Caractérisation par spectrométrie de masse des ions secondaires des zones actives du CMOS ultime : étude de la rugosité en fond du cratère et ses conséquences sur la vitesse d'érosion et sur la résolution en profondeur

par Boubker Fares

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Jean-Claude Dupuy.

Soutenue en 2004

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    La réduction continue des dimensions des zones actives des composantes pour la microélectronique silicium impose une amélioration continue des performances de l'analyse par spectrométrie de Masse des Ions Secondaires (SIMS), dont les performances sont aujourd'hui limitées par l'apparition d'une rugosité en fond de cratère d'érosion sous formes d'ondulations où de facettes. La maîtrise de cette rugosité est cruciale pour qui veut atteindre les résolutions en profondeur ultimes de la technique. Le travail mené porte sur l'étude de la rugosité à haute et à basse énergie d'impact et de ses conséquences pour les profils en profondeur d'impuretés dans le silicium monocristallin. Les principaux éléments qui ressortent de cette étude sont les suivants : - La rugosité commence à apparaître d'autant plus tôt que l'angle d'incidence augmente. La longueur d'onde de la rugosité (distance entre deux crêtes) augmente avec l'énergie d'impact. Les signaux de matrice varient et le taux de pulvérisation accuse une baisse notable par rapport au taux initial. - Le développement de la rugosité évolue indépendamment de la direction cristalline. - Une étude qualitative de l'état d'oxydation des facettes a été réalisée à l'aide de deux méthodes par la méthode "TUNA" (Tunneling AFM) basée sur la mesure du courant de fuite dans les oxydes. Il en ressort que les deux cotés des facettes ne présentent pas les mêmes propriétés électriques. La face exposée au faisceau d'oxygène présente une petite fuite du courant (où l'oxyde stoechiométrique domine) comparée à la face loin du faisceau (où l'oxyde sub-stoechiométrique domine). Une méthode basée sur le contraste de phase de l'AFM a été testée. - À basse énergie et en utilisant les delta-dopages, la rugosité est faible sous soufflage d'oxygène comparée au cas sans soufflage. Nous avons dégagé ce qui semble la meilleure condition d'analyse : 0. 5keV, 44ʿ avec soufflage. La rugosité conduit à deux phénomènes perturbateurs : * Elargissement des profils en fonction de la profondeur. Cette perte de résolution correspond à la valeur de la rugosité rms. Nous avons établi que la résolution est meilleure sous soufflage. * Variation de la vitesse d'érosion avec la profondeur (baisse très marquée : 30 % dans le cas de 1 keV 48ʿ sans soufflage), qui provoque une mauvaise calibration en profondeur.

  • Titre traduit

    Characterization by secondary ion mass spectrometry of the active zones of the ultimate CMOS


  • Résumé

    The reduction continues dimensions of the active zones of the components for micro-electronics Silicon imposes a continuous improvement of the performances of the analysis by secondary ions mass spectrometry, whose performances are lirnited today by the appearance of a roughness in the crater bottom in the forms of undulations where facets. The control of this roughness is crucial for which wants to reach the ultimate depth resolution of the technique. This work concerns the study of roughness to high and low impact energy and its consequences for the profiles of impurities in single crystal silicon. The principal elements which come out from this study are: Roughness starts to appear all the earlier as the incidence angle increases. Our results do not show a strong surface orientation dependence on the development of roughening. Qualitative study of the state of oxidation of the facets was carried out using two methods: “Tunneling AFM" and "phase contrast". With low energy, the roughness is low under oxygen flooding. It leads to the widening of the profiles and the variation the speed of erosion.

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Informations

  • Détails : 132 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. à la fin de chaque chapitre

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2854)
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