Elektrische Kennzeichnung mit Scannen-Fühler-Mikroskopen

Anwendungen umfassen, aber sind nicht auf, Fehleranalyse des Halbleiters und der Datenspeichergeräte, zweidimensionales Transportunternehmerein profil erstellen von Halbleiterbauelementen und Leitfähigkeitsstudien des Nichtleiters, metallisches, des Polymers, der organischen Produkte und der Halbleiterfilme begrenzt. Diese Anwendungsanmerkung behandelt die Techniken und einige dieser vielen Anwendungen in allen weiteren Einzelheiten.

CAFM ist eine starke aktuelle Messtechnik für das Abbilden von Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit von Materialien (Abbildung 3). CAFM kann an den Materialien mit mittlerer Leitfähigkeit (1pA zu 1ìA) angewendet werden. Das CAFM-Applikationsmodul kann in der Darstellung oder im Spektroskopiemodus betrieben werden entweder. Im Aufnahmemodus werden Bilder des elektrischen Stroms erhalten, während in der Spektroskopie der Modus man die I/V-- (IV) oder Aktuellkraft (I-Z) Spektren montieren kann.

Abbildung 3. CAFM-Bilder bilden die Leitfähigkeit von HfO₂als abgegeben (verlassen) ab und nach-tempern an 700°C (mittlere) und an 800°C (recht). Diese Karten darf sichtbar machen und die Größe und die Verteilung von Schwachstellen im Nichtleiter mengenmäßig bestimmen. Dunklere Farbe bedeutet höheren Strom durch die Spitze und zeigt höhere Leitfähigkeit und folglich die schwächeren Stellen im Nichtleiter an. Schwachstellen tauchen auf und vermehren sich nach Ausglühen, mehr am höheren tempern Temperatur stark. 500nm scannt Höflichkeit Jasmin Petry, IMEC, Belgien.

Im Aufnahmemodus wird ein elektrisch leitfähiger Fühler über der Beispieloberfläche im Kontaktmodus gescannt, während eine Rückkopplungsschleife den Ausschlag der freitragenden Konstante hält, während lokale Höhe der Probe gemessen wird. Während des Scannens kann der Benutzer eine GLEICHSTROM-Vorspannung zwischen der Spitze und der Probe anwenden. Ein lärmarmer linearer Stromverstärker ermittlt das resultierende aktuelle Passieren durch die Probe, während das Topographiebild gleichzeitig erhalten wird (siehe Abbildung 2). Der beobachtete Strom kann als Maßnahme für die lokale Leitfähigkeit oder die elektrische Integrität der Probe unter Studie verwendet werden.

Zusätzlich zum Aufnahmemodus misst CAFM auch lokale I/V-- (IV) oder Aktuellkraft (I-Z) Spektren unter Verwendung des Spektroskopiemodus. Um Spektren IV zu erhalten, wird der Darstellungsscan gestoppt und die Spitze wird in einem örtlich festgelegten Einbauort angehalten während die Beispielvorspannung auf oder ab ramped ist-. Der resultierende Strom durch die Probe wird gegen die angewandte Vorspannung grafisch dargestellt (Abbildung 3a). Benutzerselektierte Parameter umfassen Anfang und beenden Spannung der Rampe, der Rampenrichtung, der Stufenhöhe und der Verzögerungszeiten zwischen einzelnen Rampen. Die Software kann entweder ein einzelnes Spektrum oder einen Durchschnitt über mehrfachen Spektren aufzeichnen. Für einige Maße ist es wünschenswert, das aktuelle Passieren durch die Probe zu begrenzen. In diesem Fall versieht die Software den Benutzer mit einer „Trigger“ Option, die die Spannungsrampe stoppt, sobald der Benutzer ausgewählte aktuelle Wert erreicht wird. Um I-Z Spektren zu erhalten, ist- die Beispielvorspannung die gehaltene Konstante, während der Scanner in die Z-Richtung verschoben wird, ähnlich dem Maß der Kraftdistanzadresse kurvt. Der resultierende Strom durch die Probe wird gegen die Z-Stellung des Scanners grafisch dargestellt. Wieder erlauben einige Parameter dem Benutzer, spezifische I-Z Erhöhungsexperimente durchzuführen und zu steuern.

Stellen Sie 3a dar. CAFM-Spektroskopie: Strom gegen Pläne der Spannung (iv) mit FLUGHANDBUCH-Spitze in Position gebracht auf Schwachstellen des Dünnfilms (HfO₂). (Durchschnitte von den verschiedenen Einbauorten) decken Sie den Hintergrundleckagestrom auf, der mit Ausglühen fallen gelassen werden, nach der Vergütung, mit Zunahmeausglühentemperatur und durchschnittlichen Strom an einer gegebenen Spannung, die erhöht wird.

Ein I-Z Spektrum wird in Abbildung 4. angezeigt. Hier wurde der CAFM-Block verwendet, um den Strom auf einer leitfähigen Polymerprobe als Funktion der angewandten Kraft oder freitragenden Ausschlag zu studieren. Der elektrische Strom, ermittlt durch den CAFM-Block, wird bei der Ausführung einer Erhöhungsschleife der Standardkraftdistanzadresse geüberwacht. Das aktuelle Spektrum zeigt die Details der Änderung in der Leitfähigkeit für den Punktkontakt an, während der Fühler Kontakt mit der Probe aufnimmt und die Kraft erhöht wird.

Abbildung 4. Kraft-Distanzadresse (Oberseite) und I-Z Spektrum (Unterseite) maß gleichzeitig mit dem CAFM-Block.

CAFM kann in vielen angewendet werden Forschungs- und Herstellungsbereiche für die Analyse einer großen Auswahl der Materialien. Es kann auch verwendet werden, um zu lokalisieren und elektrische Defekte des Bildes in den Halbleiter- und Datenspeichergeräten. Darüber hinaus kann CAFM angewendet werden, um leitfähige Polymere und andere Materialien mit ungleichmäßiger Leitfähigkeit, wie semimetals, Halbleitermaterialien, leitfähigen organischen Materialien, nanotubes und anderen zu kennzeichnen.

THUNFISCH misst ultra-niedrigen Strom auf Niedrigleitfähigkeit Proben. Wie mit CAFM, ist eine GLEICHSTROM-Vorspannung zwischen der Probe und der leitfähigen Spitze angewandt, während die Spitze die Probe im Kontaktmodus scannt. Ein linearer Stromverstärker mit einer Reichweite Fas 60 zu PA 120 ermittlt das resultierende aktuelle Passieren durch die Probe. Auf diese Art wird die Topographie des Beispiel und der Strom gleichzeitig gemessen und aktiviert direkte Wechselbeziehung eines Beispieleinbauorts mit seinen elektrischen Eigenschaften. Der Geräuschpegel des THUNFISCH-Blocks (Baumuster. Fa 50) lässt ein extrem empfindliche Strommessungen durchführen. Darüber hinaus erlaubt der THUNFISCH-Block auch lokales Maß von I/V-Spektren auf der Probe.

Die THUNFISCH-Technik ist für Bewertung von dünnen dielektrischen Filmen wie Toroxiden (häufig SiO)₂in den Transistoren besonders nützlich. Im THUNFISCH hängt der aktuelle Tunnelbau von der Spitze durch den dielektrischen Film stark von der Dicke, von den Leckagepfaden (vielleicht verursacht durch Defekte) und von den Ladungsfallen ab. Alle diese beeinflussen möglicherweise beträchtlich die Eigenschaften und die Integrität des ganzen Filmes und so kompromittieren die Leistung einer gesamten Einheit.

THUNFISCH kann in vielen Forschungs- oder Herstellungsbereiche und auf einer großen Auswahl von Materialien angewendet werden. Er kann verwendet werden, um die Stärkeeinheitlichkeits- oder -schnittstellenrauheit von dünnen dielektrischen Filmen, wie Toroxiden zu studieren. Er kann auch angewendet werden, um zu lokalisieren und elektrische Defekte des Bildes in den Halbleiter- oder Datenspeichergeräten. Darüber hinaus kann THUNFISCH für die Studie von leitfähigen Polymeren oder von organischen Produkten und andere niedrig-leitfähige Materialien verwendet werden (wie semimetals, Halbleitermaterialien, Usw.). Einige typische Beispiele werden im Folgungskapitel zur Verfügung gestellt.

Einer der forderndsten Schritte in der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist der Tornichtleiter. Die dünnen Dielektrikumfilme (häufig SiO₂oder hoch--K Dielektrika) werden als Toroxide in den Bereicheffekttransistoren und als Tunnelbauoxide und -dielektrika für Speicherkondensatoren wie Einheiten des dynamischen Direktzugriffsspeichers (DRAM) und elektrisch des löschbaren und programmierbaren Festwertspeichers (EEPROM) verwendet. Strukturell und elektrisch ist homogenes Oxid von höchster Bedeutung, um mit den Anforderungen für Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität des Tors einzuwilligen und Tunnelbauoxide. Andernfalls führen Abbau und Zusammenbruch zu frühes Einheitsversagen. Sogar Variante der Oxidstärke in der Ångströmreichweite kann eine große Auswirkung auf das elektrische Verhalten des Transistors und der größtintegrierten Speicherbauelemente haben. Mit abnehmender Oxidstärke wird dieses Problem viel schwerer. Oberflächen- und Schnittstellenrauheit ergeben zunehmende Oxidbereiche und erhöhen Leckage Strom und Fowler-Nordheim, die die Skalierung von Oxiden für Metall-Oxidhalbleiter Einheiten einen Tunnel anlegen, führen, um zu fasten Abbau und (MOS) begrenzen.

Mikroskopie-sind Technik-makroskopische Spektroskopie I/V-- des Herkömmlichen Maßes (IV) (C-V) und Kapazitanzspannung, Emissions (EM)mikroskopie und Übertragungs (TEM)elektron für das Lokalisieren und das Messen des Grads der Oxidverringerung unzulänglich. Diese Methoden entweder ermangeln die erforderlichen strukturellen (nicht elektrischen) Informationen der Auflösung oder der Maßnahme nur. THUNFISCH andererseits, liefert die Ortsauflösung und die Empfindlichkeit, die benötigt werden, effektive Stärkevarianten von dünnen dielektrischen Filmen abzubilden. Eine Vorspannung, angewendet zwischen Probe und Fühler, verursacht einen Tunnelbaustrom (folglich den Namen, der FLUGHANDBUCH Einen Tunnel Anlegt) der stark von den lokalen elektrischen Eigenschaften d.h. die effektive elektrische Stärke des Oxids abhängt. Der leitfähige Fühler, das in Untersuchung und Halbleitersubstratflächenoxidfilmformular eine lokale MOS-Zelle. Im Allgemeinen erhöht der Strom (häufig Fowler-Nordheim) exponential mit einer linearen Änderung in der Dicke und so stellt eine sehr empfindliche Technik zu den Überwachungsgerätstärkevarianten zur Verfügung.

Abbildung 5 zeigt eine Reihe aktuelle Bilder des THUNFISCHS, die an den verschiedenen Vorspannungen auf der blank Oberfläche der Oxidschicht genommen werden. Ein kann die Zunahme des Stroms nach dem Erhöhen der Vorspannung offenbar beobachten. Die aktuellen Daten, die an der höchsten Spannung (9V) genommen werden zeigen lokalisierte hoch-aktuelle Stellen im gescannten Bereich und zeigen elektrischen Zusammenbruch der Oxidschicht in diesen Einbauorten an.

Abbildung 5. THUNFISCHstrommessungen von links nach rechts genommen auf einem starken SiO₂Toroxid 5nm an zunehmenden Beispielvorspannungen: (Oberseite) 6V, 7V, (Unterseite) 8V und 9V. 0.5ìm Scans.

Fachkundige Software ermöglicht auch das Maß von IV Spektren in einem einzelnen Einbauort auf der Beispieloberfläche. Abbildung 6 zeigt ein typisches Spektrum IV, das auf dem starken Oxid des Tors 5nm gemessen wird, erhalten, indem sie die Vorspannung von 0V zu 2V erhöht. Das Spektrum zeigt die exponentiale Abhängigkeit des Stroms auf der angewandten Vorspannung. THUNFISCH kann auch eingesetzt werden, um Schwachstellen und Inhomogeneities von dünnen dielektrischen Filmen oder von Oxiden zu überwachen. Baufehler auf der Oberfläche sowie strukturelle und elektrische Inhomogeneities innerhalb des Oxids (z.B., SiO)₂und an der Schnittstelle zur Substratfläche (z.B., Si), können nachgeforscht werden.

Abbildung 6. Spektrum IV genommen auf einem starken Oxid des Tors 5nm. Das Spektrum wurde bei die Spannung der Vorspannung (0V) zur Endenspannung (2V) von Anfang an erhöhen Vorwärts aufgezeichnet, und dann hinter.

Abbildung 7 zeigt die Topographie und gleichzeitig den erreichten Tunnelbau aktuelles Bild (an der konstanten Beispielvorspannung) am Übergang von einem Bereichoxid zu einem starken Oxid des Tors 40nm. Das Topographiebild zeigt (von links nach rechts) das Toroxid, die Schnittstellenregion und das Bereichoxid. Am Rand zwischen den zwei Regionen wird ein erhöhter Fowler-Nordheimtunnelbaustrom gemessen. Dieses zeigt die lokale strukturelle Verringerung des Toroxids während der Fälschung des Bereichoxids an, das als isolierender Bereich zwischen anliegenden aktiven Regionen dient.

Abbildung 7. die Topographie (gelassen) und das simultan-erreichte aktuelle Bild des Tunnelbaus (recht) am Übergang von einem Bereichoxid zu einem 40nm versehen dick Oxid mit einem Gatter. Am Übergang wird der Tunnelbaustrom erhöht, der die Verringerung des Siliziumoxids anzeigt. 1ìm Scans, 0,5 aktuelle Schuppe PAs. Bildhöflichkeit A. Olbrich, Infineon, München, Deutschland.

In Abbildung 8, werden Topographie und aktuelle Bilder des Tunnelbaus eines starken Oxids des Tunnels 8.5nm für eine EEPROM-Einheit angezeigt. Das Tunneloxid (SiO₂) wird durch ein stärkeres Bereichoxid nach links und das recht eingeschlossen. Die Daten wurden an einer Beispielvorspannung von 10V erhalten. Während das Bereichoxid zu stark ist, jeden messbaren Strom an der gegebenen Beispielvorspannung zu zeigen, zeigt das Tunneloxid Inhomogeneities in der Stromdichte, die Schwankungen der effektiven Oxidstärke anzeigt.

Abbildung 8. die Topographie (gelassen) und des Tunnelbaus (rechte) aktuelle Bilder eines 8.5nm legen dick das Oxid (SiO₂) gemessen an einer Beispielvorspannung von 10V einen Tunnel an. 2ìm Scans, aktuelle Schuppe mit 200 Fa. Bildhöflichkeit A. Olbrich, Infineon, München, Deutschland.

Als Alternative zu den traditionellen Permanentspeichereinheiten, werden magnetische (MRAMs) Direktzugriffsspeicher nachgeforscht und entwickelt. MRAMs funktionieren basiert auf dem magnetoresistenten Effekt (TMR) des Tunnelbaus, und ihr wesentliches Bestandteil ist eine Metall-Isolatormetall (MIM)tunnelkreuzung. Erfolgreiche Operation dieser Zellen benötigt eine chemisch homogene (frei von den Verunreinigungen) isolierende Sperre sowie minimales Fluktuieren der Sperrenstärke. Deshalb ist es wichtig, die Tunnelsperre räumlich zu lösen und sie auf dem makroskopischen Tunnelmagnetwiderstand in Verbindung zu stehen. Während herkömmliche Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) und Röntgenstrahlphotoelektronstudien Spektroskopie (XPS) globale Informationen auf der Atomeinteilung, der Oberflächeschnittstelle Zelle und der chemischen Zusammensetzung zur Verfügung stellen, geben diese Techniken unvollständige Informationen über die Tunnelsperrenqualität an der Atomschuppe, weil sie über Tiefe und Oberfläche Durchschnitt berechnen. Bis jetzt ist THUNFISCH die einzige Methode, die Kennzeichnung der lokalen elektrischen Eigenschaften dieser Filme mit sehr hoher seitlicher Auflösung erlaubt. Abbildung 9 zeigt die Topographie und den Tunnelbau aktuelles Bild einer 1.2nm starken Schicht₂des Als₃O, die als sehr guter Isolator für MRAMs wegen seines großen Bandabstandes sich leiht (eV ungefähr 8).

Abbildung 9. Topographie (gelassen) und des Tunnelbaus aktuelle (rechte) Bilder dünn genommen auf einem Aluminiumoxyd 1.2nm (Al₂scannt₃O) Film an einer Beispielvorspannung von 0.14V 500nm, Strombereich PA-5. Datenhöflichkeit A. Olbrich, Infineon, München, Deutschland.

Lokale Schwankungen der effektiven elektrischen Stärke ergeben erhöhten Strom - bis zu einigen Größenordnungen. Es ist wahrnehmbar, dass häufig, Bereiche mit erhöhtem Tunnelbaustrom scheinen, mit topographisch erhöhten Merkmalen zu entsprechen.

Eine wichtige Anwendung des THUNFISCHS ist die Lokolisierung und das Kennzeichen von elektrischen Defekten in den dünnen dielektrischen Filmen. In Abbildung 10, wurde ein dünner₂SiO-Film mit einer esteuerten Menge Quantumspunkten eingebettet, die als kleine elektrische Defekte angesehen werden können. Die kleinen Punkte konnten nicht beobachtet werden, als, Standard-SPM-Topographie verwendend, aber, zeigen offenbar oben in den THUNFISCH-Stromdaten. Nach dem Erhöhen der Vorspannung von 1V zu 5V, erscheinen mehr Punkte in den THUNFISCH-Strombildern. Dieses kann mit der Größe der Defekte und der Tiefe der Defekte unter die Oberfläche zusammenhängen. Dieses Beispiel stellt die Möglichkeit der Anwendung der THUNFISCH-Technik zum Bild dar und lokalisiert unter der Oberfläche liegende elektrische Defekte sowie die Defektgröße und -dichte zu messen.

Abbildung 10. Reihenfolge von den THUNFISCH-Bildern erhalten auf einem SiO-₂Film mit eingebetteten Defekten. Die Beispielvorspannung war- von links nach rechts: (Oberseite) 1V, 2V, (Unterseite) 3V und 5V. 1ìm Scan, 1 aktuelle Schuppe PAs. Prüft Höflichkeit S. Madhukar, Motorola, Austin, Texas.

Eine andere Anwendung für THUNFISCH kann in der Kennzeichnung von den dünnen dielektrischen Filmen gefunden werden, die in der Datenspeicherindustrie verwendet werden. Eine kontinuierliche Bemühung wird die Leistung und die Zuverlässigkeit von magnetoresistenten Lese-Schreibköpfen (MR) und von Plattenmedia verbessernd angestrebt. Für Korrosionsschutz und Abnützung werden die Platten und die Köpfe geläufig mit einem dünnen nicht leitfähigen DLC-Film beschichtet. THUNFISCH kann verwendet werden, um die Qualität dieser Filme zu bestimmen. Wenn er eine Vorspannung auf die Platte oder den Kopf zutrifft, ist der Tunnelbaustrom ein ausgezeichneter Anzeiger von Leckagepfaden, von kleinen Inhomogeneities oder von Defekten (elektrische Verschmutzer, Kurzschlüsse, verdünnendes DLC, Usw.) in der DLC-Beschichtung.

Abbildung 11 zeigt dem Tunnelbau aktuelle Bilder von zwei Herr-Köpfen mit einheitlicher Beschichtung. Das Topographiebild zeigt kleines Sonderkommando des HERRN Kopf, während die aktuellen Daten des THUNFISCHS durch den DLC-Film schauen und die verschiedenen (metallischen) Regionen des HERRN aufschlussreiche defekte Hauptbeschichtung zeigen. Die aktuellen Bilder des Tunnelbaus zeigt offenbar Schwachstellen in der Beschichtung des defekten HERRN Kopf. Die Anwendung des THUNFISCHS auf Magnetplattemedia, umfaßt mit einem dünnen DLC-Film, wird in Abbildung 12 dargestellt. Die topographischen und des THUNFISCHS aktuellen Daten werden für zwei Proben, mit einer anderen DLC-Beschichtung Stärke angezeigt. Die linken Bildbildschirmanzeigen, welche die Daten auf einer Platte mit einem dünnen DLC-Film erreichten. Die aktuellen Daten des THUNFISCHS schwanken zwischen ungefähr 0 und 20 PA und zeigen eine starke räumliche Variante, die mit den Polierspuren aufeinander bezieht, die auf den Platten vorhanden sind. Die rechten Bildbildschirmanzeigen, welche die Daten auf einer Platte mit einer etwas stärkeren DLC-Beschichtung erreichten.

Abbildung 11. die Tunnelbaustromscans (link) maß auf einem magnetoresistenten Lese-Schreibkopf, der mit einem dünnen diamantenähnlichen Kohlenstofffilm (DLC) umfaßt wurde. Aktuelles Bild des Tunnelbaus (recht) eines ähnlichen Kopfes mit defekter DLC-Beschichtung. 20ìm Scans. Prüft Höflichkeit T. Ahmed, Seagate, Minneapolis, Minnesota.

Abbildung 12. Tunnelbaustromscans maßen auf zwei Magnetplattemedia, die mit einem dünnen umfaßt wurden (link) und etwas stärkeren (recht.) DLC-Film. 0.5ìm Scans, aktuelle Schuppe PAs 20. Prüfen Sie Höflichkeit J. Leigh, Seagate, Fremont, Kalifornien.

Der Durchschnittstunnelbaustrom ist, entsprechend der Änderung in der Dicke viel niedriger. Auch die Wechselbeziehung zur Oberflächenmorphologie ist viel weniger ausgeprägt. Dieses Beispiel stellt dar, wie die THUNFISCH-Technik in der Optimierung der Stärke, der Zusammensetzung und der Prozessbedingungen der DLC-Filme erfolgreich unterstützen kann.

Eine Andere wichtige Gruppe Materialien für Anwendungen in MEMS und in der Mikroelektronik sind piezoelektrische und ferroelectric Materialien. Vom besonderen Interesse ist BST (Ba-_XSr_1-XTiO₃), der als hoch-Epsilonnichtleiter in den flüchtigen größtintegrierten Speicherbauelementen (D-RAM) und in PZT dient (PbZr-_XTi_1-XO)₃, das möglicherweise in den ferroelectric größtintegrierten Speicherbauelementen verwendet wird. Diese Oxide sind polykristallin und bis jetzt sind die Wechselbeziehung zwischen mikroskopischer Zelle und ihren elektrischen Eigenschaften nicht verstanden wohles. Wieder kann THUNFISCH eine nützliche Technik sein, zum von lokalen Eigenschaften dieser Filme zu analysieren. Erhöhte Stromstärke ist entlang den Kristallgrenzen wahrnehmbar, während weniger aktuell, wird beobachtet auf einzelnen Körnern. Dieses Verhalten kann den unerwünschten Leckagestrom der ferroelectric Kondensatoren zum Beispiel erklären, die mit diesem Baumuster des Filmes fabriziert werden.

Die THUNFISCH-Daten, die auf einem 500nm starkes BaTiO erhalten werden, ₃überlagern, werden angezeigt in Abbildung 13. Ein höherer Strom wird an einigem der Kristallgrenzen sowie nach einigen längeren Grundsätzen beobachtet. Eine dieser Bruch ähnlichen Zeilen wird im aktuellen Bild angezeigt. Das Vorhandensein dieser Hochleckage Schreibzeilen wird durch Druckphänomene im abgebildeten Film erklärt möglicherweise. Dieser Effekt wird nur in den THUNFISCH-Stromdaten beobachtet.

Abbildung 13. Aktuelle (rechte) Bilder der Topographie (gelassen) und des Tunnelbaus eines dünnen ferroelectric₃Filmes BaTiO. 2ìm Scan, aktuelle Schuppe PAs 2. Prüfen Sie Höflichkeit H. Ruda, University of Toronto, Kanada.

Zusätzlich zu den vorher beschriebenen anorganischen Materialien ist THUNFISCH auch sehr nützlich für organische Materialien wie leitfähige Polymere gewesen. Die Daten, die in Abbildung 14 angezeigt wurden, wurden unter Verwendung der niedrigen Federkonstantefühler auf einer starken Polyphenylen 100nm vinylene Schicht (PPV) oben auf eine starke Poly-anilin 200nm (PANI) Schicht erhalten. Das PPV ist ein lichtemittierendes Polymer, das Drehbeschleunigungform oben auf eine leitfähige Bufferschicht (PANI) ist zum des Transportes der Ladungsträger zu ermöglichen. Diese bestimmte Probe hatte die PPV-Schicht, die teilweise weg abgezogen wurde, um Maße der PANI-Schicht darunterliegend zu aktivieren. Das PPV-Teil der Probe ist auf dem links im Topographiebild etwas höher und sichtbar. Das entsprechende aktuelle Bild zeigt offenbar eine gleichmäßig niedrigere Leitfähigkeit des PPV, das mit der nicht homogenen PANI-Bufferschicht verglichen wird.

Abbildung 14. Die Topographie (gelassen) und die aktuellen (rechten) Bilder DES THUNFISCHS eines 100nm PPV überlagern auf einer leitfähigen PANI-Schicht. Die Beispielvorspannung war- -6V. 50ìm Scan. Prüfen Sie Höflichkeit C. Zhang, Uniax, Goleta, Kalifornien.

Ein zweites leitfähiges Polymerbeispiel, mit höherer Ortsauflösung, wird in Abbildung 15 gezeigt. Die CAFM-Technik wurde verwendet, um die räumliche Variante der Leitfähigkeit in einem dünnen Poly-analine Film abzubilden, der auf einer Indium-Zinn-Oxidsubstratfläche abgegeben wurde. Die verhältnismäßig hohe Leitfähigkeit dieser Probe benötigte den Gebrauch des CAFM-Blocks, anstelle des THUNFISCH-Blocks. Der beobachtete Strom schwankte zwischen PA 0 und 200. Das CAFM-Bild zeigt die hohe Leitfähigkeit der großen Gebiete, die mit PANI abgedeckt werden, und eine etwas niedrigere Leitfähigkeit für die kleineren, getrennten Stellen, die mit PANI abgedeckt werden. Die Substratfläche erscheint als schlecht leitfähige Region. Der niedrige Federkonstantefühler, der eingesetzt wird, darf an den sehr niedrigen Kontaktkräften scannen und folglich setzt die Deformation oder die Abnützung dieser verhältnismäßig weichen Proben herab.

Abbildung 15. Topographie (Oberseite) und aktuelle (untere) Bilder CAFM eines Poly-analine Filmes auf einem Indium konservieren Oxidsubstratfläche. 2ìm x 1ìm Scan, aktuelle Schuppe PAs 200. Prüfen Sie Höflichkeit S. Rane, Universität von Chicago, Illinois.

Die fortfahrende Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen hat eine ernste Herausforderung für traditionelle Materialverbrauchsanalysetechniken, wie Sekundärionenmassenspektrometrie, (SIMS) Ausbreitungswiderstandein profil erstellen (SRP) und Kapazitanzspannungsmessungen erstellt (C-V). Während die Genauigkeit, die Zuverlässigkeit und die verbesserten Fähigkeiten dieser Instrumente die Basis für aktuelle Materialkennzeichnungsdaten bieten, haben ihre eindimensionale Beschränkung, Unfähigkeit, sub-0.1-mm Merkmale zu messen und begrenztes Kennzeichnungsrepertoire den Wert von Scannenfühlertechniken erhöht. SCM war eine der ersten SPM-Techniken, zum seiner Methode in die hoch entwickelte Halbleiteranalysewelt zu finden. SCM-Instrumente können die Ladungsträgerdichteprofile in zwei Abmessungen in den tatsächlichen Halbleiterbauelementen sowie das Verhältnis dieser Profile zu den kritischen Einheitszellen zeigen. Diese Fähigkeit stellt den SCM-Block nützlich in der Entwicklung, in der Herstellung, in der Prüfung und in der Fehleranalyse von Halbleiterbauelementen her.

In SCM bildet der metallisierte Fühler einen Metall-Isolatorhalbleiter (MIS) Kondensator mit der Halbleiterprobe. Ein schräges angewandtes WS zwischen der Scannenkontakt FLUGHANDBUCH-Spitze und der Probe erzeugt Kapazitanzvarianten, die unter Verwendung eines Gigahertzresonanzkapazitanzfühlers geüberwacht werden. Diese Anlage ist gezeigt worden, um für die Varianten empfindlich zu sein, die (<10 F) kleiner^–18als attofarads sind. Die Kapazitanzvariante (dC/dV) ist eine Maßnahme der lokalen Ladungsträgerdichtedichte und -baumusters (N-artig oder P-artig) und kann für das hochauflösende zweidimensionale Transportunternehmerein profil erstellen deshalb verwendet werden.

Eine der wichtigsten Anwendungen von SCM ist zweidimensionales Transportunternehmerein profil erstellen von Halbleiterbauelementzellen. Sind Silikon und Verbindungshalbleiter von den großen Zinsen. Das Zweidimensionale Dopantein profil erstellen ist eine hohe Priorität auf der Internationalen Technologie-Straßenkarte für Halbleiter, und es wird erwartet, um eine aktivierende Technologie für die zukünftige Einheitsherstellung zu werden. SCM liefert die Ortsauflösung (über 10-20nm), und die Dynamikwerte (10-10¹⁵²⁰ atoms/cm³) diesen Bedarf zu beantworten.

Abbildung 16 zeigt die Topographie (verließ) und (rechte) Bilder SCMS dC/dV, die gleichzeitig auf einem crosssectioned Transistor von einem Prozessor des Pentiums II erhalten werden. Die Topographie zeigt

Gate-Zone mit den zwei Distanzstücken (helle Bereiche), aber zeigt keine Details der Transportunternehmerprofile. Das Bild SCMS dC/dV zeigt die anders als lackierten Bereiche des Transistors: Quelle, Ablaß (sind hoch- und Niedrigdosis Implantate sichtbar) und Tor. Das SCM-Bild kann verwendet werden, um wertvolle Informationen wie die effektive Torlänge, die Kreuzungstiefe oder die Details über die seitliche und vertikale Ausdehnung der lackierten Regionen zu extrahieren. Mit Ausnahme von SSRM sind diese entscheidenden Informationen keine andere Technik zugängliches durchgehendes.

Abbildung 16. Topographie (gelassen) und SCM dC/dV (recht) eines crosssectioned Transistors eines Prozessors des Pentiums II. 1.25ìm Scan.

Zusätzlich zur Darstellung kann SCM auch verwendet werden, um dC/dV gegen V-Kurven in ausgewählten Stellungen auf der Probe zu messen. In Abbildung 17, ist- die GLEICHSTROM-Beispielvorspannung zwischen zwei userselected Werten ramped, und die SCM-Fühlerausgabe (dC/dV) wird geüberwacht und grafisch dargestellt. Die Spitzenkurve wurde auf einer N-artigen Probe gemessen, während die untere Kurve auf einer P-artigen Probe gemessen wurde. Wie erwartet ergeben verschiedene Baumuster ein anderes Zeichen des dC-/dVsignals, und verschiedene Dopantstufen ergeben eine andere Intensität des dC-/dVsignals.

Abbildung 17. dC/dV gegen V-Kurven maß mit SCM auf zwei verschiedenen Einbauorten einer Probe: N-artig, 2x10¹⁷atoms/cm³ (Spitzenkurve) und P-artiges, 3x10¹⁹atoms/cm³(untere Kurve).

Abbildung 18 stellt Topographie (verließ), die Amplitude (mittlere) und die Kapazitanz (recht) des Spitzenmetalls und Nichtleiter geätzte Schicht einer Silikon D-RAM-Zelle dar.

Abbildung 18. Höhe oder Topographie (gelassen), Amplitude der Kapazitanz (SCM) dC/dV (mittlere) und der Phase der Kapazitanz (SCM) dC/dV (rechte) Bilder einer herkömmlichen Silikon D-RAM-Zelle. Spitzenmetall- und Nichtleiterschichten wurden geätzt, um Silikon freizulegen. Das Phasenbild SCMS dC/dV unterscheidet ptype (helle Farbe) und N-artige (dunkle Farbe) lackierte Bereiche. npn und pnp Transistoren in der D-RAM-Zelle werden dann offenbar sichtbar gemacht, erlauben Extraktion von kritischen Parametern z.B. effektive Torlänge, und machen Defekte sichtbar. Das Amplitudenbild SCMS dC/dV zeigt relative Größe Dotierungskonzentration: helle Farbe bedeutet größere Entleerungskapazitanz und deshalb, niedriger lackierte Bereiche (z.B., wohle Implantatsbereiche).

Abbildung 19 stellt Kapazitanz (verließ) und die Topographie (recht) einer Ion-eingepflanzten Silikonzelle dar, die aus einem N-artigen Implantat in eine P-artige Substratfläche besteht.

Abbildung 19. Die Phase der Kapazitanz (SCM) dC/dV (link) und (die rechten) Bilder der Höhe/der Topographie eines Ion-eingepflanzten Silikons strukturieren das Bestehen aus einem N-artigen Implantat (dunklen Bereichen) in eine P-artige Substratfläche. Ein zusätzliches (flacheres) P-artiges Implantat kann beobachtet werden. Die Zelle ist durch Standardpoliertechniken quer-unterteilt worden.

SCM ist auch ein sehr wertvolles Hilfsmittel für Fehleranalyse auf Halbleiterbauelementen. Die SCM-Technik erlaubt Sichtbarmachung von, ob eine bestimmte Einpflanzung anwesende, ob es das korrekte Baumuster ist (N oder P), die erwarteten Abmessungen (ausführlich und seitlich) und andere Eigenschaften ist. Ein typisches Fehleranalysebeispiel wird in Abbildung 20 gezeigt. Eine Querschnittsoberfläche wurde durch einige Einheiten, einschließlich eine gemacht, die bekannt ist, um falsche Eigenschaften der elektrischen Einheit zu haben. Das SCM-Bild einer guten Einheit wird im Spitzenbild gezeigt; das SCM-Bild des entsprechenden Bereiches der falschen Einheit wird im unteren Bild gezeigt. Das untere Bild zeigt an, dass die zwei Regionen einpflanzten (d.h. die hellen Bereiche: N-artiges Implantat und N-artiges wohles Implantat) berühren sich, während sie von einander getrennt werden sollten. Dieser „Kurzschluss“ ergab einen sehr hohen Leckagestrom dieser bestimmten Einheit.

Abbildung 20. SCM-Bild einer guten (Oberseite) und ausfallen (unteren) Silikoneinheit. Die unteren Bildbildschirmanzeigen ein Kurzschluss zwischen den zwei lackierten Regionen. 8ìm x 2ìm Scan.

Ferroelectric Dünnfilme sind für ihre möglichen Anwendungen in den Permanentspeichern und in den microelectromechanical Einheiten (MEMS) sehr attraktiv. Die Verkleinerung (unten zu den zehn nm) dieser Einheiten benötigt eine passende Beschreibung der Materialeigenschaften und der Prozesse in den ferroelectric Filmen. Zum Beispiel ist sie nachzuforschen grundlegend, ob ferroelectric Zellen mit nmabmessungen noch die ferroelectric und piezoelektrischen Eigenschaften aufweisen, und zu studieren, wie diese Eigenschaften durch die Gesamtgröße beeinflußt werden. SCM ist eine mögliche Technik für diese Studien. Zum Beispiel stellt SCM eine Methode für das Messen des Zeichens der C-Vsteigung für die ferroelectric Probe und folglich das Gebiet oder den Polarisationszustand im Dünnfilm zur Verfügung. SCM ist an Bild gewöhnt gewesen und die Gebietszelle in einem dünnen ferroelectric Film_1.0des Pb (_0.04Notiz:-_0.28Zr-_0.68Ti)₃ O (PNZT) manipuliert. Auf einem Bereich von 25x25ìm, wurde die Spitze mit einer GLEICHSTROM-Beispielvorspannung von -12V gescannt und nachfolgend wurden kleinere Bereiche mit GLEICHSTROM-Beispielvorspannungen der gegenüberliegenden Polarität geschrieben. Eine kleine Vorspannung WS war an Bild die polarisierten Regionen d.h. die Größe und das Zeichen der Steigung der C-Vkurve an nullGLEICHSTROM-Vorspannung zu studieren gewöhnt. Abbildung 21 zeigt das SCM-Bild auf dem Recht und das entsprechende FLUGHANDBUCH-Topographiebild auf dem links. Die Dunkelheit und hellen die Kontrastregionen zeigen gegenüber polarisierte Regionen an, in denen das dC-/dVsignal von hochfestem aber gegenüber von Zeichen ist.

Abbildung 21. Topographisches (verlassen) und SCMS dC/dV Bild (recht) eines ferroelectric Filmes PNZT. Dunkle und helle Bereiche entsprechen gegenüber polarisierten Regionen. Die verschiedenen Polarisationsregionen wurden unter Verwendung SCMS an den verschiedenen Scan-Größen geschrieben und Beispielvorspannungen vor diesem SCM scannen. 25ìm Scan. Beispielhöflichkeit Ch. Ganpul und M. Ramesh, Universität von Maryland.

Darüber hinaus kann SCM die Kurven der Polarisation (oder C-V) von kleinen ferroelectric Kondensatoren oder sogar von einzelnen ferroelectric Körnern auch messen. Dieses ist mit herkömmlichen prüfenden Techniken unmöglich. Abbildung 22 stellt Topographie (verließ) und die Kapazitanz (recht) des FerroElectric Dünnfilms oben auf Platinelektrode dar. Während Abbildung 23 ungefähr die gleichen Bereiche wie herein über Bildern, aber jetzt mit einem GLEICHSTROM 5V zeigt, der zwischen Spitze und Probe angewendet wird. Die Gleichspannung ändert die Polarisation so, dass alle Körner den gleichen Polarisationszustand haben. Und zuletzt, Abbildung 24 Showhysterese typisch von einem ferroelectric Gebiet auf einem einzelnen Korn mit lokalisierter Kapazitanzspektroskopie gegen angewandte GLEICHSTROM-Vorspannung (V).

Abbildung 22. Höhe/Topographie (gelassen) und Phasenbilder der Kapazitanz (SCM) dC/dV (recht) des FerroElectric Dünnfilms oben auf Platinelektrode. Höhenbild zeigt granulierte Zelle des Dünnfilms mit 20-100nm sortierten Körnern. Das Phasenbild SCMS dC/dV Polarizationszustände zeigt der einzelnen Körner'; es wird erreicht, indem man eine kleine Amplitude Wechselspannung zwischen Spitze und Probe anwendet, die die Kapazitanz bei der gleichen Frequenz moduliert (Gleichspannung wird an 0V, um gehalten den Polarisationszustand nicht zu ändern durch das Vorhandensein von FLUGHANDBUCH-Spitze). Ferroelectric Polarisationszustand wird durch das Ladungsmaß bestimmt, das in SCM durchgeführt wird. Die Auflösung der SCM-Technik lässt ein Varianten innerhalb der einzelnen Körner beobachten.

Abbildung 23. Ungefähr trafen die gleichen Bereiche wie herein über Bildern, aber jetzt mit einem GLEICHSTROM 5V zwischen Spitze und Probe zu. Die Gleichspannung ändert die Polarisation so, dass alle Körner den gleichen Polarisationszustand haben.

Abbildung 24. Die Lokalisierte Kapazitanzspektroskopie (exklusiv zu SCM) dC/dV gegen angewandte GLEICHSTROM-Vorspannung (V) auf einem einzelnen Korn zeigt die Hysterese, die von einem ferroelectric Gebiet typisch ist. Die Daten können integriert einmal sein, eine Kapazitanz gegen GLEICHSTROM-Vorspannungskurve zu erhalten, und eine relative Polarisation gegen GLEICHSTROM-Vorspannungskurve zweimal zu erreichen.

Während der Fühler über dem Querschnitt des Halbleiterbauelements gescannt wird, wird der elektrische Widerstand zwischen der leitfähigen Spitze und einem großen Strom gemessen, die zurück Kontakt montieren. Wenn die angewandte Kraft eine bestimmte Schwellwertkraft überschreitet, wird der gemessene Widerstand durch den Ausbreitungswiderstand beherrscht. Auf Sizellen werden hohe Kräfte (gewöhnlich, einig ìN), um das gediegene Oxid einzudringen gefordert und einen stabilen elektrischen Kontakt herzustellen. Da Standard-FLUGHANDBUCH-Fühler an diesen hohen Kräften sich verformen, werden lackierter Diamant oder Diamant-überzogene Silikonfühler eingesetzt. Die extreme Härte, das hohe Elastizitätsmodul und die elektrische Leitfähigkeit, die durch die Lackierung erreicht wird, machen Diamanten besonders geeignet für Gebrauch wie SSRM-Spitzen-Beschichtungsmaterial.

In Abbildung 25, ist Analyse an einer Transistorzelle des Si DMOS durchgeführt worden. Die Transistorzelle wurde quer-unterteilt, um die anders als lackierten Regionen freizulegen und poliert dann unter Verwendung der Standardpoliertechniken. Das topographische Bild (gelassen) zeigt ziemlich offenbar den Al-Kontakt (schwarze Region), das zugrunde liegende Oxid (Braun) und der Polysilicon und zugrunde liegende das Toroxid. Das SSRM-Widerstandbild (recht) zeigt die elektrisch aktiven Regionen. Die verschiedenen Farben reflektieren verschiedene Niveaus der Widerstandskraft: Dunkelheit zeigt in hohem Grade leitfähige Regionen an, und hell zeigt niedrige Leitfähigkeit an. Sind das in hohem Grade lackierte N - Substratfläche⁺(Schwarzes) Offenbar wahrnehmbar; der untere lackierte NEpilayer (dunkelbraun); das P⁺- Gehäuse (das erscheint, wie in hohem Grade widerstrebend), das N⁺- Implantat (Schwarzes), das Metall und die Oxidregionen sowie das in hohem Grade leitfähige Polysiliconmaterial. Kreuzungsstellungen entsprechen dem scharfen Übergang zwischen den verschiedenen Farbstufen.

Abbildung 25. (Rechte) Scans der Topographie (gelassen) und des Widerstands eines quer-unterteilten Transistors des Si DMOS. 12ìm Scan-Höflichkeit IMEC, Belgien.

Abbildung 26 stellt ein SSRM-Bild eines quer-unterteilten Kondensators dar, der ein Metall kennzeichnet, denken Filmbereich mit Nichtleiter zwischen ihnen. SSRM-Bilder ergänzen sich häufig zu SCM-Bildern, da SCM-Bilder kein Signal auf Dielektrika und Metallen geben, während SSRM einen großen Kontrast zwischen den zwei zeigt.

Abbildung 26. SSRM-Höhen- und -widerstandbilder des crosssectioned Kondensators. Der Kondensator hat Metalldünnfilmbereich mit Nichtleiter zwischen ihnen. Wenn es Leckagepfade zwischen den verschiedenen elektrischen Kontakten gab, würde das Widerstandbild sie zeigen (keine gefunden in diesem Bild).

Sofort wurde Beispiel (Abbildung 27), SSRM-Darstellung an einem Silikon MOSFET mit einer Torlänge von 0.25ìm durchgeführt. Das Bild (gelassen) zeigt die anders als lackierten Regionen - Quelle, Ablaß und Tor - als in hohem Grade leitfähige Bereiche (dunkel), Nichtleiter und Substratfläche als Niedrigleitfähigkeit Bereiche sowie der Zwischen- leitfähige Bereich. Werden Quelle und die Ablasskreuzungen als dünn, helle Zeilen der niedrigen Leitfähigkeit beobachtet. Ein Kapitel, das durch das Quellgebiet des Transistors gemacht wird, wird auch in der Abbildung 27 gezeigt (recht). Das Kapitel stellt von links nach rechts dar: die dielektrische Oberschicht, das Quellimplantat (P-artig), die Kreuzungsspitze, die Vertiefung (N-artig) und die Substratfläche. Die Kreuzungstiefe kann von diesem Kapitel als der Abstand zwischen der Kreuzungsspitze und der dielektrischen Oberschicht leicht extrahiert werden und wird gefunden, um 184nm zu sein.

Abbildung 27. SSRM-Widerstandscan eines quer-unterteilten 0.25ìm Silikon MOSFET-Transistors. 2ìm Scan-Höflichkeit IMEC, Belgien.

Zusätzlich zum Silikon sind Verbindungshalbleiter auch von den großen Zinsen. LED, Fotodetektoren und Diodenlaser sind nur einige der vielen Einheiten, die von III-V und II-VI Halbleitern fabriziert werden. Kenntnisse der zweidimensionalen Verteilung der Leitfähigkeit (die elektrisch-aktiven Dopantatome insbesondere) sind für Verfahrensentwicklung und Überwachung wichtig. Für Verbindungshalbleiter ist Probenaufbereitung minimal; die einfache Spaltung stellt die beste Oberfläche auf komplexen Proben zur Verfügung und erlaubt Darstellung von kritischen Einheitseigenschaften nach nur Protokoll der Probenaufbereitung. Metall und Metall-überzogene Silikonspitzen sind genug steif für stabile und reproduzierbare SSRM-Maße. Für gutes Signal zur Rauschzahl, wird eine verhältnismäßig hohe Vorspannung (einige Volt) im Verbindung mit einem mittleren Fühlerdruck (unter- ìN) gefordert. Ein Beispiel des hochauflösenden Ladungsträgerdichteein profil erstellens erhältlich mit SSRM kann in der quer-unterteilten InP-basierten Heterostruktur gesehen werden, die in Abbildung 28 gezeigt wird.

Abbildung 28. Topographie (gelassen) und (rechter) Scan SSRM-Widerstands einer InP-basierten Heterostruktur. 7ìm Scans. Prüfen Sie Höflichkeit von M. Geva, Lucent Technologies, Breinigsville, PA.

Das Widerstandbild zeigt die verschiedenen Regionen der Heterostruktur: wechselnde Zn-Lackierte P-artige und S-Lackierte N-artige Schichten mit verschiedenen Stärkewerten. Das Bild deckt die zweidimensionale Art der Schichten in Richtung zum MESA-Bereich auf. Dieses Beispiel zeigt analytische Leistung SSRM in der zweidimensionalen Darstellung von Transportunternehmerverteilungen in den Verbindungshalbleiterzellen und insbesondere, für die Analyse von InP-Heterostrukturen, ein Bereich, der hohe Zinsen gewinnt.

SSRM kann für das Studieren der elektrischen Eigenschaften von nonsemiconductor Materialien auch verwendet werden. Dieses umfaßt Anwendungen für Metalle, semimetals, leitfähige Polymere und andere Zwischen- leitfähige Materialien. Für optimale Leistung benötigen verschiedene Materialien häufig verschiedene Fühlermaterial- und -kraftsollwerte. Im Beispiel in Abbildung 29, ist ein Cufilm abgebildet. Die granulierte Zelle des Filmes wird offenbar in den topographischen Daten beobachtet. Die SSRM-Widerstanddaten zeigen, dass die Widerstandskraft der Körner in Richtung zu den Rändern höher ist, verglichen mit der Mitte der Körner. Beachten Sie, dass die durchschnittliche Korngröße 30nm ist, und die Ortsauflösung ist im Auftrag 5nm.

Abbildung 29. Topographie (gelassen) und (rechter) Scan SSRM-Widerstands von einem granulierten Metallschicht. Scans 500nm.