Brevet FR2349962A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne un montage sur substrat pour circuit électronique et, plus particulièrement, pour un circuit intégré hybride. Un montage sur substrat pour circuit électronique comprend généralement plusieurs couches de connexion. Les procédés classiques de fabrication de tels montages sur substrat peuvent être grossièe- ment classés en deux groupes, l'un apparenté aux techniques de films épais et l'autre apparenté aux techniques de films minces.Selon les techniques de films épais, les couches de connexion sont formées sur un substrat en céramique par impression à ltécran alternée de pâte électroconductrice contenant un métal noble tel que de l'argent ou du palladium comme ingrédient principal et de pâte isolante com- prenant de la poudre d'un matériau isolant tel que du verre ou de l'alumine comme ingrédient principal et en cuisant les motif de pâte imprimé à chaque fois. Bien qu t elle soit avantageuse pour former aisément les motifs, l'impression à l'écran constitue un inccn- vénient en ce sens qu T elle entrasse des limitations quant à la configuration et à la précision des motifs réalisés.L'emploi du métal noble dans la pâbe en élève le coût. La cuisson dans chaque cas complique le traivement, et en outre élève le coût. Selon les techniques de films minces, les couches de connexion sont formées sur un substrat en céramique en déposant un métal pour assurer la connexion par éva- poration sur le substrat pour former un film mlétallique mince, an éliminant par attaque chimique sélective le film métallique pour laisser des connexions d'un premier niveau, en effectuant un dépôt par évaporation d t un matériau isolant pour recouvrir les connexions d'une couche mince isolante, en enlevant par attaque chimique sélec torve la couche isolante pour exposer des zones prédéterminées des connexions et en répétant les étapes de formation du film métallique et de la couche isolante sur un autre ou d'autres niveaux. Bien que les motifs des connexions et des zones exposées soient formés aisément avec une précision élevée, les techniques de films minces présentent des inconvénients en ce sens que la formation du film métallique est lente et affecte la productivité, que des piqûres sont inévitables dans la couche isolante ce qui entrain des risques de court-circuit des connexions des différents niveaux et crée des capacités très importantes entre les connexions, et qu'il est dif ficile d'enlever par attaque chimique la couche isolante. Dans le brevet japonais n0 698.229, une combinaison des techniques de films épais et de films minces est proposée pour améliorer le procédé de fabrication de tels montages sur substrat. Comme on le décrira ci-après, en se référant à l'une des figures Jointes, chaque groupe de connexions d'un premier niveau formé sur un substrat en alumine comprend un premier film mince d'un alliage connu sous le nom de Nichrome, de nickel et de crome, déposé par évaporation sur le substrat, un second film mince d'or déposé par évaporation sur le premier film mince et un film relativement épais d'or déposé électrolytiquement sur le second film mince. Les parties du film mince d'or sur lequel il n'est pas déposé de film d'or électrolytiquement sont enlevées par attaque chimique pour former le second film mince.Les groupes de connexion de chaque niveau sont recouverts sélectivement d'une couche isolante formée d'une pâte de verre déposée par impression, cuite, comprenant une matière vitreuse comme constituant principal. Cette solution présente encore des inconvénients à savoir que l'en lèvement par attaque chimique, sélective du film mince d'or n'est pas économique et élève les coatis, que l'attaque chimique rapide de l'or est techniquement difficile et que le produit d'attaque chimique du film mince d'or est inévitablement amené en contact direct avec le film d'or déposé électrolytiquement ce qui nuit à la fiabilité du produit. En outre, il est inévitable, lors de la cuisson de la pâte de verre déposée par impression, que la diffusion de l'alliage de nickel chrome et de l'or se produisent, élevant de façon indési- rable la résistivité des connexions et nuisant à l'adhésion des connexions du premier niveau sur le substrat. C'est donc un objet de la présente invention de prévoir un montage sur substrat peu comateux et fiable pour un circuit électronique. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un montage sur substrat du type décrit qui permette de réaliser un circuit intégré hybride très compact. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un montage sur substrat du type décrit dans lequel on utilise un film mince en un métal peu coûteux et facile à enlever par attaque chimique pour déposer sélectivement, électrolytiquement, un métal de connexion. Un montage sur substrat auquel la présente invention est applicable est destiné à un circuit électronique et comprend un substrat d'un matériau isolant réfractaire, des parties d'un premier film métallique mince déposées selon un premier motif prédéterminé, des premiers films métalliques relativement épais déposés sur les parties respectives du film métallique, une couche isolante sur les films métalliques relativement épais des zones prédéterminées de ceux-ci n'étant pas recouvertes, des parties d'un second film métallique mince sur la couche isolante suivant un second motif prédéterminé et des seconds films métalliques relativement épais sur les parties du second film métallique mince. Selon la présente invention, les parties des premier et second films métalliques minces comprennent un film inférieur de titane et un film supérieur de nickel. Les parties des premier et second films métalliques minces sont formées suivant les techniques de films minces. Les premier et second films métalliques relativement épais sont formées par revss- tement électrolytique sélectif. Le montage sur substrat peut, en outre, comprendre une seconde couche isolante sur les seconds films métalliques relativement épais, des secondes zones prédéterminées de ceux-ci n'étant pas recouvertes et les parties métalliques sur la seconde couche isolante étant semblables aux parties métalliques susmentionnées. Les première et seconde couches -isolantes sont formées selon les techniques de films épais. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels les figures la à if représentent schématiquement des vues en coupe successives des étapes de fabrication d'un montage sur substrat classique pour un circuit électronique ; Les figures 2a à 2f sont des vues schématiques, en coupe, illustrant les étapes successives de fabrication d'un montage sur substrat selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; et La figure 3 est une vue en coupe schématique d'un montage sur substrat selon un second mode de réalisation de la présente invention. On décrira un montage sur substrat classique selon le brevet Japonais susmentionné en se référant aux figures la à 1f tout d'abord pour permettre une meilleure compréhension de la présente invention. Au début de la fabrication, on utilise ua-substrat d'alumine 10 sur lequel un film mince lla d'un alliage de nickel-chrome connu sous le nom de Nichrome et un autre film mince llb d'or sont déposés successivement par évaporation (figure la). Après avoir été appliqué sur le film d'or llb, un film photorésistant llc est exposé à la lumière en utilisant un masque (non représenté) formant un premier motif prédéterminé, développé puis sélectivement enlevé par attaque chimique pour recouvrir le film d'or llb du motif prédéterminé (figure lb). De l'or est déposé électrolytitiquement sur les zones exposées du film d'or llb pour former des films d'or relativement épais lld (figure lc), les parties restantes du film photorésistant llc étant enlevées ensuite. Les films d'or déposés électrolytiquement lld étant utilisés comme masques, les parties non recouvertes des films minces d'or et de nickel-chrome llb et lla, respectivement, sont enlevés successivement par un produit d'attaque chimique pour laisser ainsi des connexions île sur un premier niveau (figure nid). Selon les techniques de films épais,une pâte d'une matière isolante comprenant une mAiè- re vitreuse comme ingrédient principal au moins est appliquée sur le film d'or déposé électrolytiquement lld, des zones prédéterminées de celuici étant exposées (figure le) et, ensuite, cuites pour former une couche isolante llf pour les connexions du premier niveau lie. En procédant de manière semblable, des connexions 12 d'un second niveau sont formées sur la couche isolante llf suivant un autre motif prédéterminé qui peut assurer un contact électrique des connexions du second niveau 12 et des connexions île du premier niveau. On-compren- dra aisément que le montage sur substrat présente les défauts mentionnés ci-dessus dans le préambule de la présente description. On se réfèrera maintenant à la figure 2, qui représente un montage sur substrat selon un premier mode de réalisation de la présente invention comprenant un substrat 10 de matière réfractaire, de préférence en céramique d'alumine, un film de titane mince lia déposé sur celui-ci et un film de nickel mince llb déposé sur le film de titane lia (figure 2a). Il suffit au substrat 10 de supporter une température d'environ 9000 C. Les films de titane et de nickel lIa- llb sont formés successivement selon les techniques de films épais soit par évaporation soit par pulvérisation, sans interrompre le vide pendant ce temps. Le film de titane lia présente une excellente adhé sion sur le substrat de céramique d'alumine 10 et sur le film de nickel llb et il est facile à enlever par attaque chimique.Le film de nickel llb est recouvert d'un film de masquage photorésistant lic, qui est exposé à la lumière en employant un masque (non représenté) d'un premier motif prédéterminé, développé, puis enlevé sélectivement par attaque chimique pour découvrir le film de nickel llb ayant le motif prédéterminé (figure 2b). Bien que des matières photorésistantes connues soient utilisables, un film photorésistant préféré est formé en utilisant une matière connue sous le nom de KTFR fabriquée et vendue par la société Eastman Kodak Company, Rochester, N.Y., U.S.A.De l'or est sélectivement appliqué électrolytiquement sur les zones exposées du film de nickel llb pour former des films relativement épais ou films de connexion lld (figure 2c) ayant le motif prédéterminé, les parties restantes du film photorésistant lic étant enlevées par la-suite par un produit d'attaque connu. Les films de connexion lld adhèrent fortement sur le film de nickel llb, qui est également facile à enlever par attaque chimique. De préférence, le film photorésistant lic devra être légèrement plus épais que les films de connexion lid de façon à former une configuration découpée nette du motif prédéterminé des films de connexion lld et à améliorer ainsi la précision du motif.Le déptt électrolytique sélectif d'or est utilisé afin de ne pas gaspiller le métal précieux et d'accélérer la formation des films d'or lld d'une épaisseur désirée d'une façon importante par rapport à la formation par évaporation ou par pulvérisation. Si I'on se réfère de nouveau à la figure 2, les parties du film de nickel llb qui sont couvertes par l'enlèvement des parties lic du film photorésistant sont enlevées sélectivement par attaque chimique en utilisant un produit d'attaque chimique enlevant le ni ckcl pour exposer des parties sous-jacentes du film de titane lia. Un produit particulier d'attaque chimique permettant d'enlever le nickel est une solution de 200 grammes de chlorure ferrique dans 750 cm3 d'eau dans laquelle sont ajoutés 5C cm3 d'acide chlorhydrique à 35 . Ensuite, les parties du film de titane exposées sont enlevées sélectivement par attaque chimique par un produit d'attaque chimique enlevant le titane pour laisser les connexions île (figure 2d) d'un premier niveau sur le substrat 10 selon le motif prédéterminé, précis et découpé de façon nette. Un produit particulier d'attaque chimique permettant d'enlever le titane est constitué par un mélange d'une partie d'acide fluorohydrique à 46 ,~,d'une partie d'acide nitrique à 70 > et de 50 parties d'eau, les parties étant en volume.Les films de connexion lld résistent bien aux produits d'attaque chimique destinés à enlever le nickel et le titane. Aucune variation ne se produit même dans la couleur des films de connexion lld. Il est donc possible d'effectuer une attaque chimique poussée pour enlever le nickel et le titane, les opérationsd1attaque chimique étant aisées à réaliser. On comprendra maintenant que les films de titane et de nickel lla-llb de chaque connexion 11e servent de parties de film support composite pour le film métallique de connexion lld.Une pâte d'une matière isolante, telle que l'alumine, est appliquée par impression à l'écran sur au moins les connexions lie, laissant une ou des zones prédéterminées des connexions île découvertes et est ensuite cuite pour former une couche isolante 11f (figure 2e) pour les connexions du premier niveau île. La cuisson est effectuée d'une manière classique dans une atmosphère oxydante. Les parties lia, llb du film support protégés par les films de connexion lld, ne sont jamais oxydées.Contrairement aux parties du film support de l'art antérieur, il est maintenant confirmé de façon marquée que la cuisson réduit même la résistivité des connexioas île plutôt que de donner naissance à une diffusion de nickel, élevant la résistivité comme le montre le tableau suivant bon pour un nombre d'échantillons dans lesquels les connexions île ont seulement 0,1 mm de largeur, les films de titane et de nickel lia et llb ont 0,1 et 0,2 micron d'épaisseur, respeeti- vement, et pour lesquels la cuisson est effectuée à 8600C, l'épaisseur du film d'or lld variant comme cela est mentionné. En outre, il a été prouvé que la cuisson augmente l'adhésion entre les films lia, llb et lld. Avec des traitct:#nts analogues, des connexions 12 d'un second niveau sont formées sur la couche isolante llf (figure 2f). I1 est maintenant possible, en répétant les opérations ci-dessus, de fabriquer, Si on le désire, un montage sur substrat comportant des connexions telles que île et 12 sur plus de deux niveaux. TABLEAU épaisseur du Résistivité des connexions (ohms/cm) film d'or (microns) Avant cuisson Après cuisson 1 > 53 + 0,006 1,31 + 0,03 2,5 1,25 # 0,02 1,02 # 0,01 4 0,76 # 0,02 0,73 # 0,02 Enfin, on se référera à la figure 3 qui représente un montage sur substrat selon un second mode de réalisation de la présente invention et qui comprend des parties semblables portant des références analogues à celles de la figure 2. On remarquera toutefois, que des films minces de palladium 13 sont sélectivement déposés électrolytiquement sur les zones exposées respectivement du film de nickel llb avant le dépôt électrolytique sélectif d'or. En d'autres termes, chaque film de connexion comprend un film mince de palladium 13 et un film de connexion principal lld.Les films de palladium 13 servent à empé- cher la diffusion du nickel et de l'or dans les films d'or lld et dans les parties de films de nickel llb, respectivement. Alors que la présente invention a été décrite en relation avec quelques modes de réalisation particuliers de celle-ci on comprendra qu'elle est caractérisée par l'emploi d'un film support composite formé d'un film mince de titane et d'un film mince de nickel Ila, llb, par exemple, pour chaque film de connexion tel que lld ou lld et 13, de chaque niveau, tel que île ou 12, et est caractérisé par une mise en oeuvre aisée des étapes de fabrication, sur faible colt, sur haute fiabilité et la possibilité de constituer un circuit électronique très compact. Au lieu de l1br, il est possible d'utile ser le rhodium comme métal de connexion et d'autres métaux nobles faciles à déposer électrolytiquement pour effectuer un revêtement sélectif des films de connexion principaux. Il est également possible d'utiliser une matière isolante photosensible pour former la ou les couches isolantes. La présente invention n: est pas limitée aux exemples de réa libation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaltront à l'homme de ltart. REVENDICATIONS 1 - Montage sur substrat pour circuit électronique comprenant un substrat d'une matière isolante; des parties d'un premier film métallique mince formées sur celui-ci suivant un motif prédéterminé; des premiers films métalliques relativement épais sur lesdites parties de film métallique, respectivement; une couche isolante sur lesdits films métalliques relativement épais, des zones prédéterminées étant découvertes; des parties d'un second film métallique relativement mince sur la couche isolante suivant un motif prédéterminé; et des seconds films métalliques relativement épais formés sur les parties du second film métallique relativement mince, respectivement; caractérisé en ce que les parties des premier et second films métalliques minces comprennent un film inférieur de titane et un film supérieur de nickel. 2 - Montage sur substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers et seconds films métalliques relativement épais sont choisis dans le groupe comprenant l'or et le rhodium. 3 - Montage sur substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers et seconds films métalliques relativement épais comprennent un film mince de palladium inférieur et un film relativement épais supérieur d'un élément choisi dans le groupe comprenant l'or et le rhodium. 4 - Procédé de fabrication d'un Pontage sur substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prévoir un substrat, - former successivement un premier film mince de titane et un premier film mince de nickel sur celui-ci selon des techniques de films minces connues; - déposer électrolytiquement, sélectivement, un métal de connexion sur le film de nickel suivant un premier motif prédéterminé pour former les premiers films métalliques relativement épais et pour laisser exposées des parties du film de nickel; - enlever par attaque chimique les parties exposées du film de nickel pour découvrir les parties sous-jacentes du film de titane; - enlever par attaque chimique les parties sous-jacentes du film de titane pour laisser les parties du premier film métallique mince sur le substrat;; - former la couche isolante sur les films métalliques relativement épais selon des techniques de films épais connues; - former successivement un second film mince de titane et un second film mince de nickel sur la couche isolante selon des techniques de films minces; - déposer électrolytiquement, sélectivement, le métal de connexion sur le second film de nickel suivant le second motif prédéterminé pour former les seconds films métalliques relativement épais et pour laisser exposées des parties du second film de nickel; et - enlever successivement par attaque chimique les parties exposées du second film de nickel et les parties sous-jacentes du second film de titane pour laisser les parties du second film métallique mince sur la couche isolante. 5 - Procédé selon la revendication 4,caractérisé en ce que le métal de connexion est de l'or ou du rhodium. 6 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de dépôt électrolytique sélectif du métal de connexion pour former les films métalliques relativement épais sur les serties concernées des premiers et seconds films métalliques minces comprend les étapes suivantes : déposer sélectivement électrolytiquement, du palladium dans une zone appropriée des premier et second motifs prédéterminés pour former des films minces de palladium sur les parties concernées des premiers et seconds films métalliques minces, respectivement; et, déposer sélectivement, électrolytiquement, de itor ou du rhodium sur ces films de palladium pour former, en combinaison avec les films de palladium, des films métalliques relativement épais sur les zones concernées des parties des premiers et seconds films métalliques minces, respectivement.