Etude de la résolution en profondeur lors de l'analyse par spectrométrie de masse des ions secondaires : détermination de la fonction de résolution pour le bore dans le silicium, mise au point d'une procédure de déconvolution et applications

par Brice Gautier

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'Electronique Intégrée

Sous la direction de Jean-Claude Dupuy.


  • Résumé

    La réduction des dimensions des couches actives des composants électroniques impose sans cesse l'amélioration des performances de l'analyse par Spectrométrie de Masse des Ions Secondaires, notamment en matière de résolution en profondeur. Nous avons donc passé en revue les mécanismes essentiels qui influent sur la résolution en profondeur de l'analyse par SIMS. Nous avons donc examiné les fondements théoriques du mixage collisionnel, qui apparaît souvent comme le mécanisme principal responsable de la dégradation de la résolution en profondeur. La description de la modification des profils originaux sous l'effet du mixage collisionnel par une intégrale de convolution permet d'envisager l'utilisation de la déconvolution. Nous avons développé un modèle permettant d'expliquer le gain en résolution en profondeur obtenu lors de l'analyse dans les matrices de silicium grâce à l'utilisation d'un faisceau d'oxygène. Ce gain serait dû à la pulvérisation d'atomes d'oxygène incorporés dans la matrice à la place d'atomes de silicium. Nous avons examiné les principes et les méthodes de la déconvolution dans le but de définir l'algorithme adapté aux besoins de l'analyse SIMS. Puis nous avons procédé à la mesure de la fonction de résolution du bore dans le silicium dans toutes les conditions d'énergie / angle d'incidence accessibles par notre appareil. Nous avons défini une fonction analytique dont les paramètres permettent de décrire simplement le comportement de la fonction de résolution en fonction des conditions expérimentales. A partir de cette fonction de résolution, nous avons procédé à des simulations de déconvolution afin de cerner les possibilités et les limitations de la méthode. En particulier, nous nous sommes attachés à déterminer la plus petite largeur de pic accessible après déconvolution, ainsi que les performances de l'algorithme en matière de séparation de deux couches rapprochées. Nous avons examiné le comportement de la déconvolution sur de larges dynamiques de signal, ce qui nous conduits à définir des critères de confiance sur le résultat de la déconvolution. Enfin, nous avons appliqué notre technique de déconvolution à des structures réelles de bore dans le silicium (delta-dopages, couches minces, etc. . . ) puis à l'étude des premiers stades de la diffusion du bore dans le silicium.

  • Titre traduit

    = Study of the depth resolution of the analysis by secondary ion mass spectrometry : determination of the depth resolution function for dilute profiles of boron in silicon, elaboration of a deconvolution procedure and applications


  • Résumé

    The decreasing dimensions of the microelectronic devices involve the improvement of the capabilities of the analysis by Secondary Ions Mass Spectrometry (SIMS), especially in the domain of the depth resolution. We have reviewed the essential mechanisms which influence the depth resolution of the SIMS analysis. We have examined the theoretical foundations of the collisional mixing, which seems to be main mechanism responsible for the degradation of the depth resolution. A formalism based on an integral of convolution, which describe the modification of the original profiles due to the collisional mixing, allows to envisage the use of the deconvolution in order to correct the measured profiles. We have developed a theory which allows to explain the better depth resolution obtained in silicon matrices when an oxygen primary beam is used. This may be due to the pulverisation of oxygen atoms instead of silicon atoms initially present, when the primary beam atoms incorporate into the matrix.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (231 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 222-231

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2062)
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