Brevet FR2487577A1 — publié le 19820129

PROCEDE DE MONTAGE D'UN COMPOSANT SEMICONDUCTEUR DE PUISSANCE La présente invention concerne le montage des composants semiconducteurs de puissance et plus particulièrement la fixation d'un composant semiconducteur de puissance formé dans un monocristal de silicium sur une contre-électrode de molybdène. Dans la plupart des structures actuellement utilisées de montage des composants semiconducteurs de puissance a base de silicium tels que des diodes, des thyristors, des triacs ou des transistors de puissance, il est classique de fixer au préalable la pastille de silicium sur un disque ou contre-électrode d'un matériau conducteur possédant un coefficient de dilatation proche de celui du silicium, c'est-à-dire habituellement du molybdène. Cette contre-électrode de molybdène est généralement fixée du côté de la pastille semiconductrice où il n'y a pas d'électrode de commande. Ce côté de la pastille semiconductrice sera appelé ci-après face infé- rieure. Dans le cas des thyristors, il correspond généralement à l'anode, c'est-à-dire à une face de la pastille semiconductrice dopée de type P.Dans le cas d'un triac, il convient de noter que la contre-électrode de molybdène se trouve en contact avec une face inférieure comportant des zones dopées de type P et des zones dopées de type N. Pour avoir un bon contact ohmique entre le silicium et la contre-électrode et pour obtenir une adhérence satisfaisante avec le molybdène, on utilise généralement comme matériau intermédiaire de brasure entre le silicium et le molybdène un disque ou préforme de siliciure d'aluminium (AlSi). Ce procédé consistant a utiliser une préforme de AlSi donne satisfaction dans de nombreuses applications mais présente néanmoins certains nombres d'inconvénients qui s'aggravent pour certaines applications particulières notamment comme on le verra ci-après pour certains triacs ou certains thyristors asymétrique. Dans le procédé classique de brasure du molybdêne sur le silicium à l'aide d'une préforme intercalaire AlSi, la préforme a couramment une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de microns, par exemple 30 microns et une composition correspondant à un eutectique d'aluminiumsilicium comprenant 11,3 % d'aluminium et 88,7 % de silicium. Cet eutectique a un point de fusion de l'ordre de 5770C. Il suffirait donc théoriquement de se placer peu au-dessus de 577pu pour réaliser l'alliage avec le silicium. Néanmoins, pour obtenir une adhérence satisfaisante avec le molybdène, on est amené a procéder a température nettement plus élevée, couramment des températures de l'ordre de 7000C.A de telles températures, il se produit une pénétration de l'aluminium dans le silicium, cette pénétration étant de l'ordre d'une dizaine de microns de façon homogène, mais présentant des pointes de pénétration localisées pouvant atteindre plus de 50 microns. Ces pointes de pénétration peuvent être particulièrement génantes pour certains dispositifs particuliers, tels que des triacs ou des thyristors à conduction inverse dans lesquels la couche en contact avec la contre-électrode de molybdène peut avoir une épaisseur de l'ordre également de la trentaine de microns ou même moins. Il se produit alors une détérioration des jonctions. Le procédé classique de fixation évoqué précédemment est illustré en figure 1 dans laquelle on peut voir la face inférieure de la pastille de silicium 1 en regard de la contre-électrode de molybdène 2 avec interposition d'une préforme de AlSi 3. Une fois la brasure effectuée, comme le représente la figure 2, malgré le fait que les coefficients de dilatation du silicium et du molybdène sont très proches, ceux-ci ne sont néanmoins pas parfaitement adaptés et il se produit une courbure de l'ensemble brasé d'où il résulte l'apparition d'une certaine flèche de valeur e. Un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de fixation d'un composant semiconducteur de puissance formé dans un monocristal de silicium sur une contre-électrode de molybdène réduisant les inconvénients du procédé de l'art antérieur exposé précédemment. En particulier, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de fixation d'une pastille de silicium sur une contre-électrode de molybdène dans laquelle la pénétration du produit de brasure intercalaire dans le silicium soit réduite. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel nouveau procédé de fixation dans lequel la flèche de l'ensemble silicium/molybdène assemblé soit réduite. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de fixation fournissant un ensemble ayant une bonne résistance aux cyclages thermique# Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un procédé de fixation d'un composant semiconducteur de puissance formé dans un monocristal de silicium sur une contre-électrode de molybdène avec interposition d'une préforme de siliciure d'aluminium (AlSi) dans lequel, avant d'effectuer la brasure, on dépose sur la face de la contre-électrode de molybdène en regard de la préforme d'AlSi des couches successives de chrome et d'argent. La présente invention prévoit aussi de déposer des couches successives de chrome et d'argent sur la face du silicium en regard de la préforme d'AlSi.Le dépôt de chrome et d'argent peut être fait de façon qu'il existe entre le chrome et l'argent une solution de conti nuité, c'est-à-dire une zone comprenant du chrome et de l'argent, la proportion de ces deux composants variant continuement du chrome pur à l'argent pur. La couche de chrome peut avoir une épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,25 micron, la couche d'argent une épaisseur de 1 à 2 microns, la zone intermédiaire de chrome-argent une épaisseur de 0,4 à 0,5 micron. La brasure se fait de préférence à une température comprise entre 600 et 6150C. Ces objets et caractéristiques ainsi que les avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : Les figures 1 et 2, décrites précédemment, ont servi de support a la présentation de l'état de la technique. Les figures 3A, 3B et 4A, 4B illustrent des dispositifs semiconducteurs pour lesquels l'utilisation du procédé selon la présente invention est particulièrement souhaitable. Selon une première caractéristique, la présente invention consiste a déposer avant brasure sur la surface supérieure de la contre-électrode de molybdène 2 des couches successives de chrome et d'argent. Ce dépôt permet d'abaisser la température de brasure de l'ensemble silicium/AlSi/molybdène tout en obtenant une bonne adhérence du molybdène. On a ainsi pu faire des brasures a des températures comprises entre 600 et 6500C. A ces températures, la pénétration d'aluminium dans le silicium 1 est plus faible qu'aux températures de 7000C prévues dans l'art antérieur.D'autre part, alors que pour un alliage Mo/AlSi/Sieffectué à 7O00C, on obtenait une flèche e de 17 microns pour une plaquette de 25 mm de diamètre, cette flèche a été ramenée a 11 microns pour une brasure effectuée à 6000 avec interposition de CrAg. Pour minimiser encore la pénétration d'aluminium dans le silicium et réduire davantage la flèche du dispositif monté, il est prévu selon la présente invention de faire également des dépôts successifs de chrome et d'argent sur la plaquette de silicium 1 avant la brasure. Dans ces conditions, et avec une brasure effectuée à 6000C, on a obtenu une flèche de 8 microns seulement. La réduction de la pénétration d'aluminium dans le silicium se manifeste notamment par une analyse des rendements de fabrication a la suite de divers tests, par exemple des tests de chute de tension en direct. D'autre part, un avantage de la présente invention réside dans le fait que des ensembles brasés selon la présente invention présentent une meilleure durée de vie après des cyclages thermiques répétés que les plaquettes brasées selon la technique antérieure. La figure 3 A représente une structure de triac a laquelle peut tout particulièrement s'appliquer le procédé de fixation sur une plaquette de molybdène selon la présente invention. Dans la figure 3A, la plaquette de molybdène est indiquée par le symbole chimique Mo et les diverses couches du triac sont désignées par N1,P1,N2,P2et N3. En figure 3B, des profils de diffusion des diverses couches sont indiqués et les profondeurs de diffusion en microns figurent en abcisse. On peut voir que la couche N1 qui sera en contact avec la contreélectrode de molybdène a une épaisseur ou profondeur de l'ordre de 15 microns seulement. Par le procédé classique, cette jonction serait court-circuitée dans de nombreux cas par les pénétrations localisées en forme de pointe d'aluminium. Le procédé selon la présente invention permet de pallier cet inconvénient.En outre, l'expérience a montré que dans le cas particulier représenté en figure 3A où la contre-électrode de molybdène est en contact avec une surface de silicium dont des parties sont dopées de type N et d'autres de type P, le dopage de type P étant moyennement élevé, on conserve les avantages obtenus classiquement grâce à une préforme d'AlSi à savoir que l'on a un bon contact ohmique aussi bien avec la zone N qu'avec la zone P. De même, la figure 4A représente une structure de thyristor asymétrique dans lequel d'un côté de la zone faiblement dopé N1, se trouve une zone fortement dopée de même type N1+, dopée par exemple au moyen de phosphore (P). En ce cas, la couche d'anode P1 a une faible profondeur de l'ordre par exemple d'une vingtaine de microns et il est utile d'éviter des pénétrations d'aluminium qui se présentent avec les procédés classiques de fixation sur une contre-électrode de molybdène. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, elle en comprend les variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de fixation d'un composant semiconducteur de puissance formé dans un monocristal de silicium sur une contre-électrode de molybdène avec interposition d'une préforme de siliciure d'aluminium (aloi) caractérisé en ce qu'il consiste a déposer sur la surface du molybdène en regard de la préforme des couches successives de chrome et d'argent. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste en outre à déposer sur la surface du composant semiconducteur en regard de la préforme d'AlSi des couches successives de chrome et d'argent. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dépôt successif de chrome et d'argent est effectué de façon qu'il existe une zone intermédiaire de chrome-argent de composition continuement variable entre le chrome pur et l'argent pur. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couche de chrome a une épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,25 micron, la couche de chrome-argent une épaisseur de l'ordre de 0,3 a 0,5 micron, la couche d'argent une épaisseur de l'ordre de 1 à 2 microns, et en ce que le brasage est effèctué a une température comprise entre 600 et 6500C. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le brasage est effectué a une température voisine de 6000C.