Brevet FR2022060A1 — publié le 19700724

La présente invention a pour objet des micro-circuits ou circuits miniaturises utilisés dans des appareils électroniques et un procédé de fabrication correspondant. Il est bien connu dans la technique de fabriquer des circuits à film mince par dépôt sur des blocs isolants convenables de couches minces de matériaux conducteurs, d'une fraction de micron dtépaisseur, disposés suivant des réseaux convenables grâce à des procédés de photo-décapage. Ces conducteurs se.croisent souvent, tout en restant mutuellement isolés. Ceci est obtenu en recouvrant les dits conducteurs de couches isolantes minces dont la forme est obtenue également par un procédé de photo-décapage.Une deuxième couche de conducteurs est alors 6urernosée aux dites couches Iso- réaliser les crolsements lantes, de façon à isolés des conducteurs. Ce procédé permet d'atteindre un très haut degré de définition, de l'ordre de un micron ou moins, et d'obtenir une forte densité d'éléments sur le support isolant. Cependant, ils présentent l'inconvénient que les conducteurs ainsi obtenus,du fait de leur épaisseur réduite. ont une résistance non néklizeableo En outre. au Point de cr01 semènt des conducteurs, du fait de la minceur de la couche isolante interposée, il peut exister une capacité mutuelle relativement élevée.Finalement, le rendement de l'isolement obtenu au moyen de couches électriques minces peut être très réduit par la moindre impureté du matériau déposé ou par des irrégularités dans le processus de dépôt. 1l est en outre connu de fabriquer des microcircuits dits à film mince en déposant les conducteurs et les couches isolantes suivant des réseaux prédéterminés en utilisant des procédés sérigraphiques ou des procédés au pochoir à l'aide d'écrans de soie. Ces procédés mettent en oeuvre des masques comportant un écran à mailles très fines à travers lequel doit passer le matériau à déposer sur les microcircuits sous forme d'une pâte fluide. La pâte déposée est alors vitrifiée en chauffant le circuit d'habitude dans une atmosphère oxydante. Suivant la composition de la pâte, le dépôt résultant peut être isolant ou conducteur. Des couches conductrices et isolantes d'épaisseurs plus élevees sont alors obtenues, mais la définition maximum que l'on peut obtenir est seulement de l'ordre de 10 microns et la densité du réseau est relativement faible.Les efforts qui ont été effectués pour combiner ces deux techniques se heurtent à la difficulté d'éviter des altération6 des couches minces repaisses pendant la phase de chauffage des couches1 en atmosphère oxydante' La présente invention évite les inconvénients indiqués dans les procédés mentionnés ci-dessus.Le microcircuit selon 1'inven- tion comprend un substrat isolant en céramique, et de préférence en alumine, un premier niveau de conducteurs, dont chacun comporte une première couche mince d'un alliage de nickel-chrome fermement adhérant au substrat, une deuxième couche mince d'or superposée à cette première couche, ces couches minces étant obtenues par dépôt sous vide et délimitées dans leur forme par -des procédés de photo-décapage, et une troisième couche d'or relativement épaisse déposée par voie électrolytique sur la couche d'or mince sous-jacente et faisant pratiquement un seul bloc avec cette deuxième couche d'ors Ce premier niveau est partiellement recouvert sur des zones déterminées par une couche relativement épaisse d'un matériau isolant obtenu par un procédé au pochoir et vitrifiée par chauffage. Un deuxième niveau de conducteurs est superposé à ladite couche isolante dans des zones prédéterminées. Ce niveau de conducteurs peut être formé par des films minces comme le premier niveau ou par dépôt d'un matériau conducteur suivant des couches relativement épaisses, au pochoir, puis ensuite vitrifié par chauffage. Des microcircuits du type décrit sont particulièrement convenables pour former des conducteurs d'interconnexion et pour constituer des connexions extérieures d'éléments de circuits intégrés, parce qu'une bonne définition et une forte densité de conducteurs sont demandés au moins dans le premier niveau de conducteurs, dans lequel les bornes des divers éléments de circuits intégrés doivent être placés. Par ailleurs, il est. important de prévoir une résistance faible, une capacité faible et une grande sécurité dans l'isolement des croisements, parce que ces croisements sont relativement nombreux, ant fl leur nombre dépend/ du nombre et des types d'éléments de circuits intégrés et des exigences concernant l'interconnexion mutuelle et les connexions avec des circuits extérieurs. Ces caractéristiques et avantages. de 11 invention, ainsi que dtautres, seront mieux compris en se référant à la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préférée et aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en perspective coupée d'un détail d'un microcircuit selon l'inventionO Les figures 2a à 2c représentent des vues en perspective coupées de différents stades de fabrication du microcircuit0 La figure 4 représente une vue en perspective coupée d'un autre détail d'un microcircuit selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un substrat isolant en céramique 1, de préférence en alumine à 96 % d'alumine pur, qui est particulièrement convenable pour ce but. Deux conducteurs 2 et 3, appartenant au premier niveau de conducteurs, sont situés sur lui. Chacun de ces oonducteurs comporte trois couches, une première couche inférieure (2a ou 3a) d'un alliage de nickel-chrome, par exemple ayant une épaisseur de 1000 angstroms, une deuxième couche mince d'or (2b ou 3b) ayant sensiblement la m8me épaisseur et une troisième couche d'or relativement épaisse (2c ou 3c) ayant par exemple une épaisseur d'environ 10 microns. Les deux premières couches minces sont obtenues par dépôt sous vide et leur forme est délimitée par photo-décapage, comme on le décrira plus en détail ci-après.La troisième couche d'or relativement épaisse est obtenue par dépôt électrolytique sur la couche mince d'or supérieure. File recopie nécessairement avec une grande précision sa forme et elle fait pratiquement bloc avec elle. axes conducteurs, dans des zones croise prédéterminées. et essentiellement en corresondance avec les ments des conducteurs du deuxième niveau, sont recouverts par une couche isolante 5 relativement épaisse, ayant une épaisseur par exemple comprise entre 4Q et 50 microns, obtenue par le procédé de 11 écran de soie.Sur des parties du support en céramique qui ne sont pas recouvertes par cette couche isolante, ainsi que sur des parties de la couche isolante elle-mEme, les conducteurs du deuxième ransversa niveau, tel que le conducteur 4, sont déposés. Ces conducteurs peuvent comporter trois couches (4a, 4b, 4c) obtenues comme mentionné ci-dessus.Les conducteurs du deuxième niveau sont isolés, aux points de croisement avec les conducteurs du premier niveau, par une épaisseur relativement importante de matériau iso land. Si le deuxième niveau de conducteurs demande une définition et une densité de conducteurs sensiblement inférieure à celle demandée pour le premier niveau, les conducteurs de ce niveau peuvent être obtenus par un procédé utilisant un écran de soie, comme les zones isolantes. Ainsi, une très bonne définition des contours est obtenue pour les conducteurs du premier niveau, parce que leur forme est délimitée par un procédé de photo-décapage. Ils ont une section relativement large et par suite une faible résistance, du fait de l'épaisseur relativement importante de la couche d'or supérieure. En outre, une bonne adhérence de ces conducteurs au matériau céramique est assurée par la mince couche inférieure de l'alliage de nickel-chrome, et une bonne adhérence de la couche d'or épaisse à la couche de nickel-chrome sous-jacente est obtenue au moyen de la mince couche d'or interposée déposée sous videz De plus, la couche d'or protège la couche de nickel-chrome d'une altération quelconque qui pourrait être provoquée par l'opération de chauffage de tout le circuit, spécialement si ce chauffage est effectué, comme c'est généralement le cas, dans une atmosphère oxydante.On a également trouvé que la couche mince de nickel-chrome déposée sur le substrat d'alumine acquiert une résistance remarquable à toute altération due au chauffage dans l'atmosphère oxydante, en sorte qu'elle n'est pas sensiblement altérée par cette opération, même sur ses bords, là où elle n'est pas protégée par le dépit d'or. Les figures 2a à 2e et 3a à 3c montrent la succession des stades de fabrication d'un détail d'un microcircuit tel que celui représenté sur la figure 1. Sur la figure 2a, le matériau isolant 1 est utilisé comme support de mirocircuit. I1 consiste de préférence en un morceau d'un matériau céramique constitué par de l'alumine à 96 % de pureté, le pourcentage restant de ce matériau étant constitué par de l'oxyde de silicium et de l'oxyde de magnésium. Ce matériau est disponible commercialement sous la marque Alsimag 614 et il est fabriqué par la Société Américaine American Lava Company. Ce morceau peut avoir par exemple une épaisseur de l'ordre de 0,6 à 0,7 millimètres et des côtés ayant une longueur comprise entre 10 et 20 mm. Une face de ce substrat est entièrement métallisée, par un procédé bien connu dans la technique d'évaporation ou de projection, gracie à un alliage nickel-chrome, qui forme une couche ayant une épaisseur uniforme de tordre de 1000 angströms, fermement adhérente au substrat. Elle est indiquée en 6 sur la figure 2a. Sans interrompre le vide dans la chambrs de dépôt, une couche d'or ayant à peu près la même épaisseur, est alors déposée au-dessus de la couche de nickel-chrome. Elle est indiquée en 7 sur la figure 2b. En utilisant un des procédés connus de photo-déoapage pour obtenir des microcircuits à film mince, la surface métallisée est alors recouverte d'une couche d'un matériau photo-sensible appelé communément matériau photo-résistant. Cette couche est exposée dans des zones déterminées à une source lumineuse convenable à travers un masque convenable projetant le réseau demandé de zones éclairées en sorte que, par exemple après développement et lavage, seules les parties du microcircuit qui correspondent aux espaces entre les conducteurs restent recouvertes d'une couche de matériau photo-résistant (telles qu'indiquées en 8 sur la figure 2c), tandis que les parties qui correspondent aux conducteurs ne sont plus recouvertes d'un tel matériau.Le micro-circuit est alors plongé dans un bain électrolytique, et une couche d'or de 10 à 15 microns d'épaisseur est déposée sur les zones non recouvertes, comme représenté sur la figure 2d, sur laauelle les parties déposées d'or sont indiquées en 9. Finalement, en utilisant un solvant convenable, les résidus du matériau photo-résistant sont éliminés et la couche d'or mince non recouverte et la couche mince de nickel-chrome sont éliminées par des agents chimiques convenables0 En premier lieu l'or est éliminé à l'aide d'un solvant obtenu en dissolvant un gramme d'iodine et 4 grammes d'iodure de potassium dans 18 cm3 d'eau distillée. Ensuite, le nickel-chrome est éliminé à l'aide d'une solution d'acide h chlorydrique concentrée et de chlorure d'étain (403 grammes de chlo- rute d'étain, 2 molécules d'eau dans 100 cm3 d'acide chlorhydrique concentré). Comme la couche épaisse d'or protège les couches sousjacentes de conducteurs d'une action chimique, après cette opération, le premier niveau de conducteurs est obtenu, et il a une très haute définition et une épaisseur substantielle (figure 2e). Dans l'opération suivante, des parties déterminées et choisies du premier niveau de circuit sont recouvertes d'une couche relativement épaisse d'un matériau isolant à base de céramique. Ceci est obtenu par un procédé au pochoir ou par un procédé sérigraphique en utilisant un masque comportant un très grand nombre de mailles, ou une très mince plaque métallique finement perforée. À travers ce masque, obtenu par un procédé bien connu, et reproduisant les zones sur lesqulles le matériau isolant doit entre déposé une pâte contenant un matériau céramique ou vitreux sous forme de poudre très fine plongé dans un milieu généralement de nature organique et jouant le rtle de liant, est appliquée au microcircuit.Une telle p te est par exemple vendue sous le nom ESL 4610 par la Société Electro-Science Laboratories Company. Fn chauffant le microcircuit à une température qui varie suivant le type de p te de 500 à 10000 C en atmosphère oxydante, le liant est évaporé et brQ1é, et le matériau vitreux est durci, en formant un dépit compact et solide ayant la forme désirée. Une couche isolante ayant une épaisseur comprise entre 40 et 50 microns est alors obtenue dans des ones déterminées. Une telle couche isolante indiquée en 5 sur la figure 3a adhère fermement au substrat 1 situé en dessous, parce que ces deux matériaux ont la me- me nature céramique. Comme déjà indiqué, l'alliage de nickel-chrome qui est protégé par la couche d'or sur la plus grande partie de sa surface et qui est découverte seulement en correspondance avec les bords-latéraux, résiste parfaitement à l'action de la température, m8me en atmosphère oxydante. Sur le morceau préparé comme indiqué, il est possible d'effectuer un dépôt du deuxième niveau de conducteur. Par exemple, comme déjà indiqué, en déposant par le procédé de 11 écran de soie des parties conductrices de pâte ayant des particules d'or suspendues dans un liant, ces pestes, par un chauffage ultérieur, sont transformées en conducteurs solides déposées suivant un réseau prédéterminé.Dans le cas où, en outre > pour les conducteurs du deu xième niveau, une haute définition est demandée, les phases indiquées sur les figures 2a à 2c sont répétées, ctest-à-dire le dépôt d'une double couche mince 11 de nickel-chrome et d'or sur toute la surface du morceau (figure 3b), et le dépôt électrolytique sur des parties déterminées de ce morceau d'une couche d'or relativement épaisse, la forme de ce dépit étant délimitée par photo-déeapage, de façon à transversal - - - - obtenir le conducteur 12 figure 3c). Après le double opération de décapage suivante qui élimine les couches minces d'or et de nickel-chrome dans les zones non recouvertes par la couche d'or déposée électrolytiquement, le microcircuit est obtenu de fa çon finale comme représenté par la figure 1. S'il est nécessaire de connecter électriquement des conducteurs d'un niveau inférieur à des conducteurs d'un niveau supérieur, des parties de conducteurs du niveau supérieur sont déposées directement sur des parties convenables de conducteurs du niveau inférieur comme représenté sur la figure 4, où les conducteurs 13 et 14 des deux niveaux sont en contact mutuel, en correspondance avec le bloc 15. D'autres procédés de fabrication du microcircuit selon l'invention sont évidemment possibles. Par exemple le réseau des conducteurs peut titre déterminé par photo-décapage avant de procéder au dépit électrolytique de la couche d'or relativement épaisse, de façon à obtenir, dans un premier stadet les conducteurs qui sont constitués seulement de deux couches minces de nickel-chrome et d'or. Pendant le dépit électrolytique suivant d'or, un tel dépit s'effectue seulement en correspondance avec des conducteurs qui ont alors une section accrue tout en maintenant la haute définition initiale. REVENDiCÂTiONS 1.- Microcircuit perfectionné d'un type comprenant un substrat isolant, un premier niveau de conducteurs adhérant à ce substrat, des parties de matériau isolant déposés sur des zones déterminées et choisies de ce substrat et des dits conducteurs de façon à fournir un isolement mutuel entre ces conducteurs et au moins un deuxième niveau de conducteurs, ce microcircuit étant caractérisé en ce que les conducteurs dtau moins un des dits niveaux comprennent une première couche mince d'un alliage métallique fermement adhérant à ce substrat, une deuxième couche d'un matériau conducteur inaltérable adhérant à cette première couche, et une troisième couche constituée par sensiblement le méme matériau que la deuxième couche déposée par voie électrolytique sur la deuxième couche. 2.- Microcircuit selon revendication 1 dans lequel ledit substra isolant est constitué d'un matériau céramique comprenant environ 96 % d'alumine, la première couche des dits conducteurs étant constituée par un alliage de nickel-chrome déposé sous vide sous forme d'une couche mince. ou 2 3.- Microcircuit selon revendication 1/dans lequel ledit maté riau fortement conducteur et sensiblement inaltérable est de l'or. 4.- Microcircuit comprenant en combinaison un substrat isolant en céramique, un premier niveau de conducteurs comprenant chacun une première couche mince d'un alliage de nickel-chrome déposé sous vide en contact étroit avec le substrat isolant, une deuxième couche mince d'or déposée sous vide co ncidant en forme avec ladite première couche mince et en contact avec elle, une troisième couche relativement épaisse d'or déposée par voie électrolytique co ncidant en forme avec la deuxième couche et en contact avec elle, et des parties de matériau isolant obtenues par vitrification en chauffant une pgte semi fluide déposée dans des zones sélectionnées dans le but de fournir un isolement des dits conducteurs en leur point de croisement avec des conducteurs d'au moins un deuxième niveau de conducteurs. 5.- Microcircuit selon revendication 4 dans lequel le substrat isolant est en un matériau céramique comprenant entre 94 et 96 % d'alumine0 6.- Procédé de fabrication d'un microcircuit par dépôt d'au moins un premier niveau de conducteurs sur un substrat d'alumine fermement adhérant à ce substrat. ce Procédé comprenant le débat bsr evaoOrat10n sous vide d'une couche d'un alliage convenable de nickelchrome qui recouvre une face dudit substrat, le dépôt par évaporation sous vide d'une couche d'or superposée à la couche de nickel-chrome sur toute sa surface, la couverture de cette surface d'or par une couche protectrice en un matériau photo-sensible convenable, l'expo- sition de la surface de cette couche protectrice à une source de lumière convenable à travers un masque délimitant un réseau pré dé- terminée de conlucteurs, 1'élimination de la couche protectrice à l'aide d'un solvant convenable en correspondance avec le réseau conducteur délimité par le masque, le dépôt électrolytique sur la zone non recouverte de la dite couche d'or d'un déptt relativement épais d'or, l'élimination des zones restantes de la dite couche protectrice, l'élimination des zones d'or déposé sous vide et des couches de nickel-chrome non recouvertes par la dite couche relativement épaisse d'or déposée électrolytiquement, dans le but de découvrir les zones sous-jacentes du substrat d'alumine. - Procédé de fabrication d'un microcircuit selon revendication 6 par dépôt d'une série de niveaux de conducteurs sur un substrat d'alumine, comportant en outre le dépôt dans des zones sélectionnées du substrat et du premier niveau de conducteurs adhérant à lui d'une pâte isolante semi fluide à l'aide d'un écran de soie, le chauffage et la vitrification de cette pate, le dépit sur le produit résultant des phases de fabrication précédentes d'un deuxième niveau de conducteurs.