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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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2. Technologies
2.1 Techniques de réalisation et physique des couches minces
Le lecteur est invité à consulter également l’article pour tout ce qui concerne les techniques de réalisation et la physique des couches minces :
-
méthodes de dépôt ;
-
croissance et nucléation ;
-
adhérence et contraintes ;
-
méthodes de conception et de réalisation des motifs ;
-
stabilité des couches minces.
Il y trouvera également un paragraphe dédié à la réalisation des couches minces monocouches, celles que nous appelons « traditionnelles ». En particulier, y sont décrites les principales méthodes de dépôt :
-
évaporation thermique ;
-
pulvérisation cathodique ;
-
dépôt par voie gazeuse.
Le présent article est avant tout dédié à la description des applications plus récentes des couches minces, parmi lesquelles les techniques dites de multichip modules représentent une avancée essentielle.
HAUT DE PAGE2.2 Couches minces multicouches
Avec le besoin croissant en densité d’interconnexion requis par les circuits numériques complexes, et avec l’arrivée dans les années 1980-1985 des techniques dites MCM, les couches minces utilisées en tant qu’élément d’interconnexion (seulement) reviennent au devant de la scène microélectronique.
Quelques années plus tard, alors que les nouvelles techniques d’interconnexion sont bien maîtrisées, il apparaît que les nombreux éléments passifs nécessités par le tout numérique pourraient être avantageusement intégrés à l’intérieur même du substrat, de manière à en libérer la surface pour les composants actifs. La notion de composants passifs enterrés est née, pour lesquels les couches minces représentent une solution intéressante.
Ainsi, l’histoire se répète. Dix ans...
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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).
-
...
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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