Brevet FR2839318A1 — publié le 20031107

de clonage et/ou d' expression. La presente invention concerne un procede d'application d'une couche mince ou film de tungstene au moyen d'une poudre d'oxyde de tungstene (W03 OU W02,9), et plus particulierement un procede d'application d'une couche mince de tungstene epaisse de quelques nanometres(nm) a quelques dizaines de micrometres (um) sur un substrat metallique par une reaction de transport chimique en phase vapeur (TCV) sur le substrat metallique. Dans une telle reaction, quand une poudre d'oxyde de tungstene est reduite en tungstene pur dans une atmosphere d'hydrogene, la poudre d'oxyde de tungstene en phase solide passe en phase gazeuse, diffuse jusqu'au substrat metallique sur lequel elle se depose en passant de nouveau en phase solide. Actuellement, le depot chimique en phase vapeur (CVD) par decomposition de gaz WF6 ou le dep8t physique en phase vapeur (PVD) par pulverisation cathodique d'une cible de tungstene pur est largement utilise comme procede pour appliquer une couche mince de tungstene sur un substrat metallique. Cependant, le procede CVD presente ['inconvenient que WF6 est toxique et qu'il se forme HF qui conduit a une pollution de l'environnement. Par ailleurs, le procede PVD necessite une cible en tungstene couteuse et un appareillage a haut vice de precision. La presente invention a pour but d'eviter les inconvenients evoques cidessus au moyen d'un procede d'application d'une couche mince de tungstene sur differents substrats metalliques par une technique de traitement par reduction simple dans une atmosphere d'hydrogene tandis que le substrat metallique est maintenu en contact avec une poudre d'oxyde de tungstene. Ainsi, la presente invention a pour but de proposer un procede d'application d'une couche mince de tungstene sur un substrat metallique utilisant le phenomene de migration du tungstene en phase gazeuse quand un traitement de reduction thermique est applique a une poudre d'oxyde de tungstene sans utiliser le dep8t chimique ou physique necessitant des appareillages de precision couteux ou provoquant une pollution de l'environnement qui ont ete utilises anterieurement. Ce but est atteint selon la presente invention grace a un - procede d'application d'une couche mince de tungstene au moyen d'une poudre d'oxyde de tungstene qui comprend les etapes de mise en contact de la poudre dioxyde de tungstene avec un substrat metallique et de mise en ceuvre sur celui-ci d'un traitement de reduction thermique a une temperature d'au moins 650 C dans une atmosphere dthydrogene pour appliquer une couche mince de tungstene sur le substrat metallique. Ce procede presente en outre l'avantage par rapport aux procedes connus qu'il se forme de l'eau et non pas des gaz toxiques et qu'il peut etre mis en ceuvre dans une atmosphere reductrice sans appareillages couteux. De preference, le substrat metallique est choisi dans le groupe consistent en les substrats en Cu. Fe, Ni, Co, Cr et W. Par ailleurs, la couche mince de tungstene est appliquee de preference en une epaisseur de 500 nm a25,um par le fait que le traitement de reduction thermique est mis en ceuvre pendant 10 min a 6 h a une temperature de 650 a 1050 C. La presente invention sera mieux comprise a la lecture de la description detaillee qui suit et se refere aux dessins annexes, donnes uniquement a titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 represente une vue en coupe transversale d'un creuset dans lequel le procede d'application d'une couche mince de tungstene sur un substrat metallique selon la presente invention est mis en ceuvre; la figure 2 represente un diagramme de traitement de reduction thermique pour appliquer une couche mince de tungstene sur un substrat metallique selon la presente invention; la figure 3 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique selon la figure 2 apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en cuivre; la figure 4 represente un profil de spectroscopic a dispersion d'energie (SDE) de la couche mince montree sur la figure 3; la figure 5 represente une vue en coupe transversale d'une couche mince au microscope electronique 3 balayage montrant l'epaisseur de la couche mince de tungstene montree sur la figure 3; la figure 6 represente une photographic au microscope electronique a balayage diune couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 1020 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en nickel; la figure 7 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 1020 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en acler; la figure 8 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 1020 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en cobalt; la figure 9 represente une image au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 1020 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en chrome; la figure 10 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 1020 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en tungstene; la figure 11 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 850 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en cuivre; la figure 12 represente une vue en coupe transversale d'une couche mince au microscope electronique a balayage montrant l'epaisseur de la couche mince de tungstene montree sur la figure 11; et la figure 13 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 6 h a 1020 C apres qu'une poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en cuivre. Le procede d'application d'une couche mince de tungstene selon la presente invention est mis en ceuvre de la maniere suivante. Tout d'abord, une poudre d'oxyde de tungstene (WO3 ou WO2,9) ayant une taille de particule de a 10,um est placee sur un substrat metallique tel qu'un substrat en Cu. Ni, Fe, Co, Cr ou W. par exemple. Quand un traitement de reduction thermique est mis en ceuvre sur un tel substrat a 650 C (la temperature a laquelle le substrat metallique est recouvert de tungstene par reduction des poudres d'oxyde de tungstene) dans une atmosphere d'hydrogene, I'hydrogene reagit avec l'oxygene contenu dans la poudre d'oxyde de tungstene de sorte qu'il se forme de la vapeur d'eau et une poubre d'oxyde de tungstene WO2 qui 1 0 reag it avec l'hu m id ite a m biante, com me le montre ['equation 1 ci-dessous, pour former de l'oxyhydroxyde (oxyde hydrate) de tungstene W02(0H)2 en phase gazeuse et de l'hydrogene. L'oxyhydroxyde de tungstene en phase gazeuse diffuse jusqu'au substrat metallique voisin puis reagit avec lthydrogene comme le montre ['equation 2 ci-dessous en etant reduit en tungstene en phase solide sur le substrat metallique par nucleation et croissance heterogene de maniere a revetir le substrat metallique d'une couche mince de tungstene de quelques nanometres (nary) a quelques dizaines de micrometres (,um) d'epaisseur. WO2 (s) + 2H20 (9), WO2(0H)2 (9) + H2 (9) () WO2(0H)2 (9) + 3H2 (9), W (s) + 4H20 (9) (2) Comme le montre la figure 1, dans le procede selon la presente invention, un substrat metallique, par exemple en Cu. Ni, Fe, Co, Cr ou W est mis en place a la partie superieure, au milieu ou a la partie inferieure d'une couche d'oxyde de tungstene, apres quoi un traitement thermique est mis en ceuvre sous une atmosphere dthydrogene. Ce procede peut etre applique a des substrats constitues par d'autres metaux. Dans le procede selon la presente invention, il est possible de former une couche mince de tungstene epaisse de 500 nm a 25 um en mettant en ccuvre un traitement thermique pendant 10 min 3 6 h a une temperature de 650 a 1050 C. Da ns u n premier mode de real isation du procede selon la presente invention, un degraissage et un decapage vent realises sur un substrat en Cu epais d'environ 2 mm, apres quoi une poudre d'oxyde de tungstene (WO3) ayant une taille de particule moyenne d'environ 5 gm est placee sur le substrat en Cu en une epaisseur d'environ 5 mm, comme le montre la figure 1, et un traitement thermique est mis en ceuvre dans une atmosphere d'hydrogene sec ayant un point de rosee de-60 C selon le diagramme de procede montre sur la figure 2, de maniere a former sur le substrat en Cu une couche mince de tungstene dont la microstructure observee au microscope electronique a baiayage est representee sur la figure 3 qui montre que le tungstene est applique uniformement sur le substrat en Cu. Par ailleurs, I'analyse par spectroscopic a dispersion d'energie (SDE) revere, comme le montre la figure 4, que la couche mince formee est constituee par du tungstene pur, et l'examen de la coupe transversale de cette couche mince au microscope electronique a balayage indique, selon la figure 5, que cette couche mince est deposee uniformement en une epaisseur de plusieurs m sur le substrat en Cu. Dans le second mode de realisation du procede selon I'invention, le meme procede que celui du premier mode de realisation est mis en ceuvre mais des substrats en Ni, Fe, Co, Cr et W vent utilises a la place d'un substrat en Cu. et les couches minces ainsi obtenues possedent les microstructures representees sur les figures 6 a 10 qui montrent que ces couches minces vent appliquees uniformement sur les differents substrat de meme que la couche mince appliquee sur le substrat en Cu qui est representee sur la figure 3. Le tableau 1 ci-dessous montre les variations d'epaisseur des couches minces de tungstene en fonction de la nature des substrats metalliques et indique que cette epaisseur varie de 3,um a 20,um en fonction des substrats metalliques. Tableau 1 Metal du substrat Cu Ni Fe W Epaisseur de la couche 3 5 2 3 10 20 4 5 mince de W (,um) Dans le troisieme mode de realisation, pour examiner ['influence de la temperature du traitement de reduction thermique sur ltepaisseur d'une couche mince de tungstene formee sur un substrat metallique au moyen d'une poudre d'oxyde de tungstene selon la presente invention, le procede selon le premier mode de realisation est mis en ceuvre, mais la temperature du traitement thermique de reduction est fixee a 650 C, 750 C, 850 C et950 C. La figure 11 represente une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene formee par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 1 h a 850 C sur un substrat en cuivre. Cette couche mince a une taille de grain inferieure a celle de la couche mince de tungstene formee 3 plus haute temperature qui est representee sur la figure 3. La figure 12 montre une vue en coupe transversale de la couche mince de la figure 11 qui indique que son epaisseur est inferieure 3 celle de la couche mince representee sur la figure 5. Le tableau 2 ci-dessous indique la variation d'epaisseur d'une couche mince de tungstene en fonction de la temperature du traitement de reduction thermique. On peut voir que le procede selon la presente invention peut etre mis en ceuvre dans un domaine de temperature du traitement de reduction thermique de 650 Ca 1050 C et que, quand la temperature du traitement de reduction thermique augmente, I'epaisseur de la couche mince augmente egalement. Tableau 2 Metal du Temperature du traitement de reduction substrat thermiqu e ( C) 750 850 950 1020 Epaisseur de la Cu 0,5 1,0 1,0 2,0 2,0 3,0 3,0 5,0 couche mince Ni 0,5 1, 0 1,0 2,0 2,0 3,0 2,0 3,0 (,um) Dans le quatrieme mode de realisation, pour etudier ['influence du temps de maintien a une temperature de reduction donnee sur l'epaisseur et les proprietes d'une couche mince de tungstene, le procede du premier mode de realisation est mis en ccuvre tandis que le temps de maintien est fixe a 10 min. 1 h, 3 h et 6 h. La figure 13 montre une photographic au microscope electronique a balayage d'une couche mince de tungstene obtenue par un traitement de reduction thermique mis en ceuvre pendant 6 h a 1020 C dans une atmosphere d'hydrogene humide ayant un point de rosee de 10 C apres qutune poudre d'oxyde de tungstene a ete placee sur un substrat en acier, et elle revere que I'epaisseur de la couche mince de tungstene augmente jusqu'3 environ 20,um. Le tableau 3 ci-dessous indique la variation d'epaisseur d'une couche mince de tungstene en fonction du temps de maintien a une temperature de reduction thermique de 1020 C. Ce tableau montre que l'epaisseur d'une couche mince de tungstene depend du temps de maintien et du niveau d'humidite de l'hydrogene utilise. Tableau 3 Gaz utilise Hydroc lene sec Hyd rogene hur nice Duree du traitement de 10 60 60 180 360 reduction thermique (min) Epaisseur de la couche 3 3 5 5 10 10 15 20 - 25 mince de W (,um) REVEN DICATIONS 1. Procede d'application d'une couche mince de tungstene au moyen d'une poudre d'oxyde de tungstene, caracterise en ce qu'il comprend les etapes de mise en contact de la poudre d'oxyde de tungstene avec un substrat metallique et de mise en ceuvre d'un traitement de reduction thermique a une temperature d'au moins 650 C dans une atmosphere d'hydrogene pour former une couche mince de tungstene sur le substrat metallique. 2. Procede selon la revendication i, caracterise en ce que le substrat metallique est choisi dans le groupe consistent en les substrats en Cu. Fe, Ni, Co, Cr et W. 3. Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que la couche mince de tungstene est appliquee en une epaisseur de 500 nm a 25 m par le fait que le traitement de reduction thermique est mis en ceuvre pendant 10 min a 6 h