Brevet FR2305025A1 — publié le 19761015

La présente invention concerne un élément de liaison d'un dispositif semiconducteur à son support et plus particulièrement un tel élément capable de relier thermiquement ce dispositif à l'embase destinée à le recevoir, tout en assurant entre les deux un bon isolement électrique. Dans un grand nombre d'applications, les dispositifs semiconducteurs doivent être isolés électriquement de la masse métallique (chassis, boîtier etc...) qui leur sert de support sans que cela nuise à l'écoulement vers ce support des calories produites par ce dispositif en cours de fonctionnement. Dans les dispositifs de type connu, la résistance thermique de l'ensemble est la somme des résistances thermiques successives : (a) du semiconducteur lui-même, (b) du contact semiconducteur isolant, (c) de l'isolant proprement dit et enfin (d) du contact isolant - support mécanique. La présente invention a pour but de réduire cette résistance thermique totale. Elle concerne plus précisement un nouvel élément de liaison d'un dispositif semiconducteur à son support mécanique dans lequel les résistances thermiques (c) et (d) sont très nettement abaissées. L'fnvention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et de la figure unique jointe qui représente, vues schématiquement en coupe, les différentes couches constituant un élément des liaison conforme à l'invention. Un premier dépôt métallique 1 d'un métal M1 est effectué sur une des faces 2 d'une plaquette 3 de semiconducteur dont une partie est seulement représentée sur la figure jointe. Cette métallisation est réalisée sur la plaquette toute entière, quand cette dernière a subi la totalité des traitements conduisant aux dispositifs cherchés, à l'exception de la découpe en "puces élémentaires" et du montage sur son embase. Le procédé de métallisation est choisi dans toute la gamme des procédés connus tels que l'évaporation sous vide ou la pulvérisation cathodique. Le choix du métal M1 quant à lui est régi par des conditions d'appareillage des coefficients de dilatation respectifs du semiconducteur et du métal M1 lui-meme. Par exemple si le semiconducteur est du silicium, ce métal M1 peut être du molybdène. Ensuite on réalise un second dépôt 4 constitué d'une première couche 4(a)d'un métal M2 et d'une second couche 4 b de l'oxyde M20 dudit métal. Il s'agit soit d'un dépôt métallique oxydé ensuite, soit d'une couche d'un oxyde métallique déposé directement sur celui-ci. Par exemple une couche d'un métal M2 peut être réalisée par évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique et oxydée par la suite anodiquement de façon à être transformé partiellement (comme le montre le pointillé) en M20 pour former une couche 4 b isolante électriquement bien que bonne conductrice de la chaleur. Selon une autre variante cet oxyde M20 peut être mis en place directement au moyen d'un chalumeau à plasma, sur le dépôt préalable de métal M2 . Le beryllium et l'oxyde de beryllium se prêtent particulièrement bien à cette application. L'oxyde de beryllium en effet constitue un excellent isolant électrique bien qu'étant très bon conducteur thermiquement, mais il peut également s'agir d'autre combinaison tel que molybdène et oxyde de molybdène. Ensuite on effectue un troisième dépôt (5) d'un métal de même nature que M2 ou d'une nature différente mais dont la particularité est alors de s'accrocher particulièrement bien à l'oxyde métallique M20. Enfin on réalise un dernier dépôt 6 d'un métal M3 présentant toutes les qualités requises pour permettre la réalisation de toutes les soudures ultérieures des dispositifs ainsi équipés sur leur support mécanique. Ce métal M3 peut être par exemple de l'or. A titre d'exemple nullement limitatif, les épaisseurs respectives des différents dépôts ou couches peuvent être respectivement environ de 0,1 micron pour le dépôt 1, 1 micron pour la couche 4 a, quelques microns pour la couche 4 b, un micron pour le dépôt 5 et quelques microns pour le dépôt 6. Un élément de liaison conforme à l'invention présente, entre autre; les avantages suivants : Le métal M1 est apparié avec le semiconducteur ce qui limite les risques de détérioration des dispositifs dûs à des différences de coëfficient de dilatation par exemple. La combinaison constituée par la succession du dépôt 4 a de métal M2, de la couche 4 b d'oxyde du même métal et du dépôt 5 de métal M2 conduit à réduire considérablement la résistance thermique au niveau de l'isolant, car le métal qui se trouve de part et d'autre de ce dernier s'accroche particulièrement bien à celui-ci. Dans le cas de certaines applications, les dépôts 1 et la couche 4 a peuvent être confonduesd 'une part ainsi que les dépôts 5 et 6 d'autre part. On se trouve alors en présence d'un premier et d'un second dépôt d'un métal facilement oxydable s'adaptant d'un côté au semiconducteur et de l'autre côté au support mécanique, ces deux dépôts étant séparées par une épaisseur donnée d'un oxyde dudit métal qui constitue un bon isolant électrique tout en étant bon conducteur de la chaleur. La présente invention s'applique à tous les dispositifs semiconducteurs qui doivent être isolés électriquement du support mécanique destiné à le recevoir bien qu'en parfaite liaison thermique avec ce dernier qui, outre son role de support mécanique, joue, dans bien des cas, un rôle de refroidisseur. REVENDICATIONS 1. Elément de liaison capable de relier thermiquement un dispositif semiconducteur au support destiné à la recevoir, tout en assurant entre les deux un isolement électrique, caractérisé en ce qu'il comprend une combinaison d'au moins un premier et un second dépôt d'un métal M2 facilement oxydable séparées par une couche d'oxyde dudit métal. 2. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal présente un coëfficient de dilation compatible avec le semiconducteur et le matériau constituant le support. 3. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dépôt d'un métal M1 est interposé entre le semiconducteur et ladite combinaison. 4. Elément de liaison selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'un dépôt supplémentaire d'un métal M3 est interposé entre ladite combinaison et ledit support. 5. Elément de liaison selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit métal M1 présente un coëfficient de dilation compatible avec ledit semiconducteur. 6. Elément de liaison selon l'une des revendication 4 et 5, caractérisé en ce que ledit métal M3 présente un coëfficient de dilatation compatible avec le matériau constituant ledit support. 7. Dispositif semiconducteur,#--caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément selon l'une des revendications précédentes.