Brevet FR3135732A1 — publié le 20231124

Réacteur de dépôt assisté par plasma L’invention concerne un réacteur (1) de dépôt assisté par plasma comprenant une chambre (10) de réaction comprenant un plateau (110) présentant une face supérieure (110a) pour recevoir un substrat (2), une arrivée de précurseur gazeux (12) dans la chambre (10), un module de pompage (13) de la chambre (10), une source de puissance (14) configurée pour appliquer une polarisation radiofréquence au plateau (110), dans lequel une paroi latérale (100) de la chambre (10) est au moins en partie non parallèle à la face supérieure (110a) du plateau (110), et la face supérieure (110a) du plateau (110) et la paroi latérale (100) sont séparées d’une distance (d) configurée de façon à générer un plasma par couplage capacitif entre le plateau (110) et la paroi latérale (100) ; le plasma est ainsi généré de façon localisée au voisinage du substrat avec un flux ionique faible. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Réacteur de dépôt assisté par plasma La présente invention concerne le domaine des réacteurs plasmas de dépôt. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine du dépôt de couche mince, et plus particulièrement de couche mince d’épaisseur contrôlée, par exemple pour la fabrication de dispositif microélectronique. ETAT DE LA TECHNIQUE Les procédés de dépôt par couche atomique (communément désignés par dépôt ALD, de l’anglais Atomic Layer Deposition) sont couramment utilisés pour déposer des couches minces, par exemple à des épaisseurs inférieures ou égales à 100 nm, sur des substrats 2D ou 3D. De façon générale, le dépôt ALD est un procédé cyclique comprenant deux étapes principales : une injection d’un précurseur, typiquement un précurseur métallique, une injection d’un autre précurseur, typiquement un réactif tel qu’un réactif à base d’oxygène ou d’azote. Ces étapes sont auto-limitantes, ce qui permet de déposer des couches conformes et uniformes sur le substrat. L’énergie nécessaire à la réaction des précurseurs peut typiquement être apportée par la température (on parle alors d’ALD thermique). Cette énergie peut être apportée en utilisant une assistance par un plasma (communément désigné PEALD, de l’anglais Plasma Enhanced ALD) pour améliorer la réactivité de surface. Cela permet notamment de diminuer la température de travail, typiquement à des températures inférieures ou égales à 250°C. Les réacteurs PEALD industriels utilisent principalement des sources plasmas à couplage capacitif ou à couplage inductif (respectivement communément désignées CCP, de l’anglais Capacitively Coupled Plasma, et ICP, de l’anglais Inductively Coupled Plasma). Ces réacteurs comprennent de façon classique une chambre 10’ de réaction, une arrivée de précurseur gazeux 12’ configurée pour amener des précurseurs gazeux dans la chambre 10’, et un module de pompage 13’ de la chambre 10’. Dans un réacteur 1’ CCP, par exemple illustré en , le plasma est généré 3 typiquement à des pressions de l’ordre de quelques Torr entre deux électrodes 110’, 18’ avec un dispositif de puissance radiofréquence (RF) 16’. Les électrodes 110’, 18’ sont disposées parallèlement l’une en face de l’autre et le substrat est déposé entre elles, une électrode 110’ étant le plateau relié à la masse 110’ portant le substrat 2. Dans les technologies classiques de CCP, le bombardement ionique sur le plateau est toutefois important. Des grilles peuvent être ajoutées dans l’espace inter-électrodes pour limiter ce bombardement ionique. Dans un réacteur 1’ ICP, par exemple illustré en , le plasma est généré 3, typiquement à des pressions de l’ordre de 100 mTorr et de façon déportée par une source 15’, comprenant un dispositif de puissance RF 16’, puis est amené dans la chambre de réaction 10’ jusqu’au substrat 2 par diffusion. Le bombardement ionique est ainsi limité. En effet, le bombardement ionique peut générer des défauts ponctuels ou étendus, tels que des implantations, déplacements d’atomes, stress en compression dans la couche en croissance, voire sa pulvérisation. Cependant le bombardement ionique peut être bénéfique pour moduler la réactivité de surface et améliorer les propriétés du dépôt telles que la densité, la morphologie, la contrainte, la conformité notamment sur un substrat 3D, à condition que l’énergie de ce bombardement et sa densité ionique soient maîtrisées. À cette fin, certains réacteurs récemment développés utilisent des plasmas ICP auxquels une puissance RF supplémentaire a été ajoutée au niveau du porte-substrat, pour permettre l’extraction des ions du plasma déporté avec une énergie incidente contrôlée au moment où ils arrivent au voisinage du substrat. En pratique, les matériaux élaborés dans ces réacteurs sont surtout des oxydes ou des nitrures, dont les propriétés physico-chimiques peuvent être éventuellement modulées par une polarisation supplémentaire permettant d’extraire les ions du plasma pour qu’ils assistent les mécanismes de croissance. L’obtention d’autres matériaux reste limitée. Un objet de la présente invention est donc de proposer un réacteur amélioré de dépôt assisté par plasma. 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. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un réacteur de dépôt assisté par plasma comprenant : une chambre de réaction délimitée par des parois et comprenant un plateau électriquement conducteur présentant une face supérieure destinée à recevoir un substrat, une arrivée de précurseur gazeux configurée pour amener des précurseurs gazeux dans la chambre de réaction, un module de pompage de la chambre de réaction, une source de puissance configurée pour appliquer une puissance radiofréquence au plateau et générer le plasma. Une paroi latérale de la chambre de réaction est au moins en partie non parallèle à la face supérieure du plateau et est électriquement conductrice. La face supérieure du plateau et la paroi latérale sont séparées d’une distance configurée de façon à générer un plasma par couplage capacitif entre le plateau et la paroi latérale. La puissance radiofréquence appliquée au plateau et la distance entre le plateau et la paroi latérale permettent de générer le plasma par couplage capacitif entre ces deux éléments. Le plasma ainsi généré de façon localisée au voisinage du substrat conduit, grâce à la configuration non parallèle des deux électrodes, à une énergie et une densité des ions plus faibles que pour un réacteur CCP conventionnel, et finement ajustables, notamment selon les conditions de puissance RF et de pression. Cela limite ainsi grandement les dommages au substrat occasionnés par le bombardement ionique. Ce flux ionique plus faible est en outre plus finement contrôlable par rapport à un réacteur ICP avec polarisation du substrat, ce qui permet d’aboutir à un meilleur compromis entre dommages induits au substrat et efficacité du bombardement ionique. Enfin, ce réacteur permet des dépôts de couches de chimie et microstructures plus variées qu’un réacteur ICP conventionnel avec ou sans polarisation du substrat. BREVE 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 : La représente une vue en coupe d’un réacteur CCP selon un exemple de l’état de la technique. La représente une vue en coupe d’un réacteur ICP selon un exemple de l’état de la technique. La représente une vue en coupe du réacteur plasma selon un exemple de réalisation, dans lequel la paroi latérale est de géométrie conique. La représente une vue en coupe du réacteur plasma selon un autre exemple de réalisation, dans lequel la paroi latérale est de géométrie hémisphérique. La représente une vue en coupe du réacteur plasma selon un autre exemple de réalisation, couplé à une source ICP. La représente une vue en coupe du réacteur plasma illustré en , équipé d’un ellipsomètre. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives du substrat et du réacteur ne sont pas représentatives de la réalité. Réacteur (1) de dépôt assisté par plasma comprenant : une chambre (10) de réaction délimitée par des parois (100, 101, 102, 103) et comprenant un plateau (110) électriquement conducteur présentant une face supérieure (110a) destinée à recevoir un substrat (2), une arrivée de précurseur gazeux (12) configurée pour amener des précurseurs gazeux dans la chambre (10) de réaction, un module de pompage (13) de la chambre (10) de réaction, une source de puissance (14) configurée pour appliquer une puissance radiofréquence au plateau (110) et générer le plasma, caractérisé en ce que une paroi latérale (100) de la chambre (10) de réaction est au moins en partie non parallèle à la face supérieure (110a) du plateau (110) et est électriquement conductrice, et en ce que la face supérieure (110a) du plateau (110) et la paroi latérale (100) sont séparées d’une distance (d) configurée de façon à générer un plasma par couplage capacitif entre le plateau (110) et la paroi latérale (100). Réacteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la distance (d) entre la face supérieure (110a) du plateau (110) et la paroi latérale (100) est comprise entre 5 cm et 15 cm. Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi latérale (100) est au moins en partie disposée de façon oblique par rapport au plan d’extension principale de la face supérieure (110a) du plateau (110). Réacteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la paroi latérale (100) forme au moins en partie un cône au-dessus du plateau (110), de préférence la paroi latérale (100) présente une géométrie conique d’axe de révolution sensiblement centré par rapport au plateau (110). Réacteur (1) selon la revendication 3, dans lequel la paroi latérale (100) forme au moins en partie un dôme au-dessus du plateau (110), de préférence la paroi latérale (100) présente au moins en partie une géométrie hémisphérique, de préférence sensiblement centrée par rapport au plateau (110). Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, configuré de sorte que le plasma est généré uniquement dans la chambre (10) de réaction. Réacteur (1) selon la revendication précédente, configuré de sorte que le plasma est généré entre deux électrodes uniquement et le réacteur est configuré de sorte que le plateau (110) constitue l’une des deux électrodes. Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, le réacteur (1) comprenant en outre une source plasma à couplage inductif (15) déportée de la chambre (10) de réaction. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau (110) n’est pas configuré pour être ajusté en hauteur dans la chambre (10) de réaction. Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le plateau (110) est configuré pour être ajusté en hauteur dans la chambre (10) de réaction. Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’arrivée de précurseurs gazeux (12) et le module de pompage (13) sont configurés pour maintenir une pression sensiblement comprise entre 5 et 200 mTorr, de préférence comprise entre 5 mTorr et 100 mTorr, de préférence comprise entre 5 mTorr et 80 mTorr dans la chambre (10) de réaction. Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de puissance (14) est configurée pour appliquer la puissance radiofréquence avec une fréquence comprise entre 2 et 100 MHz lorsque le plasma est généré par couplage capacitif entre le plateau (110) et la paroi latérale (100). Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de puissance (14) est configurée pour appliquer la puissance radiofréquence avec une puissance inférieure ou égale à 100 W, lorsque le plasma est généré par couplage capacitif entre le plateau et la paroi latérale. Réacteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de puissance (14) comprend un atténuateur configuré pour limiter la puissance de la polarisation radiofréquence.