Brevet FR2495835A1 — publié le 19820611

L'invention a pour objets un dispositif à circuits intégrés à réseau métallique d'interconnexion et un procédé de fabrication de ce dispositif. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif à circuits intégrés formé d'un corps semi-conducteur, dont une face incorpore des composants électroniques et porte un réseau métallique d'interconnexion comprenant des conducteurs d'alimentation reliant les composants électroniques à des bornes d'alimentation en énergie électrique. Le réseau métallique d'interconnexion comprend en outre des conducteurs destinés à véhiculer les signaux électriques entre des composants et des bornes d'entréesortie. En général, les bornes d'alimentation et les bornes d'entréesortie de signal sont disposées à la périphérie de la face du dispositif, et le réseau métallique d'interconnexion est composé de plusieurs couches métalliques séparées par des couches d'isolation. La fabrication d'un tel dispositif est faite à partir d'une plaque semiconductrice de grande surface, sur une face de laquelle on constitue une matrice de dispositifs identiques. Les dispositifs sont ensuite séparés entre eux par découpe de la plaque. Un procédé de fabrication d'un dispositif à circuits intégrés à partir d'un dorps semi-conducteur comprend: une phase de formation d'une pluralité de composants sur une face dudit corps; une phase de formation sur cette face, à partir d'un premier métal conducteur, d'un réseau d'interconnexion comprenant des bornes d'alimentation, des bornes d'entrée-sortie de signal, des conducteurs d'alimentation et des conducteurs de signal, les conducteurs étant isolés entre eux par un matériau électriquement isolant; et une phase de recouvrement des bornes d'alimentation et d'entrée-sortie de signal d'un second métal conducteur. En général, le premier métal conducteur est de l'aluminium ou du cuivre, tandis que le -2- second métal est destiné à permettre la connexion fiable, par soudure ou par contact, des bornes à des conducteurs extérieurs. Ce second métal est en général de l'or ou un alliage d'or. La concentration de plus en plus élevée des composants et des conducteurs du réseau d'interconnexion se heurte au problème de l'alimentation des composants en énergie électrique. Ce problème est en réalité un compromis entre la quantité d'énergie électrique à fournir, la dissipation thermique maximale tolérable, et la place occupée par le réseau d'interconnexion. Par exemple, un dispositif ayant une surface de 5mm x 6mm doit être capable de recevoir 4 à Watts sous une tension de 3,3 Volts, c'est-à-dire de traiter au maximum près de 1,5 Ampère. L'épaisseur d'une couche métallique d'interconnexion étant une valeur prédéterminée, la largeur des conducteurs de cette couche reste donc le seul paramètre pouvant être ajusté pour véhiculer les courants sans que la perte de tension et la dissipation thermique dans les conducteurs d'alimentation soit préjudiciable au bon fonctionnement du dispositif. A titre d'illustration, pour une couche de lpm d'épaisseur, un conducteur d'aluminium de 150)im de largeur représente une résistance carrée de 25 milliohms. En d'autres termes, alors que les conducteurs de signal ont une largeur variante entre 6 et lOum, les conducteurs d'alimentation sont donc susceptibles d'avoir des largeurs de plusieurs dizaines de fois supérieures et d'occuper ainsi une part importante de la surface d'une couche d'interconnexion. Ce fait constitue non seulement une limite dans la concentration des composants sur la face du corps du dispositif, mais il grève encore notablement le coût de fabrication d'un tel dispositif. En effet, compte tenu des très faibles rendements des procédés actuels de fabrication de ces dispositifs, on estime qu'une réduction de 10 % de la surface d'un dispositif se répercute sur le prix de revient par une diminution de 30 %. -3- L'invention présente un dispositif à circuits intégrés pouvant recevoir une plus grande densité de composants et de conducteurs, grâce à la configuration particulière de son circuit d'alimentation. Un dispositif à circuits intégrés conforme à l'invention est du type comprenant un corps semi-conducteur, dont une face inclut des composants électroniques et porte un réseau métallique d'interconnexion comprenant des conducteurs d'alimentation disposés entre lesdits composants électroniques et des bornes d'alimentation en énergie électrique, le dispositif étant caractérisé en ce que ladite face comporte, au-dessus dudit réseau métallique d'interconnexion, des conducteurs de dérivation ayant une faible résistance électrique relativement auxdits conducteurs d'alimentation et s'étendant entre au moins une desdites bornes d'alimentation et des surfaces prédéterminées d'au moins l'un desdits conducteurs d'alimentation. Grâce aux conducteurs de dérivation placés audessus du réseau métallique d'interconnexion, les conducteurs d'alimentation de ce réseau peuvent avoir des largeurs nettement plus faibles que celles requises auparavant, alors que certains peuvent être supprimés. La faible résistance électrique peut être obtenue par l'emploi d'un matériau moins résistant que celui constituant les conducteurs d'alimentation du réseau d'interconnexion et/ou en donnant aux conducteurs de dérivation une largeur et une épaisseur plus élevée que celles des conducteurs d'alimentation. Un procédé de fabrication conforme à l'invention d'un dispositif à circuits intégrés à partir d'un corps semi- conducteur est du type comprenant: une phase de formation d'une pluralité de composants sur une face dudit corps; une phase de formation sur ladite face, à partir d'un premier métal, d'un réseau d'interconnexion comprenant des bornes d'alimentation et des conducteurs d'alimentation électriquement isolés par un matériau isolant; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ménager, dans ledit matériau isolant, des ouvertures mettant à découvert des surfaces desdits conducteurs d'alimentation, et à disposer entre lesdites surfaces et au moins l'une desdites bornes d'alimentation, et au-dessus dudit réseau, des conducteurs de dérivation de courant ayant une faible résistance électrique relativement auxdits conducteurs d'alimentation. Avantageusement, lorsque le procédé comporte une phase de recouvrement des bornes d'alimentation d'un second métal conducteur, la formation des conducteurs de dérivation se fera pendant cette phase avec le même second métal conducteur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement dans la description qui suit, faite en référence à la planche unique des dessins annexés. Dans les dessins - la figure 1 représente une vue partielle en coupe, suivant la ligne I-I indiquée à la figure 2, d'un dispositif à circuits intégrés conforme à l'invention, donné à titre d'exemple; et - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif représenté sur la figure 1, illustrant un exemple de configuration d'un circuit de dérivation conforme à l'invention. En référence aux figures 1 et 2, un dispositif à circuits intégrés conforme à l'invention (10) est formé à partir d'un corps semi-conducteur (11), dont une face (12) inclut des composants électroniques (13a, 13b, 13c...) (représentés symboliquement dans les dessins) et porte un réseau métallique d'interconnexion (14) comprenant des conducteurs d'alimentation (14a, 14b, 14c...), des conduc- teurs de signal (14'), et des bornes (15) généralement disposées à la périphérie du corps (11) pour être connectées à des éléments conducteurs extérieurs (non représentés). Les bornes (15) se répartissent en bornes d'alimentation (15a,...) et bornes d'entrée-sortie de signal (15'a, 15'b, 15'c, 15'd,...). A cause de l'intensité relativement élevée qui est susceptible de passer par les bornes d'alimentation, elles sont généralement constituées par la réunion de deux ou plusieurs plages adjacentes, formées de manière similaire aux bornes d'entrée-sortie, comme représenté. Le réseau métallique d'interconnexion (14) représenté sur les figures 1 et 2 est formé, pour des raisons de commodité d'illustration, d'une seule couche conductrice reposant sur la face (12) du corps (11) du dispositif (10). L'épaisseur de cette couche est prédéterminée, lum par exemple. Les conducteurs de signal (14') ont une faible largeur, variant par exemple entre 6 et 10jum, tandis que les conducteurs d'alimentation ont une largeur variable plus grande. De manière classique, les conducteurs d'une couche du réseau métallique (14) sont noyés dans un matériau électriquement isolant (16). Dans la technique antérieure, le matériau isolant (16) recouvrait uniformément le réseau métallique d'interconnexion (14), tandis que les conducteurs d'alimentation étaient reliés aux bornes d'alimentation selon des largeurs appropriées pour rester dans les - 6 - domaines de tolérance de chute de tension et de dissipation thermique prédéterminée. En outre, les bornes d'alimentation (15a,...) et d'entrée-sortie (15'a, 'b,...) peuvent être recouvertes d'une couche épaisse (de 15 à 20pm par exemple) d'un second métal conducteur (17) destiné à permettre la connexion fiable et aisée, par soudure ou par contact, de ces bornes à des éléments conducteurs extérieurs correspondants. Un métal parti- culièrement approprié à cette fonction pour le soudage est l'or ou un alliage à base d'or. Afin que le second métal adhère au métal généralement différent de celui constituant le réseau d'interconnexion (l'aluminium ou le cuivre), une ou plusieurs couches d'adhérence (18) sont déposées préalablement au dépôt du second métal (17). Pour l'adhérence de l'or ou d'un alliage à base d'or, on dépose habituellement une première couche de titane sur la borne du réseau, suivie d'une couche de tungstène. Selon l'invention, le dispositif comporte, au-dessus du réseau métallique (14) et de son matériau isolant (16), un réseau de conducteurs de dérivation de courant (19) présentant une faible résistance électrique relativement aux conducteurs d'alimentation (14a, 14b, 14c,...) et s'étendant entre au moins la borne d'alimentation (15a) et des points ou surfaces prédéterminés (20a, 20b,...) d'au moins l'un desdits conducteurs d'alimentation. Conformément à l'exemple illustré, le réseau de conducteurs de dérivation (19) est avantageusement formé du second métal précité qui recouvre, de manière classique, les bornes d'alimentation notamment. Pour la connexion du réseau de conducteurs de dérivation (19) aux divers points prédéterminés (20a, 20b, 20c,...) des conducteurs d'alimentation, on ménage préalablement, dans le matériau isolant (16), des ouvertures (21) mettant à découvert des surfaces correspondantes des conducteurs d'alimentation désignés (14a, 14c,...) et on étend la - 7 - couche d'adhérence (18) sur toute la surface de la couche isolante (16) qui est destinée à comporter le réseau de dérivation (19). A titre d'illustration, la couche (17) a 15 à 20pm d'épaisseur, et une largeur moyenne de 250jam. De la sorte, la résistance carrée des conducteurs de dérivation est au plus de 1 milliohm, alors que la résistance carrée de la couche d'aluminium du réseau d'interconnexion (14) est de 25 milliohms pour une épaisseur de lpm. D'une manière générale, une résistance électrique dix fois moins résistive que celle du réseau d'interconnexion peut être facilement atteinte, puisque l'on dispose, audessus du réseau d'interconnexion, d'une grande surface et d'une hauteur non limitée pour la formation des quelques con- ducteurs de dérivation nécessaires. Par conséquent, la largeur des conducteurs d'alimentation (14a, 14b, 14c,. ) du réseau d'interconnexion (14) peut être réduite jusqu'à dix fois la taille qu'ils auraient dû avoir dans la technique antérieure et, de plus, leur nombre peut être réduit grâce à l'interconnexion qu'est capable de réaliser le réseau de dérivation (19). On..DTD: supprime ainsi du réseau d'interconnexion (14) les conduc- teurs d'alimentation communs qui occuperaient normalement le plus de place, de sorte que le réseau d'interconnexion peut, à la limite, inclure seulement des conducteurs d'alimentation ne véhiculant que de faibles courants. Cela explique le gain considérable de concentration du circuit que l'on peut obtenir grâce à l'invention. La disposition relative des conducteurs de dérivation et d'alimentation peut être quelconque. Ils seront généralement parallèles et orthogonaux entre eux. En outre, les conducteurs d'alimentation peuvent n'avoir aucune liaison directe avec les bornes d'alimentation et -8- ne recevoir leur énergie que par l'intermédiaire des conducteurs de dérivation. Cela évite ainsi un encombrement du réseau métallique d'interconnexion au voisinage des bornes d'entrée-sortie. Dans l'exemple illustré, la couche de dérivation (17) a été avantageusement formée au cours de la phase du procédé consistant à revêtir lep bornes d'alimentation et d'entrée-sortie de signal, à base du même métal. Bien que ce métal, l'or par exemple, grève le prix de revient du dispositif, il intervient dans la phase nécessaire de dorure des bornes (15) et a pour conséquence nettement plus souhaitable de réduire notablement la surface du dispositif pour le même nombre de composants et sensiblement le même réseau d'interconnexion. Il ressort de la description qui suit que l'invention peut comporter de nombreuses variantes. Par exemple, la couche de dérivation (17) peut être faite du même matériau que celui constituant le réseau métallique d'interconnexion, une couche d'or pouvant être éventuellement déposée sur la couche de dérivation (17) pour la connexion par soudure du dispositif à des éléments de raccordement extérieurs. D'autre part, les composants (13a, 13b, 13c,...) peuvent être formés sur la face (12) du corps (11) d'une manière quelconque, par diffusion ou par implantation ionique par exemple, l'invention étant indifférente au mode de for- mation de ces composants. _9- REVENDICATIONS 1. Dispositif à circuits intégrés, du type comprenant un corps semiconducteur, dont une face inclut des composants électroniques et comporte un réseau métallique d'interconnexion comprenant des conducteurs d'alimentation disposés entre lesdits composants électroniques et des bornes d'alimentation en énergie électrique, caractérisé en ce que ladite face comporte, au-dessus du réseau mé- tallique d'interconnexion, des conducteurs de dérivation ayant une faible résistance électrique relativement auxdits conducteurs d'alimentation et s'étendant entre au moins une desdites bornes d'alimentation et des surfaces prédéterminées d'au moins l'un desdits conducteurs d'alimentation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs de dérivation sont formés d'un métal permettant la soudure de ce métal à des éléments de raccordement extérieurs. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la résistance électrique des conducteurs de dérivation est au moins environ dix fois plus petite que celle des conducteurs du réseau métallique d'interconnexion. 4. Procédé de fabrication d'un dispositif à circuits intégrés à partir d'un corps semi-conducteur, du type comprenant: une phase de formation d'une pluralité de composants sur une face du corps du dispositif; une phase de formation sur ladite face, à partir d'un premier métal, d'un réseau d'interconnexion comprenant des bornes d'alimentation et des conducteurs d'alimentation isolés par un matériau isolant; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ménager, dans ledit matériau isolant, des ouvertures mettant à découvert des surfaces - 10 - desdits conducteurs d'alimentation, et à disposer, entre lesdites surfaces et au moins l'une desdites bornes d'alimentation, des conducteurs de dérivation ayant une faible résistance électrique relativement auxdits S conducteurs d'alimentation. 5. Procédé selon la revendication 4, du type comportant une phase de recouvrement des bornes d'alimentation d'un second métal conducteur, caractérisé en ce que la formation desdits conducteurs de dérivation est faite lors de ladite phase de recouvrement des bornes d'alimentation, avec ledit second métal.