Chapitre II : Etude bibliographique 1. Les méthodes de dépôt potentielles 1.1. Les méthodes de dépôts classiques 1.1.1. Le dépôt physique en phase gazeuse (PVD) L’évaporation L'évaporation sous vide repose sur deux processus élémentaires : l'évaporation d'une source chauffée et la condensation à l’état solide de la matière évaporée sur le substrat. Le chauffage de la source se fait par passage de courant électrique ou par canon à électrons. L'ablation laser Le dépôt assisté par laser ou ablation laser consiste en l'irradiation de la surface du matériau à déposer. Sous l’impact laser, il se produit une vaporisation brutale de la matière et un plasma se forme. Les espèces issues de l’évaporation, sont éjectées perpendiculairement à la surface de la cible et vont se déposer sur le substrat. Lors des dépôts, l’atmosphère de l’enceinte est contrôlée par une pression dynamique de gaz (O2, O3, Ar, Azote…) La pulvérisation (sputtering) La pulvérisation consiste à bombarder une cible constituée du matériau que l’on souhaite déposer avec des ions de gaz inerte (généralement Ar+). Des particules sont détachées de la cible et vont former une phase vapeur qui se dépose sur le substrat placé en regard. Les ions sont issus d’un plasma basse pression. Les polarités de la cible (cathode) et de la paroi (anode) sont choisies de façon à ce que les ions soient accélérés vers la cathode et bombardent la cible pour créer la phase vapeur. Le principe physique du dépôt PVD est présenté sur la Figure 2.1. Cette méthode fait partie des méthodes de dépôt dites « physique » car aucun mécanisme réactionnel chimique n’est mis en jeu durant le dépôt. Figure 2.1: Principe du dépôt physique en phase vapeur. Il existe deux sortes de techniques de pulvérisation : - la pulvérisation en courant continu nommée « DC sputtering » : dans ce type de procédé, une tension continue DC est appliquée entre la cible et les parois de la chambre de dépôt. Il est possible alors de pulvériser des matériaux conducteurs voire même faiblement conducteurs, ainsi que des alliages métalliques. Le travail à haute puissance permet alors de déposer des couches de quelques micromètres. Cependant, la pulvérisation directe de matériaux diélectriques n'est pas possible, car les charges apportées par les ions sur la cible ne peuvent pas s'écouler par un matériau isolant, ce qui entraîne la création de défauts dans la couche. - la pulvérisation radiofréquence, dite « RF sputtering » : celle-ci est choisie pour les dépôts d'oxydes et nitrures. Ce procédé utilise un champ électrique de très haute fréquence qui permet l'écoulement des charges à la surface des matériaux isolants. Pour ce faire, une cible métallique peut être utilisée et un gaz de décharge réactif (l'oxygène pour la formation d'oxydes, l'azote pour la formation de nitrures) est injecté dans l'enceinte de dépôt. Ce gaz est généralement ajouté au gaz de décharge le plus courant, l'argon. La fréquence nécessaire à ce mode de pulvérisation se situe entre 1 et 30 MHz. On peut également pulvériser directement une cible d’oxyde avec un plasma d’argon. Avantages de la PVD • Le dépôt peut être réalisé à basse température. Le matériau obtenu est peu contaminé. Inconvénient de la PVD • Il faut un vide très poussé pour les dépôts. • Le dépôt directionnel empêche le matériau évaporé de se déposer de manière uniforme et conforme dans les tranchées (cf. Figure 2.2). Figure 2.2: Représentation de la conformité des couches déposées par (a) PVD (b) CVD. 1.1.2. Le dépôt chimique en phase gazeuse (CVD) La technique de dépôt CVD (Chemical Vapor Deposition) consiste à faire croître un matériau solide à partir d’une phase gazeuse. La CVD fait partie des méthodes « chimiques » de dépôt car elle fait intervenir une réaction chimique pour déposer le matériau. Les précurseurs sont introduits simultanément dans le réacteur, ils réagissent ensemble pour donner le film final. Les autres produits de réaction doivent être gazeux afin d'être éliminés hors du réacteur. Un modèle cinétique global caractérisé par les étapes élémentaires indiquées sur la Figure 2.3 et commentées ci-après, permet de décrire un procédé CVD : • l'évaporation/sublimation des précurseurs suivant qu'ils sont liquides ou solides • le transport des précurseurs en phase gazeuse (diffusion en phase homogène) avec éventuellement des réactions en phase gazeuse • la chimisorption des précurseurs à la surface du substrat • la diffusion hétérogène (solide/gaz) des précurseurs sur la surface • la réaction chimique et la nucléation-croissance du film Figure 2.3: Principe de la technique CVD [Peauleau2004] Il existe plusieurs formes de CVD : • MOCVD « Metalorganic Chemical Vapor Deposition » : Sa particularité est due à l'utilisation de précurseurs organométalliques, c'est-à-dire des précurseurs contenant un atome métallique et plusieurs liaisons hydrocarbonées. Ces précurseurs présentent principalement deux avantages : (i) une pression de vapeur élevée, (ii) une évaporation et une décomposition à basse température (de 150 à 600°C). Ceci engendre une augmentation de la réactivité des précurseurs et permet d'obtenir des vitesses de dépôts élevées à des températures plus faibles que la CVD classique [Moon1999], [Jolly2003]. • PECVD, RPECVD, « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition » ou « Remote-Plasma-Enhanced CVD » : la réaction chimique est alors activée par plasma [Chaneliere1999], [Lai1999]. Les espèces chimiques activées sont des ions ou des radicaux libres. Elles sont produites en phase gazeuse. • MPCVD “Magnetron Plasma CVD”. • Photo-CVD : dépôt assisté par photon [Chen1984] • LPCVD (Low-Pressure CVD) [Tanimoto1992], [Liu2004] par opposition à APCVD (Atmospheric Pressure CVD) [Ezhilvala1999], suivant que l’on opère sous pression réduite ou à la pression atmosphérique. • AACVD « Aerosol-Assisted CVD », DLICVD « Direct Liquid Injection CVD » caractérisent des modes particuliers d’alimentation en précurseur, différents du simple entraînement en phase vapeur. Avantages de la CVD • Des matériaux de formulation complexe peuvent être déposés. • Les films présentent une bonne conformité par rapport à la PVD (cf. Figure 2.2). • Les dépôts peuvent être sélectifs dans certains cas (dépôt sur certains matériaux et pas d’autres). Inconvénients de la CVD • Le matériau obtenu est parfois contaminé par des éléments présents dans les précurseurs (souvent le carbone). • Les précurseurs réagissent en phase gazeuse ce qui peut entraîner la formation de dépôts parasites en phase gazeuse (nucléation homogène) et une contamination par des particules sur le substrat. Dans le document Etude thermodynamique et élaboration de dépôts métalliques (W-N-C, Ti-N-C) par PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) pour la réalisation d'électrodes de capacités Métal/Isolant/Métal dans les circuits intégrés. (Page 46-50)
