Atelier « Contamination » Giens, Journées de lIM2NP, mai 2010

Des contaminants … dans les matériaux semi-conducteurs et isolants … problématique ancienne qui fut « bloquante » dans lindustrie du MOS (Na, K) Dopants: B, As, P, In + association dopant-défauts, dopant-contaminant… Organiques (COV – Composés Organiques Volatiles Inorganiques métaux et leurs contaminants (soufre…) carbone, oxygène, complexes Eléments radioactifs (émetteurs, traces <ppb Acides / Bases + … tout ce qui nest pas attendu

Des contaminants Liste de contaminants établie lors du projet CIM-Conta ( )

Des contaminants

Des effets et des études Industriels : perte de rendement, de performances Identification des étapes sensibles du procédé de fab. et des causes de la contamination Limitations des contaminations lors du procédé de fab. Effets sur le procédé de fabrication (délaminage, masques…) Physiques : précipités, défauts, complexes, procédés Contrôle de la contamination - Nettoyage (surfaces) - Piégeage et « gettering » (étape de décontamination + piège à demeure sur site) - Barrières Etude sur les matériaux et les structures (multicouches…)

Electriques Effets sur le fonctionnement du dispositif final (instabilités, décalages en tension) Etudes statistiques (proportion de cellules défectueuses, claquages…) Etude sur les dispositifs (vieillissement accéléré) Des effets et des études

Des Techniques nombreuses Caractérisation des contaminants dans le matériau: Détection de présence Caractérisation de leur mobilité dans le matériau Réaction /précipitation dans le matériau (défauts étendus, interf.) Contraintes Propriétés mécaniques pour le procédé (adhésion des couches…) Techniques de caractérisation physico-chimiques (détection /quantification) surface STM, AES, MEIS, XPS, AFM magnétique, AFM électrique, LEED/RHEED, TXRF, VPD-ICPMS… Interfaces STM, AES, SAT, TEM, AFM magnétique, AFM électrique… Volume SIMS, TOF-SIMS, D-SIMS, DLTS, RBS, SAT, TEM, XRD, FIM, EDMR Techniques de caractérisation électrique (matériau / fonction. Dispo.) Durées de vie: voir tableau ci-joint… + Micro PCD Mobilité électronique : Piégeage de charges: décalages C-V, I-V Claquage doxydes: statistiques Vieillissement prématuré: cinétiques de vieillissement

Techniques de durée de vie TechniqueAcronymExcitationMeasurement PhotoConductive DecayPCDOptical pulseConductivity Time of Flight Drift MobilityTFDMOptical pulseCurrent transient Short Circuit Current Decay Open Circuit Voltage Decay SCCD OCVD Optical pulseI or V in a PN junction Photoluminescence DecayPDOptical pulseLight emitted Surface PhotoVoltageSPVOptical fluxMOS Surface Voltage Electron Beam Induced CurrentEBICElectron BeamCurrent Junction Reverse RecoveryRRElectrical pulsePN diode current Open Circuit Voltage DecayOCVDElectrical switchDiode voltage decay Pulsed MOS capacitorZERBST methodElectrical pulseMOS capacitance Gate-Controlled DiodeGCDElectrical pulse on Gate Drain/Bulk PN junction Current

Ambition du projet: Caractériser et quantifier limpact des contaminants métalliques sur les performances électriques des circuits Porteur: ST Microelectronics Objectifs du développement Etablir la relation entre contamination contrôlée et les performances des composants Modéliser le comportement des contaminants métalliques au cours du procédé Explorer de nouvelles techniques de caractérisation permettant dadresser les besoins analytiques des technologies hétérogènes embarquées. Améliorer les procédures de nettoyage dans le but de minimiser la contamination apportée par les Équipements Maitriser les méthodes de contamination sur plaquettes Le projet COMET

Moyens mis en œuvre vis-à-vis de la difficulté scientifique (non-exhaustif) - Techniques danalyses de surface VPD associé à ICPMS, TOF-SIMS, D-SIMS - Techniques didentification de contaminants dans le volume DLTS… - Techniques de mesure des longueurs de diffusion de porteurs minoritaires Micro-PCD, SPV… - Techniques de caractérisation fine MAFM, EDMR… - Techniques de caractérisation électrique à base de Testeurs électriques standard - Logiciels de simulation SPICE