Brevet FR2001094A1 — publié le 19690926

La présente invention se rapporte à un procédé de formation d'un contact métallique stable et adhérent sur un élément et à un dispositif triode de pulvérisation par bombardement perfectionné gui peut être utilisé pour exécuter les opérations 5 de ce procédé. Un bon contact métallique doit être malléable aisément liant, soit par thermocompression soit par liaison par ultrasons. Il doit également présenter une bonne .conductibilité électriques et ne doit pas s'oxyder, les contacts en or ont ces pro-10 priétés. Mais l'or n'adhère qu'à quelques substances, présente un coefficient de diffusion élevé à travers la plupart des matériaux et réagit avec des matières telles que le silicium pour former un eutectique à basse température. On peut remédier à ces inconvénients des contacts en or en utilisant une couche d'in-15 terface non réactive entre le contact en or et l'élément sur lequel celui-ci doit être formé. Cette couche d'interface peut être, par exemple, une couche de molybdène, de nickel, de chrome ou de titane, le molybdène est à préférer car c'est peut-être à travers ce métal que l'or présente son taux de diffusion le plus 20 faible (de cent à mille fois plus faible qu'à travers les autres métaux mentionnés). Certes, le molybdène s'oxyde, mais ceci ne pose aucun problème étant donné que la couche d'interface est recouverte par le contact en or. L'invention a, notamment, pour objet de créer tin procédé 25 applicable à l'échelle industrielle, de formation d'un contact métallique stable et adhérent,sur un élément tel qu'un dispositif actif, un circuit pelliculaire, une structure de guidage de faisceau, ou analogues. A cet effet, suivant le mode de mise en œuvre préféré du procédé suivant l'invention, on pulvérise par 50 bombafdement une couche de molybdène sur l'élément, on pulvérise par bombardement une couche composite d'or et de molybdène sur ladite couche de molybdène et, enfin, on pulvérise par baiarde-ment une couche d'or sur ladite couche composite d'or et de molybdène. 35 Les opérations de pulvérisation par bombardement du procédé suivant l'invention peuvent être effectuées en utilisant un dispositif triode de pulvérisation par bombardement classique. Toutefois, dans ces dispositifs classiques, on n'obtient un dépôt uniforme que dans une zone relativement limitée. Ceci réduit 40 au minimum l'efficacité du procédé dans des ensembles de produo- 69 01519 2 2001094 tion à grande échelle, où il est désirable de traiter uniformémait une grande série d'éléments à la fois. En conséquence, un autre but de l'invention est de créer un dispositif triode de pulvérisation par bombardement per-5 fectionné, dans lequel on peut effectuer un dépôt uniforme dans une zone relativement étendue sous de faibles pressions de gaz. A cet effet, suivant le mode de réalisation préféré du dispositif suivant l'invention, on utilise une anode circulaire agrandie et une cathode-circulaire agrandie montées dans des plans parallèles 10 et espacées le long d'un axe commun d'une distance sensiblement égale au parcours libre moyen des atomes à projeter par bombardement à partir de la cathode. Un filament blindé est monté de manière à pouvoir tourner, le long de l'axe commun et entre l'anode et la cathode,et un collecteur cylindrique est monté coaxialement 15 autour de ce filament blindé. Ledit collecteur est disposé entre l'anode et la cathode et est espacé symétriquement du filament d'une distance sensiblement égale au parcours libre moyen des électrons. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 20 description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints, qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. Sur ces dessins : les figures 1 à 5 sont des vues en coupe montrant les 25 opàations de formation d'un contact métallique sur un élément, suivant le mode de mise en œuvre préféré du procédé suivant l'invention ; la figure 6 est une vue en plan du dessus avec arrachement partiel d'un dispositif triode de pulvérisation par bom-30 bardement classique qui peut être utilisé pour effectuer les opérations représentées sur les figures 1 à 5 ; la figure 7 est une vue latérale du dispositif triode de pulvérisation par bombardement classique de la figure 6 ; la figure 8 est une vue en plan du dessus avec arra-35 chement partiel d'un dispositif triode de pulvérisation par bombardement perfectionné conforme au mode de réalisation préféré du dispositif suivant l'invention, et la figure 9 est une vue en coupe latérale, suivant la ligne A-A du dispositif triode de pulvérisation par bombardement 40 perfectionné de la figure 8. 69 01519 3 2C: 1094 On va décrire tout d'abord la figure 1 sur laquelle est représenté un élément tel qu'un fragment de silidum 10 sur lequel un contact métallique doit être formé. Le contact métallique à former peut servir, par exemple, d'électrode, pour un com-5 posant 12 précédemment formé dans le fragment de silicium 10 par des techniques de diffusion classiques. Comme représenté sur la figure 2, il peut être nécessaire de prévoir initialement une couche d'oxyde de masquage 14, ou analogues, sur la surface du fragment de silicium 1C, de manière à isoler le contact métalli-10 que de parties choisies du fragment de silicium 10. Selon une variante, une couche de masquage pourrait être utilisée après la formation du contact métallique sur le fragment de silicium 10 pour permettre l'élimination par gravure ou corrosion de parties choisies du contact métallique. 15 Comme représenté sur la figure 3, la première opéra tion de formation du contact métallique sur le fragment de sili-ciup 10 consiste à pulvériser par bombardement une couche 16 de molybdène ou d'un autre métal de ce genre, adhérent et non réactif, sur la surface exposée du fragment de silicium. Pour effec-20 tuer cette opération, on peut utiliser par exemple, un dispositif triode de pulvérisation par bombardement classique tel que celui qui est représenté sur les figures 6 et 7. Le fragment de silicium 10 est placé sur une anode rectangulaire 18 mise à la masse. L'anode 18 est montée de telle manière qu'elle puisse tourner 25 dans le sens 6 autour de l'axe 20. Des électrons provenant d'un filament 22 auquel est appliqué le potentiel de la masse sont recueillis sur un collecteur 25 qui fonctionne sous 40 volts environ. Un courant d'environ 2 ampères est maintenu entre le filament 22 et le collecteur 24. L'appareil de pulvérisation par 30 bombardement est logé dans une enceinte 25 remplie d'un gaz inerte tel que de l'argon. En conséquence, certains des électrons provaant du filament 22 entrent en collision avec des atomes d'argon neutres avant d'atteindre le collecteur 24. Certaines de ces collisions produisent des ions d'argon positifs qui sont 35 attirés vers une cathode en molybdène 26 rectangulaire à laquelle est appliquée une tension négative d'environ 4000 volts par rapport à la masse. Sous 1'effet du bombardement de la cathode en molybdène 26 par les ions d'argon positifs, des atomes de molybdène sont arrachés. Un grand nombre d'entre eux se déposent 40 sur le fragment de silicium 10. On prolonge ce processus pendant 69 01519 4 2001094' deux minutes et demie à cinq minutes environ, de manière à pulvériser par bombardement une couche 16 de molybdène d'une épaisseur de l'ordre de 500 à 1000 angstrSms sur la surface exposée du fragment de silicium 10. Un blindage ou écran rectangulaire 5 28 est utilisé pour empêcher les ions d'argon positifs de bombarder une cathode en or rectangulaire 30 destinée à être utilisée lors de l'opération suivante.. le blindage ou écran 29 du filament présente une ouverture 32 pour permettre aux électrons provenant du filament 22 d'atteindre le collecteur 24. Antérieurement à la 10 première opération de pulvérisation par bombardement, un obturateur rectangulaire 33 peut être interposé entre le fragment de silicium 10 et les cathodes 26 et 30. L'obturateur 33 blinde le fragment de silicium 10 au cours d'une brève opération de pulvérisation par bombardement préalable qui est utilisée pour décaper 15 le dispositif triode de pulvérisation par bombardement. Après cette opération de décapage, l'obturateur 33 est déplaeé angulai-rement et amené hors de la. région de pulvérisation par bombardement, puis la première opération de pulvérisation par bombarderait s'effectue comme décrit ei-dessus. 20 Comme représenté sur la figure 4, la phase suivante de formation du contact consiste à pulvériser par bombardement une couche composite 34 de molybdène et d'or ou d'Tin autre métal de ce genre malléable, liant, électriquement conducteur et résistant à l'oxydation, sur la couche 16 de molybdène. On peut éga-25 lement effectuer cette opération en utilisant le dispositif de pulvérisation par bombardement classique représenté sur les figures 6 et 7 et décrit à propos de la phase précédente. Toutefois, pour cette nouvelle phase, les cathodes en molybdène 26 et en or 30 reçoivent une tension de 4000 volts négative par rapport 30 à la masse. En outre, l'anode 18 et l'écran 28 sont entraînés en rotation simultanément dans le sens 0 autour de l'axe 20 à une vitess-e angulaire de l'ordre de un à dix tours par minute. En conséquence, des ions d'argon positifs bombardent alternativement la cathode en molybdène 26 et la cathode en or 30. On prolonge 35 ce processus pendant deux à trois minutes environ de manière à pulvériser par bombardement une couche composite 34 d'or et de molybdène d'une épaisseur de l'ordre de 400 à 600 angstrQms sur la couche 16 de molybdène. Comme représenté sur la figure 5> l'opération finale 40 de formation du contact consiste à pulvériser par bombardement 69 01519 5 2001094 une couche 36 d'or sur la couche composite 34 d'or et de molybdène. On peut également effectuer cette opération en utilisant le dispositif triode de pulvérisation par bombardem enflas si que représenté sur les figures 6 et 7. Toutefois, pendant cette phase 5 1*anode 18 et l'écran 28 sont maintenus fixes, et l'écran 28 est disposé de manière à blinder la cathode en molybdène 26. En conséquence, les ions d'argon positifs bombardent exclusivement la cathode en or 30. On poursuit ce processus pendant environ 20 minutes de manière à pulvériser par bombardement une couche 36, par 10 exemple d'une épaisseur d'enyiron 4000 angstrttms, sur la couche composite 34 d'or et de molybdène. Les trois opérations ci-dessus assurent l'obtention d'un contact métallique notablement plus stable et environ dix fois plus adhérent à un fragment de silicium ou analogues que, 15 par exemple, un simple contact en or formé par des procédés classiques. Bien que l'on puisse effectuer ces opérations en utilisant le dispositif triode de pulvérisation par bombardement classique décrit ci-dessus, elles sont plus faciles à exécuter dans le cadre d'une production à grande échelle si l'on utilise 20 le dispositif triode de pulvérisation par bombardement perfectionné qui va maintenant être décrit. On va se référer, pour cette description, aux figures 8 et 9 où l'on voit en 38 une enceinte hermétique telle qu'une cloche. La cloche 38 est vidée d'air puis remplie à basse 25 pression de l'ordre de 4 microns, d'un gaz inerte tel que de l'argon. line anode circulaire 40 fonctionnant sensiblement au potentiel de la masse et une cathode circulaire 42 à laquelle est appliquée une tension de l'ordre de 4000 volts négative par rapport à la masse sont montées dans des plans parallèles à l'in-30 térieur de la cloche 38. L'anode 40 et la cathode 42 sont espacées le long d'un axe commun 44 d'une distance L^ sensiblement égale au parcours libre moyen 1 des atomes à pulvériser par cl bombardement à partir de la cathode. Cette distance L^ peut avoir pratiquement n'importe quelle valeur choisie dans la gamme défi-35 nie par 1 + 100 fi. Pour donner un exemple spécifique, on neut a ~ ■** utiliser une valeur de l'ordre de 40 mm. L'anode 40 et la cathode 42 peuvent avoir chacune un rayon d'environ 20 cm. Ceci leur donne une superficie sensiblement quadruple de celle de l'anode 18 et des cathodes combinées 26 et 30 du dispositif triode de 40 pulvérisation par bombardement classique représenté sur les 69 01519 e 2001094 figures 6 et 7. Les éléments 46 sur lesquels une pellicule doit être déposée sont placés sur l'anode 40. On utilise une cathode 42 faite de la matière à déposer sur les éléments 46. Un filament 48 fonctionnant au potentiel de la masse 5 est monté de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de la cloche 38 le long de l'axe commun 44 entre l'anode 40 et la cathode 42. Le filament 48 est entraîné en rotation à une vitesse angulaire d'environ un à dix tours par minute dans le sens 0. Cette rotation du filament 48 assure une uniformité de dépôt 10 dans le sens ô. L'anode 40 et la cathode 42 présentent chacune une ouverture centrale 50 destinée à recevoir les bornes d'extrémité du filament 48. Un blindage cylindrique 52 est coaxiale-ment supporté autour du filament 48. Le blindage 52 est formé de deux demi-coquilles identiques qui font saillie à travers les 15 ouvertures 50 de l'anode 40 et de la cathode 42 et qui sont espacées près du centre du filament 48 de manière à former une ouverture annulaire 54 à travers laquelle des électrons peuvent s'échapper du filament. De l'eau est refoulée par une pompe à travers chaque demi-coquille du blindage 52 pour assurer un re-20 froidissement du filament 48. Un collecteur cylindrique 56 est monté coaxialement à l'intérieur de la cloche 38 et autour du filament blindé 48. Le collecteur 56 est monté entre l'anode 40 et la cathode 42 et est espacé symétriquement du filament 48 d'une distance Lg. La pression de gaz à l'intérieur de la cloche 25 38 est réglée de manière à rendre le parcours libre moyen 1 des v électrons sensiblement égal à Lg. Le collecteur 56 fonctionne sous 40 volts environ. Les éleetrons cédés par le filament 48 sont recueillis par le collecteur 56. Un courant d'environ 4 ampères est maintenu 30 entre le filament 48 et le collecteur 56. La densité des électrons décroît naturellement en raison inverse de la distance r au filament en raison de la géométrie de la structure. Certains des électrons provenant du filament 48 entrent en collision avec des atomes d'argon neutres alors qu'ils sont en transit vers le 35 collecteur 56. La probabilité pour qu'une telle collision se produise croît avec la distance r ; nulle sur le filament 48, elle atteint un maximum à une distance égale à la longueur du parcours libre moyen des électrons, près du collecteur 56. Certaines de ces collisions produisent des ions d'argon positifs qui 40 bombardent la cathode 42 polarisée négativement et arrachent 69 01519 7 2001094 ainsi à cette dernière des-atomes de la matière à déposer. La probabilité pour qu'un électron ionise un atome d'argon neutre lorsqu'une collision se produit croît donc arec la distance r. En conséquence, en équilibrant l'augmentation du nombre de collisions 5 et d'ionisations résultantes en fonction croissante de r, et la réduction de la densité en électrons en fonction décroissante de r, on obtient une densité en ions homogène et, par conséquent, un dépôt uniforme. Pour assurer cet équilibrage, il suffit de rendre L2 sensiblement égal à la longueur lg du parcours libre moyen 10 des électrons. Pour assurer une bonne uniformité de dépôt, la longueur lg doit être égale, au moins, à 50 fo de L2 ; 1 peut être supérieur à Lg» patiquement dans n'importe quelle mesure. Des dépôts uniformes à + 10 $ près environ ont été obtenus en donnant à 1 une valeur comprise dans la gamme définie par L2 15 +10 fo. ïïn tel dépôt peut être obtenu avec l'appareil décrit ci-dessus dans une zone (indiquée entre les cercles en trait interrompu concentriques 58) de plus de 645 cm^. Cette superficie est environ dix fois plus grande que la zone (indiquée dans le cadre rectangulaire en trait interrompu 60 de la figure 6) 20 dans laquelle un dépôt d'un degré d'uniformité comparable peut être obtenu avec le dispositif triode de pulvérisation par bombardement classique représenté sur les figures 6 et 7. Si, par exemple, des contacts métalliques doivent être formés sur les éléments 46 par le procédé décrit ci-dessus, 25 on utilise une cathode 42 dont l'une des demi-coquilles 62 est en or et dont l'autre demi-coquille 64 est en molybdène. ïïn écran semi-circulaire 66 est utilisé pour recouvrir la demi-coquille en or 62 de la cathode 42 et la partie correspondante du collecteur 56 pendant l'opération de pulvérisation par bombardement 30 d'une couche de molybdène sur les éléments 46. Ensuite, l'écran 66 est retiré, et l'on fait tourner l'anode 40 avec le filament 48 pendant l'opération suivante de pulvérisation par bombardement d'une couche composite dbr et de molybdène. Au lieu de retirer l'écran 66 pendant cette phase, on peut aussi le faire tourner 35 de 90° jusqu'à une position neutre équidistante des demi-coquilles 62 et 64 de la cathode 42. On fait ensuite tourner l'écran 66 de 90 degrés de plus pour recouvrir la demi-coquille en molybdène 64 et la partie correspondante du collecteur 56, pendant la phase suivante, c'este-à-dire pendant la dernière opération de pulvérisa-40 tion par bombardement d'une couche d'or sur la-couche composite 69 01519 8 2001094 d'or et de molybdène. Deux obturateurs semi-circulaires 68 peuvent être interposés entre les éléments 46 et la cathode 42 pour blinder les éléments 46 payant l'opération de décapage qui est effectuée antérieurement à la première opération de pulvérisation par 5 bombardement. Ces obturateurs 68 sont montés de telle façon qu'ils puissent être déplacés angulairement jusqu'à des positions alignées avec la position neutre du blindage 66, après achèvement de l'opération de décapage. 69 01519 9 2001094 R E Y E Jf DIOATION SI 1. Procédé de formation d'un contact métallique sur un élément, ledit procédé comprenant une opération consistant à pulvériser par "bombardement une couche d'un premier métal sur 5 ledit élément et étant caractérisé par les opérations consistant à pulvériser par bombardement une couche composite dudit premier métal et d'un second métal sur ladite couche du premier métal et à pulvériser par bombardement une couche du second métal sur ladite couche composite des premier et second métaux. 10 2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la première opération de pulvérisation par bombardement mentionnée consiste à pulvériser par bombardement une couche de molybdène sur l'élément précité, ledit procédé étant en outre caractérisé par le fait que la seconde opération de pulvérisation par bombar-15 dement mentionnée consiste à pulvériser par bombardement une couche composite d'or et de molybdène sur ladite couche de molybdène et par le fait que la troisième opération de pulvérisation par bombardement mentionnée consiste à pulvériser par bombardement tme couche d'or sur ladite couche composite d'or et de molybdène. 20 3. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel la première opération de pulvérisation par bombardement mentionnée consiste à pulvériser par bombardement une couche de molybdène d'une épaisseur d'au moins 500 angstrSms sur l'élément précité, ledit procédé étant en outre caractérisé par le fait que la secon-25 de opération de pulvérisation par bombardement mentionnée consiste à pulvériser par bombardement une couche composite d'or et de molybdène d'au moins 400 angstrSms d'épaisseur sur ladite couche de molybdène. 4. Appareil permettant de déposer une couche d'une 3 0 matière choisie sur un élément, ledit appareil comprenant une enceinte capable de contenir un gaz inerte et de le maintenir à une pression choisie, une anode, une cathode, un filament et un collecteur, tous logés dans cette enceinte, ledit appareil étant caractérisé par le fait que le filament et le collecteur sont 35 disposés entre l'anode et la cathode, le collecteur étant monté autour du filament et étant espacé de celui-ci d'une distance choidie. 5. Appareil suivant la revendication 4» caractérisé en outre par le fait que ledit collecteur est espacé du filament, 69 01519 10 2001094 d'une distance sensiblement égale au parcours libre moyen des électrons. 6. Appareil suivant la revendication 5» comprenant un blindage ou écran logé à l'intérieur de l'enceinte et capable 5 d'assurer le refroidissement du filament, ledit appareil étant en outre caractérisé par le fait que ledit blindage est disposé autour dudit filament et présente une ouverture annulaire à travers laquelle des électrons peuvent être transférés du filament au collecteur. 10 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en outre par le fait que l'anode et la cathode sont supportées dans des plans parallèles et le long d'un axe commun, tandis que le filament est monté de manière à pouvoir tourner le long dudit axe commun et entre lesdits plans, le collecteur étant, de son 15 côté, supporté coaxialement autour du filament entre l'anode et la cathode. 8. Appareil suivant la revendication 7» dans lequel la cathode est formée de la matière choisie, ledit appareil étant caractérisé en outre par le fait que le collecteur et le blinda-20 ge sont cylindriques et par le fait que l'anode et la cathode sont circulaires et sont espacées d'une distance sensiblement égale au parcours libre moyen des atomes à arracher à la cathode en vue de la pulvérisation par bombardement. 9. Appareil suivant la revendication 8, dans lequel l'a-25 node et le filament doivent fonctionner chacun à un potentiel de référence, le collecteur à un potentiel positif choisi par rapport au potentiel de référence de l'anode et la cathode, à un potentiel négatif choisi par rapport au potentiel de référence du filament, moyennant quoi certains des électrons émis par le 30 filament entrent en collision avec des atomes neutres du gaz inerte et produisent des ions positifs qui sa± attirés vers la cathode où ils arrachent des atomes de la matière à déposer par bombardement sur lez éléments précités.