Brevet FR2124488A1 — publié le 19720922

L'invention concerne un procédé permettant de réaliser un dispositif semiconducteur, selon lequel une surface d'un corps semiconducteur et une surface d'un substrat sont reliées entre elles par une couche adhésive isolante et une connexion électrique est établie entre des parties déterminées d'une configuration conductrice appliquée sur ladite surface du corps semiconducteur et des parties déterminées d'une configuration conductrice appliquée sur ladite surface du substrat. L'invention est en outre relative à un dispositif semiconducteur, tel qu'un transistor, une diode ou un circuit intégré réalisé par la mise en oeuvre dudit procédé. II. est connu de connecter par soudage un corps semiconducteur comportant des parties renforcées, par exemple par voie électroly— tique, d'une configuration conductrice à des parties déterminées d'une configuration conductrice appliquée sur un substrat. Une telle connexion électroconductrice n'est pas toujours suffisamment solide, ce qui" se constate surtout lorsque le substrat est flexible, par exemple lorsque le substrat est constitué par une feuille en matière synthétique. Lors de sa manipulation, un substrat flexible est souvent soumis à déformation, de telle sorte que des tensions inadmissiblément.élevées se produisent dans les connexions électriques, ce qui entraîne le risque de rupture de ces dernières. De plus, il se peut qu'une déformation d'un substrat flexible provoque des contacts à des endroits non désirables entre la configuration conductrice appliquée sur le corps semiconducteur et celle appliquée sur le substrat. De la demande de brevet néerlandais N°.69 15992, déposée le 23 OCTOBRE 1969 au nom de "Institute For Halvledarforskning D. Lundo— vist / B. Stalhane9 il est connu de munir un corps semiconducteur comportant line configuration conductrice d'une couche de colle isolante à l'aide de laquelle le corps semiconducteur est appliqué sur une feuille en matière synthétique. Puis, des parties correspondantes des configurations conductrices du. corps semiconducteur et de la feuille en matière synthétique sont connectées entre elles, après quoi la couche de colle est durcie. Le procédé décrit dans la susdite demande présente l'inconvénient que la colle parvient également sur les parties à connecter des configurations conductrices devant etre enlevées en appliquant le corps semiconducteur et le substrat l'un contre l'autre. Un tel enlèvement peut etre incomplet. Surtout dans le cas d'une connexion par voie thermique de pièces correspondantes des configurations conductrices—opérâ-ÇQpy 72 03793 2 2124433 tion pendant laquelle peut se produire une décomposition des restes- la colle résiduelle peut avoir pour effet que les connexions établies présentent des propriétés électriques et mécaniques inférieures. Il est aussi fortement désirable que la couche adhésive isolante soit passxvante par 5 rapport au corps semiconducteur. L'invention vise entre autres à éviter, au moins essentiellement, le susdit inconvénient et à procurer une couche adhésive, isolante et passivante. Elle est basée sur l'idée de trouver des méthodes 10 d'adhérence pour des matériaux appropriés selon lesquelles les parties à connecter des configurations conductrices, qui doivent être aussi propres que possible, ne sont pas recouvertes de colle ou de matériau adhésif. Le procédé mentionné dans le préambule est donc 15 caractérisé en ce que la connexion électroconductrice est d'abord établie entre le corp3 semiconducteur et le substrat, après quoi un liquide est aspiré dans l'enceinte comprise entre le corps semiconducteur et le Bubstrat et transformé en couche adhésive isolante par durcissement. Ainsi, dans le procédé conforme à l'invention, les par> 20 ties à connecter des configurations conductrices sont tenues propres. L'aspiration du liquide à travers une ouverture comprise entre le corps semiconducteur et le substrat s'effectue par effet capillaire, grâce à la faible dimension de l'ouverture. La dimension de l'ouverture comprise entre le corps semiconducteur et le substrat 25 est de préférence choisie entre 1 et 100ji1. Comparativement à l'enlèvement par compression de la colle excédentaire selon l'état connu de la technique, l'aspiration capillaire du liquide offre en outre l'avantage de pouvoir limiter au minimum la quantité de matériau excédentaire non utilisé pour l'ad-30 hérencë, du fait que le liquide peut de préférence être localement mis en contact avec l'ouverture comprise entre le corps semiconducteur et le substrat, tout en remplissant pratiquement toute l'enceinte comprise entre le corps semiconducteur et le substrat. En ce qui concerne le choix du liquide, il im-35 porte que lors du durcissement, il ne se produise pas de déformations notables, provoquées par exemple par évaporation d'un solvant, et telles que le remplissage de l'enceinte comprise entre le corps semiconducteur et le substrat, et, de ce fait, la connexion mécanique seraient incomplets et un court-circuit électrique se produirait entre les configura-40 tions conductrices» 72 037,3 ' 2124488 De préférence, le liquide aspiré dans l'enceinte comprise entre le corps semiconducteur et le substrat contient un composé époxy organique et un silane, dont au moins un atome d'hydrogène est remplacé par un groupe amino-alkyle et au moins un atome d'hydrogène par 5 un groupe -OR-, groupe dans lequel 0 représente de l'hydrogène et R un reste d'hydrocarbure, l'effet favorable d'un tel liquide est probablement dû, d'une part à l'adhérence d'un tel silane aux surfaces oxydiques par réaction du groupe -OR- avec les groupes hydroxyles présents sur les-dites surfaces et, d'autre part, à l'effet d'adhérence des composés 10 époxy organiques sur des substrats de, par exemple une substance organique â poids moléculaire élevé, et à la réaction du composé amino avec le composé époxy pendant le durcissement. En tout cas, une couche adhésive comportant ledit composé amino présente un réel effet de passivation, ce qui importe surtout pour la face du corps semiconducteur com-15 portant là configuration conductrice et opposée au substrat. De préférence, on fait réagir un amino-alkylsi-lane dans lequel au moins 3 atomes d'hydrogène liés au silicium sont remplacés par des groupes -OR- avant qu'il ne soit réuni'avec le composé époxy organique, en présence d'eau, avec un silane dans lequel au moins 20 1 atome d'hydrogène est remplacé par un reste d'hydrocarbure et au moins 3 atomes d'hydrogène liés au silicium par des groupes -0R- Lors de cette réaction, il se forme des siloxanes polymères. Combinés avec le composé époxy, les composés de siloxane polymère fournissent une couche adhésive particulièrement isolante dans l'en-25 ceinte comprise entre le corps semiconducteur et le substrat, alors que la passivation du corps semiconducteur peut être également très convenable. De préférence, le nombre de molécules d'amino-alkylsilane et le nombre de molécules-de silane d'hydrocarbure sont entre eux comme 1 1 3. Un tel rapport permet d'obtenir les propriétés opti— 30 maies de la couche adhésive. Dans le cas d'une telle composition, le liquide contient, en poids, environ 50$ de siloxane polymérisé. Comme composés époxy, on peut utiliser des composés usuels, tels que de l'éther diglycidylique de 4,4' diphénylolpro-pane 2,2'. De préférence une feuille flexible est choisie comme le sub-55 strat. L'invention concerne également un dispositif semiconducteur réalisé par la mise en oeuvre du procédé conforme- à l'invention. La description ci-après, en se référant au dessin 40 annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- 72 03793 2124488 prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure représente schématiquement une section d'un dispositif semiconducteur dans un stade de fabrication du procédé conforme à l'invention. 5 Un tel stade s'obtient par exemple à l'aide des techniques planaires usuelles, selon lesquelles des zones de type de conduction opposé confinant à la surface semiconductrice 9 sont formées dans un corps semiconducteur 1 à 1' aile de processus de photogravure et de diffusion. La surface 9 du corps semiconducteur 1 et la surface 10 10 du substrat 2 sont munies de configurations conductrices 3» 4 respectivement, également â l'aide de processus de photogravure. La surface 9 du corps semiconducteur 1 et la surface 10 du substrat 2 sont reliées mécaniquement entre elles par une couche adhésive isolante 7 et connectées électriquement, par exemple par soudage ou traitement ultra-sonore 15 entre les parties saillantes 5 de la configuration conductrice 3 sur ladite surface 9 du corps semiconducteur 1 et des parties déterminées de 3a configuration conductrice 4 sur ladite surface 10 du substrat 2. Conformément à l'invention, la connexion électroconductrice entre le corps semiconducteur 1 et le substrat 2 est d'abord 20 établie, après quoi un liquide est aspiré, par effet capillaire, dans l'enceinte comprise entre le corps semiconducteur et le substrat et ensuite transformé par durcissement en la couche adhésive isolante 7« L'écartement compris entre lesdites surfaces 9 et 10 est de 20^u par exemple. 25 Des parties renforcées peuvent en outre être appliquées ou être uniquement appliquées sur le substrat et dépasser des faces latérales 8 du corps semiconducteur. Le substrat peut être constitué entre autres par une feuille en matière synthétique de polyimide -matériau mis sur le 30 marché sous la dénomination "Kapton"- mais il peut également être réalisé en matériau céramique, par exemple de l'oxyde d'aluminium. Dans la susdite méthode, la face supérieure 11 du corps semiconducteur 1 reste découverte et peut être munie d'un conducteur de courant ou être reliée à une évacuation de chaleur convenable. 35 Au besoin, la configuration conductrice 4 est munie de conducteurs, ce qui permet de la monter dans une enveloppe ou sur une plaque de câblage imprimée. Eventuellement, le procédé peut être réalisé de façon que plusieurs corps semiconducteurs soient connectés entre eux par 40 un long ruban en forme de feuille, qui est divisé en parties comportant 72 03793 2124488 au moins un corps semiconducteur. Ledit liquide s'obtient par exemple en faisant réagir un silane, dans lequel au moins un atome d'hydrogène est remplacé par un groupe amino-alkyle et au moins trois atomes d'hydrogène liés au 5 silicium sont remplacés par des groupes -OR-, groupes dans lesquels 0 représente de l'hydrogène et R un reste d'hydrocarbure, par exemple du n-aminopropyl-triéthoxymonosilane, en présence d'eau, avec un silane dans lequel au moins un atome d'hyxrogène est remplacé par un reste d'hydrocarbure et au moins 3 atomes d'hydrogène liés au silicium par des groupes 10 -OR-, par exemple du phényltriéthoxymonosilane. Le rapport molaire entre l'aminopropylsilane et le phénylsilane est environ comme 1 j 3. Ladite réaction entre deux silanes s'effectue par exemple de la façon suivante. On introduit dans un récipient en verre 22,1 g 15 (0.1 molécule-gramme) de "y^-aminopropyltriéthoxysilane et 72,3 g (0,3 molécule-gramme) de phényltriéthoxysilane. Ensuite, on ajoute 10 ml d'une solution aqueuse dans de l'éthanol absolu (16,2 g d'eau dans 100 ml), cette solution contenant 0,09 molécule-gramme de H^O. Le récipient est fermé par une pièce meulée, qui présente un capillaire ouvert, et on 20 chauffe pendant 4 heures dans un four à une température comprise entre 100 et 110°C, Une fois par quart d'heure, le récipient est pivoté, après quoi il est refroidi, additionné à nouveau de 0,09 molécule-gramme de 1^0 dans une solution alcoolique et chauffé à nouveau pendant 4 heures à une température de 100 à 110°C, Ce traitement est répété deux fois 25 d'une façon analogue, avec la seule différence que la dernière fois le chauffage s'effectue pendant 8 heures à une température comprise entre 125 et 130°C. L'éthanol ajouté, aussi bien que l'éthanol dégagé pendant la réaction, s'évaporent par le capillaire de façon que de l'air ne puisse pratiquement pas s'infiltrer dans le capillaire. On chasse 30 les dernière traces d'éthanol du récipient, après la réaction en chauffant le récipient à une température de 130 à 150°C, après quoi on fait passer de l'azote sec sur le résidu dans le récipient à l'aide d'une canalisation d'amenée spéciale. Le résidu contenu dans le récipient ressemble à une mince huile et pèse 67 à 67,5 g» ce qui correspond pratique-35 ment au poids à prévoir théoriquement sur la base de la quantité ajoutée d'eau et de la réaction, qui a eu lieu. Une quantité de 339 g du résidu contient 1 atome-gramme d'hydrogène lié à l'azote et 1 atome d'azote présentant 2 atomes d'hydrogène liés directement. Puis, une quantité de 3*39 g du résidu est in-40 timement mélangée avec 2,2 g de l'éther diglycidylique de 4,4'dyphénylol- 72 03793 6 2124488 propane 2,2', dont le poids d'équivalence est d'environ 185. Le liquide résultant est chauffé dans un flacon de polythène pendant 15 à 30 minutes à une température comprise entre 50 et 60°C, afin d'obtenir une certaine pré-'pcîyjaérisation. Lors de ce pré-chauffage, la viscosité monte en 5 fonction de la durée et de la température de chauffage. Ensuite, une très petite goutte du liquide est appliquée à l'aide d'une pipette à micro-gouttes sur le substrat, à côté du corps semiconducteur, après l'établissement de la connexion conductrice entre les deux. Avant l'application de la goutte, le corps semiconducteur et le substrat sont pré-10 chauffés à une température comprise entre 70 et 80°C. Dès que la goutte est mise en contact avec le bord du corps semiconducteur, elle s'introduit entre ledit corps et le substrat. Le liquide gèle en 10 à 15 minutes à une tempé-• rature de 125°C de façon à former une masse, qui n'est plus visqueuse, 15 ce qui permet de rincer ensuite l'ensemble du corps semiconducteur et du substrat, par exemple une feuille en matière synthétique et de le durcir à une température de 125°C pendant 16 à 24 heures. Au cours des processus de passivation, on a constaté que l'intensification du courant et le courant de fuite de tran-20 sistors ne subissent guère de variations lorsque le dispositif semiconducteur est maintenu pendant 500 heures à une température de 65°C et à humidité relative de 95/&« L'invention n'est pas limitée à l'exemple mentionné ci-dessus. C'est ainsi qu'il est possible d'utiliser, au lieu du 25 liquide contenant l'amino-alkylsilane et le composé époxy, un liquide contenant un acrylsilane et un composé de styrène en combinaison avec un accélérateur à base de peroxyde. De plus, on peut utiliser, outre le composé époxy, un durcissement, par exemple du genre d'anhydride. 30 D'une façon générale, de bons résultats s'ob tiennent lorsque le rapport entre le nombre de molécules de ^-amino-propyltriéthoxysilane et le nombre de molécules de phényltriéthoxysilane est choisi entre 2:1 et 1:5. 72 03793 7 2124483 REVENDICATIONS : 1. Procédé permettant de réaliser un corps semiconducteur, selon lequel une surface d'un corps semiconducteur et une surface d'un substrat sont reliées entre elles par une couche adhésive iso- 5 lante et une connexion électrique est établie entre 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension de l'ouverture comprise entre le corps semiconducteur 15 et le substrat est choisie entre 1 et 100yu. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans l'enceinte comprise entre le corps semiconducteur et le substrat est aspiré un liquide contenant un composé organique époxy et un silane, dont au moins un atome d'hydrogène est remplacé par un 20 groupe amino-alkyle et au moins un atome d'hydrogène par un groupe -0R-dans lequel 0 représente de l'hydrogène et R un reste d'hydrocarbure. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait réagir un amino-alkylsilane dans lequel au moins 3 atomes d'hydrogène liés au silicium sont remplacés par des groupes -OR-, avant 25 qu'il ne soit réuni avec le composé époxy organique, en présence d'eau, avec un silane dans lequel au moins un atome d'hydrogène est remplacé par un reste d'hydrocarbure et au moins 5 atomes d'hydrogène liés au silicium par des groupes -0R-. 5. Procédé selon la revendication 4» caractérisé en 30 ce que le nombre de molécules d'amino-alkylsilane et le nombre de molécules d'hydrocarburesilane sont entre eux comme environ 1 s 3. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une feuille flexible est choisie comme le substrat. 35 7. Dispositif semiconducteur réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes.