Brevet FR2644292A1 — publié le 19900914

i DESCRIPTION PROCEDE DE DEPOT ELECTROLYTIQUE SUR UN SUBSTRAT SEMI- CONDUCTEUR. La présente invention a pour objet un procédé de dépôt électrolytique sur un substrat semi-conducteur. ELLe trouve une application notamment dans La réalisation de têtes magnétiques d'écriture et/ou de lecture, intégrées sur un substrat semi-conduc- teur. La technique du dépôt électrolytique peut être utilisée dans la réalisation de têtes magnétiques. C'est ce qui est décrit notamment dans le document de brevet US-A-4,402,801 délivré le 6 Septembre 1983. La figure I annexée illustre schématiquement cette technique. Si le substrat est conducteur (par exemple en A1203-TiC), l'électrolyse s'effectue en prenant le substrat 11 comme électrode (partie a). Une couche isolante 12 convenablement gravée permet de définir des zones de croissance électrolytique 17. Si le subs- trat 11 est isolant, une couche conductrice 16 (par exemple en Ni-Fe) est préalablement déposée pour consti- tuer l'électrode sur laquelle on vient faire croître le dépôt électrolytique 17 (partie b de la figure). Lorsque le substrat n'est ni isolant ni conducteur mais semi-conducteur, par exemple en sili- cium, la première variante n'est plus possible. En effet, il n'y aurait pas d'adhérence du dépôt électroly- tique sur le semi-conducteur. Seul le recours à une couche conductrice auxiliaire permet le dépôt éLectroly- tique. C'est ce qui est décrit dans le document de brevet européen EP-A-O 262 028. Or, cette technique présente des inconvé- nients. La couche conductrice servant d'électrode doit être gravée avant que ne s'effectue le dépôt éLec- troLytique et cette gravure Laisse subsister immanqua- bLement des particules métaLLiques sur La plaquette semi-conductrice. Sur ces particules, on observera des croissances éLectrolytiques intempestives. On pourrait Laisser intégralement La couche conductrice servant d'électrode, mais il faudrait aLors déposer sur celle-ci une couche isolante qu'il convien- drait de graver pour délimiter les seules zones o le dépôt doit avoir lieu, ce qui est complexe. Enfin, la couche conductrice servant d'é- Lectrode augmente l'épaisseur de la structure. La présente invention a justement pour objet un procédé qui évite ces inconvénients. A cette fin, elle préconise de réaliser, sur La face du semi-conducteur o doit s'effectuer Le dépôt éLectroLy- tique, des zones de croissance obtenues -en faisant diffuser un métal ou un composé métallique en recui- sant cette face. Le dépôt éLectrolytique va alors croître uniquement sur ces zones, par amenée de courant à travers le substrat semi-conducteur, Lequel aura été revêtu de manière avantageuse, sur sa face arrière, d'une couche conductrice. Les inconvénients Liés à la couche métallique servant d'électrode sont donc supprimés puisque toute couche métaLLique en face avant est éLimi- née avant La réaLisation du dépôt éLectroLytique. La technique de L'invention se prête bien, par ailleurs, à un dépôt au fond de caissons très étroits ou sur des surfaces de très faibles dimensions, situations que l'on rencontre fréquemment dans Le cas des têtes magnétiques intégrées. Enfin, iL n'y a pLus Lieu, comme dans L'art antérieur (cf EP-A-O 262 028), de redéposer des couches conductrices pour constituer de nouveLLes éLec- trodes destinées à de nouveaux dépôts éLectrolytiques venant se superposer à des dépôts antérieurs. De façon plus précise, La présente inven- tion a pour objet un procédé de dépôt électrolytique sur un substrat semiconducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend Les opérations suivantes: - on utilise un substrat semi-conducteur faiblement résistif, on fait diffuser à l'aide d'un recuit un métal ou un composé métallique sur une face avant du substrat, aux endroits o doit être réalisé le dépôt, - on met la face avant en contact avec une solution électrolytique correspondant au matériau à déposer, - on porte Le substrat à un potentiel approprié pour provoquer un dépôt éLectrolytique dudit matériau aux endroits diffusés. De façon avantageuse, on dépose sur une face arrière du substrat une couche de matériau conduc- teur, Le substrat étant porté au potentiel approprié par l'intermédiaire de cette couche. De préférence, le substrat semi-conducteur est en silicium, La diffusion du métal ou du composé métallique par la face avant provoquée par Le recuit produisant un siLiciure. De toute façon, les caractéristiques et avantages de L'invention apparaÂtront mieux après La description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement Limitatif. Cette des- cription se réfère à des dessins annexés sur LesqueLs: - la figure 1, déjà décrite, rappelLe l'art antérieur, - La figure 2 montre trois étapes principa- Les du procédé de L'invention, - la figure 3 montre un mode de réalisation avec caisson rectanguLaire, - La figure 4 montre un mode de réalisation avec caisson enterré, - la figure 5 illustre la réalisation d'un circuit magnétique à pLusieurs étages, - La figure 6 montre en perspective (a) et en coupe (b) une plaquette de silicium ouvragée seLon Le procédé de l'invention. On voit, sur la figure 2, un substrat semi-conducteur 20, par exemple en silicium de faibLe résistivité (10-2 f cm ou moins), poLi sur ses deux faces, L'une à l'avant, référencée 21, L'autre à l'ar- rière référencée 22. De façon avantageuse, dans le cas de l'ap- plication de l'invention à La réalisation de têtes magnétiques, on dépose, sur la face arrière 22, une couche métallique 23, par exemple par pulvérisation cathodique, d'épaisseur environ 200 nm. Le conducteur peut être du chrome. Il se forme ainsi un contact ohmi- que entre le conducteur 23 et le semi-conducteur 20. Sur la face avant 21, on forme une couche barrière 30 (c'est-à-dire ne permettant pas la diffusion du métal ou du composé métallique dans cette couche) telle que du SiO2. Cette couche 30 est formée par oxyda- tion chimique ou par dépôt PECVD d'une épaisseur d'envi- ron 1000 nm et par gravure partielle de façon à déLimi- ter les zones du substrat o L'on veut effectuer une diffusion de métal ou de composé métallique. On dépose ensuite, par exemple par pulvérisation cathodique, une couche d'environ 200 nm de métal ou de composé métallique 24 m. On effectue alors un recuit de l'en- sembLe (ou au moins de La face vant) pour faire diffuser le métal ou le composé métallique dans les zones déLimi- tées du substrat. On obtient ainsi des zones diffusées 24. La couche métaLLique 24 m restant sur la couche barrière 30 est alors gravée chimiquement, puis la couche 30 est à son tour éLiminée. Pour une couche 24 m en Ni, le recuit peut s'opérer entre 250 et 350 C Lorsque Le siliciure désiré est Ni2Si ou entre 350 et 750 C lorsque le siLi- ciure est NiSi. Un recuit à 500 C pendant deux heures permet d'obtenir une couche de siliciure de 50 à 200 nm. Mais on peut également effectuer un recuit très bref ("flash") par exemple à 600 C pendant 30 secondes pour obtenir du Ni2Si. Quant au matériau diffuse, iL peut s'agir, de manière non limitative, de nickel, de chrome, de titane ou de tungstène. Ce recuit peut être obtenu sous vide. Dans le cas d'un recuit Lent, il peut s'agir d'un vide secondaire; pour un recuit "flash", un vide de 10-3 mb est approprié. On peut opérer également sous gaz neutre, sous argon par exemple. La partie (c) de la figure 2 montre L'étape de croissance électrolytique. La couche conductrice arrière 23 est reliée à La borne négative d'une source de tension 25 délivrant une tension et un courant appro- priés et l'on met la face avant 21 en contact avec une solution électrolytique correspondant au matériau à déposer (en pratique Les cations de cette solution correspondront au métal à déposer). Dans cette étape, La plaquette de silicium constitue un support très homogène en courant et forme une masse équipotentieLLe. Les zones diffusées 24 forment des zones d'accrochage du dépôt électrolytique, alors qu'en dehors de ces zones L'adhérence est insuffisante pour qu'un tel dépôt se forme. Les dépôts 26 vont donc se former seulement en regard des zones 24. Les figures 3 et 4 illustrent la mise en oeuvre du procédé de L'invention au fond de caissons étroits. Sur La figure 3, on voit La couche barrière qui est maintenue après gravure de La couche 24 m restante, contrairement au cas de La figure 2. Cette couche 30 déLimite des caissons au fond desqueLs, comme précédemment se trouvent Les zones diffusées 24. La couche 26 est ensuite déposée éLectroLytiquement. Dans ce cas, La couche 30 doit être isoLante. IL est pLus avantageux d'effectuer L'éLectroLyse comme dans Le cas de La figure 3, c'est-à-dire avec une couche isoLan- te 30. En effet, cette dernière permet d'éviter d'éven- tueLs dépôts métaLLiques parasites sur Le substrat au- cours de L'éLectroLyse. Cette couche est ensuite conservée ou éLiminée par gravure suivant L'appLication. Sur La figure 4, Le substrat 20 est préaLa- bLement gravé sous forme d'une tranchée 32. La zone 24 est diffusée au fond de cette tranchée, Le dépôt éLectroLytique 26 n'affecte que La tranchée. IL est réaLisé de manière avantageuse en présence de La couche isoLante 30. Ces différents caissons peuvent avoir une dizaine de microns de profondeur et pLusieurs miL- Liers ou centaines de miLliers de microns carrés. La figure 5 montre un circuit magnétique formé de trois étages 41, 42, 43 obtenus à L'aide d'une seule zone d'accrochage 24. Enfin, la figure 6 montre une pLaquette de semi-conducteur 50, par exempLe du siLicium, (en perspective sur La partie (a) et en coupe selon A sur la partie (b)). La face arrière de la pLaquette -est revêtue d'une couche conductrice 23. Par le dépôt d'une couche barrière isolante et par gravure partieLLe de ceLLe-ci, on définit des caissons de 1000 à 100000 microns carrés au fond desquels on réaLise La diffusion d'une couche métallique par- dépôt et recuit de cette couche afin de former des zones 24 de siLiciure. Une gravure de la couche métallique restante permet de débarrasser La plaquette de toute couche métaLLique en face avant. IL ne reste alors qu'une pluraLité de zones 24 de siLiciure. Par électrolyse, on forme ensui- te sur l'ensembLe une pLuralité de plots 26. Le reste de la couche barrière peut être alors éliminé. La suite des opérations conduisant à une tête d'écriture-lecture peut être conforme à l'art antérieur et notamment au procédé décrit dans EP-A-O 262 028. Dans tout ce qui précède, le matériau 26 peut être magnétique et par exemple en Fe-Ni lors- qu'il s'agit de réaliser des têtes magnétiques d'écri- ture-lecture. REVENDICATIONS 1. Procédé de dépôt éLectrolytique sur un substrat semi-conducteur, caractérisé par Le fait qu'iL comprend les opérations suivantes: - on utilise un substrat semi-conducteur (20) faiblement résistif, - on fait diffuser à l'aide d'un recuit un métal ou un composé métallique sur une face avant (21) du substrat (20), aux endroits (24) o doit être réalisé le dépôt, - - on met La face avant en contact avec une solution éLectrolytique correspondant au matériau à déposer, - on porte Le substrat à un potentieL approprié pour provoquer un dépôt éLectrolytique dudit matériau aux endroits diffusés (24). 2. Procédé seLon La revendication 1, carac- térisé en ce qu'on dépose sur une face arrière du subs- trat une couche de matériau conducteur, Le substrat étant porté au potentieL approprié par L'intermédiaire de cette couche. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par Le fait que le substrat semi-conducteur (20) est en silicium, La diffusion du métal ou du compo- sé.métaLLique par la face avant provoquée par le recuit produisant un siliciure. 4. Procédé selon La revendication 3, carac- térisé par le fait que Le recuit s'effectue entre 200 et 3500C pour un siliciure Ni2Si. 5. Procédé selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que le recuit s'effectue entre 350 et 7500C par un siliciure NiSi. 6. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que Le dépôt éLectrolytique (26) est en un matériau magnétique. 7. Procédé selon la revendication 6, carac- térisé par Le fait que le matériau conducteur magnétique (26) est du fer-nickel. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on dépose préalablement sur la face avant du substrat une couche isolante (30), on grave cette couche isolante pour former des caissons, au fond desquels on fait diffuser le métal ou le composé métallique (24) et L'on forme Le dépôt électrolytique (26) dans ces cais- sons. 9. Procédé seLon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que L'on grave le substrat selon des tranchées (32) au fond desquelles on fait diffuser le métaL ou le composé métallique (24) et on forme le dépôt électrolytique (26) dans ces tranchées. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal diffusé est choisi dans Le groupe constitué par le nickel, le chrome, Le titane et le tungstène.