Brevet FR3020641A1 — publié le 20151106

Dispositif de diffusion de gaz passivé La présente invention concerne un dispositif de diffusion de gaz passivé. Le domaine de l'invention est celui du traitement de pièces par plasma. C'est ainsi le cas des machines de dépôt dites « PECVD » (pour « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition » en anglais). C'est aussi le cas des machines de gravure, par exemple les machines « RIE » (pour « Reactive Ion Etching » en anglais). C'est encore le cas de certaines machines d'implantation par immersion plasma connues sous le sigle « P111 » en anglais ou sous le vocable « plasma doping » toujours en anglais. Ces machines sont pourvues d'un dispositif de diffusion de gaz du type pomme de douche (« showerhead » en anglais) qui se présente comme un corps creux muni d'un orifice d'introduction du gaz et d'une surface d'éjection pourvue d'une pluralité de trous minuscules. Un tel dispositif agencé face à la pièce à traiter permet d'obtenir un flux de gaz uniforme sur cette pièce. A titre d'exemple, les pièces à traiter peuvent être des tranches de silicium destinées à la microélectronique ou bien des substrats destinés à la fabrication d'écrans plats. A titre indicatif, on cite ici plusieurs dépôts qui sont couramment utilisés dans le domaine en cause : dépôt d'oxyde de silicium à partir de TEOS (orthosilicate de tetraéthyle), dépôt de nitrure de silicium, dépôt de silicium à partir de silane ou de dichlorosilane. Il s'avère qu'en procédant à de tels dépôts, on dépose également sur la surface d'éjection du dispositif de diffusion de gaz. Il s'ensuit un colmatage progressif des trous de ladite surface d'éjection, ce qui a pour conséquence de dégrader l'uniformité du flux gazeux, de produire le décrochement de certaines particules qui vont se précipiter sur le substrat, et de modifier la vitesse de dépôt. Pour remédier à ce problème, on pratique régulièrement des nettoyages in situ au moyen d'un plasma fluoré, classiquement du NF3 qui vient graver les dépôts parasites apparus sur la surface d'éjection. Cette gravure n'est pas neutre pour le matériau du dispositif de diffusion de gaz qui est généralement un alliage d'aluminium ou du silicium. Ce dispositif subit une attaque chimique qui dégrade sa surface et qui peut modifier sa géométrie, notamment la taille des trous présents sur la surface d'éjection. Il résulte de ces phénomènes que le nombre de nettoyages que peut subir le dispositif de diffusion de gaz tout en conservant ses caractéristiques initiales est relativement limité. Ensuite, le dispositif doit être rebuté. Il est ainsi connu de protéger le dispositif de diffusion de gaz pour lui assurer une meilleure longévité. Pour ce faire, on procède à un dépôt de nitrure 5 de titane sur la surface d'éjection. Cette solution présente de nombreuses limitations : l'épaisseur du dépôt doit être prise en compte lors de la conception du dispositif, l'uniformité du dépôt doit être très bonne dans les trous de la surface 10 d'éjection, une fois le dépôt endommagé à la suite de plusieurs nettoyages, il est pratiquement impossible de recycler le dispositif de diffusion de gaz. La présente invention a ainsi pour objet une solution qui permet d'accroître sensiblement la longévité d'un dispositif de diffusion de gaz du type 15 pomme de douche. Selon l'invention, un dispositif de diffusion de gaz du type pomme de douche, se présente comme un corps creux muni d'un orifice d'introduction de gaz et d'une surface d'éjection pourvue d'une pluralité de trous ; dispositif remarquable en ce que la surface d'éjection est dopée au moyen d'impuretés. 20 Le dopage de la surface d'éjection permet d'augmenter sensiblement sa résistance à la gravure. Suivant une première option, le dispositif est en aluminium, auquel cas l'agent dopant est de préférence de l'azote. Suivant une seconde option, le dispositif est en silicium, auquel cas 25 l'agent dopant peut être de l'azote ou du bore. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, une vue en coupe du dispositif de diffusion de gaz, et 30 - la figure 2, une vue de la surface d'éjection. Les éléments identiques présents dans les deux figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence aux deux figures, le dispositif de diffusion de gaz, de manière connue, se présente comme une pomme de douche. Il prend la forme 35 d'un corps creux 1 muni d'un orifice d'introduction de gaz 2 destiné à l'approvisionnement du gaz au sein du corps creux Ce corps creux 1 comporte une surface d'éjection 3 qui est pourvue d'une pluralité de trous 4 minuscules. Selon l'invention, la surface d'éjection est dopée au moyen d'impuretés. Le dopage est l'action d'ajouter des impuretés en petites quantités au 5 matériau de base afin d'en modifier les propriétés. Autrement dit, le dopage d'un matériau consiste à introduire sans sa matrice des atomes d'un autre matériau. Les atomes de matériau dopant sont également appelés impuretés et sont en phase diluée : leur concentration est négligeable devant celle du matériau de base, de l'ordre de 1/10 000 à quelques %. 10 Suivant une première option, le dispositif de diffusion de gaz est en aluminium ou en alliage d'aluminium. En ce cas, de préférence, le dopage a lieu avec de l'azote par la technique de l'implantation par immersion plasma. Selon cette technique, l'implantation du dispositif consiste à l'immerger 15 dans un plasma et à le polariser de quelques dizaines de volts à quelques dizaines de kilovolts (généralement moins de 100 kV), ceci de façon à créer un champ électrique capable d'accélérer les ions du plasma vers le dispositif de sorte qu'ils s'y implantent. Les atomes ainsi implantés sont dénommés dopants. La polarisation est généralement pulsée. 20 Dans le cas présent, il s'agit naturellement d'implanter préférentiellement la surface d'éjection. L'implantation d'azote va tendre à créer du nitrure d'aluminium. Afin de faciliter la formation de ce nitrure, la température lors du traitement doit être relativement élevée mais pas trop pour ne pas dégrader les caractéristiques à 25 coeur du matériau. Pour l'aluminium, cette température est idéalement comprise entre 350° C et 450°C. La tension d'accélération est avantageusement comprise entre 10 kV et 30 kV afin d'obtenir une profondeur de pénétration supérieure à 70 nanomètres, idéalement entre 100 et 300 nanomètres. 30 La dose implantée devrait être comprise entre 2.101 7/CM2 et 2.1018/cm2. De la sorte, on obtient une concentration d'azote suffisante pour la création d'une couche de nitrure homogène et de bonne qualité. Il existe d'autres solutions pour doper un quelconque matériau. On pense en premier lieu à la diffusion. Cependant, cette dernière technique est mal 35 adaptée au cas de l'aluminium car elle nécessite une température plus élevée que celle requise pour l'implantation. Il s'ensuivrait une dégradation du dispositif de diffusion de gaz. Suivant une seconde option, le dispositif de diffusion de gaz est en silicium. En ce cas, le dopage peut également avoir lieu avec de l'azote, ce qui conduit à la formation d'un nitrure de silicium. Le dopage peut également avoir lieu avec du bore en utilisant un plasma de BF3 ou de B2H6. On remarque ici que la diffusion comme l'implantation ionique peuvent 10 être envisagées en matière de technique de dopage. Seuls quelques solutions ont été présentées car il ne serait pas réaliste de se prétendre complet dans l'inventaire des solutions possibles. L'invention s'applique toutefois quel que soit le matériau du dispositif de diffusion de gaz, en particuler de la surface d'éjection, et quelle que soit la nature de l'agent de 15 dopage. Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leurs caractères concrets. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un 20 moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1) Dispositif de diffusion de gaz du type pomme de douche, se présentant comme un corps creux (1) muni d'un orifice d'introduction de gaz (2) et d'une surface d'éjection (3) pourvue d'une pluralité de trous (4), caractérisé en ce que ladite surface d'éjection (3) est dopée au moyen d'impuretés. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps creux (1) est en aluminium. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps creux (1) est en silicium. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites impuretés sont des atomes d'azote. 5) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites impuretés sont des atomes de bore.