Brevet FR2641379A1 — publié le 19900706

La présente invention concerne un procédé de contrôle non destructif de l'interface de soudage dans une tranche de silicium autosoudée. Comme one le sait, la technique d'autosoudage du silicium consiste à souder directement deux tranches primaires de silicium monocristallin, sans apport de matière, afin d'obtenir une tranche dont l'épaisseur est la somme des épaisseurs des tranches de départ. Cette technique peut avantageusement remplacer l'épitaxie épaisse dans la fabrication de composants semiconducteurs de puissance comprenant une couche résistive d'épaisseur par exemple supérieure à 200 um. La qualité de la tranche finale dépend des défauts nés a l'interface de soudage. Ainsi, la présence de microparticules telles que des éclats de silicium ou de poussière au moment de la mise en contact des deux tranches primaires fait obstacle au raccordement des réseaux cristallins. Il en est de même de poches de gaz piégées dans de petites dépressions présentes à la surface des tranches primaires. Un contrôle non destructif simple et efficace de la tranche autosoudée est donc indispensable. Une première méthode connue de contrôle utilise la microscopie acoustique, mais ceci exige un appareillage comateux. Une deuxième méthode connue de contrôle utilise le phénomène de transparence du silicium au rayonnement infrarouge. Il faut alors disposer de part et d'autre de la tranche autosoudée une source infrarouge et un détecteur tel qu'une caméra infrarouge pour déceler'les défauts de soudage. Cette dernière méthode est toutefois difficilement utilisable. En effet, plus le silicium est dopé, plus il est opaque au rayonnement infrarouge; cela signifie qu'on ne pourra effectuer un contrôle par voie infrarouge que pour des tranches de silicium à forte résistivité. La présente invention a pour but de proposer un procédé simple de contrôle non destructif par voie infrarouge particulièrement adapté à des tranches de silicium obtenues par autosoudage de deux demi-tranches dont l'une est peu résistive et l'autre résistive Le terme demi-tranche ici employé ne préjuge pas de l'épaisseur effective des deux tranches assemblées par autosoudage. Selon l'invention, on sollicite thermiquement la demi-tranche opaque et peu résistive par une source de chaleur, par conduction ou par un rayonnement infrarouge primaire, et on détecte un rayonnement infrarouge émis ou réémis par la demi-tranche opaque et peu résistive, puis transmis à travers la demi-tranche transparente et résistive, pour former une image observable de contrôle de l'interface de soudage. Le procédé décrit utilise ainsi le fait, habituellement ressenti comme un un inconvénient, qu'une couche de silicium fortement dopée (peu résistive) montre une opacité au rayonnement infrarouge. Dans une première variante, la source de chaleur est une source infrarouge primaire placée du côté de la demitranche peu résistive, le détecteur infrarouge étant placé à l'opposé de la source par rapport à la tranche autosoudée. L'énergie rayonnée par la source est déterminée pour qu'il apparaisse entre l'interface de soudage et l'atmosphère ambiante une différence de température de quelques degrés Celsius, de préférence de l'ordre de 5 à 10 C. L'émission infrarouge par la demi-tranche peu résistive et opaque traverse l'interface et la demi-tranche résistive pour apporter au détecteur infrarouge l'image des défauts affectant l'interface de soudage. Dans une deuxième variante, la source de chaleur est une source infrarouge primaire placée du côté de la demitranche résistive, de même qu'un détecteur infrarouge, de façon que celui-ci reçoive un rayonnement infrarouge réfléchi par l'interface et . retransmis par la demi-tranche transparente et résistive. On tire encore parti dans ce cas de l'opacité de la demi-tranche peu résistive. Le procédé décrit a également pour avantage de permettre de déceler la hauteur des défauts de soudage majeurs, c'est-à-dire par exemple d'amplitude comparable à la longueur d'onde, par le comptage des franges d'interférence observables sur l'image fournie par le détecteur infrarouge. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de formes de réalisation préférées qui va être faite en regard des dessins annexés. Les figures 1 et 2 illustrent la disposition relative de la tranche autosoudée, de la source infrarouge primaire et du détecteur infrarouge dans deux variantes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 3 montre une image infrarouge typique fournie par le détecteur pour une tranche autosoudée comportant divers défauts de soudage. La tranche autosoudée 1 illustrée sur les figures 1 et 2 se compose de deux tranches primaires ou demi-tranches 2 et 3 mises en contact après un polissage soigné et un traitement chimique adéquat et autosoudées avec le cas échéant un pressage et/ou un traitement thermique. On notera que le procédé s'applique à une tranche 1 destinée à la fabrication de composants semiconducteurs de puissance et composée d'une demi-tranche 2 peu résistive par suite d'un dopage élevé P- ou N-, et donc opaque au rayonnement infrarouge, et d'une demi-tranche 3 résistive, c'est-å-dire peu dopée, et donc transparente au rayonnement infrarouge. La résistivité de la demi-tranche 2 est inférieure à 1 Q.cm, celle de la demi-tranche 3 supérieure à 1 O.cm, le rapport entre les résistivités des demi-tranches 3 et 2 étant de préférence supérieur à 100. Dans la variante illustrée par la figure 1, la source de rayonnement infrarouge primaire 6 est une plaque chauffante placée du côté de la demi-tranche peu résistive 2. Elle peut être disposée contre la demi-tranche 2 pour la solliciter thermiquement en conduction. Elle est toutefois présentement placée à une distance de 3 à 10 cm de cette demi-tranche pour la solliciter par un rayonnement primaire R1. Le détecteur infrarouge 7, par exemple une caméra infrarouge, est placé à l'opposé de la source 6 par rapport à la tranche 1. De la sorte, le détecteur 7 reçoit un rayonnement R2 transmis par la demi-tranche transparente et résistive 3 et provenant d'un rayonnement réémis par la demi-tranche opaque et peu résistive 2 lorsque celle-ci est sollicitée par le rayonnement R1 ou émis par la demi-tranche 2 lorsque celle-ci est sollicitée en conduction par la source 6. L'énergie qui parvient à la face 8 de la tranche est telle qu'une différence de tempéture te de quelques degrés, de préférence de 5 à l0CC et par exemple de 7 C, apparaît entre la température de l'interface et la température ambiante.En régime thermique établi, la température de l'ensemble de la demi-tranche 2 est proche de la température de l'interface 4, tandis qu'un gradient de température correspondant à 60 s'établit dans la demi-tranche transparente et peu résistive 3. Dans la variante illustrée par la figure 2, la source infrarouge 6 et la caméra infrarouge 7 sont placées toutes deux du côté de la demi-tranche transparente et résistive 3. Le rayonnement R1 émis par la source 7 est transmis par la demi-tranche 3, puis est en majeure partie réfléchi à l'inteface 4 de la demi-tranche opaque et peu régis e 2, qui joue en quelque sorte le rôle d'un miroir, pour donner lieu à un rayonnement R'1 transmis via la demi-tranche 3 vers la caméra 7. La source 6 peut être constituée par une plaque chauffante ou par les parois de la chambre de contrôle, le détecteur étant bien entendu sensible aux longueurs d'onde correspondantes. Le détecteur infrarouge 7 est sensible au rayonnement infrarouge moyen, par exemple dans une bande de 8 à 12 pm qui correspond à la meilleure émission du rayonnement par la source. Comme on le voit sur la figure 3, le détecteur utilisé dans le procédé selon l'invention permet d'obtenir une image de la tranche qui révèle des défauts majeurs Sa, 5h et des défauts mineurs 5c. Il est intéressant que les défauts majeurs montrent des anneaux correspondant à des franges d'interférence : le nombre des franges permet en effet d'évaluer l'amplitude de la décohésion lorsque celle-ci est comparable à la longueur d'onde du rayonnement. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle non destructif de l'interface de soudage dans une tranche de silicium autosoudée, composée de deux demi-tranches de silicium monocristallin dont l'une est résistive et l'autre peu résistive, caractérisé par le fait - qu'on sollicite thermiquement la demi-tranche (2) opaque et peu résistive par une source de chaleur (6) située du côté de la demi-tranche (2), et - qu'on détecte un rayonnement infrarouge (R2; R'1) émis par la demi-tranche opaque et peu résistive (2) consécutivement à cette sollicitation thermique et transmis par la demi-tranche transparente et résistive (3), pour former une image observable de contrôle de l'interface de soudage. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la source de chaleur est une source infrarouge primaire (6) placée du côté de la demi-tranche (2) opaque et peu résistive, un détecteur infrarouge (7) étant placé à l'opposé de la source infrarouge par rapport à la tranche autosoudée (1) 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la source de chaleur est placée contre la tranche autosoudée (1) du côté de la demi-tranche (2) opaque et peu résistive pour la solliciter en conduction. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'énergie dispensée par la source de chaleur est telle qu'il apparaît entre l'interface de soudage (4) et l'atmosphère ambiante une différence de température AO de quelques degrés Celsius. 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la différence de température EQ entre l'interface et l'atmosphère ambiante est de 5 à 100C. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la source de chaleur est une source infrarouge primaire (6), cette source et un détecteur infrarouge (7) étant placés du côté de la demi-tranche (3) transparente et résistive, de manière que le détecteur reçoive un rayonnement infrarouge (R'1) réémis par réflexion de la majeure partie du rayonnement primaire tir1) sur l'interface de soudage (4). 7. Procédé selon l'une des reendications 1 à 6, dans lequel le rapport des résistivités de la demi-tranche transparente et résistive (3) et de la demi-tranche opaque et peu résistive (2) est supérieure à 100.