Brevet FR2094024A1 — publié le 19720204

2094024. La présente invention concerne une technique de mesure et de contrôle de façon continue, de l'efficacité des procédés de diffusion réalisés par l'intermédiaire de substances de dopage à vitesse de diffusion élevée. □ans les procédés de fabrication de dispositifs semi-conducteurs et de 5 structures monolithiques, l'or est très utilisé comme dopant. Dans les circuits digitaux, l'or est presque toujours utilisé comme centres de recombinaisons à desemplacements prédéterminés pour réduire de façon sélective la durée de vie des porteurs de charge à l'intérieur du circuit. De telles mesures garantissent que les temps d'emmagasinage des transistors ou des effets 10 parasites dans les circuits intégrés soient réduits et rendus inopérents. La constante de diffusion de l'or dans le silicium excède de plusieurs ordres de grandeurs celle des éléments des colonnes III et V de la classification périodique, qui sont les plus fréquemment utilisés dans des buts de dopage. Ainsi, par exemple, à 1050°C, un temps de diffusion de 15 minutes est 15 suffisant pour distribuer uniformément des atomes d'or dans toute une zone du réseau de silicium. On a trouvé qu'en dépit de la vitesse de diffusion élevée de l'or qui est utilisée pour réduire la vie de porteurs de charge, l'efficacité des atomes d'or distribués sur le réseau comme centres de recombinaison pour les porteurs 20 de charge ne sont pas garantis dans tous les cas. Il est par conséquent souhaitable d'avoir un procédé, par lequel la réalité de l'efficacité des atomes d'or comme centres de recombinaison puisse être commandée. Un objet de l'invention est de proposer une technique qui permet une commande efficace même dans des procédés de diffusion réalisés par l'inter-25 médiaire de dopants à vitesse élevée. Cette technique doit être particulièrement bien adaptée aux procédés de diffusion de l'or pour diminuer la durée de vie des porteurs minoritaires dans le silicium et pour permettre la détermination des paramètres, tels que la longueur de diffusion ou la durée de vie des porteurs de charge, qui caractérisent le succès du procédé de 30 diffusion, avant la réalisation finale des dispositifs semi-conducteurs ou des circuits intégrés à réaliser. La présente technique permet conformément aux enseignements de l'invention une mesure continue de l'efficacité des procédés de diffusion réalisés par l'intermédiaire de substances de dopage à vitesse de diffusion élevée, 35 particulièrement par le biais de la durée de vie de l'or dans les structures semi-conductrices au silicium, elle est caractérisée en ce que sur une structure de test qui doit être réalisée à l'intérieur de la structure semi-con-ductrice à mesurer, cette dernière qui comporte au moins deux transistors latéraux T^, T\... Tn» qui à l'exception de leur largeur de base 40 différente W„, W„... W,... W respectivement ont les mêmes dimensions et les 12 1 n -.71 • 15064 '' '2094024 mimes caractéristiques, on mesure les facteurs d'amplification du' courant a., a_ a,,.... a , qui sont associés aux transistors--individuels j 12 x n leur longueur de diffusion respective psut s'écrire : AW. . • l.J L. i,J , Cct./a'J •en î j • . et la durée de vie = L^i,j.—— des porteurs de charge minoritaires dans la zone de base respectivement, sont déterminés à partir de la différence entre la largeur de base AW_ Ie rapport des facteurs d'amplification de courant ot./ a des deux transistors. i j L'invention est ensuite expliquée par l'intermédiaire de la figure unique qui représente une structure de test et qui permet la détermination des longueurs de diffusion moyennes et la durée de vie moyenne des porteurs minoritaires. Cette structure de test est disposée en un ou plusieurs points adéquats de la tranche semi-conductrice à contrôler, grâce aux zones de contact C^, C^, E^, E^ qui sont disponibles, la détermination des paramètres sus-mentionnés avant le procédé de traitement thermique final de la tranche, de sorte que ce procédé peut être réalisé une fois que l'on a obtenu les valeurs des durées de vie nécessaires pour les porteurs. La structure de test comprend essentiellement au moins deux structures de transistor T et qui sont conçues de façon symétrique à l'exception des largeurs de base et W^, dont les zones de collecteur C^, C^de type de conduction P et les zones émetteurs E_ et E„ sont encastrées dans la zone de 1 2 base commune de type N qui a son tour est isolée, des autres zones de la structure monolithique à contrôler par l'intermédiaire d'une diffusion d'isolation de type P+ . La base commune aux deux transistors latéraux est réalisée par l'intermédiaire d'une zone conductrice de type N+ qui est disposée au centre symétriquement entre les transistors et T^. Les zones de base actives propres, s'étendent comme des montants entre les zones collecteur etémetteur de chaque transistor et ont des largeurs différentes dans chaque cas W^ et W^, puisque, comme cela paraîtra clairement dans la suite, la différence - W^= AW affecte le résultat de la mesure. Pour déterminer les paramètres nécessaires qui sont caractéristiques de l'effet de diffusion, les amplifications en courant coïrfcinu a , 'a^ des deux structures de transistor T et T sortt mesurées et "comparéës: les-'Uri'es pàr rapport aux autres. En théorie 1'amplification 'du courant d"un: trahsTstor est donnée par l'expression- : : " (1) çt = I /I . hCm/, ■, ----- : " ' c e ch (W/LJ où W eét la largeur de base du transistor respectif, L la longueur de diffu- 71 15064 3 2094024 efficace d'un porteur de charge minoritaire et C une constante qui dépend du courant qui est divisé dans une direction verticale et horizontale et qui dépend du rendement de l'émetteur. On a trouvé que si : W » L 5 la valeur de C est pratiquement constante, c'est-à-dire indépendante de W. W»L permet aussi approximativement de remplacer ch CW/L) du dénominateur de l'expression CD par la fonction exponentionnelle ainsi obtenue, on trouve alors à la place de C1). C2) a = I /I = 2C. £ ~(W/LJ c e à partir de cette expression 10 CSJa^-e - V/L= eAW/L Qn obtient comme rapport des valeurs d'amplification de courant pour deux transistors qui diffèrent seulement par rapport à leurs largeurs de base CW2 - W ■ AW*0). Ainsi l'équation : A W 15 £n(a1/o2} est obtenue pour la longueur de diffusion L des porteurs de charge. Pour l'application pratique du procédé conforme à l'enseignement de l'invention on attirera l'attention sur les deux facteurs : 1. Les largeurs de base et W2 pour les transistors individuels, bien 20 qu'étant déterminées par le masque photo, peuvent être transférées à la tranche avec de légères déviations. 2. Il n'est pas nécessaire de mesurer AW « W^ - W^ sur la tranche en cours d'utilisation puisque et diffèrent par la même quantité à partir de la valeur nominale de la configuration, c'est-à-dire AW est fixé par le 25 masque et n'a besoin d'être mesuré qu'une seule fois. Line fois que L a été déterminé de la façon décrite ci-dessus, on peut à ce moment obtenir la durée de vie moyenne adéquate t de porteurs de charge, puisqu'à la fois les valeurs sont dépendantes les unes des autres par l'intermédiaire de l'équation L = / D. t, où D représente la constante de 30 diffusion. L'élimination de □ de cette expression par l'intermédiaire de la relation de Nemst-Townsend-Einstein D = iikT/q, où k représente la constante de Bolzmann, T la température absolue, ji la mobilité connue des porteurs de charges, et q la charge électronique, on obtient : t . l2 . q 1.2 1.2' ykT 35 pour la durée de vie t des porteurs de charge minoritaires, dans le cas # l|4 d'une structure de test comportant deux transistors individuels T et 1^. Une comparaison des deux transistors de test et comme donné dans l'expression C3J ou plus généralement de deux transistors et dans un ensemble de N transistors avec N > 2, ceci signifie qu'une comparaison 71 15064 4 2094024 des valeurs d'amplification associées aux transistors conduit à l'élimination de la constante 2C, de sorte que la distribution de courant inhérente à* la constante C et le rendement d'émetteur n'affectent pas le résultât de la mesure {pourvu que les transistors comparés aient des propriétés- suffisamment 5 identiques excepté leurs largeurs de base). C'est cette condition nécessaire et préalable qui est recontrée à un degré très élevé dans le. cas de transistors qui sont fabriqués comme des structures individuelles d'un système monolithique par des étapes identiques de procédé. Bien que. l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, 10 les caractéristiques principales de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre et de la portée de la présente invention. 71 15064 5 2094024 REVENDICATIONS 1. Technique de contrôle des procédés de diffusion par mesure continue de l'efficacité des procédés de diffusion réalisés dans des structures semi-conductrices par l'intermédiaire de dopant à vitesse de diffusion élevée, caractérisée en ce que : lors d'un test à réaliser sur une structure semi-5 conductrice à mesurer, comprenant au moins deux transistors latéraux T^, 1 ... T^, Tn, qui à l'exception de leurs largeurs de base différentes W^, W^... W^, Wn ont les mimes dimensions et caractéristiques, les facteurs d'amplification du courant a., ot a , associés aux transistors individuels 1 2 i n sont mesurés et les longueurs de diffusion A Wi * 2 10 [L. . « —— ) et les durées de vie t. . « L. .. —— des porteurs , (a/al wkT •en i j de charge minoritaires dans leurs zones de base respectives sont déterminés, à partir de la différence entre la largeur de base AW. . du rapport des facteurs d'amplification de courant a^/ de deux transistors. 15 2. Technique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on utilise la diffusion de l'or dans le silicium. 3. Technique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un test portant sur deux structures de transistors latéraux PNP , T^, T^, qui sont symétriques l'une par rapport à l'autre, avec un contact émetteur et un contact 20 collecteur [E^, E^ ; C^ et C^) chacune, un contact de base commun placé au centre B. _ est utilisé pour réaliser la mesure. 1,2 4. Technique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la différence de la largeur de base AW est déterminée par le photomasque utilisé lors de la fabrication de la structure de test.