Brevet FR2156032A1 — publié le 19730525

La présente invention concerne un dispositif de dépit sur substrat par pulvérisation cathodique haute fréquence, de préférence sous une pression comprise entre 10 1 et 10 Torr, à l'aide d'au moins une cathode disposée dans une chambre à vide et dont la face arrière et l'amenée de courant sont entourées par un écran porté au potentiel anodique, afin d'éviter des décharges luminescentes. I1 est connu, par le brevet allemand nO 736 170, que toute la surface des parties de la cathode portées au potentiel cathodique et ne servant pas à la pulvérisation, y compris leurs connexions, doit être entourée par un écran porté au potentiel de terre. L'interstice entre la cathode et l'écran doit être suffisamment étroit pour interdire toute lueur. L'espace sombre de Croches représente une mesur- de l'interstice ou la limite supérieure pour s.n calcul. On sait que a dimensi de l'espace sonlare de Crookes présente des fluctuations en fonction de la nature du gaz, de sa pression et de la tension. Aux pressions habituelles dans les installations de pulvérisation, un plasma se forme toujours quand une différence de potentiel suffisante existe entre deux électrodes et leur distance est supérieure à une valeur minimale déterminée. Cette "distance minimale" est une valeur qui dépend essentiellement des grandeurs précédentes. Aucun plasma ne peut se former dans un interstice plus étroit, la probabilité dtionisation étant alors trop faible. L'écran est d'une part indispensable, car il interdit efficacement la pulvérisation du matériau de la face arrière et du support de la cathode ainsi que de l'amenée de courant son incorporation sous forme d'impureté dans la couche déposée, mais il représente par ailleurs une source de pertes électriques en cas d'emploi de la haute fréquence. L'ensemble constitué par la cathode, l'écran et la lame d'air intermédiaire se comporte comme un condensateur, dont l'impédance diminue quand la fréquence augmente. I1 en résulte un déphasage gênant ou un courant réactif inadmissible. A la fréquence f ç 13,56 MHz souvent utilisée en pratique, des courants de plasma de l'ordre de 0,5 A par exemple s'ac- compagnent de courants réactifs de l'ordre de 50 A. Ces courants intenses circulent dans les condensateurs, bobines et connexions. Par suite de l'effet Joule, ces pièces dissipent une puissance telle qu'un refroidissement par eau est indispensable. Il s'agit de pertes supplié mentaires, qui réduisent notablement le rendement de l'installation. Compte tenu de ces relations, le brevet allemand nt 1 521 321 proposait récettirrent encore de tendre vers la limite maximale admissible pour la réalisation de l'interstice. Indépendamment de ce qu'une telle mesure limite la plage d'utilisation de lrinstallation, elle ne permet pas de réaliser un interstice d'une largeur supérieure à 7 à 10 mm à l'extrême limite. Le brevet précité n'indique même qu'une largeur d'environ 6 mm seulement. L'objectif fixé n'est pas atteint,meme de façon approxistwve, avec une telle dimension. Les relations connues montrent en effet que l'impédance d'un condensateur double quand l'écartement des armatures est doublé. L'invention a pour objet de réduire notablement les capacités des dispositifs connus et par suite d'assurer un meilleur rendement, un refroidissement plus simple et des sections de connexion plus faibles. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, au moins un écran intermédiaire conducteur, isolé de la cathode et de l'anode, est disposé entre la cathode et l'écran, les distances entre les surfaces conductrices étant calculees de façon à interdire toute lueur. La disposition d'écrans intermédiaires multiplie par n la distance entre la surface de la cathode et l'écran extérieur, n étant le nombre d'écrans utilisés et la distance maximale admissible entre la cathode et un écran donné étant prédéterminée par les paramètres du procédé. I1 en résulte que le montage de n écrans réduit les pertes capacitives du dispositif à la valeur l/n. Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, les extrémités de tous les écrans sont réalisées de façon que l'écran extérieur, porté au potentiel de terre, entoure les bords frontaux des écrans intermédiaires et soit perpendiculaire à la surface de la cathode en regard. Les distances entre l'écran extérieur et les bords des écrans intermédiaires d'une part, et entre le bord de l'écran extérieur et la cathode d'autre part, sont égales à la distance entre les écrans. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente le schéma d'une coupe verticale d'un dispositif de pulvérisation cathodique haute fréquence. Sur la figure, une plaque de base 1 ferme dans le bas un récipient sous vide 2 en forme de cloche. Les deux parties de la chambre sont reliées de façon étanche au vide, avec interposition de joints d'étanchéité 3 connus. La chambre à vide 4, formée par 1 et 2, est reliée par un ajutage 5 à des pompes à vide non représentées. Un gaz rare, argon par exemple, est envoyé dans la chambre à bide 4 par une canalisation 6 et une vanne doseuse 7. La face supérieure d'un support 9, fixé sur la plaque de base par une colonne 8, porte un substrat 10, une plaquette de quartz par exemple. En regard du substrat est disposée une cathode Il, constituée par un suppcrt 12 et le matériau cathodique 13 à pulvériser, du silicium par exemple. La cathode 11 est accrochée à une potence 14, servant simultanément d'amenée de courant.La source d'énergie est un générateur haute fréquence 15, dont une sortie est reliée par le fil 16 à la potence 14 de la cathode ll et dont l'autre sortie est reliée par le fil 17 à la plaque de base 1 portée au potentiel de terre. Le fil 18 met à la terre le coffret de branchement électrique 19. La potence 14 repose sur le récipient à vide 2 par une traversée isolante 20, servant simultanément à la fixation des écrans intermédiaires métalliques 21 et 22. Il est toutefois possible aussi de fixer les écrans sur la potence 14 ou la cathode 11, avec interposition d'entretoises isolantes, telles que des perles céramiques. Une connexion spéciale doit alors être prévue pour porter l'écran extérieur au potentiel de terre. Les écrans intermédiaires sont entourés par un écran 23 également métallique, porté au potentiel de terre et fixé avec conduction électrique sur la bride de traversée 24 du récipient à vide 2 à la terre. Les écrans intermédiaires 21 et 22 sont isolés électriquement entre eux et par rapport à la cathode 11 avec la potence 14 et l'écran 23. L'écartement des écrans et leur distance du potentiel à écraner sont d'environ 6 mm. La distance "a" entre les brods frontaux des écrans intermédiaires et 1 'ex- trémité 25 de l'écran extérieur 23 qui les entoure a la même valeur. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'home de l'art au dispositif qui vient d'entre décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention, Revendications 1. Dispositif de dépot sur substrat par pulvérisation cathodique haute fréquence, sous une pression de préférence comprise entre 10 1 et 3 103 Torr, à l'aide d'au moins une cathode disposé dans une chambre à vide et dont la face arrière et l'amenée de courant sont entourées par un écran au potentiel anodique, afin d'éviter des décharges luminescentes, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'au moins un écran intermédiaire conducteur, isolé de la cathode et de l'anode, est disposé entre la cathode et l'écran, les distances entre les surfaces conductrices étant calculées de façon à interdire toute lueur. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les-extré- mités de tous les écrans sont réalisées de façon que l'écran extérieur, porté au potentiel de terre, entoure les bords frontaux des écrans intermédiaires et soit sensiblement perpendiculaire à la surface cathodique en regard.