Torche plasma micro-onde à la pression atmosphérique : application au dépôt de couches minces d'oxyde de silicium

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

TIA, PECVD, OES

Mots-clés

Plasmas (gaz ionisés) - Thèses et écrits académiques,

Pression atmosphérique - Thèses et écrits académiques,

Microondes - Thèses et écrits académiques,

Silice - Thèses et écrits académiques

Un nouveau procédé de dépôt CVD à l’air libre, utilisant une torche micro-onde à injection axiale, a été développé pour le dépôt de couches minces d’oxyde de silicium. Pour obtenir ces films en toute sécurité, il a été nécessaire de concevoir et d’installer un système d’injection des gaz puis d’incorporer la torche dans un réacteur métallique ouvert. L’introduction d’un porte-substrat mobile modifiait le couplage micro-onde / plasma. De ce fait, une approche par simulation a été conduite (logiciel CST microwave-studio) afin d’optimiser les paramètres de fonctionnement de la torche (longueur du guide d’onde = 202 mm, profondeur de la cavité = 13 mm). Ces résultats, confirmés expérimentalement, ont permis de rendre maximum et de stabiliser le transfert d’énergie pendant le traitement, dans un réacteur aux dimensions optimisées. Des couches minces d’oxyde de silicium ont été obtenues à partir de deux précurseurs organométalliques (TMS, HMDSO). Une étude paramétrique a montré que des films transparents pouvaient être déposés à une vitesse relativement élevée dans les conditions suivantes : puissance micro-onde de 500 W, débit de précurseur de 3 10-4 L.min-1 et une distance torche-substrat de 30 mm dans un débit total de gaz plasmagène (argon) de 15 L.min-1. Il a été observé une diminution de la vitesse de dépôt de 1500 nm.min-1 après 15 secondes à quasiment 0 après 5 minutes. Par ailleurs, les films évoluent d’une apparence transparente (< 1.5 minutes) à poudrée (> 1.5 minutes). L’augmentation de la température du substrat pendant le dépôt a été identifiée comme le paramètre responsable de cette évolution. Les films et le plasma ont été analysés par différentes techniques afin de proposer des mécanismes de décomposition des précurseurs.