plus en détail en référence aux figures 1 à 6, montrant à titre d'exemple non limitatif différentes étapes de fabrica- tion pour la production de composants sous forme de diodes scellées par vitrification. La figure 1 montre une tranche de semi- conducteurs après la diffusion et l'oxydation; la figure 2 montre la tranche de semi-conducteur entaillée par des traits de scie; la figure 3 montre la tranche de semi- conducteur après la gravure des caissons; la figure 4 représente la tranche de semi-conducteur après la métallisation et la vitrification; la figure 5 montre la tranche de semi-conducteur nettoyée et préparée pour le découpage; et la figure 6 montre un composant semi- conducteur en forme de diode obtenu par le découpage. Figure 1 Dans la tranche de silicium 1, dopé N par exemple et ayant l'orientation cristallographique ( 100} la conductivité et l'épaisseur des tranches de semi- conducteur 1 sont choisies en fonction de la tension inverse requise des composants, devant constituer des diodes par exemple -, on forme, par diffusion, en vue de la réalisation d'une jonction PN, une couche P désignée par 3 sur une face de la tranche (jusqu'à la ligne limite 6, et une couche N+ désignée par 4 (jusqu'à la ligne limite 7) sur l'autre face de la tranche La couche dopée N du corps semi-conducteur de base, désig- née par 2 et ayant l'orientation cristallographique ( 100), se trouve entre les deux lignes limites 6 et 7. De plus, en tant que masque de gravure, on applique sur les deux faces de la tranche 1, par exemple par oxyda- tion thermique, une couche 5 de Si O 2 d'une épaisseur d'environ 1 pm par exemple. Figure 2 En conformité avec la division prévue en O composants individuels, on forme des creux 8 dans la couche P 3, par exemple au moyen de lames de scie; la largeur des lames correspond à la largeur désirée des creux 8 Le sciage des creux 8 s'effectue en outre de manière que les parois de délimitation latérale des creux aient l'orientation cristallographique ( 110 > et que leurs fonds aient l'orientation cristallographique ( 100) Afin d'obtenir des vitesses de gravure raison- nables lors du processus de gravure consécutif, les creux 8 doivent être réalisés suffisamment profonds; par exemple, le sciage doit aller jusqu'à une profondeur o la concentration de dopage dans la couche P + 3 est inférieure à 1019 cm 3, mais les creux 8 ne doivent cependant pas s'étendre jusqu'à la jonction P +IN désig- née par 6 Pour que le processus de gravure s'effectue dans le plan cristallographique ( 100), comme prévu, les creux 8 doivent être orientés parallèlement ou perpen- diculairement au plan cristallographique ( 110) ou ( 110). Figure 3 Par le processus de gravure, réalisé au moyen d'un mélange de gravure basique, on enlève davantage le matériau de la couche P + 3 attaqué par les traits de scie, en creusant jusqu'à la profondeur requise pour former les caissons de passivation 9 La vitesse de gravure dans les couches de silicium 3 et 2 est de 0,5 à35 1 wrm/min, suivant la concentration de dopage de ces couches, tandis que la couche de masquage 5 en Si O 2 est enlevée seulement à raison d environ 2 nm/min, de sorte qu'il ne se produit pas de gravure sous le masque Lors du processus de gravure, le plan cristallographique ( 111), formant les parois l Ob des caissons, est enlevé beaucoup plus lentement, de plusieurs facteurs de dix - en raison de l'orientation cristallographique ( 100) choisie pour la tranche 1, de l'orientation des creux 8 ou des caissons 9 et de la composition du mélange de gravure -, que le plan cristallographique ( 100) formant le fond l Oa des caissons L'angle des flancs, c'est-à- dire l'orientation des caissons 9, et l'ouverture du masque, correspondant à la largeur des caissons 9, sont donc seulement influencés de façon négligeable par le processus de gravure. Figure 4 Comme préparation pour le dépôt du verre, on enlève la couche 5 de Si O 2, servant de masque de gra- vure, sur les deux faces de la tranche 1, par exemple à l'acide fluorhydrique On remplit ensuite les caissons gravés 9, par exemple par raclage, avec une pâte de poudre de verre 11, on nettoie les contacts sur lesquels est brasé le composant lors du processus de montage et on produit la cuisson du verre 11 à une température et sous une atmosphère déterminées Il est25 possible aussi d'introduire la pâte de poudre de verre dans les caissons 9 par électrophorèse ou sédimentation. On enlève le Sio 2 formé pendant le processus de frittage du verre, par exemple à l'aide d'un mélange de gravure composé d'acide fluorhydrique, fluorure d'ammonium et eau désionisée; cette opération de gravure n'attaque pas de façon notable le verre 11 Après cela, on dépose par vaporisation, sur les deux faces de la tranche 1, en vue de la fabrication de contacts permettant un brasage à la brasure tendre, une couche de métallisation 12 consti-35 tuée par exemple d'une couche de nickel d'une épaisseur de 0,4 Wn et d'une couche d'argent d'une épaisseur de 0,6 Pn La couche de métallisation 12 peut être soumise à un recuit afin de garantir l'obtention des paramètres électriques et mécaniques désirés des composants. Figure 5 On enlève la couche de métallisation 12 de la surface des couches de verre 11; ceci est réalisable facilement, par exemple par arrosage avec de l'eau désionisée sous haute pression, du fait que la métalli- sation adhère mal au verre On pratique en outre des 1 o entailles 13 dans la face inférieure de la tranche 1 aux endroits nécessaires pour la division en composants. Figure 6 Après un processus habituel de division, par exemple par sciage, rayage, et ainsi de suite, on partage la tranche en composants à l'aide des entailles 13 et on enlève les composants marginaux; la vitrifica- tion 11 est maintenant présente sur les deux côtés du composant individuel 14. Le procédé selon l'invention est applicable à la fabrication de tous les composants à semi-conducteurs sur lesquels des couches de passivation sont néces- saires, mais en particulier aux composants de puissance ou aux diodes. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer des composants à semi-conducteurs scellés par vitrification ou passives à verre, caractérisé en ce qu'il comprend la formation de couches de semi-conducteur ( 3, 4) fortement dopées dans au moins une région de surface d'une tranche de semi- conducteur ( 1) à orientation cristallographique ( 100), la formation d'une couche de masquage ( 5) sur les deux faces de la tranche de semi-conducteur ( 1), la structu- i O ration de la couche de masquage ( 5) et de la couche de semiconducteur ( 3) sous-jacente sur une face de la tranche de semiconducteur ( 1), par la création de creux ( 8) présentant une orientation prédéterminée par rapport à l'orentation cristallographique ( 100) de la tranche de semi-conducteur ( 1), l'élargissement des creux ( 8) en caissons de largeur et profondeur définies et à angle de flancs défini par un processus de gravure et, après l'enlèvement de la couche de masquage ( 5), le remplis- sage des caissons ( 9) avec une pâte de poudre de verre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de masquage ( 5) est en dioxyde de silicium et est formée par oxydation thermique. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que les creux ( 8) sont réalisés par sciage, la largeur des creux ( 8) étant préfixée par la largeur des lames de scie. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le sciage des creux ( 8) s'effectue de manière que les parois de délimitation latérale des creux aient l'orientation cristallographique ( 110) et que les fonds des creux aient l'orientation cristallographique ( 100). Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé par l'emploi d'un mélange de gravure basique lors du processus de gravure pour former les caissons ( 9). 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de masquage ( 5) est enlevée à l'acide f luorhydrique après le pro- cessus de gravure. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que la pâte de poudre de verre est introduite dans les caissons ( 9) gravés par raclage, électrophorèse ou sédimentation. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que la pâte de poudre de verre est frittée après le remplissage des caissons ( 9). 9 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que les deux faces de la tranche de semiconducteur ( 1) sont recouvertes d'une couche de métallisation ( 12) après le processus de frittage et que la couche de métallisation ( 12) est de nouveau enlevée dans la région de la couche de passiva- tion au verre ( 11). Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que des entailles ( 13) sont pratiquées dans la face de la tranche de semi- conducteur ( 1) opposée à la couche de passivation au verre ( 11), entailles au moyen desquelles s'effectue la division de la tranche en composants individuels ( 14).