a.2 Dépôt en voie sèche par PVD

A la différence des dépôts en voie humide, la voie sèche ne nécessite pas l’immersion des pièces à revêtir dans un bain contenant une solution du métal à déposer. En effet, les composants et le métal

Définition du procédé de report intermétallique en Phase Liquide Transitoire Chapitre II

78 à déposer sont introduits en vis-à-vis et sous forme solide dans une enceinte sous vide. Le mécanisme de déposition se divise en quatre étapes : la création d’une vapeur métallique à partir du métal source, son transport sous vide, sa condensation à la surface des composants puis la croissance de la couche. Suivant le mode d’obtention de la vapeur métallique on distingue deux techniques différentes : l’évaporation sous vide, où le métal source est évaporé par effet thermique, et la pulvérisation cathodique, où le métal est éjecté par effet mécanique (bombardement ionique). Les caractéristiques de ces deux techniques sont les suivantes :

 L’évaporation sous vide :

Afin d’évaporer le métal source, il existe deux méthodes : le chauffage par effet Joule (« resistance heated evaporation ») ou par faisceau d'électrons (« e-beam evaporation »). La technique d’évaporation par effet Joule consiste simplement à porter le métal à déposer à haute température par résistance, afin de l’évaporer. L’évaporation par faisceau d’électrons est plus sélective. En effet, un faisceau d’électrons à haute énergie est dirigé sur le matériau source, permettant de faire fondre et d’évaporer seulement sa surface [BES85]. Ensuite, les particules de métal évaporées se déplacent dans toutes les directions, par transport sous vide. La pression dans l’enceinte doit donc être faible (inférieure à 10^-4 mbar), afin d’augmenter le libre parcours moyen des particules évaporées et ainsi

de leur permettre d’atteindre les substrats à revêtir. Le libre parcours moyen d’une molécule correspond à la distance qu’elle peut parcourir sans entrer en collision avec une molécule de gaz. Plus la pression en oxygène est faible, plus cette distance est élevée et plus les particules de métal pourront se déposer sur les substrats. Enfin, les particules évaporées arrivent à la surface des substrats, où elles se condensent et permettent la croissance de la couche. Le mécanisme schématique du dépôt par évaporation sous vide est illustré figure II.12.

Figure II.12 : Principe du dépôt par évaporation sous vide [MAS03]

Les vitesses des dépôts réalisés par évaporation sont généralement élevées, d’environ une centaine de nanomètres par minute. De plus, cette technique permet de déposer des couches très fines (0,1

µm), mais également des couches plus épaisses (environ 10 µm). Elle est donc adaptée au dépôt

industriel des métallisations et du métal d’apport pour le procédé de report IMC. De plus, un des principaux avantages de l’évaporation, par rapport au dépôt électrolytique, est l’obtention d’une couche de métal pure.

En revanche, cette technique présente les inconvénients liés au dépôt PVD dans une enceinte sous vide : en un dépôt, il n’est possible de métalliser qu’une seule face du composant et le nombre de composants à métalliser est limité par les dimensions de l’enceinte.

 La pulvérisation cathodique :

On parle de pulvérisation cathodique car le matériau précurseur à déposer est situé à la cathode. L’anode, disposée parallèlement à la cible, sert de porte substrat. Après avoir atteint un vide secondaire dans l’enceinte, on introduit un flux contrôlé d’argon. Sous l’effet du champ magnétique de la cible, les électrons de germes vont ioniser le gaz d’argon pour former un plasma. Les espèces positives du plasma (Ar⁺) sont alors accélérées vers la cathode par un champ électrique et entrent en collision avec le matériau à déposer. Ses atomes de surface sont ainsi pulvérisés dans l’enceinte du réacteur. La différence de potentiel entre les deux électrodes permet le dépôt des atomes sur le substrat puis la croissance d’une couche mince (voir figure II.13).

Figure II.13 : Principe du dépôt par pulvérisation cathodique [MAS03]

Nous disposons à l’ICMCB d’une enceinte de pulvérisation cathodique radiofréquence (rf). Le terme

rf signifie que l'on utilise une alimentation alternative radiofréquence, permettant le dépôt sur des

substrats isolants. Le dispositif est équipé de 4 porte-cibles, dont 2 sont orientables, de manière à déposer des alliages en copulvérisation.

Ainsi, les avantages de cette technique sont la possibilité de déposer un grand nombre de matériaux (dont des alliages) sur un grand nombre de substrats (notamment non conducteurs). De plus, par rapport à l’évaporation, ce procédé permet d’améliorer l’uniformité, l’adhérence et la pureté du dépôt. Cependant, les vitesses de dépôt sont extrêmement faibles, de plusieurs centaines de nanomètres par heure, et l’épaisseur maximale qu’il est possible de déposer est de 3 µm. En effet, au-dessus de cette épaisseur, les contraintes induites dans la couche dense formée peuvent provoquer le décollement du dépôt. Ainsi, ce procédé sera principalement utilisé pour des applications nécessitant des métallisations de faibles épaisseurs (inférieure au micromètre) et d’une grande pureté, comme la métallisation des wafers.

En résumé, la PVD, qui permet de réaliser des couches minces d’une excellente pureté, est une technique plus complexe à mettre en œuvre que l’électrodéposition. Cependant, l’évaporation semble être la technique la plus adaptée à la métallisation des composants pour le report IMC, car elle permet de réaliser un dépôt pur en un temps réduit. En effet, malgré de nombreux avantages, l’électrodéposition nécessite une optimisation des conditions de dépôt afin d’obtenir des couches pures.

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