AES & EDX - arcsis.org · 2 méthodes d’analyses élémentaires Physiques (interactions...
Transcript of AES & EDX - arcsis.org · 2 méthodes d’analyses élémentaires Physiques (interactions...
AES & EDX
Benjamin BORTOLOTTI, ST MICROELECTRONICS
du silicium aux objets communicants
SOMMAIRE
EDX et AES : introductionInteractions électrons / matièreEDX
GénéralitésEDX de la plateformeApplicationsApplications
AESGénéralitésAES de la plateformeApplications
du silicium aux objets communicants
AES et EDX : deux sœursINTRODUCTIONINTRODUCTION
2 méthodes d’analyses élémentairesPhysiques (interactions électrons / matière)
interactions électrons / matière
Energie faisceau primaire
)Localisées (sondes focalisées)
EDX : Analyse ponctuelle (V ≈ 1µm3)AES A l d f ( 1 )
Él t i i
AES : Analyse de surface (p ≈ 1nm)
Électrons primaire(ex 10 keV)Volume analysé
en AES
Volume analysé en EDX
du silicium aux objets communicants
Interactions électrons / matièreINTERACTIONSINTERACTIONS
électron primaire E0 Relaxation
(10-14 à 10-17 sec)T iti di ti
Bande de valence
Transition radiative (proba. ωw)
yx
Photon Xhν = δE
= Ew - Ey
y
valence
xNiveau
dyx
électron Auger
w
w
de cœur
w
δE = Ew - EyTransition non-radiative
gEcin = Ew - Ey - Ex
E0 - ∆E électron secondaire ∆E - Ew
Transition non-radiative (proba. aw = 1- ωw)
yx
P h t h t E t té i ti
du silicium aux objets communicants w
Pour chaque atome, hν et Ecin sont caractéristiques
Interactions électrons / matièreINTERACTIONSINTERACTIONS
Tous les éléments sont détectés, sauf H et He
Transition Auger préférentielle pour les éléments légers
du silicium aux objets communicants
Transition X préférentielle pour les éléments lourds
Interactions électrons / matièreVolumes d’interaction
INTERACTIONSINTERACTIONS
oyen
(Å) 100100
oyen
(Å) 100100
cps)
cps)
e pa
rcou
rs m
1010
e pa
rcou
rs m
1010
nten
sité
s (c
nten
sité
s (c
Libr
e
11 10 100 1000 1000011 10001000
Énergie de l’électron (eV)
Libr
e
11 10 100 1000 1000011 10001000
Énergie de l’électron (eV)Énergies des électrons (eV)
In
Énergies des électrons (eV)
In
Le parcours moyen des électrons Auger est de l’ordre du nanomètre
du silicium aux objets communicants
EDX généralitésEDXEDX
Transitions possibles Spectre général
du silicium aux objets communicants
EDX généralitésEDXEDX
Influence de E0 et du Z de la cible sur le volume analysé
Influence du E0 sur les spectrescible sur le volume analysé spectres
0 Z0 Z10 kV
Transition L
10 kVTransition L
e
Transition L
e
Transition L
E0E0 Cui
vre
Transition K20 kVC
uivr
e
Transition K20 kV
du silicium aux objets communicants
EDX généralitésEDXEDX
Tous les éléments sont détectés, sauf H et HeAnalyse d’un volume (≈1 µm3)Peu sensible aux effets de chargegQuantification possible avec étalonLimite de détection de 0.5% à 5% atomiqueLimite de détection de 0.5% à 5% atomique
du silicium aux objets communicants
EDX UltraDry de Thermo Scientific dans SEM Hitachi 4800 - caractéristiques
EDXEDX
Détecteur : Diode Si(Li)Résolutions : Mn<129eV F<65eV C<62eVMode pointé, shoot imageCartographie élémentaireCartographie élémentaireSemi-quantification (reference interne)SEM Hitachi 4800
du silicium aux objets communicants
EDX UltraDry de Thermo Scientific dans SEM Hitachi 4800 - échantillons
EDXEDX
Solidedimension : 15 x 15 cm max épaisseur : 4 cm maxp
du silicium aux objets communicants
Photo diode CIGSEDXEDX
Cu In
Mo Se
Vue en coupe polie
Mo Se
p p
Zone 1 Zone 2
Zone 3 Zone 4Ag Mo
du silicium aux objets communicants Vue dessus d’une délamination
Coupe d’un bondingEDXEDX
Vue en coupe
Cartographie élémentaire
Ti Pd N O
W Au Al Si
du silicium aux objets communicants
AES généralitésAESAES
Analyse élémentaire Analyse chimiquesLes pics Auger sont caractéristiques
d élé tEcin = Ew - Ey - Ex
L é i d i d t
2x 104 10-341-59952.117.spe
des éléments Les énergies des niveaux de cœur sont affectées par la nature de la liaison chimique
1
1.5x 104 Si.spe
Si
SiO2
Si3N4
Si KLL
0
1
Au
O
Au
Au
A
Ni Ni Ni
12
14
16
18x 104 Si.spe
Si
Si3N4
SiO2
1616
1606
Si KLL
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
c/s
1620
1616
1610
Si
Si3N4
SiO2
-2
-1c/s
Au
Au
Au
NiOxygène
NickelOr
4
6
8
10
c/s
1611
1580 1590 1600 1610 1620 1630 1640-2.5
Kinetic Energy (eV)
2
3.5
4
4.5x 106 10-341-59952.117.spe
Au
Au
Au Au
500 1000 1500 2000 2500-4
-3
CCarbone
1580 1590 1600 1610 1620 1630 1640-2
0
2
Kinetic Energy (eV)
2
2.5
3
Au
Ni Ni Ni
O
C
Ni
du silicium aux objets communicants
500 000 500 000 500Kinetic Energy (eV)
500 1000 1500 2000 25001.5
Kinetic Energy (eV)
Au
AES généralitésAESAES
Tous les éléments sont détectés, sauf H et HeAnalyse de surfacehaute résolution spatiale latérale (quelques nm)Analyse chimique possibleQuantification possible avec étalonLa limite de détection : de 0.3 à 5 %atomiqueSensible aux effets de chargeNé it id éNécessite un vide pousséSensible à la topologie
du silicium aux objets communicants
AES PHI700 - caractéristiquesAESAES
Détecteur : CMA (résolution : ∆E/E = 0.3%)Résolution latérale : < 8 nm @ 1 nA, 20 kV1 canon Ar+ (pour la compensation de charge et (p p gpulvérisationNavigation KLACartographie sur les éléments majoritairesSemi-quantification (reference interne)
du silicium aux objets communicants
AES PHI700 - échantillonsAESAES
SolideDimension : 5 x 5 cm max Epaisseur : 1 cm maxpSi possible conducteurPas de polymèrePas de polymère
du silicium aux objets communicants
Analyses de pad 1AESAES
Profils dans un pad HS
Quantité totale Oxygène i t t
1.2
es /
Al b
ulk
1.2
es /
Al b
ulk
1.2
es /
Al b
ulk
1.2
es /
Al b
ulk
1.21.2
es /
Al b
ulk
importante Diffusion du Fluor dans le pad
0.4
0.8
ités n
orm
alis
é -Al-O-F0.4
0.8
ités n
orm
alis
é
0.4
0.8
ités n
orm
alis
é
0.4
0.8
ités n
orm
alis
é
0.4
0.8
0.4
0.8
ités n
orm
alis
é -Al-O-F
pad
Profil dans un pad après flash Ar
1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
nsi
1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
nsi
1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
nsi
1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
nsi
00
Inte
nsi
lklklklk
Implantation du Fluor
p p
0.8
1.2
lisée
s / A
l bul
-Al-O0.8
1.2
lisée
s / A
l bul
0.8
1.2
lisée
s / A
l bul
0.8
1.2
0.8
1.2
lisée
s / A
l bul
-Al-O Contamination par du
Silicium et de l’Azote.0
0.4
0.8
nsité
s nor
mal O
-F-Si-N
0
0.4
0.8
nsité
s nor
mal
0
0.4
0.8
nsité
s nor
mal
0
0.4
0.8
0
0.4
0.8
nsité
s nor
mal O
-F-Si-N
du silicium aux objets communicants 1 2 3 4 5 6 7 8 90
Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
n
1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
n
1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90Temps de pulvérisation (min)
0
Inte
n 00
Inte
n
Analyses de pad 2AESAES
Photo SEM à faible tension Cartographie du CarboneAuréole dans un pad Aluminium
Observation d’une auréole de carbone
max
auréole de carbone sur le bord des pads.
0
CuivrePhoto SEM
Corrosion galvanique
Trou de corrosionmax
Corrosion galvanique du cuivre dans l’aluminium
0Aluminium Siliciummax max
du silicium aux objets communicants 0 0
Dégazage de Fluor dans un intermétallique dopé en FluorAESAES
Détermination des paramètres influents4 expériences ou l’on fait varier le tilt, la tension, l’intensité et la surface
1.5x 104 DOE FSG.104.spe
Si KLL
5
6x 104 DOE FSG.104.spe
Benjamin Tilt30 Vext20 I10 P
Benjamin Tilt30 Vext20 I05 A F /Si
Détermination des paramètres influents
-0.5
0
0.5
1
Si KLL2
3
4
s
Benjamin Tilt00 Vext10 I10 A
Benjamin Tilt00 Vext10 I05 P
0 12
0.14
0.16
0.18
0.20
L
1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660-2
-1.5
-1
Ki i E ( V)
Benjamin Tilt30 Vext20 I10 P
Benjamin Tilt30 Vext20 I05 A
Benjamin Tilt00 Vext10 I05 P
Benjamin Tilt00 Vext10 I10 A
1613 eV
-2
-1
0
1c/s
Si KLL Si LMM
F KLL C KVV
Si oxyde0.08
0.18 0.19
0.100.04
0.06
0.08
0.10
0.12F
KLL
/ Si
KLL
FSi LMM Kinetic Energy (eV)
0.5
1x 104 DOE FSG.104.spe
Si LMM
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-4
-3
Kinetic Energy (eV)
O KLL
Experience 1 Forte influence
0.00
0.02
experience 1 experience 2 experience 3 experience 4
O Si KLLSi LMM
-0.5
0
96 eV
Si LMM
Si oxyde
Experience 2
Experience 3
Experience 4 Forte influence
du silicium aux objets communicants 60 70 80 90 100 110 120-1.5
-1
Kinetic Energy (eV)
Benjamin Tilt00 Vext10 I10 A Benjamin Tilt00 Vext10 I05 P
Benjamin Tilt30 Vext20 I05 A Benjamin Tilt30 Vext20 I10 P 86 eV
Si oxyde
Si élémentaire
Mode pointé augmente le dégazage
Surface de rupture d’un acierAESAES
Spectre 1 Spectre 2
Sb
2
Sb
2
1
3
Spectre 3 Spectre 4
3
4S
C
du silicium aux objets communicants Bleu = Fe ; Rouge = Sb ; Vert = Cr
Cristal d’oxyde de Bore par CVD C-B-N
AESAES
substrat
cristal
du silicium aux objets communicants Rouge = C ; Vert = B