Brevet FR2024203A1 — publié le 19700828

i 2024203 L'invention concerne des perfectionnements aux composants semi-conducteurs. Plus précisément, elle est relative à un système de connexion métal-semi-conducteur pour un corps en un matériau semi-conducteur. S Dans l'état actuel de la technique, on utilise couramment des systèmes de contact à 1'aluminium-silicium et à 1'aluminium-titane-silicium pour former des interconnexions, des plots de contact et similaires sur les corps semi-conducteurs de composants semi-conducteurs. Mais ces deux systèmes faisant appel à l'alumi-10 nium présentent un certain nombre d'inconvénients. On sait par exemple, dans l'éta-t actuel de la technique, qu'afin de souder de l'etain à une surface d'aluminium, un décapant à l'acide fluorhydriqae est nécessaire pour évi-ter la formation d'oxyde indésirable sur la surface d'aluminium. Mais ce déca-15 pant a l'inconvénient d'attaquer toute couche d'oxyde souhaitable qui est présente sur le corps de matériau semi-conducteur, par exemple les couches protectrices de silice ou les couches souhaitables de matériaux vitreux telles que celles qui sont désignées dans la technique sous le nom de "verre" de phosphosilicate et de 20 borosilicate. Un autre inconvénient que l'on rencontre en utilisât l'aluminium se rapporte à la formation du composé fragile AuA12, parfois dénommé naguère "peste pourpre". Ce composé porte atteinte à la fiabilité du composant et apparaît fréquemment lorsque 1'aluminium entre en contact avec de 1'or aux températures néces-25 saires pour assembler le composant en une unité, c'est-à-dire aux températures supérieures à 250°C. La seule manière de remédier à cette difficulté, antérieurement à l'invention, consistait à réduire à un minimum la quantité de AuAJ^ formée lors de l'assemblage du composant. 30 Pour remédier aux susdits inconvénients, le composant selon 1'invention, qui comprend un corps en un matériau semi-conducteur muni d'une couche isolante qui recouvre au moins une partie de ce-corps et d'une ouverture de positionnement de contact mettant à nu une partie de la surface de ce corps est caractérisé par un 35 contact métallique sur le corps, comprenant une région inférieure qui présente au moins une couche d'un matériau métallique con-tiguë à ladite surface mise à nu et ayant une surface d'aluminium, une région supérieure qui présente au moins une couche d'un matériau métallique connectable, et une région moyenne qui présente 40 vine couche d'un matériau métallique d'arrêt entre la région in-'' BAD ORIGINAL 69 40603 2 2024203 férieure et la région supérieure. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui suit et des dessins annexés. Les figures 1,2,3 et4 de ces dessins montrent, par une sé-5 rie de vues partielles en coupe, les structures successives du semi-conducteur que l'on obtient au cours de l'exécution d'un mode préféré de réalisation de l'invention, la structure complète étant visible à la figure 4. La figure 5 est une vue partielle en coupe de la pastille 10 semi-conductrice représentée à la figure 4, un jeu de conducteurs étant fixé aux contacts de celle-ci. La figure 6 enfin est une vue tridimensionnelle partielle d'une autre forme d'exécution de 1'invention. Dans les différentes figures des dessins, on a utilisé des 15 références identiques pour désigner des éléments semblables. En bref, un contact métallique selon l'invention est constitué, sur un corps en un matériau semi-conducteur, par une structure composite formée de plusieurs régions métalliques. Conformément à l'invention, le nombre précis des régions formées 20 peut varier avec le choix du procédé utilisé pour leur fabrication, ainsi qu'avec les exigences de fonctionnement du contact et avec l'épaisseur de métal à connecter qui convient pour satisfaire les exigences de liaison ou de soudage pour la fixation d'un organe de support ou d'un fil d'électrode au corps 25 semi-conducteur. Un mode préféré de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple aux figures 1 à 4 sous la forme d'une partie d'un composant semi-conducteur 1 constituée par un fragment de pastille en un matériau semi-conducteur à base de silicium, 30 muni d'un contact selon l'invention. Le composant semi-conduc- teur représenté aux figures 1 à 4 fait partie d'un circuit intégré bipolaire monolithique. Toutefois, l'invention peut être également appliquée à toute une série de composants semi-conducteurs séparés, tels que transistors bipolaires et unipolaires, 35 diodes, thyristors, dispositifs d'accumulation à charge d'espace limitée et similaires. Les dessins ne sont pas à l'échelle afin de faciliter une compréhension nette de l'invention. Les deux éléments de circuit qui, dans les dessins, sont incorporés au composant semi-conducteur de la figure 1, sont une diode PN, qui 40 comprend une région anodique 7 à conductivité de type P et uiie BAD ORIGINAL 69 40603 3 2024203 région cathodique 8 à conductivité de type N, et un transistor NPN, qui comprend une région émetteur 3 à conductivité de type N, une région base 4 à conductivité de type P et une région collecteur 5 à conductivité de type H. Le support 6, à conductivité de 5 type P, sert à isoler au moins les deux éléments à diode et transistor précités. Les jonctions planes des éléments du circuit sont protégées par une couche isolante protectrice 2, qui peut être par exemple en silice. La fabrication des différentes parties du composant semi—conducteur 1 jusqu'ici décrites ne fera 10 pas l'objet d'une description détaillée, étant donné qu'elle ne fait pas partie de l'invention et qu'elle est bien connue de l'homme de l'art» Par ailleurs, il est bien entendu qu'outre des éléments actifs tels que transistors et diodes, des éléments passifs tels que résistances et condensatetirs peuvent être fabriqués 15 dans le corps de la pastille 1 et introduits dans le circuit, bien qu'il n'en ait pas été représai té aux figures 1 à 4. L'invention sera décrite à propos d'une partie d'une unique pastille de semi-conducteur, qui peut également constituer seulement une petite partie d'une galette de semi-conducteur, et il est bien 20 entendu que les procédés qui vont être décrits peuvent.être appliqués sur la pastille comme sur la galette entière, partout où cela.est possible. Un contact réalisé selon l'invention est représenté en 30 à la figure 4 sur un corps de matériau semi-conducteur 6. Le con-25 tact 30 est composé essentiellement de trois régions superposées, à savoir une région inférieure 10, une région moyenne 17 et une région supérieure 14. La région inférieure 10, qui est contiguë à une surface de l'émetteur 3, est constituée par une couche métallique 10 dotée de propriétés d'adhérence au semi-conducteur 30 et comportant une face supérieure d'aluminium. Cette couche lO sert à former un joint fortement adhérent au corps de semi-conducteur. La région inférieure 10 représentée à la figure 4 est faite d'aluminium, mais elle pourrait aussi bien être constituée d'un ou de plusieurs métaux choisis dans le groupe composé par l'alu-35 minium, le titane, le vanadium, le chrome et leurs composés in-termétàlliques. La région moyenne 17 recouvre la région inférieure 10 et sert essentiellement de couche d'arrêt pour éviter un mélange indésirable de la région inférieure 10 et de la région supérieure 40 14? sans exercer un effet nuisible sur la conductivité électrique 40603 4 2024203 et thermique entre ces. régions inférieure et supérieure 10 et 14. Elle remplit également le rôle de revêtement protecteur pour les parties de la région inférieure 10 qui ne sont pas recouvertes par la région supérieure 14. La région moyenne 17 est constituée 5 par une couche d'arrêt 12 principalement composée d'un ou de plusieurs métaux choisis dans le groupe formé par le nickel, le nickel non électrolytique (contenant moins de 10% de phosphore), le cuivre, le cuivre non électrolytique et leurs composés intermétalliques. Par le terme "non électrolytique", on entend un maté-10 riau métallique déposé spontanément sans application d'un courant électrique par un procédé de placage non électrolytique (c'est-à-dire une réduction auto-catalytique d'ions du métal dans line solution aqueuse). En outre, si on le désire, la région moyenne 17 peut contenir des couches métalliques additionnelles sur une par-15 tie ou sur la totalité de ses surfaces supérieure et inférieure pour favoriser l'adhérence entre cette couche moyenne 17 et l'une ou l'autre des régions supérieure 14 ou inférieure 10, ou encore pour faciliter la mise en oeuvre d'un procédé particulier d'application de la région supérieure 14. La région moyenne 17 du con-20 tact 30 est constituée par une couche d'arrêt 12 en nickel non électrolytique, revêtue, à sa face inférieure, d'une couche cata-lytique 11, par exemple en palladium, et, à sa face supérieure, d'une couche conductrice 13, par exemple en argent, cette région moyenne étant contiguë à la région inférieure 10 et constituant 25 une feuille conductrice de matériau qui permet le dépôt de la région supérieure 14 par des procédés de galvano-stégie. La région supérieure 14 recouvre au moins une partie de la région moyenne 17 et est constituée par une couche d'un matériau métallique à connecter 14 à 1 actuelle des électrodes extérieures 30 ou conducteurs peuvent être facilement fixés par soudage, liaison ou similaires. Le matériau à connecter. 14 est l'or dans l'exemple représenté, mais il peut s'agir par exemple d'un ou de plusieurs métaux choisis dans le groupe composé par l'argent, l'or, l'étain, le plomb ou leurs composés intermétalliques. 35 Le contact 30A comprend une région inférieure 10A en alumi nium, qui est contiguë à la région 7 du semi^-conducteur et déborde sur une partie de la couche isolante 2 au niveau de l'interface 22. La région moyenne 17A du-contact 30A constitue une couche d'ar rêt 12A en nickel non électrolytique du commerce (contenant mo^.ns 40 de 10 % de phosphore), revêtue, à sa face inférieure, d'une couche BAD ORIGINAL 69 40603 5 2024203 catalytique 11A, par exemple de palladium, et, â sa face supérieure, d'une couche conductrice 13A, par exemple en argent, cette région étant contiguë à la région inférieure 10A et constituant une feuille conductrice de matériau qui permet le dépôt de la région 5 supérieure 14A par des procédés de galvanostégie. La région supérieure 14A du contact 30A est en or et elle est contiguë à une partie de la région moyenne 17A. Les contacts 30 et 30A servent principalement à raccorder des conducteurs à la pastille 1, cependant que le contact 30A 10 fournit également une interconnexion appropriée et commode entre la diode 7, 8 et d'autres éléments du circuit qui.peuvent être inforporés au corps 6 du semi-conducteur ou qui lui sont associés . Il va maintenant être décrit en détail un exemple de procédé 15 approprié pour la fabrication des contacts métalliques 30 et 30A selon l'invention, en référence aux figures 1 à 4. Les régions inférieures 10 et 10A, constituées l'une et l'autre par une couche d'aluminium," sont appliquées sur les interfaces respectives 20, 21 et 22, par des procédés bien connus dans la technique. Puis la 20 pastille 1 et les couches d'aluminium 10 et 10A sont chauffées à une température comprise entre 300 et 570°C pendant un temps suffisant, de l'ordre de 1 heure, pour assurer une bonne liaison, adhérente et non modificatrice, entre la pastille 1 et les couches d'aluminium 10 et 10A. 25 La pastille 1 est ensuite nettoyée de nouveau, par exemple par immersion dans l'acide nitrique bouillant, suivie d'un rinçage à l'eau désionisée. Les régions moyennes 17 et 17A sont alors appliquées sur les régions inférieures 10 et 10A de la manière suivante. Lorsqu'on utilise du nickel non électrolytique pour la cou-30 che 12, on commence par appliquer les couches catalytiques 11 et 11A de palladium, de 50 Â environ d'épaisseur, au-dessus des couches d'aluminium 10 et 10A et, de préférence, nulle part ailleurs, comme le montre la figure 2. On y parvient par exemple en immergeant la pastille 1 pendant 30 secondes environ dans une solution 35 de 15 parties d'eau désionisée et de 1 partie d'activateur à base de chlorure de palladium concentré, c'est-à-dire de la solution concentrée constituée par 0,3 g du composé PdC^, 2 ml d'acide chlorhydrique concentré et 998 ml d'eau désionisée. Les couches de palladium 11 et 11A fournissent une surface catalytique 40(c'est-à-dire facilitant le dépôt de métal non électrolytique) * 69 40603 6 2024203 constituant ainsi un support pour las régions supérieures 14 et 14A, et notamment pour les couches d'arrêt 12 et 12A, selon ce qui sera décrit ci-après, pour former une bonne liaison avec les couches d'aluminium 10 et 10A. 5 Les couches d'arrêt 12 et 12A, qui sont également des cata lyseurs, sont constituées de nickel non électrolytique, présentant une épaisseur comprise entre 5000 et 50 000 Â , et elles sont ensuite appliquées de façon à recouvrir les mono-couches de palladium 11 et 11A selon ce qui est représenté à la figure 2. La ma-10 nière préférée de procéder pour appliquer les couches 12 et 12A de nickel non électrolytique consiste à immerger la pastille 1 dans une solution appropriée de nickelage non électrolytique, par exemple une solution sous agitation de 25 % de "Roplate NiM", marque commerciale d'une solution de nickel non électrolytique 15 préparée par R.O. Hull Co. -(Cleveland, Ohio,- Etàts4Unis d'Amérique) et de 75 % dteau désionisée, pendant 10 minutes environ pour O chaque épaisseur de 20 000 A de nickel non électrolytique. Les couches d'arrêt 12 et 12A sont revêtues et surmontées par les couches conductrices 13 et 13A qui peuvent être par exem-20 pie en argent et dont l'épaisseur est comprise entre ÎOOO et O 5000 A par un procédé approprié tel que le dépôt sous vide. Les couches d'argent 13 et 13A constituent des feuilles conductrices de métal qui servent principalement, lors du dépôt électrolytique, à la formation de régions supérieures épaisses 14 et 14A d'un ma-25 tériau conducteur dont l'épaisseur se situe dans la gamme comprise entre 20 000 et 100 000 A. Pour appliquer les régions supérieures 14 et 14A d'un métal connectable tel que l'or, il est préférable de placer d'abord une couche 16 d'une substance photo-résistante, par exemple le "KMER" 30 de la société Eastman-Kodak, sur les zones de la pastille 1 qui ne doivent pas être garnies d'or, selon ce qui est indiqué dans la figure 3. On y procède par des moyens bien connus dans la technique. Cela étant fait, la pastille 1 est immergée dans un bain de dorage électrolytique approprié, jusqu'à ce que l'épaisseur 35 voulue d'or ait été déposée. De préférence, la zone dorée 14 sera O plaquée à une épaisseur de 60 000 A environ, ce qui nécessite un temps de placage de l'ordre de 1 heure. L'avantage de ce procédé d'application réside dans le fait que les couches d'or 14 et 14A sont sélectivement déposées dans les seules zones où les couches 40 d'argent 13 et 13A sont à nu. La couche photo-résistante 16 est,, bad original. 69 40603 7 2024203 ensuite éliminée par des procédés bien connus dans la technique et la surface d'argent de nouveau exposée est éliminée dans les zones où elle n'est pas recouverte d'or. De préférence, on procédera par corrosion préférentielle de l'argent indésirable, sans 5 attaque de l'or dans un mordant approprié pour l'argent, selon des procédés bien connus dans la technique. Il y a lieu de noter que les contacts métalliques 30 et 30A peuvent être utilisés conjointement ou séparément, selon la fonction du composant. Si on le désire, la pastille 1 et les régions inférieure, 10 moyenne et supérieure des contacts métalliques 30 et 30A, telles que visibles à la figure 4, peuvent être chauffées à une température comprise entre 300 et 400°C pendant 30 minutes environ, pour accroître leur adhérence mutuelle. La figure 5 représente un composant semi-conducteur 1 sem— 15 blable à celui de la figure 4, un jeu de doigts 100 étant lié aux contacts métalliques respectifs 30 et 30A (voir figure 4) qui sont en saillie. Pour effectuer la liaison des contacts 30 et 30A aux conducteurs 100 qui peuvent être par exemple en cuivre étamé, chaque conducteur 100 est pressé contre la face supérieure 20 50 ou 50A des couches 14 et 14A des contacts respectifs 30 et 30A par des moyens de fixation appropriés, par exemple un organe de fixation chauffé. Le chauffage et la pression qui en résultent provoquent une fusion de 1'étain de chaque conducteur 100 et de l'or des régions supérieures 14 et 14A, formant une liaison adhé-25 rente sans effet modificateur. La figure 6 est une vue tridimensionnelle fragmentaire d'un autre composant semi-conducteur 200 comportant tin contact métallique selon l'invention, semblable à celui qui est représenté à la figure 4 à cette exception que les contacts 60 et 60A se pro-30 longent, en porte-à-faux, au-delà du bord de la pastille 70. Les opérations de traitement et les matériaux utilisés pour former les contacts métalliques 60 et 60A de la figure 6 sont identiques à ceux qui ont déjà été décrits lors de l'explication de la fabrication du composant représenté aux figures 1 à 4, à 35 l'exception suivante. On sépare chacune des pastilles 200 de la galette qui les réunit primitivement en appliquant un masque et en éliminant par corrosion (par des procédés bien connus dans la technique) le silicium qui entoure les parties des contacts 60 et 60A qui s'étendent au-delà du bord de la pastille 70. 40 Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déj.à *"de bad original 69 40603 8 2024203 ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. â BAD ORIGINAL 69 40603 9 2024203 REVENDICATIONS 1. Composant semi-conducteur comprenant un corps en tin matériau semi-conducteur muni d'une couche isolante qui recouvre au moins une partie de ce corps et d'une ouverture de positionnement de 5 contact mettant à nu une partie de la surface de ce corps, caractérisé par un contact métallique sur le corps, comprenant une région inférieure qui présente au moins une couche d'un matériau métallique contiguë à ladite surface mise à nu et ayant une surface d'aluminium, une région supérieure qui présente au moins une 10 couche d'un matériau métallique connectable, et une région moyenne qui présente une couche d'un matériau métallique d'arrêt entre la région inférieure et la région supérieure. 2. Composant semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau semi-conducteur est le silicium; 15 la région inférieure est constituée par un ou plusieurs métaux choisis dans le groupe composé par l'aluminium, le titane, le chrome, le vanadium et leurs composés intermétalliques ; la région moyenne est constituée par une couche d'un matériau métallique d'arrêt choisi dans le groupe composé par le nickel non élec— 20 trolytique, le nickel, le cuivre, le cuivre non électrolytique et leurs composés intermétalliques, en contiguïté avec la région inférieure pour éviter le mélange de la région inférieure avec la région supérieure ; et la région supérieure est constituée par un ou plusieurs métaux choisis dans le groupe composé par l'or, l'ar— 25 gent, l'étain, le plomb et leurs composés interaétalliques, en contiguïté avec une partie au moins de la région moyenne. 3. Composant semi-conducteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche d'arrêt est revêtue à sa face inférieure d'une couche d'un matériau métallique catalytique. 30 4. Composant semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la couche d'arrêt est revêtue à sa face supérieure d'une couche d'un matériau métallique conducteur. 5. Composant semi-conducteur selon l'ensemble des revendica— 35 tions 3 et 4, caractérisé par le fait que la région inférieure est en aluminium, la couche d'arrêt est en nickel non électrolytique, la couche de matériau catalytique est en palladium, la couche de matériau conducteur est en argent et la région supérieure est en or. 6. Composant semi-conducteur selon la revendication 1, caracté— 40 BAD OBwUmAL 69 40603 10 2024203 risé en outre par le fait que la région moyenne contient une couche de matériau métallique d'arrêt entre la région inférieure et au moins une partie de la région supérieure. 7. Composant semi-conducteur selon la revendication 2, carac-5 térisé par le fait que la région moyenne qui s'oppose au mélange de la région inférieure et de la région supérieure, sert en outre de revêtement protecteur pour les parties de la région inférieures qui ne sont pas recouvertes par la région supérieure. BAD ORIGINAL