Caracterização Elétrica com os Microscópios da Ponta De Prova da Exploração

As Aplicações incluem, mas não são limitadas a, análise da falha de dispositivos do armazenamento de dados do semicondutor e, perfilamento bidimensional do portador de dispositivos de semicondutor, e estudos da condutibilidade do dielétrico, metálico, do polímero, dos produtos orgânicos, e dos filmes do semicondutor. Esta nota de aplicação discute as técnicas e algumas destas muitas aplicações em maiores detalhes.

CAFM é uma técnica de medição actual poderosa para traçar variações na condutibilidade elétrica dos materiais (figura 3). CAFM pode ser aplicado aos materiais com condutibilidade média (1pA a 1ìA). O módulo de aplicação de CAFM pode ser operado na imagem lactente ou no modo da espectroscopia. No modo da imagem lactente, as imagens da corrente elétrica estão obtidas, quando na espectroscopia o modo um puder recolher espectros da actual-tensão (IV) ou da actual-força (I-Z).

A Figura 3. imagens de CAFM traça a condutibilidade de HfO₂como depositado (saido) e cargo-recoze-a em 700°C (médio) e em 800°C (direito). Estes mapas reservam visualizar, e determinar o tamanho e a distribuição de pontos fracos no dielétrico. Uma cor Mais Escura significa uma corrente mais alta com a ponta, indicando uma condutibilidade mais alta, e assim os pontos mais fracos no dielétrico. Os pontos Fracos emergem e proliferam em cima do recozimento, mais no mais alto recozem a temperatura. 500nm faz a varredura do Jasmim Petry da cortesia, IMEC, Bélgica.

No modo da imagem lactente, uma ponta de prova electricamente condutora está feita a varredura sobre a superfície da amostra no modo de contacto enquanto um laço de feedback mantem a deflexão da constante do modilhão quando a altura local da amostra estiver medida. Durante a exploração, o usuário pode aplicar uma polarização da C.C. entre a ponta e a amostra. Um amplificador actual linear de baixo nível de ruído detecta a passagem actual resultante através da amostra enquanto a imagem da topografia é obtida simultaneamente (veja figura 2). A corrente observada pode ser usada como uma medida para a condutibilidade local ou a integridade elétrica da amostra sob o estudo.

Além do que o modo da imagem lactente, CAFM igualmente mede espectros actuais locais da tensão (IV) ou da actual-força (I-Z) usando o modo da espectroscopia. A fim obter os espectros IV, a varredura da imagem lactente está parada e a ponta está realizada em um lugar fixo quando a polarização da amostra for ramped para cima ou para baixo. A corrente resultante através da amostra é traçada contra a polarização aplicada (figura 3a). os parâmetros Usuário-Selecionáveis incluem o começo e terminam a tensão da rampa, do sentido da rampa, da taxa de rampa, e dos tempos de atraso entre rampas individuais. O software pode gravar um única espectro ou média sobre espectros múltiplos. Para algumas medidas, é desejável limitar a passagem actual através da amostra. Neste caso, o software fornece o usuário uma opção do “disparador”, que pare a rampa da tensão assim que o valor actual selecionado usuário for alcançado. A fim obter espectros de I-Z, a polarização da amostra é constante mantida, quando o varredor for movido no Z-Sentido, similar à medida do força-deslocamento curva-se. A corrente resultante através da amostra é traçada contra a Z-Posição do varredor. Além Disso, diversos parâmetros permitem que o usuário execute e controle experiências ramping específicas de I-Z.

Figure 3a. Espectroscopia de CAFM: Corrente contra lotes da Tensão (iv) com a ponta do AFM posicionada sobre pontos fracos do filme fino (HfO₂). (Médias dos lugar diferentes) revele a corrente do escapamento do fundo deixada cair com recozimento, e a corrente média em uma tensão dada aumentada após o recozimento, com temperatura do recozimento do aumento.

Um espectro de I-Z é indicado em figura 4. O módulo de CAFM foi usado Aqui para estudar a corrente em uma amostra condutora do polímero em função da força aplicada, ou a deflexão do modilhão. A corrente elétrica, detectada pelo módulo de CAFM, é monitorada ao executar um ciclo ramping do deslocamento padrão da força. O espectro actual indica os detalhes da mudança na condutibilidade para o contacto do ponto enquanto a ponta de prova faz o contacto com a amostra e a força está aumentada.

A Figura 4. Força-Deslocamento (parte superior) e espectro de I-Z (parte inferior) mediu simultaneamente com o módulo de CAFM.

CAFM pode ser aplicado em muitos áreas da pesquisa e da fabricação para a análise de uma vasta gama de materiais. Pode igualmente ser usado para localizar e defeitos elétricos da imagem em dispositivos do armazenamento de dados do semicondutor e. Além, CAFM pode ser aplicado para caracterizar polímeros condutores e outros materiais com condutibilidade do não-uniforme, tal como semimetals, materiais do semicondutor, materiais orgânicos condutores, nanotubes e outro.

O ATUM mede ultra-baixas correntes em amostras da baixo-condutibilidade. Como com CAFM, uma polarização da C.C. é aplicada entre a amostra e a ponta condutora enquanto a ponta está fazendo a varredura da amostra no modo de contacto. Um amplificador actual linear com uma escala de 60 fá a pA 120 detecta a passagem actual resultante através da amostra. Desta maneira, a topografia da amostra e a corrente são medidas simultaneamente, permitindo a correlação directa de um lugar da amostra com suas propriedades elétricas. O nível de ruído do módulo do ATUM (tipo. 50 fá) permitem que um execute medidas actuais extremamente sensíveis. Além, o módulo do ATUM igualmente permite a medida local de espectros da actual-tensão na amostra.

A técnica do ATUM é especialmente útil para a avaliação de filmes dieléctricos finos tais como óxidos da porta (frequentemente SiO₂) nos transistor. No ATUM, a escavação de um túnel actual da ponta através do filme dieléctrico depende fortemente da espessura de filme, dos trajectos do escapamento (causados possivelmente por defeitos) e das armadilhas da carga. Toda A estes pode significativamente afectar as propriedades e a integridade do filme inteiro, assim comprometendo o desempenho de um dispositivo inteiro.

O ATUM pode ser aplicado em muitos áreas da pesquisa ou da fabricação e em uma vasta gama de materiais. Pode ser usado para estudar a aspereza da uniformidade ou da relação da espessura de filmes dieléctricos finos, tais como óxidos da porta. Pode igualmente ser aplicado para localizar e defeitos elétricos da imagem em dispositivos do armazenamento de dados do semicondutor ou. Além, o ATUM pode ser usado para o estudo de polímeros ou de produtos orgânicos condutores, e outros materiais baixo-condutores (tais como semimetals, materiais do semicondutor, Etc.). Alguns exemplos típicos são fornecidos na secção do seguimento.

Uma das etapas de exigência na fabricação de dispositivos de semicondutor é o dielétrico da porta. Os filmes finos dos dieléctricos (frequentemente SiO₂ou dieléctricos altos-k) são usados como óxidos da porta em transistor de efeito de campo e como óxidos e dieléctricos da escavação de um túnel para capacitores da memória como dispositivos da memória de acesso aleatório (DRAM) dinâmica e electricamente somente da memória lida apagável e programável (EEPROM). Estrutural e electricamente o óxido homogêneo é da importância preliminar a fim seguir com as exigências para a confiança e a estabilidade a longo prazo da porta e óxidos da escavação de um túnel. Se Não, a degradação e a divisão conduzem à falha adiantada do dispositivo. Mesmo a variação da espessura do óxido na escala do ångström pode ter um grande impacto no comportamento elétrico do transistor e dos dispositivos de memória. Com espessura de diminuição do óxido este problema torna-se muito mais severo. A aspereza da Superfície e da relação conduz aos campos crescentes do óxido e aumenta as correntes e o Fowler-Nordheim do escapamento que escavam um túnel, conduzindo para jejuar degradação e limitando a escamação dos óxidos para dispositivos (MOS) do metal-óxido-semicondutor.

A tensão actual técnica-macroscópica da medida Convencional (IV) e a espectroscopia da capacidade-tensão (C-V), a microscopia da emissão (EM), e o elétron da transmissão (TEM) microscopia-estão inadequados para encontrar e medir o grau de diluição do óxido. Estes métodos faltam a informação (nao elétrica) estrutural exigida da definição ou da medida somente. O ATUM por outro lado, fornece a definição espacial e a sensibilidade exigidas traçar variações eficazes da espessura de filmes dieléctricos finos. Uma tensão diagonal, aplicada entre a amostra e a ponta de prova, causa uma corrente da escavação de um túnel (daqui o nome que Escava Um Túnel o AFM) que dependa fortemente das propriedades elétricas locais, isto é, a espessura elétrica eficaz do óxido. A ponta de prova condutora, o filme de óxido sob a investigação, e o formulário da carcaça do semicondutor uma estrutura local do MOS. Geralmente, a corrente (frequentemente Fowler-Nordheim) aumenta exponencial com uma mudança linear na espessura de filme, assim fornecendo uma técnica muito sensível às variações da espessura do monitor.

Figura 5 mostra uma série de imagens actuais do ATUM tomadas em tensões diagonais diferentes na superfície desencapada do filme de óxido. Um pode claramente observar o aumento na corrente em cima de aumentar a tensão diagonal. Os dados actuais tomados na mais alta tensão (9V) mostram pontos alto-actuais localizados na área feita a varredura, indicando a divisão elétrica do filme de óxido nestes lugar.

Figura 5. medidas actuais do ATUM tomadas em um óxido grosso da porta₂de 5nm SiO em tensões diagonais crescentes da amostra da esquerda para a direita: (parte superior) 6V, 7V, (parte inferior) 8V, e 9V. varreduras de 0.5ìm.

O software Especializado igualmente permite a medida IV de espectros em um único lugar na superfície da amostra. Figura 6 mostra um espectro IV típico medido no óxido grosso da porta 5nm, obtido ramping a tensão diagonal de 0V a 2V. O espectro mostra a dependência exponencial da corrente na tensão diagonal aplicada. O ATUM pode igualmente ser empregado para monitorar pontos fracos e heterogeneidade de filmes ou de óxidos dieléctricos finos. Os defeitos Estruturais na superfície, assim como as heterogeneidade estruturais e elétricas dentro do óxido (por exemplo, SiO)₂e na relação à carcaça (por exemplo, Si), podem ser investigados.

Figura 6. espectro IV tomado em um óxido grosso da porta 5nm. O espectro foi gravado ao ramping a tensão da polarização desde o início (0V) à tensão do fim (2V) dianteira, e então traseiro.

Figura 7 mostra a topografia e a escavação de um túnel simultaneamente obtida imagem actual (na polarização constante da amostra) na transição de um óxido do campo a um óxido grosso da porta 40nm. A imagem da topografia mostra (da esquerda para a direita) o óxido da porta, a região de relação, e o óxido do campo. Na borda entre as duas regiões uma corrente aumentada da escavação de um túnel do Fowler-Nordheim é medida. Isto indica a diluição estrutural local do óxido da porta durante a fabricação do óxido do campo, que serve como uma área de isolamento entre regiões activas adjacentes.

A Figura 7. Topografia (deixada) e imagem actual simultâneo-obtida da escavação de um túnel (direita) na transição de um óxido do campo a um 40nm bloqueia densamente o óxido. Na transição a corrente da escavação de um túnel é aumentada, que indica a diluição do óxido de silicone. varreduras de 1ìm, 0,5 escalas actuais do pA. Cortesia de Imagem A. Olbrich, Infineon, Munich, Alemanha.

Em figura 8, a topografia e as imagens actuais da escavação de um túnel de um óxido grosso do túnel 8.5nm para um dispositivo de EEPROM são indicadas. O óxido do túnel (SiO₂) é encerrado por um óxido mais grosso do campo ao esquerda e direito. Os dados foram obtidos em uma polarização da amostra de 10V. Considerando Que o óxido do campo é demasiado grosso mostrar toda a corrente mensurável na polarização dada da amostra, o óxido do túnel mostra heterogeneidade na densidade actual, que indica variações na espessura eficaz do óxido.

A Figura 8. imagens actuais (direitas) da Topografia (deixada) e da escavação de um túnel de um 8.5nm escava um túnel densamente o óxido (SiO₂) medido em uma polarização da amostra de 10V. varreduras de 2ìm, escala actual do fá 200. Cortesia de Imagem A. Olbrich, Infineon, Munich, Alemanha.

Como uma alternativa aos dispositivos de memória permanente tradicionais, as memórias de acesso aleatório magnéticas (MRAMs) estão sendo investigadas e desenvolvidas. MRAMs opera-se baseado no efeito magneto-resistive (TMR) da escavação de um túnel, e sua parte essencial é uma junção (MIM) do túnel do metal-isolador-metal. A operação Bem Sucedida destas estruturas exige (livre das impurezas) uma barreira de isolamento quimicamente homogênea, assim como flutuações mínimas da espessura da barreira. Conseqüentemente é importante resolver a barreira do túnel e relacioná-la espacial à magnetorresistência macroscópica do túnel. Quando os estudos convencionais da espectroscopia da microscopia (TEM) de elétron de transmissão e do fotoelectrão do raio X (XPS) fornecerem a informação global na organização atômica, na estrutura da superfície-relação, e na composição quimica, estas técnicas dão a informação incompleta na qualidade da barreira do túnel na escala atômica porque calculam a média sobre a profundidade e surgem. Até agora, o ATUM é o único método que permite a caracterização das propriedades elétricas locais destes filmes com definição lateral muito alta. Figura 9 mostra a topografia e a escavação de um túnel imagem actual 1.2nm de uma camada grossa₂do Al₃O, que se empreste como um isolador muito bom para MRAMs devido a sua grande diferença de faixa (eV aproximadamente 8).

Figura 9. imagens (direitas) actuais da Topografia (deixada) e da escavação de um túnel tomadas finamente em um óxido 1.2nm de alumínio (filme₂do Al₃O) em uma tensão diagonal da amostra de 0.14V 500nm faz a varredura, escala da corrente do pA 5. Cortesia A. Olbrich dos Dados, Infineon, Munich, Alemanha.

As variações Locais na espessura elétrica eficaz conduzem às correntes elevados - até diversos ordens de grandeza. É visível que o mais frequentemente, as áreas com corrente aumentada da escavação de um túnel parecem corresponder com as características topogràfica elevados.

Uma aplicação importante do ATUM é a localização e a identificação de defeitos elétricos em filmes dieléctricos finos. Em figura 10, um filme fino₂de SiO foi encaixado com uma quantidade controlada de pontos do quantum, que podem ser vistos como defeitos elétricos pequenos. Os pontos pequenos não podiam ser observados ao usar a topografia padrão de SPM, mas aparecem claramente nos dados da corrente do ATUM. Em Cima de aumentar a tensão diagonal de 1V a 5V, mais pontos aparecem nas imagens da corrente do ATUM. Isto pode ser relacionado ao tamanho dos defeitos e à profundidade dos defeitos debaixo da superfície superior. Este exemplo ilustra a possibilidade de usar a técnica do ATUM à imagem e localiza defeitos elétricos subsuperficiais, assim como para medir o tamanho e a densidade do defeito.

Figura 10. Seqüência das imagens do ATUM obtidas em um filme₂de SiO com defeitos encaixados. A tensão diagonal da amostra era da esquerda para a direita: (parte superior) 1V, 2V, (parte inferior) 3V, e 5V. varredura de 1ìm, 1 escala actual do pA. Prova a cortesia S. Madhukar, Motorola, Austin, Texas.

Um pedido diferente para o ATUM pode ser encontrado na caracterização dos filmes dieléctricos finos usados na indústria do armazenamento de dados. Um esforço contínuo é visado que melhora o desempenho e a confiança das cabeças (MR) de leitura/gravação e de media magneto-resistive do disco. Para a protecção contra a corrosão e o desgaste, os discos e as cabeças são revestidos geralmente com um filme não-condutor fino de DLC. O ATUM pode ser usado para determinar a qualidade destes filmes. Ao aplicar uma polarização ao disco ou à cabeça, a corrente da escavação de um túnel é um indicador excelente de trajectos do escapamento, de heterogeneidade pequenas ou de defeitos (os contaminadores elétricos, procuram um caminho mais curto, DLC que diluem, Etc.) no revestimento de DLC.

Figura 11 mostra à escavação de um túnel imagens actuais de duas Sr.-cabeças com revestimento uniforme. A imagem da topografia mostra o detalhe pequeno do SR. cabeça, visto que os dados actuais do ATUM olham através do filme de DLC e mostram as regiões (metálicas) diferentes do SR. revestimento defeituoso de revelação principal. As imagens actuais da escavação de um túnel mostram claramente pontos fracos no revestimento do SR. defeituoso cabeça. A aplicação do ATUM em media do disco magnético, coberta com um filme fino de DLC, é ilustrada em figura 12. Os dados actuais topográficos e do ATUM são indicados para duas amostras, com uma espessura diferente do DLC-revestimento. Os indicadores que de imagem esquerdos os dados obtiveram em um disco com um filme fino de DLC. Os dados actuais do ATUM variam entre aproximadamente 0 e 20 pA e mostram uma variação espacial forte que correlaciona com os riscos de lustro actuais nos discos. Os indicadores que de imagem direitos os dados obtiveram em um disco com um revestimento ligeira mais grosso de DLC.

A Figura 11. varreduras da corrente da Escavação De Um Túnel (esquerdas) mediu em uma cabeça de leitura/gravação magneto-resistive coberta com um filme semelhante ao diamante fino (DLC) do carbono. Imagem actual da Escavação De Um Túnel (direita) de uma cabeça similar com o revestimento defeituoso de DLC. varreduras de 20ìm. Prova a cortesia T. Ahmed, Seagate, Minneapolis, Minnesota.

Figura 12. As varreduras da corrente da Escavação De Um Túnel mediram em dois media do disco magnético cobertos com (direito.) um filme fino (esquerdo) e ligeira mais grosso de DLC. varreduras de 0.5ìm, escala actual do pA 20. Prove a cortesia J. Leigh, Seagate, Fremont, Califórnia.

A corrente da escavação de um túnel da média é muito mais baixa, correspondendo à mudança na espessura de filme. Também, a correlação à morfologia de superfície é muito menos pronunciada. Este exemplo ilustra como a técnica do ATUM pode com sucesso ajudar em aperfeiçoar as condições da espessura, da composição e de processamento dos filmes de DLC.

Um Outro grupo importante de materiais para aplicações em MEMS e em microeletrônica é materiais piezoeléctricos e ferroelectric. Do interesse particular é o BST (Sénior_XTiO_1-Xdos Vagabundos₃), que serve como um dielétrico do alto-épsilon em dispositivos de memória temporária (GOLE) e em PZT (o Si_Xde PbZr_1-XO)₃, que podem ser usados em dispositivos de memória ferroelectric. Estes óxidos são policristalinos, e até agora a correlação entre a estrutura microscópica e suas propriedades elétricas não é boa compreendida. Além Disso, o ATUM pode ser uma técnica útil para analisar propriedades locais destes filmes. O fluxo actual Aumentado é visível ao longo dos limites de grão, visto que menos actual é observado em grões individuais. Este comportamento pode, por exemplo, explicar a corrente indesejada do escapamento dos capacitores ferroelectric fabricados com este tipo de filme.

Os dados do ATUM obtidos em um 500nm BaTiO grosso₃mergulham, são indicados em figura 13. Uma corrente mais alta é observada em algum dos limites de grão, assim como ao longo de algumas linhas mais longas. Um destes rachadura-como linhas é indicado na imagem actual. A presença destas linhas actuais do alto-escapamento pode ser explicada por fenômenos do esforço no filme imaged. Este efeito é observado somente nos dados da corrente do ATUM.

Figura 13. Imagens (direitas) actuais da Topografia (deixada) e da escavação de um túnel de um filme ferroelectric₃fino de BaTiO. varredura de 2ìm, escala actual do pA 2. Prove a cortesia H. Ruda, Universidade de Toronto, Canadá.

Além do que os materiais inorgánicos previamente descritos, o ATUM igualmente provou ser muito útil para materiais orgânicos como polímeros condutores. Os dados indicados em figura 14 foram obtidos usando pontas de prova constantes da baixa mola em uma camada grossa do vinylene do polyphenylene 100nm (PPV) sobre uma camada grossa da poli-anilina 200nm (PANI). O PPV é um polímero luminescente, que seja rotação-molde sobre uma camada condutora do amortecedor (PANI) para facilitar o transporte dos portador de carga. Esta amostra particular teve a camada de PPV descascada parcialmente fora para permitir embaixo medidas da camada de PANI. A peça de PPV da amostra é ligeira mais alta e visível na esquerda na imagem da topografia. A imagem actual correspondente mostra claramente uma condutibilidade uniformemente mais baixa do PPV comparado à camada inhomogeneous do amortecedor de PANI.

Figura 14. A Topografia (deixada) e as imagens (direitas) actuais do ATUM de um 100nm PPV mergulham em uma camada condutora de PANI. A tensão diagonal da amostra era -6V. varredura de 50ìm. Prove a cortesia C. Zhang, Uniax, Goleta, Califórnia.

Um segundo exemplo condutor do polímero, com definição espacial mais alta, é mostrado em figura 15. A técnica de CAFM foi usada para traçar a variação espacial da condutibilidade em um filme poli-analine fino depositado em uma carcaça do Óxido do Estanho do Índio. A condutibilidade relativamente alta desta amostra exigiu o uso do módulo de CAFM, em vez do módulo do ATUM. As correntes observadas variaram entre pA 0 e 200. A imagem de CAFM mostra a condutibilidade alta das grandes áreas cobertas com o PANI, e uma condutibilidade ligeira mais baixa para os pontos menores, isolados cobertos com o PANI. A carcaça aparece como uma região deficientemente condutora. A ponta de prova constante da baixa mola empregada reserva fazer a varredura em forças muito baixas do contacto, daqui minimizando a deformação ou o desgaste destas amostras relativamente macias.

Figura 15. A Topografia (parte superior) e as imagens (inferiores) actuais de CAFM de um filme poli-analine em um índio estanham a carcaça do óxido. varredura de 2ìm x de 1ìm, escala actual do pA 200. Prove a cortesia S. Rane, Universidade de Chicago, Illinois.

A miniaturização de continuação de dispositivos de semicondutor criou um desafio sério para técnicas tradicionais da análise de materiais, tais como a espectrometria em massa de íon secundária (SIMS), o perfilamento da resistência de espalhamento (SRP), e as medidas da tensão da capacidade (C-V). Quando a precisão, a confiança, e as capacidades melhoradas destes instrumentos fornecerem a base para dados actuais da caracterização de materiais, seus limitação de uma dimensão, incapacidade medir características de sub-0.1-mm, e repertório limitado da caracterização aumentaram o valor de técnicas da ponta de prova da exploração. SCM era uma das primeiras técnicas de SPM para encontrar sua maneira no mundo avançado da análise do semicondutor. Os instrumentos de SCM podem mostrar os perfis da concentração de portador em duas dimensões em dispositivos de semicondutor reais, assim como o relacionamento destes perfis às estruturas críticas do dispositivo. Esta capacidade faz o módulo de SCM útil na revelação, na fabricação, no teste, e na análise da falha de dispositivos de semicondutor.

Em SCM, a ponta de prova metalizada forma um capacitor (MIS) do metal-isolador-semicondutor com a amostra do semicondutor. Um aplicado diagonal da C.A. entre a ponta do AFM do contacto da exploração e a amostra gera as variações da capacidade, que são monitoradas usando um sensor ressonante da capacidade do gigahertz. Este sistema foi mostrado para ser sensível às variações menores do que os attofarads (<10^–18F). A variação da capacidade (dC/dV) é uma medida da densidade e do tipo locais da concentração de portador (n-tipo ou p-tipo), e pode conseqüentemente ser usada para o perfilamento bidimensional de alta resolução do portador.

Uma das aplicações as mais importantes de SCM é perfilamento bidimensional do portador de estruturas do dispositivo de semicondutor. O silicone e os semicondutores compostos são do grande interesse. O perfilamento Bidimensional do entorpecente é uma alta prioridade no Mapa Rodoviário Internacional da Tecnologia para Semicondutores, e espera-se transformar-se uma tecnologia de possibilidade para a fabricação do dispositivo da próxima geração. SCM fornece a definição espacial (sobre 10-20nm), e o alcance dinâmico (10-10¹⁵²⁰ atoms/cm³) responder a estas necessidades.

Figura 16 mostra a topografia (saiu) e as imagens (direitas) de SCM dC/dV obtidas simultaneamente em um transistor crosssectioned de um processador do Pentium II. A topografia mostra

a região de porta com os dois espaçadores (áreas brilhantes), mas não mostra nenhum detalhe dos perfis do portador. A imagem de SCM dC/dV mostra as áreas diferentemente lubrificadas do transistor: fonte, dreno (os implantes altos e da baixo-dose são visíveis) e porta. A imagem de SCM pode ser usada para extrair a informação valiosa tal como o comprimento da porta, a profundidade da junção, ou os detalhes eficazes na extensão lateral e vertical das regiões lubrificadas. À excecpção de SSRM, esta informação crucial não é directa acessível nenhuma outra técnica.

Figura 16. Topografia (deixada) e SCM dC/dV (direito) de um transistor crosssectioned de um processador do Pentium II. varredura de 1.25ìm.

Além do que a imagem lactente, SCM pode igualmente ser usado para medir dC/dV contra curvas de V em posições selecionadas sobre a amostra. Em figura 17, a polarização da amostra da C.C. é ramped entre dois valores userselected, e a saída do sensor de SCM (dC/dV) é monitorada e traçada. A curva superior foi medida em um n-tipo amostra, quando a curva inferior foi medida em um p-tipo amostra. Como esperado, os tipos diferentes conduzem a um sinal diferente do sinal de dC/dV, e os níveis diferentes do entorpecente conduzem a uma intensidade diferente do sinal de dC/dV.

Figura 17. dC/dV contra curvas de V mediu com SCM em dois lugar diferentes de uma amostra: n-tipo, 2x10¹⁷atoms/cm³ (curva superior) e p-tipo, 3x10¹⁹atoms/cm³(curva inferior).

Figura 18 ilustra a topografia (saiu), a amplitude (média), e a capacidade (direita) do metal superior e a camada gravada dielétrico de uma pilha da GOLE do Silicone.

Figura 18. Altura ou topografia (deixada), amplitude da Capacidade (SCM) dC/dV (média), e de fase da Capacidade (SCM) dC/dV imagens (direitas) de uma pilha convencional da GOLE do Silicone. As camadas Superiores do metal e do dielétrico foram gravadas para expr o Silicone. A imagem da fase de SCM dC/dV diferencia o ptype (cor brilhante) e o n-tipo (cor escura) áreas lubrificadas. os transistor do npn e do pnp na pilha da GOLE são visualizados então claramente, permitindo a extracção de parâmetros críticos, por exemplo, comprimento eficaz da porta, e visualizando defeitos. A imagem da amplitude de SCM dC/dV mostra o valor relativo da concentração de entorpecente: a cor brilhante significa a capacidade maior da prostração, e conseqüentemente, áreas mais baixo lubrificadas (por exemplo, áreas boas do implante).

Figura 19 ilustra a capacidade (saiu) e a topografia (direita) de uma estrutura íon-implantada do Silicone que consiste em um n-tipo implante em um p-tipo carcaça.

Figura 19. Fase da Capacidade (SCM) dC/dV (esquerda) e imagens (direitas) da altura/topografia de uma estrutura íon-implantada do Silicone que consiste em um n-tipo implante (áreas escuras) em um p-tipo carcaça. Um p-tipo (mais raso) adicional implante pode ser observado. A estrutura cruz-foi seccionada por técnicas de lustro padrão.

SCM é igualmente uma ferramenta muito valiosa para a análise da falha em dispositivos de semicondutor. A técnica de SCM permite o visualização de se uma implantação particular esta presente, se é o tipo correcto (n ou p), as dimensões previstas (detalhado e lateral), e outras características. Um exemplo típico da análise da falha é mostrado em figura 20. Uma superfície de secção transversal foi feita através de um número de dispositivos, incluindo um conhecido para ter características ruins do dispositivo elétrico. A imagem de SCM de um bom dispositivo é mostrada na imagem superior; a imagem de SCM da área correspondente do dispositivo ruim é mostrada na imagem inferior. A imagem inferior indica que os dois implantaram regiões (isto é as áreas brilhantes: o n-tipo implante e o n-tipo implante do poço) estão tocando, visto que deve ser separado de se. Isto “procura um caminho mais curto” conduzido a uma corrente muito alta do escapamento deste dispositivo particular.

Figura 20. Imagem de SCM de um bom (parte superior) e dispositivo (inferior) falhado do silicone. Os indicadores de imagem inferiores procurar um caminho mais curto entre as duas regiões lubrificadas. varredura de 8ìm x de 2ìm.

Os filmes finos Ferroelectric são muito atractivos para suas aplicações possíveis nas memórias permanentes e nos dispositivos microelectromechanical (MEMS). A diminuição em tamanho (para baixo aos dez dos nanômetros) destes dispositivos exige uma descrição apropriada das propriedades materiais e dos processos em filmes ferroelectric. Por exemplo, é fundamental investigar se as estruturas ferroelectric com dimensões do nanômetro ainda exibem propriedades ferroelectric e piezoeléctricas, e estudar como estas propriedades são afectadas pelo tamanho total. SCM é uma técnica possível para estes estudos. Por exemplo, SCM fornece um método medindo o sinal da inclinação do C-V para a amostra ferroelectric e, daqui, o domínio ou o estado de polarização no filme fino. SCM foi usado à imagem e manipula a estrutura de domínio em um filme ferroelectric_1.0fino do Pb_0.04(_0.28Si_0.68) O₃ do Zr do N.B. (PNZT). Em uma área de 25x25ìm, a ponta foi feita a varredura com uma tensão diagonal da amostra da C.C. de -12V e as áreas menores foram escritas subseqüentemente com tensões diagonais da amostra da C.C. da polaridade oposta. Uma tensão diagonal pequena da C.A. foi usada à imagem as regiões polarizadas, isto é, para estudar o valor e o sinal da inclinação da curva do C-V na polarização zero da C.C. Figura 21 mostra a imagem de SCM à direita e a imagem correspondente da topografia do AFM à esquerda. A obscuridade e as regiões claras do contraste indicam as regiões oposta polarizadas, onde o sinal de dC/dV é de grande resistência mas oposto ao sinal.

Figura 21. Imagem Topográfica (saido) e de SCM dC/dV (direita) de um filme ferroelectric de PNZT. As áreas Escuras e brilhantes correspondem às regiões oposta polarizadas. As regiões diferentes da polarização foram escritas usando SCM em tamanhos diferentes da varredura e as tensões diagonais da amostra antes deste SCM fazem a varredura. varredura de 25ìm. Cortesia Ch da Amostra. Ganpul e M. Ramesh, Universidade de Maryland.

Além, SCM pode igualmente medir as curvas da polarização (ou o C-V) de capacitores ferroelectric pequenos, ou mesmo de únicas grões ferroelectric. Isto é impossível com técnicas de sondagem convencionais. Figura 22 ilustra a topografia (saiu) e a capacidade (direita) do filme fino FerroElectric sobre o eléctrodo de platina. Considerando Que figura 23 mostra aproximadamente as mesmas áreas que dentro acima das imagens, mas agora com uma C.C. 5V aplicada entre a ponta e a amostra. A tensão de C.C. muda a polarização tais que todas as grões têm o mesmo estado de polarização. E última, figura 24 histerese das mostras típica de um domínio ferroelectric em uma única grão com espectroscopia localizada da capacidade contra a polarização aplicada da C.C. (v).

Figura 22. Altura/topografia (deixada) e imagens da fase da capacidade (SCM) dC/dV (direitas) do filme fino FerroElectric sobre o eléctrodo de platina. A imagem da Altura mostra a estrutura granulada do filme fino com grões feitas sob medida 20-100nm. A imagem da fase de SCM dC/dV mostra estados de polarização das grões individuais'; é obtida aplicando uma tensão AC Pequena da amplitude entre a ponta e a amostra que modula a capacidade na mesma freqüência (a tensão de C.C. é mantida em 0V para não mudar o estado de polarização pela presença de ponta do AFM). O estado de polarização Ferroelectric é determinado pela medida da carga executada em SCM. A definição da técnica de SCM permite que uma observe variações dentro das únicas grões.

Figura 23. Aproximadamente as mesmas áreas que dentro acima das imagens, mas agora com uma C.C. 5V aplicaram-se entre a ponta e a amostra. A tensão de C.C. muda a polarização tais que todas as grões têm o mesmo estado de polarização.

Figura 24. A espectroscopia Localizada da capacidade (exclusiva a SCM) dC/dV contra a polarização aplicada da C.C. (v) em uma única grão mostra a histerese típica de um domínio ferroelectric. Os dados podem ser integrados uma vez para obter uma Capacidade contra a curva da polarização da C.C., e para obter duas vezes uma Polarização relativa contra a curva da polarização da C.C.

Quando a ponta de prova for feita a varredura através do secção transversal do dispositivo de semicondutor, a resistência elétrica está medida entre a ponta condutora e uma grande corrente que recolhem para trás o contacto. Quando a força aplicada excede alguma força do ponto inicial, a resistência medida está dominada pela resistência de espalhamento. Em estruturas do Si, as forças altas (tipicamente, algum ìN) são exigidas a fim penetrar o óxido nativo e estabelecer um contacto elétrico estável. Desde Que as pontas de prova padrão do AFM se deformam nestas forças altas, o diamante lubrificado ou as pontas de prova diamante-revestidas do silicone são empregados. A dureza extrema, o módulo Young alto, e a condutibilidade elétrica obtida com da lubrificação fazem o diamante particularmente apropriado para o uso como material de revestimento da ponta de SSRM.

Em figura 25, a análise foi executada em uma estrutura do transistor do Si DMOS. A estrutura do transistor cruz-foi seccionada para expr as regiões diferentemente lubrificadas, e lustrada então usando técnicas de lustro padrão. A imagem topográfica (deixada) mostra bastante claramente o Al-Contacto (região preta), o óxido subjacente (marrom) e o polysilicon e o óxido subjacente da porta. A imagem da resistência de SSRM (direita) mostra as regiões electricamente activas. As cores diferentes reflectem níveis diferentes de resistividade: a obscuridade indica regiões altamente condutoras, e brilhante indica a baixa condutibilidade. Claramente perceptível é o n altamente lubrificado⁺- carcaça (preto); o n-epilayer lubrificado mais baixo (marrom escuro); o p⁺- corpo (que aparece como altamente resistive), o n⁺- implante (preto), o metal e as regiões do óxido, assim como o material altamente condutor do polysilicon. As posições da Junção correspondem à transição afiada entre os vários níveis da cor.

Figura 25. Varreduras (direitas) da Topografia (deixada) e da resistência de um transistor cruz-seccionado do Si DMOS. cortesia IMEC da varredura de 12ìm, Bélgica.

Figura 26 ilustra uma imagem de SSRM de um capacitor cruz-seccionado que caracteriza um metal pensa a área do filme com o dielétrico entre elas. As imagens de SSRM são frequentemente complementares às imagens de SCM, porque as imagens de SCM não dão nenhum sinal em dieléctricos e em metais, visto que SSRM mostra um contraste grande entre os dois.

Figura 26. Imagens da altura e da resistência de SSRM do capacitor crosssectioned. O capacitor tem a área do filme fino do metal com o dielétrico entre elas. Se havia trajectos do escapamento entre os contactos elétricos diferentes, a imagem da resistência mostrá-los-ia (nenhuns encontrados nesta imagem).

Num segundo o exemplo (figura 27), imagem lactente de SSRM foi executado em um MOSFET do silicone com um comprimento da porta de 0.25ìm. A imagem (deixada) mostra as regiões diferentemente lubrificadas - fonte, dreno, e porta - como as áreas altamente condutoras (escuras), o dielétrico e a carcaça como áreas da baixo-condutibilidade, assim como a área intermediària condutora. A fonte e as junções do dreno são observadas como finamente, linhas brilhantes de baixa condutibilidade. Uma secção feita com a região da fonte do transistor é mostrada igualmente em figura 27 (direita). A secção mostra da esquerda para a direita: a camada superior, o implante da fonte (p-tipo), o pico da junção, o poço (n-tipo), e a carcaça dieléctricos. A profundidade da junção pode facilmente ser extraída desta secção como a distância entre o pico da junção e a camada superior dieléctrica, e é encontrada para ser 184nm.

Figura 27. Varredura da resistência de SSRM de um transistor cruz-seccionado do MOSFET do silicone de 0.25ìm. cortesia IMEC da varredura de 2ìm, Bélgica.

Além do que o silicone, os semicondutores compostos são igualmente do grande interesse. Os diodos emissores de luz, os fotodetector, e os lasers do diodo são somente alguns de muitos dispositivos fabricados dos semicondutores de III-V e de II-VI. O Conhecimento da distribuição bidimensional da condutibilidade (os átomos elétrico-activos do entorpecente em particular) é importante para a revelação e a monitoração de processo. Para semicondutores compostos, a preparação da amostra é mínima; a fenda simples fornece a melhor superfície em amostras complexas, e permite a imagem lactente de propriedades críticas do dispositivo após somente actas da preparação da amostra. O Metal e as pontas metal-revestidas do silicone provam ser suficientemente rígidos para medidas estáveis e reprodutíveis de SSRM. Para o bom sinal à relação de ruído, uma tensão diagonal relativamente alta (diversos volts) em combinação com uma pressão média da ponta de prova (ìN secundário) é exigida. Um exemplo do perfilamento de alta resolução da densidade de portador disponível com SSRM pode ser considerado na heterostrutura InP-baseada cruz-seccionada mostrada em figura 28.

Figura 28. Topografia (deixada) e de resistência de SSRM varredura (direita) de uma heterostrutura InP-baseada. varreduras de 7ìm. Prove a cortesia de M. Geva, Lucent Technologies, Breinigsville, PA.

A imagem da resistência mostra as regiões diferentes da heterostrutura: p-tipo Zn-Lubrificado alterno e n-tipo S-Lubrificado camadas com valores diferentes da espessura. A imagem revela a natureza bidimensional das camadas para a área do mesa. Este exemplo demonstra a potência analítica de SSRM na imagem lactente bidimensional de distribuições do portador em estruturas do semicondutor composto, e em particular, para a análise de heterostrutura do InP, uma área que esteja ganhando o interesse alto.

SSRM pode igualmente ser usado estudando as propriedades elétricas de materiais do nonsemiconductor. Isto inclui pedidos para metais, semimetals, polímeros condutores, e outros materiais intermediària condutores. Para o desempenho o melhor, os materiais diferentes exigem frequentemente o material diferente da ponta de prova e pontos ajustados da força. No exemplo em figura 29, um filme do Cu é imaged. A estrutura granulada do filme é observada claramente nos dados topográficos. Os dados da resistência de SSRM mostram que a resistividade das grões é mais alta para as bordas, em relação ao centro das grões. Note que o tamanho de grão médio é 30nm, e a definição espacial é na ordem de 5nm.

Figura 29. Topografia (deixada) e de resistência de SSRM varredura (direita) de um filme granulado do metal. varreduras 500nm.