Brevet FR2531106A1 — publié le 19840203

La présente invention concerne un procédé de métallisation de la face arrière d'une plaquette de silicium sur laquelle des composants électroniques ont été réalisés afin de faciliter la fixation de cette plaquette sur des bases appropriées. Un procédé de métallisation de type connu prévoit le dépôt d'une mince couche d'or (Au) avec des traces d'impuretés (sili- cium ou bore? qui est de préférence mise en alliage au moyen d'un traitement thermique à la température de l'eutectique (-e 450 'C). Dans un tel procédé, l'opération d'alliage est rendue préférable, sinon indispensable, par la nécessité d'éviter les phéno- mènes d'instabilité qui se traduiraient par une migration du silicium à travers la couche d'oret par une oxydation consécutive du silicium luimême Ainsi qu'il est bien connu, ceci compromettrait l'opération de soudage consécutive. D'un autre côté, l'opération d'alliage est à l'origine- de défauts d'uniformité de surface, qui déterminent des fluctuations de la résistance de contact après la soudure En outre, il est néces- saire d'utiliser d'importantes quantités d'or, ce qui se traduit par des coûts supplémentaires. Un autre procédé connu prévoit à son tour le dépôt d'aluminium contenant du silicium (Al/Si) qui est mis en alliage au moyen d'un traitement thermique à une température supérieure à celle de l'eutectique, et qui reçoit ensuite le dépôt d'une mince couche d'or. Avec ce procédé, on réduit la quantité d'or et, par conséquent, le coût, et on réalise un meilleur contact ohmique. Toutefois, on est exposé à l'inconvénient consistant en ce que l'aluminium tend à s'oxyder très rapidement avant le dép 6 t de l'or, en détériorant le contact Al/Au. Les deux procédés ont en outre l'inconvénient d'exiger des traitements thermiques à des températures supérieures à 400 'C qui engendrent des problèmes de fiabilité dérivant de la formation de protubérances superficielles ("hillock") dans les couches d'aluminium éventuellement présentes sur la face avant de la plaquette de silicium. Le but de la présente invention est de réaliser un procédé de métallisation de la face arrière d'une plaquette de silicium qui soit avantageux comparativement aux procédés actuel- lement connus. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'un procédé caractérisé en ce qu'il comprend, successivement, le dépôt d'une première couche d'or, le dépôt d'une deuxième couche d'aluminium (qui contient éventuellement un petit pourcentage de silicium) et le traitement thermique de la plaquette avec les deux couches super- posées, pour déterminer la migration de l'aluminium vers la plaquette de silicium à travers ladite couche d'or. On a pu constater que le procédé selon l'invention apporte certains avantages importants que l'on peut résumer de la façon suivante a) Elimination de la barrière de Schottky et, par conséquent, bon contact ohmique Si-Al, principalement en raison du fait que L'aluminium tend à passer à travers l'or et à atteindre la plaquette de silicium préalablement dopée. b) Stabilisation de l'interface Si-Au en ce sens que le silicium ne tend pas à migrer à travers la couche d'or vers la surface o il s'oxyderait au contact de l'oxygène atmosphérique. c) Facilité du soudage et faible résistance électrique de contact, qui sont dues au fait que la migration de l'aluminium se traduit par la présence d'or en surface et empêche en même temps l'oxydation de l'aluminium En particulier, il est devenu possible d'effectuer une soudure directe, sans interposition des plaquettes dites "preform" sur les bases métalliques des boîtiers céramiques, ce qui entraîne une diminution du prix de revient. d) Possibilité d'utiliser un traitement thermique de recuit ("annealing") à basse température (inférieure à la température d'eutectique) qui maintient l'uniformité du film Au-Al et supprime les problèmes de fiabilité Ce traitement à basse température est rendu possible par le fait qu'il se produit une migration de l'alu- minium dans la couche d'or mais qu'il ne se forme pas d'alliage. e) Facilité du découpage ("scribing") de la plaquette métallisée, qui résulte de la rigidité réduite du film Au-Al. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 montre une plaquette de silicium après le dépôt de la couche d'or; la figure 2 montre la même plaquette de silicium après le dép Ct de la couche d'aluminium (ou de AI-Si); la figure 3 montre la même plaquette de silicium après le traitement thermique. Sur la face-arrière d'une-plaquette de silicium conve- nablement dopée 1, d'une épaisseur (par exemple) de 500 à 600 microns, on dépose tout d'abord (figure 1), -par évaporation sous vide, une couche d'or 2 relativement épaisse (par exemple de 0,3 micron), sur laquelle on dépose ensuite (figure 2) une couche 3 d'aluminium (ou d'aluminium contenant des traces de Si, ce qui est préférable parce que, habituellement, on la trouve disponible déjà sous cette forme auprès des maisons de commerce spécialisées en électronique) dont l'épaisseur et la quantité sont choisies de manière à éviter la formation de composés intermétalliques nuisibles Les essais actuels ont montré que la quantité d'aluminium ne doit pas être supérieure à 50 % de la quantité d'or et qu'un rapport optimal pour les épais- seurs d'aluminium et d'or doit être d'environ 1:6. Finalement, on soumet la plaquette 1, avec les couches 2 et 3 superposées, à un traitement thermique de recuit ("annealing") à une température (par exemple 320 'C) inférieure à celle de l'eutectique Au-Si Sous cet effet, l'aluminium migre à travers l'or, vers le silicium (flèches A de la figure 3) et l'or migre vers la surface externe (flèches-B de la figure 3) pour former un film Au-Al 4 dans lequel les positions de l'or et de l'aluminium sont prati- quement inversées comparativement à la situation représentée à la figure 20 Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de métallisation de la face arrière d'une plaquette de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend successivement le dépôt d'une première couche d'or ( 2), le dépôt d'une deuxième couche d'aluminium ( 3) et le traitement thermique de la plaquette munie de ces couches superposées destiné à provoquer la migration de Ai vers la plaquette de silicium à travers Au - 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'aluminium contient des traces de silicium. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est exécuté à une température infé- rieure à celle de l'eutectique or-silicium. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est exécuté à une température d'environ 320 'C Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les épaisseurs desdites couches d'aluminium et d'or sont entre elles dans un rapport qui varie aux environs de 1:6. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'aluminium n'est pas supérieure à 505 % de la quantité d'or.