Brevet FR2569493A1 — publié le 19860228

La présente invention concerne un substrat multi-couches ayant une fine structure de câblage qui est utilisé dans les systèmes de traitement de données et detélécommuni- cations et, plus particulièrement, un substrat multicouches à circuit à intégration à grande échelle ou à intégration à très grande échelle. Un substrat multi-couches à intégration à grande échelle permet de construire des ordinateurs de haute vitesse avec une densité élevée en utilisant de l'or ou du cuivre ayant une résistance électrique suffisamment faible comme matériaux conducteurs. Comme matériau isolant entre couches de câblage du substrat multi-couches, on utilise des résines du groupe polyimide pour obtenir un isolement élevé et une faible constante diélectrique. On trouvera des détails sur la couche isolante en polyimide dans l'article de O.R. Abolitia et coll. ayant pour titre "MCP VIA CONFIGURATIONS", IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 24, n0 5 (Octobre 1981), pp. 2575-2576; l'article de D. Clocher et coll. intitulé CONTROLLED DIFFUSION BONDING IN MULTILEVEL PACKAGE", IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 24, n0 12 (Mai 1982), pp. 6364-6365 et l'article de W.B. Archey et coll. ayant pour titre "HIGH RELIABILITY METALLURGICAL STRUCTURE FOR MULTILEVEL SUBSTRATE WIRING", IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 24, n0 12 (Mai 1982), p. 6370. Les couches isolantes en polyimide proposées par ces articles comportent des trous permettant l'interconnexion de plans de mEtallisation conducteurs séparés par chaque couche isolante. Bien que ces trous dtinter- connexion soient taraudés, il est dans la pratique assez difficile de conférer une forme conique aux trous d'interconnexion . Par conséquent, on utilise généralement des trous d'interconnexion verticaux ou coniques dans le sens inverse. Dans ce dernier cas, il est difficile d'obtenir une bonne adhérence de la fine couche métallique par pulvérisation sur la paroi latérale de la couche isolante dans l'étape de formation d'une couche conductrice sur la couche isolante en polyimide.Un enduit photo-résistant reste dans les trous d'interconnexion lors des étapes de revêtement en enduit photo-résistant, d'exposition, et de développement. Cela est à l'origine de difficultés dans la formation du trou d'interconnexion et d' une coupure électrique entre la couche conductrice supérieure et le trou d'interconnexion. Par conséquent, les substrats multi-couches classiques souffrent de l'irlconvénient que la connexion du circuit s'avère insatisfaisante dans les essais électriques effectués après la formation du substrat. D'autre part, une cuisson à une haute température d'environ 9000C devient nécessaire lorsqu'on utilise une pâte d'or pour le substrat multi-couches, ce qui provoque une détérioration de la couche isolante en polyimide. Un objet de la présente invention est, par conséquent, un substrat multi-couches capable de donner une connexion électrique précise entre les couches conductrices et exempte des inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit un substrat, qui comprend un substrat isolé ; une première couche métallique conductrice formée sur le substrat isolé ; une couche organique isolante comportant des trous d'interconnexion de manière à former un élément d'interconnexion adhérant étroitement à la première couche métallique conductrice; un rital fritté a basse teapérature noyé dans les trous d'interconnexion de la couche organique isolante et une seconde couche métallique conductrice formée sur la couche organique isolante et le métal fritté à basse température. Selon un autre aspect de 1' invention, on prévoit un 's#bstrc#, qui comprend: un substrat isolant; une première couche métallique conductrice formée sur le substrat isolant; une couche organique isolante comportant des trous d' interconnexion de manière à former un élément d' interconnexion adherant étroitement à la première couche métallique conductrice; une pâte organique oon- ductrioe noyée dans les trous di interconnexion de la couche organique isolante; et une seconde couche métallique conductrice formée sur la couche organique isolante et le métal fritté à basse température. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels La figure 1 représente un substrat classique; La figure 2 représente un premier mode de réalisation de la présente invention ; La figure 3 représente un second mode de réalisation de la présente invention ; et Les figures 4 à 9 représentent les étapes de fabrication des premier et second modes de réalisation de la présente invention. Dans les figures, les mêmes références représentent des éléments structurels identiques. En figure 1, le substrat comportant une fine configuration classique de câblage comprend un substrat 1 isolé en céramique, une première couche métallique conductrice 2 formée sur le substrat, une couche isolante 3 en polyimide comportant des trous d'interconnexion 6 et formée de manière à recouvrir le substrat et la couche 2, et une seconde couche métallique conductrice 5 formée sur les couches 3 et 2. Il est difficile d'amener la couche 5 à adhérer étroitement à la paroi latérale de la couche isolante 3 par pulvérisation dans le processus de formation de la couche 5 d'une telle configuration. Dans les étapes de revêtement en enduit photo-résistant, d'exposition et de développement, l'enduit photo-résistant reste dans les trous 6. I1 en résulte que la formation des éléments d'interconnexion devient difficile et que des coupures électriques se produisent entre la couche 5 et ltélément d'interconnexiontraversant les trous d'interconnexion. En liaison avec la figure 2, un premier mode de réalisation de l'invention comprend un substrat en céramique 11 constitué de 97% d'alumine , une première couche conductrice 12 formée sur le substrat 11 et dont la couche inférieure est constituée de titane, de chrome, de tungstène, ou de palladium et la couche supérieure d'or, une couche isolante 13 en polyimide d'une épaisseur de 30 microns et formée sur la couche 12 et comportant des trous d'interconnexion dans la partie nécessaire, de l'or fritté à basse température 14 A noyé dans les trous dl interconnexion,et une seconde couche conductrice 15 dont la couche inférieure est formée sur l'or 14 A et la couche 13 et est constituée de titane, chrome, tungstène, ou palladium, et dont la couche supérieure est formée d'or. L'utilisation d'une résine en polyamide pour la couche isolante 13 permet d'obtenir une amélioration de la vitesse de propagation des signaux à cause de la faible constante diélectrique ainsi que de faciliter le traiteirent de micro-configuration par la régularité de la surface isolante. La formation de l'or 14 A fritté à basse température est illustrée dans les deux exemples suivants. Dans le premier exemple, une pâte d'or frittée à basse température, constituée de poudre d'or et de verre minéral pulvérisé, destinée à être frittée à une température de 4000C est noyée dans les trous d' interconnexion pour impression et frittage. Dans le second exemple, une poudre superfine d'or (100 nm) est placée directement dans les trous d'interconnexion et frittée à 4000C. En liaison avec la figure 3, les éléments structurels du second mode de réalisation, qui sont identiques à ceux du premier mode, sont le substrat en céramique 11, la première couche conductrice 12, la couche isolante 13 en polyimide, et la seconde couche conductrice 15. Cependant, le second mode de réalisation utilise une pâte organique conductrice 14 B, au lieu de l'or fritté à basse température 14 A du premier mode de réalisation. La pâte organique conductrice 14 B est un mélange de 85% en poids de poudre d'or de 1 micron et de 15% en poids d'acide de polyamide, qui est le précurseur pour le polyimide, lequel est alors durci à une température de 4000C. Le produit durci est conducteur. La température de 4000C utilisée pour obtenir l'or fritté à basse température 14 A et la pâte organique conductrice 14 B des premier et second modes de réalisation tombe dans la gamme des températures de résistance à la chaleur du polyimide de manière à empêcher la carburation de la couche isolante 13 en polyimide et sa détérioration. La taille du trou d'interconnexion dans ce mode de réalisation est 50 p x 50 ju et l'épaisseur de la couche isolante 13 est égale à 30 ju. Malgré cette différence, la différence de hauteur entre la première couche conductrice 12 et le trou d'interconnexion de la seconde couche conductrice 15 est faible à cause de la configuration où l'or fritté à basse température 14 A et la pâte organique conductrice 14 B sont noyés. Cela se traduit par une connexion sûre entre les première et seconde couches conductrices 12 et 15. On expliquera maintenant les détails des étapes de fabrication des premier et second modes de réalisation de la présente invention. En liaison avec la figure 4, du chrome ayant une épaisseur de 100 nm est placé par pulvérisation sur le substrat 11, puis c'est au tour du palladium 17 suivant une épaisseur de 100 nm. Sur la couche de palladium 17 on procède à un revêtement par rotation d'un enduit photo-résistant 18 du type positif liquide, constitué principalement d'éthyle cellosolve acétate, de xylène et de résine novolac. En liaison avec la figure 5, l'enduit photorésistant 18 revêtu par rotation est exposé et développé par un masque en chrome pré-décrit On utilise alors une couche de palladium comme électrode pour revêtir la première couche conductrice 12 d'or et former ainsi un motif. En liaison avec la figure 6, l'enduit photorésistant 18 est alors détaché, et du chrome 16 et du palladium 17 sont enlevés par attaque des parties autres que la couche 12. Le motif prédéterminé est ainsi formé. En liaison avec la figure 7, l'acide de polyamide 19, qui est le précurseur du polyimide, est appliqué par rotation pour former un revêtement ayant une épaisseur de 10 p. Le précurseur du polyimide contient une résine photo-sensible. La figure .8 représente l'étape d'exposition et de développement en utilisant un masque prédéterminé des trous d'interconnexion, qui est nécessaire à cause de cette propriété de photo-sensibilité, et le trou d'interconnexion résultant a pour dimensions 50 > i x 50 . L' acide de polyamide 19 est cuit sous atmosphère de N2 à une température de 400oC, et une couche isolante 13 en polyimide est formée. En liaison avec la figure 9, une quantité appropriée d'or fritté à basse température 14 A ou de pâte organique conductrice 14 B est placée sur la couche isolante 13, et l'or 14 A ou la pâte 14 B sont noyés dans les trous d'interconnexion par un cingleur en caoutchouc. L'or 14 A ou la pâte 14 B restant dans la couche 13 doivent être totalement enlevés. On procède alors au frittage ou à la cuisson à une température de 4000C de l'or 14 A ou de la pâte 14 B. En liaison de nouveau avec les figures 2 et 3, le motif de la seconde couche conductrice 15 est formé par utilisation du masque prescrit en chrome et en suivant les mêmes étapes que pour la formation de la première couche conductrice. La présente invention permet une connexion sûre entre les couches conductrices multi-couches et l'amélioration de leur fiabilité. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits; elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Substrat multi-couches à haute densité, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat isolé (11); une première couche métallique conductrice (12) formée sur le substrat isolé une couche organique isolée (13) comportant des trous d'interconnexion (14) qui relient lescouches métalliques conductrices supérieure et inférieure et formée sur la couche métallique conductrice un métal fritté à basse température (14 A) ou une pâte organique conductrice (14 B) noyés dans les trous d'interconnexion reliant les couches métalliques conductrices supérieure et inférieure ; et une seconde couche métallique (15) forme sur la couche organique isolée et le métal fritté à basse température ou la pâte organique conductrice.