Brevet FR2774499A1 — publié le 19990806

PROCEDE DE REALISATION D'UNE COUCHE MINCE PERPENDICULAIRE A LA SURFACE D'UN SUBSTRAT DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'une couche mince perpendiculaire à la surface d'un substrat. Elle trouve une application dans la réalisation de dispositifs utilisant des couches minces et, notamment, dans la réalisation de têtes magnétiques de lecture. Etat de la technique antérieure La figure 1 annexée montre un substrat 10 avec une surface 12. Il s'agit de déposer une couche mince 14 perpendiculaire à la surface 12. Pour ce faire, on peut recouvrir le substrat 10 d'une marche 20, comme illustré sur la figure 2, puis recouvrir la contremarche 22 par la couche mince désirée. Pour cela, on pourrait penser procéder par croissance électrolytique, comme illustré sur la figure 3. On déposerait sur le substrat et la marche une couche mince conductrice 30 et l'on plongerait l'ensemble dans un bain électrolytique 32. Une électrode 34 serait reliée à une source de tension 36 également reliée à la couche 30 prise comme autre électrode. Les flèches montrent symboliquement les lignes de courant, ou d'ions. Si le dépôt obtenu à la partie supérieure de la marche serait satisfaisant, il en irait par contre autrement sur la contremarche. L'épaisseur de la couche y serait mal contrôlée et, s'agissant par exemple de couche magnétique comme le fer-nickel, les propriétés magnétiques de la couche mince obtenue seraient peu satisfaisantes et non reproductibles. On pourrait penser opérer autrement, par pulvérisation cathodique, comme illustré sur la figure 4. Le substrat, placé devant une électrode 38, serait plongé dans un plasma et recevrait des ions à sa surface. Mais, la encore, le dépôt qui se formerait sur la contremarche 22 serait de mauvaise qualité et d'épaisseur mal contrôlée. D'une façon générale, et selon le Demandeur, pour des couches minces magnétiques de fer-nickel, les couches deviennent inexploitables lorsque la direction de dépôt fait avec la normale à la surface à traiter un angle supérieur à 45". Or, dans les procédés par dépôt électrolytique ou par pulvérisation cathodique, il est proche de 90". La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention A cette fin, l'invention propose un procédé dans lequel la direction de dépôt est sensiblement perpendiculaire à la paroi à recouvrir, ce qui permet d'obtenir des couches minces d'excellente qualité et d'épaisseur contrôlée. De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'une couche mince perpendiculaire à la surface d'un substrat, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes - on prépare un substrat avec au moins un plot à sa surface, chaque plot présentant une surface latérale plane perpendiculaire à la surface du substrat, - on dispose le substrat recouvert du (des) plot(s) dans une enceinte à évaporation sous vide, - on oriente le substrat de telle sorte que sa surface fasse un angle a faible avec la direction du flux d'évaporation et que la surface latérale plane de chaque plot fasse un angle ss de 90"-a proche de 90" avec la direction du flux d'évaporation, - on procède à l'évaporation, le dépôt s'effectuant de manière préférentielle sur la surface latérale plane de chaque plot pour former ladite couche mince perpendiculaire à la surface du substrat. De préférence, on dépose une pluralité de plots répartis sur la surface du substrat, le procédé étant ainsi collectif. Dans un mode de mise en oeuvre privilégié, on fait tourner le substrat autour d'un axe parallèle à la direction du flux d'évaporation. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, montre un substrat avec une couche magnétique perpendiculaire au plan du substrat - la figure 2, déjà décrite, montre un substrat préparé avec une marche isolante - la figure 3, déjà décrite, illustre un procédé de croissance électrolytique - la figure 4, déjà décrite, illustre un procédé par pulvérisation cathodique - la figure 5 montre un substrat avec des plots isolants selon l'invention ; - la figure 6 montre une forme particulière de réalisation des plots - la figure 7 illustre le procédé de l'invention ; - la figure 8 illustre une variante de mise en oeuvre avec rotation du substrat et cache - la figure 9 montre un cache avec des ouvertures pour corriger le flux d'évaporation - la figure 10 montre, en vue de dessus, un plot isolant, la couche perpendiculaire au substrat et un dépôt magnétique sur le substrat - la figure 11 illustre, en coupe, une opération de gravure du dépôt magnétique recouvrant le substrat - la figure 12 montre l'allure finale du produit obtenu. Description détaillée de modes particuliers de réalisation On voit, sur la figure 5, en coupe, un substrat 10 avec une surface 12 recouverte de plots 40. La figure 6 montre, en perspective, un exemple de plot triangulaire, c'est-à-dire un plot dont la section droite parallèlement à la surface 12 est un triangle. Celui-ci peut être isocèle, voire équilatéral. En d'autres termes le plot présente la forme d'un prisme à base triangulaire. De tels plots peuvent être obtenus par gravure d'une couche déposée sur le substrat. Cette couche peut être un isolant, comme la silice par exemple. Dans un procédé collectif de réalisation d'une pluralité de couches minces, on recouvrira le substrat d'une même pluralité de plots 40. Chaque plot possède au moins une face plane 42 qui est perpendiculaire à la surface du substrat. Dans le cas d'un plot triangulaire comme celui de la figure 6, le plot possède deux autres faces, mais celles-ci ne jouent pas de rôle dans le procédé. Le substrat ainsi préparé est monté ensuite sur un porte substrat 44, comme illustré sur la figure 7. L'ensemble est disposé dans l'enceinte d'une installation d'évaporation sous vide comprenant essentiellement un creuset 46 rempli du matériau dont on veut faire la couche mince et des moyens non représentés pour former un faisceau d'électrons 48 venant bombarder le matériau contenu dans le creuset. Le porte substrat 44 est disposé assez loin du creuset (à un ou quelques décimètres) pour que le substrat tout entier puisse être incliné et recevoir le flux d'évaporation, symbolisé par la flèche 49, sensiblement tangentiellement. De façon plus précise, l'angle a que fait la surface 12 du substrat 10 avec la direction D du flux d'évaporation venant de la source 46, est inférieur à 20 et, par exemple, compris entre 10 et 15". Il en résulte que l'angle ss que fait la surface plane à recouvrir 42 par rapport à la direction D du flux d'évaporation (ss=90 -a) est supérieur à 70" et, par exemple, compris entre 75 et 800. La direction d'évaporation est donc sensiblement perpendiculaire à la surface à revêtir, ce qui est de nature à assurer une bonne qualité du dépôt. Les plots situés en haut du substrat sont éloignés de la source d'évaporation 46 d'une distance D2, alors que les plots situés dans la partie inférieure du substrat sont situés à une distance D1 plus faible. Il en résulte que les conditions de dépôt ne sont pas rigoureusement les mêmes sur les parties supérieure et inférieure du substrat. Une surépaisseur peut apparaître sur les plots situés à la distance la plus faible de la source (D1) c'est-à-dire à la partie inférieure du substrat. Pour corriger cet effet, on peut utiliser le procédé illustré sur les figures 8 et 9. Le porte-substrat 44 est monté rotatif autour d'un axe 47 parallèle au flux d'évaporation 49 et passant par le creuset 46. Dans sa rotation, le substrat enveloppe donc un tronc de cône dont la base est un cercle de rayon R1 et le sommet un cercle de rayon R2. Par ailleurs, un cache fixe 50 est interposé entre le creuset 46 et le porte-substrat 44. Ce cache est percé de fenêtres 52, 54, comme représenté sur la figure 9, où le cache est représenté en vue de dessus. Pour la fenêtre 54, deux des bords sont radiaux et passent par le centre du cache. Les autres bords sont circulaires et situés à la distance R1 ou R2 du centre. Si toutes les fenetres étaient identiques à la fenêtre 52, il n'y aurait aucune correction du flux. On utilisera donc de préférence des fenêtres comme celle qui est référencée 54, où les bords 55, 56 ne sont plus radiaux mais resserrés de telle sorte que le côté circulaire à la distance R1 du centre soit moins large que si les bords étaient radiaux. Il en résulte que le flux d'évaporation est réduit à la distance R1 de l'axe, c'est-à-dire pour la partie inférieure du substrat. Ainsi se trouve évitée la surépaisseur dans cette partie du substrat. Après avoir procédé ainsi, le substrat et le plot se présentent comme illustré sur la figure 10. Le plot 40 est recouvert, sur sa face 42, d'une couche mince 60, qui est la couche désirée. Mais le substrat se trouve lui aussi recouvert d'une couche 62. Accessoirement, on notera une zone 66 derrière le plot 40, où le dépôt ne s'est pas produit, car elle est dans l'ombre portée du plot par rapport au flux d'évaporation. La figure 11 montre comment éliminer, si besoin est, la couche 62 recouvrant le substrat. On peut procède par gravure ionique dans une direction oblique 70 telle que la couche mince 60 reste dans l'ombre du plot 40. En d'autres termes, la direction de la gravure ionique est sensiblement opposée à la direction de dépôt de la couche. La figure 12 montre le résultat obtenu après gravure oblique : le substrat 10 a été débarrassé de sa couche 62, à l'exception d'une zone 66 correspondant à l'ombre portée du plot par rapport à la direction de gravure. Dans tout ce qui précède, le terme "substrat" désigne soit une plaque de matériau homogène, comme du silicium par exemple, soit un sous-ensemble pouvant comprendre des circuits, des magnétorésistances, d'autres couches minces, des pièces magnétiques, etc Le procédé qui vient d'être décrit peut être utilisé pour réaliser une tête magnétique de lecture avec magnétorésistances comme celle qui est décrite et revendiquée dans la demande de brevet n"97 12425 déposée le 6 octobre 1997 par le présent Demandeur. Une telle tête comprend une couche magnétique formant sonde, disposée perpendiculairement au plan de vol et affleurant sur celui-ci. Cette couche, généralement en fer-nickel, peut être obtenue par le procédé qui vient d'être décrit. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une couche mince perpendiculaire à la surface d'un substrat, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes - on prépare un substrat (10) avec au moins un plot (40) à sa surface, chaque plot (40) présentant une surface latérale plane (42) perpendiculaire à la surface (12) du substrat (in), - on dispose le substrat (10) recouvert du (des) plot(s) (40) dans une enceinte à évaporation sous vide, - on oriente le substrat (10) de telle sorte que sa surface (12) fasse un angle a faible avec la direction du flux d'évaporation (49) et que la surface latérale plane (42) de chaque plot (40) fasse un angle ss de 90 -a proche de 90C avec la direction du flux d'évaporation (49), - on procède à l'évaporation, le dépôt s'effectuant de manière préférentielle sur la surface latérale plane (42) de chaque plot (40) pour former ladite couche mince (60) perpendiculaire à la surface (12) du substrat (10) 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on dépose une pluralité de plots (40) répartis sur la surface (12) du substrat (10), le procédé étant ainsi collectif. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on fait tourner le substrat (10) autour d'un axe (47) parallèle à la direction du flux d'évaporation (49). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on corrige la répartition du flux d'évaporation en interposant dans le flux d'évaporation un cache (50) muni de fenêtres (52, 54) disposées en cercle et présentant une forme appropriée. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, en fin de procédé, on grave la surface du substrat (10) par gravure ionique avec une direction de gravure oblique (70) de direction telle que la couche mince déposée (60) reste dans l'ombre du plot (40) par rapport à cette gravure oblique (70). 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque plot (40) présente une section droite, parallèlement à la surface du substrat, en forme de triangle, ladite surface latérale plane (42) correspondant à l'un des côtés du triangle. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'angle a est inférieur à 20C et l'angle ss supérieur à 70C 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'angle a est compris entre 10 et 15 et l'angle ss compris entre 75 et 80". 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche mince déposée (60) est une couche mince magnétique. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel chaque plot (40) est en matériau isolant.