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RÉSUMÉ
Les couches minces sont un dépôt généralement inférieur à 5 µm d’épaisseur, habituellement obtenu sous vide. Cette technique peut également être utilisée pour de l'interconnexion haute densité, en multicouches, aussi appelées MCM pour "multichip module". Cet article présente les technologies associées à ces couches minces et MCM, et leurs applications, en basse fréquence et en optoélectronique.
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Michel MASSÉNAT : Docteur en physique de l’université de Bordeaux - Expert auprès de la Commission européenne - Consultant
INTRODUCTION
L’article précédent , dédié aux couches minces dites « traditionnelles », a défini ce que l’on entend par couche mince, à savoir un dépôt généralement inférieur à 5 µm d’épaisseur, habituellement obtenu sous vide. Ce dépôt est global, sur toute la surface du substrat et les motifs sont obtenus par une méthode soustractive, gravure chimique par exemple.
Les couches minces sont utilisées depuis plusieurs décennies dans un grand nombre d’applications. Les plus anciennes et encore les plus répandues sont probablement les applications optiques. La métallurgie, la photographie ont également utilisé les couches minces mais dans les applications les plus modernes, on rencontre maintenant la chimie, la biochimie et la médecine, autour de capteurs de toutes sortes, de gaz mais aussi d’ADN (les biopuces).
L’interconnexion, sous la forme de substrats équipés de pistes conductrices déposées, est également l’un des domaines privilégiés des couches minces.
Bien que détrônées dans les années 1980 par les couches épaisses dans ce domaine particulier, la notion de « multichip module » (MCM ou module multi- puce), apparue vers 1985, a redonné, grâce à certaines innovations techniques, un certain intérêt aux couches minces, qui ont retrouvé dans ces applications l’opportunité d’exploiter entièrement leurs capacités d’intégration.
Mais l’histoire ne fait que se répéter. L’intégration monolithique ne cesse d’évoluer et de gagner du terrain sur l’intégration hétérolithique, la poussant à évoluer à son tour. Si les MCM sont la réponse (hétérolithique) d’aujourd’hui aux limitations engendrées par les ASIC (monolithique), les SOP (hétérolithique) seront la réponse de demain aux SOC (monolithique) qui tentent de prendre aujourd’hui la place des MCM. Il est certain que dans les SOP, superhybrides comprenant à la fois interconnexion de haute densité, électrique et optique, composants actifs et composants passifs, dispositifs de refroidissement et pourquoi pas microsystèmes électromécaniques, les couches minces électroniques vont y prendre, plus que jamais, une place de choix.
L’auteur tient à remercier monsieur Thierry Lemoine, chef de département Céramique etPackaging à Thalès TRT, responsable du laboratoire commun LABCOM BGCC/TRT, ainsi que monsieur Sylvain Schmitt, ingénieur CNRS/IN2P3, pour l’aide qu’ils lui ont apportée dans la rédaction et la correction de ce document.
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1. Généralités
Un tableau des sigles et abréviations peut être consulté à la fin de l’article.
Le lecteur a trouvé dans l’article toutes les généralités propres aux couches minces utilisées dans les fonctions électroniques : définitions, domaines d’applications, types de composants réalisés, matériaux et leurs caractéristiques.
Le présent article est, quant à lui, dédié aux applications récentes d’interconnexion dénommées multichip modules, ainsi qu’aux développements récents en matière d’optoélectronique et de packaging en trois dimensions.
Avec l’arrivée des techniques numériques complexes, des grands composants (dont certains à plus de 1 000 interconnexions), des besoins en miniaturisation, des techniques d’assemblage à base de flip-chip ou de CSP, de besoins en rapidité, l’interconnexion à base de couches minces retrouve à coup sûr un intérêt.
Toute l’originalité des techniques MCM-D (pour deposited ) repose sur une évolution des techniques couches minces utilisées, qui permet d’obtenir dorénavant des substrats multicouches, ce qui n’était pas le cas avec les couches minces des années 1970. Le multicouche, associé à la densité d’intégration que les couches minces permettent d’atteindre, correspond ainsi aux besoins grandissants de compacité demandés dans quasiment tous les domaines de l’électronique et de la microélectronique.
Mais que l’on ne s’y trompe pas, en parallèle avec cette évolution technologique, le passage de l’analogique au numérique a également été décisif. En effet, l’intégration à la fois de plusieurs niveaux de conducteurs (donc aussi de couches diélectriques), et de composants passifs (résistances), tous en couches minces, n’est pas évidente et a constitué le frein majeur des circuits hybrides des années 1970. Or, les fonctions numériques ne requièrent plus de passifs de haute précision / stabilité et ceux-ci peuvent alors être rejetés hors des couches du substrat, rendant du même coup la réalisation de multicouches complexes...
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Généralités
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JAVITZ (A.E.) - Materials Science and Technology for Desing Engineers. - Hayden Book Company, Inc., New York (1972).
-
(2) - TUMMALA (R.R.), RYMASZEWSKI (E.J.), KLOPFENSTEIN (A.G.) - Microelectronics Packaging Handbook - Semiconductor Packaging - Part II. - Chapman & Hall (1997).
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(3) - HARPER (C.A.) - Handbook of Electronic Packaging - - McGraw-Hill (1969).
-
(4) - MORUCCI (J.P.) - Capteurs biomédicaux. - Encyclopædia Universalis (2000).
-
(5) - Biopuces : De la puce ADN à la puce protéine. - LETI, CEA. http://www-leti.cea.fr/Leti-FR/M_ACTIV/m81e.htm
-
(6) - MASSÉNAT (M.R.) - Multi-chip modules d’hier… et de demain. - Mentor Sciences & Polytechnica (1994).
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...
LUP-NancyLeti
Laboratoire Louis-Néel (Grenoble)http://www.ln-w3.polycnrs-gre.fr
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(liste non exhaustive)
3D Plus ElectronicsElectro-Films Inc. (résistances, réseaux et échelles de résistances, condensateurs, filtres RC, substrats)Hightec MC (substrats)MicroFab LLC (substrats couches minces)Micronic (substrats pour hyperfréquences)Reinhardt Microtech AG (substrats)Siegert ThinFilm Technology (Siegert TFT GmbH) (résistances, réseaux de résistances, ponts, capteurs de pression) TFT Thin Film Technology Corporation (résistances, réseaux, résistances ajustables, inductances, atténuateurs, lignes à retard, réseaux RC, filtres) Thalès Microelectronics (substrats pour MCM-D/LTCC)Thalès...
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