Brevet FR2507823A1 — publié le 19821217

Procédé pour former des électrodes destinées à un détecteur dont la résistance électrique varie en fonction du champ magnétique auquel il est soumis La présente invention concerne un procédé pour fabri- quer un détecteur à pellicules ou couches minces dont la résistance électrique varie en fonction du champ magnétique auquel il est soumis (détecteur que l'on appellera plus sim- plement par la suite: détecteur magnétorésistant) Jusqu'à présent, on a utilisé de l'aluminium ou un alliage d'aluminium comme matière pour des électrodes ou des métaux de cablage qui présentent une largeur de lignesminimale de 0,5 à 2 pm et qui doivent être déposés sur une pellicule magnétorésistante, comme par exemple une pellicule de permalloy (un alliage Ni-Fe) du détecteur magnétorésistant à pellicules ou couches minces. Toutefois, lorsque la pellicule de permalloy et l'aluminium sont chauffés à une température de 200 à 300 C ou une tempéra- ture supérieure, il se produit entre cette pellicule et l'alu- minium une diffusion d'atomes C'est pourquoi, pendant la phase de dépôt de vapeur des électrodes d'aluminium ou au cours d'une phase de chauffage ultérieure, les propriétés magnétiques de la pellicule de permalloy se dégradent considérablement La pelli- cule de permalloy est habituellement très mince, c'est-à-dire o que son épaisseur est d'environ 200 à 400 A, et elle est par conséquent très sensible à la réaction avec le matériau de -l'électrode On peut éviter la réaction entre la pellicule de permalloy et l'aluminium en utilisant une structure d'électrode multicouches comprenant une structure double couche de Mo et A 1 (ou d'un alliage de AI) ( dont on désignera ci-après la compo- sition par Mo/Al) qui est caractérisée par une couche-barrière de Mo qui est formée entre la couche de A 1 et la pellicule de permalloy et interrompt la réaction entre A 1 et le permalloy. La réaction n'a pas lieu en raison du fait que Mo présente un point de fusion très élevé et que la diffusion des atomes a lieu difficilement à une température basse En outre, il ne se produit aucune réaction entre le permalloy et Mo à une température qui n'est pas supérieure à 400-500 C Par conséquent, un détecteur magnétorésistant à pellicules minces utilisant une électrode multicouches de Mo/Al peut supporter un traitement thermique à une température de 400-500 C, même après la formation des électrodeso Toutefois, avec l'électrode de Mo/Ali, il se produit entre Mo et Al une réaction qui forme une très mince couche d'un composé intermétallique tel que Mo 3 Al (que l'on désignera par la suite comme étant une couche de Mo/Al ayant réagi) à l'interface entre Mo et Al Bien que la couche de composé intermétallique soit trop mince pour nuire aux propriétés électriques de l'électrode de Mo/Al, elle présente une résistance aux produits chimiques si élevée que l'on éprouve des difficultés extrêmes pour fabriquer l'électrode avec une solution corrosive chimique. Quand on utilise une pellicule monocouche de Ail comme électrode, on peut effectuer le traitement fin de la pellicule de Al avec une largeur de lignesou de traits minimale de 0,5 à 2 um à l'aide d'une solution corrosive alcaline, telle qu'une solution de Na OH ou de KOH sans attaquer la pellicule de per- malloy De plus, lorsque Mo en tant que matériau pour une élec- trode monocouche est présent sur la pellicule de permalloy, on peut utiliser une solution corrosive chimique similaire à celle utilisée pour Al Toutefois, un câblage multicouches de Mo avec un bon conducteur de l'électricité tel que Al et Au est néces- saire, car l'utilisation de Mo seul conduit à une résistance plus élevée du c&blage Par ailleurs, lorsque l'on adopte l'électrode double couche de Mo/Al, il en résulte la formation de la couche de composé intermétallique mentionnée ci-dessus à l'interface entre Mo et Al par le fait que seule la couche Ail n'ayant pas réagi subit une corrosion chimique en laissant intacte la couche de Mo/Al ayant réagi et la couche de Mo sous- jacente Par conséquent, il est très difficile de fabriquer une électrode présentant la structure double couche de Mo/Al. On peut traiter le composé intermétallique mentionné ci-dessus en utilisant une solution corrosive chimique basée sur un acide fort tel que l'eau régale Toutefois, une telle solution corrosive acide attaque également la pellicule de permalloy et, par conséquent, on ne peut pas l'utiliser On a également tenté d'obtenir, aux prix de grandes difficultés, la -corrosion du composé intermétallique en utilisant une grande diversité de solutions alcalines O Les références ci-après sont citées pour montrer l'état de la technique:( 1) le brevet U S, N O 4 052 748 et ( 2) IBM Technical Disclosure Bulletin, vol 17, n O 4 (Septembre 1974), pages 967 et 968. Un objet de la présente invention est de réaliser un procédé permettant de former facilement une électrode qui comporte une double couche de Mo/Al et que l'on utilise pour un détecteur magn 4 torésistant comprenant une pellicule de permalloy ou d'une matière analogue comme mentionné cidessus O Pour obtenir l'objet mentionné ci-dessus, selon le procédé de la présente invention, on forme un masque présentant une configuration géométrique prédéterminée sur une double couche consistant en une pellicule de Mo, dont au moins une partie est formée sur une pellicule magnétorésistante, et une pellicule de Al ou d'un alliage de Al (que l'on appellera par la suite plus simplement: la pellicule de AI) déposée sur la pellicule de Mo Ensuite, on traite la pellicule de Al seule ou bien la pellicule de Al ainsi que la couche de Mo/Al ayant réagi de manière que l'on obtienne la configuration géométrique prédéterminée correspondant au masque à l'aide d'une technique appropriée pour attaquer Al, par exemple, par corrosion à l'aide d'une solution corrosive chimique ou à l'aide d'une tech- nique d'usinage par ions puis on traite la pellicule résiduelle de Mo ou la pellicule de Mo et la pellicule de Mo/Al aujant réagi pour obtenir la même configuration géométrique que celle de la pellicule de Al en ayant recours à une attaque par plasma ou à une attaque par pulvérisation avec réaction. Comme matière pour la pellicule magnétorésistante, on utilise généralement le permalloy (un alliage Ni-Fe) mais on peut aussi utiliser n'importe quelle matière ferromagnétique présentant une anisotropie magnétique et consistant principale- ment de Ni, Fe, Co, Cr et/ou Ti. Comme matière pour le masque mentionné ci-dessus, on utilise généralement un photorésist, mais on peut aussi utiliser un métal qui ne soit pas attaqué sélectivement quand Al est attaquée On dépose de préférence la pellicule de Mo sur une o épaisseur de 100 à 300 A Quand l'épaisseur est inférieure à on A, on dépose la pellicule de Mo sous une forme discontinue analogue à des 1 lôts, de manière que la couche conductrice en aluminium et la pellicule de permalloy puisse venir en contact mutuel et réagir l'une avec l'autre, c'est-à-dire que la pelli- cule de Mo ne puisse pas servir de pellicule-barrière Par ailleurs, lorsque l'épaisseur de la pellicule de Mo dépasse o 3000 A, cette pellicule peut se fissurer ou se décoller de la pellicule de permalloy en raison d'une contrainte interne ou d'une tension analogue de la pellicule de Mo Par conséquent, l'épaisseur de la pellicule de Mo ne doit pas être supérieure b 3000 . La pellicule de Al présente sur la pellicule de Mo peut être déposée sur uneépaisseur telle que ladite pellicule de Allen tant que conducteur d'électrodes, puisse offrir la conductibilité électrique requise par le détecteur magnéto- résistant Une telle épaisseur est déjà connue dans la technique. Comme matière pour la couche conductrice déposée sur la pelli- cule de Mo, on peut utiliser un alliage de Al, comme par exemple un alliage Al-Cu, un alliage Al-Mg ou un alliage Al-Ni, ainsi que Al non allié, qui a été utilisé communément pour le câblage des dispositifs microélectroniques. Dans un détecteur magnétorésistant utilisant une pellicule-barrière de Mo formée entre une pellicule conductrice de Al et une pellicule magnétorésistante telle qu'une pellicule de permalloy, comme décrit cidessus, la réaction entre la pellicule magnétorésistante et Ai ne peut se produire et, par conséquent, la détérioration des propriétés magnétiques de la pellicule magnétorésistante n'a pas lieu Par exemple, dans le cas d'un détecteur magnétorésistant comprenant du permalloy comme pellicule magnétorésistante et du Mo comme pellicule- barrière, le degré de variation dans la réluctance spécifique n'est pas affecté même lorsque l'on chauffe le détecteur à 3000 C pendant 1000 heures, tandis que dans le cas d'un détecteur magnétorésistant utilisant la pellicule de permalloy mais aucune pellicule-barrière de Mo, le degré de variation de la réluctance spécifique diminue au point d'être de 1/2 a 1/10 plus faible que la valeur initiale lorsqu'on le chauffe de la même manière que mentionnée ci-dessus Par conséquent, la pellicule de Mo présente un effet de barrière presque parfait. Lorsque l'on attaque la pellicule de Ail en utilisant une solution corrosive chimique, on attaque tout d'abord seul Al n'ayant pas réagi dans l'électrode double couche de Mo/Al à l'aide d'une technique d'attaque chimique classique Ensuite, on attaque la couche de composé intermétallique Mo/Al et Mo à l'aide d'une technique d'attaque classique par pulvérisation avec réaction ou à l'aide d'une technique classique d'attaque par plasma en utilisant un gaz contenant un composé halogéné tel que CF 4. Quand on a recours à la technique d'usinage par ions pour attaquer la pellicule de Ai, on traite tout d'abord à l'aide de cette technique d'usinage par ionsdans les électrodes double couche de Mo/Al, AI n'ayant pas réagi et la couche de Mo/ Ai ayant réagi On traite ensuite à l'aide de la technique d'attaque par pulvérisation avec réaction ou à l'aide de la technique d'attaque par plasma utilisant un gaz contenant un composé halogéné tel que CF 4, la partie résiduelle de la couche de Mo/Al ayant réagi ainsi que Mo. On sait déjà que le détecteur magnétorésistant tel que mentionné cidessus est composé normalement d'un substrat et de pellicules magnétorésistives, d'électrodes, de pellicules de protection magnétique et de pellicules isolantes formées sur ledit substrat. On va maintenant décrire des modes de réalisation actuellement préférés. Exemple 1 On a formé une pellicule de permalloy magnétorésistante (un alliage à base de Ni contenant 20 % en poids de Fe dans cet exemple) ayant une épaisseur de 300 A,par exemple, sur un subs- trat voulu tel qu'un morceau de verre On a ensuite déposé sous vide Mo sur la pellicule de permalloy sur une épaisseur appro- o priée de 1000 A, par exemple, et on a déposé sous vide Al sur Mo sur une épaisseur requise de conducteur, par exemple 0,5 >im, pour former des électrodes On a ensuite formé un dessin de photorésist en tant que masque pour obtenir une forme d'élec- trode voulue* En utilisant le masque ainsi formé, on a attaqué une partie supérieure de la couche conductrice de Al à l'aide d'une solution d'attaque chimique connue contenant ROH, du ferri- cyanure de potassium et Na HP 03 12 1120 dans de l'eau Le procédé d'attaque de'Al n'est pas limité à celui décrit ici et on peut avoir recours à d'autres procédés d'attaque chimique connus dans la technique O Seule la partie de la couche de Al n'ayant pas réagi avec Mo a subi l'attaque chimique Après que la couche de Al a été attaquée chimiquement, on a éliminé la couche restante de Mo/Al ayant réagi ainsi que la couche de Mo a l'aide d'une technique connue d'attaque par plasma utilisant une atmosphère consistant principalement en CF 4 (dans cet exemple, on a utilisé une atmosphère consistant en 92 % en volume de CF 4 et 8 % en volume de 02) Au cours de l'attaque par plasma, un halogénure de molybdène a été formé par le radical F engendré dans le plasma, cet halogénure s'étant évaporé en raison de sa tension de vapeur élevée De plus, une partie de Al de la couche de Mo/Al s'est évaporée sous la forme d'un halogénure et on a attaqué Ai résiduel par pulvérisation Par conséquent, la couche Mo/Al ayant réagi et la couche de Mo qui n'a été éliminée par l'attaque chimique a pu être attaquée par l'attaque du plasma de Z 507823 façon suffisante pour former un dessin fin présentant une largeur de traits minimale de 0,5 à 2 um D'autre part, Ni et Fe constituant-la pellicule de permalloy ne se sont pas liés aux ions halogène et, par conséquent, la pellicule de permalloy n'a pas été attaquée du tout par le plasma Quand on a utilisé comme atmosphère pour l'attaque par plasma un mélange gazeux préparé en additionnant 02 à CF 4 en une quantité d'environ 5 à %, la vitesse d'attaque a augmenté et on a obtenu un dessin d'électrode excellent. Exemple 2 On a formé des électrodes de Mo/Al de la même manière que dans l'exemple 1, sauf que l'on a utilisé un alliage à basede Ni contenant 23 % de Co comme matière pour la pellicule magnéto- résistante On a pu former des électrodes de Mo/Al présentant un dessin fin ayant une largeur de traits minimale de 0,5 à 2 pun comme dans l'exemple 1. Exemple 3 On a formé des électrodes de Mo/Al de la m 9 me manière que dans l'exemple 1, sauf que l'on a utilisé un alliage à base de Co contenant 10 %b en poids de Fe comme matière pour la pelli- cule magnétorésistante On a pu former des électrodes de Mo/Al présentant un dessin fin ayant une largeur de traits minimale de 0,5-2 pm comme dans l'exemple lo Exemple 4 On a formé sur un substrat tel qu'un morceau de verre une pellicule de permalloy magnétorésistante (dans cet exemple, un alliage à base de Ni contenant 20 % en poids de Fe) ayant une U épaisseur de 300 A par exemple Ensuite, on a déposé sous vide o Mo sur la pellicule de permalloy sur une épaisseur de 1000 A par exemple, etonadéposé sous vide Al sur Mo sur une épaisseur de conducteur voulue, par exemple 0,5 pnu, de manière à former des électrodes à double couche On a formé ensuite un dessin de photorésist en tant que masque pour obtenir une forme d'électrode voulue En présence du masque ainsi formé, la couche de Al et la couche de Mo/Al ayant réagi et que comporte les électrodes double couche ont été attaquées à l'aide d'une technique connue d'usinage par ions utilisant un gaz Al, la couche de Mo étant laissée intacte Dans ce cas, la couche de Mo peut aussi être attaquée si on poursuit l'opération d'usinage par ions Toute- fois, en raison de l'épaisseur extrêmement faible (plusieurs o centaines de A) de la pellicule de permalloy sous-jacente à la pellicule de Mo, il est très difficile d'arrêter l'opération d'usinage par ions à l'interface entre Mo et le permalloy sans endommager la pellicule de permalby Pour cette raison, on a laissé intacte la couche de Mo pendant l'opération d'usinage par ions et l'on a formé ensuite seulement la couche de Mo à l'aide d'une attaque par plasma Lorsque l'on a exécuté l'atta- que par plasma dans un gaz consistant principalement en du CF 4 (dans cet exemple, on a utilisé un mélange gazeux comprenant 82 % en volume de CF 4 et 8 % en volume de 02), Mo a formé un fluorure présentant une tension de vapeur élevée et s'est évaporé Par ailleurs, Ni et Fe constituant la pellicule de permalloy n'ont formé aucun fluorure présentant une tension de vapeur élevée et, par conséquent, ne se sont pas évaporés. On a donc pu arrêter l'attaque par le plasma à l'interface entre Mo et le permalloy On a ainsi obtenu les électrodes de Mo/Al à double couche présentant une largeur de traits minimale de 0,5 à 2 pm en traitant tout d'abord la couche de A 1 et la couche de Mo/Il ayant réagique/ es lectrodes de Mo/Al à double couche à l'aide d'un usinage par ions puis en soumettant la couche de Mo à l'attaque par plasma. Exemple 5 On a formé des électrodes de Mo/Al de la même manière que dans l'exemple 4, sauf que l'on a utilisé un alliage à base de Co contenant 10 % en poids de Ti comme matière pour la pellicule magnétorésistive. On a pu obtenir des électrodes de Mo/Al présentant un dessin fin avec une largeur de traits minimale de 0,5 à 2 comme dans l'exemple 4. Exemple 6 9 2507823 On a formé des électrodes de Mo/AI de la même manière que dans l'exemple 4, sauf que l'on a utilisé un alliage à base de Ni contenant 23 % en poids de Co comme matière pour la pelli- cule magnétorésistive On a pu obtenir des électrodes de Mo/Al présentant un dessin fin avec une largeur de traits minimale de O 05 à 2 pi comme dans l'exemple 4. Bien que l'on n'ait pas utilisé de Al non allié comme matière pour la couche conductrice dans les exemples mentionnés ci-dessus, on a obtenu les mêmes effets que dans ces exemples quand on a utilisé à la place de la couche conductrice de Al une pellicule conductrice d'un alliage présentant une faible électromigration, tel que l'alliage à base d'aluminium contenant 4 % de cuivre, l'alliage à base d'aluminium comprenant 2 % de Mg et l'alliage à base d'aluminium contenant 2 % de Ni. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportés dans le cadre de la présente invention* REVENDICATIONS 1 i Procédé pour former des électrodes destinées à un détecteur magnétorésistant,caractérisé par le fait qu'il comprend les phases consistant: (a) à former un masque ayant un dessin prédéterminé sur une structure à double couche comprenant une pellicule de Mo dont au moins une partie est formée sur une pellicule magnétorésistante et une pellicule de AI ou d'un alliage de Al déposéesur ladite pellicule de Mo; (b) à exposer ladite pellicule de Al ou d'alliage de Ai à un environnement corrosif pour attaquer au moins ladite pellicule de Al ou d'alliage de Al dans ledit dessin prédéter- miné; et (c) à traiter après ladite phase (b) au moins ladite pellicule de Mo pour obtenir un dessin correspondant à celui de la pellicule de Al ou d'alliage de Al à l'aide d'une technique d'attaque par plasma ou d'une technique d'attaque par pulvéri- sation avec réaction. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'en attaque ladite pellicule de Al ou d'alliage de Ai en utilisant une solution corrosive chimique pendant ladite phase (b) et que l'on attaque une couche de Mo/Al ayant réagi ainsi que ladite pellicule de Mo au cours de ladite phase (c). 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on attaque ladite pellicule de Al ou d'alliage de Al et ladite couche de Mo/Al ayant réagi à l'aide d'une techni- que d'usinage par ions au cours de ladite phase (b) et que l'on attaque ladite pellicule de Mo au cours de la phase (c). 4 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on effectue l'attaque par plasma dans une atmos- phère gazeuse contenant un composé halogéné au cours de ladite phase (c). Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on effectue l'attaque par plasma dans une atmos- phere gazeuse contenant un composé halogéné au cours de ladite phase (c). 6 o Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit composé halogéné est CF 4 o 7 Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit composé halogéné est CF 4. 8 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ladite pellicule magnéto- résistante est constituée par une matière ferromagnétique contenant Ni, Fe, Co, Cr et/ou Ti comme constituant principal et présentant une anisotropie magnétique. 9 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite pellicule magnétorésistante consiste en un alliage Ni-Fe.