• Aucun résultat trouvé

CHAPITRE 3 : LA FABRICATION DES COMPOSANTS

3.2 C ONDUITE DU PROCEDE DE FABRICATION

3.2.4 Les tests et les contrôles

Lors de la réalisation des dispositifs, différents paramètres sont contrôlés à différents endroits du procédé technologique. Le Tableau 3-4 regroupe les différents contrôles effectués et les appareils utilisés pour valider la qualité de chaque étape.

Tableau 3-4 : les mesures effectuées et les appareils utilisés en salle blanche.

Mesures effectuées Appareils utilisés

1 Résistivité du wafer Testeur 4 pointes

2 Résistivité du polysilicium Testeur 4 pointes

3 Résistance obtenue Testeur cascade sous pointes I(V)

4 Photodiode obtenue Testeur cascade sous pointes I(V)

5 Durée de vie Scan Life time

6 Epaisseur des oxydes thermiques de silicium Ellipsomètre et profilomètre mécanique après gravure et contrôle du temps d'attaque

7 Epaisseur du polysilicium Ellipsomètre et profilomètre mécanique après gravure et contrôle du temps d'attaque

Lors de ce procédé, différents plaquettes de tests ont été aussi utilisées. Le tableau qui récapitule ces plaquettes Témoins est présenté sur le Tableau 3-5.

Les tests comportent la mesure de la durée de vie de porteurs de charges dans le Wafers, la mesure et la vérification de l’épaisseur du Polysilicium déposé au cours du procédé. Un test SIMS pour vérifier le profil de dopage des différentes implantations est importé dans le procédé mais il sera réalisé sur des plaquettes originales.

Les plaquettes T1, T2, T4 et T6 sont utilisées pour la mesure de la durée de vie. Les plaquettes T3, T5, T7 et T8 sont utilisées pour contrôler l’épaisseur, la résistance et la gravure du Polysilicium. Les plaquettes W1 et W2 ne sont pas des « Témoins » mais originales et sont utilisées pour faire des SIMS pour contrôler le profil de dopage suite aux recuits des implantations.

* : plaquettes « Témoins » en double.

Les plaquettes T7 et T8 verront les mêmes étapes mais subiront deux tests différents : T7 : test de la résistance. T8 : test de l’épaisseur d’oxyde.

Etapes Témoins T1 T2, W1 T3* T4, W2 T5* T6 T7* T8* Gravure Mires X X X X X X Implantation Bore1 X X Recuit Bore1 X X X X X X X Implantation Bore2 X X Implantation Phosphore1 X X Dépôt Polysilicium X X X X X Implantation N- (Rq) X X X Implantation N+ (K) X X Implantation P+ (A) X Gravure du Polysilicium X X X Recuit implantations X X X X

Tableau 3-5 : tableau récapitulatif des échantillons Témoin à utiliser durant le Procédé.

 Le contrôle de la résistivité et de la durée de vie des porteurs de charge.

La résistivité des substrats et la durée de vie des porteurs de charge, ont été mesurées initialement et les valeurs sont reportées au paragraphe 3.1.2.

De plus, d’autres ont été effectuées au fur et à mesure du déroulement du procédé technologique concernant la durée de vie de porteurs de charge et des plaquettes ont été prévues pour effectuer ces mesures et surveiller la qualité de la réalisation technologique.

La cartographie de la plaquette de départ a été représentée dans le paragraphe 3.1.2. Les étapes qui ont suivi et qui sont censées réaffecter la durée de vie de plaquettes sont celles qui concernent les implantations ioniques. La mesure de la durée de vie se fait alors après le recuit de l’implantation qui sert parfois à améliorer ce facteur par le réarrangement des atomes dans le réseau cristallin. La première implantation est faite durant l’étape 1.2, la cartographie de la durée de vie mesurée après le recuit de cette implantation est donnée sur la Figure 3-20.

Figure 3-20 : cartographie de la durée de vie après implantation Bore1.

Les valeurs sur cette cartographie issues de cette mesure montrent une excellente amélioration de la durée de vie comparée aux valeurs obtenues d’une plaquette vierge. La zone au centre de la plaquette présente une très bonne durée de vie dépassant 2ms. La durée de vie aux bords de la plaquette n’a pas été améliorée mais elle a gardé les valeurs d’origine.

Durant l’étape suivante (implantation Bore2), la durée de vie n’a pas été contrôlée. Nous avons préférés donc attendre le dernier recuit qui donne la durée de vie finale du procédé.

Ce recuit active donc la troisième implantation et toutes les implantations du Polysilicium aussi. Une cartographie a été faite pour contrôler cette durée de vie de la fin du procédé. La Figure 3-21 montre cette cartographie qui confirme la bonne qualité de la plaquette.

Figure 3-21 : cartographie de la durée de vie après le deuxième recuit.

Sur cette figure, la qualité de la durée de vie mesurée est concentrée au milieu de la plaquette où elle atteint 1300µs sur quelques endroits. Les faibles valeurs de la durée de vie sont plus vers les bords de la plaquette. Une valeur moyenne de la durée de vie de porteurs de charge à la phase finale du procédé est >1ms (en tenant compte de la distribution sur la cartographie).

Le contrôle de l’épaisseur des oxydes thermiques de silicium.

Lors des étapes suivantes, il y a création d’un oxyde thermique :

 Etape n°1.4 : Recuit d’activation de l’implantation n°1 avec encapsulation.  Etape n°2.5 : Recuit d’activation de l’implantation n°2 avec encapsulation.

Aux étapes 5.1 et 7.2, il est important de contrôler l’épaisseur de polysilicium. L’épaisseur de ces oxydes de silicium ainsi que celle du polysilicium est contrôlée par trois méthodes différentes : l’Ellipsomètre, le temps d’attaque, et le Profilomètre mécanique. Le Tableau 3-6 regroupe les différentes mesures d’épaisseur d’oxyde de silicium. Les mesures sont conformes aux simulations.

Ellipsomètre (Å) Temps d’attaque Profilomètre

mécanique (Å) Prévision (Å) Epaisseur SiO2 : Etape 1.4 638 50 secs (HF) NC 500 Epaisseur SiO2 Etape 2.5 248 30 secs (HF) 243 250 Epaisseur poly : Etape 5.1 3000 ± 20 NC NC 3000 Epaisseur poly : Etape 7.2 NC 1 min gravure plasma 3050 3000

L'ellipsomètre est utilisé pour mesurer les épaisseurs et les indices de réfraction des couches minces transparentes ou absorbantes optiquement. Il permet également d'étudier les propriétés de couches diélectriques et semi-conductrices, comme le dioxyde de silicium (SiO2), le nitrure de silicium

(SiNx), le polysilicium et le silicium amorphe, mais aussi des films métalliques variés, et des couches organiques comme le carbone et les résines photosensibles.

L’évaluation du temps d’attaque de l’oxyde de silicium par l’acide fluorhydrique est une méthode visuelle. La fin de la réaction est marquée par une différence d’adhérence de l’acide sur le silicium. Le temps d’attaque dans un bain d’acide fluorhydrique à 5% thermostaté à 20°C est de 80nm.min-1

. Le profilomètre mécanique (Tencor) permet d’avoir une valeur directe des épaisseurs. Avec une micro-pointe il effectue un trajet et mesure les hauteurs de marches ainsi que la rugosité.

Les valeurs des épaisseurs, d’oxyde de silicium, de polysilicium, et d’oxyde de polysilicium sont conformes à la simulation.

 Le contrôle de la qualité des oxydes thermiques de silicium par mesure de capacité de plots métalliques.

Le contrôle de la capacité des oxydes est une mesure classique en microélectronique. La mesure de la capacité se fait avec un capacimètre. Un capacimètre est un instrument de mesure qui permet de connaître la capacité des condensateurs en fonction de la tension ou de la fréquence. La mesure de la permittivité de l’oxyde de silicium ainsi que la mesure de la capacité de la photodiode (permittivité du silicium) sont présenté au chapitre n°4.

On trouve ici une permittivité de : 0,41*10 12 . 1

2    Fcm SiO

 Le contrôle de la capacité de la zone de charge d’espace.

La capacité de la photodiode dépend de la profondeur de la zone de charge d’espace, donc de la polarisation. La mesure de cette capacité est réalisée une fois la technologie terminée. Les résultats sont donc présentés au chapitre n°4.