A study of interfaces and nanostructures by time of flight mass spectrometry : towards a spatially resolved quantitative analysis

Next generation devices for microelectronics feature nanometric dimensions and incorporate heterogeneous materials. Accurate knowledge is needed on their chemical composition to address elaboration processes and understand electrical properties. ToF-SIMS is an interesting candidate, but it suffers from matrix effects and insufficient depth resolution. The aim of this work is to enable quantitative, depth resolved analysis of materials and structures for advanced devices with a standard ToF-SIMS. Studies focus in SiGe and high-k based materials, ultra shallow implants and materials for organic electronics. We investigate sample preparation, experimental condition optimization and data treatment to setup original analysis protocols. Accuracy of the new protocols is tested with leading edge external characterization techniques in each of the materials of interest. These developments allowed enhanced analysis quality in terms of depth resolution, accuracy and reproducibility.Les dispositifs avancés pour la microélectronique intègrent divers matériaux et sont de dimensions nanométriques. Une connaissance précise de leur composition est requise pour améliorer leurs procédés de fabrication et comprendre leur comportement électrique. Le ToF-SIMS est un candidat intéressant, qui souffre cependant des effets de matrice et ne possède pas toujours une résolution spatiale suffisante. Le but de ce travail est de permettre une analyse quantitative et résolue en profondeur de matériaux et structures pour la microélectronique avancée à l'aide d'un ToF-SIMS standard. Cette étude porte sur SiGe, sur des matériaux à haute permittivité, des implants basse énergie et des matériaux organiques. Elle se concentre sur la préparation d'échantillons, l'optimisation des conditions expérimentales et le traitement de données pour mettre au point des protocoles d'analyse originaux dont la précision est évaluée grâce à d'autres techniques de caractérisation de pointe. Ces protocoles permettent d'améliorer la qualité des analyses en termes de résolution en profondeur, de précision et de reproductibilit