Brevet FR2104699A1 — publié le 19720421

La présente invention, due à G. BOYER, M. FRANCO, J. HURIET et B. LAMQUROUX, se rapporte à la fabrication de résistances, capacités, diodes, transistors ou autres composants passifs et actifs des micro-circuits électroniques. On a déjà songé à réaliser des composants passifs de micro-circuits en effectuant, au moyen d'un faisceau laser, des empreintes sur une couche mince déposée, par évaporation sous vide, sur un substrat approprié. La technique proposée consistait à focaliser le faisceau laser sur la surface de la couche mince. Cette technique manque de reproductibilité et aboutit à des empreintes de contour irrégulier. Dans la demande de brevet français déposée le 3 Octobre 1968 au nom de Jean HURIET, pour : "Dispositif de micro-usinage au moyen d'un faisceau de lumière cohérente", on a décrit un procédé de micro-usinage ou d'exécution d'empreintes caractérisé par la formation, sur la surface à usiner, d'une image stigmatique, notablement réduite, d'un diaphragme placé sur le trajet du faisceau laser, ce diaphragme ayant le contour de 1' empreinte à effectuer et la réduction de dimension étant obte jugaison de pupilles/ nue au moyen d'un système optique a con-;Ce procédé permet de mattriser les dimensions et la forme de l'empreinte, puisque celle-ci correspond à une véritable image, réduite dans un rapport connu et modifiable par règlage du système optique, et non à une tache de diffraction. L'un des objets de l'invention est l'application du procédé susvisé à la fabrication de composants passifs de microcircuits, par formation d'une couche mince sur un substrat et réalisation d'une empreinte sur ladite couche mince, au moyen dudit procédé. Un autre objet de l'invention est un procédé et un appareillage de fabrication des micro-jonctions à semi-conducteur que comportent les composants actifs des micro-circuits. On sait qu'une jonction est réalisée par diffusion, dans un substrat semi-conducteur tel que silicium, germanium ou autre, de très faibles quantités de certains corps aptes à en modifier la conductivité. Ces "impuretés", telles que le bore, le gallium, l'indium, le phosphore, l'arsenic, l'antimoine, ou autres, sont le plus souvent diffusées thermiquement par chauffage du substrat. Ce procédé ne permet pas d'obtenir une diffusion rigoureusement perpendiculaire à la surface, généralement plane, du substrat. Dans le cas d'un micro-circuit électronique, il s'agit là d'un inconvénient important. En effet, on se propose de réaliser, à partir d'un substrat de faibles dimensions, un grand nombre de composants, actifs ou passifs, ce qui impose à chacun de ces composants de n'occuper qu'une très petite portion du substrat La zone diffusée devrait donc avoir une dimension maximale aussi faible que possible dans les plans parallèles à la surface du substrat0 Par ailleurs, les performances du composant dépendent, bien entendu, du profil de diffusion. Or, ni le procédé de diffusion thermique susvisé, ######################## ############### nepermet pas de mattriser efficacement ce profil. La présente invention propose de remédier à ces inconvénients et de permettre ainsi la réalisation de jonctions ayant une dimension maximale particulièrement faible dans les plans pa rallèles à la surface du substrat, et un profil de diffusion pré- déterminable et rigoureusement reproductible, en déposant sur un substrat semi-conducteur, une couche mince d'une "impureté" appropriée et en formant, sur cette couche mince, une image, notablement réduite, d'un diaphragme ayant le contour de la zone stigmatique micro-diffusée que l'on désire obtenir. Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparattront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est le schéma de principe d'un dispositif de fabrication de micro-circuits conformes à l'invention, et La figure 2 représente le système optique que comporte le dispositif de la figure 1. d' A la figure 1, on a représenté, montés sur un banc/op- tique 1, une lunette 2, un laser 3, un diaphragme 4 et une len- tille 5. La lunette 2 sert à effectuer les réglages du laser. Celui-ci est avantageusement du type à rubis fonctionnant en ré- gime relaxé (toutefois, dans certains cas, où il est désirable que la pénétration soit faible, pour éviter d'atteindre les couches sous-jacentes, on pourra utiliser un laser-du type "déclenché"). Le circuit 3a d'alimentation du tube à éclairs qu'il comporte, fonctionne par exemple à la tension de 5000 volts et peut fournir une énergie de 10 000 joules. Ce circuit, connu en soi, a été réalisé de façon à donner une alimentation très fidèle du tube à éclairs. La cavité laser est conçue de façon à permettre des émissions reproductibles.On peut ainsi obtenir, dans le plan du diaphragme 4 qui constitue la pupille d'entrée du système optique, une densité d'énergie constante et uniforme. Ce système optique comprend, outre la lentille 5, un miroir 6 incliné à 450 et une deuxième lentille 7. Il forme, sur la surface de la couche mince I d'impureté déposée sur le substrat semi-conducteur S du micro-circuit, une image stigmatique du diaphragme 4. Comme on le voit à la figure 2, les deux lentilles convergentes 5 et 7 constituent un système optique ayant par exemple un grandissement ~2/fil compris par exemple entre 1/5 et 1/40, fl et f2 étant les focales respectives des deux lentilles 5 et 7. Quand on veut modifier ce grandissement, on change les lentilles. Le diaphragme 4 est situé dans le plan focal objet de la lentille 5, tandis que la surface I est située dans le plan focal image de la lentille 7. La dimension de l'image est donc, par rapport à celle du diaphragme, réduite dans le rapport fl/f2. Compte tenu de la dimension relativement grande du diaphragme, la réalisation de celui-ci au contour de l'image à obtenir est facile. Le faisceau laser focalise à quelques dizièmes de mm en avant de la surface I : cette focalisation s'effectue sous la cloche à vide 8, donc sans engendrer du plasma. On a représenté très schématiquement un plateau tournant 9, entratné de manière classique par un moteur 10 extérieur à la cloche, et portant plusieurs échantillons S à traiter. 11 désigne un système optique connu de mesure des épaisseurs, qui permet le contrôle de la couche formée, de préférence par évaporation sous vide à partir d'une nacelle 12, sur le substrat S. Un système de pompage 13 assure l'évacuation de la cloche. Il convient de souligner que l'appareil décrit permet la réalisation de composants, tant actifs que passifs, sur le meme substrat, à condition d'y déposer des couches minces appropriées (couches conductrices sur lesquelles le faisceau laser effectuera une empreinte, dans le cas des composants passifs1 couches d'impureté, à partir desquelles le faisceau laser réalisera des zones diffusées, dans le cas des composants actifs). Ces couches sont traitées par le faisceau laser immédiatement après le processus de déport, sans qu'il soit nécessaire de sortir l'échantillon à l'air libre, ce qui constitue un avantage important de l'invention.Aucune impureté nuisible ne risque de se déposer sur ltéchantillon. Il importe, pour mattriser le contour et la profondeur de l'empreinte ou la région diffusée, de pouvoir ré gler, dans chaque cas, l'énergie du tir et, à cet effet, un étalonnage préalable est effectué. On peut, par ailleurs, agir sur a répartition de l'énergie dans le plan du diaphragme pour mo difier le Drofil de diffusion. En ce qui concerne les jonctions, le procédé utilisé permet, non seulement de maîtriser avec une grande précision le profil et la concentration en impuretés de la zone diffusée en fonction de la profondeur, (les aberrations étant négligeables), mais encore de réaliser des jonctions beaucoup plus petites que celles qui sont obtenues par les procédés classiques. On pourra obtenir des jonctions ayant des dimensions de quelques microns. La diffusion des impuretés sous l'action du faisceau laser s'effectue par effet thermique et aussi par effet d'ionisation. L'opération de diffusion ne dure que quelques micro-secondes. Ce procédé décrit permet de réaliser facilement des matrices de diodes ou des transistors- (dans ce dernier cas les jonctions seront formées côte à côte sur la même couche mince). Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICÂTIONS 1. Procédé de fabrication de composants actifs ou passifs de circuits micro-électroniques, consistant à déposer une couche mince de nature appropriée sur un substrat semi-conducteur et à faire subir à ladite couche l'impact d'un faisceau laser, caractérisé par la formation sous vide, sur ladite couche mince, d'une image stigmatique, notablement réduite, d'un diaphragme ayant le contour des régions actives du composant que l'on désire obtenir. 2. Procédé de fabrication d'une jonction conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche mince contient des impuretés du type "donneur" ou "accepteur" et est formée par une évaporation effectuée immédiatement avant l'opération de formation d'une zone diffusée par impact du faisceau laser, le substrat étant maintenu sous vide pendant ces deux opérations. 3. Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaisons: un laser, un diaphragme, un système optique apte à former une image stigmatique de ce diaphragme à l'intérieur d'une enceinte évacuée, un plateau tournant de support des échantillons à traiter, des moyens de dépôt de ladite couche mince par évaporation sous vide et un dispositif de mesure des épaisseurs.