Brevet FR2148352A1 — publié le 19730323

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'isolement et de la propreté de la surface d'une plage d'un métal formant des oxydes isolants par une mesure--de la tension de perçage entre ladite plage, d'une part, et un fil amené au contact de la surface apparente de la dite plage, d'autre part. La présente invention concerne également le dispositif de mise en oeuvre du procédé. On sait que dans la technologie des dispositifs semiconducteurs, les problèmes de prises de contacts et dtinterconnexions ne sont pas entièrement résolus. Avec l'apparition des circuits intégrés notamment, l'augmentation de la densité des éléments dans chaque dispositif- aggrave le problème et, de plus, conduit généralement à prévoir des interconnexions dites multicouches parce que disposées en couches superposées séparées les unes des autres par des couches diélectriques. Or, dans la réalisation d'1éments simples ou de cireuits intégrés, le métal le plus souvant choisi pour former ces prises de contacts ou ces interconnexions est l'aluminium. Ce métal est en effet parfaitement conducteur et peut etre facilement déposé et photogravé à la surface,de la plaquette semiconductrice, le plus souvent du silicium, comportant les éléments actifs ou passifs du dispositif. Nais on sait que par simple exposition à l'air ambiant, l'alu- minium se recouvre d'une couche d'oxyde isolante de quelques dizaines d'angstroms d'épaisseur qui passive le métal sous-jacent. Les différentes opérations de finition, le délaquage chimique après photogravure, les lavages ou les rinçages des plaques semiconductraces, crééent également à la surface de l'aluminium dépos une couche d'oxyde plus ou moins pure et importante. De ce fait, lors de la réalisation, par exemple, de soudure de fils par thermocompression ou ultrasons sur des couches d'aluminiuX lesdites soudures adhèrent mal ou meme n'adhèrent pas, rendant ainsi les dispositifs semiconducteurs pratiquement inutilisables ou peu fiables. De plus, dans le cas de connexions multicouches, la réalisation de contacts non résistifs entre deux ou plusieurs niveaux de connexions est rendue difficile, voir meme impossible. C'est pourquoi, il est nécessaire, au cours de ltélaboration des dispositifs semiconducteurs, de contrôler l'état de surface de la couche métallique et d'évaluer la nature et l'importance de la pellicule susceptible de la recevoir. Ce problème, particulièrement fâcheux, dans le domaine des semiconducteurs et dans le cas de l'aluminium, se retrouve également dans d'autres secteurs industriels et pour tous les matériaux formant thermiquement ou chimiquement à leur surface des oxydes isolants. On connaît un procédé de contrôle qui consiste à appliquer une tension continue sur chaque face de la couche isolante recouvrant la plage métallique et à déterminer la valeur de cette tension, dite alors tension de perçage, pour laquelle la couche isolante se trouve traversée par le flux électrique. Le plus souvent on utilise comme première électrode la plage métallique elle-même, sur laquelle on prend soit un contact définitif par soudure d'un fil métallique, soit un contact provisoire à l'aide d'une pointe également métallique. Quant-à la seconde électrode, elle est constituée jusqu'à présent soit d'une pointe appliquée sur la surface de la pellicule recouvrant la plage métallique avec une certaine pression, soit d'une goutte de mercure disposée à l'extrémité d'une tige métallique rigide ou dans un tube capillaire. Dans le cas de l'utilisation d'une pointe comme deuxième électrode, l'inconvénient réside dans le fait que, lorsqu'on applique celle-ci sur la pellicule externe, non seulement elle pénètre dans ladite pellicule en la perçant, mais elle risque encore de la traverser et d'attaquer la couche métallique en formant ainsi un courtcircuit avec la première électrode. Dans le cas de l'utilisation d'une goutte de mercure, on évite la détérioration de la pellicule superficielle mais d'une part, la goutte ayant obligatoirement un diamètre relativement important ne permet pas d'effectuer de contrôles sur des petites surfaces et d'autre part à l'instant où la pellicule se trouve percée par la tension appliquée, le mercure pénètre dans le canal ainsi creusé, se dépose sur la couche métallique, forme avec celle-ci un intermétallique dont il est difficile ensuite de se débarasser. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé nient s. En effet, selon la présente invention, le procédé d'évaluation de l'isolement et de la propreté de la surface d'une plage d'un métal formant des oxydes isolants par une mesure de la tension de perçage entre ladite plage, d'une part, et un fil amené au contact de la surface apparente de ladite plage, d'autre part, est remarquable en ce que l'on donne au fil de contact la forme d'une boucle. Dans ces conditions, il n'y a plus aucun risque de pénétration dans la pellicule isolante ou dans la couche métallique sous-jacente ni aucun risque de détériorer celles-ci. En effet, la pression exercée sur l'électrode est limitée par la déformation élastique de la boucle car ladite boucle joue en fait le râle d'un ressort. De plus, la forme arrondie de la boucle est un atout supplémentaire comparé aux risques pris avec une électrode en forme de pointe. La boucle formée pouvant être de très petit diamètre, il est possible de réaliser des contrôles sur de très faibles surfaces, contrairement au cas où l'on utilise une goutte de mercure. Dans le cas de dispositifs semiconducteurs, l'expérience a montré qu'il était possible de faire au moins une dizaine de mesures sur une plaquette carrée de 100 microns de côté. Avantageusément, le fil de contact formant la boucle est en un métal inoxydable. Ceci est nécessaire, pour ne pas fausser le résultat de la mesure. En effet, si le fil peut se recouvrir d'une couche d'oxyde, l'épaisseur de cette couche vient s'ajouter à celle recouvrant la plage métallique à contrôler et les valeurs de tension de perçage relevées ne correspondent plus au but recherché. De préférence, le fil de contact est en or. Dans ce cas, au fait d'avoir un métal inoxydable, on ajoute l'avantage d'assurer une excellente conductibilité. La présente invention concerne également le dispositif de mise en oeuvre du procédé selon lequel, le brin de fil de contact situé du premier côté de la boucle et le brin de fil de contact situé du second côté sont sensiblement parallèles et maintenus dans cette disposition dans au moins un tube capillaire. Le fait de disposer les deux brins de la boucle dans un capillaire assure la rigidité de l'électrode et en particulier de la boucle. De plus, si l'on fixe les extrémités du brin de la boucle, le jeu desdits brins dans le tube capillaire peut être utilisé pour limiter la déformation de ladite boucle et son déplacement dans le sens vertical, c'est-à-dire en d'autres termes, pour assurer une limitation de la prèssion de la boucle sur la pellicule isolante. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure en annexe illustre la description d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé. L'exemple choisi concerne un élément semiconducteur et notamment un circuit intégré recouveru d'une couche d'aluminium mais il est évident qu'une description similaire pourrait s'appliquer à tout autre élément et avec tout autre matériau susceptible de se couvrir d'une couche isolante d'oxyde. Il est à noter que sur cette figure, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées ceci afin de rendre le dessin plus clair. Conformément à la figure, sur un plateau 1 est fixée une tige 2 le long de laquelle peut glisser, d'une manière réglable, un bras 3. Dans ce bras 3 est serré le capillaire 4 dans lequel on a posé auparavant le fil 5 formant à l'une des extrémités dudit capillaire 4 la boucle selon l'invention 6. A l'extrémité du capillaire 4, opposée à celle comportant la boucle 6 on dépose une goutte de cire 7 qui permet de fixer définitivement le fil 5. En regard du capillaire 4, en matière isolante de préférence, et sur le plateau 1, on dépose le dispositif semiconducteur à con râler. Dans cette description, on a représenté sommairement et partiellement un dispositif par un substrat 8 d'un type de conduction donné comportant un îlot diffusé 9 dans une fenêtre 10 creusée dans la couche d'oxyde 11. L'ensemble est recouvert de la couche métallique 12 d'aluminium sur laquelle s'est formée, à l'air ambiant ou par suite de traitements chimiques ou thermiques, la pellicule isolante 13. Le dispositif comporte en outre une pointe 14, en acier inoxydable ou carbure de tungstène par exemple, supportée par un bras 15 susceptible de se déplacer verticalement. Le fil 15 est relié par une connexion 16 à une borne de sortie d'une alimentation en tension non représentée sur la figure, la deuxième borne étant reliée à la pointe 14 par la connexion 17. Lors du fonctionnement on perce avec la pointe 14 la couche 13 du dispositif semiconducteur pour atteindre la couche d'aluminium 12. Par ailleurs, on descend le capillaire 4, de telle sorte que la boucle 6 du fil 5 vienne affleurer la surface de la couche isolante 13. On met ensuite en fonctionnement l'alimentation en tension sur laquelle on a préalablement disposé en parallèle un oscilloscope ou un appareil de mesure d aiguille ou digital. On fait varier régulièrement la tension dans le sens croissant jusqu'au perçage de la couche 13. A cet instant, après avoir ouvert le circuit, on lit la valeur de la tension sur l'appareil de mesure et en se référant à un tableau on peut déterminer l'épaisseur et/ ou la qualité de la couche 13. - REVENDIGATIONS 1.- Procédé d'évaluation de l'isolement et de la propreté de la surface d'une plage d'un métal formant des oxydes isolants par mesure de la tension de perçage entre ladite plage d'une part, et, un fil amené au contact de la surface apparente de ladite plage, d'autre part, caractérisé en ce que l'on donne au fil de contact la forme dsune boucle. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil de contact formant la boucle est en un métal inoxydable. 3.- Procédé selon l'ensemble des revendications 1 et 2, carac térisé en ee que le fil est en or. 4.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le brin du fil de contact situé du premier côté de la boucle selon l'invention et le brin du fil de contact situé du second côté de la boucle sont parallèles et maintenus dans cette disposition dans au moins un tube capillaire.