Profils en profondeur
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Avant de discuter l’influence de la vitesse de décapage et la résolution en profondeur d’un profil, un exemple d’un profil en profondeur est illustré sur la figure
6.2. Il s’agit d’un profil Auger d’une couche mince, un oxyde de tantale Ta 2 O 5 sur
Ta, obtenu en combinant l’analyse Auger avec un décapage ionique simultané à
l’aide d’ions Ar + . Des profils similaires sont réalisés en ESCA.
Les pics de l’oxygène et du tantale ont été choisis pour caractériser la composition chimique de la couche et du substrat, alors que le pic de carbone permet de
contrôler et d’identifier la contamination de surface. La figure 6.2 montre les intensités des pics en fonction du temps de décapage. On distingue plusieurs zones: au
début de la zone I, qui a typiquement une largeur comprise entre 2 et 5 nm, les
amplitudes Auger I A changent fortement. Ceci est dû à l’élimination des contaminations de surface (espèces adsorbées comme C, CO, C x H y ). De plus, il y a aussi un
changement de la composition. Dans l’exemple de la figure 6.2, c’est l’oxyde qui
est masqué par la contamination. Le signal de l’oxyde augmente d’abord, puis
décroît parce qu’il est décapé plus rapidement que le métal. Cette différence de rendement de décapage mène à un appauvrissement en oxygène qui correspond à une
réduction chimique de l’oxyde dans la zone modifiée par la pulvérisation ( altered
layer ). Ceci est observé pour les spectroscopies Auger et ESCA car les électrons
Auger et les photoélectrons détectés sont émis de la zone pulvérisée. Au contraire,
en spectrométrie SIMS, on mesure les ions émis qui correspondent à la composition
de l’échantillon en état d’équilibre pendant la pulvérisation. Cet état stationnaire est
atteint dans la zone II dans l’exemple de la figure 6.2. L’état stationnaire y correspond à une réduction chimique de Ta 2 O 5 en TaO dans la zone pulvérisée. La largeur
de la zone II est déterminée par l’épaisseur de l’oxyde et la vitesse de décapage qui
étaient respectivement 15 nm et 1 nm/min.
La zone III constitue la transition de l’oxyde vers le métal. On observe donc
une diminution du pic de l’oxygène et en conséquence une augmentation du signal
pour le métal. La largeur de cette zone ∆ t est mesurée entre 84% et 16% du signal
qui diminue (par ex. O) comme indiqué par la figure 6.2. La valeur de l’état stationnaire de la zone II est prise comme 100%. Notons que ∆ t peut aussi être déterminé
par l’intensité décroissante (par ex. Ta). Le substrat est atteint dans la zone IV où le
signal de l’oxygène disparaît lentement – cette traînée est due au processus de
décapage qui non seulement décape les atomes mais aussi en implante. La méthode
de décapage ionique se prête à des épaisseurs jusqu’à 100-200 nm avec des vitesses
de pulvérisation comprises typiquement entre 0,1 et 10 nm/min.
Toutefois, nous avons constaté qu’il faut un minimum d’épaisseur pour arriver
à l’état stationnaire. Si une couche à analyser est plus mince que 5 nm, les zones I
-III risquent d’être confondues sans qu’on n’arrive à un état d’équilibre, ce qui rend
difficile une mesure de la stoechiométrie de telles couches par les profils de
décapage. Pour de telles couches, la méthode de variation de l’angle d’émission,
discutée aux chapitres 3 et 4, est préférable. En ce qui concerne le SIMS dynamique, des couches aussi minces peuvent être analysées, mais le résultat restera qualitatif car, dans la plupart des cas, l’équilibre ne sera pas atteint.
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Avant de discuter l’influence de la vitesse de décapage et la résolution en profondeur d’un profil, un exemple d’un profil en profondeur est illustré sur la figure
6.2. Il s’agit d’un profil Auger d’une couche mince, un oxyde de tantale Ta 2 O 5 sur
Ta, obtenu en combinant l’analyse Auger avec un décapage ionique simultané à
l’aide d’ions Ar + . Des profils similaires sont réalisés en ESCA.
Les pics de l’oxygène et du tantale ont été choisis pour caractériser la composition chimique de la couche et du substrat, alors que le pic de carbone permet de
contrôler et d’identifier la contamination de surface. La figure 6.2 montre les intensités des pics en fonction du temps de décapage. On distingue plusieurs zones: au
début de la zone I, qui a typiquement une largeur comprise entre 2 et 5 nm, les
amplitudes Auger I A changent fortement. Ceci est dû à l’élimination des contaminations de surface (espèces adsorbées comme C, CO, C x H y ). De plus, il y a aussi un
changement de la composition. Dans l’exemple de la figure 6.2, c’est l’oxyde qui
est masqué par la contamination. Le signal de l’oxyde augmente d’abord, puis
décroît parce qu’il est décapé plus rapidement que le métal. Cette différence de rendement de décapage mène à un appauvrissement en oxygène qui correspond à une
réduction chimique de l’oxyde dans la zone modifiée par la pulvérisation ( altered
layer ). Ceci est observé pour les spectroscopies Auger et ESCA car les électrons
Auger et les photoélectrons détectés sont émis de la zone pulvérisée. Au contraire,
en spectrométrie SIMS, on mesure les ions émis qui correspondent à la composition
de l’échantillon en état d’équilibre pendant la pulvérisation. Cet état stationnaire est
atteint dans la zone II dans l’exemple de la figure 6.2. L’état stationnaire y correspond à une réduction chimique de Ta 2 O 5 en TaO dans la zone pulvérisée. La largeur
de la zone II est déterminée par l’épaisseur de l’oxyde et la vitesse de décapage qui
étaient respectivement 15 nm et 1 nm/min.
La zone III constitue la transition de l’oxyde vers le métal. On observe donc
une diminution du pic de l’oxygène et en conséquence une augmentation du signal
pour le métal. La largeur de cette zone ∆ t est mesurée entre 84% et 16% du signal
qui diminue (par ex. O) comme indiqué par la figure 6.2. La valeur de l’état stationnaire de la zone II est prise comme 100%. Notons que ∆ t peut aussi être déterminé
par l’intensité décroissante (par ex. Ta). Le substrat est atteint dans la zone IV où le
signal de l’oxygène disparaît lentement – cette traînée est due au processus de
décapage qui non seulement décape les atomes mais aussi en implante. La méthode
de décapage ionique se prête à des épaisseurs jusqu’à 100-200 nm avec des vitesses
de pulvérisation comprises typiquement entre 0,1 et 10 nm/min.
Toutefois, nous avons constaté qu’il faut un minimum d’épaisseur pour arriver
à l’état stationnaire. Si une couche à analyser est plus mince que 5 nm, les zones I
-III risquent d’être confondues sans qu’on n’arrive à un état d’équilibre, ce qui rend
difficile une mesure de la stoechiométrie de telles couches par les profils de
décapage. Pour de telles couches, la méthode de variation de l’angle d’émission,
discutée aux chapitres 3 et 4, est préférable. En ce qui concerne le SIMS dynamique, des couches aussi minces peuvent être analysées, mais le résultat restera qualitatif car, dans la plupart des cas, l’équilibre ne sera pas atteint.