Brevet FR2617978A1 — publié le 19890113

DISPOSITIF DE MESURE DE CAPACITE PARASITE DANS UN CIRCUIT IN TERRE ET PROCEDE DE REALISATION DES SONDES DUDIT DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de mesure de capacité parasite dans un circuit intégré. Elle concerne également un procédé de réalisation de chacune des sondes de mesure de capacité qui équipent ce dispositif. Les performances des circuits intégrés dépendent en grande partie des capacités dues aux interconnexions. Ces capacités parasites de couplage entre éléments ou par rapport à la masse limitent en effet notamment la vitesse de propagation et augmentent les temps de commutation, et il est important, lors de toute conception de circuit intégré, de les déterminer avec précision. Cette connaissance est indispensable en particulier pour effectuer de bonnes simulations en vitesse de ces circuits. Le problème se pose aussi bien pour des circuits en silicium qu'en arséniure de gallium. Avec le silicium, par exemple, l'épaisseur du métal d'interconnexion devient comparable à sa largeur, et des capacités parasites apparaissent entre les faces de ces conducteurs d'interconnexion et le silicium. On pourrait songer à réduire l'épaisseur de métal entre le silicium et ces conducteurs, mais cela conduirait à une augmentation inacceptable de la résistance de cette couche métallique. Dans le cas de l'arséniure de gallium, l'espacement entre les lignes d'interconnexions est de quelques micromètres, et la distance entre les lignes et le plan de masse de quelques centaines de micromètres. Des distances aussi faibles conduisent inévitablement à des coefficients de couplage très forts. La détermination de ces capacités est cependant difficile, car les grandeurs considérées sont extrêmement faibles, de l'ordre de quelques femtofarads (1 femtofarad = 10 15 farad). Diverses approches peuvent cependant être envisagées pour effectuer cette détermination. L'une d'entre elles consiste à tenter d'utiliser les formules présentées dans les ouvrages de base. Mais les résultats obtenus conduisent à des valeurs variant dans un rapport de 1 à 2 au moins. Une telle imprécision ne surprend d'ailleurs pas car, à l'échelle des dimensions ici en jeu, les phénomènes perturbateurs prennent une grande importance. Par exemple, pour les petits motifs, les effets de bord sont largement prédominants. Des calculs par ordinateur peuvent être envisagés à partir d'une connaissance précise des dimensions des éléments, mais seulement dans le cas de motifs relativement simples. De tels calculs deviennent très complexes, voire impossibles, quand les motifs ont des formes compliquées ou sont situés trop près du bord du cristal, et sont de toute façon extrêmement coûteux. Enfin, des mesures directes peuvent parfois être effectuées, mais seulement dans le cas de motifs de taille relativement importante. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure de capacités parasites dans les circuits intégrés qui soit plus fiable que ceux proposés jusqu a présent. L'invention concerne à cet effet un dispositif de mesure de capacités caractérisé en ce qu'il comprend deux sondes blindées jusqu à leur extrémité sur toute leur partie inactive et un échantillon de semiconducteur dont les dimensions et les motifs sont K fois plus grands que les dimensions de l'échantillon réel et les motifs d'origine portés par ledit échantillon réel. La structure ainsi proposée conduit à une grande précision de mesure par minimisation des capacités de pointes de sonde et des erreurs du capacimètre. En outre, l'adoption d'échantillons homothétiques permet une prise en compte naturelle des effets de bord des circuits intégrés, et supprime toute limitation relative à la complexité géométrique des métallisations, les motifs étant faciles à réaliser puisque très agrandis. Les particularités de l'invention apparaîtront maintenant de façon pl#us détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels - la figure 1 montre un mode de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention - la figure 2 montre un mode de réalisation de chaque sonde de mesure du dispositif de la figure 1. Le dispositif selon l'invention, représenté sur la figure i dans un mode préférentiel de réalisation, comprend deux sondes de mesure 10 et 20, deux micromanipulateurs 30 et 40 pour la commande respective de déplacement des sondes, et un capacimètre 50. Les sondes 10 et 20 sont portées par des bras 15 et 25 déplaçables à l'aide des micromanipulateurs et sont reliées au capacimètre par des câbles blindés 150. L'échantillon de circuit intégré 60, ici en arséniure de gallium par exemple, est disposé sur un support 80 par l'intermédiaire d'une plaque 70 reliée à la masse (pour les mesures de capacité entre plots de surface) ou à une borne du capacimètre (pour les mesures de capacité entre plot de surface et face arrière de l'échantillon de semiconducteur). Un boitier de blindage 90 est prévu pour éviter notamment les effet de main pendant les manipulations. Chaque sonde 10 et 20 est constituée de façon identique. La sonde 10, par exemple, comprend, comme indiqué sur la figure 2, une aiguille métallique 101, ici en tungstène, qui est recouverte d'une mince couche 102 d'un matériau isolant, par exemple du polyimide. Le revêtement isolant est à son tour recouvert d'une couche métallique 103, ladite métallisation étant obtenue par pulvérisation cathodique par exemple avec de l'or. L'ensemble 101, 102, 103 ainsi constitué est inséré dans un manchon métallique 104 qui est relié au conducteur extérieur du câble coaxial 150, le conducteur intérieur de ce câble étant, lui relié à l'aiguille 101. De telles sondes sont réalisées de la façon suivante. Tout d'abord, le dépôt du matériau isolant est réalisé par trempage dans le polyimide, l'uniformité de la couche étant obtenue par centrifugation. Une deuxième couche, puis éventuellement une troisième couche de matériau isolant sont déposées pour arriver à une épaisseur finale de la couche isolante d'environ 100 micromètres. Un recuit d'une heure environ, à une température de l'ordre de 200 C, est ensuite opéré.La pulvérisation cathodique, complétée par un épaississement électrolytique, est alors réalisée sur cette couche isolante, avec de l'or par exemple, en prenant soin de protéger l'extrémité de l'aiguille, à l'aide par exemple d'un bouchon de téflon venant coiffer ladite extrémité sur une longueur de quelques dizaines de micromètres pendant la pulvérisation, et de protéger également, pour éviter tout court-circuit, l'autre extrémité de raccordement au connecteur coaxial. Deux sondes 10 et 20 ainsi réalisées présentent une capacité résiduelle ne dépassant pas 8 femtofarads si elles sont placées à une centaine de micromètres l'une de l'autre à la surface de l'échantillon d'arséniure de gallium. De telles performances, déjà supérieures aux réalisations commerciales actuelles, peuvent encore être améliorées lorsqu'on veut mesurer la capacité de très petits motifs. On opère alors, en effet, avec un échantillon 60 et des motifs agrandis dans un rapport K par rapport aux échantillon et motifs réels d'origine. L'utilisation d'un échantillon homothétique est avantageuse en ce sens que les capacités à mesurer CK sont K fois plus grandes que pour ltéch mtillon d'origine, et donc de mesure plus facile. Il suffit en effet de diviser la mesure par R pour retrouver la capacité réelle. En outre, on a divisé par K la capacité résiduelle, déjà faible, de la pointe des sondes. L'appareillage ainsi décrit a été utilisé avec des motifs réalisés à l'échelle K = 50. Avec les sondes de capacité résiduelle 8 femtofarads, cet appareillage permet de ne pas dépasser une erreur de 8/50 = 0,16 femtofarad. Si le capa cimètre a une résolution réelle de 10 femtofarads, la résolution dans le cas de l'échantillon agrandi sera de 10/50 = 0,2 femtofarad. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de capacités parasites dans un circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend deux sondes blindées jusqu'à leur extrémité sur toute leur partie inactive et un échantillon de semiconducteur dont les dimensions et les motifs sont K fois plus grands que les dimensions de l'échantillon réel et les motifs d'origine portés par ledit échantillon réel. 2. Procédé de réalisation de chacune des sondes du dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes (a) trempage d'une aiguille métallique dans un matériau isolant, avec centrifugation pour l'uniformisation de l'épaisseur et recuit, plusieurs couches isolantes successives étant déposées pour arriver à l'épaisseur totale voulue de la couche isolante (b) métallisation de l'ensemble par pulvérisation cathodique, ladite couche métallisée ainsi formée excluant l'extrémité de la pointe de l'aiguille et la prise de contact avec le connecteur au câble coaxial de raccordement, puis épaississement électrolytique pour atteindre l'épaisseur voulue (c) insertion de l'ensemble dans un manchon métallique et établissement des liaisons électriques d'une part entre ce manchon et le conducteur extérieur du câble coaxial desdites sondes et d'autre part entre l'aiguille et le conducteur intérieur dudit câble.