Brevet FR2700659A1 — publié le 19940722

PROCEDE DE FABRICATION DE CIRCUITS MULTICOUCHES ET CIRCUITS AINSI OBTENUS L'invention concerne les circuits dits multicouches comportant, sur un substrat isolant, une alternance de réseaux conducteurs et de niveaux isolants, ces derniers étant percés de trous de via contenant des piliers métalliques qui relient des zones déterminées des réseaux conducteurs. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans la constitution de supports destinés à recevoir des composants de micro-électronique afin de constituer un module reportable sur un circuit imprimé. De tels modules sont fréquemment désignés par l'appellation anglo-saxonne "multi-chip module". A l'heure actuelle on fabrique généralement de tels supports en déposant sous vide, sur un substrat isolant, une couche d'or ou de cuivre, puis en constituant un premier réseau de pistes conductrices, ayant généralement environ 25 microns de largeur, par photolithographie. Une couche isolante de polyimide est déposée sur le réseau par centrifugation, puis elle est cuite et photolithographiée pour réaliser des trous de via. Des réseaux conducteurs et des niveaux isolants supplémentaires sont ensuite constitués de la même façon. Des composants, sous forme de puces nues, peuvent ensuite être reportés et câblés sur le circuit multicouches par diverses technologies bien connues. Enfin, le module terminé est encapsulé dans un boîtier hermétique. Ce procédé connu présente des inconvénients. En particulier le dépôt sous vide d'une épaisseur suffisante de cuivre ou d'or est coûteux. L'élasticité du polyimide gêne le soudage ultra-sonore de composants micro-électriques nus, car elle provoque un phénomène de rebond. La présente invention vise notamment à fournir un procédé de fabrication de circuit multicouches répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique. Elle vise en particulier à fournir un procédé permettant, pour des performances comparables (résistivité des couches, valeur des capacités réparties, densité d'intégration) de réduire notablement le coût de fabrication.Dans ce but l'invention propose un procédé de fabrication d'un circuit multicouches suivant lequel (a) on dépose une pellicule de composé organométallique de faible viscosité à base d'or sur un substrat isolant et on le décompose par chauffage pour constituer une pellicule d'accrochage conductrice (b) on constitue un premier réseau conducteur par dépôt électrolytique, sur la pellicule d'accrochage, d'une épaisseur de métal conducteur supérieure à celle de la pellicule et photolithographie, la photolithographie précédant ou suivant le dépôt électrolytique (c) on constitue un premier niveau isolant en verre pouvant supporter une température supérieure à 8000C sans modification de ses propriétés physiques par dépôt d'une couche mince de verre contenu dans un produit liquide photosensible et séchage (d) on constitue des trous de via dans le premier niveau par photogravure, puis cuisson (e) on répète les opérations (a) à (d), la nouvelle étape (a) étant menée de façon à remplir les trous de via. Le métal conducteur déposé par électrolyse sera généralement de l'or ou du cuivre. Une pellicule de nickel beaucoup plus mince que le dépôt électrolytique peut être déposée sur chaque réseau conducteur par voie chimique dans le cas du cuivre pour éviter la diffusion d'oxygène à partir du niveau isolant placé au-dessus. Il sera généralement préférable de dégazer sous vide primaire le produit intermédiaire après chaque réalisation d'un réseau conducteur, cela pour éviter qu'au cours de la cuisson finale n'apparaissent des porosités et des craquelures. Le dégazage pouvant être effectué à une température relativement basse (souvent vers 400 C) et sous un vide primaire, il n'exige pas un investissement et une durée importants. Pour constituer chaque niveau isolant, on peut notamment utiliser des verres de granulométrie très fine dispersés dans un produit liquide photosensible. Dans la pratique, la granulométrie sera toujours inférieure au micron. Du verre ayant une granulométrie ne dépassant pas 20 nanomètres est généralement préférable parce qu'elle évite toute ségrégation des grains dans le produit photosensible. Au lieu d'utiliser une suspension de verre dans un produit photosensible, on peut également utiliser d'autres techniques, telles que celle connue sous le nom de sol-gel. Après dépôt de plusieurs réseaux conducteurs et des niveaux isolants (souvent au nombre de cinq, incorporant un réseau de masse, un réseau d'alimentation et un réseau de connexion) on constitue le réseau final superficiel, par exemple en technologie couche épaisse. Le circuit ainsi réalisé peut être vérifié. Puis des composants microélectroniques peuvent être reportés par des technologies quelconques, qui peuvent être traditionnelles. Après une nouvelle vérification, le module ainsi constitué peut être soit monté dans un boîtier d'interconnexion non-hermétique, soit directement reporté sur un circuit imprimé traditionnel muni d'un capot ayant uniquement une fonction de protection mécanique. L'ensemble peut finalement être protégé par dépôt d'une pellicule d'un matériau tel que le polyparaxylilène. Un circuit ainsi réalisé présente de nombreux avantages sur les circuits habituels. Il peut être réalisé à plus faible coût. La constitution des réseaux à partir d'un composé organo-métallique, comparable à un résinate, par centrifugation d'une couche mince puis photolithographie permet d'arriver aisément à une résolution de 25 microns. Le verre des niveaux isolants a l'avantage, sur les polyimides traditionnellement utilisés, de ne pas avoir de reprise d'humidité et d'avoir beaucoup moins d'élasticité, cette dernière caractéristique étant particulièrement avantageuse lorsqu'on souhaite ultérieurement reporter des composants par soudage ultra-sonore. L'invention propose également un circuit multicouches comprenant, sur un substrat isolant, une alternance de réseaux conducteurs et de niveaux isolants et un réseau final de connexion en technologie couche épaisse, caractérisé en ce que les réseaux conducteurs sont constitués d'une couche d'accrochage provenant de la décomposition d'un composé organo-métallique et d'une couche électrolytique et en ce que les niveaux isolants sont en verre provenant de la fusion d'une couche de particules de verre de granulométrie inférieure à 1 micron. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - les figures 1 à 3 montrent des stades successifs de réalisation d'un circuit. Le procédé comprend la reproduction, autant de fois que cela est nécessaire, d'une séquence de formation d'un réseau conducteur et d'un niveau isolant. Le premier réseau conducteur est déposé directement sur un substrat 10 isolant, qui peut être du silicium non-dopé, du nitrure d'aluminium, de l'alumine ou même d'autres céramiques. Une première étape de constitution du réseau est le dépôt d'une pellicule très mince, généralement comprise entre 0,2 et 1 micron, d'or par décomposition d'un composé organo-métallique tel qu'un résinate. Il existe de tels composés ayant une très faible viscosité, permettant de constituer une couche très régulière par dépôt puis centrifugation. La décomposition du composé par chauffage provoque la formation d'or sous forme cationique provoquant un accrochage énergique. Cet accrochage peut encore être renforcé par une faible teneur d'oxyde métallique, tel que les oxydes de vanadium, dans la phase organique. Sur la couche d'accrochage on fait croître, par dépôt électrolytique d'or ou de cuivre, l'épaisseur totale requise eO. Les pistes 12 du réseau sont ensuite formées par photolithographie traditionnelle, qui permet aisément d'obtenir une résolution d'environ 25 microns. Cependant il est possible d'inverser les deux dernières étapes, d'effectuer la gravure sur la couche d'accrochage, puis d'effectuer le dépôt électrolytique sur les pistes ainsi constituées. Une couche très mince, ne dépassant pas un micron, de nickel peut être déposée par voie chimique sur le réseau de façon à constituer une barrière évitant la diffusion ultérieure d'oxygène à partir du niveau isolant placé au-dessus, lors de la cuisson finale. Pour éviter qu'au moment de cette cuisson finale n'apparaissent des porosités et des craquelures dues à l'échappement de gaz, il est souhaitable de dégazer le réseau avant de passer à l'opération suivante. Ce dégazage peut être effectué par chauffage à une température modérée, par exemple d'environ 400 C, en atmosphère de vide primaire, qui peut être réalisé à beaucoup plus faible coût que les vides poussés nécessaires aux dépôts sous vide antérieurement utilisés. La seconde phase de la séquence est la constitution d'un niveau isolant 14 dans lequel sont ménagés des trous de via 16 qui seront ultérieurement remplis par des piliers d'intercommunication entre deux réseaux. Cette couche isolante est, conformément à l'invention, réalisée en un verre ayant une permittivité électrique très faible, qui dans la pratique sera généralement inférieure à 4. Les verres doivent de plus pouvoir être déposés sous une forme très dense pour éviter des trous d'aiguille constituant ultérieurement des courts-circuits. Une solution avantageuse consiste à utiliser du verre de granulométrie très fine dispersé dans une matrice d'un produit photosensible, les verres ayant une nature telle qu'ils puissent ensuite supporter une température de cuisson d'environ 9000C sans modification de leurs propriétés physiques. Une première solution consiste à utiliser des particules de verre avec une granulométrie inférieure au micron, dans un produit photosensible choisi de façon que l'on puisse déposer la suspension de verre par centrifugation sous forme d'une couche mince. On peut notamment utiliser des verres au silicate de plomb dans des produits photosensibles. Une granulométrie de l'ordre de 20 nanomètres est préférable parce qu'elle évite toute ségrégation par dépôt des grains. Au lieu de verres au silicate, on peut utiliser d'autres produits, tels ceux connus sous l'appellation générale de "cordiérite". Le dépôt est effectué généralement par centrigation, avec une épaisseur telle que le niveau isolant aura finalement une épaisseur el de l'ordre de 4 microns. La couche déposée est transformée en une laque sèche par chauffage, généralement vers 85 C. Puis les trous de via sont gravés par un procédé classique de photo-microlithographie. En général on cherchera à obtenir des trous de via ayant un diamètre d moyen d'environ 20 microns. Pour éviter que des particules de verre ne restent emprisonnées dans les trous, il sera généralement souhaitable de soumettre le bain d'attaque de la résine photosensible utilisé pour la gravure à une agitation ultra-sonore. La couche obtenue est cuite à une température d'environ 850 C. Des techniques autres que la suspension dans un produit photosensible peuvent être utilisées, et notamment des techniques sol-gel. Après cette première séquence, on obtient un produit intermédiaire ayant la constitution générale montrée en figure 1. La même séquence est répétée autant de fois qu'il est nécessaire pour constituer le circuit multicouches. Mais les réseaux conducteurs situés au-dessus du premier, tels que le réseau 18 (figure 2) devront constituer les piliers de liaison entre réseaux, ce qui implique d'utiliser des composés organo-métalliques ayant une viscosité suffisamment faible et un pouvoir mouillant tel qu'ils pénètrent dans les trous de via ayant un diamètre d'environ 20 microns. Une fois toutes les alternances réseaux conducteur-niveau isolant constituées, on constitue un réseau final de pistes conductrices d'interconnexion et de raccordement des composants par une technologie traditionnelle, par exemple couche épaisse avec des encres conductrices. Avant le dépôt de cette dernière couche, le circuit est soumis à une cuisson finale de fusion des verres et d'élimination complète des composants d'apport, généralement entre 800 et 900 C. On obtient ainsi un circuit multicouches ayant la constitution schématisée en figure 2, dans le cas de deux réseaux conducteurs ayant une couche d'accrochage obtenue à partir d'un composé organo-métallique. Enfin, après contrôle du circuit, des composants 22 peuvent être reportés, sous forme de puces nues, par des technologies classiques, sur les pistes 20 du réseau superficiel. Après un nouveau contrôle, le module ainsi constitué est reporté sur un circuit imprimé 24. Le report peut être direct, avec simplement un capot 26 n'ayant qu'un but de protection mécanique. Il est également possible de placer le module dans un boîtier d'interconnexion, qui n'a pas besoin d'être hermétique. L'ensemble constitué par le circuit imprimé 24 et l'ensemble des modules peut être finalement protégé par formation d'une pellicule mince imperméable, telle que par exemple en polyparaxylinène, conformément à l'enseignement de la demande de brevet FR 91 15645. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un circuit multicouches comportant une alternance de réseaux conducteurs et de niveaux isolants sur un substrat isolant, suivant lequel (a) on dépose une pellicule de composé organométallique de faible viscosité à base d'or sur le substrat isolant et on le décompose par chauffage pour constituer une pellicule d'accrochage (b) on constitue un premier réseau conducteur par dépôt électrolytique, sur la pellicule d'accrochage, d'une épaisseur de métal conducteur supérieure à celle de la pellicule et par photolithographie, la photolithographie précédant ou suivant le dépôt électrolytique (c) on constitue un premier niveau isolant en verre pouvant supporter une température supérieure à 8000C sans modification de ses propriétés physiques par dépôt d'une couche mince de verre contenu dans un produit liquide photosensible et séchage (d) on constitue des trous de via dans le premier niveau par photogravure, puis cuisson entre 800 C et 9000C (e) on répète les opérations (a) à (d), la nouvelle étape (a) étant menée de façon à remplir les trous de via. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque réseau conducteur est constitué par un dépôt électrolytique d'or ou de cuivre sur la pellicule d'accrochage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on dépose, sur chaque réseau conducteur dans le cas du cuivre, par voie chimique, une pellicule mince de nickel destinée à éviter la diffusion d'oxygène à partir du niveau isolant placé au-dessus. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on dégaze sous vide primaire le circuit après chaque opération de dépôt d'un réseau conducteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on constitue chaque niveau isolant en un verre ayant une permittivité électrique inférieure à 4, avec une épaisseur comprise entre 3 et 6 microns. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on constitue chaque niveau isolant pa#r dépôt de verre de granulométrie inférieure à 1 micron en suspension dans le produit liquide photosensible, avant séchage et photogravure. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on soumet le circuit ou un bain dans lequel il se trouve à agitation ultra-sonore au cours de la photogravure de chaque niveau isolant pour chasser les particules de verre des trous de via. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on constitue un réseau final en technologie couche épaisse, après cuisson de tous les niveaux et réseaux sous-jacents. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est en silicium non-dopé, en nitrure d'aluminium, en alumine ou en verre pouvant supporter une température supérieure à 8000C sans modification de ses propriétés physiques. 10. Circuit multicouche comprenant un substrat isolant, une alternance de réseaux conducteurs et de niveaux isolants et un réseau final de connexion en technologie couche épaisse, caractérisé en ce que les réseaux conducteurs sont constitués d'une couche d'accrochage provenant de la décomposition d'un composé organo-métallique et d'une couche électrolytique et en ce que les niveaux isolants sont en verre provenant de la fusion d'une couche de particules de verre de granulométrie inférieure à 1 micron.