DEPOTS DE FILMS DE ZrBN PAR PULVERISATION TRIODE

DEPOTS DE FILMS DE ZrBN PAR PULVERISATION TRIODE

Les propriétés exceptionnelles du c-BN font de ce matériau un très bon candidat pour des applications industrielles. Mais le verrou technologique à lever pour que son application soit possible réside dans sa mauvaise adhérence. Plusieurs études menées ces dernières années révèlent qu’au-delà de 200 nm d’épaisseur, les films produits se délaminent prématurément après dépôt. Nous pensons que la solution à cette faible adhérence peut être trouvée dans le système Zr-B-N qui nous permettrait de nous affranchir de la sous-couche de h-BN qui, à notre sens, représente l’handicap de la multicouche que l’on appelle communément film de c-BN. Une récente étude [78] a montré qu’un film mince de c-BN est défini comme la succession d’une couche amorphe de BN (a-BN) à l’interface film/substrat, suivie par une couche texturée de h- BN (turbostratique) puis d’une couche épaisse de c-BN et enfin une couche fine de h- BN. Il a été démontré par ailleurs, que cette sous-couche de h-BN présente un pic de contraintes très élevé égale à -15 GPa [87]. La conversion de cette couche en c-BN entraîne la relaxation des contraintes internes et la densification de la couche. Ainsi, en incorporant Zr dans les films de BN, nous voulons transformer la morphologie en cascade des films en une couche majoritairement c-BN qui aurait eu comme site de nucléation des cristallites de BN turbostratiques dispersées (figure.IV.2.1) évitant ainsi la formation d’une couche continue de h-BN responsable de la délamination du film.

Le but initial de notre étude était donc de vérifier la faisabilité de notre hypothèse à savoir : est-il possible d’obtenir des films de c-BN à partir d’une cible frittée de ZrB2 pulvérisée dans une atmosphère d’azote ? Si tel est le cas, vérifier si nous avons effectivement une couche de BN turbostratique discontinue. Le bâti de pulvérisation triode R.F utilisé pour l’élaboration des films de ZrBN a été présenté dans le paragraphe II.1.1.2. La pulvérisation de la cible ZrB2 a été effectuée dans une décharge plasma constituée d’un mélange d’argon et d’azote à différentes proportions. Tous les films ont été élaborés après que le vide résiduel de la chambre de  Sans idée préconçue sur les conditions de dépôts qui permettent l’obtention d’un taux maximal de la phase cubique de c-BN, nous avons réalisé les premiers films de ZrBN à 5, 7 et 9 µbar de pression de travail en faisant varier les proportions d’azote dans le plasma ainsi que la tension d’auto-polarisation du porte-substrats. Sur la figure IV.2.2 sont résumés les spectres FTIR des films ZrBN élaborés.

Des premiers dépôts réalisés, nous constatons que le pic relatif à la phase c-BN est visible dans le cas de films réalisés à faibles pressions de travail et proportions d’azote dans la décharge plasma. L’apparition du pic c-BN parallèlement à la diminution de l’amplitude du pic relatif à h-BN a été également observée quand la tension d’auto- polarisation augmente. Nous avons donc mené une deuxième campagne de dépôts à 3 et 4µbar, 25% d’azote dans le plasma tout en faisant augmenter graduellement la tension d’auto-polarisation de -50 à -175V. De la figure IV.2.3, nous observons que pour les films élaborés à 3µbar, la quantité de la phase h-BN diminue lorsque l’on augmente la tension d’auto-polarisation. Des observations similaires ont été faites pour les couches réalisées à 4µbar. À -175V, nous notons la présence d’un pic fin relatif à la phase c-BN contre la quasi-disparition du pic h-BN. En ce qui concerne les vitesses de dépôts des films, à partir de la figure IV.2.4 nous observons que l’augmentation de la tension d’auto-polarisation jusqu’à -120V induit une augmentation de l’épaisseur des couches (vitesse de dépôts). À partir de ce seuil (-120V), la vitesse de dépôt chute sans doute à cause de la repulvérisation de la couche déposée. La figure IV.2.5 montre l’influence de l’augmentation des proportions d’azote dans le plasma ainsi que la tension d’auto-polarisation sur les vitesses de dépôts des couches obtenues à 4µbar. Ainsi, l’augmentation de ces deux paramètres conduit à la diminution de l’épaisseur des couches.