Brevet FR2072112A1 — publié le 19710924

La présente invention concerne la prévention de la formation d'aspérités dans un film. Brièvement, on sait que des protubérances appelées communément aspérités se développent sur la surface des films métalliques minces qui sont soumis 5 à un cycle thermique entre certaines limites de température. Un tel cycle thermique est souvent soit, nécessaire pour la fabrication des films minces, soit pour la structure dont ils font partie, durant le fonctionnement du film ou de la structure, ou encore durant les changements de températures de mise en conservation ou de températures d'utilisation. Les protubérances ou aspéri» 10 tés sont nuisibles à la fabrication du dispositif utilisant de tels films et aux dispositifs une fois fabriqués car ils sont habituellement, associés avec les films métalliques minces et des couches fragiles, par exemple, les couches isolantes sont endommagées par le développement ou la croissance des aspéritésj aussi, les aspérités peuvent affecter les propriétés du dispositif 15 intrinsèque d'un film unique, par exemple, dans les dispositifs magnétiques. Pour plus de détails, un film mince qui est déposé sur un substrat est soumis à des contraintes du fait de la différence des coefficients de dilatation thermiques du film et du substrat. Dans la plupart des structures composites demportant un métal et un substrat, le métal a un coefficient de dilata-20 tion thermique plus important que celui du substrat et en conséquence, des forces de compression biaxiales sontformées dans le film métallique lorsque le composite film et substrat est chauffé d'une première température vers une température plus élevée. Une des façons par laquelle un film a tendance à réduire la contrainte de compression induite consiste dans la croissance de 25 petites protubérances ou aspérités sur la surface du film. La présence d'aspérités sur la surface d'un film métallique mince est nuisible à la fois à la fabrication d'un film lui-même et au dispositif dans lequel il est introduit. Dans de nombreux dispositifs multi-couches utilisant un film métallique mince, il se trouve des couches isolantes Cou protectrices) 30 minces et fragiles qui sont soit détériorées soit même détruites par la formation d'aspérités sur le film métallique durant la fabrication ou l'utilisation du dispositif. On connait dans l'art antérieur des films métalliques minces dans lesquels on incorpore des additions d'alliage dans divers buts métallurgiques. A titre 35 d'exemple, on utilise des additions de cuivre dans des films conducteurs d'aluminium minces pour donner une résistance au film contre les dommages provenant du péhnomène de transport induit par le courant, par exemple, l'électro-migrationj et dans le brevet déposé en France par la demanderesse le 1 Septembre 1965 et obtenu sous le numéro 1 459 038, on décrit une procédure pour 40 obtenir des alliages amorphes sous forme de films où la codéposition des BAD OWGftîrt- 70 43240 2072112 composants donne un film amorphe qui est métastable aux températures relativement élevées. Cependant, on ne pense pas que l'art antérieur ait apporté une compréhension suffisante des mécanismes de la formation d'aspérités sur la surface métallique pour avoir supprimé en général la difficulté de fabrication 5 des films et des dispositifs associés ou des croissances d'aspérités qui ont des conséquences nuisibles. Parmi les, types de dispositifs multicouches qui sont affectés nuisiblement par la formation d'aspérités sur les films métalliques s'y trouvant on peut citer les dispositifs à films magnétiques, les dispositifs à effet tunnel 10 superconducteurs, et les dispositifs semiconducteurs, particulièrement ceux comprenant des interconnexions à multiniveaux. Dans le dispositif de type magnétique, un ^ilm métallique conducteur est séparé du film magnétique par une couche isolantej et un cycle thermique durant la fabrication de la structure avec la formation d'aspérités en découlant entraîne des circuits nuisibles 15 entre la couche conductrice et la couche magnétique. Dans les dispositifs à effet tunnel un film superconducteur sur un substrat est séparé d'un autre film superconducteur par une couche isolante et le fonctionnement du disposi-tif dépend de l'intégrité structurelle de la couche isolante qui est endommagée nuisiblement par la formation d'aspérités sur la surface d'interface entre 20 le premier film établi sur le substrat pour le dispositif et la couche isolants. Dans les dispositifs semiconducteurs, le dispositif est souvent protégé par une couche de verre qui peut Stre brisée par la formation d'aspérités sur les films conducteurs métalliques sous-jacentsj et, dans le cas de circuits intégrés à interconnexion multicouches, les aspérités peuvent entraîner des 25 court-circuits électriques entre les couches conductrices métalliques superposées. Plus particulièrement, des dispositifs à effet tunnel à film mince sont décrits dans la littérature: "The Tunneling Cryotron - A Superconductive Logic Element Based on Electron Tunneling," par J. Matisoo, dans Proceedings of 30 IEEE, volume 55, numéro 2, Février 1967 dans les pages 172-180. Ce m§me article décrit aussi un dispositif conventionnel à effet Josephson qui fonctionne sur les principes discutés par B. D. Josephson dans Phys. Letters, volume 1, pages 251-253, Juillet 1962 - "Possible New Effects in Superconducting Tunneling". 35 De nombreux problèmes sont associés avec les dispositifs à effet tunnel à films minces classiques. L'un des plus ennuyeux de ceux-ci provient du cycle thermique entre un état à température basse (superconductrice) et un état à température ambiante. Ce cycle peut entraîner une contrainte induite par des changements de structures du matériau électrode aboutissant à la formation 40 d'aspérités, au travers de la jonction tunnel et ainsi à un court circuit. 8AD ORIGINAL 70 43240 2072112 Le problème est spécialement important avec des matériaux, tels que le plomb, l'étain, l'indium, et d'autres métaux à bas point de fusion lorsqu'ils sont transportés d'une température superconductrice à la température ambiante. De tels cycles de température se produisent lorsque les conducteurs sont disposés sur les dispositifs ou lorsqu'il y a une panne du système "de réfrigération qui est utilisé pour créer un environnement de fonctionnement des dispositifs. Les cycles se produisent aussi lorsqu'on conserve les dispositifs entre deux utilisations ou lorsqu'on les répare. Dans les dispositifs du type Josephson, où la barrière tunnel a une épaisseur aussi faible que 2-20 A, le problème de recristallisation est extrêmement sensible, puisque des arrangements complexes de ces dispositifs sont détruits s'il y a même des changements de structure mineurs dans les dispositifs discrets de l'ensemble. Dues à la minceur de la barrière, des jonctions court-circuitées se développent facilement à partir de toute forme de croissance d'aspérité. Un objet de la présente invention est de réaliser un procédé pour empêcher la croissance d'aspérités à la surface d'un film métallique soumis à un cycle thermique par l'intermédiaire d'une distribution d'impûretés qui entraînent le défaut cité. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un procédé pour réduire la croissance d'aspérités à la surface d'un film métallique soumis à un cycle thermique en y introduisant préférentiellement un composé d'alliage qui réduise sélectivement le mouvement dans le film d'au moins l'un des défauts appartenant au groupe suivant de défauts de points, défauts linéaires, et défauts planaires. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un procédé pour empêcher la croissance d'aspérités à la surface d'un film métallique soumis à un cycle thermique en y distribuant préférentiellement les additions d'alliage qui forment des énergies de fixation avec les défauts du film sources de la formation d'aspérités. Un autre objet de la présente invention est de distribuer préférentiellement des additions d'alliage dans un film métallique soumis à un cycle thermique qui entraîne la formation d'aspérités sur la surface du film dues aux forces de compression dans le cycle. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un film métallique résistant à la formation d'aspérités sur l'une de ces surfaces où une addition d'alliage choisie est distribuée préférentiellement dans le film pour empêcher le mouvement des défauts associés jugé nécessaire à la formation d'aspérités. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un procédé pour empêcher la formation d'aspérités sur une surface d'un film métallique provenant de cycles thermiques du film entre des limitas extrêmes de température 70 43240 2072112 en distribuant sélectivement dans le film des additions d'alliage ayant des caractéristiques différentes qui sont spécifiques pour réduire le mouvement du type défauts de points, dislocations, et des frontières de grains par l'introduction de telles additions d'alliage de façon à réduire la formation d'as-5 pérités sur la surface du film par une action sur l'un ou plusieurs des défauts caractérisés. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une structure multicouches où un film métallique conducteur est séparé d'un autre film métallique par une couche isolante mince qui serait endommagée nuisiblement 10 du fait de la formation d'aspérités à la surface de l'un des films métalliques durant la fabrication de ladite structure en y introduisant dans au moins un film métallique une distribution d'un composé d'alliage qui retarde les mouvements de défauts qui entraînent le déplacement d'atomes dans le film aboutissant ainsi à la formation d'aspérités sur la surface. 15 Un autre objet de la présente invention est de réaliser un dispositif à film à effet tunnel où il existe un trajet de courant dans une couche isolante placée entre deux films métalliques conducteurs dans lesquels au moins un des films métalliques a une distribution sélective d'additions d'alliage qui empSche la croissance des aspérités sur la surface du film métallique adjacent 20 à la couche isolante. ■ La pratique de la présente invention améliore le fonctionnement des dispositifs faisant appel à la technologie multicouches qui peuvent tomber en panne à cause de protubérances ou croissances entre les couches et qui proviennent des cycles thermiques du dispositif, soit durant sa fabrication ou durant 25 son fonctionnement soit durant des excursions à partir de la température de conservation ou d'utilisation. Ces croissances entraînent soit des pannes mécaniques, soit des pannes électriques par court-circuit entre couches conductrices de courant et d'autres couches du dispositif multicouches. De telles pannes sont réduites et la durée de vie des dispositifs multicouches améliorée 30 en commandant les mouvements de défauts.dans les couches à l'aide d'additions d'alliage introduites sélectivement avec une distribution préférentielle et par une commande à grande échelle de la micro-structure de la couche. Les défauts qui sont commandés dans la pratique de cette invention comprennent les défauts ponctuels tels que les trous, les défauts linéaires tels que les 35 dislocations et les défauts planaires tels que les frontières de grains. Dans certains cas, les croissances sont dues au mouvement des défauts ponctuels le long des frontières de grain. En diminuant la diffusivité de frontière de grains, le procédé de croissance est rendu plus difficile et la durée de vie du dispositif concerné est ainsi augmentée. Dans d'autres cas, les crois-40 sances sont dues à un mouvement des défauts linéaires, c'est-à-dire, disloca- BAD OR1QINAL ^4 70 43240 5 2072112 tion ou glissement, et des additions d'alliages appropriés introduites selon les principes de la présente invention, empgchent les mouvements de dislocation et, par conséquent,augmentent la durée de vie du dispositif. L'utilisation d'addition d'alliage pour former des précipités de seconde phase qui suppriment le déplacement des dislocations est appelée durcissement de dispersion. Dans d'autres cas encore, des additions d'alliage introduites selon les principes de la présente invention commandent la taille des grains de la couche concernée. Cela est particulièrement important pour les dispositifs où le mouvement de dislocation compte plus pour le mouvement atomique que pour la diffusion. Des exemples spécifiques pour empêcher des croissances dues au cycle thermique dans des films d'aluminium comprennent les additions d'alliage de Be, Cu, Mg, Si et Thj et les croissances sont empêchées sur les fims de Pb par des. additions d'alliage Al, Ag, As, Sn, Sb et Si. Il appartient au cadre de la présente invention d'inclure en pratique plus d'une addition d'alliage dans une couche métallique pour empêcher la croissance d'aspérités. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation oréféré de celle-ci. La figure 1A décrit une perspective schématisée de la structure métallur~ gique d'ans un film métallique et représente l'apparence supposée de la formation d'aspérités sur sa surface due à un cycle thermique entre des températures différentes. La figure 1B représente schématiquement un défaut de trous dans un réseau cristallin. La figure 1C est une représentation schématique de la vue en coupe d'un défaut de lignes de dislocation dans un réseau cristallin. La figure 1D est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un défaut planaire de frontière de grains, c'est-à-dire, joignant deux grains. La figure 2 représente un diagramme schématique d'un système d'évaporation par lequel on dépose un film sur un substrat selon la présente invention. Les figures 3A et 3B représentent des vues planes et en élévation d'un dispositif de mémoire magnétique. La figure 4A représente schématiquement un dispositif à effet tunnel ayant une géométrie allongée. La figure 4B représente schématiquement un dispositif à effet tunnel ayant une géométrie à bandes croisées. La figure 4C représente en coupe les dispositifs à effet tunnel des figures 4A et 4B. La figure 4D représente un diagramme courant-tension pour un dispositif à effet tunnel de Josephson. 70 43240 b 2072112 Les figures 5A et 5B représentent en plan et en élévation un dispositif semiconducteur comprenant une interconnexion métallique et des couches isolantes. La figure 1A représente un dessin idéalisé d'une partie d'un film mince 5 qui a subi la formation ou croissance d'aspérités en conséquence des contraintes de compression engendrées par un cycle thermique. Un film mince caractéristique 1-12 est déposé sur le substrat 1-10. Le film représenté est poly-cristallin, c'est-à-dire, il comprend des grains 1-14 joints aux frontières des grains 1-16i On représente dans la figure 1A les aspérités caractéristiques 10 1—18 sur le film 1-12. Les aspérités 1-18 proviennent du fait de la différence entre les coefficients de dilatation thermique du film 1-12 et du substrat 1-10, qui a favorisé l'écoulement de masses atomiques par mouvement des défauts dans le film 1-12. La figure 1B représente un type de défaut de points, c'est-à-dire, des 15 trous. La figure représente un trou 1-20 situé parmi des atomes identiques A-1 à A-14. On peut représenter sur cette figure à la fois les mouvements atomiques au moyen de trous et l'effet d'un atome d'impûreté. Si on trace une ligne imaginaire AA' au travers de la figure 1B, à gauche de cette ligne, 20 il existe un trou alors qu'à droite de cette ligne il n'y a aucun trou. Pour un atome situé à droite de cette ligne, par exemple, l'atome A6„ si l'atome A-B et le trou échangent leur place, on peut considérer cela comme un écouls= ment net d'un atome, c'est-à-dire, A-6 de la droite de la ligne AA' vers la gauche de la ligne AA'. Cela est un exemple d'un écoulement de masse par mou-25 vement par trou. En outre, un atome adjacent au trou, par exemple, l'atome A-8 est un atome d'impOreté et on considère en outre que le trou 1-20 est lié à l'atome d'impOreté A-8. Le mécanisme d'échange mentionné dans la phase précédente est beaucoup plus difficile à réaliser car dans ce cas, le trou ne se dissociera pas de l'atome d'impOreté, c'est-à-dire A-8, et par conséquent, 30 à la fois le trou et l'atome d'impOreté A-8 devront être échangés avec les atomes A-6 et A-9, respectivement, pour donner un écoulement dasse. Evidemment un tel échange est beaucoup plus difficile que le déplacement d'un trou uniqus. Par conséquent, une énergie de liaison élevée entre des atomes d'impOretés et des trous empgchera l'écoulement de masse et en conséquence, diminuera la 35 croissance d'aspérités. La figure 1C représente des défauts de ligné caractéristiques, c'est-à-dire, une dislocation. A titre d'exemple, une dislocation de bord 1-32 dans un réseau cristallin autrement parfait 1-30, produit une marche de glissement 1-34. Une telle marche de glissement sur la surface peut finalement entraîner 40 une panne d'un dispositif où même des croissances, aussi de telles marches bad original 70 43240 7 2072112 de glissement peuvent avoir des effets désastreux. Un exemple caractéristique où quelques marches de glissement peuvent entraîner une panne complète du dispositif est une diode tunnel superconductrice où la largeur de barrière varie de 2-20 à unité. La figure représente la dislocation en coupe, c'est-5 à-dire, la ligne de dislocation sort du plan du papier et pénétre dans le plan du papier. Puisque le mouvement de la dislocation entraîne des marches de glissement, un atome d'impOreté ou de précipité tout à côté de la dislocation peut fixer la ligne de dislocation et ainsi éviter la panne du dispositif. La figure 1D représente une frontière de grains. Les grains 1-40 et 1-10 42 sont joints le long de la frontière 1-44. Puisqu'une frontière de grains est une surface avec une structure atomique irrégulière, le transfert de masse à ravers les frontières de grains vers les aspérités est relativement plus facile. Les atomes d'impQretés déposées aux frontières de grains peuvent rendre ce transfert de masse plus difficile et ainsi empêcher la croissance desdites 15 aspérités. En outre, les aspérités peuvent aussi croître par le mouvement relatif des grains aux frontières de grains, par exemple, le grain 1-40 peut monter sur le grain 1-42. Un tel mouvement relatif se produit à la frontière de grains 1-44. Les atomes d'impQretés soit isolement soit sous la forme d'une seconde masse précipitée, peuvent verrouiller les frontières de grains et 20 éviter la croissance d'aspérités. La figure 2 représente un arrangement schématique d'un appareil convenable pour le dépOt de films dopés sur un substrat. Le système entier est enfermé dans une cloche vidée 2-1C disposée sur un support 2-11 qui est relié à une sortie d'aspiration 2-12. Le substrat ou les substrats 2-14 sont maintenus 25 dans le support de substrats 1-26. Un dispositif de chauffage de substrat 2-18 maintient le substrat à une température prédéterminée. Le matériau de film et le matériau de dopage sont évaporés à partir de creusets séparés 2-20 et 2-22 qui sont chauffés par des alimentations d'énergie séparées 2-24 et 2-26 par des bobinages 2-21 et 2-23, respectivement. La vitesse de dép8t 30 est contrôlée par des contrôleurs de vitesse de cristal de quartz 2-28 et 2-30, connectés à des cristaux de quartz 2-29 et 2-31 respectivement. Le début et la fin d'une phase de dépOt sont contrôlés par le volet 2-39 lui-m8me commandé par la poignée 2-40, la cloison 2-32 évitant toute contamination indésirable du film et du matériau de dopage. 35 Une litérature de fond qui donne une information détaillée au sujet des unités d'évaporation et de la technologie de films minces utiles pour la pratique de cette invention sont: Ca) "Thin Film Components and circuits" par M. Schwartz et al, Physics of Thin Films - Advances in Research and Development, volume 2, 1964 Academic 40 Press, pages 363-425. 70 43240 6 2072112 Cb] "Focused-Beam Electron Bombardment Evaporator" par D.H. Blackburn et al, The review of scientific instruments, volume 36, numéro 7, juillet 1965, pages 901-903, (c] Vacuum déposition of thin-films par L. Holland, John Wiley and sons, 5 Inc., 1960. Une contrainte de compression dans un film conduit à des contraintes de compression à l'intérieur d'un film. Ces contraintes peuvent être éliminées ou supprimées par le transfert d'atomes de l'intérieur à la surface libre d'un film. La surface libre doit Être distinguée de l'interface du film avec 10 le substrat. Les transferts des atomes sur La surface libre d'un film se produit par ce que l'on connait habituellement comme écoulement plastique dans le film. Il existe trois mécanismes principaux d'écoulement plastique dans des matériaux cristallin. Ce sont: un mécanisme par trous appelé fluage de diffusion, un .mécanisme de dislocation, et un mécanisme de mouvement de fron-15 tière de grains. Si ce mécanisme se.produit uniformément dans le film entier et si le transfert de matériau de l'intérieur du film sur sa surface libre est distribué de façon homogène, la formation d'aspérités n'est pas observée. Cependant, si l'écoulement plastique se produit à des emplacements localisés, cela signifie que, dans des zonas sélectionnées, le transfert de masse sur 20 la surface libre amène la formation des aspérités, Les aspérités peuvent, par conséquent, être évitées si l'on peut soit rendre l'écoulement plastique homogène à travers le film entier, soit supprimer totalement l'écoulement plastique. A l'aide de la pratique de la présente invention, on peut réduire l'écoulement plastique dans les films. On réalise cela par l'addition sélecti-25 ve d'éléments d'alliage au film. Ces éléments d'alliage ont tendance à interréagir avec les défauts qui sont des trous, des dislocations ou des frontières de grains et ont tendance à les bloquer de telle sorte que leur mobilité soit réduite ou effectivement éliminée. Les critères utilisés pour la sélection des éléments sont décrits ci-après. 30 Un trou conduit à l'écoulement de asse par de nombreux mécanismes. Le mécanisme le plus simple est le fluage de diffusion qui concerne le transfert • des atomes par les trous. La formation d'aspérités par le fluage de diffusion a été décrite par P. Chaudhari dans le IBM Journal of Research and Development, volume 13, 1969, pages 197 et suivantes. Un trou est l'absence d'un atome 35 dans un site d'atome et est représenté dans la figure 1B. Lè trou 1-20 est mobile dans un cristal. Il se déplace et chaque fois qu'il se déplace, il' se tranfère à un site atomique voisin et l'atome correspondant se déplace vers le site occupé précédemment par le trou. Sous une force appliquée, le déplacement des trous est dirigé de telle sorte qu'il cqnduit à un écoulement 40 plastique microscopique. Ce type d'écoulement plastique est appelé fluage BAD ORIGINAL 70 43240 9 2072112 Nabarro-Herring. Si l'on peut ralentir les trous par l'addition d'un élément d'alliage, alors le fluage par diffusion peut être réduit. Il y a un grand nombre de recherches de l'art antérieur qui montre que les atomes d'impOreté ont tendance à inter-réagir avec les trous et les ralentir. Un article qui 5 décrit la théorie de recuit de trous dans les métaux a eu pour auteur: A. Demask et J. Dienes, et fut publié dans Physical Review, volume 120, 1er Octobre 1960. Les investigations ultérieures ont aussi confirmées la pensée générale que certains atomes d'impQretés ont tendance à ralentir le mouvement des trous. Le ralentissement se produit du fait que l'atome d'impOreté inter-10 réagit avec le trou et cet inter-action n'est pas habituellement décrite par une énergie d'interaction ou une énergie d'assemblage. Un article récent illustrant cette inter-réaction est "Influence of Sn on The Ageing of Al-Zn 10% alloy" par S, Ceresara et al dans Acta Metallurgica, volume 17, 1969, pages 225 et suivantes, montrant que l'énergie d'assemblage de l'état a un trou 15 dans un alliage d'aluminium zinc et est d'environ 0,31 électron coïts. Un exemple plus compréhensif est présenté par T. Federighi. Il décrit l'interaction de diverses impOretés avec des trous dans l'aluminium, dans le livre; Lattice Oefects in Ouenched Mstals, édité par Cotterill et al, Academic Press., 1965. L'auteur montre que le magnésium et le cuivre avec l'étain et d'autres 20 éléments ont tendance à inter-réagir avec les trous dans l'aluminium. A titre illustratif, la théorie de la relation des dislocations avec l'écoulement plastique est décrite dans le livre de J. Friedel "Dislocations", publié par Pergamon Press, 1964. Ce livre décrit en général la théorie des dislocations et leur inter-action avec les impOretés. De telles dislocations 25 conduisent à l'écoulement plastique dans des films et donnent naissances à des sites locaux où un glissement, c'est-à-dire: un mouvement des dislocations, conduit à localiser un relâchement de contrainte et cela favorise la formation d'aspérités. Par conséquent, l'obstruction ou déplacement des dislocations est l'un des facteurs de croissance des aspérités. Le livre cité de Friedel 30 décrit aussi comment les impOretés et les précipités inter-réagissent avec les dislocations. Les impOretés inter-réagissent avec les dislocations par le champ de contrainte élastique d'une dislocation et le champ de contrainte élastique associé avec l'impOreté. Les précipipités inter-réagissent avec les dislocations 35 par le champ de contrainte élastique et aussi en présentant une barrière physique au déplacement de ces dislocations. Les barrières sont plus dures que la matrice et peuvent éviter physiquement d'Stre traversées par les dislocations. Cela est vrai dans le cas du magnésium et du cuivre dans l'aluminium et dans le cas de l'argent dans le plomb et c'est aussi le cas de l'or dans le plomb 40 où l'or réagit avec le plonto localement pour former un composé dur d'alliage 70 43240 2072112 plomb«»or. Ce composé dure évite le déplacement des dislocations non seulement par la contrainte introduite par le composé, mais aussi par sa dureté. De plus, comme P. Chaudhari l'a indiqué dans l'article mentionné ci-dessus, le déplacement d'une dislocation est une fonction de sa longueur, et dans les 5 matériaux à grains fins, le déplacement de dislocation est limité. Cependant, il est plutôt difficile de commander les tailles de grains dans les films de matériaux purs. Les additions d'alliage empêcheront le déplacement de dislocation en réduisant la taille de grains dans les films alliés. Il est connu que les films alliés ont des grains plus petits que. les films purs. 10 Les additions d'alliage choisies selon les principes de la présente in vention peuvent aussi réduire les contraintes de compression elles-mêmes. A titre d'exemple, pour des films de Pb qui sont refroidis aux températures cryogéniques, des contraintes de compression se produisent durant le chauffage car les films de plomb se comportent plastiquement durant le refroidissement. 15 En empêchant le mouvement des dislocations, l'addition d'alliage empêche ce phénomène de comportement et les contraintes de compression s'y rapportant. Le mouvement de frontière de grains se produit par le mouvement d'un grain par rapport à l'autre à leur frontière d'interface. On représente comme frontière de grains dans la figure 1D à l'aide du numéro 1-44. Aux températures 20 élevées par rapport au point de fusion du matériau, par exemple, pour le plomb et l'étain, cela correspond à la température ambiante et pour l'aluminium cela correspond è une température approximative de 200°C ou supérieure. Ces frontiè*» res de grains sont mobiles, et se comportent comme un fluide et s'écouleront sous une contrainte de cisaillement. Un tel mouvement de frontière conduit 25 à l'écoulement plastique. Il est par conséquent nécessaire de fixer ces frontières, c'est-à-dire d'apporter une obstruction au mouvement de ces frontières. On peut obtenir cette obstruction par l'introduction de précipités à la frontière» Les précipités sont durs par rapport à la matrice. Par conséquent, aux tempéra® tures où normalement le mouvement ce serait produit, des frontières contenant 30 des précipités sont relativement immobiles. Les précipités présentent des barrières physiques au mouvement des frontières. Une référence pour l'étude des propriétés des frontières de grains dans le livre de D. McLean appelé "Grain Boundaries in Metals", Oxford University Press, 1957. Les calculs de 1'inter-action des impOretés avec les frontières 35 de grains sont présentés aux pages 124-125. En général, une façon d'étudier la mobilité des frontières de grains a été d'utiliser les techniques de friction interne. On appelle cela le pic de friction intérieure ou interne de frontière de grains. On sait que dans les métaux, il existe deux pics de friction intérieurs dus aux frontières de grains. L'un est caractérisé par une 40 énergie d'activation élevée qui est équivalente à l'énergie d'activation pour bad original 70 43240 11 2072112 la diffusion dans le réseauj l'autre pic appelé "le pic de frontière de grains à basse température" est caractérisé par une énergie d'activation qui est égale à l'énergie d'activation pour la diffusion de frontières de grains. On présente une description de ces deux pics de friction pour le cuivre et 5 l'aluminium dans l'article de Williams et al dans Acta Metallurgica, volume 15, 1967, pages 1111-1118. On sait que le pic de friction intérieur à basse température ne se produit que dans les métaux purs et n'a en général pas été observé dans les alliages, ce qui est une indication que les additions d'alliage suppriment la mobilité de frontière de grains, comme on sait que c'est 10 le cas dans Al-Cu, par exemple. L'effet des additions d'alliage sur le pic de relaxation à température élevée est décrit dans un article de S Weinig et al publié dans le "Journal of Metals Transactions of the AIME 1957 pages 32-41. Il est montré qu'une addition d'alliage augmente l'énergie d'activation, c'est-à-dire déduit la mobilité des frontières de grain pour ledit pic de 15 relaxation et que l'effet sur 'énergie d'activation est la plus grande pour une différence de taille plus grande entre l'addition d'alliage et le métal hote. Pour le métal hore Cu, l'effet augmente pour l'alliage dans l'ordre Ni, Si«Al et Ag. Cela fournit une base pour la sélection des additions d'alliage pour réduire ou supprimer la mobilité de frontières de grains dans un métal 20 selon les principes de la présente invention. A titre illustratif, les éléments avec des propriétés convenables pour la pratique de cette invention, peuvent être choisis dans le livre "Constitution of Binary Alloys", par M. Hansen, McGraw-Hill, Inc., 1958, et ses suppléments qui donne un matériel fondamental sur les diagrammes de phase linéaire 25 et sur les autres propriétés physiques telles que les diamètres atomiques. Par exemple, le durcissement par inter-action d'un trou avec une impûreté se produit lorsque le diamètre de l'atome d'impOreté par rapport à celui de l'atome de matrice est différent. Dans le cas des dislocations et des frontières de grains, de telles inter-actions élastiques sont aussi importantes. 30 Elles sont combinées avec l'obstruction physique due à un précipité dur. Lorsque l'élément d'impOreté va en solution dans la matrice à une température élevée et forme un précipité à une température plus faible, les techniques de durcissement par précipitation sont utilisées.et une solution solide à température élevée est précipitée lorsqu'on abaisse la température. Pour que 35 ce précipité se formé aux frontières de grains, dans la pratique de la présente invention, la force de commande dans la réaction de précipitation doit être effectivement petite. L'élément solide doit de préférence précipiter en formant des composés car les composés ont habituellement une température élevée de fusion et présente des propriétés d'accompagnement telles que vitesse de dif-40 fusion lente et dureté élevée. Ces précipités ont effectivement tendance 70 43240 2072112 alors à bloquer le mouvement des défauts tels que les dislocations. Lorsque l'addition d'alliage ne précipite pas comme composé, il est nécessaire pour la pratique de cette invention que l'élément solide soit plus dur et ait une vitesse de diffusion inférieure à la matrice du film. En outre, 5 une propriété désirable du précipité est qu'il comprenne la matrice lorsqu'il est formé ou nucléé. Une telle contrainte a tendance à réduire le mouvement de défaut et favorise la précipitation aux frontières de grains. Les éléments solides qui favorisent la précipitation aux frontières de grains peuvent Être choisis en se référant aux paramètres du réseau de la matrice et aux paramètres 10 du réseau du précipité. Afin d'obtenir un précipité qui engendre une contrainte dans la matrice, la différence de paramètre du réseau entre le précipité et la matrice ne doit pas Stre trop petite. En déterminant des éléments solubles pour la pratique de cette invention, on peut obtenir une information de fond à partir du texte "Précipitation Hardening" par A. Kelly et al, Progress in 15 Material Science, volume 10, éditeur B. Chalmers, Pergamon Press, New York 1963. Dans le choix de l'élément qui doit précipiter aux frontières de grains, dans la pratique de cette invention, il est nécessaire que le diamètre atomique soit différent et cela est aussi la condition pour 1'inter-action d'un trou avec une impûreté. Par conséquent, un précipité choisi pour durcissement des 20 frontières de grains a aussi tendance à ralentir le mouvement des trous. Pratique de l'Invention: Cu est un dopant convenable dans Al selon les principes de la présente invention du fait de sa différence de taille atomique avec ce dernier et du fait de ces propriétés de durcissement de précipitation. Cu a une énergie 25 de liaison relativement élevée avec les trous dans Al et lorsqu'il est précipité il y empêche le mouvement de dislocation et des frontières de grains. Mg est aussi un dopant efficace dans les films d'Al selon les principes de la présente invention car non seulement il présente une différence de taille importante et des propriétés de durcissement de précipitation, mais il a aussi 30 une énergie de liaison relativement élevée pour les trous dans Al. Ces preuves de l'énergie deliaison importante entre les atomes de Mg et les trous dans Al sont décrites dans un article de C. Panseri et al, publié dans Acta Metallurgica, volume 11, 1963, pages 575-584. Des films d'aluminium de 10 000 A d'épaisseur ont été déposés, avec et 35 sans dopant, sur le substrat de silicium oxydé maintenu à 200°C. Ces films avec et sans dopant ont été alors recuits à des températures élevées et l'on a examiné au microscope optique la présence des aspérités. Dans les films dopés avec Cu et ultérieurement recuits à 530°C, on constate que Cu réduit la densité des aspérités d'un facteur de 2 à 5. De façon semblable, les films 40 d'aluminium dopés avec 5% et plus de Mg ne présentent aucune trace de croissance BAD ORIGINAL 70 43240 13 2072112 d'aspérités aprè9 recuit à 350°C. Ag et Au sont des matériaux de dopage convenable pour des films de plomb selon les principes de la présente invention. Ag et Au ne sont que légèrement solubles dans Pb aux températures élevées, et la technique utilisée pour réa-5 liser des films de Pb dopés avec Au et Ag est la co«évaporation, cela signifie, l'évaporation de soit Au, soit Ag simultanément avec Pb. Cette technique permet une distribution homogène du dopant dans Pb avec des quantités importantes de dopant. La quantité de dopant que l'on peut incorporer par la technique de précipitation, c'est-à-dire signifie, soluté à température élevée et ensuite 10 précipitation à température faible, est limitée par la solubilité du dopant dans le film. Ag n'est pas soluble dans Pb à la température ambiante et a tendance à former des inclusions d'Ag très pur dans un film de Pb très pur. Ces inclusions d'argent sont dures par rapport au plomb et évitent le mouvement de dislocation. Dans le cas de l'argent dans les frontières de grains de Pb, 15 il a tendance à éviter le mouvement de frontière de grains. L'effet de Au n'est pas seulement de former des inclusions d'Au qui sont plus dures que la matrice de Pb, mais aussi de former des composés intermétalliques avec Pb qui sont plus durs que la matrice Pb. Ces camoosés sont aussi associés avec les champs de contrainte qui évitent la migration ou mouvement des défauts 20 En référence à la figure 2, le creuset 2-20 contient du Pb et le creuset 2-22 contient du Au ou Ag. Les sources sont chauffées avec des éléments de chauffage au tungstène 2-21 et 2-23, respectivement, dans le vide de la cloche 2-10. Les vapeurs d'Au et de Pb sont collectées sur des substrats de silicium oxydé ou de verre 2-16. La quantité des deux métaux est commandée par des 25 contrôleurs de vitesse 2-28 et 2-30 tels que des oscillateurs de cristal au quartz qui changent leur fréquence selon l'épaisseur ou la quantité de Pb ou d'Au ou d'Ag déposée sur les cristaux de quartz 2-29 et 2-31. En commandant ces contrôleurs des quantités spécifiques d'Au ou d'Ag sont ajoutées au film de Pb. On a observé que dans des films contenant Ag, la densité d'aspérités 30 après un cycle entre la température ambiante et la température de l'azote liquide plusieurs fois était réduite et dans les cas où Au a été co-déposé avec Pb, aucune n'aspérité n'a été observée. Technologie multicouches: Dispositif magnétique. 35 L'utilisation de la présente invention dans la technologie multicouche va être expliquée en rapport avec un dispositif magnétique qui est connu en soi dans l'art antérieur à l'exception des films qui s'y trouvent conformément aux principes de la présente invention. On représente dans la figure 3 un dispositif magnétique, qui, dans des 40 buts d'illustration seulement, est limité à un film magnétique unique 3-11 70 43240 "" 20721 12 supporté par un substrat 3«12, par exemple, un plan de masse électriquement conducteur, avec une couche isolante sur sa surface. L'axe facile du film 3-11 est indiqué par la flèche à double tStes comme étant dans la direction horizontale. Une première ligne ou ligne de bits 3-50 est déposée sur le film 5 3-11 sur le substrat ou plan de masse 3-12 dans une direction perpendiculaire à lraxe facile du film 3-10, et une seconde ligne ou ligne de mots 3-52 est aussi déposée sur le film 3-11 sur le substrat ou masse 3-12 mais dans une direction parallèle à celle de l'axe facile. Le film magnétique 3-11 est illustré comme ayant une forme circulaire. Mais il peut avoir d'autres formes, telles 10 que rectangulaires, si on le désire. Les lignes de bits et de mots 3-50 et 3-52 sont de préférence des lignes en forme de bande ayant une largeur au moins aussi importante que le diamètre du film 3-11 avec des parties en recouvrement des lignes 3-50 et 3-52 disposées directement au-dessus du film 3-11. Une couche d'isolement 3-26, par exemple du monoxyde de. silicium est in*» 15 terposée entre les deux lignes 3-50 et 3-52j et des couches d'isolement sup-» plémentaires 3-20 et 3-24 peuvent être disposées sur chaque côté du film 3-11. La ligne de bits 3-52 est connectée à une extrémité à un premier moyen de commutation 3-54 et à l'autre extrémité à un second moyen de commutation 3-56. Le premier moyen de commutation 3-54 agit pour connecter la première 20 extrémité de la ligne de bits 3-50 soit à un circuit de commande de bits ou générateur 3-58 ou à la masse, alors que le second moyen de commutation 3-56 agit pour connecter l'autre extrémité de la ligne de bits 3-50 soit à la masse soit à une charge 3-60 qui peut être un amplificateur de détection clas-= sique. La ligne dets 3-52 est connectée à .une extrémité à un circuit de commande 25 de mots ou au générateur 3-62 et à l'autre extrémité à l'impédance caractérisa tique 3-64 de la ligne de mots 3-52. Le premier et le second moyen de commu-* tation 3-54 et 3-56 sont de préférence jumelés de telle sorte que la première extrémité de la ligne de bits 3-50 soit connectée au circuit de commande de bits 3-58, par le premier moyen de commutation 3«54, et l'autre extrémité de 30 la ligne de bits 3-5D soit connectée à la masse par le second moyen de commutation 3-56j enfin lorsque l'autre extrémité de la ligne 3-50 est connectée par le second moyen de commutation 3-56 à la charge 3-60, la première extrémi*» té de la ligne de bits 3-50 est connectée par le premier moyen de commutation 3-54 à la masse. 35 La croissance d'aspérités sur le film 3-11 ou sur la ligne 3-50 peut entraîner une panne de la couche isolante 3-24 ou 3-26 respectivement, et peut conduire à une panne complète du dispositif magnétique des figures 3A et 3B. Par conséquent, en réalisant l'un ou les deux film 3-11 et ligne de conduction 3-50 selon les principes de la présente invention," on réduit la 40 croissance d'aspérités et on accroît le rendement durant la production qui BAD ORIGINAL 70 43240 15 2072112 peut nécessiter un cycle de température des dispositifs des figures 3A et 3B. Autrement, la stabilité mécanique apportée à la structure selon les principes de la présente invention permet une plus grande flexibilité durant la fabrication des dispositifs des figures 3A et 3B. 5 Dispositif à effet tunnel superconducteur. L'utilisation de la présentyinvention dans la technologie multicouches sera maintenant expliquée à l'aide d'un dispositif à effet tunnel superconducteur qui est connu dans l'art antérieur à l'exception des films qui s'y trouvent fabriqués conformément aux principes de la présente invention. 10 La figure 4A représente un dispositif à effBt tunnel à film mince ayant une géométrie "en ligne". Le dispositif lui-même est formé de deux couches de transport de courant 4-10, 4-12 oui sont séparées par une barrière tunnel 4-13. Fixés aux électrodes 4-10, 4-12 sont des connecteurs en plomb 4-14, 4-1B. Le dispositif a effet tunnel entier est monté sur le substrat 4-18. 15 Isolé par la couche 4-20 des électrodes 4-10, 4-12 et disposé sur ces électrodes se trouve un élément de commande 4-22. Bien que l'élément de commande 4-22 ne soit pas nécessaire, il est représenté comme un moyen par lequel les caractéristiques de commutation de la jonction tunnel peuvent être commandées. Le courant, appelé 1^, circule à travers les aimants de commande 4-22 et crée 20 un champ magnétique qui affecte les caractéristiques de commutation de la jonction tunnel. Des moyens de polarisation, telle qu'une alimentation de courant extérieure, est utilisée pour fournir un courant tunnel au travers de la jonction tunnel. Un dispositif de mesure, tel qu'un voltmètre 4-24, peut Stre utilisé pour détecter les changements de potentiel au travers de 25 la jonction. Ce dispositif de mesure est connecté à l'électrode 4-10 par le contact 4-2B et à l'électrode 4-12 par le contact 4-28. Si on le désire, le dispositif à effet tunnel de la figure 4A peut être une porte de Josephson si la barrière tunnel est réalisée très mince, de l'ordre de 2-50 A. Par "barrière", on doit comprendre que ce que l'on indique 30 est la barrière de potentiel à travers laquelle les porteurs de charge passent par effet tunnel. Cela ne correspond pas nécessairement avec l'épaisseur physique de la couche 4-13. De préférence, pour de bonnes caractéristiques de dispositifs de Josephson, l'épaisseur de la barrière ne sera pas supérieure à 20A. Les électrodes ont une épaisseur habituelle de 2000-20000A, mais peuvent 35 Btre aussi minces qu'environ 500Â. Si les films d'électrode sont trop minces, les propriétés superconductrices telles que la température critique T^, sont affectées, et il est alors difficle de réaliser reproductiblement un bon dispositif. Dans un dispositif de Josephson, les deux électrodes 4-10, 4-12 sont superconductrices et les électrodes restent dans l'état de superconduction 40 lors de leur commutation. 70 43240 16 2072112 L'élément de commande 4-22 peut être constitué de tout superconducteur, tel que le plomb. Comme cela paraîtra plus clairement plus tard, les électrodes 4-1Q, 4-12 peuvent être constituées de tout matériau superconducteur, y compris les composés et les alliages. Les dispositifs à effet tunnel de Josephson, 5 actuellement connus, utilisent en général des métaux, tels que le plomb, l'étain, ou l'indium, pour les électrodes et des couches d'oxyde obtenues par croissance thermique comme barrière. Des matériaux autres que des oxydes peuvent être utilisés comme couches intermédiaires [barrière tunnel). Ceux-ci comprennent les nitrures, les Sulfures, les carbures, etc.. Bien que l'on puisse utiliser 10 de nombreux matériaux, il est important que la barrière tunnel ait une épaisseur uniforme et soit libre de défauts tels que des trous d'épingle. On peut utiliser divers matériaux pour le substrat. Ceux-ci comprennent le quartz, le mica, le saphir, les métaux, et autres matériaux convenables. Par exemple, on peut disposer un plan de masse sur le substrat avant d'y fabriquer les 15 dispositifs. La figure 4B représente un dispositif à effet tunnel à film mince selon la présente invention, ayant une géométrie à bandes croisées. On utilise ici les mimes numéros de référence que dans la figures 4B dans un but de clarté. Dans cette géométrie, l'électrode supérieure 4-12 est disposée transversale-20 ment par rapport à la direction de l'électrode du bas 4-10. Les électrodes 4-10, 4-12 sont séparées par une couche barrière mince 4-13 comme cela était le cas dans le dispositif de la figure 2A. Des connecteurs 4-30 sont utilisés pour connectés les conducteurs extérieurs au dispositif à effêt tunnel. Le courant I est apporté par une source extérieure non représentée. Toute alimen-25 tation classique est convenable. Le dispositif de mesure, tel qu'un voltmètre 4-24 est utilisé pour détecter les changements de potentiel au travers de la jonction, dus à un changement dans le courant tunnel au travers de la jonc» tion tunnel. La porte à effet tunnel est toute entière supportée par un substrat 4-18; Comme cela est le cas avec le dispositif de la figure 4A, les 30 mêmes procédés de dépôts et les mêmes dimensions relatives sont utilisés dans le dispositif de la figure 4B. Bien que l'on ne représente aucun élément de commande, on doit comprendre que l'on peut facilement en utiliser de la façon montrée dans la figure 4A. La figure 4C représente une vue en coupe de la jonction tunnel des dis-35 positifs représentés dans les figures 4A et 4B. La jonction tunnel est formée de deux électrodes transportant le courant 4-10, 4-12 séparée par une barrière tunnel 4-13» Le support est apporté par le substrat 4-18. Le courant tunnel traverse la barrière entre les deux électrodes. Si la barrière est très mince, approximativement 2-20 A, et si les électrodes sont superconductrices, le 40 courant de Josephson peut circuler.Pour des barrières plus épaisses, l'effet 70 43240 17 2072112 tunnel classique se produira. □n doit comprendre que l'on peut réaliser nombre de jonctions tunnel dans une structure du type laminée et qu'il peut y avoir une série d'électrodes séparées par des barrières à effet tunnel, lorsque plus d'une jonction 5 tunnel est désirée. La figure 4B représente un diagramme de courant fonction du potentiel pour les dispositifs à effet tunnel représentés dans les figures 4A, 4B et 4C. En particulier, à la fois le courant de Josephson (effet tunnel par paire] et l'effet tunnel classique (particule unique) sont illustrés. 10 La porte de Josephson est formée de deux électrodes superconductrices séparées par une barrière tunnel, et caractérisée en ce qu'elle a deux états à effet tunnel entre lesquels le dispositif peut Ôtre commuté. L'un de ces états est un état de tunnel à effet par paire dans lequel le courant circulera à travers la région barrière (jonction Josephson) sans chute de potentiel. 15 L'autre état est un état d'effet tunnel à particule unique dans lequel le courant circule avec un potentiel Eg/e lorsque les deux superconducteurs sont les mSmes, et où E^ est l'intervalle d'énergie des superconducteurs et e est la charge d'électron. La transition d'un état à l'autre peut Stre réalisée en dépassant le courant critique de la jonction de Josephson. On peut réaliser 20 cela à l'aide d'une impulsion de porte ou de commande d'une valeur appropriée. A aucun moment il n'y a une transition de phase superconductrice à normale dans les électrodes d'un dispositif Josephon. Il existe une transition de phase dans les dispositifs Josephson, mais elle est de nature particulière et se produit dans un volume très petit, c'est-à-dire, dans la barrière. Du 25 fait que la transition de phase superconductrice vers phase normale ne comprend pas les électrodes relativement importantes, qui restent superconductrices, et du fait que la région active du dispositif est très petite, le temps de transition jusqu'au potentiel complet est très bref. La barrière tunnel dans un dispositif Josephson peut 8tre un métal, ou un isolant, ou m§me le vide. 30 Deux superconducteurs à proximité proche peuvent donner naissance au courant de Josephson entre eux. N§me les dispositifs Josephson "du type constriction" (liaison superconductrice faible) dans lequel une feuille superconductrice unique a une partie étroite peut Stre utilisée pour produire des courants à effet tunnel de Josephson. 35 Qn se réfère à la figure 4D, s'il n'existe aucun courant de Josephson (courant à potentiel nul), la courbe I-V est celle qui est représentée par une ligne commençant à l'origine et allant jusqu'à un potentiel V^, après quoi la courbe après le potentiel est suivie. S'il existe un courant de Josephson, alors les courbes contenant le courant à potentiel nul sont appli-40 cables. BAD ORIGINAL1 70 43240 16 2072112 Si la couche barrière sst très mince, le courant de Josephson peut exister au travers de la jonction. Cet écoulement de supercourant ne produit aucun potentiel au travers de la jonction. Cela signifie, qu'il existe une augmentation de courant initiale à partir de zéro mais aucune augmentation dans 5 le potentiel de jonction. La jonction ne peut porter qu'un supercourant limité I et au-dessus de ce courant critique, la jonction passe brutalement à max la caractéristique courant-tension classique avec une augmentation brutale correspondante du potentiel au travers de la jonction à approximativement V . 10 La transition à partir d'un potentiel approximativement égal à à un potentiel nul pour un courant diminuant se produit à un courant qui est légèrement peut inférieur à I , produisant un effet d'hystérésis. Ce courant max inférieur Bst appelé La direction des flèches indique le comportement de la jonction lorsqu'il existe un courant de Josephson. Cela signifie, qu'au 15 potentiel zéro, il existe un courant I et ensuite le potentiel augmente max approximativement et lorsque le courant critique est dépassé. La courbe est alors suivie jusqu'à un certain point, auquel la jonction passe à l'effet tunnel de Josephson et le courant I circule à travers la jonction. Le courant de Josephson maximum, I , fonction des fuites, de l'unifor-» r max 20 mité d'oxyde, et de la zone à travers laquelle les paires subissent l'effet tunnel. Il se produit un piègeage de flux autour des aspérités qui croissent à travers la barrière. Ce flux piégé limite I . Ces facteurs conduisent K 6 max aussi à des caractéristiques I-V médiocres. Le potentiel de commutation est fonction de la forme carrée de la 25 boucle de commutation et dépend de la discrétion de l'intervalle d'énergie, des trajets de fuite, et de l'orientation des cristaux. Si la caractéristique de commutation est très carrée alors la différence dans le potentiel d'un état stable à l'autre est plus grande, et le dispositif est mieux adapté à de nombreuses applications. En fonctionnement, deux états de potentiel sont 30 détectés, c'est-à-dire, l'état de potentiel zéro (auquel le courant de Josephson existeîet le potentiel (auquel l'effet tunnel de particule unique se produit). On se réfère aux figures 4A, 4B et 4C, l'utilité du dispositif est déterminée par sa barrière tunnel 4-13. Si un court circuit électrique se développe entre les couches 4-10 .et 4-12 à travers la barrière 4-13, les caractéristiques 35 de ce dispositif à effet tunnel sont altérées ou m8mBs détruites. La stabilité du dispositif au cycle thermique est déterminée par la valeur à laquelle la structure dans les couches 4-10 et 4-12 peut Stre stabilisée par rapport } la contrainte mécanique introduite durant le'cycle thermique. Les principes de la présente invention apportent une solution à ce problème par l'addition 40 d'éléments d'alliage choisis dans las couches 4-10 st 4-12 durant leur fahri- bad original 70 43240 18 2072112 cation. L'utilisation de la présente invention dans la technologie multi-couches va maintenant être expliquée avec un dispositif semiconducteur qui est connu dans l'art antérieur sauf les films qui sont incorporés selon les principes 5 de la présente invention. La structure semiconductrice à circuit intégré est décrite dans les figures 5A et 5B contient deux niveaux de métallisation d'interconnexions. On la forme en commençant avec un substrat de silicium et en réalisant des étapes de dépOt épitaxial, de diffusion et d'oxydation sur le substrat selon des 10 techniques bien connues dans l'art du traitement semiconducteur. Le type particulier du circuit représenté contient un substrat de type p 5-100 sur lequel a été déposée une couche épitaxiale de type n 5-101 et dans laquelle ont été diffusées Cpar rétrodiffusion à partir du substrat de type p 5-100J une couche de type n+ "enterrée" 5-102 (avant l'épitaxie), une diffusion d'isolement 15 de type p 5-103, une diffusion base de type p 5-1CT4 et une diffusion émetteur de type n+ (5-111) et une diffusion du contact collecteur 5-105. La croissance et la recroissance d'oxyde avec les étapes de traitement photolithographiques aboutissent à la formation d'une couche irrégulière 5-106 de SiO^ obtenue par croissance thermique. On peut aussi former la couche isolante 5-106 en 20 entier ou en partie avec du nitrure de silicium» de l'alumine, etc... Avant le dépBt de la première couche de métallisation, on ouvre des trous de contact dans cette couche comme indiqué par l'emplacement des métallisations formant contraste avec les parties de surface de la structure semiconductrice intégrée. Un transistor bipolaire est formé de la base 5-104, de l'émetteur 5-111 et 2 25 des collecteurs 5-101, 5~102, et 5-105. Le trou de contact 5-112 sert à l'accès de l'émetteur de type n+ 5-111. Le trou de contact 5-113 correspond à l'accès de la partie de contact collecteur de type n+ supérieur 5-105 du collecteur. Recouvrant la couche de SiO^ obtenue par croissance thermique 5-106 et les contacts indiqués se trouve la première couche de métallisation dans les seg-30 ments 5-116 et 5-117, formés chacun à partir de la même couche de métallisation initiale par l'utilisation des techniques de phototraitement. Au-dessus de la première couche de métallisation se trouve la première couche d'isolement déposée 5-118 qui est constituée de préférence de dioxyde de silicium mais qui peut aussi être formée en totalité ou en partie de nitrure 35 de silicium, d'alumine, etc..., déposé, par exemple, par l'utilisation des techniques de pulvérisation HF. La couche comprend des trous d'accès 5-119 pour permettre l'accès entre la première couche de métallisation et la couche de métallisation de recouvrement, qui contient les segments 5-120 et 5-121 qui sont formés par l'utilisation des techniques de phototraitement. Le seg-40 ment 5-121 passe au-dessus du segment 5-117 et en est isolé électriquement 70 43240 20721 12 au moyen de la couche isolante 5-118. Le segment 5-120 est en contact électrique avec le segment 5-117 par l'intermédiaire du trou d'accès 5-119. La couche de Si02 de recouvrement 5-122 sert principalement comme revêtement protecteur [pour les couches sous-jacentes et' le substrat semiconducteur) contre l'atta-5 que chimique atmosphérique ou la corrosion. La couche isolante 5-118 peut entraîner des court-circuits avec les bandes métalliques déposées ultérieurement 5-121. Les aspérités croissant sur les bandes 5-117 durant le dépôt [habituellement à une température relativement élevée) de la bande protectrice 5-121 peuvent détruire les propriétés protectrices et conduire à une panne 10 ultérieure du dispositif entier. Il est en accord avec les principes de la présente invention, la fabrication des bandes 5-117 et 5-121 selon ces enseignements réduira ou évitera de telles causes d'échec. Exemples dêinvention; Les films minces déposés sur les substrats subissent des contraintes 15 variables avec les variations de température du fait des coefficients de dilatation thermique entre le film et le substrat. Dans la plupart des combinaisons métal-substrat, le métal a un coefficient de dilatation plus important, et en conséquence, des contraintes de compression bi-axiales sont créées lorsque le composite film-substrat est chauffé à des températures élevées. 20 L'une des façons par laquelle le film a tendance à éliminer une telle contrainte consiste dans la croissance de "aspérités" ou petites protubérances sur la surface du film. Selon les principes de la présente invention, on ajoute des éléments d'alliage au film de telle sorte qu'ils affectent le mouvement des défauts et le phénomène de la formation d'aspérités est ainsi commandé. 25 Films d'aluminium dopés avec Cu ou Mg. A titre d'exemple, des films d'aluminium de 10000Â d'épaisseur sont déposés à 200°C sur des substrats de silicium oxydés thermiquement, avec et sans dopant. Les films alliés ont été déposés dans une étructure du type sandwich, de- telle sorte qu'un dépôt de 5000Â d'aluminium est suivi par un dépôt 30 de cuivre (Cu} ou magnésium (Mg) avec la quantité désirée, et finalement suivi par le dépôt de 5000A d'aluminium. On ne coupe pas le vide entre les dépôts qui ont lieu sous une pression de 1-2 x 10 ^mm de mercure. Du fait de ces conditions, une diffusion cnsidérable de Cu et de Mg dans l'aluminium se produit durant le dépôt à 200°C. Ces films sont alors recuits à des' températures 35 élevées et les aspérités sont examinées au microscope optique. Cu a une différence de taille atomique importante en comparaison d'Al et possède des propriétés de durcissement de précipitation désirable avec Al. Les mesures quantitatives indiquent que la densité d'aspérité caractéris- g tique dans les films d'Al non dopés et recuits est d'environ 3-5 x 10 par ^ cm^ alors que dans les films dopés la densité est de 1-2 x 10^/cm^. Le dopage BAD ORIGINAL 70 43240 21 2072112 au cuivre, par conséquent, diminua la densité d'aspérités d'un facteur da 2 à 5. Mg, en plus qu'il présente une différence de taill8 atomique importante avec l'aluminium et des propriétés de durcissement de précipitation désirable, 5 possède aussi une énergie d'assemblage élevé pour les trous de l'aluminium. L'addition de 5% ou plus de Mg au film d'Al élimine complètement les aspérités. En outra, on a déterminé que 3% de Mg avec 3% de Cu élimine aussi toute aspérités dans les films d'Al. Films de Pb dopés avec Ag ou Au. 10 Des films de plomb (Pb) d'une épaisseur nominale comprise entre 2000 et 3000 A sont préparés par évaporation de Pb dans un système à vide. Les films de Pb sont évaporés à partir d'une source de Pb en utilisant une source de chauffage au tungstène. La vapeur de Pb est déposée sur un substrat (Si oxydé ou verre) maintenu à la température ambiante. Le vide durant le dépôt A C «»0 est de 10 mm de mercure. A la fin du. dépôt, les films de Pb sont examinés au microscope optique et on constate qu'ils présentent une surface égale et brillante. On refroidit alors ces films à la température de l'azote liquide sous vide et ensuite chauffés à la température ambiante. On répété ce cycle d8 température plusieurs fois. Après ces cycles on examine les films au micras= 90 cope et l'on observe que la surface contient des petites protubérances. On appelle ces protubérances des aspérités. Afin de réduire la densité de telles aspérités on dope les films de Pb (ou allié) avec de l'argent (Ag ou de l'or (Au). On effectue cela comme suit: deux sources contenant Ag ou Au et Pb sont chauffées dans le vide et les va- OC peurs des deux sont simultanément déposées sur le substrat et forment un film Pb»Ag ou un film Pb«*Au. Cas films déposés à la température ambiante sont soumis à des cycles répétés en température. On observe que la densité des aspérités est réduite. Au se révèle Stre plus efficace que Ag. Le pourcentage de poids de Ag ou Au est de 7 à 10%. La quantité des deux composants du film est main-30 tenue durant 1*évaporation en utilisant les oscillateurs à cristal de quartz dont la fréquence change lorsque le dépôt se produit. Le changement dans la fréquence est proportionnel à la quantité du dépôt. On effectue une coévaporation simultanée pour obtenir un alliage à la température ambiante. La solubilité de Ag dans le Pb à la température ambiante 35 est très réduite, par exemple, Hansen: Constitution of Binary Alloys, MxGraw-Hill Book Co., 1958, page 40, et les techniques de précipitation normales n'ont qu'une utilité limitée ou négligeable. La coévaporation est utilisés pour obtenir la quantité désirée de dopant Ag dans le film de Pb. En outre. Au et Pb ont une solubilité très réduite l'un dans l'autre 40 et une quantité appréciable de Au est distribuée dans le film de Pb par 70 43240 - 2072112 coévaporation. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 43240 23 2072112 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un film métallique déposé sur un substrat et présentant avec ce dernier un coefficient d'expansion thermique différent, dans lequel on procède à des cycles thermiques répétés entre deux températu-5 res limites caractérisé en ce qu'on empêche la formation d'aspérités au cours dudit procédé en dopant ledit film métallique avec au moins une addition d'alliage qui présente une interaction préférentielle avec les défauts qui sont la cause de la formation desdites aspérités à la surface dudit film. 2.- Procédé dè fabrication d'un film métallique déposé sur un substrat 10 et présentant avec ce dernier un coefficient d'expansion thermique différent dans lequel on procède à des cycles thermiques répétés entre deux températures limites caractérisé en ce qu'on empêche la formation d'aspérités dues à des contraintes de compression engendrées par des défauts structurels en dopant ledit film métallique avec au moins une addition d'alliage qui présente 15 une énergie de liaison avec lesdits défauts. 3.- Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2 dans lequel lesdits défauts sont choisis dans le groupe comprenant, les défauts ponctuels, les trous, les défauts linéaires, les défauts planaires. 4.- Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits défauts linéaires 20 comprennent les dislocations. 5.- Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits défauts planaires sont les frontières de grains. 6.- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel ledit film métallique est Al et ladite addition d'alliage choisie dans le groupe comprenant 25 Be, Cu, Mg, Si et Th. 7.- Procédé selon la revendication 5 dans lequel ledit film est Pb et ladite addition d'alliage choisie dans le groupe comprenant Au, Al, Ag, As, Sn, Sb et Si. 8.- Dispositif magnétique à mémoire mettant en oeuvre le procédé selon 30 l'une quelconque des revendications énoncées ci-dessus. 9.- Dispositif superconducteur mettant en oeuvre le procédé selon l'une 70 43240 24 2072112 quelconque des revendications 1 à 7. 10.- Dispositif semiconducteur intégré mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.