L'un des problèmes clés pour la miniaturisation des nanodispositifs à semi-conducteurs est le contrôle précis de leur dopage. Dans les dispositifs de nouvelle génération, la distribution spatiale du dopage doit être contrôlée avec une précision supérieure à 1 nm, tandis que les concentrations atomiques inférieures à 1% doivent être mesurées. Cela nécessite l'utilisation de techniques de haute résolution. La microscopie électronique à balayage en transmission (STEM) associée à la spectroscopie par rayons X à dispersion d'énergie (EDX) est un excellent candidat en raison de sa polyvalence (presque tous les éléments du tableau périodique peuvent être cartographiés) et de sa haute résolution spatiale. D'autre part, l'analyse quantitative du dopage par STEM / EDX est compliquée par la présence d'artefacts de mesure qui peuvent être ignorés sans risque pour les impuretés à haute concentration, mais deviennent critiques pour les impuretés à faible concentration.Dans cette thèse, une nouvelle méthode basée sur la méthode de de Cliff-Lorrimer(C-L) a été développée pour la mesure quantitative de la distribution de dopant dans un dispositif à l'échelle nanométrique. La méthode a été appliquée sur des échantillons préparés par faisceau ionique focalisé, afin de réduire l'influence des rayons X secondaires produits par fluorescence ou par électrons rétrodiffusés, et est basée sur la correction itérative des effets d'absorption des rayons X dans l'échantillon. Afin d'obtenir des résultats fiables, les coefficients de C-L ont été étalonnés à l'aide de la mesure de Rutherford Back Scattering (RBS) et l'erreur expérimentale totale a été calculée à l'aide de techniques de propagation d'erreur standard. Les résultats obtenus sur une structure de test FinFET et sur un substrat de SiGe ayant subi des recuits laser montrent l’applicabilité de cette technique aux dispositifs à l’échelle nanométrique et avec des impuretés à faible concentration. |
One of the key issues for the miniaturization of semiconductor nanodevices is the precise control of their doping. In new generation devices, the doping spatial distribution must be controlled with a precision higher than 1 nm while atomic concentrations below 1% have to be measured. This calls for the use of high resolution techniques. Scanning transmission electron microscopy (STEM) associated with Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX) is an excellent candidate due to its versatility (almost all elements of the periodic table canbe mapped) and its high spatial resolution. On the other hand, quantitative analysis of doping by STEM/EDX is complicated by the presence of measurement artifacts that can safely be ignored for high concentrations impurities but become critical for low concentration impurities.
In this thesis a modified Cliff-Lorrimer (C-L) method has been developed to obtain quantitative dopant profiling in a nanoscale device structure. The method has been applied on specimens prepared by Focused Ion Beam, in order to reduce the influence of secondary X-rays produced by fluorescence or back scattered electrons, and is based on the iterative correction of X-rays absorption effects in the specimen. In order to obtain reliable results the C-L coefficients have been calibrated using Rutherford Back Scattering (RBS) measurement and the total experimental error has been calculated using standard error propagation techniques. The results obtained on a FinFET test structure and on a laser annealed SiGe substrate show the applicability of this technique to devices on the nanometer scale and with low concentration impurities. |