Brevet FR2585371A1 — publié le 19870130

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REV TEMENT DE MICRO-DEPRESSIONS L'invention se rapporte au revêtement de micro-dépressions situées à la surface d'un substrat. En micro-électronique, la métallisation a notamment pour but d'assurer le contact électrique entre le plan des pistes conductrices et les composants situés hors de ce plan dont ils sont séparés par une couche isolante. A cet effet, les pistes conductrices doivent présenter une résistance électrique aussi faible que possible, même par dessus des gradins à pente raide, ce qui présuppose que les gradins ont un bon recouvrement (rapport entre épaisseur de couche sur le flanc d'une dépression et épaisseur de couche dans le plan des pistes conductrices). Le problème du recouvrement des gradins a pu être résolu en orientant de manière appropriée, par rapport à la source de revêtement, le substrat à revêtir, en accroissant la température et en choisissant adéquatement l'angle de flanc. On connaît des dispositifs dans lesquels des sources de vaporisation sont combinées avec des substrats montés sur des mécanismes à engrenages planétaires. Une autre possibilité est l'aplatissement ou nivellement des gradins par vaporisation d'une couche diélectrique avant de procéder à la métallisation. Ce processus a été décrit en premier lieu pour des couches de SiO2. On a aussi tenté d'utiliser des sources de vapeur étendues afin que les molécules de vapeur arrivent sur le substrat autant que possible selon toutes les directions et, ainsi, de revêtir aussi uniformément que possible les surfaces de toutes les pentes. Un effet analogue peut être obtenu au moyen de la dispersion par un gaz, en procédant au revêtement sous une pression relativement grande ( supérieure à 0,5 Pa), par exemple avec des sources du type dit source-magnétron. Tous les procédés connus présentent l'inconvénient de ne convenir à l'obtention d'un revêtement amélioré des gradins que dans la mesure o les dépressions ont une largeur grande par rapport à leur profondeur, alors qu'ils sont inopérants lorsque le rapport de la profondeur à la largeur est de l'ordre de 1 ou plus. Or, de tels rapports de gradins sont de plus en plus usités dans la technique dite VLSI (intégration à très grande échelle) qui se développe constamment. Par combinaison de dépôt par projection électrique et d'attaque simultanée par projection électrique (projection-polarisation), on réussit certes à niveler pratiquement, avec de l'aluminium, des creusures ayant un rapport de 1:1. Toutefois, lors du revêtement de dépressions, creusures ou trous ayant un rapport (rapport géométrique) supérieur à l'unité (profondeur supérieure à la largeur), on rencontre des difficultés, même avec la projection-polarisation. Le fait que la source de projection possède toujours une certaine étendue a pour conséquence que les particules arrivent sous des angles différents sur la surface du susbstrat à recouvrir. Comme décrit, les arêtes de gradins très écartées les unes des autres sont de ce fait bien revêtues de tous les côtés. Par contre, dans le cas des dépressions étroites dont il s'agit ici, ce revêtement venant de tous les côtés est un inconvénient. Des investigations approfondies ont montré que la croissance de la couche est plus rapide sur les arêtes que sur les autres endroits des dépressions. Il en résulte, sur les arêtes, des excroissances en surplomb qui rétrécissent progressivement l'ouverture des dépressions, jusqu'à la formation finale de cavités. De telles cavités sont indésirables puisqu'elles peuvent être une cause de défauts dans les micro-circuits. La présente invention a donc pour but d'éviter de manière sûre la formation de cavités lors du revêtement de micro-dépressions. Dans la présente description, "micro-dépressions" désigne des dépressions existant dans la surface d'un substrat et ayant une largeur de 5 um ou moins, et désigne de préférence les dépressions pour lesquelles le rapport de la profondeur à la largeur est supérieur à 1. Le procédé selon l'invention pour revêtir des microdépressions ayant une étendue inférieure à 5 um, situées dans une surface d'un substrat que l'on revêt sous vide d'une substance prédéterminée, procédé dans lequel la substance déposée dans les dépressions est, par bombardement ionique, repulvérisée par endroits et déposée en d'autres endroits des dépressions, présente cette caractéristique que l'on effectue le revêtement avec un dispositif dans lequel les rayons moléculaires de la substance de revêtement arrivant sur les dépressions ont une divergence inférieure ou égale à 10 degrés. De manière surprenante, il s'avère que le procédé selon l'invention permet de revêtir le fond et les parois latérales des micro-dépressions beaucoup plus uniformément que ce n'était possible dans l'art antérieur, et que les dépressions ayant un rapport de profondeur à largeur supérieur à 1 peuvent même être remplies avec de la matière de revêtement plus complètement que si des excroissances se formaient en surplomb à leur ouverture 'en créant ainsi des cavités. Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le revêtement et la pulvérisation peuvent être exécutés soit simultanément, soit en plusieurs étapes individuelles, en alternance De préférence, on utilisera un dispositif de mise en oeuvre dans lequel les particules en phase vapeur arrivent perpendiculairement à la surface du substrat, la substance de revêtement se déposant en premier lieu surtout au fond des dépressions, puis ne parvenant sur les parois latérales des dépressions que sous l'effet de la redistribution effectuée, par pulvérisation, soit simultanément, soit successivement. Comme indiqué, cela s'effectue sans que des excroissances formant des cavités soient formées sur les arêtes bordant la dépression, ce qui était le cas antérieurement lors du revêtement au moyen de particules en phase vapeur qui pouvaient arriver sur le substrat par tous les côtés. Dans le cadre de l'invention, il peut aussi être utile que la source de revêtement ait une certaine étendue, ce qui permet d'obtenir aussi, dès le début, un premier revêtement sur les parois latérales des dépressions. Cette étendue peut toutefois être au maximum telle que la source de rayons moléculaires, vue de chaque point des micro-dépressions à revêtir, apparaisse sous un angle inférieur ou égal à 10 degrés. Pour que toutes les particules arrivent sensiblement selon une même direction sur la surface du substrat, il est utile qu'il y ait non seulement une source correspondante et une distance appropriée, mais aussi, dans la chambre de revêtement, un vide avec libre parcous moyen suffisamment grand, c'est-à-dire une basse pression de l'ordre d'environ 0,001 Pa. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière -de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une installation de revêtement sous vide; et - la figure 2 montre, là encore de manière purement schématique, comment croît une couche appliquée selon l'invention, par dessus une dépression. Sur la figure 1, la référence 1 désigne la chambre à vide qui peut être vidée jusqu'à une dépression désirée, au moyen d'une pompe à vide 2. La référence 3 désigne une source appropriée quelconque de rayons moléculaires. Celle-ci peut être, par exemple, un évaporateur thermique usuel ou, comme représenté schématiquement sur le dessin, un évaporateur dit à rayon électronique, dans lequel le rayon électronique 4 subit, par un champ magnétique, une déviation l'amenant dans le creuset de vaporisation. La référence 5 désigne un substrat à revêtir, pourvu de micro-dépressions, sur lequel les rayons moléculaires provenant de la source 3 arrivent. Le substrat 5 est porté par un dispositif de maintien 6 et, par une traversée étanche au vide, amenant une tension électrique, il peut être relié à un appareil (8) fournissant une tension. De plus, il est prévu une conduite de gaz 9 par laquelle, au moyen d'une valve 10, un gaz auxiliaire, par exemple de l'argon, provenant d'un réservoir 11, peut être admis en quantité désirée dans la chambre de revêtement. Ceci étant, avec un tel agencement de revêtement, il est important pour la mise en oeuvre de l'invention que la divergence des rayons moléculaires de la matière de revêtement à appliquer, arrivant sur les creusures ou dépressions, soit suffisamment petite, c'est-à-dire soit au plus de 10 . Cet agencement est caractérisé par le fait que la source de rayons moléculaires, vue de chaque de point des micro-dépressions à revêtir, apparaît sous un angle inférieur ou égal à 10 . A partir de cette condition, on peut, pour une étendue donnée de la source fournissant les rayons moléculaires, calculer facilement la distance qu'il doit y avoir entre source et substrat. Pour une distance de, par exemple 50 cm, on calcule que l'étendue de la source peut être au maximum de 8,7 cm pour satisfaire à la condition de divergence précitée. L'angle sous lequel les rayons moléculaires arrivent sur le substrat n'est d'ailleurs pas déterminé uniquement par l'agencement géométrique. Lorsque le revêtement est effectué en présence d'un gaz sous une pression assez élevée dans la chambre de revêtement, ce qui est par exemple le cas lors du revêtement par pulvérisation cathodique ou au moyen de ce que l'on appelle un magnétron planar, il se produit, dans la chambre contenant du gaz, une dispersion des molécules de la matière devant constituer le revêtement, provenant du rayon, et ces molécules dispersées peuvent finalement, par dispersion multiple, arriver sur le substrat sous les angles les plus variés, et pas seulement selon la direction donnée par le rayon. Il n'y a toutefois pas lieu de s'attendre à une perturbation notable sous l'effet de la dispersion si le libre parcours moyen des molécules des rayons est, dans l'espace entre source et substrat, d'au moins un tiers de la distance entre source et substrat ou, encore mieux, est supérieur à cette distance. Dans un premier exemple de réalisation, on a évaporé de l'aluminium pur sous un vide de 2,5.10-3 Pa et déposé, sur la surface du substrat, à une vitesse de revêtement de 0,26 um par minute, une couche de 0,2 pm d'épaisseur. On a alors admis, dans la chambre 1, de l'argon jusqu'à une pression de 0,5 Pa et porté le substrat à une tension négative d'environ 2000 V par rapport à la source de vapeur (et par conséquent par rapport aux parois de la chambre de revêtement). Il s'est alors formé une décharge électrique en milieu gazeux, par laquelle l'aluminium du substrat a été repulvérisé en partie par pulvérisation cathodique. Cette repulvérisation a eu pour effet de modifier, d'une façon connue en soi, la répartition de l'aluminium sur le substrat, c'est-à-dire qu'une partie de la matière du revêtement enlevée par pulvérisation s'est redéposée sur les parois latérales de la dépression et a formé sur cellesci un garnissage métallique électriquement conducteur. Dans une autre variante, la rétropulvérisation ou repulvérisation (c'est-à-dire la pulvérisation de matière déjà déposée) a été effectuée au moyen de ce que l'on appelle la pulvérisation à haute fréquence, à 13,56 MHz, et avec une puissance d'environ 1,5 W/cm2, et l'on a obtenu le même résultat (la pulvérisation sous haute fréquence offre toutefois l'avantage que l'on peut aussi pulvériser des matières de revêtement non conductrices). Les deux étapes décrites du revêtement et de la repulvérisation sont avantageusement répétées, ce grace à quoi on peut obtenir une couche plus uniforme et plus épaisse, même sur les parois latérales des microdépressions. Pour une dépression à section droite rectangulaire, ayant une profondeur de 1)m, il s'est par exemple révélé optimal (en considérant le temps consommé pour la réalisation et la qualité du revêtement) de déposer à chaque revêtement au maximum 0,2 pm sur le fond de la dépression et de répéter cinq fois cette étape de dépôt et la repulvérisation. La figure 2 montre la répartition de matière calculée pour ces cinq étapes. Sur la figure 2, la référence 20 désigne une coupe partielle du substrat, la référence 22 un revêtement de SiO2 dans lequel une tranchée de section rectangulaire avait été gravée avec un rapport profondeur/largeur égal à un. Le revêtement décrit dans l'exemple de réalisation précédent a été appliqua comme décrit, en cinq étapes de vaporisation et repulvérisation. Sur la figure 2, on a représenté les profils apparaissant après chaque cycle de vaporisation-repulvérisation. On voit qu'aucun porte-à-faux et, surtout, aucune cavité, n'ont été formés. Bien plus, la dépression initiale est complètement remplie de la matière de la couche, et il y a une liaison sûre entre la couche d'aluminium appliquée sur le support et l'aluminium déposé dans-la dépression. Dans un autre exemple de réalisation, c'est encore de l'aluminium qui, à partir d'une nacelle, a été évaporé dans une atmosphère d'argon à 5.10-2 Pa, et l'on a ainsi atteint, dans l'installation de vaporisation dont on disposait, une vitesse de revêtement de 0,09 >um/mn. En deux minutes de temps de vaporisation par étape de vaporisation, on a donc déposé une couche d'aluminium de 0,18 micromètres d'épaisseur sur le substrat d'essai présentant des dépressions. Ensuite, au moyen d'une décharge à haute fréquence, en milieu gazeux, comme décrit plus haut (13,5 MHz, 1,6 W/cm2; argon sous 5.10-1 Pa), on a effectué l'étape de repulvérisation et enlevé ainsi une partie importante de l'aluminium déposé au fond de la dépression lors de l'étape de vaporisation. En jouant sur la durée de la repulvérisation, on peut déterminer l'importance de la partie repulvérisée. Dans le présent exemple, chaque repulvérisation enlevait 0, 13 pm de la couche d'aluminium épaisse de 0,18 pm appliquelors de l'étape de revêtement. Dépôt en phase vapeur et enlèvement ont été répétés 7 fois, et l'on a ainsi obtenu un revêtement uniforme des surfaces des dépressions. Pour l'enlèvement (repulvérisation), les procédés les plus divers peuvent aussi être utilisés dans le cadre de la présente invention. L'enlèvement peut donc être fait non seulement par pulvérisation HF, comme indiqué dans le premier exemple, mais aussi au moyen d'une décharge sous tension continue, ou bien l'enlèvement partiel de la substance de la couche appliquéelors de l'étape de dépôt peut être réalisé au moyen d'un rayon ionique arrivant sur les endroits à éroder. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Procédé de revêtement de micro-dépressions ayant une étendue inférieure à 5 pm, situées dans une surface d'un substrat (5) que l'on revêt sous vide d'une substance prédéterminée, dans lequel la subs- tance déposée dans les dépressions est, par bombardement ionique, repulvérisée par endroits.et déposée en d'autres endroits des dépressions, caractérisé en ce que l'on effectue le revêtement avec un dispositif (1, 3,6) dans lequel les rayons moléculaires de la substance de revê- tement arrivant sur les dépressions ont une divergence inférieure ou égale à 10 degrés. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les étapes du revêtement et de la pulvé- risation sont effectuées successivement au moins deux fois sur le même substrat (5). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par l'exécution simultanée du revêtement et de la repulvérisation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement est effec- tué au moyen d'un rayon ionique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tionsl à 4, caractérisé en ce que la repulvérisation est effectuée au moyen d'un rayon ionique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le libre parcours moyen pendant le revêtement est de plus d'un tiers de la distance entre source (3) et substrat (5). 7. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la source (3) de rayons moléculaires, vue de chaque point des microdépressions à revêtir, apparaît sous un angle inférieur ou égal à 10 degrés.