Brevet FR2658976A1 — publié le 19910830

-,À PROCÉDÉ DE LIFT-OFF (ENLEVE 4 ENT D'UNE COUCHE PAR DECOLLEIENT D'UNE COUCHE SOUS-JACENTE) MECANIOUE La présente invention concexrne un procédé dit de lift- off ou procédé d'enlèvement de couches par soulèvement. On cornait dans l'art antérieur des procédés de lift- off de type chimique qui consistent à retirer sélectivement une partie d'un dépôt obtenu par une méthode physique (pulvérisation ou évaporation) ou chimique (dépôt chimique en phase vapeur) en intercalant sous les zones que l'on veut éliminer une couche intermédiaire soluble dans un agent chimique. Certaines étapes du procédé classique de lift-off chimique sont illustrées en relation avec les figures 1 à 3 dans le cadre d'une application particulière o l'on veut remplir des trark-Jhes formées dans un substrat. On part d'un substrat 1 sur lequel on dépose la couche intermédiaire dite couche de lift-off ou de soulèvement 2 Ensui- te, comme le représente la figure 1, on grave la couche 2 et l'on forme des trarches 3 dans le substrat 1 de façon que des parties de la couche 2 restent en surplomb au-dessus des rainures 3. A l'étape suivante, comme l'illustrent les figures 2 A et 2 B, on dépose le matériau, couramment un métal, 4 dont on veut remplir les rainures Ce matériau est déposé par un procédé directif de façon qu'il croisse verticalement L'exemple de la figure 2 A corresprnd à un dépôt idéalement directif sans dépôt sur les parois verticales du motif C'est par exemple oe qui se produit pour un dépôt formé par évaporation sous vide d'alumi- nium lorsque l'angle solide d'émission est suffisamment petit La figure 2 B correspond à un cas o la directivité est limitée; c'est par exemple le cas d'un dépôt de cuivre par pulvérisation. Dans oe dernier cas, la tranche latérale de la couche de soulève- ment 2 est partiellement recxxouverte Pour se ramener au cas de la figure 2 A, il faut prévoir une étape intermédiaire de gravure non-directive qui élimine une partie superficielle du dépôt métallique. Enfin, on procède à une attaque par gravure chimique de la couche de soulèvement 2 qui est élimirée en entraînant le dépôt métallique qu'elle supportait Pour oela il faut que les bords de la couche 2 soient apparents, omme dans le cas de la figure 2 A C'est pourquoi, dans le cas de la figure 2 B, on pré- voit une étape de gravure pour revenir au cas de la figure 2 A On arrive ainsi à la structure de la figure 3 dans laquelle les rainures 3 sont remnplies de métal 4. Ce procède dit de lift-off chimique est oeranoent uti- lisé dans la fabrication des circuits intégrés mais présente un incnvénient majeur lié à la durée de l'opération dans le cas o les zones à éliminer occupent une grande surface. La couche de soulèvement 2 peut être en polysiloxane. Dans ce cas, un bain d'acide fluorhydrique permet d'attaquer cette couche à une vitesse de l'ordre de 10 micromètres par minute, c'est-à-dire un temps d'attaque de l'ordre de l'heure pour des zones à éliminer de l'ordre du millimntre carré, dimen- sions que l'on retrouve classiquement lors de la réalisation de réseaux d' interconnexions entre puoes de circuits intégrés. Un objet de la présente invention est d'améliorer ce procédé de lift-off d'une part en évitant l'étape intermédiaire dans le cas d'un dépôt métallique de mauvaise directivité (figure 2 B) et d'autre part en accélérant le proessus. Pour atteindre oet objet ainsi que d'autres, la présen- te invention prévoit un procédé de lift-off d'une portion d'une premanière couche d'une première substance dans lequel cette portion de première couche est fomée sur un substrat avec inter- position d'une portion correspoante d'une deuxième couc/he, camprenant les étapes suivantes: sélectionner le matériau de cette deuxième couche pour qu'il présente une interface à faibhle adérene avec la première couche, appliquer à la structure une contrainte mécanique d'o il résulte un décollement au niveau de ladite interface, enlever chimiquement la deuxième couche. Selon une variante de la présente invention, la deu- xième couche est formée d'un sandwich de sous-ous telles que leur interface présente une faible adh rer. Selon un moncde de réalisation de la présente invention, la contrainte mécanique résulte d'un choc thermique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première sous-couche comprend un matériau tel qu'un poly- siloxane, et la deuxième sous-couche comprend un métal, le substrat étant un diélectrique tel qu'un polyimide ou Si O 2. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape d'enlèvement mécanique comprend l'application d'un jet de fluide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le choc thermique résulte d'un recuit suivi d'une trempe à tempe- rature ambiante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le choc thermique résulte d'une immiersion dans de l'azote liquide suivie d'une remnctée à température ambiante. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposes plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 à 3 ont été décrites préédeminent dans le cadre de l'exposé de l' art antérieur et seront reosidérées ci- après dans le cadre de la présente invention; les figures 4 à 8 illustrent une variante du procédé selon la présente invention; et la figure 9 illustre une application d'un procédé de lift-off. Les étapes principales de la présente invention peuvent être décrites par les mâmes figures 1 à 3 que le procédé de lift- off chimique de l'art antérieur L'invention diffère de l'art antérieur par le choix et le mode d'élimination de la ouchae de soulèvement 2. Alors que dans l'art antérieur, oette couche de soulè- vement 2 est choisie pour être attaquable chimiquement sélective- mient par rapport au métal 4 et au substrat 1, on choisit selicn la présente invention une couche de soulèvaement 2 qui présente la propriété d'avoir une interface à très faible adirence avec la couche supérieure de métal 4 de sorte qu'une ontrainte mécanique provoque un décollement Cette contrainte mécanique peut par exemple résulter d'un choc thermique Ainsi, une fois réalisées les étapes coduisant à la structure de la figure 2 A ou de la figure 2 B, on pourra produire un choa thermique, ou bien par un recuit à haute tepérature (quelques oentaines de degrés) suivi d'une trempe à texpérature ambiante ou bien à l'inverse par une trempe dans de l'azote liquide suivie d'une remontée jusqu'à la température ambiante La ocontrainte mécanique due à la différence entre les coefficients de dilatation du mnétal 4 et de la couche de soulèvement provoque le décollement au niveau de l'interface faiblement adhérente Ainsi, la partie de la uche 4 située au-dessus de la ceuche de soulèvement 2 est éliminée à la suite du choc thermique Cette élimination peut être favorisée par projection d'un jet de fluide, par exemple de l'air omauprimé. On notera que ce proceé n'implique pas que les bords de la couche 2 soient apparents et l'on pourra procxder au choc thermique en partant d'une structure du type de oelle de la fi- gure 2 B sans devoir effectuer de gravure complémentaire. Ensuite, on élimine la couche de soulèvement 2 par une attaque chimique sélective qui est alors réalisée simultanement sur toute sa surfae pour arriver comoe dans l'art antérieur à la structure de la figure 3. Ce procédé s'applique de façon gérnrale à partir du moment ou on a sélectionné une ouche de soulèvement 2 telle que son ad 3 hrere avec la couche de métal 4 déposée ultérieurement est suffisaiment fahible pour qu'il se produise un décollement après application d'une contrainte mécanique telle que celle résultant d'un choc thermique Des essais cnt été réalisés par les inventeurs dans le cas o la couche de soulèvement était un polysiloxane et le métal du turngstène ou du cuivre. Toutefois, il se peut que, pour certains métaux ou autres matériaux particuliers dont on veut réaliser l'élimination par lift-off, on ne connaisse pas de matériau facilement dépo- sable susoeptible de presenter une faibhle adhreroe pour me Lttre en oeuvre le procédé selon la présente invention Dans oe cas, on pourra, caome l'illustrent les figures 4 à 8, utiliser une couche de soulèvement composite constituée d'un empilement d'au moins deux couches présentant entre elles une fhaible adhrenoe. La figure 4 représente une étape initiale de mise en oeuvre de cette variante du procédé Etant don Eré un substrat 1, la couche de soulèvement 2 comprend un sandwich dont la couche inférieure 10 est par exemple en polysiloxane et la couche supé- rieure 11 par exemple en cuivre. A partir de ce sandwich, on forme, comme l'illustre la figure 5, les tr Irchées 3, une partie au moins du sarxndwich 10, 11 se trouvant en surplomb. On procéde alors au dépôt du métal M dont cn veut remplir les tranrhes 3 La figure 6 représente le cas, analogue à la figure 2 B, o ce dépôt métallique n'est pas parfaitement directif et o les bords verticaux du sandwich 10, 11 scnt par- tiellement reoeuverts. On passe de l'état de la figure 6 à l'état de la figure 7 en appliquant un choc thermique selon l'invention Il y a alors décollement de la ouche 11 et du métal qui la recouvre par rap- port à la couche 10 qui reste en plaoe et qui est ensuite éli- minre par attaque chimique comoe le représente la figure 8. La figure 9 illustre une utilisation classique du pro- cédé de lift-off pour réaliser des ommunications (vias) entre lignes de connexion Le substrat 1 correspond alors à un support sur lequel a été formée une couche métallique 21 rexouverte d'un isolant 22 tel qu'un polyimide Les rainures 3 sont formées dans èt isolant et le métal M sert à remplir oes rainures. L'étape suivante du procédé consiste à déposer une deuxième couche de métallisation 23 qui est en contact au niveau des vias par le métal M avec la couche métallique sous-jaoente 21. Le procédé selon la présente invention a été décrit dans le cadre de l'applicaticon d'un choc thermique comme moyen d'applicaticn d'une contrainte mécanique pour décoller deux couches à faibhle dh 1-reroe On pourrait utiliser d'autres mncoyens tels que la projection directe d'un jet de fluide, l'applicaticn d'ultrasons,, ou une combinaiscn de ces moyens. REVENDICATIONS 1 Procédé de lift-off (enlèvement d'une couche par décollement d'une couche sous-j aoente) d'une portion d'uns première couche d'une première substahoe dans lequel oette por- tion de première couche est formée sur un substrat avec interpo- sition d'une portion correspcx ante d'une deuxième couche ( 2), carasctérisé en ce qu'il omprend les étapes suivantes: sélectionner le matériau de oette deuxième couche pour qu'il présente une interface à faible adhérence avec la première couche, appliquer à la structure une contrainte mécanique d'o il résulte un décoxllement au niveau de ladite interface, enlever chimiquement la deuxième couche. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la contrainte mécanique résulte d'un choc thermique. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche est un métal et la deuxième couche un polysiloxane, le substrat étant un diélectrique tel qu'un poly- imide ou du Si O 2. 4 Procédé de lift-off d'une portion d'une première couche d'une première substance dans lequel cette portion de pre- mière couche est formée sur un substrat avec interposition d'une portion correspxndante d'une deuxième couche ( 2), caractérisé en ce qu'il ccemprnd les étapes suivantes: former cette deuxième couche ( 2) selon un sandwich de sous-couches ( 10, 11) telles que leur interface présente une faible adhérence, appliquer à la structure une contrainte mécanique d'o il résulte un décollement au niveau de ladite interface, enlever chimiquement la sous-couche restante. 5 Procdé selon la reverndication 4, caractérisé en ce que la contrainte mécanique résulte d'un choc thermique. 6 Procédé selon la revprndicaticn 4, caracérisé en ce que la première sous-ouche coprexnd un matériau tel qu'un poly- siloxane, et la deuxième sous-couche cmxprend un métal. 7 Procédé selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que l'étape d'enlèvement mécanique comprend l'application d'un jet de fluide. 8 Proeédé selon la reverdication 5, caractérisé en ce que les matériaux des deux sous-couches présentent des oeffi- cients de dilatation thermique distincts. 9 Procédé selon l'une des revendications 2 ou 5, caractérisé en oe que le choc thermique résulte d'un recuit suivi d'une trempe à température ambiante. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 5, caractérisé en oe que le choc thermique résulte d'une immersion dans de l'azote liquide suivie d'une remontée à température ambiante.