Brevet FR2006697A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne le dépit sous vide des couches ou films minces, et en particulier le dépit d'une couche d'une épaisseur sensiblement uniforme sur une surface non plane. Suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, l'inventien concerne la métallisation des structures microélectroniques en semi-conducteurs telles que les transistors et les circuits intégrés pour établir des parcours conducteurs de section transversale pratiquement uniforme le long d'une surface irrégulière. Le dépit des matières sous un vide poussé (10 6 à 10 -5 torr) comporte le passage en ligne directe de la matière de la source dans toutes les directions à partir du point d'évapora- tion . Ces techniques sont habituellement utilisées pour déposer des couches ou pellicules minces uniformes sur des surfaces planes. Les tentatives pour déposer des couches minces d'épaisseur pratiquement uniforme sur des surfaces irrégulières n'ont pas donné satisfaction parce que certaines parties dela surface support, cachées derrière des zones saillantes, reçoivent des quantités exagérément fables de vapeur ou mdme n'en reçoivent pas.Les efforts effectués jusqu'ici pour résoudre ce problème ont été basés principalement sur l'utilisation de plusieurs sources d'évaporation arrangées en différentes dispositions géométriques. Cette solutien est efficace pour le dépôt d'une épaisseur substantielle sur toutes les parties d'une surface irrégulièrev Cependant, la pellicule résultante n'est pas satisfaisante parce que les zones les plus accessibles de la surface reçoivent de la vapeur de toutes les sources, tandis que les zones moins accessibles de la surface ne reçoivent la vapeur que d'une seule source. Il est par suite apparent que l'épaisseur de la pellicule résultante ne peut pas Outre uniforme. La présente invention a pour objet un procédé per sectionné pour le dépit par évaporationgous vide, et plus parti culireient un procédé permettant de former une pellicule d'une épaisseur pratiquement uniforme sur une surface irrégulière ou non plane. Une caractéristique de l'invention est la modification des techniques habituelles de dépit par évaporation sous vide in plaçant le support récepteur et la source de vapeur dans une atmosphère constituée par un gaz non réactif et en chauffant la source à la température d'évaporation tout en maintenant la pression de l'atmosphère inerte non réactive (en torrs) entre 0,01 et 0,50 fois l'inverse de la dis-tance en centimètres entre la source et la surface réceptrice. Les pressions utilisées sont suffisantes pour qu'il existe au moins deux libres parcours moyens entre la source et la surface réceptrice. Suivant un mode de mise en oeuvre particulier de lt invention, ltatmosphère inerte est obtenue en établissant d'abord dans une cloche ou autre récipient à vide contenant le support ré- cepteur et la source à une pression inférieur à b -5 x 10 5 torrs et en envoyant ensuite dans le récipient un gaz inerte sous une pres- sion d'au moins 10-4 torrs. Le gaz inerte est de préférence un gaz lourd tel que l'argon, ayant une masse substantielle pour la col- lis ion avec les molécules de vapeur entre la source et la surface réceptrice. N'importe quel gaz ou mélange de gaz ne réagissant pas avec la vapeur et le support peut convenir. L'invention concerne ainsi un procédé pour lue dépôt d'une pellicule d'une épaisseur sensiblement uniforme sur une surface non plane en commençant par placer le port récepteur et une source de matière pour la pellieule dans une cloche à vide ou autre récipient à vide convenable et à introduire-dans le récipi- ent une -petite quantité d'un gaz non réactif . La ratière de la source est ensuite chauffé à la température d'évaporation en main- tenant la pression du gaz inerte Cen torrs) entre 0,01 et 0,50 fois l'inverse de la distance en centimètres entre 12 source et la sur face réceptrice0 La pression en torrs est de préférence maintenue au moins à 0,02 fois l'inverse de la distance en centimètres entre la source et la surface réceptrice. Le procédé selon l'invention peut Outre utile pour le dépôt par évaporation sous vide de pellicules minces sur des surfaces irrégulières de n1 importe quel support. Ce procédé est particulièrement avantageux pour le depEt de pellicules minces de métal sur différentes surfaces modifiées des structures microélectroniques en semiconducteurs.Par exemple, dans la fabrication des circuits intégrés an silicium, il est d- venu récemment nécessaire de développer des procédés perfectionnes pour former plusieurs couches par métallisation avec des points de croisement séparés par des couches déposées-par évaporation de verre ou d'autres matières diélectriques. Pour le dépit de la première couche de métallisation et de n'importe lesquelles des couches consécutives , différentes ondulations ou autres irrégularites non planes de la surface du diélectrique doivent être couvertes, en particulier dans les zones où le diélectrique couvre une couche métallique.En conséquence, il devient impossible de déposer plusieurs couches métalliques de section transversale uniforme en utilisant des techiques d'évaporation sous vide suivant lesquelles le libre parcours moyen des molécules évaporées est supérieur à la distance entre la source de vapeur et la surface réceptrice Il existe d'autresvexemples dans la fabrication des structures des semiconducteurs pour lesquels il est désirable d'obtenir des configurations métallisées en pellicules de section transversale uniforme couvrant des surfaces irrégulières. Par exemple, les transistors du type mesa ont une surface non plane demandant dans certains cas des techniques de métallisation permettant la formation de pellicules métalliques de section transversale uniforme pour couvrir les surfaces irrégulières. Les sources de vapeur utilisées suivant la présente invention sont principalement l'étain, le chrome, l'argent, l' aluminium, l'indium, le titane, le cuivre et le nickel. N'importe quelle source connue utilisée par les procédés antérieurs de dépôt par évaporation sous vide convient aussi pour la mise en oeuvre de la présente invention Typiquement, le métal devant être évaporé est sous la forme de fil, de ruban ou de perle en contact avec du tungstène ou un autre métal réfractaire ou avec un filament en graphite chauffé b une température suffisante pour évaporer le métal. D'autres sources et d'autres techniques d'évaporation connues peuvent aussi convenir. Une atmosphère inerte à la pression comprise entre les limites nécessaire-s est obtenue en établissant le vide dans une cloche ou un autre récipient convenable à une pression inféri eure à 5 x 10 5 torrs et en envoyant ensuite dans le récipient un gaz inerte pour qu'il soit sous une pression d'au moins 104 torrs. Une telle atmosphère peut aussi être obtenue en purgeant la cloche ou autre récipient avec un gaz inerte et en établissant ensuite le vide à la pression nécessaire La distance entre la source de vapeur et la surface réceptrice est en général comprise entre 1 cm et 1 m. Cette dis tance doit de préférence être inférieure à la distance entre la source et la paroi de la chambre à vide pour améliorer le rendement de dépôt.La distance est adaptée à la pression du gaz inerte pour qu'il existe au moins deux libres parcours moyens entre la source et le support0 Il se produit par suite un certain nombre de collisions entre les molécules de la vapeur, les molécules du gaz inerte et d'autres molécules de la vapeur avant que la vapeur atteigne la surface réceptrice0 Les différentes collisions des molécules de la vapeur avant l'arrivée à la surface réceptrice assurant que la vapeur arrive sur cette surface dans des directions au hasard. Une pellicule d'une épaisseur sensiblement uniforme est ainsi formée sur la surface d'un support non plan. Le libre parcours moyen est réduit conformément à l'invention pour permettre plusieurs libres parcours moyens entre la source et la surface réceptrice. D'après les types d'atomes, la relation approximative entre le libre parcours moyen et la pression est la suivante : 5 x10-3 libre parcours moyen = ------ cm pression (torr) Ainsi, pour une pression de 5 x 10-3, le libre parcours moyen est approximativement de 1 cmO Un certain nombre de libres parcours moyens entre la source et la surface réceptrice, par exemple de 2 à 100 et de préférence de 3 à 20 libres parcours moyens, assurent l'arrivée dans des directions au hasard de la vapeur sur la surface réceptrice permettant le dépôt d'une pellicule. d'une épaisseur uniforme0 L'invention est illustrée plus particulièrement par ltexemple suivant* EXEMPLE Une pastille en silicium ayant une structure de circuit intégré monolithe comportant une première couche métallisée et une couche de verre avec des fenêtres aux points désirés pour la connexion entre les couches métalliques est placée dans une cloche baside de dimension importante à une distance de 20 cm d'une source de vapeur constituée par de l'aluminium sur un fila- ment de~tungstène. Le vide est établi à environ 10 -6 torrs dans Li Fl3ffihe qui est ensuite chargée d'argon sous une pression de torrs. Le filament est ensuite chauffé par passage de courant électrique pour l'évaporation complète de l'aluminium en 30 secondes . L'examen de la pastille après son enlèvement de la cloche indique le dépôt d'une pellicule sensiblement uniforme d'aluminium d'une épaisseur d'environ 5fi000 A e Une caractéristique particulièrement significative est l'épaisseur uniforme dans les régions non planes , c1est-à-dire les points de croisement des couches métalliques et les points de contact avec la première couche métallique où les reliefs sont compris environ entre 0,5 et 1,0 micron Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut outre mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre REVENDICATIONS 1. Procédé pour déposer une couche ou pellicule d'une épaisseur sensiblement uniforme sur une surface non plane caractérisé en ce que la surface préceptrice et une source de matière pour former la pellicule sont placées dans une atmosphère non réactive et la source est ensuite chauffée à la température d'évaporation en maintenant l'atrosphère à une pression en torrs comprise entre 0,01 et 0,50 fois l'inverse de la distance en cen timètres entre la source et la surface réceptrice. 2. Procédé selon la revendicaition 1 caractdrisé cn ce que l'atmosphère et la pression sont obtenues en établissant dans le récipient de traitement une pressioninférîeure à 5 x 10 510-5 torrs et en introduisant ensuite dans le récipient un gaz non réac tif sous une pression d'au moins 10-4 torts 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la source est un métal choisi dans le groupe constitué par l'étain, le titane, l'indium, le chrome, ltargent, L'aluminium, le cuivre et ltor. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la distance entre la source et la surface ré ceptrice est comprise entre 1 cm et 1 me 50 Procédé selon lune des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la pellicule est déposée sur une surface non plane. d'une structure en semiconducteur.