Brevet FR2481006A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne un ensemble de circuit électrique comportant une couche mince à haute conductivité portée par une couche mince résistante, cette dernière étant déposée sur la face principale d'un substrat au moins sensiblement du type technologique dit planar. En pratique, la couche mince à haute conductivité a une épaisseur inférieure à 6 #m, et une résistivité en feuilles inférieure à 0,1 ohm par carré De même, l1épais- seur de la couche mince résistante est inférieure à 0,02 pm, et sa résistivité en feuilles est supérieure à 100 ohms par carré; elle se composés sans inconvénient, dgun alliage de met-al-chrome. Il est connu que la couche mince à haute conductibilité soit en or. On peut déposer à l'origine sur la couche mince résistante une couche mince continue à haute conductivité, à laquelle on donne ensuite la forme désirée d'un élément constitutie de l'ensemble du circuit selon la structure requise des conducteurs, par exemple par le décapage sélectif de portions de la couche mince continue conductrice initiale. Une telle couche appartenant à la structure des conducteurs est aussi considérée comme étant une couche mince à haute conductivité. En variante, on peut déposer initialement la couche mince à haute conductivité, avec la forme requise dans la structure des conducteurs; sur des portions choisies de la couche mince résistante, les autres parties de cette dernière couche étant par exemple couvertes par un masque pendant la phase de dépôt de la couche mince à haute conductivité, après quoi le masque est enlevé laissant la couche requise à haute conductivité sur la couche mince résistante. Les portions de cette dernière couche qui servent de support à la couche à haute conductivité de la structure des conducteurs sont considérées comme faisant partie de ladite structure. La couche mince résistante peut initialement être continue, des portions de cette couche pouvant être enlevées selectivement, soit avant, soit après le dépôt de la couche mince à haute conductivité. La structure des conducteurs fournit au moins un élé- ment constitutif des bornes de l'ensemble du circuit, cellesci devant se relier à un premier type d'organes d'interconnexion électrique, ledit type comportant par exemple des connexions prolongeant l'ensembl du circuit sans y être incluses, ou comprenant des plots conducteurs de montage que l'on peut ou non inclure dans l'ensemble du circuit. Les organes de ce type doivent être reliés aux bornes de toute façon adéquate. On peut devoir souder ces organes aux bornes avec une soudure à l'étain.De plus la structure de circuit peut fournir les interconnexions électriques requises entre élé- ments constitutifs de l'ensemble, comme des dispositifs semiconducteurs au silicium, ayant des contacts en aluminium, et ladite structure fournit toujours les interconnexions électriques entre éléments de circuit et bornes.Des blocs peuvent être ménagés-par les parties d'interconnexion électrique de la structure des conducteurs, et le matériau à haute con ductilité de ces blocs doit être relié à des organes d'interconnexion d'un autre type comprenant des composants de lten- semble de circuit, ledit autre type d'organe comportant par exemple des fils, des plots conducteurs de montage, des contacts, des bornes, appartenant à des éléments constitutifs de l'ensemble de circuit, ledit autre type d'organes d'interconnexion se situant entre les blocs et quelques-uns au moins des éléments constitutifs de l'ensemble de circuit. Ordinairement, il y a beaucoup plus d'organes dudit autre type qu'il faut relier aux blocs, et ces organes sont habituellement plus petits que ceux du type cité en premier lieu. En conséquence, ce sont au moins des organes du second type que l'on exige pour être reliés aux blocs de façon entièrement fiable, imposant ainsi que ces organes ne soient pas soudés aux blocs. Il faut que la couche mince à haute conductivité ne forme pas, tout au moins en quantité appréciable, de composés nuisibles avec d'autres métaux incorporés dans l'ensemble de circuit et dans les conditions normales d'emploi de cet ensemble. Ainsi une diffusion du matériau de la couche mince résistante dans la couche mince à haute conductivité, ou inversement, peut altérer les propriétés de l'une et l'autre couche. De plus, la formation de quantités notables de composés métalliques, en des endroits de l'ensemble de circuit où sont formées des liaisons avec des organes d'interconnexions électriques, peut affecter défavorablement la solidité des liaisons. En outre, il est exige que la couche à haute conductivité soit faite d'un matériau dont le dépôt se fasse aisément. Il faut, de plus, que la couche mince à haute conductivité soit faite d'un matériau qui, une fois déposé, soit fermement lie aux autres couches contiguës de liensemblede circuit. Ces couches contiguës peuvent être faites soit d'un matériau électriquement isolant, soit dgun matériau résistant, ou d'un autre matériau à haute conductivité. Le but de la présente invention est de réaliser un tel ensemble de circuit électrique dgune construction nouvelle et avantageuse, et possédant en particulier les caractéristiques requises auxquelles on s'est référé ci-dessus. Conformément à la présente invention, ce but est atteint avec un ensemble de circuit électrique comportant une couche mince résistante déposée sur la face principale d'un substrat au moins sensiblement "planar11, une couche mince d'aluminium à haute conduct#ivité étant déposée sur la couche mince résistante, caractérisé en ce qu'au moins des organes d'interconnexion électrique de l'ensemble de circuit , entre la couche mince à haute conductivité et les éléments constitutifs de l'ensemble de circuit, sont aussi en aluminium et sont liés directement à la couche mince d'aluminium à haute conductivité par l'emploi de techniques de raccordement par ultrasons ou par thermosompression. De telles liaisons d'aluminium sur aluminium sont souhaitables car elles peuvent être réalisées de façon entièrement fiable, et cela pour la bonne raison qu'aucune quantité notable de composés métalliques ne se forme naturellement dans les zones de liaison. De plus, les liaisons sont plus fiables et moins complexes que si les organes d'interconnexion électrique doivent être soudés a la couche d'aluminium. En conséquence, la majorité au moins des liaisons requises avec l'ensemble de circuit sont si possible réali sées de cette façon avantageuse. L'aluminium est aussi un matériau avantageux pour la couche mince à haute conductivité parce que son épt est facile à obtenir; et aussi parce que, une fois déposé, il est fermement lié aux couches contiguës appropriées, telles qu'une couche diélectrique de silice, ou de couches d'autres métaux comme le nickel. Une couche de nickel complète avantageusement les blocs de liaison comprenant dee b^rr.e~ de l'ensemble de circuit. Des organes d'interconnexion électrique associés à cet ensemble pour être liés aux bornes, et ordinairement en aluminium, peuvent se souder sans inconvénients aux couches de nickel des bornes en utilisant une soudure a l'étain approprié. Si la couche mince d'aluminium a haute conductivité risque de former un composé métallique indésirable avec le matériau de la couche mince résistante qui sert de support -si, par exemple, la couche mince résistante est faite d'un alliage nickel-chrome- on peut apporter, entre la couche mince d'aluminium à haute conductivité et l'autre couche métallique, une couche d'arrêt propre a empêcher, au moins sensiblement, la formation du composé métallique indésirable. Une couche de palladium est appropriée a cet effet. L'aluminium adhère bien au palladium sur lequel il est déposé, et le palladium adhère également bien à une couche mince résistante cn alliage de nickel-chrome sur lequel il est déposé. On peut de même réaliser des couches d'arrêt appropriées entre la couche mince d'aluminium à haute collductivité et un autre métal exigé au sein de 1 ensemble de circuit, et avec lequel la couche d'aluminium serait sans cela contiguë et formerait un composé métallique indésirable.Toutefois, en conformité avec la présente invention, une telle couche d'arrêt, n'est pas réalisée au moins sur les blocs ou les parties de la couche mince a haute conductivité à relier aux organes requis d'interconnexion électrique placés entre les éléments consti ttif de l'ensemble de circuit et la couche A#'aiuminium. La présente invention va être maintenant décrite au moyen d'un exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, qui est une coupe verticale partielle, avec perspective, d'une réalisation d'un ensemble de circuit électrique en conformité avec la présente invention. L'ensemble de circuit représenté a un substrat planar 10 en céramique vitrafize, avec des faces principales 11 de 5 cm2. Sur itune des ces faces 11 du substrat 10 est déposée une couche mince résistante 12 en nickel-chrome ayant une résistivité surfacique de 300 ohms par carré. La couche mince résistante 12 est déposée par pulvérisation et la couche a une épaisseur uniforme de 0,01 pm, ladite couche étant initialement déposée sous forme continue. Cette couche 12 adhère bien au substrat. La couche suivante de palladium 13 est déposée sur la couche mince résistante, avec une épaisseur uniforme de 0,06 um et sous forme initialement continue, le palladium étant vaporisé dans un four à résistance chauffante. La couche de palladium 13 adhère bien à la couche mince résistante. Une couche mince d'aluminium 14, initialement continue, est déposée sur la couche de palladium. La couche d'aluminium 14 a une épaisseur uniforme de 1,5 Dm et adhère bien à la couche de palladium. L'aluminium 14 est déposé sur le palladium par vaporisation dans un four a résistance chauffante. La couche de palladium empoche la diffusion du matCrlu de la couche mince résistante dans la couche mince d'aluminium. Dans une première phase de gravure photolithographique, des parties de la couche d'aluminium, la couche de palladium et la couche mince résistante sont chacune attaquées sélectivement, ces couches étant attaquées séquentiellement respectivement par un mélange d'acides phosphorique et nitrique, un mélange d'iode et d'iodure de potassium, et un mélange de cerate d'hexan#tro-ammonium et d'acide acétique. Dans une seconde phase de gravure photolithographique, d'autres parties de la couche d'aluminium et la couche de palladium sont chacune sélectivement attaquées l'une après l'autre Par l'ensemble des deux phases de gravure photolithographique ont été définies les résistances pelliculaires 17 de l'ensemble des circuits et la structure requise de conducteurs 15 et 16. Les parties restantes de la couche mince résistante et de la couche de palladium, portant les parties restantes de l'aluminium, sont considérées comme faisant aussi partie de la structure des conducteurs. En variante, on réalise une couche mince d'aluminium de la forme désirée, selon le plan de la structure des conducteurs, en déposant sélectivement le palladium et 1'aluminium sur les parties appropriées de la couche mince résistante, les autres parties de ladite couche étant par exemple couvertes d'un masque pendant les phases de dépôt du palladium et de l'aluminium, après quoi le masque est enlevé. Le palladium et l'aluminium sont l'un et l'autre, soit non déposés sur le masque, soit déposés sur celui-ci et enlevés avec lui. La forme selon le plan de structure des conducteurs 15 et 16 est telle que des bornes 15 pour l'ensemble de circuit sont fournies adjacentes à la périphérie de la face principale du substrat servant de support à la structure des conducteurs, celle-ci fournissant une partie constitutive des bornes 15.Ces bornes 15 sont complétées par l'apport d'une couche de nickel 20 sur chacune des parties en aluminium des bornes, de sorte qu'un premier type d'organes 21 d'interconnexion électrique peut être relié de façon fiable aux bornes en utilisant une soudure à l'étain 22 appropriée. Ledit premier type d'organes 21, qui doit aussi être fait d'un matériau capable d'être soudé de façon fiable, comporte des connexions prolongeant l'ensemble de circuit sans y être incluses, ou il peut comporter des plots conducteurs de montage lesquels, s'ils sont réalisés au sein dudit ensemble, sont formés de toute façon adéquate.Les couches de nickel 20 adhèrent bien à la fois à la couche d'aluminium et à la soudure 22 Il faut que seules les portions servant de bornes de la couche d'aluminium soient couvertes de nickel 20, le nickel pouvant être déposé sélectivement sur ces portions en masquant dans cette phase le reste de la surface de l'ensemble, après quoi le masque est enlevé, laissant les couches désirées de nickel. En variante, on dépose à l'origine une couche continue de nickel, et les couches de nickel désirées sur les bornes sont obtenues en employant une phase de gravure photolithographique dans laquelle les couches sous-jacentes de l'ensemble de circuit restent intactes.Le nickel est déposé sur la couche d'aluminium par évaporation dans un four à résistance chauffante Slil n'est pas imposé de relier ces organes dSinter- connexion dudit premier type par soudure aux bornes de l'ensemble de circuit, les couches de nickel ne sont pas réalisées, les bornes comprenant seulement des parties de la structure de conducteurs. En conséquence, ces organes d'interconnexion doivent être faits d'un matériau pouvant être soudé de façon fiable aux parties de la couche d'aluminium faisant partie des bornes. Des liaisons fiables peuvent être faites entre la couche d'aluminium et les organes d'interconnexion en aluminium en employant des techniques de raccordement par ultrasons ou par thermo-compression. La formation de quantités appréciables de composés métalliques, dans des zones de l'ensemble de circuit où des liaisons sont faites avec des organes d'interconnexion électrique, peut affecter défavorablement la solidité des liaisons. La structure des conducteurs fournit aussi des interconnexions électriques 16 entre des éléments constitutifs 17 de l'ensemble de circuit et les bornes 15, et peut fournir des interconnexions 16 entre éléments constitutifs. Des blocs peuvent être réalisés par des portions d'interconnexion électrique de la structure de conducteurs et l'aluminium de ces blocs doit être relié à un second type d'organes 24 d'interconnexion entre les blocs et au moins certains des éléments constitutifs de l'ensemble de circuit et comportant des composants dudit ensemble. Ces organes du second type comprennent des fils, ou peuvent comprendre des plots conducteurs de montage, ou les contacts, ou les bornes des éléments constitutifs de ensemble des circuits,' et se situent entre les blocs et certains au moins des éléments constitutifs de lten- semble.Ordinairement, il y a beaucoup plus d'organes dudit second type qu'il faut relier aux blocs, et ces organes sont habituellement plus petits que ceux du premier type. En conséquence, ce sont au moins des organes du second type que l'on exige pour être reliés aux blocs de façon entièrement fiable, imposant ainsi que ces organes ne soient pas soudés aux blocs. Comme indiqué plus haut, il est désirable d'éviter des composés intermétalliques dans les zones de liaison, de sorte que l'on obtient des liaisons fiables avec des organes d'interconnexion en aluminium, ceux-ci étant reliés à la couche mince d'aluminium à haute conductivité en employant les techniques de raccordement fiables par ultrasons ou par thermo-compression.Naturellement, avec de telles liaisons d'aluminium sur aluminium, aucun composé intermétallique ne se forme dans les zones de liaison. De plus les liaisons sont plus fiables et moins complexes que si les organes d'interconnexion électrique doivent être soudés à la couche d'aluminium. Ce type de liaison est utilisé pour-avoir, si possible, la majorité au moins des liaisons qui soit associée à chaque ensemble de circuit en conformité avec la présente invention. Quand un organe d'interconnexion, entre un élément constitutif de circuit et la couche mince d'aluminium à haute conductivité, comporte un fil d'aluminium, il est commode que le fil s'élargisse en spatule pour se relier à la couche d'aluminium, comme le montre la référence 25. Il est possible de faire fonctionner l'ensemble de circuit à des températures plus élevées gugil n'en serait autrement si la formation de composés intermétalliques en quantités appréciables ne doit pas se produire dans les zones de liaison à ces températures élevées. L'ensemble de circuit se complète en donnant comme support à la structure des conducteurs au moins la face principale du substrat, les éléments constitutifs de circuit étant encapsulés, étant par exemple recouverts duun composé approprié, ou couverts d'un capot, le volume entre celui-ci et le substrat étant sous vide ou rempli d'un gaz inerte, comme l#azote; l'ensemble de circuit peut aussi être monté avec d'autres ensembles analogues formant un ensemble de circuits électriques plus complexe. On encapsule ce dernier, par exemple selon l'un des procédés cités plus haut, pour assurer la stabilité de fonctionnement de cet ensemble dans les condi tions normales d'emploi. Le substrat peut être fait de tout matériau approprié, ayant par exemple un coefficient élevé de conductibilité ther mique, et un coefficient de dilatation linéaire sensiblement égal à celui du matériau résistant, palladium et aluminium. La couche mince résistante peut être déposée directement sur le substrat Si celui-ci est fait dUun matériau électriquement isolant, tel que du verre, ou une céramique vitrifiée, ou une céramique à feu, ou du saphir ou de la silice. Si l'on doit enlever sélectivement des parties de la couche mince résistante, par exemple dans une phase de gravure photolithographique, cet enlèvement peut se faire soit avant soit après le dépôt de la couche d'aluminium. Les éléments constitutifs de l'ensemble de circuit peuvent prendre toute forme commode. S'ils comportent des semi-conducteurs au silicium, avec des contacts en aluminium, ces contacts peuvent être reliés directement à la couche d'aluminium à haute conductivité. Si les éléments constitutifs comportent des modules avec des bornes en aluminium, cellesci peuvent être reliées directement à ladite couche. La couche mince résistante peut être faite dun autre matériau qu'un alliage de nickel-chrome. La couche mince d'aluminium à haute conductivité peut être déposée directement sur la couche mince résistante, sans intercaler de couche d'arrêt, si l'on ne risque pas, dans les conditions normales de fonctionnement de l'ensemble de circuit, qu'il se forme des quantités appréciables de composés intermétalliques, qui peuvent affecter défavorablement les propriétés de l'une et l'autre couche. Des couches d'autres métaux peuvent être apportées dans l'ensemble de circuit, et elles doivent éventuellement être contiguës à la couche mince d'aluminium à haute conductivité. Toutefois, s'il y a risque de formation de quantités appréciables de composés intermétalliques indésirables, par l'aluminium et telle autre couche métallique, on intercalera une couche d'arrêt. En général, un ensemble de circuit conforme à la présente invention, et ne comportant que deux ou trois couches métalliques contiguës, du moins dans la plupart des zones de liaisons associées, présente les caractéristiques désirables de fonctionnement de constructions connues, mais plus complexes, de tels ensembles de circuits à cet égard, ayant un plus grand nombre de couches métalliques contiguës dans de telles zones de liaison, comme par exemple un ensemble où une couche résistante de nickel-chrome est revêtue de titane, de palladium et d'or. Il est nécessaire que la couche d'aluminium soit fermement reliée aux autres couches contiguës de l'ensemble. Ordinairement, l'aluminium a une bonne adhérence à toute autre couche de métal ou d'alliage métallique que l'on peut déposer sur lui. En outre, l'aluminium adhère généralement bien aux couches de matériaux électriquement isolants, par exemple à une couche de silice qui peut être apportée sans inconvénients. Des ensembles de circuits électriques conformes à la présente invention, où se trouve une structure de conducteurs comprenant, au moins partiellement, de l'aluminium ne risquent pas d'être endommagés par des radiations comme les ensembles ayant une structure de conducteurs en métaux de poids atomique plus élevés, comme par exemple une structure en or. L'aluminium est aussi un matériau avantageusement stable, en raison de la formation de fines couches d'oxyde sur ses surfaces exposées. REVENDICATIONS 1. Ensemble de circuit électrique comportant une couche mince résistante (12) déposée sur une face principale d'un substrat (10) au moins sensiblement planar, une couche mince d'aluminium (14) à haute conductivité étant déposée sur ladite couche mince résistante, caractérisé en ce qu'au moins des organes (24) d'interconnexion électrique de l'ensemble de circuit, entre la couche mince (14) à haute conductivité et les éléments constitutifs de circuit électrique de l'ensemble de circuit, sont également en aluminium et sont liés directement à la couche mince d'aluminium (14) à haute conductivité par l'emploi de techniques de raccordement par ultrasons ou par thermo-compression. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes d'interconnexion électrique (24) en aluminium, entre la couche mince d'aluminium à haute conductivité et les éléments constitutifs de circuit électrique de l'ensemble de circuit, comportent des fils. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche mince résistante (12) est en alliage de nickel-chrome. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une couche d'arrêt (13) est interposée entre la couche mince résistante (12) et la couche mince d'aluminium (14) à haute conductivité. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une couche d'arrêt est interposée entre la couche mince d'aluminium à haute conductivité (14) et une autre couche métallique de l'ensemble. 6. Ensemble selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche d'arrêt est en palladium. 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des bornes pour l'ensemble sont com plétées par l'apport de couches de nickel (20) sur des parties de la couche mince d'aluminium (14), des organes d'interconnexion électrique (21) étant soudés aux couches de nickel des bornes en employant une soudure à l'étain appropriée (22).