Brevet FR2146929A1 — publié le 19730309

La présente invention se rapporte à des procédés de découpe d'éléments semi-conducteurs et aux nouveaux éléments semiconducteurs obtenus par la mise en oeuvre de ces procédés. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs en silicium par lequel on obtient de tels dispositifs munis directement sur chacune de leurs deux faces, sans nécessiter d'opérations complémentaires, d'une couche de matériau de soudage permettant la soudure ultérieure des connexions. Dans la technique actuelle de découpe d'éléments semiconducteurs dans une pastille, par exemple, de silicium, on utilise divers procédés connus. On réalise par exemple les découpes par des moyens mécaniques tels que par jets d'abrasifs, par rayage au diamant ou similaire, par rayon Laser, etc.... ou bien par des moyens chimiques.Dans ce dernier cas, un des procédés de découpe chimique connu consiste dans les opérations suivantes : on protège d'abord les surfaces de la pastille à conserver au moyen d'un masque le plus souvent de nature organique (cire, résines photosensibles, etc...) ; puis on réalise l'attaque des parties non protégées au moyen de mélanges d'acides composés essentiellement d'acl- des nitrique et fluorhydrique ; ensuite, on effectue le retrait des masques par dissolution au moyen de solvants appropriés et le nettoyage du silicium ainsi mis à nu ; enfin, on soude les éléments obtenus sur les connexions thermiques et électriques en employant un métal d'apport. On doit reconnattre que ces procédés connus présentent certains inconvénients étant donné le nombre important des opérations qu'ils nécessitent et les pertes des diverses matières qui sont utilisées pour réaliser les masques et supprimer ceux-ci ensuite, sans compter le risque de pollution des jonctions. En conséquence, c'est un des principaux objets de la présente invention, de prévoir un procédé de découpe chimique et/ou mécanique d'éléments semi-conducteurs dans des pastilles de silicium diffusé, dans lequel on emploie des masques métalliques utilisables pour le soudage des éléments, c' est-à-dire un procédé qui élimine la majeure partie des inconvénients des procédés connus précités, en ce sens qu'il nécessite un nombre réduit d'opérations de découpe, qu'il permet la réalisation simultanée des éléments de soudage, qu'il réduit les pertes de matières annexes de traitement, qu'il élimine le risque antérieur de pollution des jonctions. Selon l'invention, un tel procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs dans une pastille de matériau semi-conducteur diffusé consiste : à déposer sur les surfaces à conserver de chacune des deux faces de la pastille un masque en alliage métallique choisi pour être utilisable pour le soudage des éléments ; puis à réaliser l'attaque des parties nues par voie mécanique et/ou chimique pour obtenir des éléments unitaires ; ensuite, éventuellement à refondre les parties d'alliage métallique pour aplanir les surfaces de soudage des éléments semi-conducteurs ainsi obtenus. Dans la mise en oeuvre d'un tel procédé sur des pastilles de matériau semi-conducteurs tel que du silicium par exemple, on doit noter que selon l'invention, pour réaliser les masques on utilise de préférence des alliages de plomb et d'étain riches en plomb; l'attaque des parties non masquées par voie mécanique est réalisée au moyen de jets d-'abrasif et par voie chimique au moyen d'acides nitrique et fluorhydrique.On doit remarquer à ce sujet que cette opération d'attaque peut être menée complètement par l'un ou l'autre de ces moyens ou par leurs applications successives ; en effet, le moyen mécanique peut être utilisé lorsqu'on désire une découpe complète en éléments séparés, alors que le moyen chimique est de préférence utilisé lorsque l'on désire conserver un support pour les éléments, sous forme d'une semelle.d'alliage métallique,pour permettre leurs traitements ultérieurs en groupe. Par ailleurs, de manière plus spécifique, ce procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs dans une pastille de silicium diffusé peut comprendre les opérations suivantes : on réalise d'abord par dépôt de nickel et traitementsthermiquesdes contacts métalliques localisés sur une face de la pastille suivant les surfaces des éléments semi-conducteurs à obtenir et sur l'autre face de celle-ci une couche uniforme complète de contact métallique ; puis on effectue le plombage de ces contacts par trempé dans un bain de plomb-étain en utilisant un flux convenable ; ensuite on opère la découpe chimique des éléments jusqu'à une profondeur moindre que l'épaisseur du silicium en utilisant un-mélange d'acides nitrique et fluorhydrique ; puis on refond éventuellement le plombage par trempé dans le même bain plomb-étain précédemment utilisé ; ensuite on attaque le silicium restant au fond des sillons jusqu'à atteindre la couche de contact métallique ; enfin, on protège la surface latérale des éléments par mise en place d'une couche de protection dans les sillons et on réalise la séparation par moyen mécanique des éléments semi-conducteurs ainsi obtenus, protégés et munis de leurs couches supérieure et inférieure de soudage. Dans cette mise en oeuvre spécifique du procédé selon l'invention, on doit noter que le bain de plombage utilisé est de préférence constitué de 95 % de plomb et de 5 X d'étain ; par ailleurs, la première opération de découpe chimique partielle est conduite jusqu'à ce que les sillons atteignent une profondeur correspondant à environ les trois quarts de l'épaisseur initiale de la pastille de silicium, en utilisant de préférence un mélange constitué de dix moles de N03H, une mole et demie de FH et cinq moles de CH3C00H. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront de la description suivante des étapes de mise en oeuvre du procédé de découpe représentées dans les figures 1 à 4 du dessin ci-joint. Dans le mode spécifique de mise en oeuvre comme représenté dans la figure 1, on réalise d'abord sur une pastille 1 de silicium diffusé des contacts métalliques localisés 2 sur une face de la pastille et une couche 3 de contact métallique uniforme sur l'autre face. Ces contacts peuvent autre obtenus par des procédés connus de dépit de nickel et de traitements thermiques. On effectue ensuite, comme représenté dans la figure 2, le plombage 4 des contacts métalliques par trempé de la pastille dans un bain de plomb-étain en utilisant un flux convenable. Ce bain peut zetre constitué par exemple de 95 % de plomb et de 5 % d'étain. On réalise alors une première opération de découpe partielle des éléments semi-conducteurs comme représenté dans la figure 3, par un moyen chimique en utilisant un mélange d'acides qu'on laisse agir jusqu'à la formation de sillons 5 entre les contacts métalliques localisés 2 revêtus de la couche de plomb-étain, atteignant une profondeur correspondant approximativement aux trois quarts de l'épaisseur de la pastille de silicium diffusé 1. Le mé- lange d'acides utilisé est constitué de préférence de dix moles de NODH, une mole et demie de FH, cinq moles de CHDCOOH. Après cette opération de pré découpe, on réalise alors la refus ion des dépits 4 de plomb-étain par trempé dans le même bain qu'utilisé lors de la seconde opération énoncée ci-dessus afin de supprimer leurs formes en dame dites "casquettes". A noter que cette opération de refusion peut 8trie réalisée à la fin de la dé coupe ou au cours de celle-ci. On effectue ensuite une seconde opération de découpe de la pastille de silicium 1, au cours de laquelle on approfondit les sillons 5 jusqu'à l'épaisseur complète du silicium, c'est-à-dire que l'attaque chimique est conduite jusqu'à atteindre la couche de contact métallique inférieure 3. On met alors en place, comme représenté dans la figure 4, une couche de protection latérale des éléments, par remplissage 6 des sillons avec une matière de protection. Enfin, on réalise la séparation des éléments semi-conducteurs ainsi obtenus, protégés et munis de leurs couches de soudage supérieure et inférieure, par un moyen mécanique, tel que par exemple par jet d'abrasif. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent diantre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs dans une pastille de matériau semi-conducteur diffusé, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur les surfaces à conserver de chacune des deux faces de la pastille un masque en alliage métallique choisi pour autre utilisable pour le soudage des éléments, puis à réaliser l'attaque des parties nues par voie mécanique et/ou chimique pour obtenir des éléments unitaires ; ensuite à refondre les parties d'alliage métallique pour aplanir les surfaces de soudage des éléments semi-conducteurs ainsi obtenus. 2 - Procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs dans une pastille de silicium diffusé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour réaliser les masques en matériau soudable on utilise des alliages de plomb et d'étain riches en plomb. 3 - Procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs dans une pastille de silicium diffusé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'attaque des parties non masquées par voie mécanique est réalisée au moyen de jets d'abra- sif et par voie chimique au moyen d'acides nitrique et fluorhydrique. 4 - Procédé de découpe, selon la revendication 3, carac térisé en ce que l'attaque chimique est de préférence utilisée pour l'obtention d'éléments semi-conducteurs groupés sur une semelle de support en alliage métallique, formée par le masque plein d'une face de la pastille, en vue de traitements ultérieurs en groupe, la séparation ultérieure des éléments semi-conducteurs terminés étant réalisée par voie mécanique. 5 - Procédé de découpe d'éléments semi-conducteurs dans une pastille de silicium diffusé, selon la revendication 1 et en vue de leur obtention alors que munis d'une protection latérale et de leurs couches supérieure et inférieure d'alliage métallique utilisable pour leur soudage à des connexions électriques et thermiques, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes on réalise d'abord par dépit de nickel et traitements thermiques des contacts métalliques localisés sur une face de la pastille suivant les surfaces des éléments semi-conducteurs à obtenir et sur l'autre face de celle-ci une couche uniforme complète de contact métallique ; puis on effectue le plombage de ces contacts par trempé dans un bain de plomb-étain en utilisant un flux convenable ; ensuite on opère la découpe chimique des éléments jusqu'à une pro fondeur moindre que l'épaisseur du silicium en utilisant un mélange d'acides nitrique et fluorhydrique ; puis on refond le plombage par trempé dans le même bain plomb-étain précédemment utilisé ; ensuite on attaque le silicium restant au fond des sillons jusqu'à atteindre la couche de contact métallique ; enfin on protège la surface latérale des éléments par mise en place d'une couche de protection dans les sillons et on réalise la séparation par moyen mécanique des éléments semi-conducteurs ainsi obtenus, protégés et munis de leurs couches supérieure et inférieure de soudage. 6 - Procédé de découpe selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bain de plombage utilisé est constitué de 95 % de plomb et de 5 % d'étain. 7 - Procédé de découpe selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première opération de découpe chimique partielle est conduite jusqu'à ce que les sillons atteignent une profondeur correspondant à environ les trois quarts de l'épaisseur initiale de la pastille de silicium, en utilisant de préférence un mélange constitué de dix moles de NO5H, une mole et demie de FH et cinq moles de CH3COOH. 8 - Eléments semi-conducteurs obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque#des revendications 1 à 4, caractérisés en ce qu'ils portent avec leur séparation en éléments unitaires leurs couches supérieure et inférieure d'alliage métallique utilisable pour leur soudage à des connexions extérieures. 9 - Eléments semi-conducteurs en silicium diffusé obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisés en ce qu'ils portent avant leur séparation en éléments unitaires un revêtement latéral de protection et des couches supérieure et inférieure d'alliage métallique apte à leur soudage ultérieur sur des connexions extérieures.