Brevet FR2956412A1 — publié le 20110819

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne en général les dépôts en phase vapeur de matériaux pour l'industrie de la microélectronique. Elle adresse plus particulièrement le problème de la réalisation de sources de vapeur permettant un dépôt en continu sur de grandes surfaces pouvant être interrompu sans inconvénient. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Les développements toujours plus nombreux de composants électroniques et optiques et leur intégration au sein d'un même dispositif ont conduit à élaborer des techniques sophistiquées de dépôt de matériaux très divers destinés à former, sur un substrat, les couches minces dont sont constitués ces dispositifs. Les dépôts en phase vapeur recouvrent une très large gamme de procédés incluant notamment ceux qualifiés de dépôts chimiques en phase vapeur et généralement désignés sous leur acronyme de CVD, de l'anglais « chemical vapor deposition ». Comme le suggère le nom, ce type de dépôt implique qu'une réaction chimique se produise lors de l'opération parce que l'on aura, par exemple, introduit préalablement un gaz précurseur dans la chambre de dépôt ou parce qu'une réaction chimique s'opère avec une couche d'un matériau déjà déposé sur le substrat voire avec le substrat lui-même. D'autres types de dépôts en phase vapeur n'impliquent pas qu'une telle réaction chimique ait à se produire. Il s'agit alors de réaliser un simple dépôt physique par évaporation dans une atmosphère neutre contrôlée et/ou à un niveau de vide plus ou moins grand. Quelle que soit la technique de dépôt en phase vapeur à laquelle on a besoin d'avoir recours le dispositif mécanique constituant, dans la chambre de dépôt, la source d'évaporation du matériau à déposer est toujours un élément critique à mettre en oeuvre pour obtenir une bonne uniformité en épaisseur des couches minces déposées et un bon contrôle de leurs caractéristiques physico chimiques. La source est d'autant plus difficile à réaliser que la production en masse, à faible coût, de dispositifs électroniques et optiques demande que les substrats sur lesquels ils sont réalisés soient toujours de plus grandes tailles afin de produire un toujours plus grand nombre de dispositifs, ou des dispositifs de plus en plus grands, au cours d'un même cycle de fabrication. Il n'est donc pas étonnant qu'on ait besoin de disposer d'une source permettant de déposer, continûment, en phase vapeur, divers matériaux sur une largeur pouvant se mesurer en dizaines de centimètres voire de l'ordre du mètre. Par ailleurs, la production industrielle de tels dispositifs implique que le dépôt puisse être interrompu et repris à volonté sans dommage pour la source et le matériau qui est évaporé. Cela facilite une certaine flexibilité de déposer des films différents pour des dispositifs différents sans changer la configuration de la chambre. Si l'industrie de la microélectronique a longtemps été essentiellement confrontée au besoin d'avoir à déposer des matériaux tels que des diélectriques ou des métaux, la fabrication de dispositifs électroluminescents comme les afficheurs et écrans à base de diodes électroluminescentes organiques (DELOs) demande d'avoir recours au dépôt de matériaux organiques beaucoup plus fragiles. L'évaporation à partir d'une source linéaire de grande largeur de matériaux organiques pose le problème critique du gradient de température qu'il faut pouvoir observer entre le point de création de la vapeur et les points de diffusion de celle-ci, c'est-à-dire les buses disposées sur toute la largeur de la source, dans la chambre de dépôt. En effet, pour éviter la condensation du matériau sur les parois des tubes transportant la vapeur et sur celles du diffuseur constituant la source il faut avantageusement pouvoir maintenir un gradient de température toujours positif afin d'éviter que des zones froides ne puissent faire descendre la température du gaz au dessous de son point de rosée. Ceci est d'autant plus difficile à réaliser que, comme c'est le cas pour les matériaux organiques, la température de destruction du matériau à déposer est proche de sa température d'évaporation. De plus les sources linéaires de grande largeur constituées de multiples volumes sont plus sensibles que les sources ponctuelles puisqu'il faut alors contrôler ce faible gradient sur toute la surface du diffuseur, depuis le creuset d'évaporation jusqu'à chacune des buses. Les sources linéaires suscitent un grand intérêt notamment pour leur capacité à atteindre des vitesses élevées de dépôt. Elles permettent aussi d'obtenir un bon rendement d'utilisation du matériau principalement en raison du fait que la distance source substrat peut être nettement plus faible qu'avec une source ponctuelle. La présence de buses multiples et leur conception visant à uniformiser le dépôt sur une grande surface est un atout majeur qui rend leur utilisation indispensable pour la production à grande échelle de dispositifs tels que les dispositifs électroluminescents mentionnés plus haut. Cependant cette faible distance conjuguée à une grande vitesse d'évaporation rend les systèmes classiques d'obturation (qui permettent d'interrompre le dépôt sur le substrat) difficilement réalisables pour des raisons mécaniques. Ils sont aussi difficilement utilisables en raison de la rapidité avec laquelle ils s'encrassent. Il existe ainsi des sources équipées avec une vanne permettant de fermer le tube de transport de vapeur afin d'interrompre la diffusion de celle- ci vers le substrat pour ne pas gaspiller le matériau à évaporer. La vanne, lorsqu'elle est fermée, réduit alors très fortement le volume du conduit connecté au point de création de la vapeur. Cette forte réduction de volume produit une variation brutale de la charge du système de génération de vapeur qui fait augmenter très fortement la pression dans la zone de création de vapeur. Cette forte variation de pression provoque alors une élévation de la température jusqu'à saturation de la zone de création de vapeur. Élévation de température qui à son tour va créer une dégradation thermique du matériau à déposer. C'est donc un objet général de l'invention que de remédier au moins en partie aux inconvénients décrits ci-dessus des sources linéaires utilisées dans les systèmes de dépôt en phase vapeur devant fonctionner en continu avec des phases d'arrêt et de reprise du dépôt. C'est aussi un objet de l'invention que de décrire une source avantageusement linéaire permettant le dépôt de matériaux organiques dont la température de destruction est proche de la température d'évaporation. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Pour atteindre ces objectifs, l'invention décrit une source de déposition d'un matériau en phase vapeur comportant une enceinte pourvue de deux zones. La première zone est une zone de production de vapeur dotée d'un réceptacle du matériau et de moyens de chauffage du matériau placé dans le réceptacle. La seconde est une zone de diffusion en liaison avec la zone de production et dotée d'au moins un orifice de sorte à transmettre le matériau en phase vapeur vers l'extérieur de l'enceinte à travers l'orifice. La source est caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens d'obturation de l'orifice et des moyens de déplacement des moyens d'obturation entre une position active d'obturation et une position d'ouverture de l'orifice. L'invention peut inclure en outre les options suivantes : - elle comporte une pluralité d'orifices sous forme de buses de diffusion de la vapeur. - la zone de diffusion comporte un diffuseur présentant un corps cylindrique sur lequel les buses de diffusion sont juxtaposées. - les moyens d'obturation comportent une chemise cylindrique en contact avec la face interne du diffuseur, la chemise cylindrique comprenant d'une part une pluralité d'ouvertures aptes à être positionnées en regard de la pluralité de buses de diffusion dans la position d'ouverture et, d'autre part, une ouverture en regard de la zone de production de vapeur. - la chemise cylindrique est configurée pour pouvoir se déplacer dans le diffuseur afin d'obturer la pluralité de buses de diffusion tout en maintenant une ouverture de la zone de production de vapeur. - les moyens de déplacement de la chemise cylindrique comportent une tige axiale solidaire de la chemise cylindrique et accessible à travers le diffuseur. - les moyens de déplacement de la chemise cylindrique comprennent des moyens de rotation de la tige axiale. - les moyens de déplacement de la chemise cylindrique comprennent des moyens de translation latérale commandée de la tige axiale. - le diffuseur comprend au moins une buse ouverte indépendamment du mouvement de la chemise cylindrique. - la au moins une buse indépendante est avantageusement placée dans l'axe du diffuseur à l'opposé de la tige axiale. - le réceptacle du matériau est un creuset cylindrique dont l'ouverture en liaison avec le diffuseur est d'un diamètre identique au diamètre intérieur de la chemise cylindrique. - la zone de diffusion et la zone de production sont des cylindres tubulaires assemblés pour former un T dont la zone de production est la branche centrée sur la branche formant le diffuseur. - les moyens d'obturation sont configurés pour maintenir la zone de diffusion en liaison avec la zone de production dans la position d'ouverture de l'orifice. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels : Les FIGURES 1A et 1B illustrent une source linéaire de dépôt en phase vapeur selon l'invention dans laquelle la vanne d'obturation des buses est une chemise rotative. Les FIGURES 2A et 2B illustrent une variante de la source linéaire de dépôt en phase vapeur selon l'invention dans laquelle la vanne d'obturation des buses 25 est une chemise coulissante. Les dessins joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Les figures 1A et 1B illustrent une source linéaire de dépôt en phase vapeur selon l'invention dans laquelle la vanne d'obturation des buses est une chemise rotative. L'adjectif linéaire s'entend d'une source ayant une pluralité de buses (ce qui est un cas préféré de l'invention), les buses étant juxtaposées suivant une dimension de la source. De préférence, cette juxtaposition est un alignement des buses suivant une droite mais ce cas n'est pas limitatif. L'invention décrit comment réaliser une source linéaire de dépôt en phase vapeur 10 permettant dans un cas préféré d'obtenir un très faible gradient de température entre le four de chauffe 20 du matériau (situé dans une zone de production de vapeur) et les buses d'évaporation 30 situées dans une zone de diffusion. Le creuset 21 du four contient le matériau 23 destiné à être évaporé, par exemple un matériau organique du type de ceux qui sont utilisés pour la fabrication de diodes électroluminescentes. Pour éviter toute rupture de charge dans la transmission de vapeur jusqu'aux buses le conduit vertical d'injection de la vapeur 40 depuis le creuset et la partie interne du diffuseur horizontal 50 formant un assemblage en T ont des diamètres identiques 51. Typiquement, ce diamètre est de l'ordre de 40 à 50 millimètres. La largeur du diffuseur 50 doit être compatible avec la taille du substrat 1 sur lequel le dépôt doit être effectué. Typiquement, un dépôt sur des substrats de plusieurs dizaines de centimètres, voire plus, peut être réalisé. Le maintien d'un diamètre constant entre le creuset, le conduit vertical d'injection de la vapeur et le diffuseur permet de guider et d'injecter celle-ci à travers les buses dans la chambre d'évaporation en minimisant le gradient de température nécessaire. Ce concept à diamètre constant permet de minimiser les surpressions et donc les échauffements de la vapeur sur son trajet. Le gradient de température est là pour garantir la progression et l'accélération de la vapeur jusqu'aux buses de sortie. Le creuset 21, le conduit vertical 40 et le diffuseur 50 baignent dans un fluide caloporteur 25 présent entre le creuset 21 et son enveloppe 29 et dans tout l'espace annulaire aménagé entre d'une part, le conduit vertical 40 et la paroi intérieure 52 du diffuseur 50, et d'autre part une enveloppe extérieure tubulaire 60, en forme de T dont les branches sont coaxiales respectivement avec le conduit vertical et le diffuseur horizontal. Dans cette mise en oeuvre de l'invention des filaments chauffants 27, 41 entourent les enveloppes extérieures tubulaires pour chauffer indirectement le creuset 21 , le conduit vertical 40 et le diffuseur 50, par l'intermédiaire du fluide caloporteur. Ceci assure une excellente répartition de la chaleur sur toute l'étendue des surfaces en contact avec d'une part le matériau à évaporer dans le four de chauffe et avec la vapeur dans le conduit 40 et le diffuseur 50 d'autre part. Les termes « vertical » et « horizontal » s'entendent de l'orientation des composants de l'invention dans une position préférée d'utilisation avec une diffusion de vapeur substantiellement suivant une direction verticale. Afin de permettre l'utilisation de la source linéaire de l'invention dans le cadre d'une production industrielle en continue il faut pouvoir arrêter et reprendre l'évaporation sans dommage pour les matériaux à évaporer. Cet objectif de l'invention est atteint dans cette première mise en oeuvre de l'invention en plaçant dans le diffuseur une vanne d'arrêt de la vapeur sous forme d'une chemise 70 d'un diamètre correspondant au diamètre intérieur du diffuseur et que l'on peut faire tourner à partir d'une commande mécanique axiale par une tige 72. La chemise 70 est, dans un cas préféré, un corps cylindrique creux de section circulaire, coopérant avec un diffuseur 50 de même forme et constituant un espace intérieur au diffuseur 50 apte à faire varier la configuration de la zone de diffusion entre une position d'ouverture des orifices et une position d'obturation. Des orifices 73 sont percés à l'endroit des buses pour laisser passer la vapeur au cours des dépôts. Une simple rotation de la chemise, suffisante pour masquer les buses, permet alors d'interrompre le dépôt. On remarquera que ceci se fait sans changement des volumes intérieurs de la source. L'orifice inférieur 71 qui est placé en regard du conduit 40 d'injection de la vapeur 40 est d'une forme et de dimensions telles que la rotation pour masquer les buses n'obstrue en rien le conduit d'injection de vapeur. La chemise 70 rotative permet donc de couper l'évaporation rapidement tout en gardant la source prête à repartir. En obturant la source au niveau des buses, dernier point de confinement de la vapeur, sans faire varier le volume de charge du système de création de vapeur, cela n'affecte que très peu la source de vapeur et on ne constate pas d'augmentation de sa température lors de la saturation de vapeur. Ce système d'obturation permet donc de couper l'évaporation sans consommer de matériau. Pour contribuer à maintenir l'équilibre thermodynamique de la source le système de mesure des vitesses de dépôt, qui est placé préférentiellement dans l'axe du diffuseur afin de ne pas perturber le flux d'évaporation vers le substrat, reste actif. Cette buse sert à mesurer la vitesse de dépôt et de ce fait garantir une vitesse proche de celle voulue pendant la phase de fermeture de la source afin de minimiser le temps de stabilisation après réouverture de l'obturateur. Lors de l'obturation des buses de dépôt, la buse 53 dédiée à la mesure (partie de mesure non dessinée), placée dans l'axe du diffuseur, reste ouverte afin de minimiser la surpression. Ceci permet aussi de maintenir un flux stabilisé pendant toute la durée de l'obturation et donc d'avoir une plus grande réactivité en réduisant le temps nécessaire à la stabilisation du flux une fois que la vanne d'arrêt de la vapeur, c'est-à-dire la chemise rotative servant à obturer les buses, est à nouveau ouverte pour continuer un dépôt ou en effectuer un autre. Les figures 2A et 2B illustrent une variante de la source linéaire de dépôt en phase vapeur selon l'invention dans laquelle la vanne d'obturation des 20 buses est une chemise coulissante. Dans cette seconde mise en oeuvre de l'invention la chemise 70 rotative est remplacée par une chemise 70 coulissante. Un peu plus courte que le diffuseur 50, l'obturation des buses est obtenue cette fois par un déplacement latéral de la chemise coulissante réalisé à partir d'une commande 25 axiale 82 identique à la précédente. Comme précédemment, des orifices 83 sont percés à l'endroit des buses pour laisser passer la vapeur au cours des dépôts. Là aussi l'arrêt du dépôt se fait sans changement des volumes intérieurs de la source. L'orifice inférieur 81 qui est placé en regard du conduit vertical d'injection de vapeur 40 est d'une forme et de dimensions telles que le 30 déplacement latéral pour masquer les buses n'obstrue en rien le conduit de vapeur 40. Les figures 2A et 2B illustrent aussi la possibilité de placer les filaments chauffants dans les espaces annulaires où est présent le fluide caloporteur 25. Plongés dans le fluide caloporteur, les filaments 27, 41 le chauffent directement ce qui assure une homogénéité des températures. Cela concerne aussi bien les filaments 27 destinés à chauffer le creuset 21 que ceux 41 utilisés pour maintenir le gradient de température autour du conduit vertical 40 et du diffuseur 50. Bien entendu, les options de réalisation illustrées par les figures 1A, 1B et 2A, 2B peuvent être combinées sans inconvénient. Le placement des filaments 27, 41 dans le fluide caloporteur pourra être associé avec l'utilisation d'une chemise 70 rotative. L'inverse est aussi possible (chemise coulissante et filaments chauffants entourant les enveloppes). De plus, l'utilisation d'une chemise 70 rotative ou d'une chemise 70 à déplacement latéral peut aussi s'envisager avec tout autre dispositif de chauffage tout en préservant l'avantage apporté par ce type d'obturation des buses qui se fait sans changement de volume du diffuseur 50. Ce qui contribue, comme expliqué précédemment, à éviter la dégradation et la perte d'un matériau coûteux dans le creuset 21 pendant les phases où le dépôt doit être arrêté et prolonge donc la durée d'utilisation de ce dernier. La vanne, qu'elle soit rotative ou à déplacement latéral, permet donc de couper et de rétablir instantanément l'émission de vapeur dans la zone de diffusion tout en gardant la source en phase d'évaporation. L'obturation par la vanne des seules buses de diffusion permet de ne pas modifier le volume de charge du creuset 21 et donc de minimiser la surpression et la montée en température qui résulterait autrement de la fermeture de la source auniveau de la zone de production de vapeur. Le maintien du flux de vapeur vers le système de mesure même lorsque la vanne est fermée, permet de maintenir la source en régime d'écoulement et de continuer à réguler les organes de chauffe afin de maintenir la quantité de vapeur générée. Cette solution permet d'avoir une source instantanément stabilisée après ouverture de la vanne. On peut également asservir la vanne et l'utiliser pour avoir une régulation du flux émis garantissant un changement de flux rapide ou une stabilité du flux sans variation de la température. Cette solution permet REVENDICATIONS1. Source de déposition d'un matériau en phase vapeur (10) comportant une enceinte pourvue de deux zones avec : une zone de production de vapeur (20) dotée d'un réceptacle du matériau et de moyens de chauffage du matériau placé dans le réceptacle ; une zone de diffusion en liaison avec la zone de production et dotée d'au moins un orifice (30) de sorte à transmettre le matériau en phase vapeur vers l'extérieur de l'enceinte à travers l'orifice ; ladite source de déposition caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens d'obturation de l'orifice (30) et des moyens de déplacement des moyens d'obturation entre une position active d'obturation et une position d'ouverture de l'orifice (30). 2. Source de déposition selon la revendication précédente comportant une pluralité d'orifices (30) sous forme de buses de diffusion de la vapeur. 3. Source de déposition selon la revendication précédente dans laquelle la zone de diffusion comporte un diffuseur (50) présentant un corps cylindrique sur lequel les buses de diffusion sont juxtaposées. 4. Source de déposition selon la revendication précédente dans laquelle les moyens d'obturation comportent une chemise cylindrique (70) en contact avec la face interne du diffuseur (50), la chemise cylindrique (70) comprenant d'une part une pluralité d'ouvertures (73) aptes à être positionnées en regard de la pluralité de buses de diffusion dans la position d'ouverture et, d'autre part, une ouverture en regard de la zone de production de vapeur (71). 5. Source de déposition selon la revendication précédente dans laquelle la chemise cylindrique (70) est configurée pour pouvoir se déplacer dans le diffuseur (50) afin d'obturer la pluralité de buses de diffusion tout en maintenant une ouverture de la zone de production de vapeur (20). 6. Source de déposition selon la revendication précédente dans laquelle les moyens de déplacement de la chemise cylindrique (70) comportent une tige axiale (72) solidaire de la chemise cylindrique (70) et accessible à travers le diffuseur (50). 7. Source de déposition selon la revendication précédente dans laquelle les moyens de déplacement de la chemise cylindrique (70) comprennent des moyens de rotation de la tige axiale (72). 8. Source de déposition selon la revendication 6 dans laquelle les moyens de déplacement de la chemise cylindrique (70) comprennent des moyens de translation latérale commandée de la tige axiale (72). 9. Source de déposition selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 dans laquelle le diffuseur (50) comprend au moins une buse (53) ouverte indépendamment du mouvement de la chemise cylindrique (70). 10. Source de déposition selon l'une des revendications 6 à 8 dans laquelle la 15 au moins une buse indépendante (53) est placée dans l'axe du diffuseur (50) à l'opposé de la tige axiale (72). 11. Source de déposition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le réceptacle du matériau est un creuset cylindrique (21) dont l'ouverture (40) en liaison avec le diffuseur (50) est d'un diamètre 20 identique au diamètre intérieur de la chemise cylindrique (70). 12. Source de déposition (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la zone de diffusion et la zone de production sont des cylindres tubulaires assemblés pour former un T dont la zone de production est la branche centrée sur la branche formant le diffuseur (50). 25 13. Source de déposition (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les moyens d'obturation sont configurés pour maintenir la zone de diffusion en liaison avec la zone de production dans la position d'ouverture de l'orifice (30).