Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS)

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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Limoges
Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)


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PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) - Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde

Contacts

Christelle Dublanche-Tixier tixier@ensil.unilim.fr
Elaboration & caractérisation
Cédric Jaoul jaoul@ensil.unilim.fr
Elaboration & diagnostic plasma
Pascal Tristant pascal.tristant@unilim.fr
Responsable


Schéma du réacteur

Schéma du réacteur
Configuration pour le dépôt d’Al2O3 à partir de TMA (tétraméthylaluminium) et d’oxygène


Principe

Le principe du dépôt chimique en phase vapeur consiste à déposer un matériau solide sous la forme d’une couche mince de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs micromètres d’épaisseur sur un substrat, à partir de réactions chimiques mettant en jeu des précurseurs gazeux composés des éléments du dépôt. En CVD thermique le substrat est chauffé pour fournir l’énergie d’activation nécessaire au déclenchement de la réaction chimique (qui peut être une simple réaction de décomposition) et pour permettre une mobilité suffisante des adatomes pour former la structure désirée. Ces températures, de l’ordre de 800 à 1000°C, peuvent excéder les tolérances du substrat.

La réduction de l’énergie thermique nécessaire peut être obtenue en fournissant de l’énergie supplémentaire aux précurseurs pour qu’ils puissent amorcer leurs réactions en amont du substrat. C’est le cas où les réactions chimiques sont assistées par plasma : Plasma Enhanced CVD (PECVD). Les plasmas froids, sources d’espèces très réactives, sont un bon moyen de fournir ce supplément d’énergie, pouvant augmenter les vitesses de dépôt tout en conservant les propriétés des films obtenues par CVD classique.

Les plasmas proviennent souvent de décharges qui résultent d’un transfert d’énergie électrique au milieu gazeux afin de produire « l’amorçage » qui est caractérisé par une augmentation brutale de la conductivité du gaz, et d’assurer ensuite le maintien de l’ionisation des atomes et molécules qui se recombinent très rapidement (quelques µs) dans le milieu et surtout sur les parois.

Le principe de la PECVD consiste à dissocier les précurseurs par impacts électroniques. Les atomes et radicaux ainsi créés s’adsorbent et réagissent ensuite à la surface du substrat suivant les schémas réactionnels conventionnels. L’énergie thermique apportée malgré tout au substrat ne sert plus qu’à assurer une mobilité de surface suffisante aux espèces actives pour assurer la croissance du film. L’assistance de la CVD par un plasma offre la possibilité de :

  • déposer à une température nettement plus faible qu’en CVD thermique
  • faire varier la composition dans un domaine plus large et de modifier sélectivement les propriétés des films en changeant les conditions de dépôt
  • synthétiser de nouveaux matériaux ou des phases métastables comme le diamant (impossible en CVD thermique)

Dans les décharges micro-ondes à 2,45 GHz, la densité électronique est élevée (ne > 1011 cm-3) et le taux d’ionisation peut atteindre 10 %. L’absence d’électrode interne limite les risques de pollution. De très bons couplages de puissance entre la structure excitatrice et le plasma sont obtenus avec les surfaguides. Il est possible d’utiliser une gamme de pression s’étalant de quelques dixièmes de Pascal à la pression atmosphérique (En savoir plus).

Pour le réacteur développé dans notre laboratoire, le plasma micro-ondes est créé dans un tube en quartz de grand diamètre (Ø=255 mm) qui est entouré d’un excitateur (guide d’onde circulaire : Ø=505 mm) relié à un guide d’onde rectangulaire. La puissance micro-onde est délivrée par un générateur appliquant une puissance maximale de 2 kW. La puissance réfléchie est minimisée à l’aide des pistons d’accords du guide d’onde L’injection du gaz plasmagène se fait sur la partie haute de l’excitateur tandis que le gaz précurseur est introduit via un injecteur situé en bordure du plasma. Le pompage pendant les phases de dépôt, s’effectue à l’aide d’une pompe primaire et d’une pompe turbomoléculaire. Les substrats sont disposés sur une électrode chauffante (T≤800 °C), polarisable en radiofréquence (13,56 MHz) afin d’ajuster le flux d’ions et réglable en hauteur.


Activités

  • Couches minces d’oxydes : oxyde de silicium, oxyde d’aluminium (En savoir plus)
  • Couches minces de nitrures : nitrure de silicium, nitrure d’aluminium (En savoir plus)
  • Couches minces carbonées : carbure de silicium, DLC (En savoir plus)
  • Couches minces de silicium
  • Traitement thermochimiques : nitruration, nitrocarburation


Equipements spécifiques

  • Réacteur PECVD micro-ondes
  • Dispositif de spectroscopie d’émission

Mis à jour le 1 mars 2010

© SPCTS - Centre Européen de la Céramique - 12 Rue Atlantis - 87068 LIMOGES Cedex - Tél : 05 87 50 23 03 - Fax : 05 87 50 23 09 - Courriel : spcts unilim.fr