Brevet FR2261601A1 — publié le 19750912

On sait obtenir une couche mine sur un substrat en pulvéri sant, par nmbard6ment ionique en atmosphère contrôlée, le matériau d'une cible dont les particules ainsi arrachées sont recueillies sur ledit substrat. Ol sait également, en opérant de la meme manière, en atmosphère réactive, obtenir un dépit comportant le produit de la combinaison dudit matériau et d'un constituant de ladite atmosphère, par exemple d'un oxyde du métal constituant la cible dans le cas out l'atmosphère controlée contient de l'oxygène. Or, bien que connaissant les paramètres régissant ces techniques, il est souvent très difficile de doser exactement le taux de combinaison du matériau et de l'agent réactif. Dans l'exemple daji choisi d'un métal et de son ou de ses oxydes, il est difficile et parfois impossible d'obtenir une valeur de conductivité imposée en règlant les différents paramètres tels que la pression d'oxygène, l'énergie et la densité des ions etc L'invention permet de s'sffranchir de ces difficultés en modulant le taux de combinaison du matériau et de gent réactif de manière à obtenir une structure lamellaire dont les propriétés moyennes peuvent titre déterminées avec une grande précision. Ze procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'au cours de 1' étape de pulvérisation, on fait varier l'un des paramètres de ladite pulvérisation entre deux valeurs extrêmes prédéterminées, à une cadence réglée pour obtenir une teneur moyenne déterminée en agent réactif de ladite couche à structure lamellaire. L'invention a également pour objet les appareillages de mise en oeuvre dudit procédé ainsi que les produits obtenus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaflront, au moyen de la description qui suit et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels - la figure 1 représente des courbes expérimentales donnant la conductivité d'un dépit obtenu par pulvérisation cathodique, en fonction de certains paramètres de l'opération ; - la figure 2 est une courbe explicative - la figure 3 est un schéma d'appareillage selon l'invention ; -la figure 4 est un schéma de produit selon ltinvention. Figure 1, on a porté en abscisses, suivant une échelle logarithmique, le rapport p02/I (en torrs par ampère) entre la pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère réactive et l'intensité de courant ionique, dans une opération de pulvérisation cathodique produite, soit à l'aide d'un appareil classique de type triode, soit dans un appareil de bombardement ionique utilisant un canon à ions. On a porté en ordonnées la conductivité du dépit obtenu sur un substrat disposé sur le trajet des atomes arrachés à la cible soumise au bombardement ionique. On a gradué l'échelle de façon logarithmique en 1/p inverse de la résistivité en ohms-cm. Les courbes ont été tracées en joignant des points figuratifs correspondant à des opérations distinctes de pulvérisation portant sur des cibles : - en indium pur (a1, bl, c1, d1, e1 ; courbe I) - en alliage indium-étain à 90 % In (a2, b2, c2, d2, courbe II) ; - en alliage indium-étain à 80 ffi In (a3, b3, C3, d3 ; courbe III) Chacune de ces courbes présente une partie à forte pente négative b1 C1 pour la courbe I b2 c2 pour la courbe II ; b) C3 pour la courbe III ; au cours desquelles la conductivité change de plusieurs ordres de grandeur (puissance de 10). Au contraire, de part et d'autre des parties ci-dessus, la conductivité varie beaucoup moins. Une explication théorique du phdnomène observé pourrait titre la suivante : en présence d'oxygène, le métal de la cible fixe, par "chemisorption" superficielle, des molécules d'oxygène qui deviennent ainsi partie intégrante de la cible. Le phénomène de pulvérisation s'applique daic à la fois au métal et à la couche d'oxygène, celle-ci se renouvelant d'autant plus rapidement que la pression partielle d'oxygène est plus grande alors que, par contre, les molécules d'oxygène disparaissent a'autant plus rapidement sous l'effet du bombardement ionique que le nombre d'ions par unité de temps est plus grand, ctest-à-dire le courant ionique est plus grand. Le dépit recueilli sur un substrat est constitué d'atomes de métal et de molécules oxygène qui se combinent pour former un ou des oxydes à plus ou moins forte teneur en oxygène On conçoit que suivante nombre de molécules d'oxygène fixé par la cible et le nombre de molécules d'oxygène arrachéà la cible par unité de temps, on observe des dépits à teneur très différente en oxygène, donc à conductivité très différente.Reste à expliquer pourquoi on observe l'allure très particulière des courbes de la figure 1 La théorie basée sur la probabilité de rétention de gaz réactif par la cible, les taux de pulvérisation et de transfert de la cible vers le substrat, fait apparattre le rôle important d'un paramètre R défini par la relation où K est la probabilité de fixation d'une molécule d'oxygène par la cible, (cette probabilité est une fonction de divers paramètres) ; est est la pression partielle d'oxygène en torrs ; S est le taux de pulvérisation du métal, c'est-à-dire le rapport entre le nombre d'atomes de métal arraché à la cible et le nombre d t ions incidents, pour une cible donnée et des ions d'énergie déterminée ; ; I est la courant ionique en ampères par cm. Si l'on trace la courbe du taux de pulvérisation S en fonction de R, on obtient une courbe assez semblable à celle de la figure 2, comportant deux paliers 21 et 22, séparés par une partie descendante 23 située entre deux valeurs R1 et R2 de l'abscisse R. Le palier 21 correspond à la pulvérisation dfatomes de métal à l'exclu- sion d'oxygène, et par conséquent, au dépôt de métal pur, car, dans la présente théorie on suppose que la combinaison entre métal et oxygène ne se produit que s'il y a pulvérisation concomitante d'oxygène et de métal. En pratique, les courbes expérimentales ne font pas apparattre nettement ce-palier comme on le voit figure t.En revanche, on constate bien une partie descendante et un palier qui correspondent respectivement aux parties 23 et 22 de la courbe de la figure 2. D'après la même théorie, le palier 22 correspond au dépôt d'oxyde tandis que la partie descendante 23 correspond à une pulvérisation et à un dépôt de métal et d'oxyde en proportions variables. lies valeurs R1 et R2 sont situées de part et d'autre de 1, dans le système d'unités de mesure choisi pour établir la relation (1). Le principe du procédé selon l'invention consiste à éliminer pratiquement l'influence de la zone mal définie qui correspond à la partie 23 de la courbe de la figure 1, de la manière suivante on choisit deux valeurs extrêmes du quotient p02/I correspondant à deux valeurs R1Q et R20 du paramètre R telles que R10 Rt R20 & 2 et l'on fait varier le quotient pO2/I entre ces valeurs extrêmes mais en restant longtemps sur chacune de ces valeurs et en passant très rapidement de l'une l'autre. En pratique, on programme un paramètre, par exemple la pression p02 de telle sorte que l'on ait successivement R=R10 pendant une durée T1 R = R20 pendant une durée T2. en passant d'une valeur à l'autre en un temps t négligeable devant T ou T2 On obtient ainsi théoriquement des couches alternées de métal et d'oxyde dont l'épaisseur est- proportionnelle à T1, pour l'oxyde et à T2 pour le métal. Pratiquement, en raison de l'inertie du système, surtout si l'on agit sur la pression, on ne passe pas brusquement d'une couche à l'autre. La conductivité du dépôt composite dépend théoriquement uniquement du rapport T1 /T2 mais pour la rai.son qui vient d'être signalée elle dépend des valeurs absolues des durées T1 et T2.En pratique, pour des valeurs prédéterminées de T1 et de T2 et pour un type d'appareillage donné on obtient une conductivité constante d'un échantillon à l'autre, c'est-à-dire reproductible: autrement dit, la fabrication de résistances est possible de façon industrielle. Dans une première variante du procédé on limite l'amplitude de la variation de p02/i de façon à ne décrire qu'une partie des paliers 21 et 22. On peut ainsi ajuster la teneur en oxygène du dépôt composite sans modifier le programme des durées T1 et T Dans une deuxième variante, on laisse fixe la pression ou la variation de pression, mais on agit sur l'intensité de courant ionique pour parcourir le domaine situe entre deux abscisses P La vitesse de pulvérisation dépend directement de cette intensité et par conséquent les épaisseurs relatives des couches alternées sont modifiées par cette manière de procéder. Dans une troisième variante possible; on fait varier simultanément p02 et I en prenant comme paramètre le rapport p02/I. Un exemple d'appareil selon l'invention est représenté schématiquement figure 3. Une enceinte étanche 30 comporte une cuve en verre 31 à fond horizontal 310 dont la partie supérieure est fermée par une plaque 32. Le fond 710 comporte un orifice 34 permettant de faire le vide à laide de moyens de pompage, non représentés, pouvant faire baisser la pression juqu1à 10 5 torr Un 3oint 33 assure 11 étanchéité au raccordement de la cuve 31 et de la plique 32. Celle -ci comporte une ouverture 321 donnant accès à une source d'ions 40 comportant deux parties 41 et 42, cette dernière étant solidaire de la plaque 32.Les deux parties sont raccordées par un manchon isolant 45. La partie supérieure de la source d'ions comporte un cylindre de décharge 44 alimenté par une connexion 45, un filament chauffant de tungstène 46 étant relié à la masse 47 de la source djinns et alimenté par une connexion 48. lia sourie est alimentée en argon par une fuite réglable 49. Un système de grilles 51 et 52 est disposé sur le trajet des ions (dans l'axe de l'ouverture 321), 12 grille 5t étant à la masse et la grille 52 étant à un potentiel négatif. En raison de la présence d'argon, la pression est d'environ 10 3 torr dans la source d'ions. Celle-ci comporte en outre une bobine magnétique 53 et un système de refroidissement 54. Un support 60 reçoit la cible 61 reposant sur une cale inclinée 62. Une potence 64 solidaire du support 60 porte un étrier 65 où l'on insère un substrat 67 destiné à recevoir le dépôt. L'enceinte 30 est munie en outre d'une tubulure 35 par laquelle on fait entrer de 11 oxygène dans l'enceinte. Cet oxygène est fourni par une distribution 37 à travers une fuite règlable 36 pilotée par une armoire électronique progranirnable 78 de type connu en soi. lie fonctionnement de l'appareil est analogue à celui d'un dispositif connu de polarisation cathodique en atmosphère neutre ou réactive, avec cette différence que la pression du gaz réactif, ici l'oxygène, est placée sous la commande d'un système automatique cyclique. Au cours d'un cycle la pression d'oxygène est maintenue à une première valeur (basse) pendant une durée T1, gracie à l'ouverture de la fuite 36. Elle est maintenue ensuite à une deuxième valeur (plus élevée) pendant une durée T2. On peut obtenir des cycles de fonctionnement très différents en agissant sur les positions extrêmes de la fuite 36 ainsi que sur les valeurs des durées T1 et T2. En plaçant sur le substrat 63 un masque 631, découpé de façon à ne découvrir qu'une surface limitée par un contour prédéterminé, on obtient un dépôt de couches de métal et d'oxyde constituant une résistance chimique ayant par exemple la forme d'une gracque ainsi qu'il est représenté figure 4. L'invention s'applique aussi à l'obtention de couches présen- tant dans leur épaisseur une variation progressive ou brusque d'une caractéristique physique, par exemple l'indice de réfraction des ondes électromagnétiques ou de la lumière. RETESDICATIQES 1. Procédé de fabrication de couches à structure lamellaire comportant une étape dans laquelle on pulvérise, par bombardement ionique, en atmosphère contrôlée contenant un agent réactif, le matériau dtune cible dont les particules, arrachées par ledit bcxnbardement, sont recueillies sur un substrat, caractérisé en ce qu'au cours de ladite étape on fait varier l'un des paramètres de ladite pulvérisation entre une première valeur et une deuxième valeur prédéterminées à une cadence réglée pour obtenir une teneur moyenne déterminée en agent réactif de ladite couche à structure lamellaire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit paramètre est la pression partielle dudit agent réactif dans 1 atmosphère contrôlée 3. Procédé suivant la revendication 1, 2 caractérisé en ce que ledit paramètre est l'intensité du bombardement ionique. 4. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit paramètre est le rapport de la pression partielle dudit agent réactif à l'intensité du bombardement ionique. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau est un métal et ledit agent réactif est l'oxygène. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première valeur est telle que le substrat recueille du métal pur et que ladite deuxième valeur est telle que le substrat recueille uniquement de l'oxyde. 7. Procédé suivant la revendication t, caractérisé en ce que ledit matériau est de llindium; ledit agent réactif étant 1' oxygène. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau est un alliage d'indium et d'étain, ledit agent réactif étant l'oxygène. 9. Appareillage de mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, dans une enceinte étanche, un disponitif-de bombardement ionique, une cible et un substrat disposé de telle sorte qu'il reçoive une partie dudit matériau pulvérisé, des moyens de pompage de ladite enceinte, et des moyens de variation cyclique desdits paramètres. 10. Appareillage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de variation sont constitués par une fuite réglable installée sur l'arrivée de l'agent réactif et commandée par des moyens électroniques. 11. Appareillage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif est un pulvérisateur cathodique duiype triode. 12. Appareillage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif est un canon à ions. 13. Produit obtenu par l'un des procédés suivant l'un. des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des couches ayant des teneurs différentes d'agent réactif. t4. Produit suivant la revendication 13, caractérisé en ce qutil comporte des couches contenant des proportions variables de métal et d'oxyde. 15. Produit suivant la revendication 13, caractérisé en ce qutil comporte des couches de différentes conductibilités.