Brevet FR2662542A1 — publié le 19911129

DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS COMPORTANT UN MOTIF METALLISE La présente invention concerne un dispositif à semiconducteurs, et elle porte plus particulièrement sur une configuration de circuit intégré d'un dispositif à semiconducteurs pour un amplificateur de sortie de forte puissance qui comporte un substrat dont l'épaisseur est réduite à moins de 200 microns, et qui peut fonctionner dans une région allant de la bande des microns-ondes jusqu'à la bande des ondes millimétriques. La figure 5 est une vue en perspective montrant un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur pour un amplificateur de sortie de for- te puissance, la figure 6 est une vue en plan montrant la configuration de surface de ce dispositif, et la figure 7 est une coupe du dispositif à semiconducteurs selon la ligne B-B' de la figure 6 Dans les figures, la référence 1 désigne un motif de circuit pour l'adaptation d'entrée ou l'adaptation de sortie, et la référence 2 désigne une partie de transistor à effet de champ Une pellicule de protection 3 recouvre la surface d'un substrat en Ga As, 4, sur lequel est formé le motif d'adaptation d'entrée/ sortie 1 Une couche de radiateur plaqué, 5, est formée par dépôt d'or ou d'une matière semblable, et elle est fixée, par une opération de fixation de puce, sur un boîtier ou un support de puce (non représenté), au moyen d'une matière de brasage ou d'une résine Un trou de passage 6 est formé pour connecter la surface avant du substrat en Ga As, 4, et sa surface ar- rière La référence 8 désigne un plot d'entrée de haute fréquence et la référence 9 désigne un plot de sortie de haute fréquence. On va maintenant décrire le fonctionnement. Un signal micro-onde qui entre par le plot d'entrée de haute fré- quence 8, traverse le motif d'adaptation d'entrée 1, et après avoir été am- plifié dans une partie de transistor à effet de champ 2, le signal est émis vers le plot de sortie de haute fréquence 9, en passant par le motif d'adap- tation de sortie 1. Dans ce dispositif à semiconducteurs de haute fréquence pour un am- plificateur de sortie de forte puissance, l'épaisseur du substrat en Ga As, qui a de mauvaises caractéristiques de rayonnement de chaleur, est dimi- nuée de façon à être aussi faible que possible, soit approximativement 30 microns, afin de rayonner efficacement vers la couche de radiateur plaqué , sur la surface arrière, la chaleur qui est dissipée dans la partie de tran- sistor à effet de champ 2. Ce dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur pour un amplifica- teur de sortie de forte puissance impose de maintenir directement le sub- strat en Ga As, 4, avec une pincette, au cours de la fixation manuelle d'une puce sur un bottier ou un support de puce, et ceci a pour effet de fissurer ou d'ébrécher la partie de bord du substrat en Ga As, 4, à cause de la pression mécanique qui est exercée à ce moment. De plus, lorsqu'une puce est fixée sur un boîtier ou un support de puce en utilisant un appareil de fixation automatique de puce, du fait que la puce et un réceptacle de puce qui maintient cette dernière sont en con- tact mutuel au niveau d'une partie du substrat en Ga As, 4, ce substrat est fissuré ou ébréché de -même que dans la fixation manuelle de la puce. Ceci conduit à des défaillances qui réduisent le rendement de fabrication et la fiabilité de l'élément. A titre de mesure visant à résoudre ces problèmes, on recouvre avec une pellicule de protection en métal toutes les surfaces latérales du sub- strat semiconducteur, comme il est indiqué dans la publication de demande de brevet du Japon N O 1-15 652 Cependant, lorsque la totalité du substrat, y compris des éléments formés sur celui-ci, est recouverte par un motif métallique, les problèmes suivants apparaissent: 1) Lorsqu'on effectue un brasage tendre pour monter un élément sur un matériau de montage ou une structure semblable, et lorsqu'on fait glis- ser dans la direction indiquée par une flèche, pour l'alignement en posi- tion, comme représenté sur la figure 8, un dispositif à semiconducteurs 11 qui doit être adjacent à l'élément, une matière de brasage tendre 10 qui est présente entre les deux substrats s'élève le long du côté du radiateur le plaqué 5, à cause de la contrainte due au glissement Du fait que la ma- tière de brasage tendre est susceptible de se déplacer sur le matériau métallique, la matière de brasage tendre 10 qui est en contact avec la pellicule de protection en métal 7 adhère à la surface latérale et à la sur- face avant de l'élément, et elle affecte défavorablement les caractéristi- ques d'impédance du dispositif à semiconducteurs 11, et dégrade les perfor- mances en haute fréquence. 2) Lorsque la partie de plot d'entrée/sortie de l'élément est con- nectée à un élément externe par connexion de fil ou par une structure si- milaire, il est possible que le fil 12 vienne en contact avec la pellicule de protection en métal 7, ce qui entraîne un court-circuit, comme repré- senté sur la figure 9 Ceci a pour effet de diminuer la fiabilité de l'élément. 3) Il y a une probabilité que la pellicule de protection en métal 7 occasionne un couplage capacitif au voisinage de la partie d'entrée/sortie de l'élément, et affecte défavorablement les caractéristiques de l'élément. Les problèmes décrits ci-dessus influent considérablement sur les ca- ractéristiques de circuit, en particulier dans un dispositif à semiconduc- teurs fonctionnant dans une région de haute fréquence, comme un circuit intégré monolithique micro-onde. Un but de l'invention est d'obtenir un dispositif à semiconducteurs qui évite la fissuration ou l'ébréchage des substrats en Ga As pendant la manipulation du dispositif au cours de l'opération de fixation de puce. Un autre but de l'invention est de procurer un dispositif à semicon- ducteurs qui évite qu'une matière de brasage tendre ne monte sur la sur- face latérale de l'élément et ne vienne en contact avec la pellicule métal- lique pendant la fabrication de circuits. Un autre but encore de l'invention est de procurer un dispositif à semiconducteurs qui empêche l'apparition de court-circuits pendant une opération de connexion de fil. Un autre but encore de l'invention est de procurer un dispositif à semiconducteurs qui évite l'apparition d'un couplage capacitif entre l'élé- ment et la pellicule de protection en métal. Dans un dispositif à semiconducteurs pour un amplificateur de sor- tie de forte puissance conforme à l'invention, une pellicule de revêtement en métal est formée sur la surface externe d'un substrat en Ga As, qui est susceptible d'être fissurée ou ébréchée, cette surface comprenant la péri- phérie et la surface latérale de l'élément, ainsi que l'électrode pour le rayonnement de la chaleur, à l'exception du voisinage d'une partie de plot d'entrée/sortie On peut donc éviter que le substrat en Ga As ne se fissure ou ne s'ébrèche pendant l'opération de fixation de puce, et la matière de brasage tendre ne monte pas sur la surface supérieure de l'élément pendant le montage de l'élément à côté d'un autre élément En outre, il n'apparaît pas de court-circuits pendant l'opération de connexion de fil, et la pel- licule de protection en métal ne crée pas un couplage capacitif au voisi- nage de la partie de plot d'entrée/sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisa- tion,darm 6 S à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant une configuration de surface d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un schéma montrant une coupe selon la ligne A-A' du dispositif à semiconducteurs de la figure 1, conforme à un mode de réa- lisation de l'invention; les figures 3 (a) à 3 (c) sont des vues en plan montrant des étapes de fabrication du dispositif à semiconducteurs conforme à un mode de réa- lisation de l'invention; les figures 4 (a) et 4 (b) sont des vues en plan montrant des étapes de fabrication du dispositif à semiconducteurs conforme à un mode de réa- lisation de l'invention; la figure 5 est une vue en perspective montrant le dispositif à semi- conducteurs de l'art antérieur; la figure 6 est un schéma montrant une configuration de surface d'un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur; la figure 7 est un schéma montrant une coupe selon la ligne BB' du dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur de la figure 6; la figure 8 est un schéma montrant une partie d'une coupe ayant pour but d'expliquer un problème que l'on rencontre dans un autre dispo- sitif à semiconducteurs de l'art antérieur; et la figure 9 est un schéma montrant une partie d'une coupe ayant pour but d'expliquer un problème que l'on rencontre dans l'autre disposi- tif à semiconducteurs de l'art antérieur. La figure 1 montre une configuration de surface d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un mode de réalisation de l'invention, et la figure 2 montre une coupe de ce dispositif Sur les figures, on utilise les mêmes références numériques que sur les figures 5 à 7 pour désigner les parties identiques ou correspondantes Un motif de revêtement en métal 13 est formé de façon à entourer à la fois les surfaces latérales du substrat en Ga As, 4, et la pellicule de protection 3, sauf aux voisinages des par- ties de plots d'entrée et de sortie. On peut utiliser le processus suivant, représenté sur les figures 3 (a)- 3 (c), pour former la pellicule de protection en métal 13 En premier lieu, on forme sur le substrat 4 un sillon 14 ayant une configuration prédéter- minée (figure 3 (a)) et après avoir formé un masque en utilisant une résine photosensible de type négatif, 15, dans des parties qui ne doivent pas être revêtues de métal, on dépose un métal tel que Au pour produire une pel- licule de métal 13 (figure 3 (b)) Ensuite, on enlève la résine photosensi- ble 15 et on forme ensuite des sillons 16 supplémentaires qui relient les sillons 14 (figure 3 (c)) Lorsqu'on utilise la résine photosensible 15 de type négatif dans le processus décrit ci-dessus, dans un cas dans lequel la surface latérale du substrat 4 présente un profil oblique, comme représen- té sur la figure 2, il est possible d'empêcher que la résine photosensible ne reste sous le profil oblique, ce qui permet de former efficacement une pellicule en métal autour de la surface latérale du substrat 4. On peut également former la pellicule de revêtement en métal 13 en utilisant d'autres procédés, comme par exemple un procédé dans lequel on forme un sillon 14 ' qui entoure la totalité de l'élément, comme repré- senté sur la figure 4 (a), et on dépose un métal sur les parties prédétermi- nées, en utilisant une matière de réserve photosensible, comme représenté sur la figure 4 (b). On ne décrira pas à nouveau le fonctionnement de l'élément lui-même, du fait qu'il est le même que celui de l'art antérieur On décrira ci-après la fonction et l'effet du motif de revêtement en métal 13 qui est formé autour du substrat en Ga As, 4. Le motif de revêtement en métal 13 qui est formé à la périphérie du substrat en Ga As, 4, permet la manipulation de l'élément sans qu'il ne se fissure ou ne s'ébrèche pendant la fixation, ce qui permet d'éviter que l'élément ne devienne totalement défectueux. Du fait que la pellicule de revêtement en métal 13 n'existe pas au voisinage des parties d'entrée/sortie de haute fréquence, lorsque l'élément est monté pour former un circuit, au moyen d'une matière de brasage ten- dre, cette dernière n'est pas connectée à la pellicule de métal 13, même si elle monte sur la surface de l'élément, ce qui améliore le rendement de fabrication au moment de l'assemblage. De plus, il n'y a aucune possibilité qu'un fil qui est connecté à une pellicule en métal ne produise un court-circuit, et qu'un couplage capaci- tif apparaisse entre l'élément et la pellicule de protection en métal pen- dant la connexion d'un fil Ceci permet d'améliorer la fiabilité de l'élément. En outre, du fait que les surfaces latérales de la pellicule de pro- tection 3 et du substrat en Ga As, 4, sont entièrement recouvertes par le motif de revêtement en métal 13, on peut éviter l'accumulation d'une charge sur l'élément à semiconducteurs, du fait de l'électricité statique ou d'un phénomène similaire Ceci permet d'éviter un claquage de l'élément interne. Comme il ressort de façon évidente de la description précédente, et conformément à l'invention, on forme un motif métallisé consistant en une couche de revêtement en métal, de la périphérie de l'élément jusqu'à - l'électrode remplissant la fonction de radiateur thermique, sauf dans les partie d'entrée/sortie de haute fréquence Il est donc possible d'éviter que l'élément ne devienne totalement défectueux sous l'effet de petites fissures ou d'un ébrèchement à la périphérie de l'élément, se produisant pendant l'opération de fixation de puce Il est également possible d'éviter que la matière de brasage tendre qui monte sur la surface de l'élément ne soit connectée à la pellicule de métal En outre, il n'y aura pas de mise en court-circuit au cours de l'opération de fixation de fil, et il n'ap- paraîtra pas de couplage capacitif entre l'élément et la pellicule de pro- tection en métal Il est donc possible d'améliorer le rendement de fabrica- tion au moment de l'assemblage, ainsi que la fiabilité de l'élément, et en outre de réduire notablement le coût de fabrication. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif à semiconducteurs pour un amplificateur de sortie de forte puissance, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat ( 4) ayant une épaisseur réduite; une électrode ( 5) ayant une fonction de radiateur thermique, formée sur une surface arrière du substrat ( 4); et un motif métallisé constitué par une couche de revêtement en métal ( 13) et entou- rant la périphérie de l'élément, la surface latérale de l'élément et l'élec- trode de radiateur thermique, sauf au voisinage de parties d'entrée/sortie de haute fréquence ( 8, 9). 2 Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le substrat ( 4) consiste en un cristal de Ga As. 3 Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie d'entrée/sortie de haute fréquence ( 8, 9) et un élément externe sont connectés au moyen d'une connexion par fil. 4 Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la partie d'entrée/sortie de haute fréquence ( 8, 9) et un élément externe sont connectés au moyen d'une connexion par fil. Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'électrode de radiateur thermique ( 5) est montée sur une matière de montage au moyen d'une matière de brasage. 6 Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'électrode de radiateur thermique ( 5) est montée sur une matière de montage au moyen d'une matière de brasage. 7 Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 3, caracté- risé en ce que l'électrode de radiateur thermique ( 5) est montée sur une matière de montage au moyen d'une matière de brasage. 8 Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 4, caracté- risé en ce que l'électrode de radiateur thermique ( 5) est montée sur une matière de montage au moyen d'une matière de brasage. 9 Procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, carac- térisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme un sillon ( 14) entourant une partie destinée à former une région d'élément sur un sub- strat ( 4); on masque au moyen d'une résine photosensible de type négatif ( 15) une partie autre qu'une partie sur laquelle on doit former un revê- tement de métal; et on forme un motif métallisé ( 13) en utilisant le masque précité.