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Atelier « Contamination ». Giens, Journées de l’IM2NP, 11-12 mai 2010. Résumé de l’atelier. Contamination Silicium « microélectronique » « vieux sujet » mais contraintes ITRS « extrêmes »

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Presentation Transcript
Atelier contamination

Atelier « Contamination »

Giens, Journées de l’IM2NP, 11-12 mai 2010


Résumé de l’atelier

  • Contamination Silicium « microélectronique »

  • « vieux sujet » mais contraintes ITRS « extrêmes »

  • liste de (contaminants + complexes) connue (ne pas oublier H, C et O), en concentration faible, interactions de paires métal–défaut uniquement …

    • techniques nombreuses mais compromis « magique » à trouver:

    • Détecter / Quantifier / Identifier / Localiser

    • - Part importante de l’axe thématique « fiabilité du matériau au composant »


Résumé de l’atelier

  • Contamination Silicium « microélectronique »

    • Projet « COMET » (FUI – 6 équipes IM2NP impliquées)

      • Développement de techniques de pointe (EDMR, DLTS, MAFM, micro-PCD, + Méthode optiques : ellipsométrie, spectroscopie, diffusion de la lumière, imagerie …

      • Étude des effets électriques (doses limite)

      • Etude physique de la diffusion / ségrégation y compris dans des structures microélectroniques complexes  multiples interfaces … +

      • Données sur la recombinaison des porteurs

      •  Pour simuler la contamination et ses effets


Résumé de l’atelier

  • Contamination dans Si photovoltaïque

  • contamination de plusieurs décades supérieure à la microélectronique

  • défauts étendus (dislocations, joint de grains)

  • …mais même problèmes et techniques que la microélectronique

  • Contamination autres matériaux

  • - SiGe, ZnO, Semi-conducteurs à grand gap (GaN, SiC…)

  • Sujet très en pointe au niveau international

  • Physique originale / Si: relaxation des défauts dans les SC grands gap


Résumé de l’atelier

  • Qu’est-ce qu’une contamination dans une nanostructure?

  • Au dans nanofils?

  • Comment « tient » un contaminant sur un nanofil?

  • Diffusion dopants dans boîte quantique?

  • Effets de surface?

  • Groupe de travail sur la DLTS … et l’EDMR

  • à mettre en place sous peu…


Des contaminants
Des contaminants

  • … dans les matériaux semi-conducteurs et isolants

  • … problématique ancienne qui fut « bloquante » dans l’industrie 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

  • Acides / Bases + … tout ce qui n’est pas attendu


Des contaminants

Liste de contaminants établie lors du projet CIM-Conta (2005-2009)



Des effets
Des effets

Industriels : perte de rendement , de performances

Physiques : précipités, défauts, complexes, procédés

Electriques : instabilités, décalages en tension, claquages, vieillissement accéléré


Des effets1
Des effets

Industriels : perte de rendement , de performances

Physiques : précipités, défauts, complexes, procédés

Electriques : instabilités, décalages en tension, claquages, vieillissement accéléré


Des etudes multiples
Des Etudes multiples

 Différents aspects des études de contamination:

 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…)

 Effets sur le fonctionnement du dispositif final

 Etudes statistiques (proportion de cellules défectueuses…)

 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…)

 Etude sur les dispositifs


Des techniques nombreuses
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…

 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 d’oxydes: statistiques

 Vieillissement prématuré: cinétiques de vieillissement



Le projet COMET

  • Ambition du projet: Caractériser et quantifier l’impact 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 d’adresser 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
Le projet COMET

Moyens mis en œuvre vis-à-vis de la difficulté

scientifique (non-exhaustif)

- Techniques d’analyses de surface

VPD associé à ICPMS, TOF-SIMS, D-SIMS

- Techniques d’identification 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


Ajouts
Ajouts

Contaminants : H

Méthode optiques : ellipsometrie, spectroscopie, diffusion de la lumière, imagerie

Structures microélectronique  multiples interfaces  ségrégation

Simulations  plusieurs physiques: diffusion/réaction et recombinaisons des porteurs (rayon de capture…)

Si métal en concentration faible, interactions de paires métal–défaut uniquement

But = trouver la bonne combinaison de techniques permettant l identification et la détection


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