Brevet FR2496985A1 — publié le 19820625

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de composants semi-conducteurs suivant lequel dans un corps semi-conducteur au silicium en forme de disque et présentant une grande surface, on crée, par un dopage avec des éléments perturbateurs et après applica- tion d'un masque, un grand nombre d'ensembles à couches superposées et de types de conductibilité différents dont les diverses couches présentent des zones de conductibili- té également différentes, les surfaces étant munies d'une couche métallique alliée sur laquelle sont rapportées des électrodes de branchement en fonction de la disposition des couches et des zones de conductibilité différente et en fonction du.type de conductibilité différent, le disque semi-conducteur étant ensuite subdivisé en un grand nombre d'éléments individuels. Des composants semi-conducteurs, tels que, par exem- ple des diodes, des transistors, des thyristors ou des triacs, sont fabriqués selon des procédés connus en modi- fiant jusqu'à une profondeur prédéterminée les caracté- ristiques électriques de tout ou partie de la surface de disques semiconducteurs dopés de façon homogène grâce à l'incorporation d'éléments perturbateurs additionnels au moyen de procédés d'alliage et/ou de diffusion de ma- nière à obtenir un ensemble de couches de zones et de types de conductibilité différents. Les différentes zones situées à la surface sont ensuite munies de contacts métalliques rapportés par soudage ou par des procédés créant un alliage. Les composants semi-conducteurs sont reliés aux différents circuits par l'intermédiaire de ces contacts métalliques. Pour des raisons économiques et en vue d'une fabri- cation rationnelle, il est avantageux de ne pas réaliser séparément des composants de petites et de moyennes dimen- sions et d'effectuer les opérations habituelles, telles que l'application des masques, le dopage et la métallisa- tion, sur des disques semi-conducteurs de surface relative- ment grande puis de subdiviser ces derniers, par exemple par gravure à l'acide, sciage, sablage, entaillage, cassure ou par procédé aux ultrasons, en éléments plus petits, de grandeur prédéterminée, qui sont ensuite reliés aux conducteurs de courants par des procédés habituels. Pour un corps semi-conducteur au silicium on uti- lise habituellement, en tant que matière de contact et de support, du molybdène ou plus rarement du tungstène parce que les coefficients de dilatation thermique du silicium et du molybdène ou du tungstène sont très voisins, ce qui a pour effet de ne créer que des contraintes thermiques faibles lors de températures de fonctionnement alternantes, pas trop élevées, et lors d'opérations de fabrication par soudage à des températures également pas trop élevées. Lorsqu'on demande aux composants semi-conducteurs, notamment aux composants semi-conducteurs de puissance, de présenter une grande résistance aux variations de tem- pérature, il est nécessaire d'utiliser des contacts alliés au lieu des contacts soudés. Etant donné que les tempéra- tures atteignent environ 7000C lors du processus par al- liage, la différence des coefficients de dilatation entre le silicium et le molybdène ou le tungstène intervient dans une mesure telle qu'il n'est plus possible d'utiliser des disques de grande surface au silicium et au molybdène ou au tungstène. Lorsqu'on utilise des disques en molybdè- ne relativement minces en tant que disques de support pour le silicium, ces disques fléchissent sous l'influence des dilatations différentes résultant des températures élevées. Les disques semi-conducteurs peuvent alors soit se déta- cher brusquement des disques de support soit présenter une structure cristalline détériorée par le fléchissement, ou encore le disque se déchire en entraînant des inconvénients en ce qui concerne le pouvoir d'arrêt du composant réalisé. Par ailleurs, lorsqu'on augmente ltépaisseur du disque de support, par exemple à 1 - 1,5 mm, pour qu'il présente une résistance mécanique suffisante, le sectionne- ment et la division en petits disques partiels d'un disque en molybdène d'une telle épaisseur sont très difficiles et ne peuvent être exécutés qu'en employant des moyens coûteux. Pour ces raisons il n'était pas possible d'utili- ser le procédé consistant dans la subdivision en compo- sants plus petits d'un disque semi-conducteur de grande surface et déjà muni de tous les contacts pour la fabrica- tion de composants semi-conducteurs de puissance dont les contacts doivent être réalisés par un procédé d'alliage. Lors de la fabrication des composants semi-conduc- teurs de puissance il était nécessaire de procéder à la division déjà après le dopage et de procéder seulement ensuite à l'opération d'alliage sur les différents élé- ments créés. En conséquence la réalisation des contacts exigeait des opérations supplémentaires et inévitables, par exemple la mise en place précise des nombreux éléments individuels, ce qui annulait, en grande partie, les avan- tages tels que la mise en place d'un masque commun et le dopage d'un disque semi-conducteur de grande surface. Par la demande de brevet DE 2 828 044 on connatt un composant semi-conducteur dans lequel un disque en sili- cium sert dtélément-semi-conducteur actif et sur lequel est rapporté un disque de support en silicium fortement dopé. L'objet de cette demande ne concerne qu'un disposi- tif et non pas un procédé et se rapporte exclusivement à un élément unique de dimensions importantes qui ne doit pas être subdivisé en plusieurs éléments plus petits. La présente invention a pour objet de créer un pro- cédé pour fabriquer des composants semi-conducteurs de puissance à contacts alliés suivant lequel toutes les opé- rations habituelles, y compris la réalisation des contacts, s'effectuent sur un disque en silicium de grande surface et dans lequel le disque en silicium est seulement ensuite subdivisé en un grand nombre d'éléments partiels de façon à pouvoir profiter pleinement de l'avantage consistant dans l'application d'un masque unique et commun et dans le seul dopage ainsi que dans l'opération unique de réalisa- tion des contacts. Lors de la réalisation des contacts, s'effectuant sous une température d'alliage d'environ 7000C, le disque semi-conducteur ne doit pas se détacher du disque de support et il ne doit subir aucune détérioration ou modification de sa structure cristalline; la division du disque de support relié au disque semi-conducteur en vue d'obtenir des éléments partiels doit de plus pouvoir s'ef- fectuer sans grandes difficultés. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus par un procédé de fabrication qui est caractérisé en ce que le disque en silicium est rapporté par alliage sur un disque de support en silicium très fortement dopé en prévoyant une couche intermédiaire en aluminium-silicium. Le disque de support présente avantageusement une résistance spécifique de S que l'on fait croître, de façon habituelle, dans un creuset. Grâce au procédé suivant l'invention la matière du corps semi-conducteur et celle du disque de support pré- sentent le même coefficient de dilatation ce qui a pour effet qu'il n'y a pas de contraintes thermiques même pour des températures variant à l'intérieur d'une plage étendue et pour de grandes surfaces. De ce fait on peut, lors de la fabrication, procéder à des opérations d'alliage sous des températures plus élevées même pour un disque de sili- cium de grande surface et pas encore subdivisé sans ris- quer un détachement brusque du disque semi-conducteur par rapport au disque de support ou une détérioration du dis- que semi-conducteur. En conséquence on peut réaliser, en plus de la mise en place du masque et du dopage, également la formation des contacts par alliage de composants semi- conducteurs de puissance sur le disque de grande surface pas encore subdivisé ce qui permet par une seule opération la formation des contacts d'un grand nombre dtéléments individuels. La division en éléments individuels du grand disque de support relié au disque en silicium peut s'effectuer de façon relativement simple, par exemple par un procédé aux ultra-sons, parce qu'il est plus facile de sectionner un disque de support en silicium qu'un disque de support en molybdène, surtout lorsque ce dernier présente une couche de molybdène de plus grande épaisseur. Le procédé suivant l'invention présente également un avantage économique ré- sidant dans le fait qu'un disque de support en silicium, ne nécessitant pas une pureté exagérée, est d'un prix de revient plus bas qu'un disque correspondant en molybdène. Etant donné que la conductibilité thermique du mo- lybdène et celle du silicium sont pratiquement identiques, la dissipation de la chaleur perdue est aussi bonne pour un disque de support en silicium que pour un disque de support en molybdène. La conductibilité électrique légèrement inférieure du silicium par rapport à celle du molybdène est compensée largement par les résistances de transfert plus faibles du silicium. La résistance volumétrique et la chute de ten- sion à l'intérieur du disque semi-conducteur ne jouent de toute façon qu'un rôle secondaire par rapport au rôle joué par les résistances de transfert. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux des- sins annexés. Les fig. 1 à 6 montrent en coupe les divers stades de fabrication d'un composant semi-conducteur réalisé sui- vant le procédé de l'invention. La fig. 1 montre un disque en silicium 1 en matière de base du type n et dont le diamètre est d'environ 7,6 cm et qui présente une épaisseur d'environ 280pum. La couche 3 du type n est transformée en surface et par l'un des procédés de diffusion connus en une couche 2 du type n et en une couche 4 du type ú Comme cela ressort de la fig. 2 une couche inter- médiaire 5 en un système eutectique aluminium-silicium et d'une épaisseur comprise entre 10 et 30)um est tout d'a- bord rapportée sur la couche 4 du type + Le disque 1 est ensuite relié par alliage et au moyen de la couche inter- médiaire 5 à un disque de support 6 en silicium très for- tement dopé. L'épaisseur du disque de support 6 est d'en- viron 1 mm et sa résistance spécifique est de f rapportées par évaporation sur les deux surfaces des cou- ches 2 et 6. Les couches 7 et 8 sont structurées en fonc- tion de la forme prévue et elles sont recuites. L'ensemble de couches ainsi réalisé est alors collé sur une plaque en verre ou en acier 9, comme le montre la fig. 4, et il est subdivisé en éléments individuels par exemple à l'aide d'un dispositif de perçage à ultra-sons 10. La fig. 5 montre l'un des éléments obtenus. Comme cela ressort de la fig. 6, cet élément est rectifié de façon habituelle sur ces bords et il est muni d'une passivation marginale 11 et d'un contact en cuivre 12. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de composants semi- conducteurs suivant lequel dans un corps semi-conducteur au silicium en forme de disque et présentant une grande surface, on crée, par un dopage avec des éléments pertur- bateurs et après application d'un masque, un grand nombre d'ensembles à couches superposées et de types de conduc- tibilité différents dont les diverses couches présentent des zones de conductibilité également différentes, les surfaces étant munies d'une couche métallique alliée sur laquelle sont rapportées des électrodes de branchement en fonction de la disposition des couches et des zones de conductibilité différente et en fonction du type de conduc- tibilité différent, le disque semi-conducteur étant ensuite subdivisé en un grand nombre d'éléments individuels, ca- ractérisé en ce que le disque en silicium est rapporté par alliage sur un disque de support en silicium très fortement dopé en prévoyant une couche intermédiaire en aluminium- silicium. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque de support présente une résistance spécifique de 5 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le disque de support présente une épaisseur d'environ 1 mm. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des couches en aluminium présentant une épaisseur comprise entre 10 et 30pum sont rapportées par évaporation sur les surfaces des couches (2) et (6). 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble des couches (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) est collé sur une plaque en verre ou en acier et est subdivisé en éléments individuels à l'aide d'un dispo- sitif de perçage notamment aux ultra-sons. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments individuels sont recti- fiés sur leurs bords et sont munis d'une passivation marginale (11) et d'un contact en cuivre (12).