Principe du procédé
Le procédé thermique (ou « CVD thermique ») est la sous-technique la plus commune de la famille des dépôts chimique en phase vapeur. En effet, de manière générale, les techniques de CVD consistent à mettre en présence d’un composé volatil contenant le matériau à déposer, soit un autre gaz à proximité de la surface du substrat, soit la surface de la pièce elle-même.
Le composé vient alors réagir avec l’un ou l’autre pour former un produit solide qui constitue le dépôt à la surface du substrat. Il est important cependant que la réaction ne donne lieu qu’à un type de produit solide afin de permettre aux espèces résiduelles ne devant pas faire partie du revêtement d’être évacuées de l’enceinte sous forme gazeuse.
Les procédés de type CVD dont le procédé thermique, peuvent être réalisés à différents niveau de pression allant de la pression atmosphérique au vide poussé. Cependant, il est nécessaire d’avoir un certain apport énergétique pour activer les réactions qui peut se présenter sous différentes formes.
Ainsi pour le procédé thermique, c’est la température apportée au substrat qui fournit l’énergie servant à favoriser le déroulement de la réaction chimique et la diffusion des espèces apportées à la surface. Plusieurs moyens peuvent être employés pour chauffer la pièce à revêtir :
- Chauffage par effet Joule provoqué par le passage d’un courant au sein de la pièce à revêtir (propriété résistive de la pièce)
- Chauffage par radiation thermique (canne chauffante) : mise en température de l’ensemble de l’enceinte permettant une meilleure homogénéité du revêtement en termes d’épaisseur (mobilité accrue des éléments à la surface de la pièce)
- Chauffage par induction haute fréquence (nécessitant une pièce à la fois conductrice électrique et thermique).
Du fait de la facilité technique de mise en œuvre de ce type d’installation, les procédés thermiques sont fréquemment utilisés dans l’industrie mais nécessitent (du fait des températures utilisées) l’emploi restrictif de matériaux réfractaires pour la composition des pièces à revêtir.
Principe du procédé
Ce type de procédé de croissance épitaxiale appartenant à la famille des dépôts CVD (obtenus par réaction chimique avec la surface du substrat) est plus connu sous l’acronyme « OMCVD » (anglais : Organo-Metallic Chimical Vapor Deposition) ou « EPVOM » (français : Epitaxie en phase vapeur aux organométalliques). Il s’agit d’une technique pour laquelle les précurseurs réactifs sont sous forme de composés organométalliques ou d’hydrures qui transitent vers la pièce à revêtir au sein d’un gaz porteur passé dans un bulleur contenant les précurseurs. Ce procédé de croissance cristalline est utilisé de manière assez importante en industrie du fait de son caractère très reproductible et des fortes vitesses de croissance des couches qui peuvent être atteintes.
Le principe général de ce type de procédé est le suivant : un substrat soumis à des températures élevées (allant de 600 °C pour les éléments à déposer appartenant aux familles III à V des éléments de la classification périodique à 800 °C pour les nitrures de la famille d’éléments III) est balayé par un gaz vecteur chargé en espèces réactives. Ainsi les éléments qui vont constituer la couche en croissance sont pyrolysés à la surface du substrat puis déposés. Les résidus de la réaction ne servant pas à la croissance de la couche sont éliminés par le gaz porteur (le plus souvent de l’hydrogène voir de l’azote). Il est cependant à noter la possibilité d’avoir à la surface du matériau des réactions dites parasites qui produisent des impuretés pouvant nuire aux propriétés de la couche en croissance.
Contrairement aux autres techniques de CVD, ce procédé ne peut être utilisé sous vide poussé mais uniquement à faible pression sous atmosphère contrôlée. En revanche, ses plus basses températures de réalisation (comparativement à la CVD dite thermique) peuvent favoriser son utilisation dans des cas où des températures trop élevées représenteraient un point limitant du procédé de revêtement.
Afin de pouvoir réaliser un grand nombre de revêtements de natures différentes, de nombreux précurseurs peuvent être obtenus afin de répondre correctement à la problématique ciblée. Il est toutefois important d’être conscient de la nature souvent toxique de ces derniers qui doivent être manipulés avec précaution et dont les déchets doivent être récupérés et traités dans des centres spécialisés.
Exemples d’utilisation :
- les industries de semi-conducteurs,
- la production d’alliages métastables,
- la fabrication de composants optoélectroniques
Principe du procédé
Ce type de sous-catégorie de CVD repose sur le même principe général que la CVD dite thermique. Seule la source d’énergie change. En effet, l’énergie apportée l’est ici par l’intermédiaire d’un faisceau laser continu ou pulsé qui va venir irradier la surface de la pièce à revêtir très localement (activation thermique localisée de la réaction chimique) afin de venir réaliser le revêtement de manière très précise (micro-électronique) et à basse température (convient bien pour les matériaux moins réfractaires).
Il est cependant aussi possible d’irradier la phase vapeur constituée du gaz porteur et du précurseur afin d’augmenter la réactivité des espèces en présence.
Principe du procédé
Le procédé PECVD (pour Plasma Enhanced Chimical Vapor Deposition) est une technique qui est à mi-chemin entre les procédés PVD et CVD Thermique.
Il s’agit de réaliser une couche mince à la surface d’une pièce à revêtir à partir d’un élément gazeux par le biais de réactions chimiques. Cependant ces dernières, comparativement aux autres techniques de CVD, n’ont lieu qu’après l’apport d’un gaz précurseur et après la mise en place d’un plasma qui vient alors apporter l’énergie nécessaire à la dissociation du précurseur formant le dépôt. La création de ce plasma se fait à l’aide d’une décharge (RF, DC ou DC pulsé) entre deux électrodes venant ioniser les espèces du gaz plasmagène présentes au sein de l’enceinte.
Ce type de procédé bien que majoritairement utilisé sous un vide de l’ordre de 10-3 millibar peut tout aussi bien être réalisé à pression atmosphérique (de plus en plus utilisé en industrie). L’un des intérêts de cette technique est de pouvoir réaliser des revêtements à très faible température en comparaison avec les autres techniques de CVD. En effet, grâce à l’utilisation du plasma, il est possible de maintenir les électrons à de haut niveau d’excitation et donc de température tandis que les ions et les atomes beaucoup plus lourds peuvent être maintenus à des températures proches de l’ambiante. Ainsi les électrons en transférant leur énergie par collision avec les autres espèces peuvent provoquer la dissociation des molécules des précurseurs sans pour autant augmenter la température moyenne au sein de l’enceinte, ce qui n’aurait pas pu se faire dans d’autres conditions.
Un autre avantage de cette technique réside dans l’interaction des ions avec la matière en croissance. En effet, les ions en venant bombarder la couche permettent un accroissement de sa densité, une élimination des impuretés et des espèces non suffisamment adhérentes. De plus, elle permet d’obtenir d’importantes vitesses de croissance des couches tout en conservant la qualité des films obtenus.
Il est d’ailleurs possible à l’aide de cette technique de déposer bon nombre de matériaux qu’ils soient métalliques ou céramiques.