PROPRIETES ELEC TRIQUES

x<0.1 x>0.1 Silicium peu dopé azote Silicium fortement dopé azote

Cristallisation après recuit à 850°C-60min Structure amorphe après recuit à 850°C-60min Faiblement contraint en tension après

recuit Contraint en compression après recuit

Tableau II- 7. Synthèse de l’étude portant sur les contraintes mécaniques et mise en évidence de deux types de NIDOS en fonction de la concentration d’azote.

II.7 PROPRIETES ELEC TRIQUES

Il existe plusieurs techniques permettant d’obtenir la résistivité des films dopés ou non, parmi lesquelles la spreading résistance, l’effet Hall ou la technique dite « 4 pointes ». Cette dernière est simple d’utilisation mais la théorie sous jacente l’est beaucoup moins, et est encore étudiée aujourd’hui [II-50]. Nous nous sommes intéressés à la résistivité de films non dopés bore en utilisant la technique « 4 pointes » qui présente l’avantage d’être rapide et non destructive, contrairement à la technique de « spreading résistance ». Nous allons dans un premier temps présenter la technique de mesure « 4 pointes », puis nous discuterons les résultats obtenus sur les échantillons de silicium et de silicium dopé azote pour des teneurs en azote comprises entre 0 et 30%, et pour des températures de recuit en four standard s’échelonnant entre 700°C et 1150°C.

7.1 MESURE « 4 POINTES »

Le résistivimètre utilisé est un CMT-SR2000N de la société Chang Min Tech Co Ltd, qui permet d’effectuer des mesures automatisées de résistivité en plusieurs points d’un échantillon (préalablement traité dans de l’acide fluorhydrique dilué), ce qui limite fortement les erreurs de mesures liées à la non reproductibilité de la force de contact des pointes sur la plaquette et à la qualité de ce contact lui-même. Un courant I est maintenu constant entre deux pointes, n°1 et n°4, et il s’agit de mesurer la différence de potentiel U entre les pointes n°2 et n°3, comme indiqué sur la figure II-8. La résistance R mesurée dépend de la géométrie de l’échantillon, et du positionnement des 4 pointes sur ce dernier, car ils définissent les lignes de champ [II-51]. Le problème concerne l’expression du facteur de correction K qui résulte de la prise en compte de ces différents paramètres dans l’expression :

I U K

R= Equation II- 21

Cette valeur traduit la résistance parallèle à la surface, du fait de la technique elle même.

La résistance par carré est définie comme la résistance d’un échantillon dont la longueur L serait égale à la largeur W pour une épaisseur d, soit une section transversale A=W×d. La résistance R, en Ω/carré, est alors donnée par :

(

)

où ρ est la résistivité en Ω.cm [II-10]. La résistivité sera évaluée à partir du produit entre la résistance obtenue par l’équation II-22 et l’épaisseur du film. Ce calcul suppose que le dopage est uniforme en volume, et que les longueur et largeur sont très grandes devant l’épaisseur du film. Ainsi, la résistance par carré est égale à la résistance donnée par la formule II-22. Nous exprimerons les valeurs de résistivité ρ

(

)

cette équation. 1 4 3 2 U courant I

Figure II- 8. Schéma de principe d’une mesure de résistivité par la technique 4 pointes.

Dans le cas où les électrodes sont équidistantes et sur un segment dont la longueur est grande devant les dimensions de l’échantillon, le facteur correctif dépend de la position des électrodes choisies pour réaliser la mesure comme indiqué dans le tableau ci- dessous [II-52].

Mesure du courant :

électrodes n° Mesure du potentiel : électrodes n° Facteur correctif K

1,4 2,3 2,3 1,4 π/ln(2) ≈ 4,53

1,2 3,4 3,4 1,2 2π/[ ln(4) - ln(3)] ≈ 21,84

1,3 2,4 2,4 1,3 2π/[ ln(3) - ln(2)] ≈ 15,50

Tableau II- 8. Valeurs des coefficients correctifs en fonction des conditions de mesure.

D’autres calculs sont reportés dans la littérature dans le cas où les électrodes sont réparties différemment, décrivant un carré [II-53-56], un rectangle [II-57], un cercle [II- 58] ou encore pour tenir compte de la forme de l’échantillon [II-52-54, 59-61] ou du caractère anisotrope du dopage [II-50, 62]. D’autre part, il est important d’effectuer les mesures sur des échantillons d’épaisseur d beaucoup plus petite devant le diamètre, ainsi que d<<S (distance entre chaque pointe) [II-10]. De plus, nous effectuerons les mesures sur des substrats oxydés de façon à s’affranchir des corrections liées aux effets de charge d'espace relatifs aux cas des jonctions [II-63].

7.2 ANALYSE ET DISCUSSION

La figure II-9 permet de comparer la résistivité des films de silicium et de silicium dopé azote en fonction de la température de recuit. La durée du recuit est de 15 minutes et l’épaisseur des films est de l’ordre de 200 nm. La gamme de température étant large (entre 700°C et 1150°C) de façon à mettre en évidence la cristallisation éventuelle des

films de NIDOS, il est apparu une réelle difficulté technique pour mesurer la résistivité des films dont la teneur en azote est supérieure à 2 %.

700 800 900 1000 1100 1200 0.01 0.1 1 10 100

pas de dopage bore

Température de recuit (°C) x=0 (d=210 nm) x=0,01 (d=180 nm) x=0,02 (d=220 nm) ρ ( Ω .c m)

Figure II- 9. Résistivité du silicium et du silicium dopé azote en fonction de la température de recuit T pour des films de 200nm d’épaisseur. La durée de recuit est de 15 min.

La résistivité que nous mesurons est effectuée en plaçant les 4 pointes à la surface des plaquettes de 4 pouces préalablement oxydées, et sur lesquelles sont déposés 0,2µm de silicium ou de NIDOS amorphe par LPCVD à 480°C (disilane). La résistivité est donc évaluée parallèlement à la surface de films minces, et les plaquettes sont systématiquement désoxydées avant la mesure 4 pointes.

Nous pouvons remarquer que :

• les films de NIDOS dopés azote sont plus résistifs que les films de silicium • la résistivité dans le silicium est minimale pour T=850°C

• la résistivité du silicium augmente pour des températures de recuit supérieures à 850°C et qu’il en est de même pour les films de NIDOS faiblement dopés • la résistivité des films de NIDOS pour une stœchiométrie x supérieure à 0,04

Nous retiendrons les points essentiels suivant permettant de minimiser la résistivité de la grille :

• une température optimale de recuit à 850°C pour laquelle la résistivité du silicium est minimale

• la nécessité d’utiliser du NIDOS de faible épaisseur et faiblement dopé azote (x<0,02) compte tenu de la résistivité obtenue même au voisinage de 850°C. • la nécessité d’étudier son dopage éventuel par du bore pour réduire cette

résistivité.