Brevet FR2566581A1 — publié le 19851227

PROCEDE DE MISE A LA MASSE DE DISPOSITIFS SEMI-CONDUCTEURS PLANS ET DE CIRCUITS INTEGRES, ET PRODUITS AINSI OBTENUS La présente invention concerne un procédé de mise à la masse de dispositifs plans et de circuits intégrés, notamment des dispositifs d'hyperfréquence comme des transistors à effet de champ en GaAs qui se composent d'un substrat à base d'arséniure de gallium sur lequel sont disposés trois contacts, S (source), D (drain) et G (grille). L'invention concerne également les produits obtenus à l'aide dudit procédé. Les dispositifs semi-conducteurs plans ou a couches et les cir- cuits intégrés sont largement connus et utilisés dans le domaine élec- tronique, notamment dans les télécommunications. Un des exemples classi- ques des dispositifs précités est ce qu'on appelle le transistor à effet de champ et, en particulier, le transistor de puissance a effet de champ en GaAs. Dans un but de clarification, on va se référer à la figure 1 qui représente une vue en plan d'un transistor à effet de champ tradition- nel. Sur son substrat ou base en arséniure de gallium, il comporte trois contacts définis d'une façon générale: À S = source, D = drain, G = grille. Les contacts du transistor à effet de champ sont connectés comme suit: D à un potentiel positif, G a un potentiel négatif et S à un potentiel nul (masse). Généralement, lesdites connexions sont établies par l'intermédiaire de fils en métaux nobles qui sont brasés sur les plots de contacts respectifs. En particulier, la connexion de S au potentiel nul (masse) est établie par brasage au moyen de fils d'or d'un diamètre extrêmement petit (par exemple 25 p), les plots de source prévus sur le support (SUP) portant le transistor à effet de champ. Habituellement, ce brasage est réalisé au moyen de la technique de compression thermique et le support (SUP) coTncide avec la borne de masse du dispositif. La technique de compression thermique est bien connue, suffisamment pour qu'il ne soit pas nécessaire de donner ici une description détaillée; il suffit de préciser que l'on utilise une machine capillaire pour comprimer et chauffer les très minces fils d'or sur les plots de source S. Bien que cette technique présente un certain intérêt, elle n'est pas sans inconvénients, parmi lesquels quelques-uns des plus sérieux sont mentionnés dans la suite: - - mauvaise capacité de reproduction de la connexion, ce qui est imputable, entre autres facteurs, au fait qu'il est impossible de maintenir absolument constantes la longueur des fils et la posi- tion de brasage des plots de source; - introduction d'effets parasites dans, par exemple, le fonctionne- ment du dispositif en hyperfréquence; plus les dimensions de la puce et plus la fréquence de fonctionnement sont grandes, plus les effets parasites précités sont influents. Cela se traduit par une mauvaise répétitivité des performances en hyperfréquence de dispositifs identiques; - un personnel spécialisé et des équipements spéciaux sont néces- saires. Pour remédier aux inconvénients et limitations précités, des études importantes ont été faites et, notamment, on a mis au point les deux techniques suivantes: (a) technique de "mise à la masse de feuilles"; (b) technique "à travers trou". La technique (a) consiste a frotter énergiquement le bord de la puce (transistor à effet de champ simple) sur un alliage fusible or/étain, en brasant ainsi la partie arrière métallisée de la puce (qui constitue la masse) avec le contact de source qui touche le bord. La technique (b) plus compliquée consiste à réaliser, au moyen de la technique à films minces, des trous métallisés de telle sorte que la connexion électrique soit établie au travers de la puce entre la métal- lisation de la partie arrière et le contact de la source. 2566581- On a indiqué ci-dessous les limitations importantes affectant la technique (a): - un processus manuel très critique; - un entraînement long et astreignant du personnel; - une technique inappropriée pour des dispositifs de grande puis- sance (du fait des dimensions des puces). Par ailleurs, on a indiqué ci-dessous quelques-unes des limita- tions affectant la technique (b): - processus de faible rendement; - des équipements compliqués d'alignement sont nécessaires; - un étalonnage très précis est nécessaire lors de la réalisation des trous; - la pastille doit être réalisée très mince (diamètre inférieur à p), et, en conséquence, la manipulation devient critique.à cause de l'extrême fragilité du GaAs. L'objet principal de cette invention est de créer un procédé technologique de mise à la masse des contacts de source qui ne présente pas des inconvénients des techniques connues et qui soit en outre, d'une application facile, faisant intervenir peu de moyens compliqués et peu de personnel spécialisé, tout en étant d'un bon rendement. Un autre objet est de créer des dispositifs plans et des circuits intégrés (puces) qui ont une grande capacité de reproduction de la connexion de mise à la masse et qui sont pratiquement sans effets parasites, notamment dans le domaine. des hyperfréquences o ils permet- tent d'obtenir des performances très répétitives; Un troisième objet est représenté par les ensembles obtenus par brasage des puces individuelles métallisées sur un support approprie selon le procédé de l'invention. A cet effet, le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que: Io- une pastille en GaAs (W) portant plusieurs dispositifs plans (puces) est fixée sur un support rigide (SR); II.- une couche de substance photosensible (photoresist) (FR) est déposée sur la surface libre ou arrière de ladite pastil- le (W) ne touchant pas le support; III.- un photomasque est formé sur la substance photosensible (SR) de manière à obtenir des ouvertures le long des lignes ou bordures de séparation de dispositifs individuels existants sur la face de la pastille (M) touchant le support; IV.- la matière en arséniure de gallium GaAs placée en-dessous desdites ouvertures ménagées dans la substance photorésis- - tante est enlevée jusqu'à ce que les puces individuelles soient complètement séparées et que les-contacts de la source (S) deviennent accessibles; V.- la substance photosensible restante se trouvant encore sur l'arrière des dispositifs est enlevée; VI.- la face arrière des dispositifs individuels est métallisée et ladite couche de métallisation est prolongée jusqu'aux contacts de S qui sont devenus accessibles du fait de l'enlè- vement de GaAs dans l'étape IV; VII.- les dispositifs individuels ainsi métallisés sur la surface arrière sont extraits du support; VIII.- la face arrière ainsi métallisée des puces individuelles déconnectées l'une de l'autre, est brasée sur une base d'ensemble mise à la masse. De préférence, la mise en place de la pastille sur le support (étape I) est effectuée au moyen d'un adhésif. L'enlèvement de la matière GaAs dans les étapes II et IV pour séparer complètement une puce d'une autre et pour rendre accessibles les contacts de SD est effectué par une attaque chimique sélective (gravure) au moyen, par exemple, d'une solution aqueuse contenant H3P04 et H202 (qui n'attaquent pas la métallisation du contact de source). L'enlèvement de la substance photosensible restante dans l'étape V est effectué-au moyen d'un solvant organique, par exemple de l'acétone. La métallisation VI de la face arrière des dispositifs individuels est effectuée au moyen d'or électrolytique et, de préférence, d'or non électrolytique. L'extraction, à partir du support, et la déconnexion VII des dispositifs individuels sont effectuées au moyen d'un solvant organique, en particulier du trichloréthylène, et le montage VIII des faces arrières métallisées des puces individuelles sur la base d'en- semble est effectué au moyen d'alliages de brasage AuSn ou bien au moyen de résines chargées d'argent. L'invention concerne également les dispositifs plans semi-conduc- teurs ainsi obtenus ainsi que les ensembles produits par brasage de l'arrière des différentes puces métallisées sur une base. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue en plan d'un-transistor à effet de champ terminé; - la figure 2 est un schéma synoptique du procédé conforme à l'invention; et - les figures 2A, 2B, 2C sont des vues de face schématiques des dispositifs fabriqués pendant certaines étapes dudit procédé. Comme cela a déjà été mentionné, pour le procédé conforme à l'invention représenté sur la figure 2, il est nécessaire de fixer en I (par exemple au moyen d'un adhésif), une pastille (W) portant plusieurs dispositifs semi-conducteurs ou transistors à effet de champ, notamment FET1, FET2... FETi-FETn, sur un support rigide non conducteur SR. La pastille est en arséniure de gallium GaAs. Une couche de substance photosensible continue FR (étape II de la figure 2) est déposée sur la face W1 de W ne touchant pas le support SRo La figure 2A représente le produit résultant des étapes I et Il et se composant de la pastille W collée sur le support SR avec application de la face interne W2 recouverte de substance photosensible FR sur la face arrière W2. Pour mieux comprendre l'invention et pour simplifier la représen- tation, la figure 2A représente une pastille W portant seulement deux transistors à effet de champ, à savoir FET1 et FET2, se composant chacun d'une source (S1 et S2 respectivement), d'un drain (D1 et D2 respective- ment) et de deux grilles (GI, G'1 et G2, G'2, respectivement). Cependant, il va de soi que les transistors à effet de champ pourraient avoir une structure différente; par exemple, chacun d'eux pourrait comporter seulement une grille. Dans l'étape III, un photo- masque est déposé de manière à obtenir dans FR une ouverture A corres- pondant à la partie.de jonction en U entre FETI et FET2o Cette opération est effectuée de manière classique. Une fois que l'ouverture A a été réalisée, il est possible d'effectuer une gravure sélective (IV) sur le GaAs en-dessous de la jonction entre FET1 et FET2. Cette opération de gravure est effectuée à l'aide d'une solution contenant H3P04 et H202 de façon que la matière GaAs existant entre FET1 et FET2 soit enlevée et que les contacts de source Cl-C'1 de FET1 et C2- C'2 de FET2 soient rendus accessibles. Cela s'explique par le fait que la solution acide utilisée attaque l'arséniure de gallium (GaAs)1 mais n'attaque pas la métallisation des contacts de source. La couche (GaAs)l est, de préférence, enlevé comme indiqué sur la figure 2B, c'est-a-dire sous la forme d'une couche trapézoïdale compor- tant des faces latérales inclinées Ll et L2o La section en U est égale- ment enlevée et, dans cette étape d'enlèvement, les bords Cl-C'1, C2-C'2, sont laissés non recouverts et accessibles du fait de l'attaque chimique qui est effectuée en correspondance au profil géométrique de trapèze inversé. Dans l'étape suivante (V), la substance photosensible restan- te FR1, FR2, est enlevée et une couche de métallisation Ml, M2 est déposée sur les surfaces supérieures R1 et R2 ainsi dégagéeso Cette application de métal est critique par le fait que les couches M1 et M2 doivent recouvrir, d'une façon continue, les parties des contacts de source C1-C'1 et C2-C 2. De cette manière, M1 et M2 agissent comme un pont entre lesdites parties ou bords en saillie des contacts de source, comme indiqué par des lignes en traits interrompus sur la figure 1. Dans l'étape suivante (VII), les dispositifs individuels FET1 et FET2 (indiqués au nombre de 2 et non de n pour rendre plus aisée la représentation) sont déconnectes du support SR, auquel cas on utilise par exemple des solvants organiques comme du trichloréthylène. Ces transistors à effet de champ individuels sont fixes sur une base d'en- semble BP au moyen de leur métallisation M1 (étape VIII). De préférence, la partie métallisée M1 de FET1 est brasée sur une zone Q de ladite base en cuivre plaqué d'or. Le brasage précité peut être effectué par tout procédé classique, même s'il est préférable d'effectuer une soudure du type gravure avec des alliages AuSn ou un brasage avec des résines chargées à l'argent. Le nombre n de transistors à effet de champ FETi pouvant être mis en place sur la base d'ensemble BP peut être illimité par le fait que le procédé conforme à l'invention comprend également une étape VII de déconnexion par rapport au support SR et une étape de séparation d'un dispositif semi-conducteur par rapport a l'autre et qu'elle permet l'établissement d'un bon contact pour la dissipation thermique. Parmi les autres avantages du procédé conforme a l'invention, on peut préciser ce qui suit: - la pastille (W) n'a pas besoin d'être réalisée avec une très faible épaisseur (diamètre égal à 100 p); en conséquence, il existe moins de risque qu'elle ne se rompe en cours de manipula- tion; - des équipements compliqués d'alignement ne sont pas nécessaires; l'étape d'extraction chimique n'est pas critique et autorise de larges tolérances en ce qui concerne les contacts de source. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de-l'invention. Ainsi, par exemple, il est clair qu'un plus grand nombre d'étapes pourrait être effectué en une seule opération et que le nombre d'étapes du schéma synoptique de la figure 2 peut être réduito REVENDICATIONS 1.- Procédé de mise à la masse de dispositifs semi-conducteurs plans et de circuits intégrés, en particulier de dispositifs d'hyper- fréquence, par exemple des transistors de puissance à effet de champs notamment du type GaAs, comportant une base en arséniure de gallium sur laquelle sont disposés trois contacts S (source), D (drain) et G (gril- le), caractérisé en ce que: I.- une pastille en GaAs (W) portant plusieurs dispositifs semi-conducteurs plans (puces) est fixée sur un support rigide (SR); II.- une couche de substance photosensible (FR) est déposée sur la surface libre ou arrière de ladite pastille (W) ne touchant pas le support; III.- un photomasque est formé sur la substance photosensible (SR) de manière à obtenir des ouvertures le long des lignes ou bordures de séparation de dispositifs individuels existants sur la face de la pastille (W) touchant le support; IV.- la matière GaAs placée en-dessous desdites ouvertures ména- gées dans la substance photosensible est enlevée jusqu'à ce que les puces individuelles soient complètement séparées et que les contacts de la source (S) deviennent accessibles; V.- la substance photosensible restante se trouvant encore sur l'arrière des dispositifs est enlevée; VI. - la face arrière des dispositifs individuels est métallisée et ladite couche de métallisation est prolongée jusqu'aux contacts de la source S qui sont devenus accessibles du fait de l'enlèvement de GaAs dans l'étape IV; VII.les dispositifs individuels ainsi métallisés sur la surface arrière sont extraits du support; VIII.- la face arrière ainsi métallisée des puces individuelles, déconnectées l'une de l'autre, est brasée sur une base d'ensemble mise à la masse. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape (I), la pastille est fixée suri-le support au moyen d'un adhésif; dans l'étape (IV), le GaAs est enlevé jusqu'à ce que les puces soient complètement séparées l'une de l'autre, et que les contacts S deviennent accessibles au moyen d'une attaque chimique sélective, par exemple avec une solution aqueuse contenant H3PO4 et H202 (qui n'attaquent pas la métallisation du contact de source); la substance photosensible restante est enlevée (V) au moyen de solvants organiques, par exemple de l'acé- tone; la métallisation (VI) de la face arrière des dispositifs indivi- duels est effectuée avec de l'or électrolytique ou, de préference, nuor; électrolytique; dans l'étape (VII), les dispositifs individuels sont extraits du support au moyen de solvants organiques comme du trichlo- réthyléne; la face arrière métallisée des puces individuelles est montée (VIII) sur la base d'ensemble au moyen d'un alliage de brasa- ge AuSn ou bien de résines chargées à l'argent. 3.- Dispositifs semi-conducteurs plans avec circuits intégrés caractérisés en ce qu'ils sont obtenus au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2. 4.- Dispositifs plans avec circuits intégrés selon la revendica- tion 3, caractérisés en ce qu'ils comportent, sur leur face arrière, une couche de métallisation (M1, M2) qui agit comme un pont entre les deux contacts (C1, C'1; C2, C'2) de source S. 5.- Ensemble de dispositifs plans selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'ils se composent d'une base (BP) sur laquelle sont brasées des couches métallisées (M1, M2), chevauchant des contacts (C1, C'1; C2, C'2) de source9 d'une pluralité de dispositifs plans (FET1, FET2...FET).