Brevet FR2566178A1 — publié le 19851220

MONTAGE DE DIODE EPITAXIEE EN BOITIER DE VERRE La présente invention concerne la fabrication de diodes et leur montage en boîtiers de verre. Plus précisément, on s'intéresse ici à des diodes très particulières qui sont des diodes zener dites épitaxiées, c'est-à-dire comprenant une jonction N-P dans laquelle la région de type de conductivité N est constituée par le substrat d'une pastille de silicium, tandis que la région de type P est constituée par une couche de silicium formée par croissance épitaxiale d'une zone de silicium localisée constituant un "bouton" ou "plateau" surélevé par rapport à la surface du substrat. La demanderesse s'est aperçue que ce type de diode présentait des difficultés particulières de montage sous boîtier, conduisant à des chutes de rendement de fabrication importantes lorsqu'on cherchait à utiliser les procédés de montage connus pour des diodes classiques non épitaxiées. En particulier, on connaît un procédé de montage qui est le suivant: on part de la pastille de silicium constituant la diode et on la métallise (nickel-or) sur la face avant et la face arrière, par trempage, et on coince la pastille métallisée entre deux pistons de ferronickel (de préférence recouvert d'oxyde de cuivre), la pastille et les pistons étant introduits dans un cylindre de verre d'où dépassent les extrémités des tiges des pistons. On soude le verre sur les pistons de ferronickel, sans soudure entre les pistons et la pastille. On s'est aperçu que pour des diodes épitaxiées, la pastille cassait fréquemment sous la pression des pistons, ou alors, pour les diodes non cassées, que les spécifications en courant maximal admissible n'étaient pas tenues (pour des diodes zener d'une puissance de quelques watts). Un autre procédé de montage connu est le suivant: la pastille de silicium est encore métallisée (nickel-or) par trempage, et est montée entre des répartiteurs qui sont des rondelles d'aluminium revêtuesrev@tues revêtuesrev@tues d'une couche de soudure tendre (plomb-argent-indium par exemple fondant à 3100). Puis, on brase des pistons en cuivre avec une soudure étain-antimoine fondant à plus basse température (2300) et on moule le tout dans du plastique injecté sous pression. Là encore, pour des diodes épitaxiées, on constate des défauts de rendement de fabrication dues d'une part à un clivage de la pastille à cause de la pression de moulage, et d'autre part à l'apparition occasionnelle de court-circuits de la jonction par la soudure qui coule sur des régions mal isolées du substrat (le substrat est recouvert d'une couche isolante de protection autour de la zone épitaxiée, mais cette couche peut présenter des défauts sous forme de trous dans lesquels peut couler la soudure). Pour remédier aux défauts constatés dans l'application des procédés connus aux diodes épitaxiées, la présente invention propose un procédé de montage en boîtier de verre d'une diode épitaxiée caractérisé par les étapes consistant à: - déposer par évaporation une couche d'aluminium sur la face inférieure de la tranche de silicium sur laquelle est constituée la diode épitaxiée à monter en boîtier de verre, - déposer par évaporation à travers une grille de masquage, sur la face supérieure de la tranche, une couche d'aluminium localisée au centre de la partie épitaxiée de la diode, mais non sur le pourtour de cette zone ni sur le reste de la face supérieure, cette couche ayant une épaisseur d'une vingtaine de microns environ, - découper la tranche de silicium en puces individuelles, - enserrer chaque puce entre deux pistons de métal réfractaire, notamment du molybdène, et braser ces pistons sur les deux faces métallisées de la puce, à une température d'environ 620 à 6500 C, - enrober de verre en suspension les pistons et la puce et effectuer un séchage et une cuisson du verre. Ce procédé de montage, inattendu pour des diodes dites épitaxiées qui présentent une surface supérieure qui n'est pas rigoureusement horizontale (elle est souvent légèrement oblique), et qui n'est pas même rigoureusement plane (elle se creuse vers le centre lorsque le bouton épitaxié a des dimensions importantes), permet d'obtenir des rendements de fabrication optimaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat tront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I représente en coupe la structure générale d'une diode épitaxiée avant montage dans un boîtier - la figure 2 représente une étape de montage de cette diode dans un boîtier de verre conformément à l'invention; - la figure 3 représente schématiquement la diode montée dans son boîtier. La structure de diode représentée à la figure 1 comprend une puce de substrat semiconducteur 10 (silicium) de type N dans laquelle on a réalisée, par diffusion localisée à partir de la surface supérieure masquée par une couche d'oxyde de silicium 12 ouverte en son centre, une zone 14 de type P, et sur laquelle on a fait croître par épitaxie au-dessus de cette zone 14, un "bouton" 16 de silicium de type P qui fait saillie au-dessus de la surface supérieure du substrat et au-dessus de la couche d'oxyde 12. Telle est la structure de base qu'on appelle diode épitaxiée. La prise de contacts sur la zone N pour faire une cathode et sur la zone P pour faire une anode peut se faire de diverses manières sommairement exposées dans le préambule de la présente demande de brevet. Mais cette structure présente parfois des défauts qui peuvent être essentiellement de trois types et qui nuisent à l'efficacité de la prise de contact sur la face supérieure (anode). Le premier défaut, visible sur la figure 1, est le fait que le bouton épitaxié peut avoir une suface supérieure qui n'est pas horizontale, c'est-à-dire plus précisément qui n'est pas rigoureusement parallèle à la face inférieure du substrat. Il est à noter que ce "défaut" est d'ailleurs parfois volontairement provoqué : déré glage du plan de croissance épitaxiale pour faciliter cette croissance. L'angle d'oblicité est d'environ 10 (10 microns par millimètre). Le deuxième défaut, également visible sur la figure 1, est le fait que cette surface supérieure du bouton épitaxié, qu'elle soit globalement oblique ou non par rapport à la face inférieure du substrat, peut n'être pas parfaitement plane et être creusée en son centre, surtout pour des grandes dimensions de puce (2 millimètres de côté par exemple). Ce défaut n'est ni volontaire ni corrigeable. Ces deux défauts conduisent à des mauvais contacts (contacts trop ponctuels aux angles proéminents du bouton) lorsqu'on presse des pistons métalliques contre les deux faces de la diode lors du montage de celle-ci dans un boîtier. Un troisième défaut susceptible de se produire a trait au risque de la présence de trous dans la couche d'oxyde 12, trous qui peuvent amener un court-circuit entre la région N et la région P si un métal ou de la soudure pénètre dans ces trous. Ces trois types de défaut conduisent à des chutes de rendement d'importances diverses selon les procédés de montage envi sagés. Le procédé proposé par la présente invention minimise l'influence des risques de présence de ces trois types de défaut. Le procédé de montage est le suivant: quand la diode est encore incorporée à la tranche semiconductrice de départ, c'est-àdire lorsque cette tranche n'est pas encore découpée en puces individuelles, on procède à une métallisation des faces inférieure et supérieure de la tranche par évaporation d'aluminium. Sur la face arrière, la métallisation obtenue 18 recouvre en principe la totalité de la surface, sur une épaisseur d'une dizaine de microns. Sur la face avant, la métallisation (20) est localisée; elle s'effectue à travers une grille qui masque une partie de chaque puce de manière que l'aluminium ne se dépose que dans le centre du bouton épitaxié 16 mais ni sur son pourtour ni sur le reste de la face supérieure du substrat (c'est-à-dire non sur la couche d'oxyde 12). L'épaisseur de dépôt est d'une vingtaine de microns donc relativement importante. On procède alors à la découpe de la tranche semiconductrice en puces individuelles. On peut d'ailleurs prévoir qu'avant d'effectuer cette découpe, l'aluminium de la face arrière est gravé chimiquement avec un masque approprié pour graver l'aluminium à l'endroit des traits de découpe (sur une largeur supérieure à celle du trait de découpe). Les puces découpées, telles que celle qu'on voit sur la figure 2, revêtues de métallisations inférieure 18 et supérieure 20, sont alors montées de la manière suivante. On enserre chaque puce entre deux pistons de métal réfractaire, 22 et 24, de préférence en molybdène, soudés à des tiges conductrices 26 et 28 respectivement qui peuvent être en cuivre. Ces tiges constituent les connexions extérieures de la diode après son montage en boîtier. On brase les pistons de molybdène sur les métallisations d'aluminium à une température d'environ 620 à 6500 C. Il est à noter qu'il n'est pas nécessaire ici d'effectuer un nettoyage des bords de la puce par attaque chimique du silicium alors qu'on est souvent obligé de le faire. Enfin, on enrobe de verre les pistons et la puce en déposant avec une pipette une goutte de verre en suspension sur la diode en rotation, en faisant sécher cette goutte, et en procèdant à une cuisson du verre à une température d'environ 6700 C. La figure 3 montre la diode à ce stade, montée dans son boîtier de verre 30 et prête à être utilisée. Dans ce procédé, lors de la brasure du molybdène sur l'aluminium recouvrant le silicium, il se forme un eutectique aluminium silicium qui, sur la face avant, résout le problème de défaut de planéité et d'horizontalité de la surface supérieure du bouton épitaxié. De plus, l'aluminium de la face avant ne déborde pas sur l'oxyde de silicium et l'eutectique ne risque donc pas d'attaquer cet oxyde et de le percer en court-circuitant la jonction, ni de s'infiltrer dans un trou déjà existant. Les résultats obtenus du point de vue du rendement de fabrication pour des diodes de grande surface (puces de 2 millimètres de côté, puissance 5 watts) sont excellents. REVENDICATION Procédé de montage en boîtier de verre d'une diode épitaxiée caractérisé par les étapes consistant à - déposer par évaporation une couche d'aluminium sur la face inférieure de la tranche de silicium sur laquelle est constituée la diode épitaxiée à monter en boîtier de verre, - déposer par évaporation à travers une grille de masquage, sur la face supérieure de la tranche, une couche d'aluminium localisée au centre de la partie épitaxiée de la diode, mais non sur le pourtour de cette zone ni sur le reste de la face supérieure, cette couche ayant une épaisseur d'une vingtaine de microns environ, - découper la tranche de silicium en puces individuelles, - enserrer chaque puce entre deux pistons de métal réfractaire, notamment du molybdène, et braser ces pistons sur les deux faces métallisées de la puce, à une température d'environ 620 à 6500 C, - enrober de verre en suspension les pistons et la puce et effectuer un séchage et une cuisson du verre.