Caratterizzazione Elettrica con i Microscopi della Sonda di Scansione

Le Applicazioni includono, ma non sono limitate a, l'analisi dell'errore delle unità di archiviazione di dati ed a semiconduttore, delineamento bidimensionale dei portafili delle unità a semiconduttore e studi della conducibilità del dielettrico, metallico, del polimero, dei prodotti organici e delle pellicole a semiconduttore. Questa nota di applicazione discute le tecniche ed alcune di queste molte applicazioni più nei particolari.

CAFM è una tecnica di misurazione corrente potente per la mappatura delle variazioni nella conduttività elettrica dei materiali (figura 3). CAFM può applicarsi ai materiali con la conducibilità media (1pA a 1ìA). Il modulo di applicazione di CAFM può essere gestito nella rappresentazione o nel modo della spettroscopia. Nel modo della rappresentazione, le immagini della corrente elettrica sono ottenute, mentre in spettroscopia il modo uno può raccogliere gli spettri della corrente-forza o) IV (di corrente-tensione (I-Z).

La Figura 3. immagini di CAFM mappa la conducibilità di HfO₂come depositato (andato) e post-tempra a 700°C (medio) e a 800°C (destra). Queste mappe concede visualizzare e quantificare la dimensione e la distribuzione dei punti deboli nel dielettrico. Il colore Più Scuro significa più a corrente forte attraverso il suggerimento, indicando il più alta conducibilità e così i punti più deboli nel dielettrico. I punti Deboli emergono e proliferano sopra ricottura, più all'più alto temprano la temperatura. 500nm scandisce il Gelsomino Petry, IMEC, Belgio della cortesia.

Nel modo della rappresentazione, una sonda elettricamente conduttiva è scandita sopra la superficie del campione nel modo di contatto mentre un ciclo di feedback tiene la deformazione della costante a mensola mentre l'altezza locale del campione è misurata. Durante lo scansione, l'utente può applicare una tendenziosità di CC fra il suggerimento ed il campione. Un amplificatore corrente lineare a basso rumore percepisce il passaggio corrente risultante attraverso il campione mentre l'immagine della topografia è ottenuta simultaneamente (si veda figura 2). La corrente osservata può essere usata come misura per la conducibilità locale o l'integrità elettrica del campione allo studio.

Oltre al modo della rappresentazione, CAFM egualmente misura gli spettri correnti locali della corrente-forza o) IV (di tensione (I-Z) facendo uso del modo della spettroscopia. Per ottenere gli spettri IV, la scansione della rappresentazione è interrotta ed il suggerimento è tenuto in una posizione fissa mentre la tendenziosità del campione è dilagata verso l'alto o verso il basso. La corrente risultante attraverso il campione è tracciata contro la tendenziosità applicata (figura 3a). I parametri Selezionabili Dall'utente comprendono l'inizio e cessano la tensione della rampa, della direzione della rampa, della tariffa di rampa e dei tempi di mora fra le diverse rampe. Il software può registrare un singolo spettro o media sopra gli spettri multipli. Per alcune misure, è desiderabile limitare il passaggio corrente attraverso il campione. In questo caso, il software fornisce all'utente un'opzione “di grilletto„, che ferma la rampa di tensione non appena il valore corrente selezionato utente è raggiunto. Per ottenere gli spettri di I-Z, la tendenziosità del campione è costante tenuta, mentre lo scanner è mosso nella Z-Direzione, simile alla misura di forza-spostamento curva. La corrente risultante attraverso il campione è tracciata contro la Z-Posizione dello scanner. Di Nuovo, parecchi parametri permettono che l'utente esegua e gestisca I-Z specifico che dilaga gli esperimenti.

Calcoli 3a. Spettroscopia di CAFM: Corrente contro i tracciati di Tensione (iv) con il suggerimento del AFM posizionato sui punti deboli della pellicola sottile (HfO₂). (Medie dalle posizioni differenti) riveli la corrente di dispersione di sfondo caduta con ricottura e la corrente media ad una tensione data aumentata dopo la tempera, con la temperatura di ricottura di aumento.

Uno spettro di I-Z video nella figura 4. Qui il modulo di CAFM è stato utilizzato per studiare la corrente su un campione conduttivo del polimero in funzione della forza applicata, o la deformazione a mensola. La corrente elettrica, percepita dal modulo di CAFM, è riflessa mentre esegue uno spostamento standard della forza che dilaga il ciclo. Lo spettro corrente video i dettagli del cambiamento nella conducibilità per il contatto del punto mentre la sonda stabilisce il contatto con il campione e la forza è aumentata.

La Figura 4. Forza-Spostamento (cima) e spettro di I-Z (fondo) ha misurato simultaneamente con il modulo di CAFM.

CAFM può applicarsi in molti aree di fabbricazione e della ricerca per l'analisi di una vasta gamma di materiali. Può anche essere usato per localizzare e difetti elettrici di immagine in unità di archiviazione di dati ed a semiconduttore. Inoltre, CAFM può applicarsi per caratterizzare i polimeri conduttivi ed altri materiali con la conducibilità non uniforme, come i semimetalli, i materiali a semiconduttore, i materiali organici conduttivi, i nanotubes ed altri.

Lo SGOMBRO misura le correnti ultra-basse sui campioni della basso conducibilità. Come con CAFM, una tendenziosità di CC è applicata fra il campione ed il suggerimento conduttivo mentre il suggerimento sta scandendo il campione nel modo di contatto. Un amplificatore corrente lineare con un intervallo di 60 fA a PA 120 percepisce il passaggio corrente risultante attraverso il campione. In questo modo, la topografia del campione e la corrente sono misurate simultaneamente, permettendo alla correlazione diretta di una posizione del campione con i sui beni elettrici. Il livello acustico del modulo dello SGOMBRO (tipo. 50 fA) permettono che uno realizzi le misure correnti estremamente sensibili. Inoltre, il modulo dello SGOMBRO egualmente permette la misura locale degli spettri di corrente-tensione sul campione.

La tecnica dello SGOMBRO è particolarmente utile per la valutazione delle pellicole dielettriche sottili quali gli ossidi del portone (spesso SiO₂) in transistor. In SGOMBRO, il traforo corrente dal suggerimento attraverso la pellicola dielettrica dipende forte da spessore di pellicola, dai percorsi di dispersione (possibilmente causati dai difetti) e dalle trappole della tassa. Tutti I questi possono pregiudicare significativamente i beni e l'integrità della pellicola di tutto, così compromettendo la prestazione di un'intera unità.

Lo SGOMBRO può applicarsi in molti aree di fabbricazione o della ricerca e su una vasta gamma di materiali. Può essere usato per studiare la rugosità dell'uniformità o dell'interfaccia di spessore delle pellicole dielettriche sottili, quali gli ossidi del portone. Può anche applicarsi per localizzare e difetti elettrici di immagine in unità di archiviazione di dati o a semiconduttore. Inoltre, lo SGOMBRO può essere usato per lo studio dei polimeri o dei prodotti organici conduttivi ed altri materiali basso conduttivi (quali i semimetalli, i materiali a semiconduttore, Ecc.). Alcuni esempi tipici sono forniti nella sezione di seguire.

Uno dei punti più esigenti nella fabbricazione delle unità a semiconduttore è il dielettrico del portone. Le pellicole sottili dei dielettrici (spesso SiO₂o dielettrici alti--K) sono usate come ossidi del portone in transistor di effetto di campo e come gli ossidi e dielettrici di traforo per i condensatori di memoria come la memoria dinamica a accesso casuale (DRAM) ed elettricamente le unità di PROM e cancellabili (EEPROM). L'ossido omogeneo è strutturalmente ed elettricamente di importanza primaria per aderire ai requisiti dell'affidabilità e della stabilità a lungo termine del portone e gli ossidi di traforo. Altrimenti, la degradazione e la ripartizione piombo all'errore in anticipo dell'unità. Anche la variazione di spessore dell'ossido nell'intervallo dell'angstrom può avere un grande impatto sul comportamento elettrico del transistor e delle unità di memoria. Con spessore diminuente dell'ossido questo problema diventa molto più severo. La rugosità dell'interfaccia e della Superficie provoca i giacimenti aumentanti dell'ossido e migliora le correnti ed il Fowler-Nordheim di dispersione che scavano una galleria, piombo per digiunare degradazione e limitanti la operazione di disgaggio degli ossidi per le unità (MOS) del metallo-ossido-semiconduttore.

La tensione corrente tecnica-macroscopica di misura Convenzionale (IV) e la spettroscopia di capacità-tensione (C-V), la microscopia dell'emissione (EM) e l'elettrone della trasmissione (TEM) microscopia-sono insufficienti per l'individuazione e la misurazione del grado di assottigliamento dell'ossido. Questi metodi mancano delle informazioni (non elettriche) strutturali richieste della misura o di risoluzione soltanto. Lo SGOMBRO d'altra parte, fornisce la risoluzione spaziale e la sensibilità tenute a mappare le efficaci variazioni di spessore delle pellicole dielettriche sottili. Una tensione di polarizzazione, applicata fra il campione e la sonda, provoca una corrente di traforo (quindi il nome che Scava Una Galleria AFM) che dipende forte dai beni elettrici locali, cioè, l'efficace spessore elettrico dell'ossido. La sonda conduttiva, la pellicola di ossido in esame ed il modulo del substrato a semiconduttore una struttura del MOS del locale. Generalmente, la corrente (spesso Fowler-Nordheim) aumenta esponenzialmente con un cambiamento lineare di spessore della pellicola, così fornendo una tecnica molto sensibile alle variazioni di spessore del video.

Figura 5 mostra una serie di immagini correnti dello SGOMBRO catturate alle tensioni di polarizzazione differenti sulla superficie nuda della pellicola di ossido. Uno può osservare chiaramente l'aumento nella corrente sopra l'aumento della tensione di polarizzazione. I dati correnti catturati all'più alta tensione (9V) mostrano i punti a corrente forte localizzati nell'area scandita, indicante la ripartizione elettrica della pellicola di ossido in queste posizioni.

Figura 5. misure correnti dello SGOMBRO catturate su un ossido spesso del portone₂di 5nm SiO alle tensioni di polarizzazione aumentanti del campione da sinistra a destra: (cima) 6V, 7V, (fondo) 8V e 9V. scansioni di 0.5ìm.

Il software Specializzato egualmente permette la misura IV degli spettri in un'unica sede sulla superficie del campione. Figura 6 mostra uno spettro tipico IV misurato sull'ossido spesso del portone 5nm, ottenuto dilagando la tensione di polarizzazione da 0V a 2V. Lo spettro mostra la dipendenza esponenziale della corrente dalla tensione di polarizzazione applicata. Lo SGOMBRO può anche essere impiegato per riflettere i punti deboli e le eterogeneità delle pellicole o degli ossidi dielettrici sottili. I difetti Strutturali sulla superficie come pure le eterogeneità strutturali ed elettriche all'interno dell'ossido (per esempio, SiO)₂ed all'interfaccia al substrato (per esempio, Si), possono essere studiati.

Figura 6. spettro IV catturato su un ossido spesso del portone 5nm. Lo spettro è stato registrato mentre dilagava la tensione di tendenziosità dall'inizio (0V) alla tensione di conclusione (2V) di andata e poi arretrato.

Figura 7 mostra la topografia ed il traforo simultaneamente ottenuto immagine corrente (a tendenziosità costante del campione) alla transizione da un ossido del campo ad un ossido spesso del portone 40nm. L'immagine della topografia mostra (da sinistra a destra) l'ossido del portone, la regione di interfaccia e l'ossido del campo. Alla barriera fra le due regioni una corrente aumentata di traforo del Fowler-Nordheim è misurata. Ciò indica l'assottigliamento strutturale locale dell'ossido del portone durante la lavorazione dell'ossido del campo, che servisce da area d'isolamento fra le regioni attive adiacenti.

La Figura 7. la Topografia (lasciata) e l'immagine corrente simultaneo-ottenuta di traforo (destra) alla transizione da un ossido del campo ad un 40nm gate densamente l'ossido. Alla transizione la corrente di traforo è aumentata, che indica l'assottigliamento dell'ossido di silicio. scansioni di 1ìm, 0,5 disgaggi correnti di PA. Cortesia di Immagine A. Olbrich, Infineon, Monaco Di Baviera, Germania.

Nella figura 8, la topografia e le immagini correnti di traforo di un ossido spesso del tunnel 8.5nm per un'unità di EEPROM video. L'ossido del tunnel (SiO₂) è unito da un ossido più spesso del campo ai left and right. I dati sono stati ottenuti ad una tendenziosità del campione di 10V. Considerando Che l'ossido del campo è troppo spesso per mostrare tutta la corrente misurabile alla tendenziosità data del campione, l'ossido del tunnel mostra le eterogeneità nella densità di corrente, che indica le variazioni nell'efficace spessore dell'ossido.

La Figura 8. immagini correnti (giuste) di traforo e) lasciata (della Topografia di un 8.5nm scava una galleria densamente l'ossido (SiO₂) misurato ad una tendenziosità del campione di 10V. scansioni di 2ìm, un disgaggio corrente di 200 fA. Cortesia di Immagine A. Olbrich, Infineon, Monaco Di Baviera, Germania.

Come alternativa alle unità tradizionali di memoria non volatile, le memorie ad accesso casuale magnetiche (MRAMs) stanno studiande e sviluppande. MRAMs funziona basato sull'effetto magnetoresistente (TMR) di traforo e la loro parte essenziale è una giunzione (MIM) del tunnel del metallo-isolante-metallo. La Riuscita operazione di queste strutture richiede (esente dalle impurità) una barriera d'isolamento chimicamente omogenea come pure le fluttuazioni minime dello spessore della barriera. Di Conseguenza è importante nello spazio risolvere la barriera del tunnel e collegarla alla magnetoresistenza macroscopica del tunnel. Mentre gli studi convenzionali della spettroscopia di microscopia elettronica (TEM) di trasmissione e del fotoelettrone dei raggi x (XPS) forniscono informazioni globali sull'organizzazione atomica, sulla struttura dell'superficie-interfaccia e sulla composizione chimica, queste tecniche forniscono le informazioni incomplete sulla qualità della barriera del tunnel al disgaggio atomico perché fanno la media sopra profondità e superficie. Fin qui, lo SGOMBRO è il solo metodo che permette la caratterizzazione dei beni elettrici locali di queste pellicole con risoluzione laterale molto alta. Figura 9 mostra la topografia ed il traforo immagine corrente 1.2nm di un livello spesso₂di Al₃O, che si presta come isolante molto buon per MRAMs dovuto il suo grande intervallo di banda (eV circa 8).

Figura 9. immagini (giuste) correnti di traforo e) lasciata (di Topografia catturate leggermente 1.2nm su un ossido di alluminio (pellicola₂di Al₃O) ad una tensione di polarizzazione delle scansioni di 0.14V 500nm, intervallo del campione della corrente di PA 5. Cortesia A. Olbrich, Infineon, Monaco Di Baviera, Germania di Dati.

Le variazioni Locali nell'efficace spessore elettrico provocano le correnti elevate - fino a parecchi ordini di grandezza. È notevole che il più spesso, le aree con la corrente aumentata di traforo sembrano corrispondere alle funzionalità topografico elevate.

Un'applicazione importante dello SGOMBRO è la localizzazione e l'identificazione dei difetti elettrici in pellicole dielettriche sottili. Nella figura 10, una pellicola sottile₂di SiO è stata incassata con una quantità controllata di punti di quantum, che possono essere osservati come piccoli difetti elettrici. I piccoli punti non hanno potuto essere osservati quando usando la topografia standard di SPM, ma chiaramente rivelano nei dati della corrente dello SGOMBRO. Sopra l'aumento della tensione di polarizzazione da 1V a 5V, più punti compaiono nelle immagini della corrente dello SGOMBRO. Ciò può essere collegata con la dimensione dei difetti e la profondità dei difetti al di sotto della superficie superiore. Questo esempio illustra la possibilità di usando la tecnica dello SGOMBRO all'immagine e localizza i difetti elettrici sotto la superficie come pure misurare la dimensione e la densità di difetto.

Figura 10. Sequenza delle immagini dello SGOMBRO ottenute su una pellicola₂di SiO con i difetti inclusi. La tensione di polarizzazione del campione era da sinistra a destra: (cima) 1V, 2V, (fondo) 3V e 5V. scansione di 1ìm, 1 disgaggio corrente di PA. Campiona la cortesia S. Madhukar, Motorola, Austin, il Texas.

Una domanda differente di SGOMBRO può essere trovata nella caratterizzazione delle pellicole dielettriche sottili utilizzate nell'industria di archiviazione di dati. Uno sforzo continuo è puntato su che migliora la prestazione e l'affidabilità delle testine di lettura/scrittura (MR) e dei media magnetoresistenti del disco. Per protezione anti-corrosione ed usura, i dischi e le teste sono ricoperti comunemente di pellicola non conduttiva sottile di DLC. Lo SGOMBRO può essere usato per determinare la qualità di queste pellicole. Nel applicarsi una tendenziosità al disco o alla testa, la corrente di traforo è un indicatore eccellente dei percorsi di dispersione, di piccole eterogeneità o dei difetti (agenti inquinanti elettrici, cortocircuiti, DLC che si assottigliano, Ecc.) nel rivestimento di DLC.

Figura 11 mostra al traforo le immagini correnti di due Sig.-teste con il rivestimento costante. L'immagine della topografia mostra poco dettaglio del SIG. testa, mentre gli sguardi correnti di dati dello SGOMBRO con il DLC filmano e manifestazioni le regioni (metalliche) differenti del SIG. rivestimento difettoso rivelante capo. Le immagini correnti di traforo mostra chiaramente i punti deboli nel rivestimento del SIG. difettoso testa. L'applicazione dello SGOMBRO sui media del disco magnetico, coperta di pellicola sottile di DLC, è illustrata nella figura 12. I dati correnti dello SGOMBRO e topografici video per due campioni, con uno spessore differente del DLC-rivestimento. Le visualizzazioni che di immagine sinistre i dati hanno ottenuto su un disco con una pellicola sottile di DLC. I dati correnti dello SGOMBRO variano fra circa 0 e 20 PA e mostrano una forte variazione spaziale che correla con i graffi di lucidatura presenti sui dischi. Le giuste visualizzazioni che di immagine i dati hanno ottenuto su un disco con un rivestimento leggermente più spesso di DLC.

La Figura 11. scansioni correnti di Traforo (sinistre) ha misurato su una testina di lettura/scrittura magnetoresistente coperta di pellicola tipo diamante sottile (DLC) del carbonio. Immagine corrente di Traforo (destra) di simile testa con il rivestimento difettoso di DLC. scansioni di 20ìm. Campiona la cortesia T. Ahmed, Seagate, Minneapolis, Minnesota.

Figura 12. Le scansioni correnti di Traforo hanno misurato su due media del disco magnetico coperti (destra.) di pellicola sottile (sinistro) e leggermente più spessa di DLC. scansioni di 0.5ìm, disgaggio corrente di PA 20. Campioni la cortesia J. Leigh, Seagate, Fremont, la California.

La corrente di traforo di media è molto più bassa, corrispondendo al cambiamento di spessore della pellicola. Inoltre, la correlazione alla morfologia di superficie è molto meno pronunciata. Questo esempio illustra come la tecnica dello SGOMBRO può assistere con successo nell'ottimizzazione lo spessore, la composizione e delle condizioni di lavorazione delle pellicole di DLC.

Un Altro gruppo importante di materiali per le applicazioni sia in MEMS che nelle microelettroniche è materiali piezoelettrici e ferroelettrici. Di interesse particolare è il BST (Sr_XTiO_1-Xdi Sedere₃), che servisce da dielettrico alto-epsilon nelle unità di memoria volatile (DRAM) e in PZT (Ti_Xdi PbZr_1-XO)₃, che può essere utilizzato nelle unità di memoria ferroelettriche. Questi ossidi sono policristallini e finora la correlazione fra la struttura microscopica ed i loro beni elettrici non è buono capita. Di Nuovo, lo SGOMBRO può essere una tecnica utile per analizzare i beni locali di queste pellicole. Il flusso corrente Migliorato è notevole lungo i limiti di granulo, mentre meno corrente è osservato sui diversi granuli. Questo comportamento può, per esempio, spiegare la corrente indesiderata di dispersione dei condensatori ferroelettrici da costruzione con questo tipo di pellicola.

I dati dello SGOMBRO ottenuti su un 500nm BaTiO spesso₃mettono a strati, video nella figura 13. Un più a corrente forte è osservato ad alcuno dei limiti di granulo come pure seguendo alcune righe più lunghe. Una di queste righe del tipo di crepa video nell'immagine corrente. La presenza di queste attuali linee di alto-dispersione può essere spiegata dai fenomeni di sforzo nella pellicola imaged. Questo effetto è osservato soltanto nei dati della corrente dello SGOMBRO.

Figura 13. Immagini (giuste) correnti di traforo e) lasciata (di Topografia di una pellicola ferroelettrica₃sottile di BaTiO. scansione di 2ìm, disgaggio corrente di PA 2. Campioni la cortesia H. Ruda, l'Università di Toronto, Canada.

Oltre ai materiali inorganici precedentemente descritti, lo SGOMBRO egualmente è risultato essere molto utile per i materiali organici come i polimeri conduttivi. I dati video nella figura 14 sono stati ottenuti facendo uso delle sonde costanti della sorgente bassa su un livello spesso del vinylene del polifenilene 100nm (PPV) sopra 200nm un livello spesso dell'poli-anilina (PANI). Il PPV è un polimero luminescente, che è rotazione-colata sopra un livello conduttivo del buffer (PANI) per facilitare il trasporto dei portatori di carica. Questo campione particolare ha avuto il livello di PPV parzialmente pelato per permettere alle misure del livello di PANI sotto. La parte di PPV del campione è leggermente più alta e visibile a sinistra nell'immagine della topografia. L'immagine corrente corrispondente mostra chiaramente una conducibilità costante più bassa del PPV confrontato al livello non omogeneo del buffer di PANI.

Figura 14. La Topografia (lasciata) ed immagini correnti dello SGOMBRO (le giuste) di un livello di 100nm PPV su un PANI conduttivo mettono a strati. La tensione di polarizzazione del campione era -6V. scansione di 50ìm. Campioni la cortesia C. Zhang, Uniax, Goleta, la California.

Un secondo esempio conduttivo del polimero, con più alta risoluzione spaziale, è indicato nella figura 15. La tecnica di CAFM è stata usata per mappare la variazione spaziale della conducibilità in una poli-analine pellicola sottile depositata su un substrato dell'Ossido di Stagno dell'Indio. La conducibilità relativamente alta di questo campione ha richiesto l'uso del modulo di CAFM, invece del modulo dello SGOMBRO. Le correnti osservate hanno variato fra PA 0 e 200. L'immagine di CAFM mostra l'alta conducibilità delle ampie aree coperte di PANI e leggermente abbassi la conducibilità per i più piccoli, punti isolati coperti di PANI. Il substrato compare come regione male conduttiva. La sonda costante della sorgente bassa impiegata concede scandire alle forze molto basse del contatto, quindi minimizzando la deformazione o l'usura di questi campioni relativamente molli.

Figura 15. Topografia (cima) ed immagini (inferiori) correnti di CAFM di poli-analine pellicola su un substrato dell'ossido di stagno dell'indio. scansione di 1ìm x di 2ìm, disgaggio corrente di PA 200. Campioni la cortesia S. Rane, l'Università di Chicago, l'Illinois.

La miniaturizzazione continua delle unità a semiconduttore ha creato una sfida seria per le tecniche tradizionali dell'analisi di materiali, quali spettrometria di massa dello ione, (SIMS) il delineamento della resistenza di diffusione (SRP) e le misure secondari di tensione di capacità (C-V). Mentre l'accuratezza, l'affidabilità e le capacità migliori di questi strumenti forniscono la base per i dati correnti di caratterizzazione di materiali, la loro limitazione unidimensionale, incapacità misurare le funzionalità di sub-0.1-mm e repertorio limitato di caratterizzazione hanno aumentato il valore delle tecniche della sonda di scansione. SCM era una delle prime tecniche di SPM per riuscire a penetrare suo il mondo avanzato dell'analisi a semiconduttore. Gli strumenti di SCM possono mostrare i profili di concentrazione in portafili in due dimensioni in unità reali a semiconduttore come pure la relazione tra questi profili e le strutture critiche dell'unità. Questa capacità rende il modulo di SCM utile nella messa a punto, nella fabbricazione, nel collaudo e nell'analisi dell'errore delle unità a semiconduttore.

In SCM, la sonda metallizzata forma un condensatore (MIS) del metallo-isolante-semiconduttore con il campione a semiconduttore. Un applicato diagonale di CA fra il suggerimento del AFM del contatto di scansione ed il campione genera le variazioni di capacità, che sono riflesse facendo uso di un sensore sonoro di capacità del gigahertz. Questo sistema è stato indicato per essere sensibile alle variazioni più piccole dei attofarads (<10^–18F). La variazione di capacità (dC/dV) è una misura della densità e del tipo locali di concentrazione in portafili (N tipi o P tipi) e può quindi essere usata per il delineamento bidimensionale ad alta definizione dei portafili.

Una delle applicazioni più importanti di SCM è delineamento bidimensionale dei portafili delle strutture dell'unità a semiconduttore. Sia il silicio che i semiconduttori composti sono di grande interesse. Il delineamento Bidimensionale del dopant è un prioritario sulla Carta Stradale Internazionale della Tecnologia per i Semiconduttori e si pensa che si trasformi in in una tecnologia permettente per la fabbricazione di prossima generazione dell'unità. SCM fornisce la risoluzione spaziale (circa 10-20nm) e la gamma dinamica (10-10¹⁵²⁰ atoms/cm³) rispondere a questi bisogni.

Figura 16 mostra la topografia (ha andato) ed immagini di SCM dC/dV (le giuste) ottenute simultaneamente su un transistor crosssectioned da un esboscatore universale del Pentium II. La topografia mostra

la regione di portone con i due distanziatori (aree luminose), ma non mostra dettagli dei profili dei portafili. L'immagine di SCM dC/dV mostra le aree diversamente verniciate del transistor: sorgente, filtro (sia gli innesti della basso dose che alti- sono visibili) e portone. L'immagine di SCM può essere usata per estrarre le informazioni apprezzate quali l'efficaci lunghezza del portone, profondità della giunzione, o dettagli sull'estensione laterale e verticale delle regioni verniciate. Ad eccezione di SSRM, questi informazioni cruciali non sono diretto accessibile qualunque altra tecnica.

Figura 16. Topografia (lasciata) e SCM dC/dV (destra) di un transistor crosssectioned di un esboscatore universale del Pentium II. scansione di 1.25ìm.

Oltre alla rappresentazione, SCM può anche essere usato per misurare dC/dV contro le curve di V nelle posizioni selezionate sul campione. Nella figura 17, la tendenziosità del campione di CC è dilagata fra i due valori userselected e l'output del sensore di SCM (dC/dV) è riflesso e tracciato. La curva superiore è stata misurata su un campione N tipo, mentre la curva inferiore è stata misurata su un campione P tipo. Come previsto, i tipi differenti provocano un segno differente del segnale di dC/dV ed i livelli differenti del dopant provocano un'intensità differente del segnale di dC/dV.

Figura 17. dC/dV contro le curve di V ha misurato con SCM su due posizioni differenti di un campione: N tipo, 2x10¹⁷atoms/cm³ (curva superiore) e P tipo, 3x10¹⁹atoms/cm³(curva inferiore).

Figura 18 illustra la topografia (ha andato), l'ampiezza (media) e la capacità (destra) di metallo superiore e di livello inciso dielettrico di cella di DRAM del Silicio.

Figura 18. Altezza o topografia (lasciata), ampiezza di Capacità (SCM) dC/dV (media) ed immagini di fase di Capacità (SCM) dC/dV giuste) (di una cella convenzionale di DRAM del Silicio. I livelli Superiori del dielettrico e del metallo sono stati incisi per esporre il Silicio. L'immagine di fase di SCM dC/dV differenzia il ptype (colore luminoso) e (colore scuro) le aree verniciate N tipe. i transistor del pnp e del npn in cella di DRAM poi sono visualizzati chiaramente, permettendo l'estrazione dei parametri critici, per esempio, efficace lunghezza del portone e prevedendo i difetti. L'immagine di ampiezza di SCM dC/dV mostra la grandezza relativa di concentrazione di dopant: il colore luminoso significa la più grande capacità di svuotamento e quindi, più in basso verniciata aree (per esempio, aree buone dell'innesto).

Figura 19 illustra la capacità (ha andato) e la topografia (destra) di una struttura ione-impiantata del Silicio che consiste di un innesto N tipo in un substrato P tipo.

Figura 19. La fase di Capacità (SCM) dC/dV (sinistra) ed immagini topografia/di altezza (le giuste) di un Silicio ione-impiantato struttura consistere di un innesto N tipo (aree scure) in un substrato P tipo. Un innesto P tipo (più basso) supplementare può essere osservato. La struttura inter-è stata sezionata mediante tecniche di lucidatura standard.

SCM è egualmente uno strumento molto apprezzato per l'analisi dell'errore sulle unità a semiconduttore. La tecnica di SCM permette la visualizzazione di se un impianto particolare sia caratteristiche attuali, se è il tipo corretto (N o p), le dimensioni previste (sia approfondito che laterale) ed altre. Un esempio tipico dell'analisi dell'errore è indicato nella figura 20. Una superficie a sezione trasversale è stata fatta tramite una serie di unità, compreso una conosciuta per avere cattive caratteristiche dell'unità elettrica. L'immagine di SCM di buona unità è indicata nell'immagine superiore; l'immagine di SCM dell'area corrispondente di cattiva unità è indicata nell'immagine inferiore. L'immagine inferiore indica che i due hanno impiantato le regioni (cioè le aree luminose: l'innesto N tipo e l'innesto buono N tipo) stanno toccando, mentre dovrebbero essere separati l'uno dall'altro. Questo “cortocircuito„ ha provocato una corrente molto alta di dispersione di questa unità particolare.

Figura 20. Immagine di SCM di buona (cima) ed unità (inferiore) guastata del silicio. Le visualizzazioni di immagine inferiori un cortocircuito fra le due regioni verniciate. scansione di 2ìm x di 8ìm.

Le pellicole sottili Ferroelettriche sono molto attraenti per le loro applicazioni possibili in memorie non volatili ed unità microelectromechanical (MEMS). La diminuzione nella dimensione (giù ai dieci dei nanometri) di queste unità richiede una descrizione appropriata dei beni materiali e dei trattamenti in pellicole ferroelettriche. Per esempio, è fondamentale studiare se le strutture ferroelettriche con le dimensioni di nanometro ancora presentano i beni ferroelettrici e piezoelettrici e studiare come questi beni sono influenzati dalla dimensione globale. SCM è una tecnica possibile per questi studi. Per esempio, SCM fornisce un metodo per la misurazione del segno del pendio di C-V per il campione ferroelettrico e, quindi, il dominio o lo stato di polarizzazione nella pellicola sottile. SCM è stato usato all'immagine e manipola la struttura di dominio in una pellicola ferroelettrica_1.0sottile del Pb_0.04(_0.28Ti_0.68) dello Zr₃ di N.B.: O (PNZT). Su un'area di 25x25ìm, il suggerimento è stato scandito con una tensione di polarizzazione del campione di CC di -12V e successivamente le più piccole aree sono state scritte con le tensioni di polarizzazione del campione di CC di polarità opposta. Una piccola tensione di polarizzazione di CA è stata usata all'immagine le regioni polarizzate, cioè, studiare la grandezza ed il segno del pendio della curva di C-V a tendenziosità zero di CC. Figura 21 mostra l'immagine di SCM a destra e l'immagine corrispondente della topografia del AFM a sinistra. Il buio e le regioni leggere di contrasto indicano le regioni in modo opposto polarizzate, dove il segnale di dC/dV è di ad alta resistenza ma di fronte al segno.

Figura 21. Immagine di SCM e) andato (Topografica dC/dV (destra) di una pellicola ferroelettrica di PNZT. Le aree Scure e luminose corrispondono alle regioni in modo opposto polarizzate. Le regioni differenti di polarizzazione sono state scritte facendo uso di SCM alle dimensioni differenti di scansione e le tensioni di polarizzazione del campione prima di questo SCM scandiscono. scansione di 25ìm. Cortesia Ch del Campione. Ganpul e M. Ramesh, Università del Maryland.

Inoltre, SCM può anche misurare le curve C-V o (di polarizzazione) di piccoli condensatori ferroelettrici, o persino di singoli granuli ferroelettrici. Ciò è impossibile con le tecniche di sondaggio convenzionali. Figura 22 illustra la topografia (ha andato) e la capacità (destra) di pellicola sottile Ferroelettrica sopra l'elettrodo di platino. Considerando Che figura 23 mostra approssimativamente le stesse aree di dentro sopra le immagini, ma ora con una CC 5V applicata fra il suggerimento ed il campione. La tensione di CC cambia la polarizzazione tali che tutti i granuli hanno lo stesso stato di polarizzazione. Ed infine, figura 24 isteresi di manifestazioni tipica di un dominio ferroelettrico su un singolo granulo con la spettroscopia localizzata di capacità contro tendenziosità applicata di CC (v).

Figura 22. Altezza/topografia (lasciata) ed immagini di fase di capacità (SCM) dC/dV (destra) della pellicola sottile Ferroelettrica sopra l'elettrodo di platino. L'immagine di Altezza mostra la struttura granulare della pellicola sottile con i granuli graduati 20-100nm. L'immagine di fase di SCM dC/dV mostra stati di polarizzazione dei diversi granuli'; è ottenuta applicando una piccola tensione CA Di ampiezza fra il suggerimento ed il campione che modula la capacità alla stessa frequenza (la tensione di CC è tenuta a 0V per non cambiare lo stato di polarizzazione dalla presenza di suggerimento del AFM). Lo stato di polarizzazione Ferroelettrico è determinato tramite la misura della tassa realizzata in SCM. La risoluzione della tecnica di SCM permette che una osservi le variazioni all'interno di singoli granuli.

Figura 23. Approssimativamente le stesse aree di dentro sopra le immagini, ma ora con una CC 5V si sono applicate fra il suggerimento ed il campione. La tensione di CC cambia la polarizzazione tali che tutti i granuli hanno lo stesso stato di polarizzazione.

Figura 24. La spettroscopia Localizzata di capacità (esclusiva a SCM) dC/dV contro tendenziosità applicata di CC (v) su un singolo granulo mostra l'isteresi tipica di un dominio ferroelettrico. I dati possono essere integrati una volta per ottenere una Capacità contro la curva di tendenziosità di CC e per ottenere due volte una Polarizzazione relativa contro la curva di tendenziosità di CC.

Mentre la sonda è scandita attraverso la sezione trasversale dell'unità a semiconduttore, la resistenza elettrica è misurata fra il suggerimento conduttivo e una grande corrente che raccolgono indietro il contatto. Quando la forza applicata supera certa forza necessaria, la resistenza misurata è dominata dalla resistenza di diffusione. Sulle strutture di Si, le forze elevate (tipicamente, alcun ìN) sono richieste per penetrare l'ossido indigeno e stabilire un contatto elettrico stabile. Poiché le sonde standard del AFM deformano a queste forze elevate, il diamante verniciato o le sonde diamante-rivestite del silicio è impiegata. La durezza estrema, l'alto modulo Di Young e la conduttività elettrica ottenuta con la verniciatura rendono il diamante particolarmente adatto ad uso come materiale di rivestimento del suggerimento di SSRM.

Nella figura 25, l'analisi è stata eseguita su una struttura del transistor di Si DMOS. La struttura del transistor inter-è stata sezionata per esporre le regioni diversamente verniciate e poi è stata lucidata facendo uso delle tecniche di lucidatura standard. L'immagine topografica (lasciata) mostra abbastanza chiaro il Al-Contatto (regione nera), l'ossido di fondo (marrone) ed il polisiliconico e l'ossido di fondo del portone. L'immagine della resistenza di SSRM (destra) mostra le regioni elettricamente attive. I colori differenti riflettono i livelli differenti di resistività: il buio indica le regioni altamente conduttive e luminoso indica la conducibilità bassa. Chiaramente osservabile è N - il substrato⁺altamente verniciato (il nero); il N-epilayer verniciato più basso (marrone scuro); P⁺- organismo (che compare come altamente resistente), N⁺- innesto (il nero), il metallo e le regioni dell'ossido come pure il materiale altamente conduttivo del polisiliconico. Le posizioni della Giunzione corrispondono alla transizione marcata fra i vari livelli di colore.

Figura 25. Giuste) scansioni di resistenza e) lasciata (di Topografia (di un transistor inter-sezionato di Si DMOS. cortesia IMEC, Belgio di scansione di 12ìm.

Figura 26 illustra un'immagine di SSRM di un condensatore inter-sezionato che caratterizza un metallo pensa l'area della pellicola con il dielettrico fra loro. Le immagini di SSRM sono spesso complementari alle immagini di SCM, poichè le immagini di SCM non danno segnale sui dielettrici e sui metalli, mentre SSRM mostra un grande contrasto fra i due.

Figura 26. Immagini di altezza e di resistenza di SSRM del condensatore crosssectioned. Il condensatore ha area della pellicola sottile del metallo con il dielettrico fra loro. Se ci fossero percorsi di dispersione fra i contatti elettrici differenti, l'immagine della resistenza li mostrerebbe (nessuno trovati in questa immagine).

In un secondo esempio (figura 27), la rappresentazione di SSRM è stata eseguita su un MOSFET del silicio con una lunghezza del portone di 0.25ìm. L'immagine (lasciata) mostra le regioni diversamente verniciate - sorgente, filtro e portone - come aree altamente conduttive (scure), dielettrico e substrato come aree della basso conducibilità come pure l'area intermedio conduttiva. La sorgente e le giunzioni del filtro sono osservate come leggermente, righe luminose di conducibilità bassa. Una sezione fatta con la regione di sorgente del transistor egualmente è indicata nella figura 27 (destra). La sezione mostra da sinistra a destra: il livello superiore, l'innesto di sorgente (P tipo), il picco della giunzione, il pozzo (N tipo) ed il substrato dielettrici. La profondità della giunzione può essere estratta facilmente da questa sezione come la distanza fra il picco della giunzione ed il livello superiore dielettrico ed è trovata per essere 184nm.

Figura 27. Scansione di resistenza di SSRM di un transistor inter-sezionato del MOSFET del silicio di 0.25ìm. cortesia IMEC, Belgio di scansione di 2ìm.

Oltre a silicio, i semiconduttori composti sono egualmente di grande interesse. I LED, i rivelatori fotoelettrici ed i laser a diodi sono soltanto alcune delle molte unità da costruzione dai semiconduttori di II-VI e di III-V. La Conoscenza della distribuzione bidimensionale della conducibilità (gli atomi del dopant dell'elettrico-attivo in particolare) è importante per lo sviluppo trattato ed il video. Per i semiconduttori composti, il preparato del campione è minimo; la fenditura semplice fornisce la migliore superficie sui campioni complessi e permette la rappresentazione dei beni critici dell'unità dopo soltanto i minuti del preparato del campione. Il Metallo ed i suggerimenti metallo-rivestiti del silicio risultano essere sufficiente rigidi per le misure stabili e riproducibili di SSRM. Per il buon rapporto di segnale/disturbo, una tensione di polarizzazione relativamente alta (parecchi volt) congiuntamente ad una pressione media della sonda (ìN sotto-) è richiesta. Un esempio del delineamento ad alta definizione di densità di portafili disponibile con SSRM può essere veduto nell'eterostruttura InP basata inter-sezionata come appare figura 28.

Figura 28. Topografia (lasciata) e scansione di resistenza di SSRM giusta) (di un'eterostruttura InP basata. scansioni di 7ìm. Campioni la cortesia di M. Geva, Lucent Technologies, Breinigsville, PA.

L'immagine della resistenza mostra le regioni differenti dell'eterostruttura: livelli N tipi P tipi e S-Verniciati Zn-Verniciati alternati con differenti valori di spessore. L'immagine rivela la natura bidimensionale dei livelli verso l'area di MESA. Questo esempio dimostra la potenza analitica di SSRM nella rappresentazione bidimensionale delle distribuzioni dei portafili in strutture a semiconduttore composto ed in particolare, per l'analisi delle eterostrutture del InP, un'area che sta guadagnando l'alto interesse.

SSRM può anche essere usato per lo studio dei beni elettrici dei materiali di nonsemiconductor. Ciò comprende le domande di metalli, semimetalli, polimeri conduttivi ed altri materiali intermedio conduttivi. Per la prestazione ottimale, i materiali differenti richiedono spesso il materiale differente della sonda ed i punti di regolazione della forza. Nell'esempio nella figura 29, una pellicola del Cu è imaged. La struttura granulare della pellicola è osservata chiaramente nei dati topografici. I dati della resistenza di SSRM indicano che la resistività dei granuli è più alta verso le barriere, rispetto al centro dei granuli. Si Noti che la granulometria media è 30nm e la risoluzione spaziale è sull'ordine di 5nm.

Figura 29. Topografia (lasciata) e scansione di resistenza di SSRM giusta) (di un a film metallico granulare. scansioni 500nm.