Brevet FR2044816A1 — publié le 19710226

La présente invention concerne un procédé d'élimination de courts-circuits par trous d'épingles dans des ponts constitués de pellicules minces. Un effort considérable pour augmenter la fiabilité et 5 la qualité des produits électroniques tout en réduisant leurs dimensions a conduit à une technologie de microélectronique qui a comprimé les éléments de circuits jusqu'à leur donner des dimensions presque invisibles à l'oeil nu. Les dimensions microscopiques de ces nouveaux éléments de circuits ont permis 10 d'obtenir des circuits robustess-de longue durées de faible coût et capables de réaliser des fonctions électroniques à vitesse extrêmement grande ( voir Hittinger et Sparks, Micro-electronics, Scientific American (novembre 1965? page 57) ). Uh problème qui limite les dimensions minimales des cir-15 cuits et des ëléments microélectroniques est le phénomène dit "court-circuit par trous d'épingles". Lorsqu'on dépose une couche de métal sur une pellicule mince de matière isolante, le métal pénètre souvent à travers des trous minuscules de la pellicule mince et fait un contact électrique avec tout ce qui 20 peut se trouver en dessous de la pellicule mince. Lorsque la matière sous-jacente est conductrice, on a un court-circuit direct dit "court-circuit par trous d'épingles". Gomme la probabilité d'obtenir un trou d'épingle augmente lorsque l'épaisseur de la pellicule séparant les deux conducteurs dimi-25 nue, il y a une limite pratique à l'espacement minimal que l'on peut réaliser entre les deùx couches conductrices. Cette limitation a au moins deux effets. Tout d'abord, elle anéantit au moins partiellement la possibilité de réduire les dimensions des circuits en empêchant toute nouvelle réduction des dimen-30 sions des éléments du circuit. En second lieu, elle limite la fiabilité de certains éléments de circuitss par exemple des ponts constitués de pellicules minces. Dans une autre demande de la demanderesse, on décrit un procédé pour la fabrication de ponts de pellicules minces, 55 comprenant les étapes consistant à déposer une pellicule mince de matière de remplissage entre un conducteur supérieur et tin conducteur inférieur, à supprimer sélectivement par attaque chi 70 18840 2 2044816 mique la matière de remplissage et à éliminer alors tous les courts-circuits par trous d'épingles exposés. Des ponts faits de cette façon seront donc dits ponts à isolement d'air, la présente invention vise une manière particulièrement avantageuse 5 d'éliminer les courts-circuits par trous d'épingles dans les ponts à isolement d'air. Suivant la présente invention, on élimine les courts-circuits dans les ponts à isolement d5 air en prenant comme couche supérieure une couche sollicitée à la compressions en 10 sorte que lorsque la pellicule fine de matière de remplissage entre les conducteurs supérieur et inférieur est attaquée par des moyens chimiques, la couche soumise à la sollicitation se dilate, en faisant que le conducteur supérieur se bombe en s'écartant du conducteur inférieur et détruit tous les courts-15 circuits par trous d'épingles entre les deux conducteurs. La nature, les particularités et divers avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemple d'une forme de réalisation de l'invention et en s'appuyant sur les dessins joints, sur 20 ■ lesquels? - Figure 1 est une vue en coupe schématique d'une construction typique utilisée pour réaliser un pont à isolement d'air, suivant 1'invention» - Figure 2 est une coupe transversale d'un pont complet 25 fabriqué suivant l'invention. En se référant à la figure 1s on j voit des éléments de contact 11 et 12 entre lesquels on désire établir une connexion électrique passant en pont au-dessus d'un conducteur intermédiaire inférieur 13. Ces éléments sont disposés sur une base 30 isolante 10, par exemple de silice avec une couche de BiOg ou de Si^N^ à sa partie supérieure. 11 est avantageux que, conformément aux techniques actuelles de barres conductrices, les contacts . 11 et 12 et le conducteur intermédiaire 13 soient chacun des constructions composites faites de trois pellicules 35 de métaux différents disposées l'une sur l'autre. La première pellicule 14 est de titane pour assurer une bonne adhérence à la base 10, la troisième pellicule 16 est d'or pour en facili 70 18840 3 2044816 ter la liaison et la seconde pellicule 15 est de platine pour empêcher-1*or et le titane de réagir entre eux. En plus» une couche 17 d'un métal oxydable tel que le zirconium que l'on peut oxyder pour former une couche diélectrique est avantageu-5 sement déposée sur le conducteur intermédiaire 13. Des épaisseurs rencontrées dans des cas d'espèces sont % pour le =3 -3 titane, 0,15. 10 mm ? pour le platine, 0,3.10 mm % pour —3 —3 l'or ,2 à 3.10 mm et pour le zirconium, 0S15 .10 mm. En variante, l'un ou l'autre de ces trois conducteurs peut être 10 de silicium. Au-dessus de la couche oxydable 17, on voit une couche d'èspacement 18 en matière de remplissage telle que par exemple "3 une couche de cuivre d'une épaisseur de 3.10 mm. Si on le désire, on peut déposer la couche d'espacement directement sur 15 la couche conductrice inférieure 13 et mettre la couche oxydable 17 sur la couche d'espacement. Une couche conductrice supérieure 19, reliant les contacts 11 et 12 est disposée sur la couche d'espacement 18*. Avant son dépôt, on masque convenablement la couche d'espace-20 ment 18 et la couche oxydable 17 et on les attaque chimiquement en sorte que le conducteur supérieur 19 fasse un bon contact électrique avec les contacts 11 et 12.-la couche conductrice 19 comprend, suivant l'invention, une couche 21 telle que de rhodium, sollicitée à la compression. Le procédé à utiliser 25 pour plaquer une couche de rhodium sollicitée, à la compression est bien connu dans la technique et on trouve facilement dans le commerce des solutions de placage préparées. Une technique de placage typique,intéressante pour l'application de l'invention, consiste à plaquer une solution contenant de 10 à 30 20 grammês de sulfate-de rhodium par litre et 20 centimètres cube d'acide sulfurique concentré par litre en utilisant un -3 courant de 54 x 10 ampères par centimètre carré. Il est avantageux que le conducteur supérieur 19 soit d'une construction composite,comprenant aussi des couches de métal tendre 35 ayant une bonne conductivité. Par exemple ,1e conducteur supérieur 19 peut être une construction composite comprenant une -3 partie inférieure 20 d'une épaisseur d'environ 4.10 mm d'or 70 18840 4 2044816 tendre disposé sur la couche d'espacement 18, une couche intermédiaire 21 sollicitée , de rhodium d'une épaisseur de 2.10"' mm , et une partie supérieure'22 d'or, d'une épaisseur de 4.10 mm. 5 Un pont à isolement d'air, exempt de court-circuit par trous d'épingles s'obtient à partir de cette construction en éliminant sélectivement par attaque chimique la couche d'espacement 18s en utilisant un produit d'attaque qui n'affecte pas de façon importante les autres métaux. Par exemplet la 10 couche d'espacement en cuivre peut être enlevée par attaque au nitrate de fer en 10 minutes environ. Une fols que l'on a rongé la couche d'espacement, la couche sollicitée à la compression forcera la couche supérieure 19 à s'écarter du conducteur inférieur en se bombant} puisque rien ne retient la couche con-15 ductrice abaissée, si ce n'est les contacts d'extrémités. Ce bombement a pour effet de faire disparaître les courts-circuits par trous d'épingles existant entre les conducteurs supérieur et inférieur, créant line structure mécanique rigide ayant peu de chances de se déformerj'en provoquant le contact des conduc~ 20 teurs supérieur et inférieur. On obtient une protection supplémentaire en oxydant la couche de zirconium 17 pour former une pellicule diélectrique protectrice 24 au-dessus du conducteur inférieur. Cela, peut se réaliser en chauffant la construction à environ 550°C pendant 5 à 8 heures. La construction 25 complète, montrant le conducteur supérieur bombé 19» l'intervalle d'air 25 qui vient d'être formé et la couche protectrice 24 d'oxyde de zirconium, est montrée à la figure 2* 70 18840 5 2044816 REVENDICATIONS 1.=- Procédé de formation d'un pont de pellicules minces» isolé par de l'air, entre des conducteurs séparés entre lesquels se trouve un conducteur intermédiaire» comprenant les 5 étapes consistant à déposer une couche d'espacement, constituée d'une pellicule mince ou d'une matière de remplissage» au-dessus de la couche conductrice intermédiaire, à former sur le dessus de la couche de remplissage un pont conducteur couplé mécaniquement et électriquement aux conducteurs séparés» 10 le pont conducteur comprenant une couehe composite constituée d'au moins deux matières» et à éliminer sélectivement par attaque chimique la couche d'espacement pour laisser un intervalle isolant entre le pont et le conducteur intermédiaire» caractérisé en ce que l'on dépose une couche du pont eonduc-15 teur sur la couche d'espacement» en lui imposant un état de sollicitation préalable tel que lorsque l'on a éliminé par attaque chimique la couche d'espacement» le pont conducteur se dilate en s'écartant du conducteur intermédiaire, en formant un arc, avec un intervalle isolant d'air entre le pont conduc-20 teur et le conducteur intermédiaire» 2.- Procédé suivant la revendication 1» caractérisé en ce que l'on forme la couche conductrice supérieure comme une couche composite comprenant une couche d'or et une couche de rhodium sollicité à la compression, 25 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2» caractérisé en ce qu'on .dépose du cuivre comme couche d'espacement constituée de matière de remplissage. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1» 2 et 3» caractérisé en ce qu'on met une couche de métal oxy-30 dable entre les couches d'espacement et soit la couche conductrice supérieure, soit la couehe conductrice intermédiaire, et en ce qu'après avoir enlevé par attaque chimique la apuche d'espacement, on oxyde le métal oxydable pour former une couche diélectrique protectrice entre les deux conducteurs. 35 5." Procédé suivant la revendication 4» caractérisé en ce qu'on dépose du zirconium comme couche de métal oxydable . 70 18840 6 2044816 6®-» Procédé suivant une quelconque des revendications 1,2,3,4 et 5 s caractérisé en ce qu'on forne au moins le conducteur intermédiaire en construction eesposite comprenant des pellicules de titane, de platine et u: or. 5 1o- Procédé suivant une quelconque des revendications 1,2,3ç4f5 et 6} caractérisé en ce qu5on forme au moins le conducteur intermédiaire en s iliciUHu 8e» Pont à pellicule mince produit par le procédé faisant l'objet d'une quelconque des revendications précédentes.