Procédé technologique pour la réalisation d’inductances intégrées.
III- 3 Réalisation du deuxième niveau d’inductance
La réalisation du deuxième niveau d’inductance débute avec le dépôt par évaporation de la base de croissance Ti/Au sur la résine SU-8 complètement recuite (étape a). Pour que la croissance électrolytique du plot de contact du deuxième niveau puisse être réalisée, le dépôt de la base de croissance doit être conforme pour assurer la continuité électrique entre la surface de la SU-8, les flancs de l’ouverture de cette résine et le plot de contact du premier niveau.
Cuivre SU-8 Cuivre Montée de la SU-8 sur le bord de la structure SU-8
Les figures 3.31.a et 3.31.b représentent une vue en section d’un plot de contact d’un premier niveau d’inductance, recouvert de résine SU-8 ouverte au niveau du plot. La base de croissance est déposée et gravée chimiquement suivant la forme des bobines du second niveau (Figure 3.31.a). Nous retrouvons les flancs d’ouverture de la résine SU-8 décrits par la figure 3.14, mais la couche Ti/Au, constituant la base de croissance, a pu néanmoins être déposée de manière continue sur toutes les faces des structures.
Figure 3.31. Plot de contact avec résine SU-8 ouverte et base de croissance du deuxième niveau gravée a) Vue sur le plot de contact avec la base de croissance du deuxième niveau
b) Vue des flancs de la SU-8 avec la base de croissance du deuxième niveau
La continuité de la base de croissance a pu être obtenue grâce à la méthode de dépôt employée. Dans un bâti sous vide, les wafers sont disposés sur une portion de sphère à laquelle un mouvement planétaire est imprimé (Figure 3.32). Un canon à électrons vient alors chauffer la cible de métal jusqu’à son évaporation. Le mouvement planétaire et l’inclinaison des wafers par rapport à la source d’évaporation permettent le recouvrement de marches.
Figure 3.32. Dépôt par évaporation avec mouvement planétaire des wafers
A partir de la base de croissance, l’inductance du deuxième niveau peut-être réalisée par croissance électrolytique puis recouverte par une couche isolante de SU-8. Les plots de contacts sont ouverts par photolithographie de la résine. L’observation en coupe des conducteurs montre que ces derniers sont bien superposés et très proches des conducteurs du premier niveau (Figure 3.33).
a) b) SU-8 Ti/Au Ti/Au SU-8 Canon à électrons Cible à évapore r e- Me
a) b)
Figure 3.33. Superposition de deux inductances isolées par une couche de SU-8 réticulée.
L’empilement de deux inductances est un procédé long et source de divers problèmes. La plupart de ces problèmes et les plus ennuyeux se concentrent sur la qualité du dépôt de SU-8 réalisant l’isolation entre les deux inductances. Les recuits de réticulation (Hard-bake) doivent être méticuleusement réalisés afin que la SU-8 puisse supporter les autres étapes du procédé, et notamment l’évaporation de métal pour la base de croissance. Un mauvais recuit final rend la résine sensible aux températures supérieures à 100°C et a pour conséquence un décollement général de la résine sous forme de film, ainsi que des motifs. De manière générale, la température du recuit final (ou recuit de réticulation) doit être supérieure à la température de fonctionnement attendu du composant. Si en fonctionnement la température du composant dépasse celle du recuit final, alors la résine va retrouver une certaine fluidité entraînant la modification de la structure inductive. La figure 3.34 est un exemple d’observation de SU-8 commençant à se décoller, entraînant la déformation du composant. Nous constatons un écartement notable entre les spires du premier et du second niveau. Un décollement de la résine vis-à-vis du wafer est également visible.
Figure 3.34. Décollement de la SU-8 entre les deux niveaux d’inductances
Finalement, concernant les défauts inhérents à la réalisation d’inductances sur plusieurs niveaux, il a été constaté en simulation qu’un écart horizontal de plusieurs dizaines de microns entraînait la chute du couplage magnétique. Sur les figures 3.35.a et 3.35.b, nous avons deux exemples d’erreur d’alignement entre les deux niveaux d’inductances. Ici, l’erreur se limite à la largeur d’un conducteur, soit 15µm seulement. Le mauvais alignement s’explique par les conditions dans lesquelles la photolithographie est réalisée. Le moment de l’insolation de la résine de définition correspond à l’étape b de la figure 3.1. La résine épaisse de définition est enduite sur la base de croissance (Ti/Au) qui est opaque. Il est par conséquent difficile de réaliser l’alignement au dessus des structures et des mires d’alignement.
Entre les niveaux Vis-à-vis
a) b)
Figure 3.35. Mauvais alignement du second niveau d’inductance par rapport au premier niveau a) Vue des spires, b) Vue d’un plot
III-4. Synthèse
Dans cette seconde partie, chaque étape de la réalisation des inductances a pu être validée. Nous avons tout d’abord pu vérifier que le procédé technologique nous permettait de réaliser des inductances classiques de différentes formes et avec des taux de remplissage variables. Sur le même niveau, nous avons pu également fabriquer des inductances constituées de 2 à 5 brins connectés en parallèle selon une topologie « interleaved ». Ensuite, la mise en œuvre de la résine SU-8 selon les paramètres définies précédemment a permis de recouvrir les inductances d’une couche isolante homogène, comblant correctement les interstices. Sur cette base, nous avons empilé une deuxième de bobine. A ce stade, les observations ont montré qu’une attention particulière devait être apportée aux recuits de la SU-8 sous peine décollement de cette couche.
Le procédé technologique a pu être mené à son terme et fournir des composants fonctionnels dont les caractérisations électriques seront commentées au chapitre suivant. Par ailleurs, ce procédé technologique n’est pas resté figé et a bénéficié d’évolutions constantes tout au long de la thèse. Nous précisons ici qu’elles ont été ces évolutions et dans quelle mesure elles ont permis d’améliorer le procédé de fabrication.