Reservation  -     

Center of MicroNanoTechnology CMi

Four CENTROTHERM
Traitement thermique pour les interfaces
Al-Si et Si-SiO2

Table des matires

  1. Introduction
  2. Principe Physique
  3. Capacit de lquipement
  4. Restriction d'accs
  5. Caractristiques techniques
  6. Informations

Tube Alloying
Tube Alliage Si-Al

I. Introduction Haut CMI

Le tube 1-3 est un tube atmosphérique dédié aux recuits des couches d'aluminium.

Le recuit après dépôt de couches métalliques sur le silicium ou polysilicium est utilisé communément dans les procédés VLSI (Very Large Scale Integration) pour permettre l'inter-diffusion des couches conductrices au niveau de leur interface. Ce procédé permet d'améliorer la qualité des contacts ohmiques.

L’ajout d’hydrogène dans l’azote permet en outre de diminuer la charge d’interface Silicium, oxyde de silicium.

II. Principe Physique Haut CMI

Le recuit est traditionnellement réalisé dans la gamme de température allant de 400°C à 500°C pendant 10 à 30 minutes en présence de 5 à 10% d'hydrogène (H2) et de 90 à 95% d'azote (N2). Ce mélange de gaz est appelé gaz de formage (en anglais : forming gas). Un débit d'azote conséquent est utilisé pour éviter la réaction de la couche métallique avec l'oxygène. Le rôle de l'hydrogène est de passiver et désactiver les défauts d'interface, telles les liaisons pendantes du Si aux interfaces Si-SiO2.

Ainsi deux effets distincts sont obtenus lors de ce recuit.

1er effet : amélioration du contact aluminium-silicium en veillant au problème de la perforation de la jonction p-n. Cet effet concerne les zones de contact.

Lorsque la surface du substrat silicium est en contact avec un film d’aluminium pur, le substrat se comporte comme une source de silicium que l’aluminium prend en solution. De plus, le coefficient de diffusion du silicium le long des joints de grains d’aluminium est grand à 400°C. Une quantité importante de Si peut donc migrer vers l’aluminium et dans le même temps l’aluminium progresse dans les espaces libres créés. La présence d’un oxyde de silicium natif juste à l’interface empêche une interdiffusion uniforme. En effet le processus de migration du silicium démarre dans les zones où l’oxyde est le plus fin. La pénétration de l’aluminium dans le silicium se présente alors sous forme de petites pointes. Si la longueur des pointes est supérieure à la profondeur de la jonction p-n, cette dernière sera électriquement court-circuitée. Pour supprimer ce mécanisme, il suffit de remplacer l’aluminium pur par un alliage d’aluminium contenant une concentration en silicium en excès par rapport à la solubilité du silicium dans l’aluminium à la température de procédé la plus élevée. Ainsi, lorsque l’interface Al-Si est chauffée, le film d’AlSi ne puise pas de silicium dans le substrat et le problème de formation de pointes est évité. L’utilisation de l’AlSi se révèle cependant inadéquate pour certaines applications VLSI pour lesquelles les jonctions sont moins profondes, les lignes de métal plus fines la topographie plus sévère. Dans ce cas, le dispositif est moins tolérant à la précipitation du silicium dans les films AlSi lorsqu’ils sont refroidis de 400°C à la température ambiante. De plus, les fissures et craquelures dans les zones de contact AlSi dues à l’électromigration sont plus critiques lorsque les surfaces de contact sont plus petites. Des contacts plus élaborés avec des couches de barrière de diffusion sont utilisés comme par exemple : Si / W / Al ou Si / PtSi / Ti:W / Al. (Ref.: Silicon Processing for the VLSI era, pp 332-335 ; VLSI Technology p. 226. Cf. références complètes des livres à la fin du document.)

2ème effet : diminution de la densité surfacique des charges d’interface par désactivation des liaisons pendantes du Si par l’hydrogène à l’interface oxyde-Si. Cet effet concerne les zones de grille.

La charge d’interface Qit « Interface Trap Charge » est localisée à l’interface Si/SiO2 sur les sites pouvant changer de signe par échange de porteurs mobiles (électrons ou trous) avec le silicium. L’état de la charge des sites d’interface dépend de la polarisation de la grille. Pour les oxydes thermiques, la charge Qit dépend de la température d’oxydation, du type d’oxydation (sèche ou humide), de la pression partielle d’oxygène et de l’orientation cristalline du substrat Silicium. La charge Qit diminue lorsque la température d’oxydation augmente et est plus faible pour les substrats <100> que pour les substrats <111>. A titre d’exemple, la charge d’interface d’un oxyde de grille réalisé à 950°C sur un substrat <100> est de l’ordre de 1012 cm-2eV-1. Cette valeur est trop haute pour la plupart des applications.

Deux techniques de traitement thermique permettent de diminuer Qit à une valeur de l’ordre de 1010 cm-2eV-1.

III. Capacit de lquipement Haut CMI

IV. Restrictions d'accs Haut CMI

V. Caractristiques techniques Haut CMI

Temprature.

Gaz de procd.

1-3_schema
Schma de principe du tube alliage Si-Al

VI. Informations Haut CMI

Bibliographie :