TITRE : Réacteur pour le dépôt d'un matériau sur une surface d'un substrat disposé à l'intérieur du réacteur, et procédé pour déposer le matériau sur un substrat, en protégeant la paroi du réacteur.

La présente invention concerne le domaine du dépôt d'un matériau sur un substrat à partir de précurseurs gazeux. II est connu d'utiliser une chambre de déposition, ou réacteur, à l'intérieur duquel est disposé le substrat. Des conduits d'entrée sont aménagés pour l'injection à l'intérieur du réacteur d'un gaz précurseur, contenant un gaz vecteur neutre et les molécules de précurseurs permettant au matériau de se déposer. Dans les dispositifs de dépôt connus, une proportion trop importante des molécules du matériau à déposer, se dépose sur la surface des parois du réacteur, au lieu de se déposer sur le substrat, ce qui génère des coûts de maintenance du réacteur d'une part et, d'autre part, une consommation excessive de gaz précurseur pour obtenir le dépôt d'une quantité donnée de matériau sur le substrat. En outre, ces dépôts sur la surface des parois du réacteur sont générateurs de particules indésirables pouvant interagir avec le substrat et le dépôt sur le substrat.

L'inconvénient des dispositifs connus est de ne pas diminuer suffisamment la quantité de matériau déposée sur les parois du réacteur.

L'invention a donc pour but de proposer une solution à tout ou partie de ces problèmes.

A cet effet, la présente invention concerne un réacteur pour le dépôt d'un matériau sur une surface d'un substrat disposé à l'intérieur du réacteur, l'intérieur du réacteur étant délimité par une paroi, la paroi comprenant: - une zone d'injection principale, aménagée sur la paroi, et configurée pour permettre une injection principale à l'intérieur du réacteur d'un gaz précurseur configuré pour permettre au matériau de se déposer, l'injection principale étant réalisée selon une direction d'injection principale vers l'intérieur du réacteur,

- une zone d'aspiration principale, aménagée sur la paroi, et configurée pour permettre une aspiration principale, vers l'extérieur du réacteur, des gaz contenus à l'intérieur du réacteur, l'aspiration principale étant réalisée dans la même direction que la direction d'injection principale

- une zone d'injection secondaire, aménagée sur la paroi, et configurée pour permettre une première injection secondaire d'un gaz neutre à l'intérieur du réacteur

- une zone d'injection -aspiration secondaire, aménagée sur la paroi, et configurée pour permettre une deuxième injection secondaire du gaz neutre à l'intérieur du réacteur (R) et une aspiration secondaire, vers l'extérieur du réacteur, des gaz contenus à l'intérieur du réacteur,

la zone d'injection-aspiration secondaire étant située à la suite de la zone d'injection secondaire, dans le sens de la direction d'injection principale.

Ces dispositions ont pour effet de générer un rideau de gaz neutre qui va protéger les parois et ainsi réduire la concentration du matériau déposé sur les portions de paroi qui ont été aménagées pour permettre une injection secondaire de gaz neutre et une aspiration secondaire des gaz, ledit gaz neutre s'interposant entre le gaz précurseur et la paroi avant que le gaz précurseur soit évacué, principalement par la zone d'aspiration principale, le gaz neutre étant lui-même évacué par une zone d'injection-aspiration secondaire située en aval de la zone d'injection secondaire du gaz neutre, selon la direction principale d'injection et d'aspiration du flux de gaz précurseur.

Selon un mode de réalisation, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison techniquement acceptable. Selon un mode de réalisation, une partie de la paroi comprend une portion centrale par rapport à une extension de la partie le long de la direction d'injection principale, et la partie comprenant également une première portion en amont de la portion centrale et une deuxième portion en aval de la portion centrale, le long de la direction d'injection principale, la zone d'injection secondaire étant située sur première portion en amont de la portion centrale, la zone d'injection- aspiration secondaire étant située sur la deuxième portion, en aval de la portion centrale. Selon ces dispositions, la protection de cette partie de la paroi, par le rideau de gaz neutre injecté au niveau de la portion de cette partie qui se trouve en amont de la portion centrale de cette partie, et aspiré seulement en aval de cette portion centrale, sera plus efficace que si l'aspiration commence plus tôt, en amont de la partie centrale.

Selon un mode de réalisation, le substrat est étendu selon un plan d'extension qui coupe en deux portions une partie de la paroi du réacteur, l'intersection dudit plan d'extension et de la partie de la paroi définissant sur la partie une première portion en amont de l'intersection, selon le sens de la direction d'injection principale, et une deuxième portion en aval de l'intersection selon le sens de la direction d'injection principale, la zone d'injection-aspiration secondaire étant positionnée sur la deuxième portion en aval de l'intersection, et la zone d'injection secondaire étant située sur première portion en amont de l'intersection. Selon ces dispositions, la protection de la paroi sera améliorée par le rideau de gaz neutre généré le long de cette partie de la paroi, sans que le taux de concentration de matériau déposé sur la surface du substrat ne soit réduit par une aspiration du gaz précurseur qui interviendrait avant que le flux de gaz précurseur n'atteigne la surface du substrat. Selon un mode de réalisation, la paroi s'étend autour d'un axe central parallèle à la direction d'injection principale.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire et la zone d'injection aspiration secondaire sont connexes.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire s'étend autour de la zone d'injection principale. Selon ces dispositions, le rideau de gaz neutre injecté par la zone d'injection secondaire sera formé autour du flux principal d'injection en confinant autant que possible celui-ci à une zone centrale du réacteur et protégeant mieux ainsi la paroi qui se trouve à la périphérie de cette zone centrale du réacteur. Selon un mode de réalisation, la zone d'injection-aspiration secondaire s'étend autour de la zone d'aspiration principale.

Selon ces dispositions, le rideau de gaz neutre injecté par la zone d'injection secondaire sera formé autour du flux principal d'injection en confinant autant que possible celui-ci à une zone centrale du réacteur et protégeant mieux ainsi la paroi qui se trouve à la périphérie de cette zone centrale du réacteur. Les effets obtenus par les précédentes dispositions sont ainsi encore renforcés par ces dernières dispositions. Selon un mode de réalisation, la zone d'injection-aspiration secondaire est décalée par rapport à la zone d'aspiration principale, selon une distance radiale dans une direction transversale à la direction d'injection principale;

Selon un mode de réalisation, le substrat est étendu selon un plan d'extension transversal à la direction; Selon un mode de réalisation, la surface du substrat, sur laquelle est déposé le matériau, est orientée vers la zone d'injection principale.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire comprend une pluralité d'entrées secondaires, chaque entrée secondaire de la pluralité d'entrées secondaires étant configurée pour contribuer à l'injection secondaire.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection -aspiration secondaire comprend une pluralité d'entrées secondaires, et une pluralité de sorties secondaires, chaque sortie secondaire de la pluralité de sorties secondaires étant configurée pour contribuer à l'aspiration secondaire.

Selon un mode de réalisation, la paroi du réacteur comprend :

- une première partie et une deuxième partie qui chacune s'étendent principalement selon un plan transversal à l'axe,

- une troisième partie de forme cylindrique qui s'étend autour de l'axe central.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire comprend une partie positionnée sur la troisième partie de la paroi, en amont d'une portion centrale de la partie dans le sens de la direction d'injection.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire comprend une autre partie positionnée sur la première partie de la paroi, ladite autre partie s'étendant selon un plan transversal à l'axe central, autour de la zone d'injection principale. Selon un mode de réalisation, la zone d'injection -aspiration secondaire comprend une partie positionnée sur la troisième partie, en aval d'une portion centrale de la partie dans le sens de la direction d'injection.

Selon un mode de réalisation, zone d'injection-aspiration secondaire comprend une autre partie positionnée sur la deuxième partie de la paroi, et s'étend selon un plan transversal à l'axe central, autour de la zone d'aspiration principale, décalée d'une distance radiale par rapport à cette zone d'aspiration principale.

L'invention concerne également un procédé pour diminuer une quantité d'un matériau déposé sur une paroi d'un réacteur selon l'une des revendications précédentes, sans diminuer une autre quantité du matériau déposé sur une surface d'un substrat disposé à l'intérieur du réacteur, le procédé comprenant les étapes suivantes :

- injecter le gaz précurseur via la zone d'injection principale, et simultanément injecter le gaz neutre via la zone d'injection secondaire et via la zone d'injection- aspiration secondaire ,

- aspirer les gaz via la zone d'aspiration principale, et via la zone d'injection- aspiration secondaire. Pour sa bonne compréhension, un mode de réalisation et/ou de mise en oeuvre de l'invention est décrit en référence aux dessins ci-annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation ou de mise en oeuvre respectivement d'un dispositif et/ou d'un procédé selon l'invention. Les mêmes références sur les dessins désignent des éléments similaires ou des éléments dont les fonctions sont similaires.

[Fig. 1] est une vue en coupe d'un réacteur selon l'invention.

[Fig. 2] est une représentation schématique des étapes d'un procédé selon l'invention.

On utilise habituellement pour effectuer le dépôt sur un substrat, un réacteur R formé à l'intérieur d'un volume délimité par des parois PR; la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un mode de réalisation d'un réacteur selon l'invention. Avantageusement, le réacteur a une forme axisymétrique, i.e. la forme du réacteur présente une symétrie de révolution autour d'un axe central X. Ainsi, selon un mode de réalisation du réacteur R utilisé ici pour la description de l'invention, et représenté schématiquement sur la figure 1, le réacteur R a une forme approximativement cylindrique, disposée autour de l'axe central X ; seule une moitié du réacteur R, à droite de l'axe central X du réacteur R, est représentée en coupe sur la figure 1, selon un plan de coupe passant par l'axe central X.

L'homme du métier comprendra que l'exemple de forme utilisé ci-après, pour la description en référence aux dessins d'un mode de réalisation de l'invention, n'est pas limitatif.

A l'intérieur du réacteur R est disposé un substrat S, sur un support non représenté sur la figure. Ledit substrat comprend au moins deux faces, et s'étend par exemple principalement dans un plan. Sur les parois PR du réacteur sont aménagées différentes zones configurées respectivement pour injecter des gaz à l'intérieur du réacteur, et aspirer ces gaz de l'intérieur du réacteur vers l'extérieur de manière à les évacuer.

On distingue notamment :

- une zone d'injection principale IP, configurée pour permettre une injection principale à l'intérieur du réacteur R d'un gaz précurseur ; ledit gaz précurseur est un gaz contenant un gaz vecteur neutre et les molécules de précurseurs permettant au matériau CM de se déposer sur une des surfaces du substrat S, le dépôt du matériau CM résultant en général d'une réaction chimique entre les molécules de précurseurs et les molécules du matériau formant la surface du substrat S, la réaction chimique ayant lieu de préférence dans des conditions déterminées de pression et de température.

- une zone d'aspiration principale AP, configurée pour permettre une aspiration principale des gaz présents à l'intérieur du réacteur ; une zone d'injection secondaire IS1, IS2 configurée pour permettre une première injection secondaire d'un gaz neutre à l'intérieur du réacteur ; une zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2, configurée pour permettre une deuxième injection secondaire de gaz neutre à l'intérieur du réacteur R, et une aspiration secondaire, de l'intérieur vers l'extérieur du réacteur R, des gaz présents à l'intérieur du réacteur R.

La zone d'injection principale IP et la zone d'aspiration principale AP sont positionnées l'une par rapport à l'autre de manière à créer un flux principal de gaz précurseur qui traverse le volume intérieur du réacteur R, de manière à ce que ledit flux rencontre une surface du substrat S. A cet effet, ledit substrat peut- être avantageusement disposé de sorte que la surface du substrat S, sur laquelle le matériau CM doit être déposé, s'étende dans un plan transversal audit flux principal de gaz précurseur.

A cet effet, la zone d'injection principale IP est configurée de façon que l'injection principale de gaz précurseur à l'intérieur du réacteur R soit réalisée selon une direction d'injection principale D vers l'intérieur du réacteur, et la zone d'aspiration principale AP est configurée de façon que l'aspiration principale soit réalisée selon la même direction D.

Selon un mode de réalisation, la direction D et l'axe X sont confondus, de sorte que le flux principal de gaz précurseur traverse le volume intérieur du réacteur R selon la direction de l'axe central X.

Selon un mode de réalisation, comme cela a été indiqué ci-avant, le gaz précurseur injecté via la zone d'injection principale est un gaz contenant un gaz vecteur neutre et les molécules de précurseurs, selon des proportions connues de l'homme du métier, qui peuvent être très variables ; par exemple, les molécules de précurseurs utilisés pour des dépôts de type ALD, i.e. « Atomic Layer Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne, ou de type CVD, i.e. « Chemical Vapor Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne, peuvent être notamment des molécules halides, alkyls, cyclopentadienyls, b-diketonates.

Le gaz injecté via la zone d'injection secondaire IS1, IS2, ou via la zone d'injection- aspiration secondaire IS3, IS4 est un gaz neutre ; à titre d'exemple, l'argon et l'azote, ou plus précisément le diazote N ₂ , sont les gaz neutres les plus utilisés. Mais il est possible également d'utiliser comme gaz neutre tout autre gaz noble ou gaz rare, tels que les éléments chimiques du groupe 18 du tableau périodique, ainsi que tout autre gaz dont la composition est sans conséquence sur les réactifs ou la réaction chimique mis(e) en jeu dans le procédé de dépôt.

Le débit net de gaz neutre est déterminé par la différence entre le débit d'injection cumulé pour les zones d'injection principale IP, les zones d'injection secondaire IS1, IS2, et les zones d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2, et le débit d'aspiration cumulé pour les zones d'aspiration principale AP, et les zones d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire IS1, IS2 comprend une pluralité d'entrées secondaires ES, chaque entrée secondaire ES de la pluralité d'entrée secondaires ES étant configurée pour contribuer à l'injection secondaire, selon notamment les dimensions propres de ladite entrée secondaire ES. Ainsi le débit d'injection secondaire du gaz neutre dans la zone d'injection secondaire IS1, IS2 est une fonction des débits élémentaires de chaque entrée secondaire ES de la pluralité d'entrées secondaires ES de gaz neutre.

Selon un mode de réalisation, zone d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 comprend d'une part une pluralité d'entrées secondaires ES qui contribuent à l'injection secondaire en fonction de leur débit propre, et d'autre part une pluralité de sorties secondaires SS, chaque sortie secondaire SS de la pluralité de sorties secondaires SS étant configurée pour contribuer à l'aspiration des gaz présents dans le réacteur R. La contribution de chaque sortie secondaire SS à l'aspiration de gaz neutre d'une part, et de gaz précurseur d'autre part est fonction notamment du débit d'aspiration de ladite sortie secondaire SS.

Selon un mode de réalisation, la pluralité d'entrées secondaires, et la pluralité d'entrées et de sorties secondaires sont réparties régulièrement respectivement sur les zones d'injection secondaire IS1, IS2 et sur les zones d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2, par exemple à raison d'une entrée secondaire tous les centimètres, le long d'une direction parallèle à la direction d'injection D, et d'une sortie secondaire entre chaque entrée secondaire dans la zone d'injection- aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2. Ainsi, selon ce mode de réalisation, on obtient un débit de gaz neutre injecté également réparti sur toute la surface des zones d'injection secondaire IS1, IS2, et d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2. Selon un mode réalisation le substrat S est disposé à l'intérieur du réacteur de façon à ce qu'il s'étende, selon un plan d'extension principal, transversalement à la direction D du flux principal de gaz précurseur généré, à l'intérieur du réacteur R, par les zones d'injection et d'aspiration principales ; la surface du substrat sur laquelle doit être déposée le matériau CM contenu dans le gaz précurseur est de préférence orientée vers la zone d'injection principale.

Le réacteur R tel que décrit jusqu'à présent permet ainsi le dépôt sur une surface du substrat du matériau CM contenu dans le gaz précurseur. Mais le matériau CM se dépose aussi sur les parois du réacteur R si aucune disposition complémentaire n'est mise en oeuvre.

Pour protéger les parois PR du réacteur R un rideau d'un deuxième gaz, neutre, est généré, le long des parois à protéger, par les contributions combinées d'une zone d'injection secondaire IS1, IS2 et d'une zone d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 ; la zone d'injection secondaire IS1, IS2 est configurée pour permettre une première injection secondaire du gaz neutre à l'intérieur du réacteur et la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 est configurée pour permettre d'une part une deuxième injection secondaire de gaz neutre à l'intérieur du réacteur R, et d'autre part une aspiration secondaire, de l'intérieur vers l'extérieur du réacteur R, des gaz présents à l'intérieur du réacteur R.

Un rideau de gaz neutre est ainsi créé le long de la paroi sur laquelle sont aménagées respectivement la zone d'injection secondaire IS1, IS2 et la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2.

Pour que le rideau de gaz neutre ainsi créé soit le plus efficace possible, la zone d'injection secondaire IS1, IS2 et la zone d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 sont positionnées, sur la paroi à protéger, l'une à la suite de l'autre dans le sens de la direction d'injection principale D. Par ces dispositions, le gaz neutre injecté dans la zone d'injection secondaire IS1, IS2, n'est pas aspiré immédiatement vers l'extérieur du réacteur R, et est entraîné par le flux principal dans la direction D vers la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2, pour être progressivement aspiré vers l'extérieur, après avoir protéger la partie de la paroi correspondant à ladite zone d'injection secondaire IS1, IS2 et, le cas échéant, celle située entre ladite zone d'injection secondaire IS1, IS2 et ladite zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2.

Considérons maintenant une partie P3 de la paroi PR, ladite partie P3 s'étendant dans la direction D en couvrant les zones IS1 et IS3, AS1, représentées sur la figure 1, ladite partie comprenant une portion centrale, typiquement comprise entre la zone IS1 et la zone IS3, AS1, et une portion, typiquement IS3, AS1, située en aval de la portion centrale dans le sens de la direction D ; pour protéger encore plus efficacement cette partie P3 de la paroi PR, la zone d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 est positionnée sur la portion de cette partie en aval de la portion centrale, tandis que la zone d'injection secondaire IS1, IS2 du gaz neutre est positionnée sur une portion de cette partie en amont de la portion centrale. En effet, le rideau de gaz neutre qui est injecté au niveau de la zone d'injection secondaire IS1 située sur la portion de cette partie en amont de la portion centrale de cette partie, et qui est aspiré seulement en aval de cette portion centrale, sera plus efficace que si l'aspiration commence plus tôt, en amont de cette partie centrale.

Un des problèmes résolus par l'invention, est non seulement de réduire le taux de concentration du matériau CM déposé sur tout ou partie de la paroi PR du réacteur R, mais également de ne pas réduire le taux de concentration du matériau CM déposé sur la surface du substrat. Pour cela, il est avantageux de positionner correctement la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 sur la paroi PR relativement au substrat S disposé dans le réacteur R. Le substrat étant disposé préférentiellement dans un plan transverse à la direction d'injection D, la partie P3 de la paroi PR à protéger s'étendant le long de la direction D, l'intersection du plan d'extension du substrat avec la partie P3 de la paroi PR délimite une première portion de la partie P3 en amont de cette intersection et une deuxième portion de la partie P3 en aval de cette intersection le long de la direction d'injection principale D. Pour réduire le moins possible le taux de concentration du matériau déposé sur la surface du substrat, il convient de positionner la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 sur la portion de la partie P3 en aval de l'intersection du plan d'extension du substrat avec la partie P3 de la paroi PR, la zone d'injection secondaire IS1, IS2 du gaz neutre étant positionnée en amont de cette intersection. Selon ces dispositions, l'aspiration du gaz précurseur ne commencera pas avant que le flux principal de gaz précurseur n'ait atteint la surface du substrat S, et que le matériau CM ne soit déposé sur ladite surface du substrat S.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection secondaire IS1, IS2 du gaz neutre est positionnée autour de la zone d'injection principale IP. Ainsi le rideau de gaz neutre injecté par la zone d'injection secondaire IS1, IS2 sera formé autour du flux principal d'injection en confinant autant que possible celui-ci à une zone centrale du réacteur R et protégeant encore mieux la paroi qui se trouve à la périphérie de cette zone centrale du réacteur.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 est positionnée autour de la zone d'aspiration principale AP. Ces dispositions renforcent les précédentes pour améliorer la protection des parois obtenu par un rideau de gaz neutre à la périphérie du flux principal.

Selon un mode de réalisation, la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, AS1, IS4, AS2 est décalée par rapport à la zone d'aspiration principale AP, selon une distance radiale dans une direction transversale à la direction d'injection principale

D.

Selon un mode de réalisation, la paroi du réacteur comprend :

- une première partie RΊ et une deuxième partie P2 qui chacune s'étendent principalement selon un plan transversal à l'axe central X,

- une troisième partie P3 de forme cylindrique qui s'étend autour de l'axe central

X.

La zone d'injection secondaire IS1, IS2 comprend une partie IS1 positionnée sur la troisième partie P3 de la paroi PR, en amont d'une portion centrale de la partie P3 dans le sens de la direction d'injection D.

La zone d'injection secondaire IS1, IS2 comprend une autre partie IS2 positionnée sur la première partie PI de la paroi, ladite autre partie IS2 s'étendant selon un plan transversal à l'axe central X, autour de la zone d'injection principale IP.

La zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 comprend une partie IS3, AS! positionnée sur la troisième partie P3, en aval d'une portion centrale de la partie P3 dans le sens de la direction d'injection D.

La zone d'injection -aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2 comprend une autre partie IS4, AS2 positionnée sur la deuxième partie P2 de la paroi PR, et s'étend selon un plan transversal à l'axe central X, autour de la zone d'aspiration principale AP, décalée d'une distance radiale par rapport à cette zone d'aspiration principale

AP.

Selon un aspect, l'invention concerne un procédé pour déposer un matériau CM sur une surface d'un substrat S disposé à l'intérieur du réacteur R, le procédé comprenant les étapes suivantes, en référence à la figure 2 :

- injecter le gaz précurseur 101 via la zone d'injection principale IP, et simultanément injecter le gaz neutre 102 via la zone d'injection secondaire IS1, IS2 et via la zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2,

- aspirer les gaz 103 via la zone d'aspiration principale AP, et via zone d'injection-aspiration secondaire IS3, IS4, AS1, AS2.