Brevet FR2507387A1 — publié le 19821210

La présente invention a pour objet un procédé de revêtement d'un matériau isolant et un matériau obtenu par ce procédé. Elle trouve une application en hyperfréquence#et en microélectronique dans la réalisation de circuits hybrides à couches minces obtenus par photogravure de matériaux conducteurs ou résistifs et également en optique dans la protection des fibres optiques par une couche de revêtement. Les circuits hybrides à couches minces pour hyperfréquence sont réalisés par photogravure de métallisations généralement en chrome-or ou en nickel-chrome-or, déposées sur un substrat d'alumine. Le chrome ou le nickel-chrome, constitue une couche d'accrochage de l'or. Le nickel-chrome sert aussi à réaliser des éléments résistifs. Pour les circuits destinés aux bandes décimétriques ou centimétriques, le substrat utilisé est en général de l'alumine. Mais pour les circuits destinés à la bande millimétrique (fréquence supérieure à 16 GHz) et au-delà, on doit utiliser des substrats ayant une constante diélectrique inférieur-e à celle de l'alumine, ainsi qu'un meilleur état de surface. La silice est le corps qui répond le mieux à ces exigences. Comme pour l'alumine, les circuits sur silice sont réalisés par dépôt puis photogravure de couches métalliques en chrome-or (ou en nickel-chrome-or). Cette technique présente deux inconvénients : - la différence entre les coefficients de dilatation thermique de la silice et des métallisations chrome or (ou nickel-chrome-or), crée des contraintes à l'interface substrat-métallisations ; - le chrome (ou le nickel-chrome) ayant tendance à mi grer dans l'or (au cours du dépôt, lors d'échauffe ments ultérieurs, et par vieillissement naturel), il s'ensuit une dégradation, voire une disparition de la couche d'accrochage. Ces deux phénomènes sont à l'origine de la très mauvaise adhérence des métallisations sur les substrats en silice. On peut aller jusqu a un "clivage" du substrat sous l'influence d'un choc thermique. Cette fragilité entraîne une impossibilité de souder par thermocompression les fils d'or nécessaires à l'établissement des connexions. Dans le domaine de la protection des fibres optiques en silice, on rencontre également de grandes difficultés lorsque la couche protectrice est métallique et cela en raison de la très grande différence de coefficient de dilatation de la silice et des métaux utilisés pour le revêtement. Quant au revêtement des fibres par des gaines isolantes en plastique (polyvinyle), il conduit à des gaines de dimensions très importantes et peu résistantes. La présente invention a justement pour but un procédé de revêtement d'un matériau isolant qui évite ces inconvénients. A cette fin, elle préconise l'utilisation d'un revêtement comprenant au moins une couche de nitrure de titane. Il a été constaté, en effet, par les inventeurs, que le nitrure de titane conduit à une excellente adhérence sur les matériaux isolants, y compris sur ceux qui présentent un très faible coefficient de dilatation comme la silice. Plusieurs variantes sont possibles pour le procédé de 11 invention. Tout d'abord, on peut déposer la couche de nitrure de titane directement sur le matériau isolant. Ce sera notamment le cas du revêtement des fibres optiques. Cette couche remplacera les couches métalliques utilisées sans succès jusqu'à présent, ou les revêtements plastiques. Mais on peut déposer d'abord une couche métallique d'accrochage sur le matériau isolant puis une couche de nitrure de titane sur la couche d'accrochage. Ce sera le cas notamment pour les substrats destinés aux circuits électroniques pour lesquels la couche d'accrochage est en général en chrome ou en nickel-chrome. Enfin, on peut recouvrir la couche de nitrure de titane par une couche superficielle, notamment métallique et par exemple en or. Si une couche d'accrochage a été préalablement déposée sur le matériau isolant, la couche de nitrure de titane joue le rôle de barrière et évite la migration du métal de la couche d'accrochage dans la couche superficielle. Dans tous les cas, la structure obtenue présente une excellente adhérence. Sur la silice par exemple cette adhérence est supérieure à 100 kg/cm2. Dans le cas des substrats métallisés à couche d'or, la structure obtenue est compatible avec la soudure de fils d'or par thermocompression. L'invention a également pour objet un matériau isolant muni d'un revêtement, qui est obtenu par le procédé qui vient d'être défini. Ce matériau est caractérisé en ce que ce revêtement comprend au moins une couche de nitrure de titane. Comme pour le procédé, le matériau obtenu peut présenter plusieurs variantes. La couche de nitrure de titane peut être en contact avec le matériau isolant. Mais le revêtement peut comprendre une couche métallique d'accrochage déposée sur le matériau isolant, la couche de nitrure de titane étant déposée sur cette couche d'accrochage. Par ailleurs, la couche de nitrure de titane peut être recouverte d'une couche métallique par exemple en or. Naturellement, si l'invention est particulièrement utile dans le cas de la silice, elle peut être mise en oeuvre a fortiori avec d'autres matériaux isolants comme l'alumine, le verre, etc... Les caractéristiques de l'invention apparaitront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels - Xa BfWigre~-l représente un substrat isolant métallisé conforme à 11 invention, - la figure 2 représente une fibre optique revêtue d'une couche de nitrure de titane. Le produit représenté sur la figure 1 comprend un substrat 10 en silice, revêtu d'une couche 12 de chrome (ou de nickel-chrome) elle-même recouverte d'une couche 14 de nitrure de titane surmontée d'une couche d'or 16. La technologie de dépôt du chrome (ou du nickel-chrome), du nitrure de titane et de l'or, peut faire appel à la pulvérisation cathodique en présence de gaz traceur. Le module de pulvérisation comporte alors trois cathodes qui sont présentées successivement devant le substrat. Le gaz traceur peut être de l'argon. Il est bien entendu que ces conditions ne sont pas limitatives : le dépôt de nitrure de titane peut s'obtenir également par pulvérisation réactive de titane, ou par évaporation thermique (notamment sous bombardement électronique) de nitrure de titane, ou encore par évaporation thermique réactive de titane. La photogravure des dépôts de chrome (ou de nickel-chrome) et d'or fait appel à des moyens classiques. Le nitrure de titane est, quant à lui, gravé chimiquement à l'aide d'une solution dégageant de l'hydrogène naissant. A titre d'exemple, un processus technologique pour la fabrication des circuits destinés aux hyperfréquences, peut être le suivant a) - nettoyage des substrats en silice - dégraissage et nettoyage par immersion dans des bains ultrasoniques de flugène, puis d'acétone, et enfin d'éthanol - rinçage à l'eau désionisée ; - séchage par un courant d'argon ; - élimination des charges d'électricité stati que - soufflage d'argon sur le substrat avant mise sous vide b) - dépôt des matériaux les matériaux (chrome, nitrure de titane, or) sont déposés par pulvérisation cathodique ; la couche o d'accrochage de chrome (épaisseur : 150 A), la couche barrière de nitrure de titane (épaisseur o 500 A), et la couche d'or dont l'épaisseur est fonction de la fréquence de travail des circuits, sont déposées respectivement à l'aide de cibles en chrome, en nitrure de titane et en or ; le vide initial est de l'ordre de 10 6 torr ; la pression d'argon nécessaire à la formation du plasma est de 8.10 3 torr ; les puissances appliquées sont in férieures à 500 Watts pour chaque couche ; c) - photogravure des métallisations les dépôts étant effectués, les substrats sont re tirés du bâti de pulvérisation, nettoyés à l'al- cool, et recouverts par centrifugation d'une cou che de résine photosensible ; après les opérations classiques de photomasquage, les couches sont at taquées chimiquement - l'or dans une solution composée de 25 g d'iodure de potassium, 5 g d'iode pour 100 cm3 d'eau à 400C - le nitrure de titane dans une solution composée d'un volume d'hydroxyde d'ammonium pour deux vo lumes d'eau oxygénée, à la température ambian te ; - le chrome enfin, dans une solution acide de sul fate cérique à 400C ; cette solution est prépa rée de la manière suivante : pour 10 g de sulfa te cérique, ajouter 10 ml d'acide sulfurique concentré, puis 10 ml d'eau ; amener à ébulli tion pendant 5 min. ; refroidir, ajouter 45 ml d'eau, agiter jusqu'à dissolution, ajou ter 10 ml d'acide nitrique fumant et étendre à 100 ml avec de l'eau ; d) - report des composants actifs (transistors, dio des, etc...) ; ces composants, sous forme de pas tilles nues sont collés sur les métallisations à l'aide d'une résine époxy ; les prises#de contact sont effectuées par soudure de fils d'or par ther mocompression (température du support : 2200C, pression de l'outil : 30 gr.). La figure 2 montre une fibre optique 20 en silice revêtue d'une couche 22 de nitrure de titane. Cette couche assure une protection de la fibre contre la corrosion et l'abrasion. Elle peut être déposée par pulvérisation cathodique. REVENDICATIONS 1. Procédé de revêtement d'un matériau isolant, caractérisé en ce que l'on dépose sur ce matériau un revêtement comprenant au moins une couche de nitrure de titane. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose la couche de nitrure de titane directement sur le matériau isolant. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose d'abord une couche métallique d'accrochage sur le matériau isolant puis une couche de nitrure de titane sur la couche d'accrochage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'on recouvre la couche de nitrure de titane d'une couche métallique. 5. Matériau isolant muni d'un revêtement obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ce revêtement comprend au moins une couche de nitrure de titane. 6. Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de nitrure de titane est au contact avec le matériau isolant. 7. Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le revêtement comprend une couche métallique d'accrochage déposée sur le matériau isolant et une couche de nitrure de titane déposée sur la couche d'accrochage. 8. Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche d'accrochage est en chrome. 9. Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche d'accrochage est en nickelchrome. 10. Matériau selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la couche de nitrure de titane est recouverte d'une couche métallique. 11. Matériau selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche métallique qui recouvre la couche de nitrure de titane est en or. 12. Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau est une fibre optique. 13. Matériau selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le matériau est un substrat isolant destiné à supporter des éléments résistifs et conducteurs. 14. Matériau selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'il est en silice.