FR2460347A1 - Direct metallisation, esp. of microcircuits, by electroplating - with low current pre-metallising and high current metallising in single bath - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention est relative à un procédé de métallisation d'un substrat conducteur par galvanoplastie et au subst@t con- ducteur comportant une telle métallisation. The invention relates to a process for metallizing a conductive substrate by electroplating and to the conductive substance comprising such a metallization.
Pour permettre d'effectuer les connexions entre conducteurs ou entre conducteurs et semi-conducteurs dans les microcircuits électroniques modernes, les métallisations des grilles supports des semi-conducteurs ou des conducteurs doivent, pour des impératifs de fiabilité de ces microcircuits, répondre à des exigences d'adhérence parfaite de la métallisation et de résistance aux tests de vieillissement notamment, tel que contrainte thermique de 4500C pendant 30 secondes, pour lequel l'aspect de la métallisation doit rester inchangé. la qualité de telles métallisations est notamment liée à l'homogénéité de la structure cristalline de celles-ci. To allow connections to be made between conductors or between conductors and semiconductors in modern electronic microcircuits, the metallizations of the support grids of semiconductors or conductors must meet the requirements of reliability for these microcircuits. perfect adhesion of the metallization and resistance to aging tests in particular, such as thermal stress of 4500C for 30 seconds, for which the appearance of the metallization must remain unchanged. the quality of such metallizations is notably linked to the homogeneity of the crystal structure of these.
les procédés classiques de métallisation utilisés jusqu'à ce jour nécessitent, en particulier dans le cas d'une métallisation par argenture, en vue de répondre aux exigences précitées, une pré-métallisation totale du conducteur effectuée à nartir d'un premier bain de sels métalliques permettant lane adhérence convenable d'un dépôt local de forte épaisseur, ou métallisation proprement dite àpartir d'un deuxième bain de sels d'argent classique à base de sels d'argent complexes tels que 1 cyanure d'argent et de potassium.Ce procédé présente notamment les inconvénients ci-après
- présence de cyanure libre dans les bains utilisés, produit éminemment toxique nécessitant d'une part de grandes précautions relativement au stockage, à la manutention et à l'élimination de ce produit lors du renouvellement du bain
- structure cristalline différente de la couche de pré--métallisation et de la couche de métallisation proprement dite du fait de l'utilisation de bains différents lors de ces deux opérations
- vitesse de dépôt de la couche de métallisation nécessairement lente1 0,8 à 1 par minute , compte tenu de la diffé- rence de structure cristalline de la couche de pré-métallisation et de la couche de métallisation proprement dite en vue d'obtenir une adhérence convenable de la métallisation ;;
- prix de revient de l'opération très élevé du fait, d'une part, de la consommation inutile de matière première en vue de la seule argenture locale nécessitant une pré-métallisation totale, et, d'autre part, de l'importance de la maind'oeuvre pour l'utilisation successive de deux bains différents.the conventional metallization processes used to date require, in particular in the case of metallization by silvering, in order to meet the aforementioned requirements, a total pre-metallization of the conductor carried out starting from a first salt bath metal allowing proper adhesion of a local deposit of great thickness, or metallization proper from a second bath of conventional silver salts based on complex silver salts such as 1 cyanide of silver and potassium. process has the following disadvantages in particular
- presence of free cyanide in the baths used, eminently toxic product requiring on the one hand great precautions relative to the storage, the handling and the elimination of this product during the renewal of the bath
- crystal structure different from the pre-metallization layer and the actual metallization layer due to the use of different baths during these two operations
- deposition rate of the metallization layer necessarily slow1 0.8 to 1 per minute, taking into account the difference in crystal structure of the pre-metallization layer and of the metallization layer proper in order to obtain a suitable adhesion of metallization;
- very high cost price of the operation due, on the one hand, to the unnecessary consumption of raw material for the sole local silvering requiring total pre-metallization, and, on the other hand, the importance labor for the successive use of two different baths.
Le procédé de métallisation directe objet de l'invention permet de remédier aux inconvénients précités et a notamment pour but de permettre la réalisation d'une métallisation directe d'un c-onducteur à partir d'un seul et même bain dans le cas notamment d'une argenture, l'opération de pré-métallisation dans le cas de l'argenture dans un bain différent étant supprimée. Un autre but du procédé selon l'invention est l'emploi de bains de métallisation exempts de cyanure libre dans le ôas de l'argenture. The direct metallization process object of the invention overcomes the aforementioned drawbacks and in particular aims to allow the realization of a direct metallization of a c-conductor from a single bath in the case in particular of a silver plating, the pre-metallization operation in the case of silver plating in a different bath being eliminated. Another object of the process according to the invention is the use of metallization baths free of free cyanide in the case of silvering.
Un autre but du procédé selon l'invention est, par la mise en oeuvre de ce procédé,l'obtention d'une métallisation constituée d'une couche de pré-métallisation et d'une couche de métallisation proprement dite de structure cristalline analogue, la structure cristalline de la couche de métallisation proprement dite analogue à celle de la couche de pré-métallisation autorisant, dans les conditions d'adhérence et de tenue au vieillissement précitées, un dépôt rapide de la couche de métallisation dans le processus de fabrication des microcircuits actuels.Another object of the method according to the invention is, by implementing this method, obtaining a metallization consisting of a pre-metallization layer and of a metallization layer proper of similar crystalline structure, the crystal structure of the metallization layer proper analogous to that of the pre-metallization layer allowing, under the conditions of adhesion and resistance to aging mentioned above, rapid deposition of the metallization layer in the manufacturing process of the microcircuits current.
Selon l'invention, le procédé de métallisation directe d'un substrat conducteur par galvanoplastie dans un bain de sels métalliques comporte successivement,dans un même bain,les étapes suivantes
- dépôt à vitesse lente et à faible courant d'une couche de pré-métallisation mince à structure cristalline fine
- dépôt à vitesse rapide et à fort courant, sur cette couche de pré-métallisation, d'une couche de métallisation proprement dite de structure cristalline analogue.According to the invention, the method of direct metallization of a conductive substrate by electroplating in a bath of metal salts successively comprises, in the same bath, the following steps
- deposition at slow speed and at low current of a thin pre-metallization layer with fine crystalline structure
- deposition at high speed and at high current, on this pre-metallization layer, of a metallization layer proper of similar crystalline structure.
Le procédé selon l'invention n'est pas limité à la seule argenture d'un substrat conducteur, la dorure et le nickelage pouvant notamment être mis en oeuvre selon ce procédé, en particulier dans les procédés de fabrication de microcircuits électroniques. The method according to the invention is not limited to the sole silvering of a conductive substrate, gilding and nickel plating can in particular be implemented according to this method, in particular in the methods of manufacturing electronic microcircuits.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après dans lesquels
- la figure 1 représente un diagramme des phases ou étapes relatives au procédé selon l'invention
- les figures 2a et 2b représentent en coupe respectivement un substrat conducteur recouvert d'une métallisation effectuée à l'aide d'un procédé selon l'art antérieur et un substrat conducteur recouvert d'une métallisation obtenue par le procédé objet de l'invention.The invention will be better understood from the following description and drawings in which
- Figure 1 shows a diagram of the phases or steps relating to the method according to the invention
- Figures 2a and 2b show in section respectively a conductive substrate covered with a metallization carried out using a method according to the prior art and a conductive substrate covered with a metallization obtained by the process object of the invention .
Suivant la figure 1, le substrat conducteur étant placé dans un bain de sels métalliques contenu dans une cuve à galvanoplastie, le procédé consiste à effectuer successivement, dans ce même bain, les étapes suivantes
- dépôt à vitesse lente et à faible courant d'une couche de pré-métallisation mince à structure cristalline fine,
- dépôt à vitesse rapide et à fort courant sur cette couche de pré-métallisation proprement dite de structure cristalline analogue.According to FIG. 1, the conductive substrate being placed in a bath of metal salts contained in an electroplating tank, the method consists in successively carrying out, in this same bath, the following steps
- deposition at low speed and at low current of a thin pre-metallization layer with a fine crystalline structure,
- deposition at high speed and at high current on this actual pre-metallization layer of analogous crystal structure.
Les deux étapes successives précitées permettent dans un premier temps, par le dépôt de la couche de pré-métallisation, de définir le grain de la structure cristalline de la métallisa-. The two successive steps mentioned above allow, firstly, by depositing the pre-metallization layer, to define the grain of the crystalline structure of the metallization.
tion et, dans une deuxième temps, par le dépôt de la couche de métallisation proprement dite, de faire croître celle-ci à vitesse rapide avec une configuration ou structure cristalline analogue à celle de la couche de pré-métallisation. A cet effet, les dépôts des couches de pré-métallisation et de métallisation proprement dite étant effectuées par électrolyse, le rapport des densités de courant I2 du dépôt à vitesse rapide et du dépôt à vitesse lente I1 est par exemple voisin de 10. La durée T1 du dépôt à vitesse lente est par exemple comprise entre 2 à 5 secondes en fonction de la concentration en sels métalliques du bain utilisé et de la densité de courant appliquée dans la cuve à galvanoplastie.La durée 22 du dépôt de la couche de métallisation proprement dite est uniquement fonction de l'épaisseur voulue de celle-ci, compte tenu de la densité de courant appliquée à la cuve à galvanoplastie durant ce dépôt et en définitive de la densité de courant et de la concentration en sel métallique du seul et même bain utilisé. Le procédé selon l'invention peut également être utilisé en vue d'effectuer une dorure de substrat conducteur, le bain de sels métalliques comportant principalement des sels d'or.tion and, in a second step, by depositing the metallization layer proper, to grow it at high speed with a configuration or crystal structure similar to that of the pre-metallization layer. For this purpose, the deposits of the pre-metallization and metallization layers proper being carried out by electrolysis, the ratio of the current densities I2 of the deposition at high speed and of the deposition at slow speed I1 is for example close to 10. The duration T1 of the slow speed deposition is for example between 2 to 5 seconds depending on the concentration of metal salts of the bath used and the current density applied in the electroplating tank. The duration 22 of the deposition of the metallization layer properly said is only a function of the desired thickness thereof, taking into account the current density applied to the electroplating tank during this deposition and ultimately the current density and the metal salt concentration of the same bath used. The method according to the invention can also be used with a view to gilding a conductive substrate, the bath of metal salts mainly comprising gold salts.
Le procédé sera cependant plus particulièrement décrit dans le cas du procédé d'argenture pour lequel l'étape de préargenture dans un bain différent du bain d'argenture proprement dite est supprimée.- Suivant l'invention, le bain de sels métalliques comportant les sels d'argent est exempt de cyanure d'argent libre. Le bain comporte uniquement des sels d'argent à une concentration en argent3ion argent A+g+,atteignant par exemple 65 grammes par litre. Le bain de sels d'argent est par exemple constitué par un bain connu sous le nom commercial de "Silva 900". A titre d'exemple, la densité de courant I1 appliquée à la cuve à galvanoplastie comportant un tel bain est de 4,5 A/dm2 pendant le dépôt à vitesse lente pendant un temps voisin de 3 secondes. La densité de courant I2 appliquée à la cuve à galvanoplastie comportant ce même bain pendant le dépôt à vitesse rapide est de l'ordre de 40 A/dm2 pendant un temps compris entre 8 à 10 secondes. Le dépôt d'argent ainsi obtenu a une épaisseur de l'ordre de 5 microns. The process will however be more particularly described in the case of the silver plating process for which the pre-silvering step in a bath different from the silver plating bath itself is eliminated. According to the invention, the bath of metal salts comprising the salts of silver is free of free silver cyanide. The bath contains only silver salts at a concentration of silver A silver + g +, reaching for example 65 grams per liter. The silver salt bath is for example constituted by a bath known under the commercial name of "Silva 900". By way of example, the current density I1 applied to the electroplating tank comprising such a bath is 4.5 A / dm 2 during deposition at slow speed for a time close to 3 seconds. The current density I2 applied to the electroplating tank comprising this same bath during deposition at high speed is of the order of 40 A / dm2 for a time between 8 to 10 seconds. The silver deposit thus obtained has a thickness of the order of 5 microns.
Le procédé ainsi décrit permet d'obtenir pendant la première étape du cycle un dépôt de faible épaisseur très adhérent à structure cristalline fine et régulière. La deuxième étape du cycle permet la mise à épaisseur rapide tout en conservant une structure cristalline de la couche de métallisation proprement dite analogue, la métallisation présentant de ce fait une structure cristalline homogène. The process thus described makes it possible to obtain, during the first stage of the cycle, a deposit of very thick thickness which is very adherent with a fine and regular crystalline structure. The second stage of the cycle allows rapid thickening while retaining a crystalline structure of the metallization layer proper, the metallization therefore having a homogeneous crystalline structure.
Le réglage des densités de courant différentes appliquées à la cuve à galvanoplastie pour les différentes étapes est effectué sans difficulté au niveau des moyens d'alimentation de la cuve par commutation d'organes redresseurs commandés par exemple, le temps de commutation Tc pouvant être très réduit. The adjustment of the different current densities applied to the electroplating tank for the different stages is carried out without difficulty at the level of the means of supplying the tank by switching controlled rectifiers, for example, the switching time Tc can be very reduced. .
Les figures 2a et 2b permettent une comparaison des métallisations obtenues à l'aide d'un procédé de l'art antérieur et d'un procédé selon l'invention. Selon la figure 2a, un substrat conducteur 1, un substrat de cuivre par exemple, a été recouvert d'une métallisation 2 par un procédé de l'art antérieur. FIGS. 2a and 2b allow a comparison of the metallizations obtained using a method of the prior art and a method according to the invention. According to FIG. 2a, a conductive substrate 1, a copper substrate for example, has been covered with a metallization 2 by a method of the prior art.
La métallisation 2 comporte une couche de pré-métallisation 21 adhérant au substrat et recouverte elle même d'une couche de métallisation proprement dite 22. La couche de pré-métallisation 21 et la métallisation proprement dite 22 ont, du fait de l'utilisation de bains différents, une structure cristalline différente. Selon la figure 2b, la métallisation 31 obtenue par mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte une couche de pré-métallisation mince 31 et une couche de métallisation proprement dite 32 de structure analogue du fait de l'utilisation d'un même bain, la métallisation 3 comportant une structure cristalline homogène.The metallization 2 comprises a pre-metallization layer 21 adhering to the substrate and itself covered with a metallization layer proper 22. The pre-metallization layer 21 and the actual metallization 22 have, due to the use of different baths, a different crystal structure. According to FIG. 2b, the metallization 31 obtained by implementing the method according to the invention comprises a thin pre-metallization layer 31 and an actual metallization layer 32 of similar structure due to the use of the same bath , the metallization 3 comprising a homogeneous crystal structure.
Le procédé ainsi décrit permet une économie substan telle de matière première du fait de la possibilité d'une prémétallisation et d'une métallisation toutes deux localisées et une économie de main d'oeuvre du fait de l'utilisation d'un seul et même bain. The method thus described allows a substantial saving of raw material due to the possibility of premetallization and metallization both localized and a saving of labor due to the use of a single bath .
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