3 Le réacteur PPECVD du LAPLACE 3.a La boîte plasma

Le réacteur est constitué d’une enceinte cylindrique sous vide contenant une boîte plasma en forme de parallélépipède d’une longueur de 256 mm pour une largeur de 256 mm offrant un espace inter-électrode de 39.5 mm (cf fig. 3-5 et fig. 3-7). La décharge est alimentée par une électrode RF placée au centre de la boîte plasma (fig. 3-5.c). La boîte plasma est quant à elle reliée à la masse. L’isolation entre la boîte plasma et l’électrode RF est

72 assurée par un cylindre creux en quartz.

Figure 3-5 : boîte plasma avec l’électrode RF au milieu. L’entrée des gaz se fait par le haut (a). Le trou à droite permet d’y placer la jauge de pression (b), celui du bas permet la connexion de l’électrode RF à l’alimentation (c).

L’entrée des gaz dans la boîte s’effectue dans une zone tampon placée dans la partie supérieure de celle-ci (fig 3-5.a). Cette injection des gaz permet une meilleure distribution du mélange gazeux avant son introduction dans les parties actives de la boîte plasma.

Deux portes-substrats sur lesquels on peut fixer des plaquettes de silicium de 2 ou 4 pouces viennent se placer de part et d’autre de la boîte plasma (fig. 3-6).

(a) Entrée des gaz

(b) Sonde de pression

73 Figure 3-6 : portes-substrats de la boîte plasma : en haut le porte-substrat pour une plaquette de 4 pouces, en bas pour les plaquettes de 2 pouces.

III.3.b - Alimentation

L’alimentation électrique est assurée par un générateur radiofréquence SAIREM fonctionnant à 13,56 MHz et pouvant délivrer une puissance comprise entre 0 et 300W. Les puissances incidentes et réfléchies sont mesurées à l’aide d’un wattmètre incorporé au générateur. Afin de transférer l’intégralité de la puissance du générateur au plasma, une boîte composée d’inductances et de capacités variables, dite boîte d’adaptation, permet d’atteindre l’accord entre la décharge capacitive et le générateur RF. L’obtention de l’accord garantit ainsi la transmission du maximum de puissance vers la décharge.

L’alimentation RF est couplée à un GBF (Générateur Basse Fréquence) afin de pouvoir pulser le signal RF. La fréquence et le rapport cyclique de la pulsation du signal RF sont directement pilotés par la fréquence et le rapport cyclique du GBF.

III.3.c - Gaz utilisés

L’installation, schématisée sur la figure 3-7, comporte 4 lignes de gaz distinctes : pour le silane, le protoxyde d’azote, l’hélium, et l'azote. Le rapport de N2O/SiH4 (γ) va piloter le teneur en silicium du dépôt. Pour les dépôts riches en silicium, le débit total du silane et du protoxyde d’azote est fixé à 60sccm, seul le γ change. L’hélium sert de gaz de dilution dans la Porte substrat de 4 pouces

74 décharge. Il permet d’ajuster la pression totale à 500 mTorr. L‘azote est utilisé pour diluer le silane en sortie de réacteur et pour purger et éviter la pénétration de l’air dans les lignes de gaz.

Chaque ligne de gaz est reliée à un débitmètre massique Tylan préalablement étalonné. La bouteille de silane est placée dans une armoire munie d’une hotte d’aspiration pour des raisons de sécurité. En parallèle de la bouteille de silane est placée une bouteille d’azote qui sert à purger la ligne après utilisation du réacteur afin de ne pas laisser un gaz dangereux dans la ligne sans surveillance. Tout ceci garantit les conditions de sécurité nécessaires à l’utilisation d’un gaz comme le silane.

Figure 3-7: Schéma du réacteur PPECVD du LAPLACE sans la boîte plasma (celle-ci est représentée sur les figures 3-5 et 3-7).

III.3.d - Pompages

L’installation jouit de deux systèmes de pompage indépendants.

Une pompe à diffusion d'huile Alcatel combinée à une pompe à palettes Leroy permet d’atteindre un vide, dit secondaire, de l’ordre de 10-6 Torr. Ce niveau de vide est nécessaire pour assurer que le mélange de gaz injecté ne soit pas pollué par des impuretés.

Le second système de pompage composé d’une pompe ROOTS fonctionnant à 3000 MKS Baratron Alcatel CF2P Pompage primaire et secondaire Boîte plasma

75 tr/min et d’une pompe primaire Alcatel, permet quant à lui d’atteindre un vide primaire de l’ordre de 10-4 Torr. Ce système est alimenté en azote pur à sa sortie afin de diluer le silane avant d’être évacué dans l’atmosphère.

III.3.e - Sonde de pressions

Le réacteur est équipé de deux sondes de pression. La première, l'Alcatel CF2P permet de régler la seconde, une MKS Baratron, qui ne se détériore pas au contact des espèces réactives du plasma (voir sa position sur la figure 3-5b). L’Alcatel CF2P fonctionne entre 10-7 et 10-2 Torr et permet de constater la qualité du vide secondaire. La jauge capacitive MKS Baratron fonctionne quant à elle pour des pressions comprises entre 2x10-2 Torr et 20 Torr. Outre le fait que la jauge capacitive MKS Baratron puisse être utilisée « plasma allumé », ces plages de fonctionnement justifient l’utilisation de deux sondes différentes.

III.3.f - Système de plaque de chauffe

Les dépôts sont effectués à basse température (par rapport à un dépôt LPCVD), entre la température ambiante et 400°C. Cette température est celle à laquelle est porté le substrat pendant le dépôt.

Le système de chauffage du porte substrat est constitué de deux plaques en acier solidaire de la partie supérieure du réacteur; elles sont placées de part et d'autre de la boîte plasma (fig 3-8). Chaque plaque contient trois résistances de 1 kW espacées régulièrement et reliées au système de régulation qui contrôle la température au centre et à l'extérieur des plaques. Les mesures sont effectuées à l'aide de thermocouples au platine placés à l'intérieur des plaques.

Le joint en caoutchouc qui assure l'étanchéité entre le couvercle et la base du réacteur peut se détériorer si la température dépasse les 100°C. C'est pourquoi, un circuit de refroidissement à l'eau passe en dessous et au dessus du joint du couvercle afin d'éviter sa détérioration lorsque les plaques chauffantes sont sous tension.

76 Figure 3-8 : Vue en coupe du cylindre sous vide faisant apparaître la boîte plasma, les plaques chauffantes et l’électrode radiofréquence.