Caractérisation par spectrométrie de masse des ions secondaires des zones actives du CMOS ultime

Fares Boubker

Description

Conclusion générale CONCLUSION GÉNÉRALE e travail présenté dans ce mémoire porte sur l’étude et la caractérisation de la rugosité L à haute et basse énergie pour des profils d’impuretés dans le silicium monocristallin. L’analyse topographique de la surface et la caractérisation de l’état d’oxydation de facettes SIMS sont étudiées à l’aide de la microscopie à force atomique. Nous avons débuté ce travail par des généralités concernant l’origine du phénomène de rugosité qui peut être induite par le faisceau primaire sur une surface lisse, ou qui se développe à partir d’un relief initial. La morphologie de la rugosité évolue en fonction de la profondeur d’érosion, de l’énergie d’impact et de l’angle d’incidence et les ondulations changent de forme : presque sinusoïdale aux alentours de la profondeur critique d’apparition de la rugosité et triangulaire pour des grandes profondeurs d’érosion. Une étude de la + + +littérature montre que la rugosité varie selon les ions primaires utilisés (O , Cs , Ar ). Elle est 2+ +moins prononcée dans le cas de Cs et encore moins dans le cas d’Ar , comparativement à +O . D’autres travaux ont montré qu’on réduisant l’angle d’incidence, aucun symptôme de 2rugosités n’était observé. Certains indiquent que la rotation de l’échantillon pendant l’analyse permet d’inhiber le développement de la rugosité. L’évolution énergétique et angulaire se complique grandement lorsque l’énergie d’impact baisse. Nous avons ensuite étudié la ...

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Extrait

Conclusion générale CONCLUSION GÉNÉRALE e travail présenté dans ce mémoire porte sur l’étude et la caractérisation de la rugosité L à haute et basse énergie pour des profils d’impuretés dans le silicium monocristallin. L’analyse topographique de la surface et la caractérisation de l’état d’oxydation de facettes SIMS sont étudiées à l’aide de la microscopie à force atomique. Nous avons débuté ce travail par des généralités concernant l’origine du phénomène de rugosité qui peut être induite par le faisceau primaire sur une surface lisse, ou qui se développe à partir d’un relief initial. La morphologie de la rugosité évolue en fonction de la profondeur d’érosion, de l’énergie d’impact et de l’angle d’incidence et les ondulations changent de forme : presque sinusoïdale aux alentours de la profondeur critique d’apparition de la rugosité et triangulaire pour des grandes profondeurs d’érosion. Une étude de la + + + littérature montre que la rugosité varie selon les ions primaires utilisés (O 2 , Cs, Ar). Elle est + + moins prononcée dans le cas de Cset encore moins dans le cas d’Ar , comparativement à + O 2 . D’autres travaux ont montré qu’on réduisant l’angle d’incidence, aucun symptôme de rugosités n’était observé. Certains indiquent que la rotation de l’échantillon pendant l’analyse permet d’inhiber le développement de la rugosité. L’évolution énergétique et angulaire se complique grandement lorsque l’énergie d’impact baisse. Nous avons ensuite étudié la rugosité à haute énergie. Nous sommes limités au cas du silicium monocristallin (100). 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 des vagues qui apparaissent en fond de cratère augmente avec l'énergie d'impact. • L'intensité des signaux de matrice change lors de l'apparition de la rugosité. • Le taux de pulvérisation, qui dépend par ailleurs de l'angle d'incidence, accuse une baisse notable par rapport au taux initial lors de l'apparition de la rugosité.

Nous nous sommes ensuite intéressés auxprincipaux modèles théoriques disponiblesdans la littérature pour expliquer le développement de la rugosité, et basés sur la différence de taux de pulvérisation entre les différentes facettes de la topographie, et sur la diffusion de la

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Conclusion générale surface au cours de l'érosion. Nous avons ensuite développé d'autres modèles basés sur l'expérience.

• Le premier se fonde sur la variation de la vitesse d'érosion en fonction de l'angle d'incidence. Il apparaît que la condition de stabilité correspondant à l'apparition de la rugosité se situe aux angles d'incidence de0à 5°et de78 à 83°. • Le second introduit le rapport entre la longueur d'onde et la profondeur critique de transition. Il apparaît que la profondeur critique dépend de l'énergie d'impact. Hormis pour les énergies inférieures à 1 keV,est proportionnelle à la racine carrée de la profondeur critique.

L'étude de l'effet de la direction cristalline sur la rugosité a été menée. Le développement de la rugosité semble évolue indépendamment de la direction cristalline.

L'étude du développement de la rugositéà basse énergie d'impact età incidence oblique nous a permis de dégager les conclusions suivantes ;

• Dans le cas où le soufflage d'oxygènen'est pas utilisé,la rugosité diminue avec l'énergie d'impact, tandis que la longueur d'onde, pour une énergie donnée (0.5 keV), diminue légèrement avec l'angle d'incidence. La rugosité, elle, a tendance à augmenter avec l'angle d'incidence. • Dans le cas où le soufflage d'oxygène est utilisé la rugosité reste faible pour les énergies étudiées (le cas de 0.5keV@54° est particulier car il aboutit à une rugosité un peu supérieure aux autres cas : 0.4nm)

L'apparition de la rugosité est marquée par la variation des signaux de matrice, laquelle n'apparaît donc pas sous soufflage d'oxygène (où la rugosité ne se développe pas).

L'influence de l'apparition de la rugosité sur la résolution en profondeur setraduit par une nette dégradation de celleci et une baisse de la vitesse d'érosion. Nous avons pu mettre en évidence une baisse de la vitesse d'érosion de 30% dans le cas 1keV@48° (sans soufflage), tandis qu'avec soufflage (0.5keV@4454°) la vitesse d'érosion se stabilise après une variation au début de l'analyse. Dans ces conditions, l'application d'une procédure de calibration en profondeur conventionnelle peut induire une erreur importante sur l'échelle des profondeurs.

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Conclusion générale Nos résultats montrent que la résolution en profondeur peut être améliorée sans soufflage en baissant l'énergie d'impact ou en diminuant l'angle d'incidence pour la même énergie. Néanmoins, à basse énergie,la résolution est toujours meilleure avec soufflage, et s'améliore quand l'angle d'incidence augmente. Les meilleurs résultats en termes de résolution en profondeur sont obtenus dans le cas0.5keV@44° avec soufflage.

Par ailleurs, l'étude de l'élargissement des profils montre que le paramètre σ de la fonction de résolution correspond à la valeur de la rugosité RMS.

L'étude de l'état d'oxydation des facettes a été menée par des techniques de microscopie à champ proche. Nous avons pu confirmer de manière qualitative les résultats de K. Elst (obtenus in situ par XPS) qui postulent la formation de SiO 2 sur la facette exposée au faisceau et de SiO x sur la facette opposée à la direction du faisceau. La mise en oeuvre de la technique TUNA (Tunneling AFM), basée sur la mesure des courants de fuite dans les oxydes, montre que les deux types de facettes ne présentent pas les mêmes propriétés électriques : la face exposée au faisceau fuit très peu par rapport à l'autre, ce qui laisse penser que l'oxyde qui la recouvre est de meilleure qualité.

Nous avons également tenté de mettre en oeuvre une technique originale de mesure de la différence de propriétés mécaniques des deux facettes par enregistrement du contraste de phase en AFM (tapping), notamment sur une marche Si/SiO 2 . Le contraste de phase obtenu sur les deux types de facettes est significatif et reproductible. Il est robuste par rapport aux différents paramètres expérimentaux (amplitude de consigne, angle de scan...). Les résultats semblent donc aller dans le même sens que la technique TUNA bien que du travail reste à accomplir pour donner une signification précise et indiscutable à ce type de mesure entachée potentiellement d'artefacts, et pour relier ce contraste à une différence de composition chimique. Une étude complémentaire doit être envisagée pour approfondir notre travail.

Ce travail doit être prolongé par l'étude du comportement d'autres impuretés technologiquement importantes comme le phosphore ou l’arsenic, dont le comportement est différent du bore. D'autres ions réactifs doivent également être utilisés comme le Césium, ou des ions lourds inertes comme le Xénon ou l'Argon.

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