Brevet FR2021025A1 — publié le 19700717

Les dispositifs semi-conducteurs tels que les transistors de type"planaire" comportent une mince région d'émetteur d'un certain type de conductivité s'étendant vers l'intérieur à partir de la surface d'un corps semi-conducteur, une région de base adjacente de type de conductivité 5 opposé située sous et généralement autour de la région d'émetteur avec laquelle elle constitue une jonction P-N. Le bon fonctionnement du dispositif suppose la réalisation d'un bon contact ohmique à la surface de la région d'émetteur. Les contacts ohmiques à des semi-conducteurs sont 10 actuellement réalisés par différents procédés. Parmi ceux-ci, on peut citer le type nickel-soudure. Dans ce procédé, on dépose une mince couche de nickel fritté sur la surface du corps semi-conducteur puis une couche relativement épaisse d'une soudure, telle que la soudure plomb-étain, qui adhère sur le nickel. Ce système de connexion présente plusieurs avantages 15 parmi lesquels : a) un investissement réduit car les mêmes fours de traitement à bandes transporteuses peuvent servir simultanément au montage de la pastille de semi-conducteur dans un boîtier et à la fixation des connexions, 20 b) un prix de revient unitaire relativement réduit car un même opérateur peut traiter simultanément un grand nombre de dispositifs, c) une capacité de transport de courant élevé du fait des connexions relativement massives, d) une bonne robustesse mécanique, 25 e) de bonnes caractéristiques de claquage secondaire dues à l'uniformité de contacts assurés par le nickel fritté, f) la possibilité de procéder à des nettoyages à lraide de décapants alcalins caustiques. Les contacts ohmiques du type nickel-soudure présentent 30 cependant des inconvénients pour certains types de dispositifs. Par exemple, dans certains types de transistors de puissance, les régions d'émetteur et de base sont constituées par des saillies imbriquées, de manière à obtenir un rapport élevé de la périphérie de l'émetteur à son aire, c'est-à-dire une meilleure distribution du courant. Dans ce type de transistor, les 35 trajets du courant à travers la couche de contact de l'émetteur et à travers la couche de contact de la base sont relativement longs. Les soudures tendres ayant une résistivité pelliculaire relativement élevée, ceci se 69 35707 2 2021025 traduit par une chute ohmique sensible dans les saillies allongées des électrodes. Un autre système de réalisation de contacts ohmiques consiste à évaporer sous vide de 11 aluminium puis à l'allier au corps 5 de semi-conducteur. L'aluminium ayant uns résiscivité pelliculaire faible a l'avantage de n'entraîner que des chutes olimisuas relativement faibles dans les régions imbriquées de l'émetteur et de la base. Il a en outre l'avantage de permettre une délimitation très précise des zones de contact, de préférence par décapage sélectif. La connexion de fife aux contacts en 10 aluminium est cependant beaucoup plus coûteuse car chaque connexion doit être assurée individuellement par un procédé tel que la thermocompression. La- présente invention a donc pour objet un système de réalisation de contacts ohmiques pour des dispositifs semi-conducteurs. Le procédé de l'invention permet donc de réaliser de manière économique 15 des contacts ohmiques à des transistors en utilisant avantageusement 1'évaporation de métal, lorsque ce procédé est souhaitable, et, simultanément, des connexions par fils soudés. Le procédé de l'invention pour la réalisation de contacts ohmiques à des dispositifs semi-conducteurs consiste à déposer une couche 20 d'aluminium évaporée sur l'une des" surfaces de contact du dispositif, tout en laissant l'autre surface de contact à nu, puis à déposer simultanément du nickel par voie chimique sur la surface recouverte d'aluminium et sur l'autre surface de contact à nu, à fritter le nickel à des températures relativement basses, à épaissir la couche de nickel par des opérations 25 successives de dépôt et de frittage, puis à déposer finalement de la soudure sur les couches de nickel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels : 30 la figure 1 est une coupe illustrant une phase initiale du procédé de l'invention pour la réalisation de contacts ohmiques à un dispositif semi-conducteur; la figure 2 est une coupe du dispositif de la figure 1 à un stade ultérieur du procédé; 35 la figure 3 est une coupe similaire à celle de la figure 2 mais à un stade plus avancé du procédé; BAD ORIGINAL 69 35707 3 2021025 la figure 4 est une coupe similaire du dispositif terminé. • H- v La description qui suit illustre l'application du procédé de l'invention à la réalisation d'un transistor planaire à jonctions diffusées. Comme le montre la figure 1, la fabrication part d'une 5 plaquette de silicium 2 de type N dans laquelle on forme, par diffusion d'impuretés appropriées, une région de base 6 de type P et une région d'émetteur 4 de type N. Les régions de base et d'émetteur se prolongent toutes deux vers la surface supérieure du corps semi-conducteur. Cette surface supérieure du corps est ensuite protégée 10 par une couche isolante 10 qui, dans ce cas, est en silice, obtenue par n'importe quel procédé. Par une technique classique de photogravure, on pratique une fenêtre d'émetteur 12 dans la couche de silice 10 pour mettre à nu une partie de la région d'émetteur 4 et une fenêtre 14 de forme annulaire pour mettre à nu une partie de la région de base 6. 15 L'autre face de la plaquette de silicium 2 est recouverte d'une couche de nickel 16 déposée par voie chimique à l'aide d'une solution alcaline classique. La solution de dépôt chimique peut être par exemple composée de chlorure de nickel, d'hypophosphite de sodium, d'hydroxyacétate de sodium et d'un agent mouillant. La couche 16 est ensuite frittée à 800°C 20 en atmosphère d'hydrogène pour obtenir une bonne adhérence du nickel sur le silicium de la plaquette. Une couche d'aluminium 18 (figure 2) est ensuite évaporée sur toute la surface supérieure du dispositif. L'épaisseur de cette couche O est comprise entre environ 20.000 et 40.000 A. 25 Le stade suivant du procédé consiste à délimiter le contour de connexion de l'émetteur et le contour de connexion de la base. On réalise ceci par un procédé classique de photogravure, le reste de la réserve photographique étant éliminé à la fin de l'opération. La couche d'aluminium 18 est ensuite attaquée électrolytiquement dans une solution 30 d'hydroxyde de sodium. Comme illustré à la figure 3, cette phase ne laisse subsister de la couche d'aluminium qu'un contact d'émetteur 20 dans l'ouverture 12 et un contact de base 22 dans l'ouverture 14. L'ensemble est ensuite chauffé à 560°C pendant 3 minutes en atmosphère d'azote pour provoquer un alliage de l'aluminium des contacts 35 20 et 22 avec le silicium de la plaquette. 69 35707 4 2021025 La dernière opération du procédé consiste à nettoyer la totalité de la plaquette à l'aide d'une solution tamponnée de décapage des oxydes qui peut être composée de 454 g de fluorure d'ammonium et de 163 ml d'acide fluorhydrique dans 680 ml d'eau. 5 Le procédé de l'invention permet l'application simultanée d'une couche de soudure aux deux faces du dispositif. La plaquette est tout d'abord traitée par immersion dans une solution de tartrate de potassium et de sodium, d'hydroxyde de sodium et d'oxyde de zinc pour préparer les surfaces d'aluminium en vue du traitement au nickel. Jusqu'ici, on pensait que les 10 températures nécessaires au frittage du nickel sur un substrat étaient trop élevées pour pouvoir effectuer l'opération sur de l'aluminium et on avait constaté que des couches de nickel relativement épaisses avaient tendance à se décoller de la surface du substrat après un certain temps. On sait maintenant qu'il est possible de plaquer simultanément les deux faces de 15 la plaquette à condition que le nickel soit déposé par voie chimique à partir d'une solution alcaline classique et que ce dépôt se fasse par une série d'opérations de placage alternées avec des opérations de frittage du nickel. O La première couche de nickel épaisse d'environ 7,6 A 20 est déposée en 2 minutes à environ 80°C. La couche est ensuite frittée à environ 400°C (- 20°) pendant environ 12 à 18 minutes en atmosphère d'azote pour provoquer une bonne adhérence du nickel sur la surface sous-jacente. La plaquette est nettoyée à l'aide de la solution tamponnée de décapage des oxydes mentionné précédemment, puis on la soumet à un nouveau dépôt O 25 de 7,6 A de nickel. L'ensemble subit un nouveau frittage du nickel à environ 400°C pendant 12 à 18 minutes en atmosphère d'azote. La plaquette est à nouveau nettoyée à l'aide de la solution O de décapage et une troisième couche de 7,6 A de nickel est déposée mais n'est pas frittée. La couche de nickel stratifié (figure 4) est indiquée en 30 24 du côté collecteur du transistor, en 26 sur le contact d'émetteur et en 28 sur le contact de base. La plaquette est ensuite trempée dans la soudure qui peut être de composition classique avec 5% d'étain et 95% de plomb, en utilisant le chlorure de zinc comme décapant. Après cette opération, la couche de 35 nickel 24 du collecteur est recouverte d'une couche de soudure 30, la couche de nickel 26 de l'émetteur est recouverte d'une couche de soudure 32 et la couche de nickel 28 de la base est recouverte d'une couche de soudure 34. L'invention est susceptible de nombreuses modifications ou applications sans sortir de son cadre. 69 35707 5 2021025 REVEND ICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur du type comprenant un corps de matière semi-conductrice comportant une zone de contact recouverte d'une couche d'aluminium et une autre zone de contact non recouverte d'une couche d'aluminium, ledit procédé étant caractérisé 5 en ce qu'il consiste à déposer simultanément sur les deux surfaces de contact et par voie chimique une couche stratifiée de nickel en au moins trois passages séparés de dépôt, à fritter le nickel à environ 400°C après chaque passage de dépôt sauf le dernier, puis à terminer en déposant une couche de soudure sur les surfaces de nickel. 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice est le silicium et en ce que l'épaisseur de O la couche de nickel stratifiée est d'environ 23 A. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le frittage s'effectue sous atmosphère d'azote pendant une durée de 15 12 à 18 minutes. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette est nettoyée avec une solution tamponnée de décapage d'oxyde après chaque opération de dépôt d'une couche de nickel; - -----