Cartographie bidimensionnelle des éléments de matrice dans un dispositif microélectronique par balayage en microscopie électronique à transmission et spectroscopie de perte d'énergie électronique (STEM-EELS)

NOTE D'APPLICATION

INTRODUCTION

Microscopie électronique à balayage en transmission (STEM), combiné avec Spectroscopie de perte d'énergie électronique (EELS), peut fournir une microanalyse résolue spatialement d’un dispositif microélectronique à l’échelle du nanomètre. Avec STEM-EELS, chaque point de l'image peut être directement lié à un point des cartes de distribution d'élément. La technique présente une excellente résolution latérale (~ 1nm) qui permet de mapper des entités non planes dans le périphérique cible.

DISCUSSION

Une image à champ sombre annulaire à angle élevé (HAADF) -STEM d'un dispositif MOSFET à base de Si est représentée en coupe transversale sur la figure 1. Dans ce mode d'imagerie, le contraste dépend du numéro atomique moyen du matériau. Dans la zone imagée, il y a trois grilles de transistor avec des contacts alternés source / drain en NiSi et deux contacts W revêtus de TiN. Une carte STEM-EELS 2D a été acquise avec une résolution de pixel sélectionnée de 5 nm x 5 nm et les signaux pour Si, Ni, N, O et Ti ont été surveillés. Les signaux sont mappés sous forme d'images composites sur la figure 2 et sous forme de cartes de distribution individuelles sur la figure 3. A partir de l'ensemble de données d'image de spectre EELS 2-d brutes, il est possible d'extraire un profil de ligne dans n'importe quelle orientation. Un tel exemple est illustré à la figure 4.

Cependant, il convient de noter que, dans le cas présent, les signaux pour O, N et Ti sont plus bruyants que si une acquisition EELS séparée était optimisée pour ces trois éléments seulement. Il s'agit d'un compromis entre les éléments cartographiques couvrant une large plage de pertes d'énergie et la diminution exponentielle de l'intensité du signal EELS avec une perte d'énergie croissante. Dans le cas présent, une large plage de pertes d’énergie a été surveillée pour inclure les signaux de Si (L2,3 @ 99.2eV) a Ni (L2,3 @ 854eV) avec les bords de perte de noyau de Ni, Ti et O se produisant entre (@ 401.6eV, 455.5eV et 532eV respectivement).

Figure 1 HAADF-STEM Image illustrant la région délimitée par un cadre vert à partir duquel une carte du spectre 2-d STEM-EELS a été acquise.

Figure 1 HAADF-STEM Image montrant la région délimitée dans un cadre vert à partir duquel une carte du spectre 2-d STEM-EELS a été acquise.

Figure Cartes de répartition RVB composite 2 pour Ni (rouge), O (vert) et Ti (bleu)

Figure 2 Cartes de répartition RVB composites pour Ni (rouge), O (vert) et Ti (bleu) ci-dessus et N (rouge), O (vert) et Si (bleu) ci-dessous.

Figure 3 Cartes de distribution élémentaires individuelles pour N, Si, Ti, O et N

Figure 3 Les cartes de distribution élémentaire individuelles pour N, Si, Ti, O et Ni sont présentées ci-dessus.

Figure Image 4 HAADF-STEM avec superposition du profil de ligne extrait (ligne pointillée rouge). Les profils de distribution des éléments le long de cette ligne sont tracés sous l'image. Il est possible d'extraire des profils de lignes similaires à partir de n'importe quelle orientation et longueur dans le cadre vert.

Figure 4 Image HAADF-STEM avec l'emplacement du profil de ligne extrait qui y est superposé (ligne pointillée rouge). Les profils de distribution des éléments le long de cette ligne sont tracés sous l'image. Il est possible d'extraire des profils de lignes similaires à partir de n'importe quelle orientation et longueur dans le cadre vert.

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