DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

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 l’ CCP, par exemple illustré en figure 1A, 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 T ICP, par exemple illustré en figure 1 B, 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 DE L’INVENTION

Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect 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.

Selon un deuxième aspect, on prévoit un procédé de génération d’un plasma par couplage capacitif dans un réacteur comprenant :

- La fourniture d’un réacteur selon le premier aspect,

- Un apport de gaz pour la formation du plasma, dans la chambre de réaction du réacteur,

- La génération d’un plasma par couplage capacitif entre le plateau et la paroi latérale, le plateau et la paroi latérale étant écartés d’une distance d apte à générer un plasma par couplage capacitif entre le plateau et la paroi latérale, d étant la distance la plus courte entre le plateau et la paroi latérale, la génération du plasma comprenant l’application d’une puissance radiofréquence au plateau.

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 figure 1A représente une vue en coupe d’un réacteur CCP selon un exemple de l’état de la technique.

La figure 1 B représente une vue en coupe d’un réacteur ICP selon un exemple de l’état de la technique.

La figure 2 représente une vue en coupe du réacteur plasma selon un exemple de réalisation, dans lequel la paroi latérale est de géométrie conique.

La figure 3 représente une vue en coupe du réacteur plasma selon un autre exemple de réalisation, dans lequel la paroi latérale est de géométrie hémisphérique.

La figure 4 représente une vue en coupe du réacteur plasma selon un autre exemple de réalisation, couplé à une source ICP

La figure 5 représente une vue en coupe du réacteur plasma illustré en figure 2, équipé d’un ellipsomètre.

Les figures 6A à 6D et 7A à 7C représentent des graphiques flux d’ions générés par le plasma selon les paramètres du plasma, respectivement à puissance et à pression constante. 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.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement pour chacun des aspects de l’invention.

Selon un exemple, le réacteur est un réacteur de dépôt par couche atomique assisté par plasma.

Selon un exemple, le plateau est polarisé à la masse.

Selon un exemple, le réacteur est configuré pour générer un plasma présentant une densité d’ions sensiblement inférieure ou égale à 10 ¹⁴ ions. cm ^-2 . s ^-1 . Ce plasma de faible densité, localisé au voisinage du substrat permet de tirer plus finement bénéfice du bombardement ionique.

Selon un exemple, la distance, et par exemple la distance minimale, entre la face supérieure du plateau et la paroi latérale est comprise entre 5 cm et 15 cm, de préférence entre 5 cm et 12 cm. Cette gamme de distance permettant l’auto-entretien de la décharge est dictée par la loi de Paschen, fonction de la pression P dans le réacteur, et de la tension moyenne minimale Umin de la polarisation RF : Umin = P.d. Cela permet d’obtenir une densité d’ions < 10 ¹⁴ ions. cm ^-2 . s ^-1 pour un plasma à très faible densité, facilitant encore l’ajustement des caractéristiques du plasma. Cela permet en outre d’obtenir le plasma à faible densité sans trop diminuer la pression dans la chambre de réaction, pour des pressions de l’ordre du mTorr à quelques centaines de mTorr, par exemple 200 mTorr.

Selon un exemple, la distance d est proportionnelle, et de préférence égale, au rapport de ll/P, P étant la pression dans le réacteur, et U la tension moyenne de la polarisation radiofréquence appliquée au plateau, U étant supérieure ou égal à une valeur Umin de tension moyenne minimale d’auto-polarisation radiofréquence.

Selon un exemple, la paroi latérale est au moins en partie disposée de façon perpendiculaire par rapport au plan d’extension principale de la face supérieure du plateau. La paroi latérale est ainsi sensiblement verticale.

Selon un exemple, la paroi latérale est au moins en partie disposée de façon oblique par rapport au plan d’extension principale de la face supérieure du plateau. Les effets de bords sont ainsi évités et les lignes de champ sur le substrat sont atténuées par rapport à une paroi verticale.

Selon un exemple, la paroi latérale est disposée par rapport au plan d’extension principale de la face supérieure du plateau, de façon à former un angle compris entre 15° et 85°, de préférence entre 30° et 80°. Selon un exemple, et notamment lorsque la paroi latérale a une forme de dôme, la tangente de la paroi latérale définit un angle, par rapport au plan d’extension principale de la face supérieure du plateau, compris entre 15° et 85°, de préférence entre 30° et 80°. La tangente de la paroi latérale peut être la tangente à un point de la paroi latérale située dans le plan d’extension principale de la face supérieure du plateau.

Selon un exemple, la paroi latérale électriquement conductrice est au moins en partie disposée au-dessus du plateau, en projection selon un plan vertical, ou sensiblement perpendiculaire à la face supérieure du plateau.

Selon un exemple, la paroi latérale présente une symétrie de révolution autour d’une direction perpendiculaire et sensiblement centrée par rapport à la face supérieure du plateau. Cette symétrie permet un amorçage du plasma sur toute la surface de la face supérieure. Le plasma est donc plus homogène.

Selon un exemple, la paroi latérale ne présente pas une symétrie de révolution autour d’une direction perpendiculaire et sensiblement centrée par rapport à la face supérieure du plateau. On peut par exemple prévoir que la paroi latérale conductrice n’entoure qu’en partie le plateau, en projection dans un plan parallèle au plan d’extension principale de la face supérieure du plateau.

Selon un exemple, la paroi latérale forme au moins en partie un cône au-dessus du plateau, de préférence la paroi latérale présente une géométrie conique d’axe de révolution sensiblement centré par rapport au plateau.

Selon un exemple, la paroi latérale forme au moins en partie un dôme au-dessus du plateau, de préférence la paroi latérale présente au moins en partie une géométrie hémisphérique, de préférence sensiblement centrée par rapport au plateau.

Selon un exemple, le réacteur est configuré de sorte que le plasma est généré uniquement dans la chambre de réaction par la puissance appliquée sur le porte-substrat par la source de puissance. Ainsi, le réacteur est d’une configuration simplifiée, et donc moins coûteuse que celle d’un réacteur PEALD ICP conventionnel.

Selon un exemple, le réacteur est configuré de sorte que le plasma est généré entre deux électrodes uniquement et le réacteur est configuré de sorte que le plateau constitue l’une des deux électrodes. À titre de comparaison, dans un réacteur ICP, le plasma est généré uniquement par une spire alimentée par une puissance RF.

Selon un exemple, le réacteur est exempt d’une source additionnelle de type ICP plasma.

Selon un exemple, le plateau n’est pas configuré pour être ajusté en hauteur dans la chambre de réaction. La configuration du réacteur est ainsi encore simplifiée.

Selon un exemple, le réacteur comprend en outre une source plasma à couplage inductif déportée de la chambre de réaction. Le réacteur est ainsi un réacteur multimode permettant un dépôt assisté par plasma ICP et/ou par le plasma généré entre le plateau et la paroi latérale, selon les besoins. Le réacteur permet ainsi de réaliser différents procédés de dépôt selon les besoins.

Lorsque le réacteur comprend en outre une source plasma à couplage inductif déportée de la chambre de réaction, le réacteur peut ainsi comprendre deux sources plasma indépendantes et pouvant être utilisées au choix : la source de puissance pour le couplage CCP et la source plasma à couplage inductif pour le couplage ICP. Les puissances de polarisation appliquées par ces deux sources peuvent être réglées indépendamment.

Selon un exemple, le plateau n’est pas configuré pour être ajusté en hauteur dans la chambre de réaction.

Selon un exemple, le plateau est configuré pour être ajusté en hauteur dans la chambre de réaction. Ainsi, la distance d peut être ajustée par la hauteur du plateau, par exemple pour différentes valeurs de pression ou de tension de polarisation, selon les besoins. Le réacteur gagne donc en versatilité. Lorsque le réacteur comprend en outre une source plasma à couplage inductif déportée de la chambre de réaction, l’ajustement en hauteur du plateau permet en outre d’ajuster la distance d entre le plateau et la paroi latérale, ce qui est particulièrement avantageux pour moduler les propriétés du plasma au voisinage du substrat. Il est ainsi possible de découpler ou de coupler les deux plasmas de type CCP et ICP selon les besoins.

Selon un exemple, l’arrivée de précurseurs gazeux et le module de pompage 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 de réaction, au moins lorsque le plasma est généré. Ces pressions correspondent à un vide secondaire poussé.

Selon un exemple l’arrivée de précurseurs gazeux et le module de pompage sont configurés pour maintenir une pression sensiblement inférieure ou égale à 200 mTorr, de préférence à 100 mTorr dans la chambre de réaction, au moins lorsque le plasma est généré.

Selon un exemple l’arrivée de précurseurs gazeux et le module de pompage sont configurés pour maintenir une pression sensiblement supérieure ou égale à 10 mTorr dans la chambre de réaction, au moins lorsque le plasma est généré, de préférence supérieure ou égale à 15 mTorr.

Selon un exemple, la source de puissance 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 et la paroi latérale.

Selon un exemple, la source de puissance (pour le couplage CCP) est configurée pour appliquer une puissance radiofréquence avec une puissance strictement positive et inférieure ou égale à 100 W, lorsque le plasma est généré par couplage capacitif entre le plateau et la paroi latérale. La source plasma à couplage inductif déportée de la chambre de réaction peut être configurée pour appliquer une puissance radiofréquence avec une puissance non nulle en valeur absolue comprise entre 0 et 300 W.

Les paramètres ci-dessus permettent d’obtenir les caractéristiques suivantes de flux ionique du plasma au niveau du plateau par couplage capacitif :

- densité de puissance : 0,05 à 0,5 W/cm ² ,

- flux ionique : 10 ¹² à 10 ¹⁴ ions/(cm ² .s)

- énergie des ions : 0 à 300 eV.

Selon un exemple, la source de puissance comprend un atténuateur configuré pour limiter la puissance de la polarisation radiofréquence du plasma généré par couplage capacitif.

Selon un exemple, l’apport de gaz pour la formation du plasma, dans la chambre de réaction du réacteur, est effectuée au moins en partie avant la génération d’un plasma par couplage capacitif, et se poursuit de préférence pendant la génération du plasma.

Selon un exemple, la génération du plasma comprend en outre un ajustement d’au moins deux paramètres de plasma, ces paramètres comprenant la distance d, la pression P dans le réacteur, la tension U moyenne de la polarisation radiofréquence appliquée au plateau, de sorte que :

- d est proportionnelle, et de préférence égale, au rapport de U/P,

- U est supérieur ou égal à une valeur Umin de tension moyenne minimale d’autopolarisation.

Selon un exemple, le plateau du réacteur étant configuré pour être ajusté en hauteur dans la chambre de réaction, la génération du plasma comprend un ajustement de la distance d par un déplacement en hauteur du plateau, de façon à atteindre une distance d permettant la génération du plasma. On peut ainsi se placer à une distance ne permettant pas la génération du plasma, et déplacer le plateau jusqu’à observer un plasma.

Selon un exemple, lors de la génération du plasma, la pression dans la chambre de réaction est sensiblement comprise entre 5 et 200 mTorr, de préférence comprise entre 5 mTorr et 100 mTorr. Par exemple, l’apport de précurseurs peut être configuré pour atteindre cette pression préalablement à la génération du plasma. L’arrivée de précurseur gazeux et le module de pompage peuvent être configurés pour maintenir cette pression.

Selon un exemple, une puissance radiofréquence non nulle inférieure ou égale à 100 W est appliquée au plateau. Selon un exemple, l’ajustement des paramètres plasma est réalisé pendant et/ou après application de la puissance radiofréquence.

Selon un exemple, le procédé peut comprendre la fourniture d’un substrat présentant une surface exposée dans le réacteur plasma, et son placement sur la face supérieure du plateau. Le procédé peut comprendre le traitement, par exemple un dépôt, sur la surface exposée du substrat, lors de la génération du plasma.

Dans la suite de la description, le terme « sur » ne signifie pas nécessairement « directement sur ». Ainsi, lorsque l’on indique qu’une pièce ou qu’un organe A est en appui « sur » une pièce ou un organe B, cela ne signifie pas que les pièces ou organes A et B soient nécessairement en contact direct avec l’autre. Ces pièces ou organes A et B peuvent être soit en contact direct soit être en appui l’une sur l’autre par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces. Il en est de même pour d’autres expressions telles que par exemple l’expression « A agit sur B » qui peut signifier « A agit directement sur B » ou « A agit sur B par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces ».

Dans la présente demande de brevet, le terme mobile correspond à un mouvement de rotation ou à un mouvement de translation ou encore à une combinaison de mouvements, par exemple la combinaison d’une rotation et d’une translation.

Dans la description détaillée qui suit, il pourra être fait usage de termes tels que « horizontal », « vertical », « longitudinal », « transversal », « supérieur », « inférieur », « haut », « bas », « avant », « arrière », « intérieur », « extérieur ». Ces termes doivent être interprétés de façon relative en relation avec la position normale d’utilisation du réacteur. Par exemple, les notions « horizontal » et « longitudinal » correspondent à la direction d’extension principale de la face supérieure du plateau.

On utilisera également un repère dont la direction longitudinale ou droite/gauche correspond à l’axe x, la direction transversale ou arrière/avant correspond à l’axe y et la direction verticale ou bas/haut correspond à l’axe z.

Par dispositif microélectronique, on entend tout type de dispositif réalisé avec les moyens de la microélectronique. Ces dispositifs englobent notamment en plus des dispositifs à finalité purement électronique, des dispositifs micromécaniques ou électromécaniques (MEMS, NEMS...) ainsi que des dispositifs optiques ou optoélectroniques (MOEMS, LED...).

Il peut s’agir d’un dispositif destiné à assurer une fonction électronique, optique, mécanique etc. Il peut aussi s’agir d’un produit intermédiaire uniquement destiné à la réalisation d’un autre dispositif microélectronique.

On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur.

Le réacteur 1 de dépôt assisté par plasma est maintenant décrit selon plusieurs exemples de réalisation en référence aux figures 2 à 5. Le réacteur 1 est plus particulièrement destiné au dépôt par couche atomique assisté par plasma.

Le réacteur 1 comprend une chambre 10 de réaction destinée à accueillir un substrat 2 et dans laquelle le dépôt est destiné à être effectué. Cette chambre 10 est délimitée par une ou plusieurs parois latérales 100, une paroi supérieure 101 et une paroi inférieure 102.

Pour effectuer le dépôt d’une couche sur le substrat 2, le réacteur 1 comprend des moyens d’arrivée et d’évacuation de précurseur(s) gazeux et/ou d’espèce(s) gazeuse(s) pour la formation du plasma. Le réacteur 1 comprend une arrivée de précurseur gazeux 12 configurée pour amener des précurseurs gazeux dans la chambre 10, comme l’illustre la flèche en haut du réacteur dans les figures 2 à 5. L’arrivée de précurseur gazeux 12 peut en outre être configurée pour introduire dans la chambre 10 des gaz pour la formation du plasma, par exemple des gaz rares tel que l’hélium ou l’argon. Le réacteur 1 comprend en outre un module de pompage 13 de la chambre 10. Le module de pompage 13 permet d’évacuer les espèces gazeuses présentent dans la chambre, comme l’illustre les deux flèches en bas du réacteur dans les figures 2 à 5. Ces espèces peuvent notamment être évacuées entre différents cycles du dépôt ALD. Le module de pompage 13 permet en outre, avec l’arrivée 12, de maintenir une pression donnée à l’intérieur de la chambre 10, typiquement inférieure à la pression atmosphérique.

Le substrat 2 est accueilli dans la chambre 10 de réaction par un porte-échantillon 11. Le porte-échantillon peut comprendre un plateau 110 configuré pour recevoir le substrat 2, relié à un bras 111. Le plateau 110 peut notamment présenter une face supérieure 110a plane supportant le substrat 2. La face supérieure 110a est par exemple sensiblement horizontale. Notons que le plateau 110 peut avoir d’autres faces inclinées, par exemple sur les bords ou une face inférieure arrondie.

Le réacteur 1 est configuré de sorte qu’un plasma soit généré par couplage capacitif entre la face supérieure 110a du plateau 110 et la paroi latérale 100, polarisée à la masse comme illustrée sur les figures 2 à 5. Pour cela, le plateau 110 est électriquement conducteur. Le plateau 110 peut être au moins en partie formé d’un matériau électriquement conducteur. La paroi latérale 100 est au moins en partie électriquement conductrice. La paroi latérale 100 peut être au moins en partie formée d’un matériau électriquement conducteur. Le réacteur 1 comprend en outre une source de puissance 14 configurée pour appliquer une puissance radiofréquence au plateau 110. La source de puissance 14 peut par exemple comprendre un générateur de puissance radiofréquence 142 relié à un organe de transmission 140 de la radiofréquence au plateau 110.

Cette source de puissance 14 peut comprendre un dispositif de régulation 141 et permet d’induire une tension RF, aussi appelée tension d’auto-polarisation, sur le plateau 110 pour générer le plasma CCP. De préférence, ce dispositif de régulation 141 comprend une unité d’adaptation automatique (qualifiée par son vocable anglais d’auto match unit) qui adapte l’impédance du plasma dans la chambre 10 à celle du générateur de puissance radiofréquence 142 de façon à minimiser la puissance réfléchie et permettre l’auto-entretien de la décharge. Cette source de puissance 14 est configurée pour générer le plasma et permettre l’auto-polarisation du plateau 110. En effet, le plasma est alimenté en puissance, et l’unité d’adaptation (ou de façon équivalente boite d’accord) adapte l’impédance pour minimiser la puissance réfléchie et permettre l’auto-entretien de la décharge. Le plasma est une décharge électrique possédant sa propre impédance fonction de son degré d’ionisation et de la chimie des gaz, ainsi que des paramètres géométriques du réacteur et d’alimentation électrique. La tension d’auto-polarisation peut typiquement être de 50 V à 300 V pour une puissance variant de 10 W à100 W, notamment dans un réacteur recevant des substrats de diamètre maximal de 200 mm. Le dispositif de régulation 141 peut notamment comprendre un atténuateur configuré pour limiter la puissance du générateur 142.

La paroi latérale 100 est au moins en partie non parallèle à la face supérieure 110a du plateau 110. La face supérieure 110a du plateau 110 et la paroi latérale 100, au moins sur sa partie non parallèle à la face supérieure du plateau, 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, jouant chacun le rôle d’électrode pour la génération du plasma. Lors du développement de l’invention, il a en effet été mis en évidence qu’une disposition non parallèle de la paroi latérale 100 et de la face supérieure 110a, couplée à une certaine distance d, permettait de générer le plasma par couplage capacitif à proximité du substrat 2, au niveau d’une zone de génération du plasma 3.

Le plasma est ainsi généré de façon localisée au voisinage 3 du substrat 2 avec un flux ionique beaucoup plus faible que pour un réacteur CCP conventionnel. Ce réacteur 1 permet de tirer bénéfice du bombardement ionique de faible énergie pour améliorer les propriétés du matériau (densité, pureté, structure cristalline, contrainte interne). De plus, il ouvre de nouvelles voies de développement de procédés concernant les métaux, les oxydes, les nitrures et les sulfures sur des substrats 2D et 3D, ainsi que des procédés de dépôts sélectifs de surface et topographiques. Ce réacteur 1 permet donc d’effectuer des dépôts de nature variée, contrairement aux réacteurs existants qui sont plus limités. Ce mode de génération du plasma permet en effet de faire des dépôts de couche métallique, notamment de métaux de transition et/ou de terres rares. Des dépôts de couche d’oxyde, de nitrures et/ou de sulfure sont en outre possibles, notamment de métaux de transition et/ou de terres rares.

La distance d permettant l’auto-entretien de la décharge plasma est dictée par la loi de Paschen, fonction de la pression P dans le réacteur, et de la tension moyenne minimale Umin d’auto-polarisation RF : Umin = P.d. On comprend donc que la distance d peut varier en fonction de la pression P dans la chambre 10 et de la tension moyenne minimale Umin imposée par la source de puissance 14.

Cette distance d est la distance la plus courte entre les deux électrodes que forment le plateau 110 et la paroi latérale 100. Cette distance peut par exemple être la distance entre l’un ou les deux bords d’extrémité du plateau 110 et la paroi latérale 100, de préférence entre une face supérieure du plateau 110 et la paroi latérale 100, et plus particulièrement entre l’un ou les deux bords d’extrémité de la face supérieure 110a du plateau 110 et la paroi latérale 100. Lors de la génération du plasma, le plateau 110 et la paroi latérale 100 sont éloignés de l’un à l’autre de la distance d.

Selon un exemple, la distance d entre la face supérieure 110a du plateau 110 et la paroi latérale 100 est comprise entre 5 cm et 15 cm, de préférence entre 5 cm et 12 cm, et plus préférentiellement encore entre 5 et 8 cm. Cette gamme de distance d est par exemple valable pour une pression P < 80 mTorr (avec 1 mTorr = 10' ³ Torr et 1 Torr ~ 133,322 Pa), et Umin (tension d’auto-polarisation) dont la valeur absolue est sensiblement comprise entre 0 V exclu et 300 V ]0 V ; 300 V], de préférence entre 50 V et 300 V [50 V ; 300 V], et plus préférentiellement encore entre 100 V et 300 V. Une densité d’ions suffisamment faible, sensiblement inférieure ou égale à 10 ¹⁴ ions. cm ^-2 . s ^-1 , peut ainsi être obtenue.

Pour le dépôt de couche par couplage capacitif selon l’invention, les pressions sont de l’ordre du mTorr à quelques centaines de mTorr, par exemple 200 mTorr. La puissance radiofréquence typiquement appliquée est inférieure ou égale à 100 W, cette puissance étant non nulle. Les paramètres de pression, de tension d’auto-polarisation et de distance sont interdépendants pour obtenir la génération d’un plasma par couplage capacitif. Comme il sera décrit plus en détail ultérieurement, il est possible dans le réacteur 1 que d soit fixée, et que la tension d’auto-polarisation et la pression soient ajustées dans des gammes correspondantes ci-dessus. En alternative, la distance d peut être ajustable par exemple avec des moyens de réglage de la hauteur du plateau 110, comme décrit ultérieurement.

Notons que le type de gaz peut avoir une influence sur la loi de Paschen. Ces données sont tabulées et connues de l’homme du métier, comme par exemple décrit pour l’argon dans C. Torres, R G. Reyes, F. Castillo, H. Martinez, Journal of Physics: Conference Series; Bristol Vol. 370, N° 1, (Jun 2012). L’homme du métier saura donc adapter ces paramètres par exemple en ajustant la tension d’auto-polarisation et la pression, d étant fixée, voire en complément en ajustant la distance d, notamment dans les gammes précitées.

Afin de générer le plasma, la paroi latérale 100 électriquement conductrice peut être au moins en partie disposée au-dessus du plateau 110, en projection de ladite paroi sur un plan perpendiculaire à la face supérieure 110a du plateau 110. On comprend donc que au moins une partie de la paroi 100 est disposée en regard de la face supérieure du plateau, de sorte que le plasma par couplage capacitif peut être généré entre la paroi latérale 100 et la face supérieure 110a du plateau 110, sur laquelle le substrat 2 est placée.

Selon un exemple, la chambre de réaction 10 et plus particulièrement la paroi latérale 100 présente une symétrie de révolution autour d’une direction parallèle à l’axe z et sensiblement centrée par rapport à la face supérieure 110a du plateau 110. Cette symétrie permet un amorçage du plasma sur toute la surface de la face supérieure 110a du plateau 110. Dès l’allumage du plasma, celui-ci se propage sur l’ensemble de l’électrode inférieure (la face supérieure 110a du plateau 110). Le plasma est donc plus homogène.

Selon un exemple, la paroi latérale 100 est disposée de façon verticale par rapport au plan d’extension principale (x, y) de la face supérieure 110a du plateau 110. Une paroi verticale engendre toutefois des lignes de champ très serrées sur les bords du substrat, et donc un plasma plus localisé (et donc plus énergétique). Un plasma plus localisé peut générer des phénomènes de claquage aux bords du substrat et donc des effets de bords.

Pour limiter cela, comme l’illustrent les figures 2 et 3, la paroi latérale 100 est de préférence au moins en partie disposée de façon oblique par rapport au plan d’extension principale (x, y) de la face supérieure 110a du plateau 110. De façon équivalente, la paroi latérale est disposée ni parallèlement ni perpendiculairement au plan d’extension principale (x, y) de la face supérieure 110a. Cette disposition oblique permet notamment d’améliorer le plasma obtenu en limitant les effets de bord. Le plasma généré est ainsi rendu plus homogène pour un meilleur dépôt de couche.

La paroi latérale 100 peut comprendre plusieurs portions 100a, 100b. Une première portion 100a peut être disposée sensiblement perpendiculairement au plan d’extension principale (x, y) de la face supérieure 110a. Une deuxième portion 100b peut être disposée de façon oblique par rapport au plan d’extension principale (x, y) de la face supérieure 110a du plateau 110. Dans la suite, on considère à titre non limitatif que la portion 100b de la paroi latérale est disposée de façon oblique par rapport au plan (x, y).

Comme par exemple illustré par la figure 2, la deuxième portion 100b de la paroi latérale 100 peut présenter une géométrique conique au-dessus du plateau 110. Cette géométrie peut plus particulièrement être choisie en fonction de la distance d. La portion 100b peut par exemple être sous la forme d’un cône tronqué par la paroi supérieure 101. Une géométrie de cône tronqué permet que la paroi latérale ne forme pas de creux dans lequel les espèces générées par le plasma pourraient s’accumuler. De préférence, la deuxième portion 100b présente une géométrie conique d’axe de révolution sensiblement centré par rapport au plateau 110.

Comme par exemple illustré par la figure 3, la deuxième portion 100b de la paroi latérale 100 peut former un dôme au-dessus du plateau 110. La portion 100b peut par exemple être sous la forme d’une demi-sphère au-dessus du plateau 110. À nouveau, cette géométrie peut plus particulièrement être choisie en fonction de la distance d. Une géométrie en forme de dôme, et plus particulièrement une géométrique hémisphérique permet d’avoir un volume de chambre plus faible (donc moins de réactifs consommés, chambre plus facile à pomper, et de limiter le volume mort dans la chambre. De préférence, la deuxième portion 100b présente une géométrie hémisphérique, de préférence sensiblement centrée par rapport au plateau 110. Le dôme peut être tronqué par la paroi supérieure 101. En alternative la paroi latérale 100 peut former un dôme non tronqué.

On comprend, par exemple en référence à la géométrie en dôme décrite ci-dessus, que la paroi latérale 100 peut s’étendre de façon à former tout ou partie de la paroi supérieure 101.

Selon un exemple, le plateau 110 peut être non ajustable en hauteur dans la chambre 10. De façon équivalente, le plateau 110 peut être non mobile au moins selon la direction verticale z dans la chambre 10. On peut prévoir toutefois que le plateau 110 soit configuré pour être mobile, par exemple en rotation, à la hauteur fixée de la chambre 10, par exemple pour améliorer l’uniformité du dépôt. Cette rotation peut être autour de l’axe de son bras 111 . Le plateau 110 peut en alternative être totalement fixe dans la chambre 10. Notamment lorsque le plateau 110 est non ajustable en hauteur, la géométrie de la paroi latérale 110 peut être adaptée par rapport au porte-échantillon pour obtenir la distance d permettant la génération du plasma. Le réacteur 1 peut ainsi être de configuration simplifiée, et donc moins onéreux.

Selon un autre exemple, le plateau 110 peut être ajustable en hauteur dans la chambre 10, comme l’illustre la double flèche verticale dans les figures 2 à 5. De façon équivalente, le plateau 110 peut être mobile au moins selon la direction verticale z dans la chambre 10. Ainsi, la distance d peut être ajustée par la hauteur du plateau 110, par exemple pour différentes valeurs de pression ou de tension minimale Umin, selon les besoins. On peut en outre moduler les propriétés du plasma en ajustant la hauteur du plateau 110 tout en veillant à ne pas éteindre le plasma 3. L’ajustement en hauteur du plateau 110 peut en outre être particulièrement avantageux lorsque le réacteur 1 comprend une source additionnelle de plasma, comme décrit plus en détail ultérieurement. On peut prévoir en outre que le plateau 110 soit configuré pour être mobile, par exemple en rotation, par exemple pour améliorer l’uniformité du dépôt. Cette rotation peut ici encore être autour de l’axe de son bras 111.

Le ou les mouvement(s) du plateau 110 peut/peuvent par exemple être actionné(s) par un moteur, non représenté sur les figures.

Comme par exemple décrit par les figures 2 et 3, le réacteur 1 peut être configuré pour ne former que le plasma par couplage capacitif entre le plateau 110 et la paroi latérale 100 dans la chambre de réaction. Le plasma peut notamment être généré entre deux électrodes uniquement. Le plateau 110 peut constituer l’une des électrodes. La paroi latérale 100 peut constituer l’autre électrode. Le réacteur 1 peut ne comprendre que la génération par couplage capacitif entre le plateau 110 et la paroi latérale 100 comme source de plasma. La configuration du réacteur 1 est ainsi simplifiée, et donc moins onéreuse. Notons que l’ajustement ou non en hauteur du plateau 110 est possible selon cet exemple.

Comme par exemple illustré par la figure 4, le réacteur 1 peut comprendre une source plasma à couplage inductif 15 déportée de la chambre 10. Le réacteur 1 peut donc être un réacteur multimode ICP et/ou CCP. Selon les besoins, le plasma peut être généré en mode ICP et/ou en mode CCP. Pour cela, le réacteur 1 peut comprendre une source inductive radiofréquence comprenant une bobine 15 alimentée par un dispositif de génération de puissance radiofréquence 16. La source de puissance 14 et la source inductive 15, 16 sont configurées de sorte que la puissance RF appliquée sur le plateau 110 est indépendante de la puissance RF de la source inductive.

Lorsque le réacteur 1 fonctionne en mode CCP, la génération du plasma se produit par couplage capacitif entre la face supérieure 110a du plateau 110 et la paroi latérale 100 comme décrit précédemment. Lorsque le réacteur 1 fonctionne en mode ICP, la génération du plasma est faite par la source plasma à couplage inductif 15. La source de puissance 14 peut alors être utilisée comme dispositif de polarisation configuré pour induire une tension de polarisation au substrat 2 permettant l’extraction des ions du plasma déporté avec une énergie incidente contrôlée au moment où ils arrivent au voisinage du substrat 2.

L’arrivée des précurseurs gazeux 12 peut être disposée au niveau de la source inductive 15, 16. La source inductive 15, 16 peut être isolée de la chambre 10 par une vanne 120 présentant une configuration ouverte de passage des espèces du plasma de la source à la chambre 10, et une configuration fermée de blocage de ces espèces. Notons qu’on peut prévoir qu’une autre arrivée de précurseurs gazeux soit disposée directement au niveau de la chambre 10, sans passer par la source inductive.

De préférence, lorsque le réacteur 1 peut comprendre une source plasma à couplage inductif 15 déportée de la chambre 10, le plateau 110 est réglable en hauteur. Ainsi, selon la distance d obtenue entre le plateau 110 et la paroi latérale 100, on peut générer un plasma par la source inductive 15, 16 uniquement, ou à la fois par la source inductive 15, 16 et par le couplage capacitif entre le plateau 110 et la paroi latérale 100. Notons qu’un ajustement ou non en hauteur du plateau 110 est possible selon cet exemple.

Comme l’illustre par exemple la figure 5, le réacteur 1 peut comprendre en outre un module de détermination 17 de l’épaisseur de la couche déposée. Ce module 17 peut par exemple comprendre un ellipsomètre couplé au réacteur 1 , par exemple à sa paroi latérale 100. La figure 5 est une représentation de principe. En pratique, les deux points d’intersection des rayons émis et réfléchis se coupent sur la surface du substrat où la croissance a lieu.

Des exemples de paramètres de fonctionnement du réacteur 1 sont maintenant décrits.

Les conditions de puissance RF et de pression dans la chambre 10 permettent d’adapter finement des caractéristiques du flux ionique du plasma.

L’arrivée de précurseurs gazeux 12 et le module de pompage 13 peuvent être 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.

La source de puissance 14 peut être configurée pour appliquer la polarisation radiofréquence avec une puissance inférieure ou égale à 100 W.

La source de puissance 14 peut être configurée pour appliquer la polarisation radiofréquence avec une fréquence comprise entre 2 et 100 MHz lorsque le plasma est généré par couplage capacitif.

Notons que lorsque le réacteur comprend une source plasma à couplage inductif 15, et fonctionne en mode ICP, la source de puissance jouant le rôle de dispositif de polarisation configuré pour induire une tension de polarisation au substrat 2 peut opérer à une puissance supérieure et/ou à une fréquence autre que la gamme précisée ci-dessus.

Ces paramètres dans les gammes indiquées ci-dessus permettent d’obtenir les caractéristiques de flux ionique suivantes du plasma généré par couplage capacitif, adaptées au dépôt PEALD :

- densité de puissance : 0,05 à 0,5 W/cm ²

- flux ionique : 10 ¹² à 10 ¹⁴ ions/(cm ² .s)

- énergie des ions : 0 à 300 eV (avec 1 eV ~ 1 , 60218.10' ¹⁹ J).

Le tableau suivant décrit des exemples de paramètres de génération de plasma selon l’invention, pour un plasma Argon, sans source déportée ICP La distance d correspondant à ces mesures est comprise entre 5 et 6 cm.

Tableau 1

Les paramètres Vdc sonde et flexal donnent la tension d’auto-polarisation, correspondant à l’adaptation d’impédance entre le plasma et la boite d’accord du réacteur. Vdc sonde donnée par une mesure de sonde (qui permet de déterminer le flux ionique) et Vdc flexal est donnée directement par la boite d’accord du réacteur. Le réacteur est alimenté en puissance RF appliquée et la tension d’auto-polarisation reste nulle quand le plasma ne s’allume pas ou ne s’autoentretient pas. Dans ce cas, toute la puissance est emmagasinée dans la boite d’accord.

Les figures 6A à 6D décrivent, pour les exemples de paramètres du Tableau 1 , l’effet de la puissance RF WCCP appliquée au plateau 110 sur le flux d’ions générés 4 (en unité arbitraire), à pression P constante, et en fonction de la tension d’auto-polarisation U.

Les figures 7A à 7C décrivent, pour les exemples de paramètres du Tableau 1 , l’effet de la pression P sur le flux d’ions généré 4 (en unité arbitraire), à puissance RF WCCP appliquée au plateau 110 constante, et en fonction de la tension d’auto-polarisation U, et de l’énergie des ions E. Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que l’invention propose un réacteur amélioré de dépôt assisté par plasma, permettant notamment une assistance du plasma plus douce que les solutions existantes, et donc qui engendre moins de défauts induits.

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention. La présente invention ne se limite pas aux exemples précédemment décrits. Bien d’autres variantes de réalisation sont possibles, par exemple par combinaison de caractéristiques précédemment décrites, sans sortir du cadre de l’invention. Dans les exemples illustrés, l’arrivée 12 a été représentée au niveau de la face supérieure 101 du réacteur 1. Une autre disposition, par exemple au niveau de la paroi latérale 100, est possible. Il en va de même pour le module de pompage 13.