Brevet FR2573441A1 — publié le 19860523

Cathode-cible pour dépôt, par pulvérisation, d'un matériau composite sur un substrat La présente invention concerne une cathode-cible pour dépôt, par pulvérisation, d'un matériau composite sur un substrat. L'invention s'applique à tous les problèmes de traitement de surface par dépôt en couches minces et en particulier pour la microélectronique. On sait que dans le cas où le matériau à déposer est un matériau composite, tel qu'un alliage par exemple, on ne maitrise pas la stoechio- métrie de la couche déposée si on utilise comme cathode-cible, une cathode-cible unique constituée par le matériau composite lui-même dont on désire la reproduction en couche mince sur un substrat support. Aussi, il est connu d'utiliser deux cathodes-cibles dont ehacune est constituée par l'un des constituants de l'alliage. Par exemple, l'une des cibles est en tungstène et l'autre en silicium, si l'on veut obtenir une couche déposée de WSix avec x variable. Chaque cible est électriquement alimentée séparément, la stmchiométrie de la couche déposée étant réglée par la puissance électrique respectivement fournie à chaque cible. Le substrat sur lequel on veut déposer l'alliage est placé à quelque distance devant les deux cibles, mais afin d'obtenir une bonne homogénéité de la couche déposée, il est nécessaire que le substrat passe alternativement devant les deux cibles à plusieurs reprises. Ceci exclut la possibilité d'utilisation de machines à structure en ligne si on dispose de cathodes standards rectangulaires ou circulaires. En outre, l'homogénéité stoechiométrique de la couche déposée n'est cependant pas toujours excellente et est délicate à obtenir car elle dépend des dimensions du substrat. La présente invention a pour but de proposer une structure de cathode-cible pour dépôt, par pulvérisation, d'un matériau composite sur un substrat, assurant une excellente homogénéité stoechiométrique de la couche déposée et permettant d'utiliser une machine de dépôt par pulvérisation à structure en ligne, ce qui est un objectif très recherché par les industriels. En outre, le type de cathode selon l'invention permet d'effectuer des dépôts de matériaux composites sur des surfaces de dimensions quelconques. La présente invention a donc pour objet une cathode-cible pour dépôt, par pulvérisation, d'un matériau composite sur un substrat, ledit matériau composite étant formé d'un constituant A et d'un constituant B, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux cibles élémentaires pour le constituant A seul, désignées cibles A, au moins deux cibles élémentaires pour le constituant B seul, désignées cibles B, ces cibles élémentaires A et B étant étroites et allongées et disposées côte à côte d'une manière alternée, l'ensemble des cibles élémentaires A et l'ensemble des cibles élémentaires B étant électriquement alimentés séparément l'un de l'autre, un écran métallique séparant individuellement les cibles élémentaires les unes des autres et entourant également extérieurement l'ensemble de la cathode-cible, la longueur d'une cible élémentaire étant au moins égale à l'étendue dudit substrat, prise dans une direction parallèle à la direction de la longueur d'une cible élémentaire. Le nombre de cibles élémentaires de A et de B dépend du matériau composite déposé et de la taille des substrats afin d'assurer, dans une machine de dépôt en ligne, la vitesse de dépôt, l'homogénéité en stoechio- métrie et en épaisseur et la cadence désirées. Elles peuvent d'autre part fonctionner dans n'importe quel mode de pulvérisation, diode ou magnétron par exemple. La distance cible-substrat étant une distance classique pour le mode de pulvérisation choisi. On va maintenant décrire un exemple particulier de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 montre une cathode-cible selon l'invention, vue en coupe selon I-I de la figure 3. La figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 3. La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 1 montrant le détail d'une cible élémentaire. La figure 1 est représentée à une échelle inférieure à celle des figures 2 et 3. En se référant aux figures 1 et 2, la cathode-cible selon l'invention comprend ainsi une suite alternée de cibles élémentaires A et B repérées 1 à 6. A titre d'exemple particulier, les cibles élénentaires A sont des cibles de tungstène et les cibles élémentaires ss sont des cibles de silicium. Chaque cible élémentaire est étroite et allongée, par exemple deux cents millimètres de longueur pour vingt cinq millimètres de largeur. Le substrat à recouvrir, repéré 7, est par exemple un disque circulaire en silicium de cent millimètres de diamètre et il est situé à cent millimètres en face de la cathode-cible. Ces dimensions ne sont évidemment données qu'à titre indicatif, il faut seulement que la dimension du substrat, prise dans son sens parallèle à la longueur des cibles élémentaires, ne dépasse pas cette longueur et même de préférence, pour obtenir une bonne homogénéité du dépôt, il vaut miteux que les cibles élémentaires dépassent le substrat, de chaque côté, de l'ordre d'une quarantaine de millimètres. Les cibles élémentaires A : 1, -3 et 5 sont électriquement alimentées par un même générateur, de même que les cibles B : 2, 4 et 6. Les cibles B sont alimentées indépendamment des cibles A. Ainsi, la stechiométrie désirée est obtenue par des réglages indépendants des puissances électriques appliquées sur les cibles A et B. Pour les matériaux conducteurs utilisés comme cibles, l'alimentation peut être soit continue soit alternative, en radio-fréquence à 13,56 MHz par exemple. Pour les matériaux diélectriques ou semi-conducteurs, l'alimentation doit être alternative. Dans le cas d'une alimentation alternative, afin de conserver l'indépendance du réglage des puissances électriques appliquées aux cibles A et B, les alimentations respectives des cibles A et B, sont radio-électriquement séparées par blindage. Dans l'exemple cité de cibles A en tungstène et B en silicium, les alimentations choisies sont en radio-fréquence à 13,56 MHz. Afin d'éviter le dépôt par pulvérisation d'une cible élémentaire sur les autres, les interactions électriques entre cibles et la pulvérisation des parois latérales des cibles élémentaires, lesdites cibles élémentaires sont séparées les unes des autres par des écrans métalliques 8 à 12 et l'ensemble de la cathode-cible est également entourée d'un écran métallique 13. Ces écrans sont par exemple en aluminium ou en acier inoxydable et ils sont mis par exemple au potentiel de la masse ou à une tension continue différente. Ces écrans entourent les cibles élémentaires à une distance inférieure à la gaine cathodique qui entoure chaque cible, par exemple à 3 mm. Dans le cas d'alimentation en radio-fréquence, ces écrans servent également de blindage électromagnétique. Comme on le voit sur la figure 2, la hauteur des écrans dépasse la hauteur des cibles élémentaires. Le niveau du dépassement dépend des matériaux. En effet, on sait que le cône de pulvérisation est d'autant plus ouvert que le point de fusion du métal de la cible est bas. Aussi, plus ce point de fusion est bas, plus il est nécessaire de protéger les cibles élémentaires voisines par des écrans hauts et vice-versa ; la limite inférieure étant la hauteur de la cible elle-même. L'homogénéité en stechiométrie et en épaisseur de la couche déposée sur le substrat 7 provient du recouvrement des cônes de pulvérisation des cibles élémentaires A et B, et du défilement linéaire éventuel du substrat dans le sens de la flèche F perpendiculairement. aux cibles. Il est à noter que sur la figure 2, compte tenu de l'échelle adoptée, on n'a pas respecté la distance indiquée précédemment entre le substrat 7 et les cibles. La figure 3 montre un exemple de réalisation d'une cible élémentaire en coupe longitudinale. Elle comprend un barreau de cuivre 14 sur lequel est brasée la cible proprement dite 15, en tungstène pour une cible A et en silicium pour une cible B. Dans le plan de la coupe, il s'agit d'une cible B, donc en silicium. Le barreau 14 est percé d'un canal longitudinal 16, fermé à ses deux extrémités par des bouchons de cuivre 17 et 18. Ce canal 16 sert au refroidissement de la cible par un circuit d'eau. Le barreau 14 porte à chacune de ses extrémités une queue respectivement 19 et 20, également en cuivre qui traverse, par l'intermédiaire d'un manchon isolant respectivement 21 et 22, une platine support 23. Cette platine support 23, en aluminium ou en acier inoxydable, constitue, par exemple, l'une des parois d'une enceinte dans laquelle a lieu l'opération de dépôt par pulvérisation. Cette platine support 23 est au potentiel de la masse comme les écrans métalliques 8 à 13. L'enceinte contient une atmosphère raréfiée d'un gaz neutre, par exemple de l'Argon à une pression comprise entre 3,10'2 et 2.10-3 torrs. Le barreau 14 est situé dans l'enceinte. Au-dessous de la platine support 23, on est à la pression atmosphérique. Les queues 19 et 20 sont egalement percées d'un canal, respectivement 24 et 25 aboutissant dans le canal 16. Une arrivée d'eau 26 aboutit dans le canal 24 et une sortie d'eau 27 aboutit dans le canal 25. Les manchons isolants 21 et 22 sont fixés à la platine support 23 par des vis telles que 28 et 29. Des joints 30 à 37 assurent létanchéité entre les divers fluides : Argon sous basse pression dans 11 enceinte, eau dans le circuit 24, 16, 25 de refroidissement et air extérieur à la pression atmosphérique. Enfin, l'extrémité inférieure de chaque queue 19, 20 est munie de moyens, respectivement 38 et 39, de branchement électrique permettant de connecter les cibles élémentaires de même nature, soit d'un côté, soit de l'autre ; les cibles A étant par exemple connectées à gauche et les cibles B à droite. La cible vue sur la figure 3 étant la cible 4 c'est-àdire B, la connexion 40 est réalisée à droite. Bien entendu, l'exemple décrit ci-dessus n'est qu'un exemple particulier, les valeurs numériques n'étant données qu'à titre indicatif, de même que le couple de matériau : tungstène, silicium, des cibles A et B, utilisé, dans l'exemple cité, pour produire sur le substrat 7, une couche de WSix avec x variable. En effet, l'invention s'applique tout aussi bien au dépôt de couches d'autres alliages et à d'autres applications que la microélectronique. REVENDICATION Cathode-cible pour dépôt, par pulvérisation, d'un matériau composite sur un substrat (7), ledit matériau composite étant formé d'un constituant A et d'un constituant B, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux cibles élémentaires (1, 3, 5) pour le constituant A seul, désignées cibles A, au moins deux cibles élémentaires (2, 4, 6) pour le constituant B seul, désignées cibles B, ces cibles élémentaires A et B étant étroites et allongées et disposées côte à côte d'une manière alternée, l'ensemble des cibles élémentaires A et l'ensemble des cibles élémentaires B étant électriquement alimentés séparément l'un de l'autre, un écran métallique (8 à 13) séparant individuellement les cibles élémentaires les unes des autres et entourant également extérieurement l'ensemble de la cathode-cible, la longueur d'une cible élémentaire étant au moins égale à l'étendue dudit substrat, prise dans une direction paral lèle à la direction de la longueur d'une cible élémentaire.