Brevet FR2023722A1 — publié le 19700821

L'invention concerne des composants semi-conducteurs et, plus précisément, des structurés pour composants semi-conducteurs dotées de propriétés améliorées de dissipation de la chaleur et susceptibles d'être fabriquées facilement, ainsi qu*un procédé 5 pour la production de ces structures. Au cours du fonctionnement de certaines sortes de composants semi-conducteurs, par exemple une diode avalanche qui, comme on le sait, peut être utilisée dans un générateur de micro-ondes, une tension inverse doit être appliquée à la jonction P-N, de 10 sorte qu'un fort courant d'avalanche peut traverser la jonction P-N, ce qui doit donc s'accompagner d'une perte de chaleur importante. Afin d'obtenir un fonctionnement efficace de ces composants semi-conducteurs, il est essentiel de dissiper la chaleur engendrée par un dissipateur thermique. 15 Dans la plupart des structures de semi-conducteurs MESA, bien qu'une jonction d'un composant semi-conducteur soit proche de la surface de celui-ci, un conducteur thermique, par exemple sous forme d'une plaque de cuivre, est appliqué à la face arrière du composant. En conséquence, ces composants ont le défaut 20 d'être très peu efficaces du point de vue de la transmission de la chaleur, du fait que la chaleur engendrée au niveau de la jonction est dirigée vers la plaque de cuivre à travers le composant semi-conducteur, puis est dissipée. Sur ces entrefaites, on a proposé et essayé ce que l'on a appelé le "principe de montage 25 sens dessus dessous" selon lequel la surface de la structure de semi-conducteur MESA sur laquelle un ou plusieurs semi-conducteurs MESA sont formés est fixée à un dissipateur thermique, mais ce principe a rendu compliquée la fabrication du composant et, par conséquent, a abouti à une faible reproductibilité du fait 30 que l'aire de la surface des semi-conducteurs MESA de la structure est trop petite. L'invention a pour but de fournir une structure de semiconducteur dotée d'une caractéristique améliorée de dissipation de la chaleur. 35 Un autre but de l'invention est de fournir une structure de semi-conducteur dans laquelle un dissipateur thermique puisse être adapté effectivement et sans difficulté à des composants semi-conducteurs formés sur un substrat unique. D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressorti-40 ront de la description suivante, laquelle se réfère aux dessins 69 39850 2 2023722 annexés qui illustrent des formes d'exécution. La figure 1 est une vue en perspective représentant une disposition de semi-conducteurs selon l'un des modes de réalisation de l'invention. 5 La figure 2 est une vue en coupe d'une structure de semi conducteur selon l'un des modes de réalisation de l'invention, illustrant le procédé de fabrication. La figure 3 est une vue en perspective qui représente une disposition de semi-conducteurs sur un substrat de forme parti-lO culiëre, conformément à l'invention. Pour se référer à la figure 1 qui représente un exemple de la disposition de semi-conducteurs selon l'invention, il est formé sur un unique substrat semi—conducteur 1 trois unités semi-conductrices MESA, désignées par 2, 3 et 4 et disposées réguliè— 15 rement. Dans l'exemple illustré par la figure 1, les trois unités semi-conductrices MESA sont disposées aux sommets d'un triangle équilatéral sur le substrat. Lors de la fabrication du composant de la figure 1, au moment de la formation des unités semi-conductrices MESA, celles-ci sont disposées régulièrement sur la même 20 surface unitaire du substrat et sont soumises au traitement de gravure MESA pour la réalisation du composant à disposition régulière. Pour se référer à la figure 2 qui représente, en coupe transversale, un exemple de la structure de semi-conducteur de l'in-25 vention, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes numéros de référence que sur la figure 1, un élément semi-conducteur à disposition régulière, tel qu'il est fabriqué selon l'invention et qu'il a été décrit à propos de la figure 1, est mis en contact . avec un dissipateur thermique 5 en un matériau conducteur de la 30 chaleur, par exemple le cuivre, de telle manière que la surface de chacune des unités semi-conductrices MESA 2, 3 et 4 formées sur le substrat 1 soit aboutée au dissipateur 5. Etant donné que, dans cette structure, le composant semi-conducteur qui comprend les unités MESA est en contact avec le dissipateur thermique au 35 niveau des trois points régulièrement disposés, on est assuré d'une fabrication uniforme. En outre, comme les unités MESA, 2, 3 et 4 sont munies d'électrodes de métal (non représentées) à leur surface, la liaison entre le composant semi-conducteur qui comprend les unités MESA 2, 3 et 4 et le dissipateur thermique 5 40 peut être réalisée, soit par le procédé connu d'union par thermo— 69 39850 3 2013722 compression, soit par le procédé connu de soudage, avec des résultats satisfaisants du point de vue de la résistance mécanique et de la conductivité thermique (et, si nécessaire, électrique). En disposant un contact 6 sous forme de bande ou de fil sur 5 l'autre surface du substrat 1 où les unités MESA ne sont pas formées, il est possible d'effectuer une connexion électrique avec des bornes extérieures. La structure de l'invention est par ailleurs avantageuse du fait que grâce à la disposition régulièrement espacée de plu-10 sieurs unités semi-conductrices MESA sur un seul substrat, la caractéristique de dissipation thermique est considérablement améliorée en comparaison d'une structure de semi-conducteur présentant une surface de dissipation thermique aussi grande que la somme des surfaces de dissipation thermique appartenant aux dif-15 férentes unités MESA de la présente structure; et les caractéristiques électriques des unités semi-conductrices MESA formées peuvent être rendues presque identiques ou compatibles les unes avec les autres, ce qui permet d'éviter un certain nombre de difficultés et notamment que l'une des unités MESA sur le substrat 20 unique ne soit pas en service normal. Lorsque le nombre des unités MESA est de trois, la disposition.régulière de ces unités est telle qu'elles définissent un triangle équilatéral sur le substrat unique, comme mentionné ci-dessus, de sorte que si l'on connaît au préalable l'orientation cristallographique du substrat, 25 les côtés du triangle équilatéral peuvent être orientés parallèlement aux plans de clivage du substrat, afin de faciliter ou d'assurer le traçage en vue de diviser une plaquette de semiconducteur en unités semi-conductrices séparées. Un exemple du procédé de fabrication de la structure de 30 semi-conducteur selon l'invention va maintenant être décrit en référence à la figure 3, dans laquelle les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes numéros de référence. On prépare un substrat de silicium ayant une concentration 20 3 en impuretés de 1 x 10 atomes/cm . Sur le substrat, une couche 35 épitaxiale de silicium de type N, ayant une concentration en im- 17 3 puretés contrôlée de 1 x 10 atomes/cm , est formée jusqu'à une épaisseur de lOyM environ. Après quoi, une couche de type P est formée par diffusion à la surface de la couche épitaxiale jusqu'à une hauteur de Zfk environ, de façon à former une jonction 40 P-N. Un masque photorésistant circulaire, ayant un diamètre de 69 39850 4 2023722 l'ordre de lOOyM, est disposé à chacun des sommets d'un triangle équilatéral tracé sur la couche de diffusion sur le substrat, chacun des côtés de ce triangle ayant une longueur de 200^{ environ. L'un des côtés du triangle est dirigé parallèlement à la di-5 rection . Un dissipateur thermique, constitué par exemple par une plaque de cuivre, est fixé aux surfaces des MESA par une substance de soudage, de façon à réaliser une struc-15 ture de semi-conducteur. Une tension est appliquée en sens inverse à la structure de semi-conducteur ainsi fabriquée, de sorte qu'un courant d'avalanche de 200-400 mA environ puisse passer. De la sorte, on obtient une production stabilisée d'une micro-onde à une fréquence de 6-14 GHz. La sortie de la structure de semi-20 conducteur résultante est égale au double environ de celle d'un unique semi-conducteur de type MESA ayant une surface MESA égale à la somme de celle des trois unités MESA. Bien qu'il ait été question du cas où trois unités semi-conductrices MESA seulement sont formées sur un seul substrat, 25 l'invention est également applicable à d'autres cas dans lesquels plusieurs unités semi-conductrices MESA sont formées sur un seul substrat, pourvu que le nombre de ces unités soit au moins égal à trois. Comme on l'a indiqué ci-dessus, conformément à l'invention, 30 trois unités semi-conductrices MESA au moins sont formées à une distance uniforme les unes des autres sur un substrat unique et un dissipateur thermique est fixé à la surface de chacune des unités MESA, surface qui est voisine de la jonction de chaque unité. En conséquence, la chaleur engendrée au niveau de la 35 jonction de chacune des unités semi-conductrices est dissipée effectivement et le dissipateur thermique est fixé définitivement au composant semi-conducteur ou au substrat sur lequel les unités semi-conductrices sont formées, de sorte que la reproductibilité des caractéristiques thermiques et électriques est élevée. 40 II est du reste bien entendu que le mode de réalisation de 69 39850 5 2023722 l'invention qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente inven-5 tion. 69 39850 6 2023722 REVENDICATIONS 1. Structure de semi-conducteur, caractérisée par le fait que trois unités semi-conductrices MESA au moins sont formées à distance régulière les unes des autres sur un substrat unique et 5 qu'un dissipateur thermique est fixé au contact de la surface de chacune des unités MESA. 2. Structure de semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que trois unités semi-conductrices MESA sont disposées de façon à être situées aux sommets d'un triangle 10 équilatéral tracé à la surface du substrat. 3. Procédé de fabrication d'une structure de semi-conducteur, caractérisé par le fait que trois unités semi-conductrices MESA sont formées aux sommets d'un triangle équilatéral tracé sur la surface d'un substrat unique, l'un des côtés au moins de ce 15 triangle équilatéral étant parallèle à l'un des plans de clivage du substrat.