Brevet FR2616291A1 — publié le 19881209

-1- La présente invention concerne le domaine de la formation des composants électroniques et plus particu- lièrement, un nouveau procédé de formation de circuits conducteurs et de surfaces planes de diverses épaisseurs sur des composants électroniques miniaturisés. Dans la fabrication des composants électroniques, comme des composants en circuits intégrés, des conden- sateurs et autres, et particulièrement des composants miniaturisés du type décrit, il est hautement souhaita- ble d'utiliser la surface du substrat de la manière la plus efficace possible afin de permettre de concentrer une quantité maximale de circuits sur une surface mini- male. Des dispositifs du type décrit comprennent néces- sairement un grand nombre de circuits conducteurs entre des éléments individuels de circuits et aboutissant éga- lement à des surfaces de terminaison pour connecter des composants auxiliaires. Certains des conducteurs intéri- eurs peuvent transmettre des courants d'intensité très limitée et par conséquent, ils peuvent avoir une très faible section. D'autres des composants intérieurs sur le même substrat peuvent conduire des courants d'une intensité notable et doivent donc avoir une section net- tement plus grande. En outre, lorsque des connexions entre des circuits conducteurs et des bornes aboutissant à l'extérieur du dispositif doivent être effectuées, il est hautement souhaitable que l'interface entre les bor- nes et les circuits conducteurs aient une conductivité plus grande que celle des circuits conducteurs eux-mêmes. Les circuits conducteurs sont généralement faits de matières coûteuses, comme d'argent et d'or et il est donc hautement souhaitable qu'ils soient adaptés aux ca- pacités de conductance nécessaire pour que la quantité de matière utilisée ne soit ni trop grande, ni trop pe- tite. Dans la fabrication des composants électroniques -2- miniatures, des circuits conducteurs de diverses capa- cités de conduction de courant ont été fabriqués selon l'un ou l'autre de deux procédés acceptés. Selon un pre- mier procédé, la matière conductrice est déposée par écran sur la surface du substrat, à travers un masque qui comporte des trajets étroits quand la capacité de conduite de courant du conducteur n'est pas trop élevée et des trajets plus larges lorsque des courants plus in- tenses doivent apparaître, comme les bornes d'alimenta- tion d'un circuit intégré. Dans tous les cas, selon ce procédé, l'épaisseur du circuit conducteur est réglée par l'épaisseur du masque et par conséquent, une plus grande conductivité ne peut être obtenue qu'en formant un circuit plus large, avec pour résultat qu'unesurface substantielle du substrat est couverte par des circuits de haute conductivité quand cela est nécessaire. Dans le but d'utiliser plus économiquement la sur- face du substrat, il a été suggéré de former les circuits conducteurs avec une épaisseur variable plutôt qu'une largeur variable. Les procédés utilisés jusqu'ici pour former des circuits d'épaisseur variable ont soulevé des inconvénients qui ont empêché leur mise en pratique. Selon un premier procédé, une ou plusieurs séries de circuits conducteurs sont formées sur le substrat en utilisant un masque d'une première épaisseur ce dont il- résulte la formation de circuits conducteurs correspon- dant à l'épaisseur du masque. Ensuite, lorsqu'il y a lieu de former des circuits conducteurs de plus grande épaisseur, le premier masque est enlevé et un second masque de plus grande épaisseur le remplace de sorte qu'il est possible de déposer sur le substrat une matière formant conducteur correspondant à la plus grande épais- seur du second masque. Comme cela apparait facilement si l'on considère que certaines des surfaces du substrat peuvent ne mesurer que quelques centaines de microns -3- dans chaque direction, la coordination du positionnement d'un premier masque et d'un second masque présente des difficultés presque insurmontables, particulièrement dans le cas o des pièces miniaturisées doivent être fa- briquées par centaines ou par milliers à la fois. Une tentative a été faite pour fabriquer des piè- ces d'épaisseurs variables avec une seule opération de masquage. Un tel procédé est suggéré par Presco Screen Division of the AMI Corporation ol North Branch, New Jersey. En résumé, ce procédé consiste à disposer un écran ayant une surface plane placée contre le substrat pour recevoir les composants conducteurs. La surface supérieure de l'écran est gravée dans certaines régions lorsqu'il y a lieu de déposer des pellicules minces. Des ouvertures sont formées dans l'écran, à la fois dans les régions gravées et les régions d'épaisseur to- tale. EN utilisation, des encres ou des pâtes de for- mation d'électrode sont forcées à travers les diverses ouvertures de l'écran, à savoir les ouvertures dans les régions gravées d'épaisseur réduite et dans les régions d'épaisseur totale. Un rouleau souple, hautement élas- tique, est passé sur la surface de l'écran, ce rouleau pénétrant dans les régions gravées d'épaisseur réduite afin de réduire la colonne ou l'épaisseur de matière passant par les ouvertures dans ces régions d'épaisseur réduite, jusqu'à un niveau qui correspond essentiellement à la hauteur de la région gravée. Le rouleau reçoit éga- lement la matière en excès de sorte que les ouvertures dans les régions d'épaisseur totale sont pratiquement remplies. Après l'application du passage du rouleau, le masque est enlevé du substrat laissant des accroissements d'une première épaisseur en alignement avec les ouvertu- res des régions d'épaisseur totale du masque et laissant des accroissements plus minces de la matière d'électrode dans les régions alignées avec des parties gravées du 261629 1 -4- masque. Comme cela ressort de la description de ce mas- que, le procédé ci-dessus n'est que d'une utilité li- mitée, particulièrement lorsque des composants miniatu- risés doivent être traités. Tout d'abord, étant donné que la formation des parties de formation d'électrode de demi- hauteur dans les régions gravées dépend de la possibi- lité du rouleau de pénétrer dans ces régions gravées tandis que ses parties voisines sont supportées par les régions d'hauteur totale, il est évident que ce dispo- sitif ne peut être utilisé que conjointement avec les conformations larges et bien séparées car l'épaisseur de la matière d'électrode dépend de la matière du rou- leau pénétrant jusqu'à la surface supérieure gravée de l'écran. En pratique, ce procédé ne peut être utilisé qu'avec des dimensions de plusieurs centaines de microns ou davantage, de sorte que ce procédé à écran ne con- vient pas pour traiter des composants électroniques mi- niaturisés. Enfin, un autre inconvénient de ce procédé réside dans le fait qu'en raison de l'extrême souples- se nécessaire pour que le rouleau pénètre dans les ré- gions gravées, ce rouleau fait sailliepartiellement dans les ouvertures des parties d'épaisseur totale de l'écran et déplace nécessairement des dépôts de matière par rapport à leur hauteur totale. Autrement dit, étant donné que la pression qui doit être nécessairement ap- plquée au rouleau doit être suffisante pour qu'il pénè- tre dans les régions gravées, la pression est également suffisante pour que des parties de ce rouleau pénètrent dans les ouvertures d'épaisseur totale, déplaçant ainsi de la matière de remplissage conductrice qui s'y trouve. En résumé, l'invention concerne donc un nouveau procédé d'application, par une seule opération d'écran, des épaisseurs de matière conductrice dans des positions exactement espacées et avec une épaisseur précise, sur un substrat à recouvrir, comme la couche diélectrique -5- d'un condensateur qui doit être formée avec une électro- de, un circuit conducteur ou résistant formé sur ure pas- tille de silicium, près de circuits conducteurs et de surfaces de connexion d'un composant en circuit intégré et autre. Le procédé de l'invention est particulière- ment avantageux pour la formation de dimensions aussi réduites que de l'ordre de 5 à 10 microns. Il faut noter que l'utilité essentielle du procédé réside dans la for- mation de circuits conducteurs de diverse hauteur ou de circuits conducteurs et de surfaces de connexion d'une plus grande hauteur que les circuits, mais il apparaît facilement que d'autres utilisations du procédé compren- nent le dépôt de régions de révêtement plus épaisses et plus minces, comme des régions de revêtement de verre appliquée sur des résistances, des régions plus épaisses étant appliquées sur les parties de la résistance qui res- tent constantes, les régions plus minces de verre dépo- sées sur les épaisseurs de la résistance qui doivent né- cessiter ensuite un réglage au laser. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé qui consiste à préparer un masque ayant une épais- seur supérieure pratiquement plape, ce masque ayant une épaisseur finie et comprenant des circuits ou des régions gravées à sa surface inférieure. Le masque comporte des ouvertures en alignement avec les circuits gravés à sa surface inférieure et en option, il peut comporter des ouvertures traversant ses régions d'épaisseur totale; En utilisation, la surface inférieure du masque est placée contre un substrat à revêtir et une matière en pâte ou une encre conductrice est forcée dans le masque en contact avec le substrat. L'extrusion des matières formant des électrodes ou des circuits électriques à travers le mas- que peut se faire au moyen d'une raclette ou d'un rouleau dur car, contrairement au procédé précèdent qui repose sur le fait que le rouleau pénètre dans les ouvertures 261629 1 -6- de l'écran, il est souhaitable-que dans le présent pro- cédé, la raclette ou le rouleau fonctionne simplement comme un niveleur. Quand la matière de formation d'élec- trodes a été forcée à travers l'écran, ce dernier est soulevé laissant des régions d'une première épaisseur correspondant à l'épaisseur totale du masque dans les parties occupées précédemment par les ouvertures traver- sant toute la hauteur du masque. Dans les régions pré- cédemment en alignement avec les parties du masque dans lesquelles la surface inférieure a été gravée, la hauteur de la matière déposée passant à travers les trous en alignement avec les régions gravées correspond pratiquement à la profondeur de la gravure. Autrement dit, les trous dans les régions gravées se comportent simplement comme des conduites permettant l'écoulement de la matière visqueuse qui occupe ensuite la totalité de la région gravée jusqu'à la hauteur de la surface di- rigée vers le bas de cette région. Un objet de l'invention est donc de proposer un procédé perfectionné de dépôt par écran permettant de former simultanément, en une seule opération de passage à l'écran, des épaisseurs différentes de matière dépo- sée sur un substrat. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé du type décrit ci-dessus grâce auquel il est possible de former deux ou plusieurs ré- gions d'épaisseurs différentes dans une seule opération d'application d'écran. UN autre objet encore de l'ivention est de propo- ser un procédé du type décrit ci-dessus dans lequel des àà dimensions aussi réduites que 5 à 10 microns peuvent être atteintes effectivement. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un procédé qui permet de former par écran et simultanément des configurations d'épaisseurs variables sur un substrat, et grâce auquel il est possible de former des régions de résistances -7- différentes en fonction de l'épaisseur déposée. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite à titre d'exemple nullement limitatif et en se référant aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une vue partielle de dessus d'une partie d'un écran selon l'invention, la figure 2 est une coucpe à plus grande échelle suivant la ligne 2-2 de la figure 1, la figure 2A est une vue similaire à celle de la figure 2 après l'application de la matière de formation d'électrodes, la figure 3 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne 3-3 de la figure 1, la figure 3A est une vue similaire à celle de la figure 3 après l'application de la matière de formation d'électrodes, et la figure 4 est une vue en perspective d'un subs- trat illustrant la configuration de matière appliquée, laissée après l'enlèvement du masque de la figure 1. Un procédé de formation, en une seule opération à l'écran, de configurations de matières appliquées sous des épaisseurs variables est donc illustré schéma- tiquement sur les figures. Comme cela apparaît à l'homme de l'art, les dimensions du masque et des matières appli- quées ont été très agrandies et simplifiées dans le ca- dre de la représentation. La figure 1 représente une partie 10 d'un masque, cette partie comprenant, à titre d'exemple, trois con- figurations séparées 11, 12 et 13. Une seule partie de formation de configuration est représentée mais il faut noter que cette configuration est reproduite des centai- nes ou même des milliers de fois à la surface inférieure d'un plus grand masque qui est à son tour superposé sur un substrat 14 de dimension comparable. En pratique, l'é- -8- paisseur totale D du masque peut être de l'ordre de quel- ques micromètres ou même moins. Comme le montrent mieux les figures 2 et 3, les configurations 11, 12 et 13 formant une seule répétition S ou partie 10 sont constituées par des ouvertures, par exemple 11',12' et 13'. Dans le cas de la configuration 13, toute la hauteur correspond à l'ensemble de la con- figuration 13. En outre, les configurations 11 et 12 sont gravées sur leurs surfaces inférieures, définissant dans la configuration ll une région en retrait 15 d'une épaisseur D'. D'une façon similaire, la configuration 12 comporte, à la surface inférieure du masque, une ré- gion en retrait 16 d'épaisseur T''. La région en retrait communique avec la partie de traversées 11' de la con- figuration 11 et d'une façon similaire, la région en re- trait 16 de la configuration 12 communique avec la par- tie de traversée 12' de la configuration 12. Plusieurs ouvertures de traversée 17 sont formées à travers le masque 10 en alignement avec les régions en retrait 15 et 16. Les figures 2A et 3A montrent les configurations 11, 12 et 13 remplies d'une matière: 18 de formation d'électrodes. Cette matière de formation d'électrodes est introduite dans les différentes cavités en en appli- quant un excès sur la surface 19 du masque (la surface supérieure) tandis que la surface inférieure 19' du mas- que est serrée étroitement contre le substrat 14, la matière en excès étant ensuite extrudée vers le bas pour remplir les cavités définissant les configurations 11, 12 et 13, par exemple en passant une raclette ou un rou- leau dur, ou encore un rouleau métallique, répétitive- ment sur l'excès de matière de formation d'électrodes préalablement déposées sur la surface supérieure 19. Comme le montre schématiquement la figure 4, après l'enlèvement du masque 10, trois parties 20, 21 et 22 -9- correspondant respectivement aux configurations 11, 12 et 13 sont déposées sur le substrat 14. La partie 20 comporte une partie ce circuit mince 20' dont l'épais- seur correspond à la profondeur T' du circuit ou du lo- gement à la surface inférieure du masque.-La partie 20 comporte également une partie 23 de hauteur totale cor- respondant à la profondeur complète de l'ouverture Il' formée dans le masque. D'une façon similaire, la partie 21 comporte une partie 24 de hauteur partielle corres- pondant à l'épaisseur de la partie T'' de la configura- tion 12 et une partie 25 de hauteur totale. La partie 22 a une hauteur constante T qui correspond à l'épais- seur du masque. La matière de formation d'électrodes utilisée a de préférence une viscosité élevée. Une encre possé- dant les propriétés rhéoligiques appropriées est diffu- see par Dupont Corporation sous le nom de marque de systèmes véhicules "Sprint", comme des encres ayant une viscosité de l'ordre d'environ 100 à 300 Kcps. La vis- cosité précise n'est pas critique pour la bonne éppli- cation du procédé. Mais il faut noter que de préférence, la viscosité est suffisamment élevée pour que la matiè- re ne coule pas après l'enlèvement du masque. Comme cela ressort de la description ci-dessus, le procédé dé l'invention convient pour la fabrication d'un grand nombre de composants électroniques ou simi- laires. A titre d'exemple nullement limitatifs, une u- tilisation typique serait la formation de condensateurs à céramique. Dans cette utilisation, il est possible d'imprimer sur couche diélectrique une mince configura- tion définissant la surface d'électrode du condensateur et une configuration épaisse sur le bord de l'électrode, définissant la terminaison. Par ce moyen, il est possi- ble d'assurer un bon contact électrique entre la matié- re de terminaison et les parties de bord épaissies des -10- électrodes. Une autreutilisation typique du procédé serait la formation d'un composant en circuits intégrés dans lequel des circuits épaissis sont nécessaires pour les bornes d'alimentation et des circuits plus minces suffisent pour d'autres de ces bornes. En outre, il est considéré que l'avantage prin- cipal de l'invention consiste en un procédé de forma- tion de conducteurs de diverses épaisseurs et par consé- quent, de diverses capacités de conduction de courant. Mais le procédé convient également à l'applica- tion de composés formant résistance, sous diverses épais- seurs dans lesquelles la résistance ohmique est fonc- tion de l'épaisseur du circuit conducteur. De nombreuses autres utilisations du procédé apparaissent. immédiate- ment aux yeux de l'homme de l'art familiarisé avec la présente description. Par conséquent, l'invention doit être considérée largement dans le cadre des revendica- tions annexées. -11- REVENDICATIONS 1. Procédé de formation, sur un substrat conduc- teur, de circuits d'épaisseurs variables, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à préparer un masque plan (10) comportant une surface supérieure (19) et une surface inférieure (19') planes, ladite surface inférieure dudit masque comprenant au moins un circuit en retrait (15,16) s'étendant vers ladite surface supé- rieure mais se terminant à une courte distance de cette dernière, au moins une ouverture (17) formée dans le- dit masque en alignement avec ledit circuit, ledit mas- que comprenant d'autres ouvertures (13) s'étendant sur toute l'épaisseur dudit masque, à placer ladite surface inférieure dudit masque contre ledit substrat (14) et à forcer ensuite une masse visqueuse (18) formant un con- ducteur vers le bas, à partie de ladite surface supérieu- re vers ladite surface inférieure à travers lesdites ouvertures pour remplir pratiquement lesdits circuits et lesdites ouvertures, et à enlever ensuite ledit mas- que et à faire en sorte que les parties dudit masque qui restent sur ledit substrat soient converties en une matière conductrice. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites autres ouvertures dudit masque cou- pent certains desdits circuits. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite masse (18) consiste en une pâte vis- queuse contenant des composants métalliques dispersés dans un liant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite masse est forcée dans lesdites ouvertu- res (13,15,16,17) par application d'un excès de ladite masse sur ladite surface supérieure et en appliquant en- 2 61 291 - 12 - suite une pression d'essuyage vers le bas contre ladite masse sur ladite surface supérieure. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pression d'essuyage vers le bas est appliquée en faisant passer ledit masque et le substrat au-dessous d'une raclette. 6. Procédé de dépôt simultané sur un substrat con- ducteur de régions d'épaisseur variable, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à préparer un masque plan (10) d'une épaisseur finie, ledit masque compre- nant une surface supérieure (19) et une surface inféri- eure (19') planes, une partie de circuit continu en re- trait (15,16) débouchant à ladite surface inférieure et s'étendant en partie vers ladite surface supérieure, ledit masque comprenant des ouvertures (17) s'étendant à partir de ladite surface supérieure et communiquant avec ladite partie de circuit, à placer ladite surface inférieure contre ledit substrat (14), à forcer ensuite une masse visqueuse (18) formant un conducteur à travers lesdites ouvertures pour remplir pratiquement ledit cir- cuit et à enlever ensuite ledit masque et à faire en sorte que les parties de ladite masse qui restent sur ledit substrat soient converties en une matière conduc- trice.