Brevet FR2460347A1 — publié le 19810123

L'invention est relative à un procédé de métallisation d'un substrat conducteur par galvanoplastie et au subst@t con- ducteur comportant une telle métallisation. Pour permettre d'effectuer les connexions entre conducteurs ou entre conducteurs et semi-conducteurs dans les microcircuits électroniques modernes, les métallisations des grilles supports des semi-conducteurs ou des conducteurs doivent, pour des impératifs de fiabilité de ces microcircuits, répondre à des exigences d'adhérence parfaite de la métallisation et de résistance aux tests de vieillissement notamment, tel que contrainte thermique de 4500C pendant 30 secondes, pour lequel l'aspect de la métallisation doit rester inchangé. la qualité de telles métallisations est notamment liée à l'homogénéité de la structure cristalline de celles-ci. les procédés classiques de métallisation utilisés jusqu'à ce jour nécessitent, en particulier dans le cas d'une métallisation par argenture, en vue de répondre aux exigences précitées, une pré-métallisation totale du conducteur effectuée à nartir d'un premier bain de sels métalliques permettant lane adhérence convenable d'un dépôt local de forte épaisseur, ou métallisation proprement dite àpartir d'un deuxième bain de sels d'argent classique à base de sels d'argent complexes tels que 1 cyanure d'argent et de potassium.Ce procédé présente notamment les inconvénients ci-après - présence de cyanure libre dans les bains utilisés, produit éminemment toxique nécessitant d'une part de grandes précautions relativement au stockage, à la manutention et à l'élimination de ce produit lors du renouvellement du bain - structure cristalline différente de la couche de pré--métallisation et de la couche de métallisation proprement dite du fait de l'utilisation de bains différents lors de ces deux opérations - vitesse de dépôt de la couche de métallisation nécessairement lente1 0,8 à 1 par minute , compte tenu de la diffé- rence de structure cristalline de la couche de pré-métallisation et de la couche de métallisation proprement dite en vue d'obtenir une adhérence convenable de la métallisation ;; - prix de revient de l'opération très élevé du fait, d'une part, de la consommation inutile de matière première en vue de la seule argenture locale nécessitant une pré-métallisation totale, et, d'autre part, de l'importance de la maind'oeuvre pour l'utilisation successive de deux bains différents. Le procédé de métallisation directe objet de l'invention permet de remédier aux inconvénients précités et a notamment pour but de permettre la réalisation d'une métallisation directe d'un c-onducteur à partir d'un seul et même bain dans le cas notamment d'une argenture, l'opération de pré-métallisation dans le cas de l'argenture dans un bain différent étant supprimée. Un autre but du procédé selon l'invention est l'emploi de bains de métallisation exempts de cyanure libre dans le ôas de l'argenture. Un autre but du procédé selon l'invention est, par la mise en oeuvre de ce procédé,l'obtention d'une métallisation constituée d'une couche de pré-métallisation et d'une couche de métallisation proprement dite de structure cristalline analogue, la structure cristalline de la couche de métallisation proprement dite analogue à celle de la couche de pré-métallisation autorisant, dans les conditions d'adhérence et de tenue au vieillissement précitées, un dépôt rapide de la couche de métallisation dans le processus de fabrication des microcircuits actuels. Selon l'invention, le procédé de métallisation directe d'un substrat conducteur par galvanoplastie dans un bain de sels métalliques comporte successivement,dans un même bain,les étapes suivantes - dépôt à vitesse lente et à faible courant d'une couche de pré-métallisation mince à structure cristalline fine - dépôt à vitesse rapide et à fort courant, sur cette couche de pré-métallisation, d'une couche de métallisation proprement dite de structure cristalline analogue. Le procédé selon l'invention n'est pas limité à la seule argenture d'un substrat conducteur, la dorure et le nickelage pouvant notamment être mis en oeuvre selon ce procédé, en particulier dans les procédés de fabrication de microcircuits électroniques. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après dans lesquels - la figure 1 représente un diagramme des phases ou étapes relatives au procédé selon l'invention - les figures 2a et 2b représentent en coupe respectivement un substrat conducteur recouvert d'une métallisation effectuée à l'aide d'un procédé selon l'art antérieur et un substrat conducteur recouvert d'une métallisation obtenue par le procédé objet de l'invention. Suivant la figure 1, le substrat conducteur étant placé dans un bain de sels métalliques contenu dans une cuve à galvanoplastie, le procédé consiste à effectuer successivement, dans ce même bain, les étapes suivantes - dépôt à vitesse lente et à faible courant d'une couche de pré-métallisation mince à structure cristalline fine, - dépôt à vitesse rapide et à fort courant sur cette couche de pré-métallisation proprement dite de structure cristalline analogue. Les deux étapes successives précitées permettent dans un premier temps, par le dépôt de la couche de pré-métallisation, de définir le grain de la structure cristalline de la métallisa-. tion et, dans une deuxième temps, par le dépôt de la couche de métallisation proprement dite, de faire croître celle-ci à vitesse rapide avec une configuration ou structure cristalline analogue à celle de la couche de pré-métallisation. A cet effet, les dépôts des couches de pré-métallisation et de métallisation proprement dite étant effectuées par électrolyse, le rapport des densités de courant I2 du dépôt à vitesse rapide et du dépôt à vitesse lente I1 est par exemple voisin de 10. La durée T1 du dépôt à vitesse lente est par exemple comprise entre 2 à 5 secondes en fonction de la concentration en sels métalliques du bain utilisé et de la densité de courant appliquée dans la cuve à galvanoplastie.La durée 22 du dépôt de la couche de métallisation proprement dite est uniquement fonction de l'épaisseur voulue de celle-ci, compte tenu de la densité de courant appliquée à la cuve à galvanoplastie durant ce dépôt et en définitive de la densité de courant et de la concentration en sel métallique du seul et même bain utilisé. Le procédé selon l'invention peut également être utilisé en vue d'effectuer une dorure de substrat conducteur, le bain de sels métalliques comportant principalement des sels d'or. Le procédé sera cependant plus particulièrement décrit dans le cas du procédé d'argenture pour lequel l'étape de préargenture dans un bain différent du bain d'argenture proprement dite est supprimée.- Suivant l'invention, le bain de sels métalliques comportant les sels d'argent est exempt de cyanure d'argent libre. Le bain comporte uniquement des sels d'argent à une concentration en argent3ion argent A+g+,atteignant par exemple 65 grammes par litre. Le bain de sels d'argent est par exemple constitué par un bain connu sous le nom commercial de "Silva 900". A titre d'exemple, la densité de courant I1 appliquée à la cuve à galvanoplastie comportant un tel bain est de 4,5 A/dm2 pendant le dépôt à vitesse lente pendant un temps voisin de 3 secondes. La densité de courant I2 appliquée à la cuve à galvanoplastie comportant ce même bain pendant le dépôt à vitesse rapide est de l'ordre de 40 A/dm2 pendant un temps compris entre 8 à 10 secondes. Le dépôt d'argent ainsi obtenu a une épaisseur de l'ordre de 5 microns. Le procédé ainsi décrit permet d'obtenir pendant la première étape du cycle un dépôt de faible épaisseur très adhérent à structure cristalline fine et régulière. La deuxième étape du cycle permet la mise à épaisseur rapide tout en conservant une structure cristalline de la couche de métallisation proprement dite analogue, la métallisation présentant de ce fait une structure cristalline homogène. Le réglage des densités de courant différentes appliquées à la cuve à galvanoplastie pour les différentes étapes est effectué sans difficulté au niveau des moyens d'alimentation de la cuve par commutation d'organes redresseurs commandés par exemple, le temps de commutation Tc pouvant être très réduit. Les figures 2a et 2b permettent une comparaison des métallisations obtenues à l'aide d'un procédé de l'art antérieur et d'un procédé selon l'invention. Selon la figure 2a, un substrat conducteur 1, un substrat de cuivre par exemple, a été recouvert d'une métallisation 2 par un procédé de l'art antérieur. La métallisation 2 comporte une couche de pré-métallisation 21 adhérant au substrat et recouverte elle même d'une couche de métallisation proprement dite 22. La couche de pré-métallisation 21 et la métallisation proprement dite 22 ont, du fait de l'utilisation de bains différents, une structure cristalline différente. Selon la figure 2b, la métallisation 31 obtenue par mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte une couche de pré-métallisation mince 31 et une couche de métallisation proprement dite 32 de structure analogue du fait de l'utilisation d'un même bain, la métallisation 3 comportant une structure cristalline homogène. Le procédé ainsi décrit permet une économie substan telle de matière première du fait de la possibilité d'une prémétallisation et d'une métallisation toutes deux localisées et une économie de main d'oeuvre du fait de l'utilisation d'un seul et même bain. REVENDICATIONS 1. Procédé de métallisation directe d'un substrat conducteur par galvanoplastie dans un bain de sels métalliques comportant successivement dans un même bain les étapes suivantes : - dépôt à vitesse lente et à faible courant d'une couche de pré-métallisation mince à structure cristalline fine - dépôt à vitesse rapide et à fort courant sur cette couche de pré-métallisation d'une ' couche de métallisation proprement dite de structure cristalline analogue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des densités de courant du dépôt à vitesse rapide et du dépôt à vitesse lente est voisin de 10. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la métallisation consistant en une dorure, le bain de sels métalliques comporte des sels d'or. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la métallisation consistant en une argenture le bain de sels métalliques, exempt de cyanure libre, comporte des sels d'argent. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bain de sels métalliques est un bain connu sous le nomcommercial "Silva 900". 6. Procédé selon a revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le dépôt à vitesse lente et à faible courant est effectué au moyen d'une densité de courant de 4,5 A/dm2 maintenue pendant un temps compris entre 2 et 3 secondes, la couche de métallisation proprement dite étant effectuée au moyen d'une densité de courant de 40 A/dm2. 7. Substrat conducteur comportant une métallisation comprenant une couche de pré-métallisation mince à structure cristalline fine recouverte d'une métallisation proprement dite de structure cristalline analogue à celle de la couche de pré-métallisation.