Piégeage d'impuretés métalliques par implantation d'hélium : applications aux composants intégrés de puissance
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Dans l'industrie du semi-conducteur, la contamination du silicium par des impuretés métalliques, comme le fer, notamment lors de traitements thermiques à haute température, entraîne une dégradation des caractéristiques électriques ainsi que des problèmes de fiabilité. Jusqu'à présent, l'étape de piégeage était remplie par une étape de diffusion de phosphore après un dépôt de POCI3. Cependant cette technique n'est toujours pas suffisante ou même possible sur certains types de composants. Une alternative prometteuse est le piégeage par implantation d'hélium. Le but de ce travail a été d'étudier l'évolution des défauts créés par implantation d'hélium, ainsi que la cinétique de piégeage d'une impureté métallique, le fer. L'influence de ce piégeage a été observée à travers l'évolution de grandeurs électriques, mesurées sur les diodes Schottky et bipolaires. En effet, en utilisant cette technique, on note une diminutioni de la concentration de fer libre, ce qui s'accompagne par une diminution des courants de fuite. Dans certains composants, il devient inévitable d'effectuer un piégeage latéral. Dans ce cadre, nous avons étudié le piégeage latéral utilisant l'implantation d'hélium ; cet élément étant implanté en périphérie des dispositifs. Les résultats obtenus confirment la capacité de piégeage latéral des impuretés métalliques par ce type d'implantation. L'extension latérale utilisant ce type de piégeage peut atteindre plusieurs millimètres, ce phénomène étant limité par la diffusion de l'impureté à piéger. Des essais d'implantation d'hélium sur une diode de protection produite par STMicroelectronics se sont traduits par une amélioration conséquente des rendements de fabrication.
Abstract FR:
In the industry of the semiconductor, the contamination of silicon by metal impurities, like iron, in particular during thermal treatments at high temperatures, involves a degradation of the electrical characteristics as well as some reliability problems. Until now, the gettering stage was filled by a phosporus diffusion step after a POCI3 deposition. However this technique is not always sufficient or even possible on several types of components. A promising alternative is the use of helium implantation as gettering stage. The aim of this work was to study the evolution of the defects created by helium implantation, as well as the kinetics of trapping of metal impurity, iron. The influence of this trapping stage was observed through the evolution of electrical quantities, measured on Schottky and bipolar diodes. Using this technique, we have observed a reduction of the free iron concentration is observed and accompanied by a reduction of the leakage currents. In some components, it becomes inevitable to carry out a lateral gettering. Within this framework, we studied the lateral gettering using helium implantation, this element being implanted in periphery of the devices. The obtained results confirm the capacity of lateral gettering of the metal impurities by helium implantation. The lateral extension, using this type of gettering, can reach several millimeters, phenomenon being limited by the diffusion of the impurity to trap. The tests of this helium implantation step on a protection diode (produced by STMicroelectronics) have shown a great improvement of the fabrication yields.