Brevet FR2182682A1 — publié le 19731214

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une glaçure diélectrique sur un substrat nu ou préalablement garni de surfaces conductrices en couches minces sur partie de la face qui doit recevoir cette glaçure. On entend par glaçure un revêtement d'une épaisseur pouvant aller jusqu'à une vingtaine de microns par exemple, et on entend par substrat une-pièce en un madu genre de ceux couramment utilisés à une telle fin de support dans la micro-électronique. Elle a pour but de prévoir ce procédé tel qu'il permette la réalisation dtune glaçure homogène et parfaitement lisse sur un substrat de rugosité nominale définie et de préférence faible, par exemple au plus égale à 0,25 microns, et de pureté nominale élevée de l'ordre de 99i au moins, nu ou portant des surfaces métallisées d'un ordre d'épaisseur de quelques microns. Lorsqu'on procède au dépôt, par toute méthode connue en soi, d'une pellicule diélectrique à base de silice sur un substrat de la nature précitée, notamment à base d'alumine qui, contrairement aux substrats constitués par des cristaux dont la surface est traitée au poli optique, présente une rugosité nominale définie, méme faible, on constate que le dépôt a une structure granulaire accentuant la granulométrie et les défauts localisés de la surface du substrat, I1 est donc impossible en pratique courante de réaliser, par le seul mode de dépôt utilisé, une glaçure homogène et d'épaisseur sensiblement constante. Lorsque, de plus, des "conducteurs" ont été formés sur la surface à glacer, conducteurs consistant en des revêtements en couche mince de parties dudit substrat, d'autres défauts se superposent à la granulation, dus notamment à l'existence des bords de ces conducteurs, car il se forme, comme connu, des bourrelets gra nulaires qui suivent les arêtes de ces bords. Ce phénomène persiste, bien qu'atténué, lorsque ces conducteurs sont realisés selon le procédé de gravure exposé dans le brevet français No. 71 12645 déposé le g Avril 1970 par la Demanderesse pour "Procédé de gravure d'une couche métallique mince sur un substrat" (Invention Yves THORN et Michel SINbAU) procédé conduisant à l'élimination d'arêtes vives sur les bords des conducteurs. Les igs. 1 et 2, jointes, montrent sous forme très schémati s6e pour entre plus parlante les phénomènes en cause. Le substrat 1 qui est par exemple en alumine doit être recouvert d'une pellicule diélectrique de silice et, lors du dépôt de cette pellicule, il se forme une structure de granules 2 du fait que la surface 4 du substrat est rugueuse au sens sus-défini Lorsque de plus, Fi.2, un conducteur 3 a été préalablement forme sur la surface du substrat et que le dépôt de la pellicule diélectrique 2 est effectué, non seulement sa structure est entièrement granulaire mais les granules forment un bourrelet tel qu'indiqué en 5 au bord du conducteur 3 et, de plus, comme indiqué en 6, il existe en fait un manque de diélectrique entre ce bourrelet 5 et le diélectrique granulaire 2. I1 n'y a donc pas véritablement glaçure du substrat et un tel revêtement est, par exemple, impropre à recevoir ensuite des motifs conducteurs et autres. Les Figs.3 et 4, jointes, montrent au contraire, sous une même forme, les produits désirés à savoir, Fig.3, une couverture uniforme par une glaçure 7 de surface lisse et d'épaisseur sensiblement constante couvrant le substrat et, Fig.4, une glaçure lisse et d'épaisseur sensiblement uniforme couvrant tant le substrat proprement dit que tout conducteur en couche mince préalablement formé sur ce substrat0 Selon la présente invention, une glaçure mince et homogène à surface lisse et d'épaisseur-sensiblement constante est formée sur un substrat diélectrique à rugosité nominale définie et à haute pureté de matériau, en deux stades consécutifs, l'un et l'autre séparément connus, à savoir un premier stade consistant à procéder au dépôt par condensation à partir de phases vapeurs de composés de silicium et de phosphore (ou de bore) d'une pellicule de phos phosillcate (respectivement de borosilicate) d'une épaisseur moyen ne sensiblement égale à. celle désirée pour la glaçure et un second stade en lequel on soumet le produit résultant du premier à un traitement thermique de refusion à une température et pendant une durée qui permettent aux granules constituant le premier dépôt de se ramollir et de se fusionner sans que toutefois le dépôt puisse "couler" de la surface du substrat, les conditions de dépôt par condensation du premier state étant optimalisées pour que le second stade puisse être conduit à des températures compatibles avec la nature du substrat et sans risque d'éclatement des couchers au cours de leur transformation en glaçures. Le dépôt parcondensation s'effectue sur le substrat chauffé à une température de l'ordre de 4500C. Une fois le dépôt effectué, le produit su@strat-dépôt est refroidi pour les contrôles. Puis\il est réchau@@é pour la refusion en étant intrpouit, par exemple, en un four porté t une température entre 900 et 1100C. environ.Comme il s'agit de structures compositos, ces échauffements et refroisissements,(un dernier, appes refusion), accumulent les contraintes internes, d'autant plus diversifiées que les coefficients de dilatation du substrat et du dé@ôt sont dis@incts. Pour réduire au mieux la sornrne des contraintes qui peuvent apparaître au cours du processus complet, les conditions de dépôt du metériau de la glaçu- re finale sur le substrat doivent être opti@alisées et, pour exposer ces conditions particulières de dépôt référence es faite à la Fig.5 qui complète les Figs.l à 4 précédemment décrites et représente, sous forme simple, un exemple d'appareillage utilisable pour le dépôt d'une couche diélectrique mince sur un substrat à partir de composés en phase vapeur du matériau finalement requis. Cet exemple considère le dépôt de couches en silice dopée au phosphore sur des substrats d'alumine en partant de silane Si H4 et de phosphine P H3, cette dernière diluée dans l'argon ou dans l'hélium (l'argon étant préalahlement purifié si de besoin par tout processus connu en soi). Le substrat S à revêtir n 'uiie laçure de silice dopée est déposée sur une contre-plaque CP à 1 intérieur d une enceinte E qui est, par exemple, pourvue d'un cuauffage HF, indiqué en F, à la llauteur ae la contreplaque. Le chauffage pourrait être ;a RF ou par résistances et en ce dernier cas, la contreplaque en carbone est posée sur une sole équipée des résistances cnauffantes. La contreplaque reçoit un certain nombre de snostrats par opération de dépôt. Elle peut être en cuivre ou molybdène doré lorsque le chauffage est assuré par radiatious. L'oxygene 02 arrive par une canalisation de même référence, comportant un ro@inet d'admission R1 vers des débit-mètres bl et dl (il est prév@ deux débit@@ ares de @ames de débit dis@inctes pour la prècision des débits). L'oxygène peut être introduit quand de besoin, par manoeuv@e de @mbinets R4, dans un @élan eur M2 couvant recevoir un Taz de dilution, ar@on A on hélium (He) eirculant à travers une oncein@e V qui @ée d'un retour R. Le gaz @e dilution pout être diri é sur le mélangeur @2 par la manoenvre de robinets R6 à travers une paire de @@bit-mètres b3 et d3. Il peut aussi être dirigé sur un second nélangeur Ml par la manoeuvre ue robinets R7 à travers des débimètres b4 et d4. A ce mélangeur NI peuvent arriver le silane Si H4 lorsque les robinets R5 sont ouverts à la sortie des débit-mètres D2 et d2 et aussi la phosphine P H3 par manoeuvre des robinets RS à la sortie des débit-mètres b5 et d5.La sortie de M2 est directement dirigée sur l'entrée de E et la sortie de Ml peut l'être lorsqu'est ouvert le robinet R90 Le processus opératoire peut se résumer ainsi:- on assure un balayage continu d'argon ou dthélium de l'enceinte V et on chauffe le substrat à une température uniforme et sensiblement régulée de 4500C. environ. On alimente Ml en Si 84 et en P H3 et, par R9, on dirige le mélange vers l'enceinte E puis on alimente E en 02, le gaz de dilution étant présent en Ml et M2 en ces opérations Une fois atteinte l'épaisseur du dépôt sur le substrat, on stoppe l'o- pération. Cette épaisseur est définie par la durée et les débits lors d'essais préalables. Aux fins de l'invention alors, on respecte au cours de cette opération les proportions suivantes: un rapport des débits 02 et Si H4 sensiblement égal à 15, un rapport des débits Si H4 et P H3 sensiblement égal à 100/14, un rapport des débits A (ou He) et Si 114 sensiblement égal à 350 et pouvant aller jusqu'à 450 environ, enfin, un débit gameux total, mesuré en cm3/minute tel que son rapport au carré du diamètre de la surface intérieure de E approximativement égal à 19 ou 20. En respectant ces proportions on obtient un dépôt qui, bien que granulaire, est homogène et ne présente, tant au refroidissement qu'aux réchauffements que peu de contraintes internes propres:- le t'vert que constitue ce dépôt est relativement "doux". A la refusion de plus, il ne se casse pas par différence des coefficients de dilatation thermique vis à vis de l'alumine, son coefficient propre en étant devenu voisin, La seconde étape du procédé consiste alors à élever la tem- pérature du produit obtenu par le premier stade jusqu'à une valeur de palier de l'ordre de 900 à 1100 C. dans un four simple et à maintenir ce palier pendant une durée dépendant de sa valeur, 15h environ vers 900 C. jusqu'à 3h environ à 11000C - donnes non critiques en elles-mêmes - pour retondre le dépôt jusqu'à son état de glaçure après refroidissement libre. R E V E N I) I G A T I O N Procédé de réalisation d'une glaçure de phospho- ou borosilicate à surface lisse et épaisseur seusiblement uniforme sur un substrat diélectrique, notamment en alumine, de rugosité nominale définie bien que faible et de haute pureté, nu ou revêtu de conducteurs en couches minces, caractérisé en ce qu'il comporte un premier stade de dépôt du matériau de la glaçure sur le substrat chauffé,par condensation à partir de phases vapeurs de composés de silicium et de piiosphore ou bore en présence d'oxygène et d'un gaz de dilution, argon ou hélium, condensation conduite en respectant les conditions suivantes: :- rapport des débits de l'oxy- gène et du composé du silicium sensiblement égal à 15, rapport des débits des composés du phosphore ou bore et du silicium sensiblement égal à 0,14, rapport des débits du gaz de dilution et du composé du silicium de 350 à 450 environ, rapport du débit gazeux total, en cm3yminute au carré du diamètre de l'enceinte de la réaction sensiblement égal à 9 ou 20, et un second stade pour la refusion de ce dépôt à une température supérieure à celle du dépôt et d'une durée compatible avec cette refusion.