Brevet FR2524706A1 — publié le 19831007

Procédé d'élaboration de circuits d'interconnexion multicouches La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration de circuits d'interconnexion multicouches en particulier pour l'inter- connexion de circuits intégrés à grande échelle de type LSI. Il est usuel de chercher à obtenir des circuits d'interconnexion à haute densité de liaison, sous forme de circuits multicouches, notamment pour des circuits intégrés de type LSI En ce but on réalise un empilage de couches de pistes conductrices séparées par des couches isolantes, sur un substrat isolant Les pistes conductrices de couches différentes sont reliées entre elles par des traversées ménagées à travers les cou- ches isolantes suivant les besoins; celles de ces traversées qui sont ménagées dans l'une des couches isolantes externes permettent de relier les circuits intégrés qu'on vient y assujettir, avec les pistes de cou- ches internes. L'un des inconvénients présentés par les procédés de ce type est que les substrats isolants doivent posséder certaines caractéristiques pour l'élaboration des couches qui ne sont pas nécessairement compa- tibles avec les besoins électriques, thermiques ou mécaniques ulté- rieurs. La présente invention a donc pour objet un procédé d'élaboration de circuits d'interconnexion multicouches rentablement exploitable même avec de moyennes et petites séries de circuits, ce procédé permettant l'emploi de matériaux non nobles, donc moins coûteux, ainsi que la mise en oeuvre de techniques peu consommatrices en énergie. Selon une caractéristique de l'invention, on réalise en premier lieu une première couche conductrice en alliage à bas point de fusion sur un substrat temporaire métallique afin de servir de base de croissance à un empilage de couches comportant alternativement des zones conductrices d'interconnexion et des zones isolantes munies de traversées reliant les zones conductrices, suivant les besoins; on recouvre la dernière couche de l'empilage par un substrat permanent préférablement isolant situé de l'autre côté de l'empilage par rapport au substrat conducteur; l'on sépare par fusion de la première couche en alliage l'empilage de couches du substrat temporaire en mettant ainsi à nu des zones conductrices de l'empilage qui sont destinées à la mise en liaison électrique ultérieure 2- des zones conductrices internes avee des cireuits électriques extérieurs qu'elles ont pour objet d'interconnecter. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront évo- qués au cours de la description suivante et en liaison avec la figure unique définie ci-dessous. La figure unique présente une vue en arraché partiel d'un exemple schématique de circuit d'interconnexion réalisé par le procédé selon l'invention. En ce but on réalise en premier lieu une mince couche 2 d'alliage à bas point de fusion sur un premier substrat 1 électriquement conducteur métallique, destiné à servir de base de croissance à un empilage de couches. Le substrat peut par exemple être constitué d'une t 8 le d'acier usuelle et l'alliage est par exemple un alliage d'étain et de plomb du type de ceux qui sont classiquement utilisés pour la soudure d'inter- connexion de circuits électriques. L'épaisseur de la couche d'alliage 2 recouvrant le substrat 1 est préférablement choisie faible par exemple de l'ordre de 10 à 30 microns. En second lieu on dépose une première couche 3 en matériau iso- lant, par exemple une résine, sur la couche d'alliage 2 en laissant l'alliage à nu à l'intérieur du tracé des zones destinées à rester conductrices pour former les pistes d'interconnexion, les plots de connexion avec des circuits électriques extérieurs au composant en cours de formation, ou d'éventuelles traversées intercouches débouchant à ce niveau Le dépôt de la couche isolante est effectué par un procédé classique en ce domaine par exemple par sérigraphie ou par photolitho- graphie. L'épaisseur de la première couche isolante 3 est choisie égale à l'épaisseur que l'on veut donner aux pistes et plots de la couche de connexion que l'on va réaliser à la phase suivante. En troisième lieu on effectue une métallisation des zones de la couche d'alliage 2 qui ont été laissées à nu de manière que le métal déposé viennent affleurer le niveau supérieur libre de la première couche isolante 3 précédemment formée. La métallisation est par exemple de type électrolytique et le -3- métal formant les pistes 30, plots 31 et embases de traversées d'inter- connexion 32, 33 de la couche de connexion est par exemple du cuivre. En quatrième lieu, on dépose une seconde couche isolante 4 ne laissant à nu que les zones correspondant aux traversées intercouches, telles 32 ou 33 L'épaisseur de résine de cette couche 4 est fonction des caractéristiques recherchées notamment en ce qui concerne l'isolement. En cinquième lieu, on amène à nouveau par métallisation électro- lytique les surfaces métalliques laissées à nu, à niveau avec la surface supérieure libre de la couche isolante 4. En sixième lieu, on réalise une très mince couche conductrice dite d'amorçage 5 sur la surface plane composée de la seconde couche iso- lante 4 et des parties affleurantes des traversées intercouches Cette couche d'amorçage 5 a un tracé correspondant a celui des zones destinées à être conductrices dans la couche immédiatement supérieure à former ultérieurement, elle est formée de manière classique par exemple par sérigraphie ou par photolithographie. En septième lieu, on réalise une troisième couche isolante 6 en dehors des zones conductrices de la couche d'amorçage 5 L'épaisseur de cette troisième couche isolante 6, préférablement en résine, est égale- ment choisie égale à l'épaisseur que l'on veut donner aux pistes de la couche de connexion que l'on va réaliser à la phase suivante, le procédé de réalisation de cette couche isolante étant préférablement analogue à celui déjà utilisé. En huitième lieu, on amène à niveau, par métallisation électroly- tique, les zones laissées à nu de la couche d'amorçage 5 avec la surface supérieure libre de la troisième couche isolante 6, en formant ainsi les pistes conductrices d'une nouvelle couche d'interconnexion Préférable- ment le métal utilisé pour la réalisation des pistes, telles 60, 61 ou 62, par électrolyse est identique à celui déjà utilisé en ce même but au cours des phases précédentes et les dimensions des pistes sont classi- quement fonction des caractéristiques électriques recherchées, en parti- culier, en ce qui concerne l'intensité maximale admise. Par une répétition des quatre dernières opérations évoquées ci- dessus on réalise le nombre désiré de couches supplémentaires d'inter- connexion, telle la couche comportant les pistes 80, 81 noyées dans la -4couche isolante 8 réalisée sur la couche isolante 7 couvrant notamment les pistes 60, 61, 62 évoquées plus haut. Lorsque la dernière couche d'interconnexion, affleurant la couche isolante qui la contient, a été réalisée, telle la couche comportant les pistes 80 et 81 affleurant la surface supérieure libre de la couche isolante 8, on dépose une nouvelle couche de résine isolante 9 recou- vrant l'ensemble de la surface à l'exception d'éventuelles traversées intercouches destinées par exemple à constituer des drains thermiques, tel 32. Puis, on colle sur cette dernière couche isolante 9 un substrat permanent 10 en un matériau choisi en fonction des besoins. Ce substrat permanent 10 étant simplement collé peut être quel- conque puisqu'il n'a pas à respecter les contraintes imposées aux subs- trats sur lesquels on réalise des couches. Le substrat 10 peut donc être choisi parmi de nombreux matériaux éventuellement peu coûteux, métalliques, minéraux ou organiques, par exemple en métal bon conducteur de la chaleur, en verre, ou en céramique en fonction des contraintes électriques, thermiques ou mécaniques à satisfaire. En dernier lieu on sépare l'empilage de couches formées sur le substrat temporaire 1 en faisant fondre la couche d'alliage 2 par chauf- fage de cette couche au delà du point de fusion de l'alliage qui la compose. Ceci met donc a jour les surfaces devenues libres des plots 31, traversées intercouches 32 et pistes 30 réalisées au cours de la troi- sième phase, pour permettre la mise en liaison électrique ultérieure des zones conductrices internes à l'empilage avec des circuits électriques extérieurs non figurés qu'elles ont pour objet d'interconnecter selon une organisation donnée. De plus la fusion laisse subsister une couche d'alliage sur les surfaces conductrices affleurant la surface inférieure devenue libre de la première couche isolante 3 Ceci évite d'avoir à étamer les emplace- ments des connexions avec les liaisons provenant des circuits extérieurs que l'on viendra reporter sur la surface devenue libre de la première couche 3, si l'alliage fusible formant la couche 2 est convenablement choisi en appliquant les connaissances usuelles en ce domaine. - Le procédé selon l'invention permet donc de réaliser à faible prix des circuits multicouches d'interconnexion à haute densité en parti- culier pour circuits LSI en microboitiers, tout en conservant une grande liberté dans le choix du substrat final. Le faible coût est rendu possible par l'emploi de techniques peu consommatrices en énergie, telles que la métallisation électrolytique, o la cuisson à basse température et la possible mise en oeuvre de matériaux non nobles, tels que le cuivre ou le nickel. -6- REVENDICATIONS 1/ Procédé d'élaboration de circuits d'interconnexion multicouches, ca- ractérisé en ce qu'on réalise un empilage de couches ( 11), comportant alternativement des zones conductrices d'interconnexion et des zones isolantes munies de traversées reliant les zones conductrices, sur un substrat temporaire ( 1) métallique recouvert d'une première couche ( 2) conductrice en alliage à bas point de fusion, en ce qu'on recouvre la dernière couche ( 9) de l'empilage ( 11) par un substrat permanent ( 10) situé de l'autre côté de l'empilage ( 11) par rapport au substrat tempo- raire ( 1) et en ce que l'on sépare par fusion de la première couche ( 2) l'empilage de couches du substrat temporaire ( 1) en mettant ainsi à jour des zones conductrices ( 30, 31, 32) de l'empilage qui sont destinées à la mise en liaison des zones conductrices internes avec l'extérieur. 2/ Procédé d'élaboration de circuits d'interconnexion multicouches selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes inter- médiaires suivantes: dépôt d'une première couche isolante sur la mince couche d'alliage à bas point de fusion ( 2), en dehors de zones destinées à rester conduc- trices, notamment pour former des pistes d'interconnexion ( 30), des plots de connexion ( 31), ou des traversées débouchantes intercouches ( 32, 33), métallisation des zones non recouvertes par l'isolant de la première couche ( 3) et ce jusqu'au niveau supérieur de cette couche, à l'aide d'un métal bon conducteur, pour former une couche dite de connexion, dép 8 t d'une seconde couche d'isolant ( 4) sur la première couche iso- lante ( 3) et sur les zones conductrices de la couche de connexion à l'exception des zones destinées aux traversées intercouches ( 32, 33) métallisation des zones non recouvertes par la seconde couche d'iso- lant ( 4) jusqu'au niveau de cette seconde couche, de manière à former les traversées intercouches ( 32, 33, dépôt d'une mince couche d'amorçage ( 5) bonne conductrice, sur la seconde couche d'isolant ( 4) et sur les traversées intercouches qui y affleurent, selon un tracé fixant les positions des zones conductrices immédiatemement supérieures ultérieures, dépôt d'une troisième couche d'isolant ( 6) sur la seconde couche iso- lante ( 4) en dehors des zones conductrices définies par la couche -7d'amorçage ( 5), métallisation des zones conductrices définies par la couche d'amorçage jusqu'au niveau supérieur de la troisième couche isolante, répétition éventuelle des trois phases précédentes, dépôt d'une couche isolante supplémentaire ( 9) sur la dernière couche isolante obtenue et sur les zones métallisées qui y affleurent, à l'ex- ception d'éventuelles traversées intercouches. 3/ Procédé de réalisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les phases de dép 8 t des couches permanentes, sont obtenues par sérigra- phie ou photolithographie et que les phases de métallisation sont obte- nues par électrolyse. 4/ Procédé de réalisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de fusion conserve une pellicule d'alliage sur les zones conductrices extérieures ( 30, 31, 32, 33) de la couche de connexion pour le soudage ultérieur de composants rapportés.