Brevet FR2305021A1 — publié le 19761015

Pour la passivation de la surface sensible des parties actives des semi-conducteurs, on utilise fréquemment aujourd'hui des glaçures constituées par de la poudre de verre appliquée par fusion. On utilise des qualités de verre spécialement étudiées pour cette application, avec des caractéristiques particulièrement bonnes d'isolation électrique, de compatibilité chimique avec les matériaux semi-conducteurs et avec un coefficient de dilatation thermique adapté à celui du semi-conducteur. Pour appliquer la glaçure, on mélange la poudre de verre avec un liant liquide pouvant être brillé sans laisser de résidus, on applique alors le mélange sur la partie active avec une spatule au pinceau, par pulvérisation, par projection ou par sérigraphie on brille le liant et on fait fondre les particules de verre. Dans une autre méthode d'application, la poudre de verre est en suspension dans un liquide, on la dépose sur la partie active par sédimentation (W.A. Pliskin et E.E. Conrad: Techniques pour lrobtention de pellicules de verre minces et uniformes sur des substrats, dans Electrochemical Technology, Vol. 2 (1964), page 196 et suivantes) ou par électrophorèse (K. Miwa et d'autres : Passivation au verre des composants au silicium par électrophorèse, dans : Denki Kagatu, Vol 40 (1972) page 478 et suivantes) et on la fait fondre. L'objet fondamental de l'invention est maintenant de fournir un procédé simple et donnant des résultats précis, convenable pour le dépôt de glaçures sur les parties actives d'éléments à semi-conducteurs ayant une forme quelconque, assurant un recouvrement régulier des surfaces latérales de ces parties actives, excluant toute possibilité de pollution ou d'agression chimique de la surface à passiver par le liant ou par le liquide de suspension et avec lequel disparaît la nécessité, inhérente à l'électrophorèse, de maîtriser des phénomènes électrochimiques complexes, dans les suspensions et à la surface des semi-conducteurs. Selon l'invention,ce problème est résolu par le fait que l'on projète la poudre de verre sèche électrostatiquement sur la surface de la partie active d'éléments à semi-conducteurs et ensuite on la fait fondre. Le dispositif de fixation puur la mise en oeuvre du procédéest caractérisé selon l'invention par le fait que l'on dispose les parties actives d'élémentsà à semi-conducteurs que l'on doit enduire chacune entre deux plaques de serrage en matière isolante, que les plaquesde serrage contiennent des aimants permanents, qui sont disposés de manière à être en contact électrique avec les parties actives d'éléments à semi-conducteurs, mais qui sont eux-mêmes protégés par la matière isolante contre un dépôt électrostatique de la poudre de verre, et qu'au moins l'un des aimants permanents qui sont en contact avec les parties actives d'éléments de semi-conducteurs -## ç relié à l'un des pôles d'une source de tension qui engendre la tension appliquée entre les parties actives d'élements à semi-conducteurs et le pistolet de pulvérisation. L'application électrostatique d'une couche ne fonctionne bien, que si la poudre à appliquer présente de bonnes caractéristiques de fluidité, c'est-à-dire qu'elle ne présente pas une tendance trop prononcée à s'ag omérer. Ce n'est que dans ce cas aussi, que l'on peut espérer obtenir après pulvérisation, une répartition régulière et une disposition serrée des particules de matière.(T. Vasilos et W. Rhodes : "Fine Particulates to Ultrafine-Grain Ceramics; dans J.J. Burke, N.L. Reed, V. Weiss (editors) : Ultrafine-Grain Ceramics" ; Syracuse University Press, New York 1970). Les essais préliminaires que nous avons effectués ont montré que les poudres de verre séches utilisées pour l'élaboration des glaçures présentent des caractéristiques de fluidité nettement mauvaises. Pour cette raison, une application électrostatique des couches, avec de telles poudres de verre, n'est pas apparue tout d'abord comme judicieuse. Malgré les doutes, exprimés par les techniciens des poudres, les essais ultérieurs que nous avons effectués nous-mêmes ont montré qu'avec une granulation convenable de la poudre de verre, il était possible de déposer électrostatiquement, à la surface des parties actives en semi-conducteurs des couches de poudre sèches, avec une densité et une régularité suffisantes. Les poudres s'écoulent d'autant mieux et la couche appliquée est d'autant plus régulière, que la granulation est plus grossière (B.H. Kaye et M.R. Jackson "On the problems of Characterizing Fine Polders : dans : J.J. Burke N.L. Reed, V. Weiss (editors) : Ultrafine-Grain Ceramics : Syracuse University Press, New York 1970).Cependant, l'épaisseur maximale de la couche fixe aussi une limite à la granulation. Comme d'une part, pour des considérations de stabilité électrique l'épais- seur du verre doit être aussi forte que possible; mais que d'autre part cette épaisseur ne doit pas être trop grande afin que la différence résiduelle entre la dilatation du verre et du semi-conducteur n'engendre pas de tensions mécaniques excessives, l'épaisseur du verre maximale admissible varie pour les différentes qualités de verre utilisables entre quelque 5;j et 30go. Il faut choisir en conséquence la granulation des particules de verre, inférieures respectivement à 5 u et à 30 u. Un avantage important du nouveau procédé, par rapport à l'état actuel de la technique, consiste en ce qu'il convient parti culièrement bien pour l'application de couches de verre régulières sur les arêtes et les angles, comme il s'en présente avec les formes compliquées que l'on donne aux bords des éléments individuels de grande taille. Il est possible enfin avec le nouveau procédé, d'appliquer en une seule opération, meme sur plusieurs parties actives d' éléments à semi-conducteurs, une couche qui les entoure de toutes parts. Le nouveau procédé a particulièrement bien fait ses preuves pour la fabrication des parties actives d'éléments à semi-conducteurs avec des surfaces latérales à simple ou à double biseau, comme on en utilise pour assurer la tenue en tension des jonctions PN (brevet allemand 1 297 234). Nous allons expliquer l'invention au moyen d'un exemple non limitatif, avec l'aide des figures ci-dessous, qui représentent respectivement Figure t - la représentation schématique d'un dispositif pour la pulvérisation électrostatique sur une partie active d'éléments à semi-conducteur ;; Figure 2a - 2c - les différentes phases du nouveau procédé, qui sont nécessaires pour l'application de glaçures à la surface des parties actives d'éléments à semi-conducteurs Figure 3 - la représentation en perspective d'un dispositif de serrage pour l'application d'une couche sur les zones péri phériques des parties actives d'éléments à semi-conducteurs plus grands, et Figures 4a - 4c - des coupes transversales de zones périphériques de parties actives d'éléments à semi-conducteirs, de formes diffeentes, qui ont été recouvertes d'une glaçure selon le nouveau procede. Dans la figure 1, le repère I désigne un pistolet pulvérisateur connu en soi (K. Heberlein : Le dépôt électrostatique de glaçures sur la porcelaine et la céramique dans : Beriche der Deutschen Keramischen Gesellschaft 49 (1972), p 59 et suivantes), qui est équipé d'une tuyère de pulvérisation métallique 2. Entre la partie active 3 de l'élément à semi-conducteur qu'il s'agît de recouvrir par pulvérisation et la tuyère métallique est appliquée une tension U. Avec de l'air comprimé (ou à l'aide d'un gaz sous pression épuré, par exemple de l'azote) les particules de poudre de verre sont propulsées par le tuyau 4 tout d'abord dans le pistolet de pulvérisation 1 puis à travers la tuyère métallique 2 où elles se chargent au potentiel ce celle-ci.A la sortie de la tuyère métallique 2, ces particules suivent les lignes de champ électrique engen drées par la tension U entre la tuyère métallique 2 et la partie active 3 de l'élément à semi-conducteur qu'il s'agit de recouvrir d'une couche et qui est reliée par exemple au pôle positif mis à la terre. Par un deuxième tuyau 5 on alimente le pistolet de pulvérisation avec un deuxième flux de gaz, également de l'azote par exemple, gr - ce auquel la diffusion des particules de verre s'effectue non pas axialement mais radialement. La tension U peut être comprise, par exemple, entre 50 et 100 KV. La figure 2a montre une partie active d'élément à semiconducteur, avec une structure PNP, qu'il s'agi de recouvrir d'une couche. Après la pulvérisation électrostatique on obtient une couche à peu près régulière sur toute la surface de la partie active (fig. 2b). En raison de l'intensité plus forte du champ sur les bords de la partie active de l'élément à semi-conducteur, tant sur ces bords que sur les surfaces enveloppes 6, 6' relativement étroites par rapport à la surface totale du semi-conducteur, la couche de poudre de verre 7 est particulièrement dense et aussi un peu plus épaisse que sur les autres zones de la partie active. Pratiquement toutes les qualités de poudre de verre que l'on utilise aussi avec les procédés traditionnels, conviennent pour le procédé selon l'invention. Cependant, les qualités de verre fortement hygroscopiques doivent etre séchées, par chauffage, avant la pulvérisation, faute de quoi il peut se former des grumeaux sur la surface du semi-conducteur qui doit recevoir la couche. La granulation de la poudre de verre utilisée est déterminée essentiellement selon l'épaisseur de la couche désirée et il faudrait la choisir aussi grosse que possible. La figure 2c représente la partie active de l'élément à semi-conducteur après la vitrification par fusion. La couche de glacure est repérée ici avec 7'. La température de vitrification dépend de la qualité de verre utilisée et elle doit demeurer en dessous de celles où s'effectuent les diffusions. C'est ainsi par exemple, que pour la poudre de verre que l'on trouve dans le commerce sous la désignation Schott 85#1 , la température de fusion est de 6800C. Dans la figure 3 on a représenté le dispositif de serrage utilisé avantageusement pour l'élaboration de glaçures sur les surfaces latérales6, 6' des parties actives d'éléments à semi-conducteurs. Les parties actives d'éléments à semi-conducteurs 3 qui doivent recevoir la couche, sont disposées chacune entre deux plaques de serrage 8, B', 8", qui d'une part tiennent les parties actives 3, mais qui protègent aussi les zones de ces parties actives qui ne doivent pas être recouvertes de poudre de verre. Les plaques de serrage 8, 8', 8 sont en matière isolante, par exemple en teflon et renferment chacune un aimant permanent 9, 9', 9", ces aimants permanents plaquant l'une contre l'autre les plaques de serrage 8, 8', 8". Ces aimants permanents 9, 9', 9" sont enrobés dans les plaques de serrage 8, 8', 8 de telle manière, qu'ils sont bien en contact électrique avec les parties actives d'éléments à semi-conducteurs 3, mais qu'ils ne peuvent etre soumis au dépôt électrostatique de la poudre de verre ; autrement il se formerait immédiatement en ces endroits une couche épaisse de poudre de verre. Par contre, les particules de verre qui se déposent sur la surface extérieure des plaques de serrage8, 8',,8" constituée de matière isolante, conservent leur potentiel initial et exercent par conséquent une forte répulsion sur les particules de verre qui arrivent ensuite. Une connexion électrique 10 relie l'aimant 9 à l'un des pôles de la source de tension U (figure 1). La partie active d'élément à semi-conducteur qui est en contact avec cet aimant 9 est donc également portée au potentiel de ce ple de la source de tension. Les autres aimants 9' établissent la liaison électrique avec les autres parties actives d'éléments à semi-conducteurs. Il n'est donc pas nécessaire que l'aimant 9" de la plaque de serrage 8", bridant la dernière des parties actives, soit en contact électrique avec celle-ci, et on a avantage à ltenrober entièrement dans la plaque de serrage 8. Lorsque le nombre des parties actives d'éléments à semi-conducteurs qu'il s'agît d'enrober est supérieure à trois, pour la liaison électrique avec ces parties actives il faut remplacer la plaque de serrage 8 par une plaque de serrage 8'. Pendant l'application de la couche, on fait tourner lentement autour de son axe longitudinal, ltensemble de l'empilage ccnstitué par les parties actives d'éléments à semi-conducteurs et les plaques de serrage. Le nouveau procédé n'est pas limité uniquement a' la partie active d'éléments à semi-conducteurs représenté dans les figures 2a à 2c avec des surfaces latérales présentant un double angle négatif. Il convient également, comme on peut le voir dans les figures 4a à 4c, par exemple pour recouvrir les jonctions PN affleurantes de parties actives avec des surfaces latérales présentant un angle négatif simple (fig. 4a), un angle négatif simple+ un anglelpositif simple (fig. 4b) ou un double angle positif (fig. 4c). R E V E N D I C A T I O N S 1. - Procédé pour l'application de glaçures sur la surface des parties actives d'éléments à semi-conducteurs, caractérisé par le fait que l'on dépose électrostatiquement par pulvérisation de la poudre de verre sèche sur la surface de la partie active élément à semi-cond cteur (3) et qu'on fait fondre ensuite cette poudre de verre. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on dépose par pulvérisation une poudre de verre avec une granulation aussi forte que possible, qui cependant doit être plus petite que ltépaisseur de couche que l'on désire obtenir. 3. - Procédé selon la mvendication 2, caractérisé par le fait que l'on Ltilise une granulation avec une grosseur maximale des particules de verre comprise entre Su et 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une tension (figure 1) comprise entre 50 kV et 100 kV est appliquée entre la partie active de l'élément à semi-conducteur (3) qui doit etre recouverte d'une couche et le pistolet de pulvérisation (3}. 5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on applique des glaçures sur 7es surfaces latérales (6, 6') des parties actives d'éléments à semi-conducteurs. 6. - Dispositif de serrage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication t, caractérisé par le fait que les parties actives d'éléments à semi-conducteurs (3) sur lesquelles il s'agît de déposer une couche, sont disposées chacune entre deux plaques de serrage (8, 8', 8") en matière isolante, que les plaques de serrage -(8, 8', 8" > contienne des aimants permanents (9, 9', 9") disposés de telle manière, qu'ils sont bien en contact électrique avec les parties actives d'éléments à semi-conducteurs (3), mais qu'eux mêmes sont cependant protégés par la matière isolante contre le dépot électrostatique d'une couche de poudre de verre, et qu'au moins l'un des aimants permanents (9) qui sont en contact avec les parties actives d'éléments à semi-conducteurs (3) est relié à l'un des pôles d'une source de tension qui engendre la tension U appliquée entre les parties actives d'éléments à semi-conducteurs et le pistolet de pulvérisation. 7. - Dispositif de serrage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les corps isolants sont en téflon. 8. - Dispositif de serrage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'ensemble du dispositif constitué par les parties actives d'éléments à semi-conducteurs (3) et les plaques de serrage (8, 8', 8") est réalisé de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal (axe des Z). 9. - Application du procédé selon la revendication 1 pour la passivation des jonctions PN affleurant à la surface extérieure des parties actives d'éléments à semi-conducteurs.