Une épaisseur similaire du film de chrome-silicium, ou SiCr, ne garantit pas des performances électriques identiques au sein des dispositifs BCD. Des films qui semblent présenter une épaisseur comparable peuvent différer par leur densité, leur composition, leur microstructure et la rugosité de leur surface, autant de facteurs susceptibles d’influencer le coefficient de variation de la résistance avec la température (TCR), la concordance entre les résistances et la stabilité à long terme. C’est pourquoi un article technique publié par Semiconductor Engineering et rédigé par des ingénieurs d’Onto Innovation présente une approche combinant la mesure de l’épaisseur et la mesure simultanée de la réflectivité.
La technologie des ultrasons picoseconde utilise des impulsions laser pour générer des ondes acoustiques à l’intérieur de la plaquette. En analysant l’écho acoustique dans la couche de SiCr, il est possible d’estimer l’épaisseur du film de manière sans contact et non destructive, sur des plaquettes de production. Toutefois, le même signal fournit également des données de réflectivité, ce qui permet d’ajouter un indicateur qualitatif de la qualité de surface sans effectuer une étape de mesure distincte.
Que ne révèle pas la mesure de l’épaisseur ?
Les propriétés du film de SiCr dépendent des conditions de dépôt, notamment du débit des gaz spécialisés pendant le processus de pulvérisation. Une variation du débit peut entraîner des différences de microstructure, de composition et de densité, même lorsque l’épaisseur reste proche de la valeur cible. L’article indique que des caractéristiques telles que la croissance des grains et la distance entre leurs frontières peuvent influencer le comportement du TCR et, par conséquent, faire apparaître des différences électriques entre des plaquettes qui ne semblent pas très différentes lorsqu’on examine uniquement leur épaisseur.
Le problème pratique est que ces écarts peuvent ne pas être visibles pendant le dépôt, mais apparaître ultérieurement lors des essais électriques ou dans la fiabilité du produit. Ainsi, l’ajout d’une mesure simultanée de la réflectivité pourrait fournir aux ingénieurs procédés un signal précoce concernant des variations que la seule mesure géométrique de l’épaisseur ne détecte pas.
Qu’a révélé la comparaison entre les deux conditions de débit de N₂ ?
L’expérience décrite dans l’article a recueilli des données d’épaisseur, des données acoustiques et des données de réflectivité sur des plaquettes de SiCr traitées selon deux débits différents de gaz N₂. Les épaisseurs cibles étaient proches, mais les signatures de réflectivité différaient nettement. La condition présentant la réflectivité la plus élevée était associée à une surface plus lisse et plus dense, tandis que celle présentant la réflectivité la plus faible était associée à une rugosité de surface plus importante.
L’article précise que le film était plus mince dans la condition correspondant au débit de N₂ le plus élevé. Ce débit peut influencer la formation du siliciure ou du nitrure ainsi que l’espacement des grains, et donc modifier simultanément l’épaisseur et la réflectivité. Selon cette présentation, la réflectivité n’est pas utilisée ici comme une mesure directe et complète de la composition ou des performances électriques, mais comme un indicateur qualitatif aidant à détecter les variations du procédé et à surveiller l’effet du débit de gaz.
Qu’est-ce qui change concrètement pour les fabricants de BCD ?
Le changement essentiel ne consiste pas à remplacer la mesure de l’épaisseur, mais à élargir les informations pouvant être extraites de la même plateforme de mesure. Au lieu de considérer l’épaisseur comme l’unique indicateur de la régularité du dépôt, l’équipe de fabrication peut comparer les cartes d’épaisseur aux cartes de réflectivité à l’échelle de la plaquette. Une variation de la réflectivité alors que l’épaisseur reste stable peut aider à orienter l’analyse vers des changements de rugosité de surface, de densité ou de microstructure avant que leurs effets n’apparaissent dans les essais électriques.
Cela est important pour les applications qui utilisent le BCD afin d’intégrer des circuits analogiques, une commande numérique et une gestion de puissance, notamment dans l’électronique automobile, les produits médicaux et l’électronique grand public. Dans ces dispositifs, l’incohérence des résistances SiCr peut influencer la précision analogique, le comportement thermique ou la stabilité à long terme, et pas seulement la valeur nominale de l’épaisseur.
La lecture de certi.news
La valeur technique de cette proposition réside dans le fait de relier la mesure physique à un indicateur supplémentaire de la qualité du film au cours d’une seule étape, plutôt que d’attendre que le problème apparaisse dans les mesures électriques finales. Toutefois, les limites de l’interprétation sont importantes : l’article est publié sous la forme d’un Sponsor Blog d’Onto Innovation et présente une comparaison qualitative entre deux conditions de débit, sans fournir de chiffres détaillés concernant l’épaisseur ou la réflectivité, ni de résultats électriques démontrant l’ampleur de l’amélioration du TCR ou du rendement de fabrication.
La technologie peut donc être considérée comme un moyen prometteur d’améliorer la visibilité des écarts de dépôt, mais pas comme un remplacement établi de tous les outils de caractérisation des films. Des questions telles que la relation quantitative entre la réflectivité et les performances électriques, ainsi que la possibilité de généraliser l’indicateur à différentes compositions et conditions de fabrication, nécessitent encore des données supplémentaires. Ce que l’article démontre clairement, en revanche, c’est qu’une épaisseur similaire ne signifie pas nécessairement une qualité de film similaire et que l’association de la réflectivité à la mesure acoustique peut fournir une alerte précoce concernant ces différences.