Brevet FR2841040A1 — publié le 20031219

PROCEDE DE TEST ET DE REGLAGE D'UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE PAR LAMPES Dans de nombreux domaines, on utilise des instal- lations a chauffage par lampes pour clever en temperature tres rapidement et de facon tres precise la surface d'un element a traiter, par exemple une plaquette de silicium. Ces installations vent destinees a effectuer des traitements dits de recuit thermique rapide ou RTP. La figure 1 represente tres schematiquement une telle installation. Une plaquette de silicium 1 est placee sur un anneau 2, lui-meme monte sur un cylindre 3. Sous la plaquette est dispose un reflecteur 4. Un ensemble de lampes 6 est place au-dessus de la plaquette, par exemple une centaine de lampes disposees en cercles concentriques, ces lampes pouvant etre al imentee s independamment par cercl es ou groupes de cerc l es adjacents. Le reflecteur 4 est destine a collecter les radia tions infrarouges emises par la plaquette de silicium 1. Des moyens vent prevus pour entralner en rotation le cylindre 3 et done la plaquette 1. Il importe que la plaquette soit chauffee tres unifor- mement sur toute sa surface. Pour cela, on prevoit des moyens d'asservissement comprenant des sondes pyrometriques 8, par exemple au nombre de six, montees dans le reflecteur 4. Les signaux des sondes 8 vent transmis par des fibres optiques 9 a un controleur 10 qui sert a asservir l'energie fournie par l' ensemble de lampes 6. Cette connexion d'asservissement est illustree par un simple bus 11. On comprendra qu'il existe des connexions vers des ensembles annulaires de lampes. Etant donne que l'on veut atteindre des temperatures tres uniformes et tres precises sur toute la face superieure de la tranche, il importe que les indications de temperature donnees par les sondes 8 soient bien connues et bien precises. Or, en pratique, les sondes vent soumises a des derives et a des variations d'une sonde a l'autre. Ainsi, de facon classique, dans une installation de chauffage par lampes du type de celle de la figure 1, on procede periodiquement a une phase de verification et d'etalonnage dans plusieurs gammes de temperatures. Pour cela, on place dans l' installation une plaquette de test 1 que l'on soumet a un RTP. Par exemple, on procedera a une montee en temperature de quelques secondes puis a un chauffage d'une duree de quelques dizaines de secondes. La plaquette de test est telle que, apres avoir ete soumise au traitement, elle peut etre analysee point par point, l'analyse indiquant a queue temperature ses dif ferents points ont ete soumis. Une fois cette analyse effectuee, on comprend que l'on peut regler les sondes de temperature 8 par une action correctrice sur l'appareil de controle 10. Pour des operations de chauffage a haute temperature, de ltordre de 1000 a 1200 C, couramment utilisees dans le domaine des semiconducteurs pour realiser des activations de dopants, on utilise des plaquettes de test dopees a l' arsenic. La mesure de la resistance de couche (Q/) en differents points de la plaquette donne une indication de l'echauffement subi par les points consideres. On utilise egalement des plaquettes sur lesquelles on fait croltre un oxyde thermique. Les variations d'epaisseur dioxyde donnent egalement une indication de l'echauffement subj. Toutefois, on tend a utiliser de plus en plus les installations de chauffage par lampes dans des plages de temperatures relativement basses, par exemple de l'ordre de 600 a 800 C. Par exemple, dans le domaine de la fabrication des semiconducteurs, ces temperatures vent utilisees pour realiser des recuits d'alliage pour la formation de siliciures tels que TiSi2 et CoSi2, ceci ne constituent bien entendu qu'un exemple d'application possible. Dans ces plages de temperatures, les plaquettes implantees a l' arsenic ne donnent pas de resultats suffisamment sensibles (la variation de resistance de couche en fonction de l'echauffement subi est trop faible). De m8me, il n'est pas possible dans ces plages de temperatures d'obtenir des croissances d'oxyde significatives. On a done developpe de nouveaux types de plaquettes de test, par exemple une plaquette de silicium rev8tue de titane de sorte que, par suite d'un chauffage, un phenomene de siliciuration se produit. Toutefois, ceci ne permet pas d'obtenir des tests precis et suffisamment sensibles, les resultats ne dependent pas que de l'echauffement. Ainsi, la demanderesse a cherche a developper un nouveau type de plaquette de test dont les resultats soient significatifs dans la plage de temperatures de 600 a 800 C, c'est-a-dire que l'on observe une grande variation du parametre etudie pour une faible variation de temperature. Un autre objet de la presente invention est de prevoir une telle structure de test a tres faible dispersion, c'est-a- dire qui, si la plaquette est chauffee uniformement, donne de mOmes resultats en tous les points de la plaquette. Pour atteindre ces objets, la presente invention prevoit d'utiliser une plaquette de test ayant subi une implantation de bore et pouvant etre utilisee dans une plage de temperatures de l'ordre de 700 a 750 C, ce qui donne un bon reglage s'appliquant dans une large plage de temperatures, par exemple de l'ordre de 600 a 800 C. Plus part icul ierement la presente invent ion prevoit un procede de test d'une installation de chauffage par lampes (RTP) de plaquette de silicium ou analogue destinee a fonctionner dans une plage de 600 a 800 C consistent a disposer dans l' installation une plaquette de test, a la soumettre a un traitement thermique, puis a verifier les resultats du traitement et notamment les temperatures atteintes au niveau de la plaquette en analysant cette plaquette apres traitement. Selon l' invention, la plaquette de test est une plaquette de silicium ayant subi une implantation superficielle de bore et les temperatures atteintes par la plaquette de test vent determinees en mesurant en differents points de cette plaquette la resistance de couche. Selon un mode de realisation de la presente invention, l' implantation de bore est effectuee a une dose de 5.1014 a 5.1015 ions/cm2, sous une energie de 5 a 15 keV. Selon un mcde de realisation de la presente invention, l' implantation de bore est effectuee a une dose de 1015 ions/cm2, sous une energie de 10 keV. Selon un mode de realisation de la presente invention, le traitement thermique de la plaquette de test est realise sous une atmosphere d'azote. Selon un mode de realisation de la presente invention, la plaquette de test est soumise a un recuit a une temperature de l'ordre de 710 a 750 C, de preference a 730 C. La presente invention vise aussi un procede de reglage d'une installation de chauffage par lampes utilisant le procede de test ci-dessus, dans lequel, apres l' operation de test et de mesure des resultats, ces resultats vent utilises pour regler des sondes de temperature elles-memes destinees a asservir l'energie appliquee a des lampes de chauffage, par zone de chauffage. La presente invention vise aussi une installation de chauffage par lampes reglee par le procede de reglage ci-dessus. Ces objets, caracteristiques et avantages, ainsi que d'autres de la presente invention seront exposes en detail dans la description suivante de modes de realisation particuliers faite a titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 represente de facon schematique une instal lation de chauffage par lampes; et la figure 2 illustre des caracteristiques d'une plaquette de test selon l' invention. La presente invention propose d'utiliser comme plaquette de test une plaquette de silicium de type N tres peu dopee ayant subi une implantation de bore dans une plage de 5.1014 a 5.1015 ions par cm2 sous une energie dimplantation de 5 a 15 keV. Les exemples ci-apres seront donnes pour une plaquette de silicium ayant subi une implantation de bore a 1015 ions/cm2 sous une energie de 10 keV. Cette plaquette est par exemple chauffee pendant deux secondes pour monter sa temperature a 400 C puis pendant 20 secondes pour monter et maintenir sa temperature a une valeur souhaitee. De preference, le traitement thermique est effectue en presence d'azote, a pression atmospherique. Le debit est par exemple de 10 litres d'azote par minute. La plaquette est seulement recouverte d'une couche d'oxyde natif d'une tres faible epaisseur, typiquement de l'ordre de 1 a 1,5 nm. Une fois que la plaquette a subi le traitement thermique, on l'analyse en de nombreux points par un analyseur de resistance a quatre pointes fournissant de facon classique une indication de la resistance par carre du point ou zone etudie. Typiquement, dans le cas de la fabrication de circuits integres, les plaquettes de silicium auront des diametres de 150 a 400 millimetres. En figure 2, la courbe 20 illustre la resistance par carre d'une plaquette selon l' invention en fonction de la temperature de traitement a laquelle elle a ete soumise. On volt que les resis tances mesurees pour des plaquettes ayant subi des traitements de recuit thermique rapide (RTP) respectifs a des temperatures ayant des valeurs choisies entre 710 et 750 C vent comprises entre 1400 et 1050 Q/D, une valeur de resistance etant caracteristique d'un traitement a une temperature determinee. On volt egalement que la variation de resistance est sensiblement lineaire et importante, de l'ordre de 8,5 Q/ par C. Cette sensibilite est beaucoup plus elevee que celle des plaquettes de test actuellement connues, notamment dans la plage de tempe- ratures consideree. En outre, en figure 2 la courbe 22 illustre la disper- sion de resistance mesuree. Cette dispersion est definie comme etant la difference entre la plus grande valeur de resistance et la plus faible valeur de resistance mesuree sur une meme plaquette de test, divisee par la valeur moyenne de la resis- tance. On volt que cette dispersion est de liordre de 4 et surtout qu'elle est constante queue que soit la temperature de traitement. Ceci signifie que le resultat obtenu pour une tempe- rature est extrapolable a d'autres temperatures. Pour le reglage d'une installation a chauffage par lampes, on placera la plaquette de test dans l' installation, on la soumettra a un RTP devant normalement l'amener a une tempe rature choisie, puis on mesurera la resistance par carre obtenue. On pourra ainsi en deduire la temperature reel le que la plaquette a atteinte dans ses diverges zones. Une fois ce resultat connu, on pourra reetalonner les sondes 8 pour que l' installation fournisse de facon sure des resultats prevus. En pratique on prevoira un protocole de test fixe, dans lequel on reglera l' installation pour une temperature fixee a l'avance, par exemple 730 C. On saura alors que l'instal lation est reglee pour une assez large plage de temperatures, par exemple de 600 a 800 C. Ainsi, l' invention vise un procede de test et d'etalon nage precis d'une installation de chauffage par lampes. Bien entendu, la presente invention vise egalement un appareil de chauffage par lampes ayant ete regle par le procede selon la presente invention en utilisant la plaquette de test dopee au bore selon l' invention. Bien que la presente invention ait ete decrite en relation avec un exemple particulier d' installation de chauffage par lampes, on notera quielle s'applique a tout type d'instal- lation de chauffage rapide. Par ailleurs, bieu e 1 invention aiL 66 dAcriLe plus particuli@r _ at dans le cas of 1' installation de chauffage par lampes eat destInAe chauffer des plaguettes de silicium dans le tat de tabriquer des circuits semiconducteurs, on naptha qu'elle a' applique tout autre Lype de substrat et d'applicatio. 1 i REVENDICATIONS 1. Procede de test d'une installation de chauffage par lampes (RTP) de plaquette de silicium ou analogue destinee a fonctionner dans une plage de 600 a 800 C consistent a disposer dans l' installation une plaquette de test, a la soumettre a un traitement thermique, puis a verifier les resultats du traitement et notamment les temperatures atteintes au niveau de la plaquette en analyeant cette plaquette apres traitement, caracterise en ce que la plaquette de test est une plaquette de silicium ayant subi une implantation superficielle de bore et en ce que les temperatures atteintes par la plaquette de test vent determinees en mesurant en differents points de cette plaquette la resistance de couche. 2. Plaquette de test pour la mise en ocuvre du procede selon la revendication 1, caracterisee en ce que l' implantation de bore est effectuee a une dose de 5.1014 a 5.1015 ions/cm2, sous une energie de 5 a 15 keV. 3. Plaquette de test pour la mise en oeuvre du procede selon la revendication 1, caracterisee en ce que l' implantation de bore est effectuee a une dose de 1015 ions/cm2, sous une energie de keV. 4. Procede de test selon la revendication 1, caracterise en ce que le traitement thermique de la plaquette de test est realise sous une atmosphere d'azote. 5. Procede de test selon la revendication 1, caracterise en ce que la plaquette de test est soumise a un recuit a une temperature de l'ordre de 710 a 750 C, de preference a 730 C. 6. Procede de reglage d'une installation de chauffage par lampes utilisant le procede de test selon la revendication 1, carac terise en ce que, apres l' operation de test et de mesure des resul tats, ces resultats vent utilises pour regler des sondes de tempe rature elles- memes destinees a asservir 1'energie appliquee a des lampes de chauffage, par zone de chauffage. 7. Installation de chauffage par lampes caracterisee en ce