Brevet FR2601501A1 — publié le 19880115

Titre: SUBSTRAT CONDUCTEUR MULTICOUCHE. La présente invention se rapporte à un substrat conducteur multicouche pour regrouper des composants électroniques tels que des microplaquettes de circuit intégré (IC). Un exemple de substrats conducteurs multicouches conventionels est décrit dans le brevet U.S. No. 4 578 304. Dans le substrat représenté sur. la figure 1 du brevet U.S., des couches isolantes 5 dénommées couches isolantes en couches interposées sont déposées entre les couches 7 conductrices des signaux et sont formées avec un matériau isolant organique comme une résine de polyimide. On peut réduire le délai de propagation des signaux qui se propagent à travers les couches conductrices 7 qui sont dans le substrat en réduisant la capacité électrostatique des couches conductrices 7. La résine de polyimide, qui a une faible constante diélectrique, convient dans ce but.Toutefois, la résine de polyimide présente une tangente de l'angle de perte diélectrique de 0.02 (à 1 megahertz (MHz)) de loin supérieure à celle de chacun des matériaux isolants inorganiques comme le dioxyde de silicium et l'alumine (val203). Les tangentes de l'angle de perte diélectrique du dioxyde de siLicium et- de l'alumine sont 0.00001 (à 1 MHz-) et 0.00002 (à 1 MHZ), respectivement. Si une couche conductrice est en contact avec un matériau isolant présentant une importante tangente de l'angle de perte diélectrique, l'atténuation des signaux (impulsions) qui se propagent à travers la couche conductrice devient plus important lorsque le débit des signaux augmente. Lorsque le débit des signaux atteint environ 500 mégabits/seconde,- la couche conductrice ne peut plus propager les signaux avec précision. D'un autre côté, les matériaux isolants inorganiques mentionnés ci-dessus tels que le dioxyde de silicium et l'alumine présentent une constante diéléctrique plus élevée qui provoque un accroissement du délai de propagation des signaux dans les couches conductrices bien que leurs tangentes d'angle de perte diélectrique soient faibles. Un but de l'invention est donc de proposer un substrat conducteur multicouche exempt des inconvénients,mentionnés ci-dessus, du substrat conventionnel. Selon l'un des aspects de l'invention, on propose un substrat qui comporte: une pluralité de couches conductrices faites d'un matériau électriquement conducteur; et une pluralité de couches isolantes interposées dont chacune est composée d'un ou plusieurs films isolants organiques~ et d'un ou plusieurs films isolants inorganiques, pour réaliser l'isolation entre lesdites couches conductrices. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux à partir de la description qui suit ,prise en liaison avec les dessins joints sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe trans versale d'une première réalisation de l'invention; - les figures 2A à 2E sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication de la première réalisation; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une seconde réalisation de l'invention; et - les figures 4A à 4G sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication de la seconde réalisation. Sur les dessins les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments de structure. En se reportant à la figure 1, une première réalisation de l'invention comporte une section substrat céramique 10 et une section couche conductrice des signaux 50. Des couches conductrices de signaux 11, des couches conductrices de la source d'alimentation puissance 12 et des voies conductrices par trou débouchant 13, constituées de matériaux électriquement conducteurs, sont formées à l'intérieur de la section 10. Des points de soudage 40 pour fixer les broches sont formés sur la surface inférieure de la section 10. Des broches d'entrée/sortie 41 sont fixées aux points de soudage 40. La section 50 comporte des couches isolantes interposées 51 et des couches conductrices 52. Chacune des couches isolantes 51 comporte un film isolant inorganique 51-1 et un film isolant organique 51-2. Sur la surface supérieure de la section 50 est montée une microplaquette de circuit imprimé 30 électriquement reliée à celle des couches conductrices 52 qui est la couche supérieure, par l'intermédiaire de conducteurs 32. Chacune des couches conductrices 52 est électriquement reliée à l'une, prédéterminée, des couches il et 12 de la section 10 et certaines des couches 52 sont électriquement reliées aux broches 41 par l'intermé diaire des voies conductrices par trou débouchant 13. Du fait que les couches conductrices 52, bien qu'elles soient en contact avec les films isolants organiques 51-2 sur leur surface inférieure, sont en contact avec les films isolants inorganiques 51-1 sur leur surface supérieure et sur leurs surfaces latérales, leurs tangentes d'angle de perte dans le diélectrique peuvent être suffisamment réduites. On va maintenant décrire un procédé de fabrication du substrat représenté sur la f#igure 1. En se reportant à la figure 2A, on prépare la section substrat céramique 10 par une méthode connue telle que celle décrite dans le brevet U.S. No. 4 245 273, puis, par un procédé bien connu d'attaque ou de placage sélectif, on forme une première couche conductrice 52a d'or ou de cuivre selon un dessin désiré et d'une épaisseur de 5 à 10 microns (p). En se reportant maintenant à la figure 2B, on forme un film isolant inorganique 51a-1 de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium, d'une épaisseur de 5 à 10 , par le procédé de dépôt en phase gazeuse par voie chimique (CVD) d'un plasma obtenu par résonance éLectronique en cyclotron (ECR) pour couvrir la totalité de la surface supérieure de la section 50 et de la couche 52a. Du fait que ce procédé utilise le phénomène de résonance éLectronique en cyclotron ECR, au lieu d'un filament thermique produisant le plasma, pour utiliser efficacement l'énergie du plasma, on peut former par ce procédé, sans chauffer, un film de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium de haute qualité. En se reportant à la figure 2C, on forme, par le procédé décrit ci-dessous, sur le film isolant 51a-1, un film isolant 51a-2 fait d'un matériau isolant organique tel qu'un polyimide ou qu 'un fluorure, avec des trous 53a s'ouvrant à des positions désirées du film 51a-2. Dans un cas plus particulier r, on revêt le film 51a-1 d'une solution constituant un précurseur de polyimide photosensible distribué par la société Toray Industry Inc. sous le nom commercial Photoneece. Dans le cas de la solution présentant une viscosité de 40 poises, on obtient un film précurseur de polyimide d'une épaisseur d'environ 25 microns en revêtant en tournant la solution à 1000 tours par minute et en la faisant sécher pendant 90 minutes à une température de 800C (degrés centigrades). Seules les portions désirées du film sont alors exposées à la lumière à l'aide d'un masque de verre. L'énergie d'exposition est d'environ 50 à 100 mJ/cm2 (millijoules/centimètre. carré). Après exposition à la lumière, on développe le film avec un ag-ent de développement contenant principalement de l'alcool pour dissoudre les portions non exposées du film dans l'agent de développement, formant ainsi les trous 53a.Puis, on traite le film par étapes; tout d'abord à une température de 1800C pendant 30 minutes, puis à une température de 2500C pendant 30 minutes, et finalement à une température de 4000C pendant 30 minutes. Ces étapes convertissent le film précurseur de polyimide en film de polyimide 51a-2. L'épaisseur du film 51a-2 après traitement est de 10 à 12 # . Comme décrit ci-dessus, le film de polyimide 51a-2 présentant les trous 53a est formé comme représenté sur la figure 2C. Puis, comme représenté sur la figure 2D, on attaque le film isolant inorganique situé sous les trous 53a au moyen d'une solution d'attaque du groupe de l'acide fluorhydrique pour former les trous. Le film 51a-2 sert alors pour résister à l'attaque. Par conséquent, les trous formés dans le film de polyimide 51a-2 et les trous formés dans le film inorganique 51a-1 sont formés exactement aux mêmes positions au-dessus de la section 50 sans provoquer d'erreur de correspondance de position. La première couche isolante 51a de la structure à double film composée du film isolant inorganique 51a-1 et du film de polyimide 51a-2 et présentant les trous débouchant 53 est ainsi formée. En répétant des processus similaires sur la couche 51a, on forme en outre, comme sur la figure 2E, une seconde couche condutrice 52b et une seconde couche isolante 51b composée d'un film isolant inorganique 51b-1 et d'un film de polyimide 51b-2. En se reportant maintenant à la figure 3, une seconde réalisation de l'invention comporte une section substrat céramique 60 et une section couche conductrice des signaux 70. On forme la section 70 sur la section 60 qui présente, en son intérieur, les couches conductrices 61 et 62 et une voie conductrice par trou débouchant 63. La section 70 comporte une pluralité de couches conductrices 72 et une pluralité de couches isolantes interposées 71 formées entre les couches conductrices 72, respectivement. Chacune des couches isolantes 71 comporte un premier et un second films isolants inorganiques 71-1 et 71-3 et un film isolant organique 71-2 formé entre les films 71-1 et 71-3. On va maintenant décrire un procédé de fabrication du substrat représenté sur la figure 3. En se reportant à la figure 4A, sur la surface supérieure de la section 60, on forme une première couche conductrice 72a d'or, de cuivre ou d'aluminium d'une épaisseur de 2 à 10 p , selon un dessin désiré, par le procédé d'attaque ou par le procédé de placage sélectif. En se reportant maintenant à la figure 4B, on forme un premier film isolant inorganique 71a1 de dioxyde de silicium, de nitrure de silicium ou de diamant, d'une épaisseur de Su , pour couvrir complètement la surface de la section 60 et de la première couche conductrice 72, par le procédé CVD de dépôt, en phase gazeuse par voie chimique, d'un plasma obtenu par résonance éLectronique en cycLotron ECR. Comme représenté sur la figure 4C, par le procédé semblable au procédé utilisé pour le film 51a-2 de la première réalisation, sur le film 71a-1, on forme un film isolant 71a-2 d'un matériau isolant organique tel que le polyimide, avec les trous traversants 73 s'ouvrant aux positions désirées du film 71a2. En se reportant à la figure 4D, on forme de la même façon sur le film 71a-1 un second film isolant inorganique 71a-3. Comme représenté sur la figure 4E, on attaque au moyen d'une solution d'attaque du groupe de l'acide fluorhydrique les portions des films 71a-1 et 71a-3 sur lesquelles sont formés les trous traversants 73. Cette attaque peut s'effectuer par le procédé bien connu d'attaque à sec avec le gaz fléon. Le film 71a2 est à peine attaqué dans ce procédé d'attaque. De cette façon, il se forme une couche isolante interposée 71a composée de trois films. Comme représenté sur la figure 4F, on forme ensuite une seconde couche conductrice 72b de façon semblable à la première couche conductrice 72a et on relie électriquement la première et la seconde couches conductrices au moyen des trous débouchants. On plaque ensuite d'autres couches isolantes et d'autres couches conductrices sur le substrat représenté sur la figure 4F de la même façon que pour les couches 71a et 72a. Comme décrit ci-dessus, l'invention peut réduire efficacement la constante diélectrique spécifique et la tangente d'angle de perte diélectrique en constituant une couche isolante interposée au moyen d'une multicouche constituée d'un ou plusieurs films isolants de résine orga-ni#que et d'un ou plusieurs films isolants inorganiques pour réaliser une propagation des impulsions à vitesse extrêmement élevée dans la couche conductrice entourée par les couches isolantes interposées. L'invention peut fournir une couche isolante interposée qui présente à la fois la souplesse du film isolant organique et la dureté du film isolant inorganique dans une proportion optimale, et qui présente en outre une excellente résistance mécanique. Bien que l'on ait décrit l'invention en liaison avec ses réalisations préférées, l'homme de l'art pourra facilement mettre en pratique cette invention de différentes autres façons. REVENDICATIONS 1. Substrat conducteur multicouche comportant une pluralité de couches conductrices (52, 72) faites d'un matériau électriquement conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de couches isolantes (51, 71) interposées dont chacune est composée d'un ou plusieurs films isolants organiques (51-2, 71-2) et d'un ou plusieurs films isolants inorganiques (51-1, 71-1, 71-3) pour réaliser l isolation entre lesdites couches conductrices. 2. Substrat conducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que Ledit fiLm isolant organique (51-2,71-2) est formé avec L'une des deux résines de polyimide et de fluorure. 3. Substrat conducteur multicouche selon La revendication 1, caractérisé en ce que ledit film isolant inorganique (51-1, 71-1, 71-3) est formé avec le dioxyde de silicium ou le nitrure de silicium. 4. Substrat conducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film supérieur et le film inférieur de chacune desdites couches isolantes interposées sont Ledit film isolant inorganique (71-1, 71-3). 5. Substrat conducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites couches conductrices et Lesdites couches isolantes interposées sont formées sur un substrat céramique (10).