Etude de l’influence de la position et de l’orientation du substrat par rapport à la cible rectangulaire

Dans ce chapitre, nous étudierons l’influence de la position et de l’orientation du substrat par rapport à la cible rectangulaire. Les paramètres d’élaboration des dépôts métalliques seront présentés. Ensuite, nous déterminerons les différents types de sources d’émissions d’atomes pulvérisés. Puis, les positions et les distances réelles entre les substrats et les sources équivalentes seront présentées afin de comprendre leur influence sur la croissance et les propriétés des dépôts. Les paramètres caractéristiques du flux de vapeur seront déterminés. Nous présenterons enfin les microstructures finales des dépôts métalliques obtenus avec le logiciel Simul3D. Une comparaison entre les images simulées et les images MEB, l’épaisseur et le nombre d’atomes normalisés en fonction de la position et de l’orientation des substrats sera exposée. Nous étudierons également certaines propriétés physiques (porosité et rugosité) des couches simulées avec le logiciel Simul3D. Enfin, la contamination des dépôts par l’oxygène de l’air sera analysée par différentes techniques de caractérisation (EDS, WDS et XPS). Dans le but d’étudier l’influence de la position du substrat par rapport à une cible rectangulaire, le nombre de variables du système de pulvérisation a été réduit par l’utilisation de la première configuration de porte-substrats (figure IV-1).

Le porte-substrats « configuration n°1 » constitué de 5 porte-substrats est en aluminium. Chaque porte-substrat possède deux faces : une qui est en face de la cible (α = 0°, représentée en couleur bleu sur la figure IV-1) et l’autre inclinée à 85° (α = 85°) par rapport à la cible (en rouge sur la figure IV-1). La position des cinq porte-substrats par rapport au centre de la plaque est de P = (- 150), (- 75), 0, (+ 75) et (+ 150) mm. La plaque est positionnée verticalement et en face de la cible rectangulaire plane. Les faces inclinées à 85° pointant vers le bas. La pression résiduelle dans la chambre était de 2. 10-6 mbar. Les dépôts d’Al (cfc, masse molaire = 26.98 g/mol, Tf = 933 K), de Cr (cc, masse molaire = 52 g/mol, Tf = 2130 K) et de Ti (hexagonal, masse molaire = 47.88 g/mol, Tf = 1933 K) ont été élaborés avec une puissance de travail constante (P = 1500 W) en DC. Le temps d’élaboration a été fixé à 53, 60 et 100 minutes pour chaque dépôt d’Al, de Cr et de Ti respectivement. Ces valeurs ont été déterminées expérimentalement afin d’avoir une épaisseur de dépôt de l’ordre de 4 µm pour un angle d’inclinaison de 85° du substrat par rapport à la cible rectangulaire. Dans ce qui suit, nous étudions les paramètres mesurés lors du processus d’élaboration des différents dépôts métalliques. Tout d’abord, nous commençons par étudier la variation de la pression de travail et de la tension lors du dépôt des trois matériaux métalliques. Puis, nous étudions l’influence de l’évolution de la température du substrat sur la croissance de la microstructure des couches élaborées.

Avant d’ouvrir les shutters, la quantité de gaz d’argon injectée dans la chambre de pulvérisation a été fixée à 100 sccm pendant l’augmentation de la tension de la cible. La pression est alors de l’ordre de 0.54 Pa. Cela permet de nettoyer les cibles de pulvérisation et de maintenir le plasma pendant la montée en puissance. Au moment de l’ouverture des shutters, la quantité de gaz d’argon injectée dans la chambre de dépôt a été fixée à 15 sccm pour les trois matériaux (Al, Cr et Ti). D’après la figure IV-2, la pression de travail se stabilise après cinq minutes autour de (0.081 ± 0.0005) et (0.079 ± 0.0004) Pa pour la cible de chrome et de titane respectivement. Pour la cible d’aluminium, la pression de travail n’est pas stable. Elle est de 0.088 Pa après l’ouverture des shutters et elle diminue progressivement jusqu’à 0.079 Pa (fermeture des shutters). Dans ce cas, la valeur moyenne de la pression de travail est de (0.082 ± 0.0015) Pa. Ces petites variations de la pression de travail sont négligeables sur le transport du flux de la cible au substrat et n’influenceront pas la croissance et la microstructure finale des couches minces. A la fin de l’élaboration des dépôts, la quantité de gaz d’argon injectée dans la chambre de pulvérisation a été rétablie à 100 sccm. Ce qui explique l’augmentation brutale de la pression à 0.54 Pa.