Brevet FR2344965A1 — publié le 19771014

L'invention concerne un composant a semiconducteurs dénué de capot et comportant un puit de chaleur ou radiateur dc ble, dans lequel un corps semiconducteur comportant au moins deux zones possédant des types de conductivité différents est muni sur une surface importante, sur des faces opposées, de contacts servant respectivement de puits de chaleur. Déjà depuis un certain nombre d'années on essaie de fabriquer des composants à semiconducteurs sans capot, notamment des diodes micro-ondes, afin de supprimer les réactances de fuite et la dépense élevée de capots ou boîtiers. Cela a déjà également conduit à une certaine réussite dans le cas des composants pour petits signaux et dans le cas des composants de faible puissance, fabriqués actuellement suivant la technologie dite à sortie ou connexion portante^'. Cependant la majeure partie des diodes microondes, offertes actuellement sur le marché, est insérée dans des capots métalliques ou dans des capots céramiques. La raison en est que tout d'abord l'insertion de composants du types connexion ou sortie portante" est exigée par un utilisateur dans des circuits de la technique spécifique aux semiconducteurs et ne peut être par conséquent exécutée que par un personnel spécialisé. En outre un composant du type "à connexion ou sortie portante" inséré ne peut pas être réutilisé. Des mesures en micro-ondes sont par conséquent pratiquement exclues du côté fabricant et nécessitent en outre une dépense importante. De même le fabricant ne peut effectuer aucun centrale pour la sélection de défaillances précoces.Enfin la technologie dite " sortie ou connexion portante " ne peut pas être utilisée pour des raisons de comportement thermique, dans des composants de puissance. D'autre part la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le n0 1 514 072 a déjà fait connaître une couche de verre à haut point de fusion, qui est tirée sur la surface d'un composant à semiconducteurs et de son contact ohmique. Dans le cas du verre utilisé possédant un point de fusion élevé, il stagit d'un verre possédant une température de fusion supérieure à 79O0C, ladite couche de verre pouvant être fabriquée de manière que les domaines devant être recouverts d'une couche soient revêtus de particules de verre. Ensuite on amène l'ensemble du composant à se miconducteurs et les particules de verre à la température de fusion du verre. Après refroidissement de la couche des verre ainsi fondue, il apparaît une couche de verre relativement épaisse dont le coefficient de dilatation thermique colncide essentiellement avec celui du composant à semiconducteurs. Cette couche de verre protège bien le composant à semiconducteurs vis à vis d'influences extérieures. L'invention a pour but d'indiquer un composant à semiconducteurs dénué de capot, du type indiqué plus haut, qui peut être fabriqué de façon simple en étant ferme de façon très étanche vis-à-vis d'influences de l'environnement , qui possède une constitution mécanique stable et assure simultanément une bonne évacuation thermique de la puissance dissipée dans le corps semiconducteur. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que le corps semiconducteur est recouvert sur son bord reliant les deux faces, par une couche de verre remplissant au moins partiellement l'espace intercalaire compris entre les contacts et qui possède un coefficient de dilatation thermique adapté au corps semiconducteur. De façon avantageuse on utilise pour la couche de verre, du verre fritté. En outre un procédé pour fabriquer un composant d semiconducteurs dénué de capot, selon lequel des entonnoirs ou cuvettes sont ménagées dans une pastille semiconductrice de manière à faire apparaître différents corps semiconducteurs suivant la forme de structures mésa, est caractérisé par le fait que les entonnoirs sont remplis par la couche de verre. L'invention permet de réaliser un composant à semiconducteurs sans capot et indique un procédé pour sa fab-rication. A l'opposé de la passivation du verre dans le cas de circuits intégrés ou de transistors micro-ondes, on utilise des couches de verre fritté épaisses, avec une épaisseur de couche de 50 t et plus. De ce fait une métallisation bilatérale des zones actives du corps semiconducteur comportant des contacts de surface étendue, d'un diamètre dépassant 300#, est possible. Ceci présente les avantages suivants a) Le substrat semiconducteur et sa partie formant résistance sé rie sont éliminés. La chaleur produite dans la zone active lors du fonctionnement est évacuée des deux faces et il se crée un puit de chaleur double. b) La constitution de la "structure en sandwich" permet une mani pulation analogue 3 celle de composants comportant un capot et permet de ce fait un contrôle sans destruction et une évalua tion des propriétés en haute fréquence. c) La mise sous forme hybride des circuits stratifiés est sans problème étant donné que les défauts ou défaillances de monta ge doivent être évités. d) Dans le cas d'une métallisation asymétrique, on peut obtenir simultanément les avantages de la technologie " connexion portante". e) Une intégration monolithique du circuit est possible. f) L'invention peut être également utilisée par exemple sur des composants de puissance à l'AsGa et sur des composants opto électroniques. g) L'invention peut enfin être utilisée de façon générale dans des composants de puissance et dans des composants de faible puissance suivant la technologie planar et mésa. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente une coupe d'un substrat semiconducteur pendant la fabrication de deux composants à semi conducteurs,conformes à l'invention, suivant une structure mésa. La figure 2 présente un composant à semiconduc- teurs conforme à l'invention, suivant une structure planar. La figure 3 montre un autre composant i semiconducteur, conforme à l'invention, comportant plusieurs corps semiconducteurs scpares qui peuvent remplir différentes fonctions. Le point de départ du procédé conforme à l'in vent Ion est la fabrication connue en soi de composants mésa, dans Itexemple choisi. Dans une pastille seniconductrice 2 constituée par exemple par du silicium, on réalise par attaque chimique des canaux ou entonnoirs 3 jusqu'S une profondeur d'environ 5 à 150 en sorte qu'il se forme différeiits mo-lts ou plateaux mésa. On peut également prévoir, la place d'entonnoirs perpendiculaires entre eux, un profil annulaire d'entonnoirs obtenus par attaque chimique uniquement autour du mont ou plateau mésa lui-même. La fabrication de couches de verre épaisses est de ce fait facilitée, de même que le dégagement d'une fenêtre ultérieure de contact. Ensuite on peut réaliser dans les entonnoirs une couche de passivation 11, qui cependant n'est pas absolument nécessaire. Comme couche de passiva tion il convient d'utiliser une couche de nitrure de silicium audessus d'une couche de silice ou bien uniquement une couche de silice. Ensuite on dépose une couche de verre 10 possédant une épaisseur qui correspond au moins à la profondeur des entonnoirs 3, c'est-à-dire qui possède une valeur comprise au moins entre 5 et 150 P . En ce qui concerne la couche de verre 10 il con- vient d'utiliser de préférence des verres possédant un coefficient de dilatation thermique adapté au silicium,par exemple un verre au borosilicate de zinc.Par suite de la technique photosensible qui peut être difficilement reproductible, dans le cas de couches de verre fritté épaisses, qui sont provoquées essentiellement par des hétérogénéités desdites couches de verre fritté et par des problèmes de masquage dans le cas d'une longue durée d'attaque chimique, il convient de déposer déjà une couche métallique servant de couche adhésive , avant la couche de verre 10, sur le mont ou plateau de structure mésa, comportant une jonction pn 16 entre la zone 12 conductrice du type p et une zone 13 conductrice du type n. Les zones 12 et 13 forment la couche épitaxiale prévue sur le substrat semiconducteur 2. Alors on enlève, par polissage ou bien au moyen d'une technique photosensible, sur toute la surface, les parties de la couche de verre 10, qui font saillie sur la couche métallique 14. Ensuite la pastille est recouverte, sur toute la face supérieure, d'une couche de métallisation 15 possédant une épaisseur de 2 à 20 e . Pour cette couche de métallisation 15 on peut utiliser des pellicules ou films métalliques usuels (par exem ple CrAg, CrAu, CrNi/Ag ou bien TiPtAu). A l'aide de la technique photosensible on dépose alors le premier puits de chaleur 4, par exemple au moyen d'un dépôt galvanique sélectif. De préférence on utilise à cet effet une couche d'argent 23 ayant une épaisseur d'environ 100 t , qui est munie d'une couche d'or 24 possédant une épaisseur d'environ 3 Au lieu d'argent on peut égalerent utiliser de l'or ou du cuivre. Ensuite, à partir du verso , on effectue l'attaque chimique du substrat semiconducteur 2 jusqu'3 la couche de passivation 11 ou bien, lorsque cette dernière n'est pas prévue, jusqu'à la couche de verre 10. Dans les monts ou plateaux de structure mésa, l'attaque chimique s'effectue environ jusqu'à une pro fondeur indiquée par une ligne 30 formée d'un trait Mixte. De ce fait la zone active du composant à sericonducteuisest limitée uniquement à la structure mésa nécessaire. On peut utiliser dans le cas du verso , le merle proccdé que pour la face supérieure. En d'autres termes on dépose un contact métallique 4, repéré par une ligne formée d'un trait mixte 31, comme sur le recto. Enfin on sépare les différents composants à semiconducteurs, ce qui est inciqué par des flèches 33. Cette séparation peut s'effectuer par attaque chimique ou bien a l'aide d'un faisceau laser. L'invention permet également la fabrication d'un composant à semiconducteurs suivant la technologie planar. Un tel exemple est représenté sur la figure 2. Ici la couche de passia- tion Il s'étend sur une partie de la face supérieure du mont ou plateau de structure mésa et sert de fenêtre de diffusion pour le dopage de la zone 12, qui forme avec la zone 13 une jonction pn planar. La zone 13 possède la neume conductibilité que le reste du substrat semiconducteur 2, subsistant après l'attaque chimique, dans le plateau de structure mésa. Dans le cas de cet exemple de réalisation, la couche de verre 10 est tirée sur une partie de la face supérieure du plateau de structure mésa. Le reste du substrat semiconducteur 2, subsistant après l'attaque chimique du verso ,(c'est-à-dire sur la figure 1 la région située au-dessus de la ligne formée d'un trait mixte 30) et les zones 12 et 13 représentant la couche épitaxiale forment un corps semiconducteur 1 qui est muni de contacts métalliques 4 sur toute sa face supérieure et sur toute-sa face inférieure et est limité sur son bord par la couche de verre 10. Surla figure 3 on a représenté un exemple de réalisation dans lequel plusieurs corps semiconducteurs 1 sont disposés entre les deux puits de chaleur 4. L'avantage d'une telle disposition consiste en une réduction supplémentaire, rapportée à la meme surface globale, de la résistance thermique et électrique, par comparaison avec les structures représentées dans les exemples de réalisation des figures 1 et 2. Dans le cadre de la présente invention, on peut utiliser pour la couche de verre 10 également du verre au borosilicate de plomb ou bien un mélange de plusieurs sortes différentes de verre. De même la couche adhésive 14 peut être constituée par du Cr, du CrNi, du TiPt ou par des siliciures métalliques. En outre les corps semiconducteurs formés peuvent constituer des composants remplissant plusieurs fonctions (par exemple diode Schottky, diode dénommée IMPATT), dans le cadre de la présente invention. REYENDICATIO5.iS 1. Composant à semiconducteurs dénué de capot et comportant un puit de chaleur ou radiateur double, dans lequel un corps semiconducteur comportant au moins deux zones possédant des types de conductivité différents est muni sur une surface importante, sur des faces opposées, de contacts servant respectivement de puits de chaleur, caractérisé par le fait que le corps semiconducteur (1) est recouvert, sur son bord (5)reliant les deux faces, par une couche de verre (10) remplissant au moins partiellement également ltespace intercalaire compris entre les contacts (4) et qui possède un coefficient de dilatation thermique adapté au corps semiconducteur (1). 2. Composant à semiconducteurs suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche de verre (10) est constituée par du verre fritt-, notarrent par du verre au boresilicate de zinc, du verre au borosilicate de olor.h ou bien par un mélange des deux sortes de verre. 3. Composant à semiconducteurs suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est prévue une couche de passivation (11) au noins partiellement entre la couche de verre (10) et le corps semiconducteur (1). 4. Composant à semiconducteurs suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les contacts (4) sont constitués par au groins deux couches (23, 24). 5. Composant ì semiconducteurs suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les couches (23, 24) sont constituées par de l'argent ou bien par du cuivre avec un revêtement d'or X ou bien par de l'or pur sur une couche adhésive pour le corps semiconducteur (1). 6. Composant à semiconducteurs suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la couche adhérente est constituée par du Cr, du Cri, du TiPt ou par des siliciures métal ligues. 7. Procédé pour fabriquer un composant à semiconducteurs sans capot suivant l'urne quelconque des revendications 1 à 6, selon lequel on aménage des entonnoirs dans une pastille semiconductrice de manière à faire apparaître différents corps semicon- ducteurs sous la forme de structures mésa, caractérisé par le fait que les entonnoirs (3) sont remplis par une couche de verre (10). 8.~Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la subdivision de la pastille semiconductrice (2) s'effectue dans les entonnoirs (3) par attaque chimique ou bien à l'aide d'un faisceau laser. 9. Procédé suivant l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que les entonnoirs ont une profondeur d'environ 5 à 150bu. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que la couche de verre (10) est déposée avec une épaisseur dépassant environ 5 à 150p 11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que les contacts (4) eo- portent un diamètre d'environ OOF 12. Composant à semiconducteurs suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que seul un puits de chaleur double est prévu respectivement pour plusieurs corps semiconducteurs séparés. 14. Composant à semiconducteurs suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que les corps semiconducteurs forment des composants remplissant rlusieurs fonctions (par exemple diode Schottky, diode dénommée IMPATT).