FR2633453A1 - Procede d'enrobage de conducteurs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé permettant de former sur un substrat des couches métalliques successives de largeurs variables. On réalise un masque 14 possédant une ouverture 15 qui comporte une partie resserrée 17 entre ses surfaces supérieure et inférieure. On applique au-dessus du substrat, via l'ouverture du masque, des couches métalliques successives 20, 22, 23 séquentiellement par pulvérisation, de manière à former une couche métallique 20, 23 plus large que la partie resserrée de l'ouverture, et par dépôt de vapeur, de manière à former une couche métallique plus étroite 22 correspondant à la dimension transversale de la partie resserrée.

Description

La présente invention appartient au domaine de la forma-

tion des conducteurs métalliques et se rapporte plus spécialement à

un procédé de dépôt de trajets conducteurs enrobés sur un substrat.

Dans la fabrication de composants électroniques tels que des résistances, des condensateurs, etc., il est souvent nécessaire d'effectuer une connexion électrique avec une ou plusieurs bornes, ou entre plusieurs bornes, apparaissant à la surface du composant,

les bornes étant en connexion électrique avec des éléments fonc-

tionnels du composant encastrés à l'intérieur du corps du dispo-

sitif. A titre d'exemple, et sans que ceci constitue une limita-

tion, un condensateur peut être constitué d'un composant monoli-

thique de céramique comportant un certain nombre d'électrodes encastrées. Les électrodes peuvent comporter des pattes écartées qui s'étendent jusqu'à la surface du composant monolithique. Avec

cette structure, on peut ajuster la capacité du dispositif en con-

nectant électriquement certaines ou toutes les pattes exposées de

manière à obtenir une valeur voulue.

Il est souvent nécessaire, pour un composant électrique donné, de former une multiplicité de ces trajets conducteurs sur

une surface donnée du composant, par exemple pour former des tra-

jets conducteurs respectifs reliant les électrodes de polarités

opposées d'un condensateur ou pour former des condensateurs dis-

tincts à l'intérieur d'un unique composant monolithique.

La formation de trajets conducteurs à la surface de com-

posants électroniques est compliquée par le fait qu'il est souvent nécessaire que les trajets conducteurs soient constitués par une

série de couches superposées. A titre d'exemple, en raison de fac-

teurs tels que des migrations et des interactions chimiques, il est nécessaire de commencer par appliquer une couche métallique qui est compatible avec le matér-iau des pattes exposées. Ce matériau peut ne pas constituer un conducteur idéal ou bien peut être coûteux, ce

qui exige de l'utiliser en quantités limitées. Pour rendre convena-

blement conducteur le trajet, il peut ensuite être nécessaire d'appliquer un deuxième métal hautement conducteur qui ne réagira pas de manière négative avec la première couche appliquée, mais qui ne devra pas être directement en contact avec les pattes. Après cela, pour protéger la couche intermédiaire hautement conductrice vis-à-vis d'effets tels que l'oxydation, il peut être souhaitable

de revêtir cette couche intermédiaire avec une couche supplémen-

taire compatible avec les autres couches et résistant à l'oxyda-

tion.

La formation de trajets conducteurs métalliques au moyen d'opérations de dépôt de métal telles que placage, pulvérisation et dépôt ionique, est bien connue. Jusqu'ici, la formation de trajets

conducteurs comportant des couches superposées a demandé l'utilisa-

tion de multipLes masques devant être séquentiellement appliqués en fonction de la largeur du trajet conducteur voulu. Si, par exemple,

on souhaite appliquer un conducteur constitué par une couche d'alu-

minium enrobée à l'intérieur de couches supérieure et inférieure de passivation en tungstène, le procédé qui a été utilisé en pratique jusqu'ici a consisté à masquer le composant électronique au moyen d'un premier masque large, à appliquer une couche de tungstène, à retirer le premier masque et mettre en place un masque plus étroit en concordance avec la couche de tungstène déposée, à appliquer une bande plus étroite d'aluminium à l'intérieur de l'ouverture du deuxième masque appliqué, à retirer le deuxième masque et à masquer de nouveau le dispositif à l'aide d'un troisième masque ayant une

plus grande largeur que le masque utilisé pour appliquer l'alumi-

nium, pour finalement faire déposer la couche de couverture en

tungstène au travers du troisième masque plus large.

Comme le sait parfaitement l'homme de l'art, les opéra-

tions consistant à masquer et remasquer font intervenir d'impor-

tants problèmes de précision dans le positionnement des masques, surtout si l'on considère que les composants électroniques peuvent avoir une taille atteignant, dans leur plus grande dimension, quelques fractions de pouce seulement, c'est-à-dire une taille d'un

centimère ou moins.

Parmi les brevets se rapportant à diverses sortes de pro-

cédés de dépôt de métal, lesquels n'ont pas amené pour autant une solution au problème ci-dessus cité, on peut noter les brevets des

Etats-Unis d'Amérique suivants.

A) Le brevet 4 536 942. Celui-ci se rapporte à la forma-

tion d'une électrode en forme de T à l'aide d'opérations séquen-

tielles de dépôt de métal suivant un certain angle et perpendicu-

lairement. B) Le brevet 4 580 331 enseigne, pour l'obtention d'un effet de configuration voulu, de faire évaporer angulairement un

agent photosensible appliqué.

C) Le brevet 4 024 041 décrit l'utilisation d'un masque

possédant, à sa surface inférieure, une membrane élastique thermi-

quement stable permettant d'empêcher l'étalement du métal déposé

par une ouverture du masque.

D) Le brevet 4 171 234 décrit un procédé de formation

d'un cristal possédant un facteur de croissance cristalline épi-

taxiale voulu par utilisation de faisceaux moléculaires angulaire-

ment orientés par rapport au cristal cible.

E) Le brevet 4 330 932 décrit un processus de formation

d'un dispositif semiconducteur, qui comprend le dépôt d'une pelli-

cule mince sur un substrat au travers d'un premier masque, l'implantation d'un agent dopant dans la pellicule de dépôt, puis le positionnement d'un deuxième masque au-dessus des pellicules indiquées et le dépôt d'un contact électrique au travers du

deuxième masque.

F) Le brevet 4 410 401 décrit une opération de dépôt de

matériau dans laquelle le dispositif de dépôt comporte un obtura-

teur qui possède une partie d'obscurcissement d'objet, le disposi-

tif étant conçu pour retirer des agents de contamination en les recueillant dans un piège formé sur la partie d'obscurcissement

d'objet de l'obturateur.

G) Le brevet 4 060 427 décrit un procédé de formation d'un circuit intégré utilisant une combinaison d'opérations d'implantation ionique et de dispersion. Le processus comporte le dépôt d'une première et d'une deuxième couche formant un masque sur le substrat, la découpe d'une étroite ouverture dans la surface formant le masque supérieur, la formation d'une ouverture plus large dans la surface formant le masque inférieur de manière à définir une partie en dégagement ou en gravure sous-jacente, la formation d'une première zone d'implantation ionique au travers-du masque, puis la formation par dispersion d'une couche plus Large

s'étendant jusqu'aux Limites de la partie en gravure sous-jacente.

L'invention peut être résumée comme se rapportant à un procédé de dépôt de trajets métalliques conducteurs s'enrobant

mutuellement. Selon le procédé de l'invention, un masque est pro-

duit, caractérisé en ce que la surface du masque adjacente au substrat est plus large que les autres parties du masque qui sont écartées du substrat. On dépose un premier trajet par une opération de dépôt sous vide conduisant à la formation d'un trajet dont la largeur correspond à la dimension la plus étroite du masque. Après

cela, on dépose une couche métallique supplémentaire par une opéra-

tion de pulvérisation. Le processus de pulvérisation conduit à la formation d'une couche métallique dont la Largeur correspond à la

dimension La plus large du masque du fait de la tendance à l'étale-

ment des matériaux déposés par pulvérisation. De cette manière, on peut déposer des couches métalliques de diverses largeurs au moyen d'un unique masque qu'il.n'est pas besoin de déplacer jusqu'à

l'achèvement du dépôt.

C'est donc un but de l'invention de fournir un procédé permettant de former des trajets conducteurs de diverses largeurs à l'aide d'un unique masque ne devant pas être remplacé pendant les

opérations de dépôt qui sont utilisées pour former les trajets.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de

l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi Lesquels:

- la figure 1 est une vue en plan montrant schématique-

ment un dispositif électronique du type avec lequel le procédé de l'invention peut être utilement employé; - les figures 2 à 5 sont des vues simplifiées illustrant les étapes progressives de la mise en oeuvre de l'invention en

relation avec un substrat et un masque selon l'invention.

On se reporte maintenant aux dessins. La figure 1 repré-

sente un dispositif électronique typique, qui est, à titre d'exemple, un condensateur 10. Le condensateur, qui peut être du type céramique multicouche, comporte une multiplicité d'électrodes

de poLarités opposées. Pour employer Le condensateur dans un cir-

cuit électrique, il est nécessaire de former sur Le condensateur des connexions électriques reliant un certain nombre des électrodes encastrées de même polarité, les bornes étant susceptibles d'être soudées au circuit ou liées à celui-ci d'une quelconque autre manière. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les électrodes du condensateur comprennent des pattes orientées

vers le haut 11 qui apparaissent à découvert sur la surface supé-

rieure 12 du condensateur. Ainsi, pour faire du condensateur un dispositif électronique utilisable, il faut déposer sur les pattes

des matériaux conducteurs.

Comme cela est illustré, et sans que ceci constitue une

limitation, il est souvent nécessaire ou souhaitable que les maté-

riaux conducteurs soient constitués de multiples couches, et en particulier de couches enrobées à l'intérieur d'autres couches. A titre d'exemple, certains matériaux métalliques, tout en offrant d'excellentes propriétés conductrices, ne peuvent pas se lier de manière appropriée à la surface de la céramique, de sorte que l'utilisation de ces métaux au titre de la couche initiale, ou couches en contact avec les pattes, est contre-indiquée. D'autres métaux peuvent se lier de manière convenable avec la céramique, mais ont une valeur excessivement élevée de résistance. D'autres facteurs à prendre en considération lors de la détermination de la composition des trajets conducteurs comprennent la tendance de

certains métaux à réagir avec le métal dont les pattes sont cons-

tituées, ce qui a pour effet que, après un certain temps, la con-

nexion entre le conducteur et la patte peut se détériorer. Une

autre considération est le fait que certains métaux hautement con-

ducteurs peuvent s'oxyder si on les expose aux conditions ambiantes, ce qui constitue un obstacle à la possibilité d'utiliser ces métaux comme connexion électrique externe efficace. Ainsi, on

aura compris que, pour diverses raisons, il est hautement souhai-

table de pouvoir appliquer avec précision des trajets conducteurs superposés de largeurs diverses sans qu'il soit besoin de faire

appel à des opérations de masquage et de remasquage.

On se reporte maintenant aux figures 2 à 5. Sur La figure 2 est présentée une partie fragmentaire du condensateur de la figure 1. Comme cela est représenté, la surface supérieure 13 d'une

patte 11 est exposée au niveau de la face supérieure 12 du conden-

sateur. Pour effectuer la formation de trajets conducteurs reliant

la série de pattes 11, il est proposé, selon l'invention, un élé-

ment de masquage 14 formé de préférence d'un métal. On superpose l'éLément de masquage 14 au condensateur 10 de façon qu'il s'étende

au-dessus des surfaces supérieures 13 des pattes devant être con-

nectées au moyen d'un trajet conducteur ou d'un plot.

Une particularité caractéristique du masque 14 réside dans la configuration de l'ouverture 15 au travers de laquelle le

métal destiné à former Les trajets conducteurs doit être déposé.

Plus particulièrement, le masque comporte une aire d'entrée large 16, une aire centrale étroite définie par des arêtes opposées 17, 17 et une aire de base large 18 se trouvant au niveau de la surface

adjacente au condensateur.

Comme précédemment noté, le procédé de l'invention repose sur l'utilisation de processus de dépôt alternés entraînant, par

leur nature même, des configurations de dépôt variables Plus spé-

cialement, on s'appuie sur le fait qu'un processus de dépôt par pulvérisation connu déjà en lui-même, qui est effectué sous une pression approximative de 10-2 à 10-3 mm Hg, c'est-à-dire de 1,33 à

13,3 Pa, se caractérise par le dépôt d'atomes suivant une trajec-

toire dispersée. Au contraire, un processus de dépôt sous vide, qui

est typiquement effectué sous un vide beaucoup plus poussé corres-

pondant à une pression d'environ 10-4 mm Hg (0,133 Pa) ou moins amène un déplacement des particules atomiques avec un plus long

libre parcours moyen, de sorte que ce déplacement ne présente sen-

siblement aucune d spersion.

Comme on peut Le voir sur la figure 3, on soumet le con-

densateur masqué à une opération initiale de pulvérisation amenant le dépôt d'ions métalliques, qui, dans l'exemple considéré sont des atomes de tungstène, suivant diverses trajectoires angulaires représentées par les flèches 19. L'opération de dépôt illustrée sur

la figure 3 conduit à la formation, sur la surface 12, en concor-

dance avec les pattes 11, d'une couche métallique 20 qui remplit sensiblement toute l'aire de base large 18. La configuration du masque, qui est plus large au niveau de ses surfaces supérieure et inférieure, mais se rétrécit dans les aires intermédiaires entre les arêtes 17, conduit donc à la formation d'une bande de métal 20 relativement large, qui coïncide approximativement, en largeur,

avec la partie de base 18.

Après le dépôt de la couche métallique 20, on soumet le condensateur masqué à une opération de dépôt de vapeur dans laquelle des particules métalliques, qui, dans l'exemple considéré, sont des particules d'aluminium, se déposent suivant la direction des flèches 21. En raison des trajectoires de dép8t sensiblement linéaires et non dispersées qui sont propres à une opération de dépôt de vapeur, seules les particules qui sont en alignement avec l'aire située entre les arêtes 17, 17 passeront au travers du masque, ces particules formant une bande plus étroite de métal 22 se superposant à la couche métallique 20 déposée en premier. Comme cela apparaît clairement sur la figure 4, la couche 22 ne recouvre

qu'une partie centrale de la première couche déposée 20.

Comme on peut le voir sur la figure 4, on soumet de nou-

veau le masque et le substrat à une opération de pulvérisation dans laquelle des particules atomiques se déposent suivant la direction des flèches 23. Eu égard à la direction dispersée du dépôt, les particules de matière se déposent suivant une trajectoire plus large que l'ouverture définie entre les arêtes 17, 17, si bien qu'il se forme rune couche de couverture 23, laquelle est, dans l'exemple considéré, faite de tungstène, en superposition au-dessus de la couche 22 aussi bien qu'au-dessus des parties de la couche 20 non revêtues par la couche 22. Il apparaît donc clairement qu'il a

été formé une couche enrobée 22 disposée entre des couches supé-

rieure 23 et inférieure 20, qui ont été déposées par l'opération de pulvérisation.

Alors que le procédé de l'invention peut être efficace-

ment mis en pratique pour diverses tailles de masque, on estime souhaitable de fournir certaines valeurs à titre d'exemple pour montrer le meilleur mode actuellement connu de mise en oeuvre de l'invention. On a obtenu des résultats satisfaisants en utilisant une épaisseur de masque comprise entre 76 et 203 pm. La largeur de la configuration doit être comprise dans le rapport d'environ 0,75 à environ 1,5 fois l'épaisseur du masque. Il a été trouvé que

l'utilisation d'un masque trop épais était contre-indiquée, puis-

que, dans ces conditions, la différence effective entre les deux processus de métallisation diminuait. Dans un processus choisi à titre d'exemple qui a été effectivement mis en oeuvre, on a employé

un masque d'une épaisseur de 102 pm, l'ouverture de la configura-

tion étant également de 102 pm au niveau de son point le plus étroit entre les arêtes 17 et étant, au niveau de ses parties

larges (la partie supérieure et le fond), d'environ 127 pm. En uti-

lisant un masque tel que décrit, on a formé des bandes de tungstène pulvérisé d'environ 127 pm de largeur, tandis que l'aluminium déposé par dép8t sous vide présentait une bande de largeur 107 Pm

qui était centrée sur la bande de tungstène inférieure.

Il a aussi été déterminé, de façon empirique, que les arêtes 17 ne devaient pas nécessairement être placées précisément

au centre de l'épaisseur du masque. Il a été trouvé que, idéale-

ment, les arêtes fonctionnaient de la manière la plus efficace lorsqu'elles étaient disposées quelque part dans une étendue de

% à 50 % au-dessous du bord supérieur du masque.

Alors que le procédé de l'invention a été illustré en

relation avec la formation de bornes couvrant et connectant élec-

triquement des pattes exposées qui font saillies d'électrodes encastrées à l'intérieur d'un substrat de céramique, on admettra aisément que cette utilisation du procédé de l'invention ne doit en aucun cas être prise dans un sens limitatif. Le procédé peut être employé avec succès dans l'une quelconque de diverses situations o l'on souhaite déposer des couches successives de métal ayant des

largeurs différentes sans devoir pour autant effectuer une opéra-

tion de remasquage. L'élimination de l'opération de remasquage est

d'une importance particulière dans la fabrication de pièces élec-

troniques de précision ayant une petite taille.

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A L'aide du procédé selon l'invention, il est possible de déposer facilement des métaux ayant des propriétés idéales en vue d'applications particulières. A titre d'exemple, on peut choisir une première couche pour son absence de réactivité et son adhérence avec le substrat. On peut choisir une deuxième couche sur la base de sa conductivité élevée, mais sans devoir tenir compte de son aptitude à résister à l'oxydation, puisque la deuxième couche peut facilement être revêtue par une troisième couche dont la fonction

est d'isoler la deuxième couche.

De nombreux appareils bien connus dans la technique peuvent être employés pour effectuer les opérations de dépôt de vapeur et de pulvérisation. Comme cela semblera évident aux experts en matière de métallisation, l'appareil de dépôt particulier qui est choisi dépend dans une grande mesure de la taille de l'objet à revêtir du métal à déposer, de la vitesse de production voulue, de la quantité de métal devant être nécessaire déposée, et de divers

facteurs analogues.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer,

à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre

simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes

et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation de trajets conducteurs métaL-

tiques superposés ou enrobés sur un substrat diélectrique ou un élément analogue, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à réaliser un élément de masquage (14) possédant une surface supérieure et une surface inférieure ainsi qu'une ouverture (15) formée dans l'élément de masquage, ladite ouverture comprenant

une partie de base large (18) au niveau de ladite surface infé-

rieure et une partie col resserrée (17) dont la dimension trans-

versale est inférieure à celle de ladite partie de base et qui se

trouve entre lesdites surfaces supérieure et inférieure, à posi-

tionner ledit masque contre un substrat (12) de façon que ladite surface inférieure soit en contact avec ledit substrat, puis à déposer une configuration métallique au travers dudit masque par une opération de dépôt ionique de manière à former une première configuration métallique (22) correspondant sensiblement à la dimension transversale vue en plan de ladite partie col de ladite

ouverture, et déposer ensuite du métal au travers de ladite ouver-

ture dudit masque par un procédé de pulvérisation de manière à

former une deuxième configuration métallique (23) disposée en rela-

tion de recouvrement par rapport à ladite première configuration métallique, ladite deuxième configuration métallique s'étendant

transversalement au-delà de ladite première configuration métal-

lique et correspondant sensiblement aux dimensions vues en plan de

ladite partie de base de ladite ouverture, si bien que ladite pre-

mière configuration métallique est enrobée au-dessous de ladite

deuxième configuration métallique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique ladite première configuration métallique sur une configuration métallique antérieure (20) qui a été déposée sur ledit substrat au travers dudit masque, ladite configuration métallique antérieure ayant été appLiquée par pulvérisation, si bien que la largeur de ladite configuration métallique antérieure

est approximativement la largeur de ladite partie de base.

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3. Procédé permettant de former sur un substrat des aires métalliques superposées de dimensions transversales différentes,

caractérisé en ce qu'il comprend Les opérations consistant à réa-

liser un masque (14) dans LequeL est formée une ouverture (15), et OS caractérisé en ce que des parties (18) de ladite ouverture situées au niveau d'une surface inférieure dudit masque sont plus larges que d'autres parties (17) de ladite ouverture, à positionner ladite surface inférieure dudit masque contre un substrat (12), à déposer une première couche métallique (22) au-dessus dudit substrat par une opération de dépôt de vapeur au travers dudit masque afin de former une configuration métallique correspondant sensiblement aux

dimensions vues en plan desdites autres parties de ladite ouver-

ture, et à déposer une deuxième couche métallique (23) au-dessus dudit substrat au travers dudit masque sans retirer ledit masque dudit substrat par une opération de pulvérisation de manière à former une configuration métallique correspondant sensiblement aux dimensions vues en plan de ladite partie de base, en relation de

recouvrement avec ladite première couche.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte l'opération de dépôt par pulvérisation d'une couche métallique de base (20) sur ledit substrat au travers dudit masque de manière à définir une configuration métallique sur ledit masque correspondant sensiblement à la dimension vue en plan de ladite partie de basepréalabLement au dépôt desdites première et deuxième couches métalliques, si bien qu'il est formé une structure à trois couches dans laquelle ladite première couche métallique est enrobée

entre ladite couche de base et ladite deuxième couche métallique.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dimensions de ladite ouverture dudit masque sont, au niveau de ladite surface supérieure (16), plus grandes que les dimensions

desdites autres parties dudit masque.