XPS chemical state mapping in opto- and microelectronics
Résumé
Dans le but d’approcher des compositions chimiques de surface de quelques millimètres carrés, l’imagerie XPS est un atout indéniable. Ces mesures de photoémission peuvent s’avérer utiles pour i) localiser avec confiance des objets micrométriques, ii) connaître la distribution spatiale des éléments constitutifs de la surface (cartographie élémentaire) et iii) différencier localement des environnements chimiques.
Les différents modes d’acquisition d’images (snap map vs parallel imaging), développés grâce à la diminution des tailles de spot de rayons X (jusqu’à la dizaine de microns) ou l’utilisation conjointe d’une lentille et d’un détecteur 2D, ouvrent la porte à la caractérisation de motifs dans une large gamme d'applications industrielles et en particulier dans le domaine de la micro- optoélectronique. Les dimensions caractéristiques mises en jeu dans ce type de dispositifs nécessitent généralement une analyse sur des zones trop fines pour être caractérisées avec des outils traditionnels tels que la microscopie électronique à balayage couplée à de la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (MEB-EDS). Par ailleurs, le recours souvent nécessaire à des couches de passivation isolantes (oxydes, nitrures…) rend l’utilisation de la spectroscopie d’électrons Auger (AES) assez délicate à mettre en œuvre. Dans ces conditions, malgré une résolution latérale nettement plus faible, l’imagerie XPS avec un canon à neutralisation de charges s’avère être une technique de choix.
Dans cette présentation, nous montrerons l’intérêt de la cartographie XPS dans le cadre de la structuration de matériaux III-V. En effet, il est rapporté que le traitement électrochimique anodique du phosphure d’indium (InP) dans NH3 liquide permet la croissance d’une couche ultramince de type polyphosphazène (PPP) en surface du semiconducteur1. L'extrême stabilité chimique de ce film d’épaisseur nanométrique en fait un matériau propice pour réaliser des masques pour la gravure humide d’InP2. La structuration du PPP grâce à des techniques de dépôt sélectif, étape clé dans le procédé technologique, sera démontrée par imagerie XPS des niveaux de cœur N1s et P2p (Figure 1).
Par ailleurs, nous détaillerons l’apport de la cartographie XPS pour la caractérisation d’hétérostructures d’oxydes pérovskites, classe de matériaux prometteurs pour l’électronique du futur. L’imagerie XPS des niveaux de cœur Ti2p et V2p sur l’empilement (SrTiO3/SrVO3) met clairement en évidence les deux domaines (Figure 2). La cartographie XPS du niveau de cœur Sr3d sera discutée : le strontium étant commun aux deux oxydes et dans des environnements chimiques3,4 très proches.