Mesure des déformations et des contraintes par diffraction électronique en faisceau convergent (cbed)
Institution:
Université Joseph Fourier (Grenoble)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Ln this work, we propose a CBED (Convergent Beam Electron Diffraction) procedure to characterize stress in the monocrystalline silicon substrates used for microelectronics devices through the measurement of the stress relaxation in a thin TEM lamella. This relaxation involves a bending of the atomic planes inside the sample and leads to HOLZ lines broadening observed in experimental patterns. This effect is clearly explained by coupling finite element mechanical simulation of stress relaxation in the thin lamella with diffracted intensity ca1culation. This procedure is then applied to stress quantification in reference systems Si/ Si Ge and to 3D transistors. The perfect matching between the theoretical relaxed and experimental CBED patterns is an iterative process, and so could be diflicult and time-consuming. Nevertheless, it looks the only reliable way to provide strain and stresses field in the investigated device with a very good spatial resolution and an excellent sensitivity. Additionally, we have also developed a CBED software tool under MATLAB environment dedicated to the semi-automatic treatment of CBED patterns with fine HOLZ lines. This application inc1udes Hough transform to identify the exact position of experimental HOLZ lines and the automatic comparison with a quasi-kinematical simulation of HOLZ lines position via an objective function minimisation on the lattice parameters. Strain and stress tensor components can then be easily derived. We use this software to characterize stress in epitaxiallayer and we still underline the stress relaxation in the thin lamella which is coherent with our elastic mechanical model.
Abstract FR:
Dans ce travail, nous proposons une méthode pour mesurer les déformations et les contraintes dans les dispositifs de la microélectronique, à travers la quantification de la relaxation des contraintes dans la lame mince par diffraction électronique en faisceau convergent (CBED). Cette relaxation engendre une courburé des plans atomiques et se traduit par un élargissement des lignes de HOLZ dans les clichés. Cet effet est clai¬rement démontré en couplant des simulations mécaniques par éléments finis de la relaxation des contraintes dans la lame avec des calculs des intensités diffractées. Nous appliquons cette méthode à la mesure des contraintes dans des systèmes modèles Si! SiGe et dans des transistors. La reproduction exacte des clichés expérimentaux est un problème complexe étant donné le nombre de paramètres élevé intervenant dans les modèles. Cependant, cette étude apparaît nécessaire pour obtenir des mesures très précises, avec une réso¬lution spatiale compatible avec la taille des dispositifs caractérisés. Par ailleurs, nous avons également développé, sous MATLAB, un logiciel de traitement automatique des cli¬cMs CBED possédant des lignes fines. Ce dernier inclut la détection automatique des lignes de HOLZ grâce à une transformation de Hough, et la comparaison avec une simulation cinématique de la position de ces lignes via la minimisation d'une fonction objective sur les paramètres cristallins. Les composantes du tenseur des déformations sont alors déduites. Ce logiciel est utilisé pour la caractérisation de couches contraintes épitaxiées et nous mettons à nouveau en évidence la relaxation des contraintes dans la lame mince que nous cOITélons à notre modèle élastique.