Brevet FR2003872A1 — publié le 19691114

La présente invention concerne la formation des contacts saillants pour les électrodes des structures micro-électroniques. Les contacts saillants sont principalement utilisés pour faciliter la liaison des structures micro-électroniques en semi-conducteurs en plaçant ces structures la face vers le bas, c'est-à-dire vers 1! élément récepteur. Les techniques de liaison la face vers le bas pour fixer des dispositifs actifs sur les circuits passifs en films fins, sont d'un intérêt commercial croissant en raison de la possibilité de réduire les prix de revient et d'nllgmenter la sûreté de montage. Parmi différents problèmes , une difficulté évidente avec les techniques de liaison face à .ace, est la nécessité de former des contacts convenables en saillie pour les électrodes soit sur la pastille du semi-conducteur, soit sur le circuit support passif sur lequel doit être fixée la pastille. Un procédé connu pour former ces contacts saillants sur une pastille en semi-conducteur comporte le soudage de sphères métalliques sur la couche mince habituelle formée par métallisatior Cependant, le positionnement de ces sphères est une opération délicate demandant du temps et relativement coûteuse. Des difficultés sont de plus rencontrées ppur la manipulation consécutive et pour le déplacement des pièces en semi-conducteurs pour compléter l'opération, par exemple pour introduire les ensembles dans un four pour la fusion de la soudure, et pour le refroidissement consécutif pour terminer la fixation des sphères. Un autre procédé pour former des électrodes saillantes comporte le dépôt d'un métal par des techniques d'évaporation en utilisant un cache perforé aligné par rapport à la structure en semi-conducteur, afin que le métal évapore se dépose seulement auxpoints où les électrodes saillantes sont désirées. Cependant, ce procédé n'est utile que lorsque le degré de résolution nécessaire n' est pas très important, par exemple quand la distance entre les bords des contacts est supérieure à 100 microns. Des contacts saillants formés par dépôt électrolytique ont aussi été formés à travers les ouvertures d'un cache non conducteur couvrant la surface métallisée du semi-conducteur, le côté arrière de la pastille en semi-conducteur servant comme connexion de cathode pour la cuve d'électrolyse. Ce procédé ne convient que pour la fabrication des diodes parce que le courant d'électrolyse doit passer à travers le semi-conducteur. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour la fabrication de structuresmicro-électroniques comportant des contacts saillants pour les électrodes. L'invention a plus particulièrement pour objet, un procédé perfectionné de dépôt électrolytique pour fabriquer des structures semi-conductrices micro-électroniques comportant des contacts saillants étroitement espacés sans faire passer le courant d'électrolyse à travers la structure du semi-conducteur. Une caractéristique importante de l'invention est le dépôt d'une couche mince de métal sur-une couche diélectrique perforée pour servir comme métal de base ou cathode de dépit , sur laquelle sont formés ensuite les contacts saillants, la couche mince du métal de base étant finalement supprimée, sauf dans les parties portant les contacts. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ltopé- ration de dépôt électrolytique est effectuée en utilisant une réserve photographique temporaire ou un autre cache en diélectrique comportant des fenêtres aux endroits où doivent être formés les contacts saillants, la réserve ou le masque étant enlevé après l'opération de dépôt électrolytique. L'invention concerne ainsi un procédé pour former des contacts saillants sur une surface sélectionnée d'une structure micro-électronique en commençant par former un premier revêtement diélectrique sur la surface sélectionnée, et en formant des ouvertures ou de fenêtres à travers ce revêtement, aux endroits devant comporter des contacts saillants. Une couche mince conductrice métallique ou autre est ensuite ,formée sur la couche diélectrique et sur les parties de la surface de la structure exposées à travers les fénêtres du revêtement diélectrique. Une réserve photographique ou autre revêtement diélectrique est ensuite formé sur le film conducteur avec des ouvertures ou des fenêtres dans les mêmes positions que les précédentes.Des contacts métalliques saillants sont ensuite formés par dépôt électrolytique dans les positions correspondant aux fenêtres en utilisant le film conducteur comme cathode. Le dépôt est arrêté quand les contacts ont l'épaisseur désirée, après quoi, la réserve photographique ou autre revêtement diélectrique et le film conducteur sont supprimés, sauf les parties du film couvertes par les contacts. De nombreuses combinaisons de films minces formés par métallisation se terminent par un métal compatible avec la technique de dépôt électrolytique. Le présent procédé est utilisé pour des dispositifs portant des couches formées par métallisation, dont des exemples préférés se terminent par une couche finale, d'or, de nickel, de cuivre ou d'argent. La première étape du procédé selon l'invention est le dépôt d'une couche de verre ou d'un autre diélectrique sur la structure métallisée. Par exemple, le dépôt à partir d'une phase vapeur d'un film fin vitreux réactif peut être utilisé pour couvrir toute la surface de la structure micro-électronique métallisée Des tech niques de dépôt à partir d'une phase vapeur pour former ces films vitreux sont déjà connues.Par exemple, la structure métallisée peut être chauffée à une température comprise entre 300"C et )50 C et être mise en contact avec un mélange de triéthylaluminium et de tétraéthylorthosilicate dans un rapport d'environ 4/l. Des conditions typiques de fonctionnement pour former un tel film d'aluminesilice, comportent -le passage d'un gaz véhicule inerte avec un débit d'environ 0,57 dm3/mn à travers du triéthylaluminium liquide maintenu à environ 600C, et à combiner ce courant avec environ 0,025 dm)/mn d'un gaz véhicule inerte ayant traversé du tétraéthylorthosilicate liquide maintenu à une température d'environ250C. Le dépôt a lieu dans ces conditions à une vitesse d'environ lOOA/mn sur un support à une température de 3000 C. Du verre peut aussi être déposé au moyen d'un canon électronique ou par-pulvérisation haute fréquence et le type du verre n'est pas une caractéristique critique. Une couche d'une matière résistant au bain de gravure,c à-dire une réserve photographique, est ensuite déposée sur la couche de verre avec des feutres aux endroits où doivent être formés les contacts saillants. Des trous ou des ouvertures sont ensuite formés par gravure en utilisant une solution comprenant de l'acide fluorhydrique à travers la couche de verre-déposée à partir de la phase vapeur jusqu'à la couche ou film métallique situé en dessous, après quoi la réserve photographique est enlevée; Une couche d'or ou d'un autre métal de base d'uneépaisseur o d'environ 1000 à 2000 A est ensuite déposée sur la surface du verre et en contact avec la couche métallique exposée à travers les fenêtres de la couche de verre.I'or est de préférence déposé par une technique d'évaporation sous vide ou par une technique de bombardement ionique. Le cuivre et l'argent peuvent aussi être utilisés. Une couche rda;ivement épaisse de réserve photographique (de 5 à 25 microns) est ensuite formée pour couvrir la couche d'or déposée des ouvertures étant à nouveau formées dans cette réserve aux endroits où doivent être formés les contacts saillants. L'ensemble est ensuite placé dans unie cuve de dépôt électrolytique; la couche d'or servant comme cathode. Le bain d'électrolyse est de préférence préparé avec 350 g de'phosphate diphosphatique et un litre d'eau avec 8,25 g d'or sous la forme d'auricyanure de potassium par litre de solution finale. Le dépôt est poursuivi jusqu'à obtenir des contacts saillants de la hauteur désirée, de préférence jusqu'à ce que ces contacts dépassent au moins de plusieurs microns au-dessus du niveau de la surface de la réserve photographique. L'ensemble est ensuite enlevé du biin d'électrolyse et la couche de réserve photographique est supprimée. L'ensemble de la structure obtenue est ensuite immergé dans une solution de gravure au cyanure pour enlever la couche d'or ayant servi comme cathode pour le dépôt électrolytique. Bien entendu, la solution de gravure attaque simultanément les contacts déposés. Par suite, la structure doit être enlevée de la solution de gravure et être rincée dès la suppression de la couche métallique d'interconnexion, sauf en ce qui concerne les parties subsistant à la base des contacts saillants. La structure air:si terminée est alors prête pour être connectée à des éléments d'un circuit extérieur, par exemple par une technique de liaison face à face. Une distance entre les bords des contacts de l'ordre de 25 à 50 microns peut être obtenue par le procédé selon l'invention. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une coupe schématique à grande échelle d'une structure de semi-conducteur micro-électronique devant être munie de contacts saillants par le procédé selon l'invention. les figures 2 à 5 sont des coupes schématiques de la structure de la figure 1 à différentes étapes du traitement selon l'invention, et La figure 6 est une coupe schématique à grande échelle de la structure de la figure 1 portant des contacts saillants selon la présente invention. La structure micro-électronique de la figure 1 comprend un corps semi-conducteur 11 avec une couche diélectrique de passivation 12 et une couche métallique 13 déposées suivant la configuration voulue d'après des techniques connues. Conformément à l'invention, la structure de la figure 1 doit être munie de contacts saillants pour faciliter la liaison face à face. La structure de la figure 1 est d'abord munie d'une couche diélectrique 14 (figure 2) comportant des ouvertures 15, 16 et 17 aux endroits où doivent être formés les contacts saillants. La couche 14 est de préférence un verre déposé à partir d'une phase vapeur, par exemple un verre d'alumine-silice. Les ouvertures 15, 16 et 17 sont facilement formées par des techniques connues de gravure des couches de verre avec un cache ou une réserve. La structure c3 la figure 2 est ensuite munie d'une couche ou film fin 18 en matière conductrice de I'électricité, des exemples préférés de matières étant l'ors l'argent et le cuivre. Ce film de métal est formé par des techniques connues, par exemple par dépôt sous vide à partir d'une vapeur ou par bombardement ionique. Bien qu'il ne soit pas nécessaire que le film 18 couvre toute la surface de la couche 14, il est préférable qu'il interconnecte toutes les parties comportant les ouvertures 15 à 17 afin d'assurer la connexion électrique pour tous les points du r 1 m et établir des trajets conducteurs vers tous les points ou les contacts saillants doivent être formes. La figure 4 montre l'addition d'une couche de réserve photographique 19 sur la couche métallique 18. Une matière particulièrement convenable pour former la couche 19 est une composition à résine de réserve photographique d'un type connu utilisée pour former des couches résistant aux solutions de gravure; Cependant, pour la mise en oeuvre de la présente invention, la couche 19 est préparée avec une composition de réserve relativement visqueuse pour former une couche d'une épaisseur d'au moins 5 microns. Cette épaisseur est bien supérieure à celle normalement utilisée pour former des masques ou des caches. Des ouvertures sont formées dns la couche 19 pour exposer le film 18 dans les positions 15 à 17 où doivent être formés les contacts saillants. La structure de la figure 4 est ensuite immergée dans un bain de dépôt électrolytique, le film 18 étant utilisé comme cathode (figure 5), avec un courant convenable d'électrolyse, par exemple de 0,5 mA. Les contacts sont déposés et augmentent simultanément aux différents endroits où le film 18 est exposé à travers les ouvertures de la couche 19. Quand les contacts ont atteint une hauteur convenable de la fanon représentée par les contacts saillants 20, 21 et 22, le courant est interrompu et la structure est enlevée du bain La structure de la figure 5 est ensuite traitée d'abord pour supprimer la couche de réserve photographique 19 et ensuite la couche de métal 18 sauf dans les parties de cette couche couvertes par les contacts 20, 21 et 22 afin d'obtenir la structure de la figure 6. Une certaine diminution des dimensions de contacts déposés a lieu simultanément à la suppression du film 18. Cependant, cette réduction est sans importance parce que les contacts formés de la façon représentée sur la figure 5 ont des dimensions suf fisamment supérieures pour compenser la perte résultant de la gravure. La structure finale est alors prête pour être connectée à des circuits extérieurs par des techniques de liaison face à face ou équivalentes. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sortede son cadre. R E V E N D I C A T I 0 N S R E V E N D I C A T I O 10- Un procédé pour former des contacts saillants sur une face d'uné structure micro-électronique, caractérisé par l'éta- blissement d'une première couche diélectrique sur la surface sélectionnée avec des ouvertures aux emplacements devant porter les contactes, la formation d'un film en conducteur électrique sur cette couche et sur les parties de la surface de la structure exposées à travers les ouvertures, la formation d'une seconde couche diélectrique sur le film conducteur avec des ouvertures correspondant aux premières ouvertures, le dépôt électrolytique d'un métal sur le film métallique à travers les ouvert-ures pour former des contacts saillants et la suppression de la seconde couche diélectrique et du film métallique, sauf des parties du film métallique couvertes par les contacts déposés. 20- Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche diélectrique est formée par dépôt de verre à partir d'une phase vapeur suivi de la protection par une réserve photographique et d'une opération de gravure pour former des fenêtres aux endroits dans lesquels doivent être formés les contacts saillants. 30- Le procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde couche diélectrique est une couche de réserve photographique. 4 - Le procedé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le film en conducteur électrique est une couche d'ors 5 - Le procédé selon la revendication 4, caractérisé par la suppression du film d'or par immersion de la structure dans une solution de cyanure. 6 - Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le film en conducteur électrique est utilisé comme cathode pour le dépôt électrolytique.