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Stage à laime PROCESS DUNE DIODE PN 1 LAGIN GARY MASTER EMMOM 2008-2009.

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1 Stage à laime PROCESS DUNE DIODE PN 1 LAGIN GARY MASTER EMMOM

2 sommaire LAGIN GARY MASTER EMMOM PROCEDURE RENTREE EN SALLE BLANCHE PROCEDURE RENTREE EN SALLE BLANCHE CREATION DU WAFER CREATION DU WAFER CARACTERISATION DU SUBSTRAT DU DEPART CARACTERISATION DU SUBSTRAT DU DEPART OXYDATION DE MASQUAGE OXYDATION DE MASQUAGE PHOTOGRAVURE N°1(ouverture par la diffusion de la cathode) PHOTOGRAVURE N°1(ouverture par la diffusion de la cathode) DIFFUSION DE LA CATHODE DIFFUSION DE LA CATHODE DESOXYDATIONS DES FENETRES DE DIFFUSIONS DESOXYDATIONS DES FENETRES DE DIFFUSIONS METALLISATION METALLISATION PHOTOGRAVURE N°2 (gravure métal) PHOTOGRAVURE N°2 (gravure métal)

3 CREATION DU WAFER LAGIN GARY MASTER EMMOM Méthode de Czochralski: fabrication dun lingot par tirage. La silice (matière du sable intrinsèque) sera transformée en lingot. Ce lingot sera « saucissonné » pour en faire des wafer.

4 Procédure de rentrée salle blanche LAGIN GARY MASTER EMMOM Limiter le nombre dobjets et de documents qui entrent en salle blanche (crayon à mine carbone proscrit). Suspendre la blouse au cintre numéroté correspondant à chaque binôme. Déposer le Couvre- chaussure dans la partie « USAGES » du coffre. Garder la charlotte dans la manche de la blouse. Jeter les gants latex à la poubelle après chaque séance.

5 CARACTERISATION DU SUBSTRAT DE DEPART Le substrat utilisé est du silicium de type P (dopé Bore).On doit dans un premier temps déterminer les caractéristiques suivantes et les reporter sur la fiche de résultats (ces mesures se font sur les tranches nayant subi aucun traitement) : LAGIN GARY MASTER EMMOM

6 Méthode de calcul LAGIN GARY MASTER EMMOM

7 7 Appareil mesurant la tension et lintensité afin de déterminer la résistivité du wafer. La résistance au carré dépendra de lépaisseur de la couche diffusée. Appareil permettant de mesurer lépaisseur de la couche diffusée. Cet élément va nous permettre de définir la résistance carré.

8 OXYDATION DE MASQUAGE Elle consiste à nettoyer la surface de la plaquette pour réaliser une oxydation thermique permettant de former un oxyde SiO 2 épais. Cet oxyde dit « oxyde de masquage » protège lensemble de la plaquette. Par photogravure on y ouvre les différentes « fenêtres » nécessaires aux étapes ultérieures du process (oxydation mince, ouvertures de contact,…). LAGIN GARY MASTER EMMOM Fenêtre 1:Nettoyage avant oxydation

9 Fenêtre 2:Oxydation thermique humide LAGIN GARY MASTER EMMOM A la fin de cette étape doxydation, nous récupèrerons deux plaquettes : Une plaquette dite « composant » où seront réaliser les composants Une plaquette dite « témoin » qui nous servira à caractériser les principales étapes du process.

10 LAGIN GARY MASTER EMMOM Dioxyde dhydrogène en fusion avec lacide sulfurique formant loxydation chimique Dégraissage avec ces diluants

11 LAGIN GARY MASTER EMMOM Ici,témoin du Wafer plongé dans le HF Pendant 20 secondes. Séchage à lazote

12 Photogravure n°1(ouverture de la cathode) Cette étape est destinée à graver loxyde de masquage précédemment formé sur la face avant de la plaquette. Elle se déroule en deux phases successives : une première opération dite de Photolithographie au cours de laquelle une résine est déposée puis développée après insolation à travers le masque n°1. A ceci sajoute, une étape intermédiaire de protection de la face arrière et enfin une seconde étape dite de gravure humide (wet en anglais) du SiO 2. Les opérations nécessaires à ces différentes étapes sont décrites ci-dessous : LAGIN GARY MASTER EMMOM photogravure

13 LAGIN GARY MASTER EMMOM Alignement insolation

14 LAGIN GARY MASTER EMMOM A cette étape du process, la protection de la face arrière est nécessaire afin de préserver la couche doxyde épais qui évitera la formation de jonctions parasites sur la face arrière lors de létape de diffusion. 2. Protection face arrière:

15 LAGIN GARY MASTER EMMOM Protection par résine Contrôle par microscope

16 LAGIN GARY MASTER EMMOM Gravure de loxyde de masquage Le but de cette étape est de graver, à travers le masque de résine, loxyde de masquage et de délimiter ainsi des régions de la plaquette ou apparaît le silicium. Ces régions sont appelées « fenêtres de diffusion » car cest à travers elles quaura lieu la diffusion du dopant, loxyde de masquage faisant ainsi office de barrière à la diffusion. Cette gravure est une gravure dite humide (wet) qui seffectue par immersion de la plaquette dans une solution acide appropriée. Cette solution gravera sélectivement loxyde vis à vis du silicium. Il est très important de connaître le temps dattaque du bain employé car celle-ci peut varier dun bain à un autre ou encore selon la température et lâge de la solution. La détermination de cette vitesse et donc du temps dattaque à employer seffectuera sur la plaquette témoin à laide des opérations suivantes : Couper au scribing une bande denviron 1 cm parallèlement au méplat et à lopposé de celui-ci. Enduire de cire Apiézon la moitié droite des deux morceaux (méplat vers le bas). Plonger un premier morceau dans le buffer HF en déclenchant un chronomètre pour déterminer le temps dattaque t 1 de loxyde épais.

17 LAGIN GARY MASTER EMMOM

18 LAGIN GARY MASTER EMMOM Lépaisseur (e m ) sera mesurée sur la plaquette témoin à laide du profilomètre (TENCOR) et de lEllipsomètre et reportée sur la fiche de caractérisation. A ce stade du process, le profil en coupe de la plaquette composants est le suivant :

19 LAGIN GARY MASTER EMMOM Mesure de la marche par profilomètre (TENCOR)

20 Diffusion de la cathode Nous allons maintenant aborder la fabrication de la jonction PN. Rappel : Dans nôtre procédé, la plaquette (ou le substrat de silicium) est de type P (les trous sont les porteurs majoritaires) et constitue lanode de la diode. La cathode sera donc de type N (les électrons sont les porteurs majoritaires) et sera obtenue par diffusion dun dopant de type donneur, comme le phosphore dans notre cas. En résumé, cette étape permet donc de diffuser une zone dopée N dans le silicium de départ dopé P. Nota : la partie (b) de la plaquette témoin subira elle aussi les deux étapes de diffusion Létape de diffusion sera réalisée entre deux phases successives : pré-dépôt et redistribution. LAGIN GARY MASTER EMMOM :

21 1. Le pré-dépôt : Le pré-dépôt seffectue dans le four n°1-1. Il consiste à placer, à haute température, les tranches de silicium dans un tube balayé par : – un gaz neutre N 2, – de loxygène, – un composé gazeux contenant lélément dopant, ici du POCl 3. LAGIN GARY MASTER EMMOM

22 On réalise donc une première diffusion des impuretés N (phosphore) au voisinage de la surface du silicium dans le four n°1.1 : LAGIN GARY MASTER EMMOM A haute température, loxygène réagit avec la surface du silicium pour former un verre dopé qui servira de source à la diffusion lors de létape de redistribution.

23 2. La redistribution : Cette étape est réalisée dans le four n°1-2. La couche de type N pré-déposée précédemment est encapsulée (recouverte dun oxyde de redistribution empêchant toute exo-diffusion). Cette étape thermique permet donc dhomogénéiser le dopage et de diminuer les effets de surface. La quantité de dopant introduite lors du pré-dépôt nétant pas modifiée, on constate une augmentation de la profondeur de jonction ainsi quune diminution de la concentration en surface (voir courbe fournie en annexe). Les paramètres de recuit sont les suivants : LAGIN GARY MASTER EMMOM Pour pouvoir venir prendre les contacts de cathode en face avant, on attaquera loxyde de manière à revenir au niveau silicium dans les fenêtres de diffusion. Il faudra donc auparavant mesurer le temps dattaque té nécessaire sur la partie gauche de la plaquette témoin. On effectuera en réalité une légère surgravure (t2+10s) pour être sûr déliminer tout loxyde et dobtenir ainsi des contacts de bonne qualité.

24 LAGIN GARY MASTER EMMOM Prédépot Redistribution

25 LAGIN GARY MASTER EMMOM Les épaisseurs e m et e r seront mesurées sur la plaquette témoin à laide du profilomètre (TENCOR) et de lEllipsomètre puis reportées sur la fiche de caractérisation.

26 Désoxydation des fenêtres de diffusion : Pour pouvoir venir prendre les contacts de cathode en face avant, on attaquera loxyde de manière à revenir au niveau silicium dans les fenêtres de diffusion. Il faudra donc auparavant mesurer le temps dattaque t 2 nécessaire à cette gravure sur la partie gauche de la plaquette témoin. On effectuera en réalité une légère sur- gravure pour être sûr déliminer tout loxyde et dobtenir ainsi des contacts de bonne qualité. LAGIN GARY MASTER EMMOM

27 LAGIN GARY MASTER EMMOM Caractérisation de la diffusion

28 Métallisation Cette opération consiste à déposer sur la face avant de la plaquette une couche daluminium de 5000Å environ, obtenue par pulvérisation cathodique ou par évaporation thermique. Dans les deux cas, il est nécessaire davoir un vide suffisant dans lenceinte pour garantir la pureté de la couche métallique déposée. Il faudra noter les paramètres du dépôt dans le tableau suivant : LAGIN GARY MASTER EMMOM

29 LAGIN GARY MASTER EMMOM Métallisation du Wafer

30 VII. Photogravure n°2 ( gravure métal) : LAGIN GARY MASTER EMMOM Le deuxième niveau de masque a pour but de venir protéger les régions du composant où lon souhaite conserver le dépôt daluminium (sur la cathode). Les conditions de la photolithographie sont résumées ci-dessous : * Le bain dattaque de laluminium doit être parfaitement homogène. Dans ce but, on le plongera dans le bac à ultra-sons avant de commencer le dépôt de la résine.

31 La procédure à suivre pour la gravure métal est la suivante : LAGIN GARY MASTER EMMOM ** Lattaque de laluminium sera poursuivie pendant 20 ou 30 secondes au-delà de linstant où tous les motifs de la tranche seront apparus. *** Avant de mettre la cire apiézon, on nettoiera la face arrière à lacétone et à leau pour enlever toute trace de résine. Silicium P S

32 Tests et montage : 1. Test sous pointes : La machine de test sous pointes permet de tester individuellement chacune des diodes P/N de la plaquette composant. Cette machine est constituée dun ensemble de pointes qui, après réglage, se positionnent automatiquement sur les plots de métallisation de la plaquette, permettant ainsi lobtention immédiate de courbes I(V) sur un traceur de caractéristiques. Elle permet alors deffectuer une cartographie de la plaquette afin de déterminer rapidement où se trouvent les meilleurs composants du lot qui seuls seront montés en boîtier. 2. Découpe : Une scie diamantée à commande numérique permet de découper la plaquette composant et dindividualiser les puces sélectionnées en vue de leur montage en boîtier. 3. Montage : Les puces sont fixées par leur face arrière sur lembase du boîtier en utilisant leutectique Or-Silicium à la température de 370°C. 4. Micro soudure : Les contacts en face avant sont pris sur les plots métallisés de sortie à laide de fils daluminium. La technique utilisée est celle du wedge-bonding faisant appel aux ultra-sons qui effectuent une interpénétration moléculaire entre le fil et le plot de contact. Cette étape est réalisée à la température ambiante. LAGIN GARY MASTER EMMOM

33 Schéma représentant la technique LAGIN GARY MASTER EMMOM Relevé des caractéristiques du mono chip (LED)

34 LAGIN GARY MASTER EMMOM Wafer Monochip

35 Annexe LAGIN GARY MASTER EMMOM Abaque après redistribution

36 LAGIN GARY MASTER EMMOM Abaque après prédépot

37 LAGIN GARY MASTER EMMOM

38 LAGIN GARY MASTER EMMOM

39 LAGIN GARY MASTER EMMOM

40 LAGIN GARY MASTER EMMOM

41 LAGIN GARY MASTER EMMOM FIN


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