Brevet FR2541779A1 — publié le 19840831

La présente invention a pour objet un dispo- sitif de contr 8 le des charges électriques mobiles dans un circuit intégré en technologie MOS. Les éléments des circuits intégrés tels que les grilles de transistors réalisés en technologie MOS sont constitués par la superposition de trois cou- ches: une couche M métallique formant l'électrode de la grille, une couche O d'oxyde et une couche S cons- tituant la plaque de silicium dopé La couche O d'oxy- de contient des impuretés ionisées mobiles Ces impu- retés, piégées dans l'oxyde, peuvent migrer et se com- porter comme des charges électriques mobiles Selon la différence de potentiel appliqué entre l'électrode mé- tallique et la couche de semiconducteur, elles se dé- placent vers la frontière métal-oyyde ou vers la fron- tière oxyde-semiconducteur. La mise en évidence de ces charges électri- ques mobiles se fait, de façon connue, par un procédé en trois étapes Dans une première étape, on relève, pour chacun des points du circuit intégré que l'on désire tester, une caractéristique capacité-tension électrique C=fl(V) o V est la différence de potentiel appliquée entre la surface du circuit intégré et la couche S de semiconducteur et C la capacité de la cou- che O d'oxyde et du semiconducteur au droit du point testé On applique ensuite à ce point du circuit inté- gré une contrainte de température-tension électrique. La contrainte de température a pour résultat d'activer la diffusion des impuretés ionisées mobiles de la cou- che d'oxyde, et la contrainte de tension électrique a pour résultat d'orienter le déplacement des impuretés ionisées mobiles ainsi activées La contrainte de tem- pérature est de l'ordre de 200 WC et la contrainte de tension électrique, proportionnelle à l'épaisseur de la couche d'oxyde, est de l'ordre de quelques volts i 2 2541779 pour une épaisseur d'oxyde de 50 nm Dans une troisiè- me étape, après le retour à température ambiante, on relève une nouvelle caractéristique capacité-tension électrique C=f 2 (V) du point du circuit intégré Cette deuxième caractéristique est différente de la premiè- reo On connait par ailleurs la caractéristique capaci- té-tension électrique théorique C=fl(V) La valeur de la capacité Cbp correspondant à V= 0 sur cette caracté- ristique est appelée "capacité de bande plate". Pour évaluer le nombre de charges électri- ques mobiles, on relève sur chacune des caractéristi- ques expérimentales les tensions de bande plate V 1 et V 2 qui sont données respectivement par les égalités Cbp=f 1 (Vl) et Cbp=f 2 (V 2) La comparaison entre V 1 et V 2 fournit une indication sur les charges électriques mobiles présentes dans la couche d'oxyde au droit du point testé. Pour mettre en oeuvre ce procédé de contr 8 le connu, l'homme de l'art utilise un dispositif compre- nant principalement un support de plaque muni de moyens de chauffage sur lequel est déposée une plaque de semiconducteur contenant les circuits intégrés à tester et-des moyens de contact électrique constitués de pointes électriques pour exciter électriquement les points des circuits intégrés à tester Les dispositifs connus comprennent quelques moyens de contact On peut ainsi relever le nombre de charges mobiles dans l'oxy- de en quelques points d'une plaque de circuits inté- grés De manière générale, on effectue séquentielle- ment pour chaque point à tester la première étape de relevé d'une caractéristique capacité-tension élec- trique; on effectue ensuite la deuxième étape de mise sous contrainte température-tension électrique simul- tanément pour ces mêmes points; et on réalise enfin la troisième étape de relevé d'une nouvelle caracté- ristique capacité-tension électrique séquentiellement pour chacun de ces points. Le désavantage principal de ce dispositif est qu'il ne permet de tester en pratique que quelques points de la plaque de circuits intégrés En effet, l'étape de mise sous contrainte température-tension électrique est longue e sa durée est de l'ordre de la dizaine de minutes Si l'on désire tester plus de points de la plaque de circuits intégrés que l'on a de. moyens de contact électrique, 'il faut donc opérer en plusieurs fois, en mettant sous contrainte températu- re-tension électrique à chaque fois autant de points à tester que l'on dispose de moyens de contact électri- que, Il est alors évident que plus l'on dési re tester de points, plus le contr 8 le est coûteux en temps Dans la pratique, l'homme de l'art limite donc le nombre de points testés au nombre de moyens de contact électri- que disponibles, c'est-à-dire à quelques unités. L'objectif de l'invention est de procurer, de manière simultanée, un moyen de mise sous contrain- te température-tension électrique d'un nombre quel- conque de points à tester de la plaque de circuits intégrés Pour cela, l'invention remplace le moyen discret de mise sous contrainte températuretension électrique par un moyen continu mettant sous contrain- te toute la surface de la plaque de circuits intégrés. Ainsi, la durée du contr 8 le, qui est très largement dépendante de la durée de la mise sous con- trainte température-tension électrique devient pres- que indépendante du nombre de points testéso On peut alors envisager de réaliser une cartographie des den- sités de charges électriques mobiles dans l'oxyde d'une plaque de circuits intégrés, c'est-à-dire de dessiner un ensemble de courbes isotension de bande plate de la plaque de circuits intégrés en testant un grand nombre de points, de l'ordre d'une centaine ou davantage Il peut 5 tre avantageux dans ce cas d'auto- matiser le dépplacement des moyens de contact électri- que d'un point de la plaque de circuits intégrés à un. autre et le relevé des tensions de bande plate en ces points Cette opération pourra donc être faite en une durée beaucoup plus courte qu'avec les dispositifs de l'art antérieur. De manière plus précise, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle des charges électri- ques mobiles dans un circuit intégré en technologie MOS comprenant un support de plaque muni d'un moyen de chauffage, des moyens pour fixer une plaque de cir- cuits intégrés réalisée en silicium sur ledit support de plaque, au moins un moyen de contact électrique pour appliquer une tension électrique aux points des circuitsintégrà-à tester, un moyen de polarisation ap- pliquant une différence de potentiel entre les deux faces de la plaque de silicium par l'intermédiaire de deux électrodes, chacune-en contact avec l'une des fa- ces de ladite plaque de silicium, caractéri- se en ce que la première électrode est constituée d'une membrane conductrice recouvrant la plaque de si- licium, cette première électrode étant maintenue en contact avec ladite plaque de silicium par une diffé- rence de pression entre ses deux-faces, la deuxième électrode étant constituée par le support dé plaque électriquement conducteur. Selon un mode de réalisation privilégié, la membrane est fixée sur un boitier en forme de U ren- versé, fermant ainsi la cavité de ce boitier Le dis- positif comprend en outre un moyen pour créer dans cette cavité une surpression par rapport à la piression externe au bottier. Selon un autre mode de réalisation privili- gié, le dispositif comprend un joint étanche encer- 2 2541779 clant la plaque de silicium, posé sur le support de plaque et supportant un boîtier en forme de U renversé sur lequel est fixée la membrane et il comprend un moyen d'aspiration créant une dépression dans le volu- me encerclé par le joint étanche par rapport à la pression dans la cavité du boitier. Selon une caractéristique secondaire, la membrane est une feuille métallique électriquement conductrice. Selon une autre caractéristique secondaire, la membrane est une feuille électriquement isolante recouverte d'un métal électriquement conducteur - D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limita- tif, en référence aux figures annexées dans lesquel- les: la figure 1 représente la grille d'un transistor d'un circuit intégré MOS et un moyen de contact, la figure 2 représente un mode de réalisa- tion du dispositif selon l'invention, la figure 3 représente un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté la grille d'un transistor d'un élément intégré MOS Elle com- prend une couche 2 constituée d'un semiconducteur do- pé, d'une couche d'oxyde 4 dans laquelle des impuretés ionisées sont mobiles, et une couche de métal 6 Un moyen de contact électrique 8 constitué par exemple d'une pointe électrique permet de porter la couche de métal 6 à un potentiel électrique En portant la cou- che 2 de semiconducteur à un autre potentiel, on peut alors effectuer le tracé des caractéristiques capaci- té-tension électrique et l'opération de mise sous con- 6 2541779 trainte électrique de la zone du circuit intégré si- tuée au droit de la couche de métal 6. La mise sous contrainte de température a pour effet d'activer les impuretés ionisées 9 Le mou- S vement de ces impuretés ionisées 9 est orienté par la contrainte de tension électrique -Le sens du déplace- ment des impuretés ionisées 9, représenté sur la figu- re par des flèches, est arbitraire Il dépend du sens du champ électrique régnant dans la couche d'oxyde 4, c'est-à-dire du signe de la contrainte de tension électrique appliquée, et il dépend du signe des char- ges électriques mobiles. Sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation du dispositif selon l'invention Ce dispo- sitif comprend un support de plaque 10 muni de moyens de chauffage 12 supportant une plaque de silicium -14 sur laquelle ont été insérés les circuits intégrés ay tester La fixation de la plaque de silicium 14 sur le support de plaque 10 est réalisée par aspiration au moyen d'une pompe (non représentée) reliée à un con- duit 16 percé dans le support de plaque 1 O -L'ensemble du dispositif est sous pression atmosphérique. La mise sous contrainte de température de la plaque de silicium 14 se fait par l'intermédiaire du support de plaque 10 'thermiquement conducteur muni d'un moyen de chauffage 12 La mise sous contrainte de tension électrique se fait au moyen de deux conduc- teurs électriques 30 a et 30 b, le premier appliquant par l'intermédiaire du boîtier 20 et de la membrane conductrice 18 un-potentiel sur la face supérieure de la plaque de silicium 14, le second appliquant un po- tentiel par l'intermédiaire du support de plaque 10 électriquement conducteur sur la face arrière de la plaque de silicium 14 La face arrière de la plaque de silicium 14 est éventuellement traitée pour favoriser une meilleure conductivité é 1 ectrique Pour que la membrane conductrice 18 transmette correctement le po- tentiel qui lui est appliqué à la face supérieure de la plaque de silicium 14, il faut qu'elle soit appuyée sur cette plaque de silicium 14 Ceci se fait dans le cas de cette figure 2, en créant une surpression entre la face de la membrane conductrice 18 qui n'est pas en contact avec la plaque de silicium 14 et la face de la membrane conductrice 18 qui est 'en contact avec la plaque de silicium 14 l Pour ce faire, la membrane con- ductrice 18 est placée sur un bottier 20 formant un U inversé Dans la cavité 24 de ce boîtier 20, on crée une surpression en apportant de l'air comprimé par un canal 28 traversant un orifice 26 du bottier 20 Une surpression de quelques dixièmes de bar est suffisante si le dispositif est sous pression atmosphérique pour réaliser la force d'appui de la membrane conductrice 18 sur la plaque de silicium 14. En pratique, la partie 22 du bottier 20 qui -maintient la membrane conductrice 18 est un peu en retrait du plan de la membrane conductrice 18 pour. éviter un contact avec le support de plaque 10 chauf- fant. Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comprend, comme dans la figure précéden- te, un support de plaque 10 muni d'un moyen de chauf- fage 12 sur lequel est déposée la plaque de 'silicium 14 contenant les circuits intégrés à tester, cette plaque étant f ixée sur le support de plaque 10 par aspiration au moyen d'une pompe reliée au conduit 16. La membrane conductrice 18 est fixée, comme dans la figure précédente, sur un boîtier 20 en forme de U inversé muni d'un orifice 26 La cavité 24 est donc à la miême pression que l'ensemble du dispositif Pour 8 2541779 appliquer la membrane conductrice 18 sur la plaque de silicium 14, on va donc créer une dépression du côté de la face de la membrane conductrice 18 en contact avec la plaque de silicium 14 par rapport à l'autxe S face de la membrane conductrice 18 Pour créer cette dépression, on utilise un joint d'étanchéité 32 qui encercle la plaque de silicium 14 Ce joint d'étan- chéité 32 peut être par exemple de forme toriqpe Il. repose sur le support de plaque 10 et soutient la par- tie 22 du bottier 20 Un conduit 34, percé dans le support de plaque 10, est relié d'une part à l'espace encerclé par le joint d'étanchéité 32 et d'autre part à une pompe à vide (non représentée) dont la mise en oeuvre permet de réaliser la dépression voulue Une dépression de quelques dixièmes de bar est suffisante si la cavité 24 du boîtier 20 est à la pression at- mosphérique La pression dans le conduit 34 doit ce- pendant être supérieure à celle régnant dans le con- duit 16 pour que la fixation de la plaque de silicium 14 soit assurée. Plusieurs types de matériau sont utilisa- bles pour réaliser la membrane conductrice 18 Elle peut être constituée par une feuille métallique mince X telle que par exemple de l'acier inoxydable, ou bien elle peut être constituée d'une feuille isolante, par exemple de type Kapton ou Milar, recouverte d'une cou- che conductrice, par exemple de l'aluminium ou du cui- vre Dans le second cas, et si seule une des faces de la membrane conductrice 18 est recouverte d'une couche conductrice, cette face est reliée électriquement au bottier 20 pour que le potentiel apporté par le con- ducteur 30 a-sur le boîtier 20 lui soit transmis O 9 2541779 REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle des charges élec- triques mobiles dans un circuit intégré en technologie MOS comprenant un support de plaque ( 10) muni d'un moyen de chauffage ( 12), des moyens pour fixer une plaque de circuits intégrés réalisée en silicium sur le support de plaque ( 10 C-), au moins, un moyen de con- tact électrique ( 8) pour appliquer une tension élec- trique aux points des circuits intégrés à tester, un moyen de polarisation ( 30 a et 30 b) appliquant une dif- férence de potentiel entre les deux faces de la plaque de silicium ( 14) portant les circuits intégrés par l'intermédiaire de deux électrodes, chacune en contact avec l'une des faces de la plaque de silicium ( 14), caractérisé en ce que la première électrode est cons- tituée d'une membrane conductrice ( 18) recouvrant la plaque de silicium ( 14), cette première électrode étant maintenue en contact avec la plaque de silicium ( 14) par une différence de pression entre ses deux faces, la deuxième électrode étant constituée par le support de plaque ( 10) électriquement conducteur. - 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la membrane conductrice ( 18) est fixée sur un bottier ( 20) en forme de U renversée fer- mant ainsi la cavité ( 24) de ce bottier ( 20) et en ce qu'il comprend un moyen pour créer dans cette cavité une surpression par rapport à la pression externe du boîtier ( 20). 3 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la membrane conductrice ( 18) est fixée sur un boîtier ( 20) en forme de U renversé, caractérisé en ce qu'il comprend un joint étanche ( 32) encerclant la plaque de silicium ( 14), posé sur le support de plaque ( 10) et supportant le boitier ( 20), et en ce qu'il l 1 2541779 comprend un moyen d'aspiration créant une dépression dans le volume encerclé par le joint étanche ( 32) par rapport à la pression dans la cavité ( 24) du boîtier ( 20). 4 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2 et 3, caractérisé en ce que la membrane conductrice ( 18) est une feuille métallique électri- quement conductrice. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2 et 3, caractérisé en ce que la membrane conductrice ( 18) est une feuille électriquement iso- lante recouverte d'un métal électriquement conduc- teur.