Brevet FR2514033A1 — publié le 19830408

I La présente invention a pour objet une ins- tallation pour le dépôt de couches minces en grande surface en phase vapeur réactive par plasma Elle trouve une application dans le dépôt de semiconduc- teurs, d'isolants ou de métaux, sur des substrats de grandes dimensions (plusieurs décimètres) notamment en matériau isolant (comme le verre) Les domaines priviligiés d'application de l'invention sont la réa- lisation de circuits électroniques, ou d'écrans plats d'affichage ou de cellules solaires. La technique de base utilisée dans l'inven- tion est connue Il s'agit de la décomposition d'un gaz porteur d'un élément à déposer, par l'action d'un plasma créé au moyen d'un champ radiofréquence Cette technique entre dans le cadre du procédé de dépôt en phase gazeuse réactive, couramment désigné par CVD (pour "chemical-vapordeposition) Par rapport au procédé CVD utilisant comme moyen de décomposition du gaz un échauffement de celui-ci, l'utilisation d'un plasma présente l'avantage de conduire'à une tempéra- ture de travail relativement basse (inférieure à 6001 C), ce qui rend possible l'utilisation de subs- trats bon marché tels que le verre. Les installations de dépôt par CVD-plasma qui sont connues à ce jour ne permettent pas l'obten- tion de couches de grande surface avec une bonne homo- généité Le but de l'invention est précisément de re- médier à cet inconvénient A cette fin, l'invention prévoit d'une part de rassembler les moyens d'intro- duction, de distribution, et d'excitation du gaz dans une même structure appelée tête de dépôt, ce qui per- met l'obtention d'un dépôt homogène le long d'un seg- ment de grande dimension, et d'autre part, de permet- tre un déplacement relatif du substrat à recouvrir par rapport à la tête de dépôt, ce qui permet, par balaya- ge du substrat l'obtention de couches de grande surfa- ce. De façon plus précise, l'invention a pour objet une installation pour le dépôt de couches en phase vapeur réactive, comprenant de manière connue une enceinte étanche, des moyens d'introduction dans cette enceinte d'un gaz de composition appropriée, des moyens d'introduction dans cette même enceinte d'un champ haute fréquence apte à former un plasma, et un porte-échantillons, cette installation étant caracté- risée en ce que: lesdits moyens d'introduction de gaz et de champ haute fréquence sont rassemblés dans une tête com- prenant un conducteur coaxial apte à propager ledit champ haute fréquence, le conducteur pénétrant dans l'enceinte par un passage étanche, et étant consti- tué par une gaine extérieure et une âme intérieure creuse, cette -âme étant reliée à des moyens d'ali- mentation en gaz et débouchant dans une chambre per- cée à sa partie inférieure d'orifices répartis régu- lièrement le long d'un segment rectiligne, le porte- échantillons étant situé sous les orifices de la chambre et à proximité de ceux-ci, la gaine exté- rieure du conducteur étant reliée à une jupe métal- lique qui entoure ladite chambre; des moyens sont prévus pour permettre un déplace- ment relatif du porte-échantillon par rapport à la tête dans une direction perpendiculaire au segment des orifices. Les caractéristiques de l'invention appa- raîtront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente, en coupe, les moyens essentiels de l'invention; la figure 2 est une vue schématique géné- rale de l'installation en vue de côté. La figure 1 montre, en coupe, une enceinte à vide délimitée par paroi étanche 10, un conducteur coaxial comprenant une gaine extérieure 12 et une âme intérieure 14, ce conducteur étant muni, à son extré- mité supérieure, d'une fiche de connexion 16 apte à être reliée à un cordon coaxial lui-même réuni à une source haute fréquence non représentée Le conducteur- coaxial traverse la paroi 10 par un passage étanche constitué essentiellement de joints 18 tenus par des serre-joints 20 L'âme 14 est tenue dans la gaine 12 par des bagues isolantes 22 et 24 Par ailleurs, cette âme, qui est creuse est percée d'un trou 26 qui fait communiquer son volume intérieur avec le volume annu- laire défini par les deux conducteurs du coaxial Une tubulure 28 permetd'introduire un gaz dans ce volume annulaire. Reliée à l'extrémité inférieure de l'âme 14 se trouve une rampe 30 percée d'ouvertures 32 Cette rampe est disposée dans une chambre 33 délimitée par un cylindre métallique 34 fermé par deux flasques mé- talliques 35 et 36 Le cylindre est percé, à sa partie inférieure et le long d'une de ses génératrices d'une rangée d'orifices 40 régulièrement répartis le long d'un segment rectiligne qui s'étend d'un flasque à l'autre Les orifices 26, 32 et 40 peuvent être obte- nus par électroérosion. Une jupe métallique 38 entoure le cylindre 34 et est reliée électriquement à la gaine 12. L'installation représentée comprend en outre un porte-échantillons 42 qui est disposé sous le cylindre 33 et à proximité immédiate de celui-ci Ce porte-échantillons est solidaire d'un moyen 44 permet- tant son déplacement dans une direction perpendicu- laire à la rangée d'orifices 40 (donc dans une direc- tion perpendiculaire au plan de la figure 1). Le fonctionnement de cette installation est le suivant Ce gaz est introduit par la tubulure 28, pénètre dans l'âme 14 par l'ouverture 26, puis par- vient à la rampe 30 d'o il est distribué uniformément à l'intérieur de la chambre 33 par les ouvertures 32. Ce gaz s'échappe ensuite par les ouvertures 40 en di- rection du porte-substrat Pour déposer du silicium le gaz peut être du silane (Si H u) Pour obtenir du Si O 2 on apporte au silane un gaz porteur d'oxygène, par exemple N 20 Le champ haute fréquence d'excitation parvient à se propager dans un conducteur coaxial et vient rayonner dans le volume délimité par la jupe 38, le cylindre 33 et ses flasques 35-36 Un plasma se crée alors tout le long du segment de répartition des ouvertures 40 La décomposition du gaz se produit dans cette zone et le dépôt s'effectue tout-le long du seg- ment Par déplacement du substrat, celui-ci reçoit un dépôt homogène de grande surface. La figure 2 représente une vue schématique générale d'une installation conforme à l'invention en vue de côté La direction de déplacement du substrat est alors dans le plan de la figure Par rapport à la figure 1, cette seconde figure montre en plus le géné- rateur haute fréquence 50, fonctionnant par exemple à 27 Mhz, et une source de gaz 52 En outre sont repré- sentées deux lampes à infrarouge 54 et 56 de forme tubulaire disposées le long de la jupe 38 de la tête dans une direction parallèle au segment de répartition des orifices 40 Le rôle de ces lampes est de porter le substrat à une température appropriée pendant l'opération de dépôt Naturellement ces lampes ne sont pas obligatoires. Il va de soi que les formes de la chambre de répartition du gaz et celles de la jupe qui l'entoure qui ont été illustrées ne représentent que des exem- ples et que toute autre forme pourrait être utilisée. REVENDICATIONS 1 Installation pour le dépôt de couches minces en phase vapeur réactive, comprenant une en- ceinte ( 10) étanche, des moyens d'introduction dans cette enceinte d'un gaz de composition appropriée, des moyens d'introduction dans cette même enceinte d'un champ haute fréquence apte à former un plasma, et un porteéchantillons ( 42), installation caractérisée en ce que: _ lesdits moyens d'introduction de gaz et de champ haute fréquence sont rassemblés dans une tête com- prenant un conducteur coaxial apte à propager ledit champ haute fréquence, ce conducteur pénétrant dans l'enceinte par un passage étanche ( 18), et étant constitué par une gaine extérieure ( 12) et une âme intérieure creuse ( 14) reliée à des moyens d'alimen- tation en gaz et débouchant dans une chambre ( 33) percée à sa partie inférieure d'une rangée d'orifi- ces ( 40), le porte-échantillons ( 42) étant situé sous cette rangée, la gaine extérieure ( 12) du con- ducteur étant reliée à une jupe métallique ( 38) qui entoure ladite chambre ( 33); des moyens ( 44) sont prévus pour permettre un dépla- cement relatif du porte-échantillon ( 42) par rapport à la tête dans une direction perpendiculaire à la rangée d'orifices. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre ( 33) est constituée par un cylindre ( 34) percé par lesdits orifices ( 40) le long d'une génératrice, ce cylindre étant fermé par deux flasques ( 34, 36), l'âme ( 14) communiquant avec la chambre par une rampe de distribution de gaz ( 30) située dans le cylindre. 3 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation en gaz de l'âme creuse comprennent une tubulure ( 28) pé- nétrant dans la gaine extérieure ( 12) et un orifice percé dans la paroi ( 14) délimitant l'âme. 4 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une lampe infrarouge tubulaire ( 54, 56) disposée à l'extérieur de la tête, le long de la jupe et parallè- lement à la rangée d'orifices ( 40).