Brevet FR2440242A1 — publié le 19800530

La présente invention se rapporte au réglage de itéchauffement d'une couche conductrice par un faisceau lumineux focalisé, en vue de #créer des entailles, dans la technique d'ajustage de composants réalisés par une technologie de couche mince ou de couche épaisse déposée sur substrat. Actuellement, les substrats les plus utilisés sont des substrats isolants : l'alumine pour les couches épaisse, le verre pour les couches minces, par exemple. Des composants passifs (résistances, condensateurs, ...) sont obtenus en déposant sur le substrat à des emplacements bien déterminés des couches conductrices dont les dimensions et les formes déterminent approximativement les valeurs de résistance ou de capacité désirées.Pour avoir une plus grande précision sur ces valeurs et également une gamme plus étendue, une méthode connue et avantageuse est celle de l'ajustage par laser, consistant å focaliser sur la couche un faisceau issu d'un laser, d'énergie suffisante pour percer cette couche au point de focalisation, et, en déplaçant le composant dans son plan, de créer des entailles de formes diverses dans la couche conductrice ce qui, en modifiant le trajet que devra emprunter le courant électrique, agit sur la résistance ou la capacité. On règle l'intensité du laser en observant la largeur du sillon. Lorsque celui-ci n'est pas assez net, la couche risque de ne pas etre percée complétement et on augmente l'intensité du laser en conséquence.Si le faisceau issu du laser n'est pas parfaitement bien focalisé dans le plan de la couche, le sillon obtenu sera plus large, ce qui est sans importante car le profil du sillon ntinfluepas sur la qualité de l'ajustage, mais, pour obtenir un bon perçage, on aura besoin d'une intensité de faisceau plus importante que si celui-ci est bien focalisé. Il est possible de choisir une intensité nettement supérieure a l'intensité minimale requise, suffisante dans tous les cas. D'autres types de substrats sont actuellement de plus en plus utilisés. Il s'agit de substrats conducteurs dont au moins une face porte une mince couche isolante, notamment les substrats de silicium dont une face est oxydée, ce qui forme une couche d'oxyde de silicium isolante sur laquelle on peut disposer des couches minces conductrices, et d'autre part les substrats en tôle émaillée, destinés aux dépôts en couche épaisse. Dans ce cas, un réglage plus précis de l'intensité du laser est nécessaire puisqu'il faut une intensité suffisante pour former les entailles mais pas trop grande pour ne pas percer la couche isolante.On pourrait prévoir une correction automatique de mise au point pour le système optique qui fournit le faisceau laser, de façon que le réglage de l'intensité soit toujours valable, quelles que soient les variations d'épaisseur et de planéité du substrat, mais une telle correction nécessiterait un appareillage complexe et coûteux et partiellement inutile car on ne recherche pas un profil d'entaille parfait. L'invention résoud le problème consistant à former des entailles franches sans percer, ni même attaquer la couche isolante, par une méthode simple et n'augmentant pas sensiblement le coût et la rapidité de l'ajustage. Le procédé selon l'invention consiste à placer un ou plusieurs éléments de test sur le substrat, en même temps que le reste du circuit, ou bien après mais avant l'ajus tage, et à procéder Ci des mesures sur cet élément en vue de déter miner le mieux possible l'intensité de laser pour le but recherché. A cet effet, élément de test a la même constitution que les composants à tester : même matériau, même épaisseur. Les résultats intéressants des mesures sont mis en mémoire et fournissent des signaux de commande à un système de réglage automatique de l1inten- site du laser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raîtront à l'aide de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles - La figure 1 représente un élément de circuit intégré selon la-technologie des couches minces. - La figure 2 représente l'élément de test. - La figure 3 représente un mode de réalisation du système de réglage automatique de l'intensité du laser. Sur la figure 1 est réprésenté un élément de circuit intégré comprenant une résistance réalisée selon un procédé de dépôt en couche mince sur substrat de silicium. L'élément de circuit est représenté en coupe transversale en (a) et en vue de dessus en (b). Il comprend un substrat 1 qui est une plaquette de silicium que l'on oxyde en surface pour obtenir une couche d'isolement 10 formée d'oxyde de silicium, d'environ 1 à 2 pm d'épaisseur. La résistance consiste en une couche 2 de nitrure de tantale, ou de nichrome, ou d'un autre matériau d'environ 500 A d'épaisseur, déposée sous vide ou par pulvérisation cathodique. Les dimensions du dépôt résistif sont choisies en fonction de la valeur de résistance souhaitée.Toutefois, en prévision d'un ajustage précis de cette valeur, on aboutit à ce stade de fabrication à une valeur volontairement trop faible. Les éléments nécessaires à l'ajustage sont illustrés schématiquement sur la coupe (a) de la figure 1. Il s'agit d'un laser 6 et d'un système optique 7 permettant d'obtenir un faisceau focalisé dans le plan de la couche résistive 2. La plaquette de silicium est placée sur une table 8 mobile dans son plan suivant deux directions perpendiculaires X et Y, ce qui permet au faisceau laser 5 d'atteindre tout point de la couche 2. Le laser est un laser en YAG de longueur d'onde 1,06 pm, impulsionnel dont la puissance de crête et/ou- la fréquence des impulsions peuvent être réglées automatiquement. La vitesse de déplacement de la table peut également être réglée. Ces 3 paramètres déterminent la densité d'énergie linéique D du faisceau 5 sur la couche 2. Lorsque cette densité est suffisante, l'énergie du laser étant en majeure partie absorbée par la couche résistive 2, celle-ci est échauffée et se volatilise et on peut obtenir à volonté par le mouvement de la table 8 des entailles de formes variées, telles que celles, 3 et 4, visibles sur la vue de dessus (b),qui ont pour effet d'allongerle chemin que devra emprunter le courant électrique, donc d'augmenter la résistance. Celle-ci est mesurée en permanence pendant toute la durée de l'ajustage. Le réglage de la densité d'énergie linéique et du plan de focalisation du faisceau 5 est fondamental pour aboutir à une densité d'énergie linéique suffisante pour permettre la volatilisation dans toute son épaisseur de la couche 2, mais pas trop élevée afin d'éviter une attaque de la couche isolante 10, ce qui nuirait à la durée de vie du circuit, et a fortiori son perçage, ce qui créerait un court-circuit entre le substrat de silicium conducteur et la couche métallique 2. Or, la tolérance sur l'épaisseur de la plaquette de silicium est de - 50 vm, si bien que les conditions de focalisation varient d'une plaquette à l'autre. Un réglage fin du plan de focalisation par rapport à la couche 2 n'est pas indispensable puisque le profil des entailles créées dans cette couche n'a pas grande importance.Par contre, les conditions de focalisation influent sur la densité d'énergie, celle-ci étant d'autant moins élevée que l'on est plus défocalisé. Un réglage de la densité d'énergie s'avère donc indispensable pour respecter les conditions exposées ci-dessus qualitativement. Sur la figure 2 est représentée une portion du circuit dont fait partie la résistance 2 illustrée sur la figure 1, cette portion de circuit comportant les éléments permettant le réglage de la densité d'énergie linéique. Le circuit est représenté, comme sur la figure 1, en coupe en (a) et en vue de dessus en (b). Sur la couche isolante 10 située sur la face supérieure du substrat 1 est déposé un élément de test : une couche résistive 20 de même épaisseur et faite du même matériau que les résistances du circuit telles que la résistance 2. L'élément de test a de préférence la forme d'un rectangle suffisamment long pour permettre au faisceau laser de tracer plusieurs segments parallèles se succédant selon la longueur du rectangle (typiquement 5 - 6 segments). Des plots P1 et P2 formés par des dépôts métalliques sont placés aux deux extrémités de l'élément de test. La valeur de la résistance R existant entre les deux extrémités est mesurée par un appareil de mesure du type ohmmètre 12.On peut mesurer également la résistance d'isolement Ri entre l'élément de test 20 et le substrat 1 grâce à un 2ème appareil de mesure 11 branché entre l'un des plots P1 et P2 et la face inférieure du substrat 1, ou bien un plot P3 situé en contact avec le substrat 1. Les valeurs de R et Ri sont mesurées avant tout passage du faisceau laser sur l'élément 20. On trace ensuite sur l'élément 20 des segments parallèles S1, S2, ..., S6 avec un faisceau laser dont la densité d'énergie linéique a respectivement les valeurs régulièrement croissantes D1, D2, ..., D6. A la fin du tracé de chaque segment, on mesure les valeurs de R et Ri. Avant tout passage du faisceau laser, la résistance d'isolement Ri est quasi-infinie et la résistance R a une valeur Ro.Lorsqu'on trace un segment avec une densité d'énergie D1 faible, Ri est quasi-infinie et R prend une valeur Ri supérieure à Ro en raison d'une oxydation de la couche 20. Les segments S1, ..., S6 étant tracés successivement, il arrive un moment où la valeur mesurée pour la résistance Ri au lieu d'augmenter légèrement comme pour le premier segment, devient quasi-infinie. Ceci se produit lorsque la densité d'énergie Di est suffisante pour percer toute 11 épaisseur de la couche 20 : les plots P1 et P2 sont alors isolés et la résistance Ri est toujours quasi-infinie. Les valeurs de R et de Ri restent quasi-infinies, jusqu'à ce qu'on ait atteint une valeur de densité d'énergie Dj pour laquelle la couche d'isolement 10 est percée à son tour.Il y a alors courtcircuit entre les plots P1, P2 et le substrat et les résistances R et Ri deviennent quasi-nulles. Le choix de valeurs successives D1, ..., D6 est effectué expérimentalement grâce à des mesures préalables sur les matériaux utilisés de façon que les valeurs Di et Dj soient atteintes dans la majorité des cas. On peut par exemple effectuer les mesures en s'assurant d'une focalisation parfaite (le plan de focalisation coïncide avec la couche 10) et choisir pour D2 la valeur de densité à partir de laquelle la couche 20 est complétement percée. La valeur maximale D6 peut par exemple correspondre à la densité d'énergie pour laquelle la couche d'isolement est complétement percée, lorsque la défocalisation est trop importante pour être acceptable, car le profil d'entaille que l'on p-eut obtenir dans la couche 20 ne conduit pas à une bonne stabilité.D'autres mesures préalables sont prévues de façon à établir une loi permettant de déterminer la densité d'énergie optimale pour l'ajustage,DO, en fonction des 2 valeurs Di et Dj mesurées : la différence Do - Di doit être suffisamment grande pour que l'entaille soit bien faite et la différence Dj - Do doit être suffisamment grande pour qu'il n'y ait pas d'attaque de la couche isolante conduisant à des instabilités et à une baisse de la durée de vie. Lors d'une réalisation de l'invention avec un substrat de silicium, une couche d'oxyde de silicium de 1 um d'épaisseur et une couche de nitrure de tantale de 0,5 um d'épaisseur, on a mesuré pour une focalisation parfaite une densité d'énergie de 0,1 J.cm#1 pour obtenir le perçage de la couche de nitrure de tantale.Dans le cas d'une défocalisation, on -a établi pour Do la loi suivante : Do - Di = n Dj-Di - oìì n peut aller de 10 à 25 ,. A partir des mesures de résistance effectuées par les appareils de mesure 11 et 12, 11 invention prévoit de régler automatiquement l'intensité du laser 6 selon les lois déterminées à partir des mesures préalables. Sur la figure 3 est représenté un mode de réalisation des moyens de réglage mis en oeuvre pour l'ajustage des résistances du circuit sur lequel a été placé l'élément de test représenté sur la figure 2, à la suite de la série de mesures effectuée sur cet élément comme exposé plus tôt. L'appareil de mesure Il délivre pendant la série de mesures un signal SR représentant la valeur de la résistance R mesurée. Lorsque la valeur de R devient quasi-infinie, c'est à dire dépasse les possibilités de l'appareil, un signal logique SD de dépassement est produit par un circuit du genre bascule SD. Le signal SR varie pas à pas en fonction de l'intensité du laser qui elle-même est rendue variable par un modulateur de lumière 34, par exemple un modulateur acousto-optique commandé par un signal de modulation MOD. Ce signal MOD représente la densité d'énergie et est appliqué à l'entrée d'une mémoire 31 validée par le signal de dépassement SD. Ainsi, est mise en mémoire la valeur du signal MOD pour laquelle la résistance R devient quasi-infinie, ce qui correspond à la densité Di. L'appareil de mesure 12 délivre également pendant la série de mesures un signal SRi représentant la valeur de la résistance Ri. Au début de la série de mesure, la valeur de Ri dépasse les possibilités de l'appareil et un signal logique de dépassement SDi est délivré par un circuit 22 semblable au circuit 21. Le signal SDi, obtenu par un inverseur 23 valide l'entrée d'une mémoire 32 semblable à la mémoire 31 et recevant comme elle le signal MOD. Ainsi est mémorisée la valeur de MOD pour laquelle la résistance Ri-devient quasi-nulle, ce qui correspond à la densité d'énergie Dj. Pendant toute la durée de la série de mesure, l'intensité de laser croît automatiquement pas à pas, grâce à un circuit 35 de commande automatique délivrant le signal MOD. Après cette série de mesure, les mémoires 31 et 32 ayant été chargées, le connecteur 36 qui reliait le circuit 35 et le modulateur 34 bascule : le circuit 35 est déconnecté et le signalrSD est produit par un circuit de réglage 33 relié aux sorties des mémoires 31 et 32 et dont la valeur du signal de sortie est calculée en fonction des valeurs d'entrée, selon la loi que l'on a définie au préalable ( H Di = n). L'ajustage de toutes les résistances du circuit peut alors être effectué avec ce réglage. Toutes les opérations décrites ci-dessus peuvent être très rapides, les variations d'intensité du laser étant quasi-instantanées. L'invention a été décrite jusqu'ici pour une technologie particulière : le dépôt de résistances en couche mince avec substrat de silicium. Un seul élément de test par pastille de silicium est suffisant pour le réglage de l'intensité du laser. En effet, les pastilles sont de dimensions assez réduites(quelques cm2 de surface) et la planéité des surfaces est bonne. Une telle pastille est généralement porteuse d'un grand nombre de circuits identiques répartis selon une disposition en lignes et en colonnes. L'implantation des circuits est obtenue à partir d'un masque portant le dessin d'un circuit, par une technique de répétition. Pour réaliser l'élément de test, on peut introduire le dessin de l'élément dans le dessin du circuit porté par le masque. L'élément sera alors reproduit autant de fois quti ] y a de circuits sur la pastille de silicium mais un seul de ces éléments sera utilisés pour le réglage. Tous les éléments resteront visibles sur chaque circuit mais cela est sans importance car les dimensions sont très faibles et la présence d'un élément inutile sur chaque circuit ne nuit pas à la densité d'intégration. Une autre possibilité est de consacrer l'emplacement d'un circuit entier à l'élément de test. Celui-ci n'est donc pas présent sur le masque. Il est déposé à part du reste du circuit, près d'un bord de la pastille, par exemple. Il prend donc la place d'un circuit, ce qui est également sans grande importance étant donné le grand nombre de circuits sur une même pastille. Outre la technologie sur silicium, l'invention s'applique à d'autre technologies de dépôt de résistances, en couche mince ou en couche épaisse, sur substrat conducteur surmonté d'une couche isolante. L'invention sera notamment avantageusement utilisée dans le cas des substrats en tôle émaillée. De tels substrats sont actuellement de plus en plus utilisés en raison de leur faible coût et des possibilités qu'ils offrent sur les dimensions des circuits. I ] s remplacent avantageusement les substrats d'alumine pour les circuits en couche épaisse et peuvent être rendus compétitifs vis à vis des cartes de circuits imprimés.Les dimensions typiques d'une carte réalisée selon cette technologie sont 800 pm pour l'épaisseur d'acier, 100 um pour l'épaisseur d'émail, 5 à 50 um pour les dépôts résistifs, faits par exemple d'oxydes céramiques. La surface de la carte peut atteindre 10 x 10 cm2. Les techniques d'ajustage par laser sont les mêmes que pour les substrats de silicium. Comme pour les substrats de silicium, il est nécessaire, avant d'ajuster, de s'assurer que les dépôts résistifs sont percés, sans pour autant percer la couche d'émail. Or, les tolérances sur les épaisseurs sont grandes et, de plus, en raison des grandes dimensions des cartes, un cambrage très important de la plaque peut exister. Ceci nécessite des réglages de l'intensité du laser par le procédé de l'invention plusieurs fois par carte. La carte comporte généralement un seul circuit. On peut la partager en plusieurs zones (4-5) et placer dans chaque zone un élément de test consistant en un dépôt résistif, avec des plots pour les appareils de mesure. L'intensité du laser d'ajustage est réglée pour chaque zone. REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage de l'échauffement d'une couche conductrice par un faisceau lumineux issu d'une source cohérente, focalisé au voisinage de la couche, cette couche conductrice étant portée par un substrat conducteur dont elle est isolée par une couche isolante et formant des plages constituant des éléments de circuit, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser au moins l'une desdites plages pour constituer un élément de test, à tracer successivement h segments tendant à séparer en deux parties cet élément de test avec le faisceau lumineux, l'échauffement de la couche conductrice étant croissant pour les segments successifs, à effectuer après chaque tracé des mesures permettant de déterminer le degré de perçage de la couche conductrice faisant partie de l'élément de test et de la couche isolante sous-jacente, et à commander l'échauffement en fonction des valeurs produisant d'une part le perçage de la couche conductrice, d'autre part le perçage de la couche isolante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de circuit formés par les plages conductrices sont des résistances, les mesures effectuées après chaque tracé étant celle de la résistance de l'élément de test, entre les extrémités de l'élément de test, et celle de la résistance d'isolement, entre la couche conductrice formant l'élément de test et le substrat conducteur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la vitesse de tracé étant constante, la commande de l'échauffement consiste à donner à l'intensité de la source une valeur comprise entre la valeur d'intensité produisant le perçage de la couche conductrice, pour laquelle la résistance de l'élément de test devient quasi-infinie,. et le perçage de la couche isolante, pour laquelle la résistance d'isolement devient quasi-nulle, selon une loi prédéterminée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat est en silicium. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche isolante est en oxyde de silicium produit par oxydation superficielle du silicium. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les plages conductrices sont produites par évaporation sous vide d'une substance métallique. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la substance métallique est du nitrure de tantale. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la substance métallique est du nichrome. 9. Procédé selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce que le substrat est en acier et la couche isolante en émail. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les plages conductrices sont en oxyde céramique. 11. Dispositif de réglage de l'échauffement d'une couche conductrice par un faisceau lumineux issu d'une source cohérente et focalisé au voisinage de la couche, mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de déplacement de la couche par rapport au faisceau, des moyens de mesure permettant de déterminer le degré de perçage de la couche conductrice et de la couche isolante sous-jacente, des moyens de mémorisation de deux valeurs représentatives de l'échauffement produisant d'une part le perçage de la couche conductrice, d'autre part le perçage de la couche isolante sous-jacente, et des moyens de commande de l'échauffement réagissant aux deux valeurs mémorisées. 12. Dispositif selon la revendication 11 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un circuit de réglage fournissant un signal de commande fonction# des valeurs mémorisées selon une loi prédéterminée et un modulateur de l'intensité de la source commandé par le signal de commande. 13. Dispositif d'ajustage d'éléments disposés en couche sur une couche isolante déposée à la surface d'un substrat conducteur, utilisant un procédé d'ajustage consistant à créer des entailles dans les éléments de façon à en modifier les caractéristiques électriques, ces entailles étant obtenues par échauffement local de la couche au moyen d'un faisceau lumineux focalisé, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage de l'échauffement de la couche par le faisceau lumineux selon l'une des revendications 11 et 12.