Электрическая Характеризация с Микроскопами Зонда Скеннирования

Применения включают, но не ограничены к, анализ отказа полупроводника и запоминающих устройств хранения данных, плоский профилировать несущей полупроводниковых устройств, и изучения проводимости диэлектрика, металлическое, полимера, органических веществ, и фильмов полупроводника. Это примечание по применению обсуждает методы и несколько из этих много применений в большой детали.

CAFM мощный настоящий измеряя метод для отображать изменения в электрической проводимости материалов (диаграммы 3). CAFM может быть прикладной к материалам с средств проводимостью (1pA к 1ìA). Модуль прикладных программ CAFM можно управлять в или воображении или режиме спектроскопии. В режиме воображения, получены изображения электрического течения, пока в спектроскопии режим одно может собрать спектры настоящ-напряжения тока (IV) или настоящ-усилия (I-Z).

Диаграмма 3. изображения CAFM отображает проводимость HfO₂как депозировано (выйдено) и столб-обжигает на 700°C (среднем) и 800°C (правом). Эти карты позволяют визуализировать, и квантифицировать размер и распределение слабых пятен в диэлектрике. Более Темный цвет значит сильнотоковое через подсказку, показывающ более высокую проводимость, и таким образом более слабые пятна в диэлектрике. Слабые пятна вытекают и пролиферируют на отжиге, больше на высоком обжигают температуру. 500nm просматривает Jasmin Petry учтивости, IMEC, Бельгию.

В режиме воображения, электрически проводной зонд просмотрен над поверхностью образца в режиме контакта по мере того как цепь обратной связи держит отклонение консольной константы пока измерена местная высота образца. Во Время скеннирования, пользователь может приложить смещение DC между подсказкой и образцом. Малошумный линейный усилитель тока воспринимает приводя к настоящий проходить через образец по мере того как изображение топографии одновременно получено (см. диаграмму 2). Наблюдаемое течение можно использовать как измерение для местной проводимости или электрической герметичности образца под изучением.

В дополнение к режиму воображения, CAFM также измеряет местные настоящие спектры напряжения тока (IV) или настоящ-усилия (I-Z) используя режим спектроскопии. Для того чтобы получить спектры IV, остановлена развертка воображения и подсказка держится в фикчированном положении пока смещение образца ramped up or down. Приводя к течение через образец прокладывать курс против прикладного смещения (диаграммы 3a). Пользовател-Дискретные параметры включают старт и кончают напряжение тока пандуса, направления пандуса, тарифа пандуса, и времен задержки между индивидуальными пандусами. ПО может или записать одиночные спектр или средний над множественными спектрами. Для некоторых измерений, желательно ограничивать настоящий проходить через образец. В этот случай, ПО обеспечивает пользователя с вариантом «пуска», который останавливает пандус напряжения тока как только достигается текущая стоимость выбранная пользователем. Для того чтобы получить спектры I-Z, смещение образца, котор держат константа, пока блок развертки двинут в Z-Направление, подобная к измерению усили-смещения изгибает. Приводя к течение через образец прокладывать курс против Z-Положения блока развертки. Опять, несколько параметров позволяют пользователю выполнить и проконтролировать специфические эксперименты по I-Z ramping.

Вычисляйте 3a. Спектроскопия CAFM: Течение против графиков Напряжения Тока (iv) при подсказка AFM расположенная на слабые пятна тонкого фильма (HfO₂). (Средние от различных положений) покажите течение утечки предпосылки упаденное с отжигом, и среднее значение тока на, котор дали напряжении тока увеличенном после обжигать, с температурой нагрева при отжиге увеличения.

Спектр I-Z показан в диаграмме 4. Здесь модуль CAFM был использован для того чтобы изучить течение на проводном образце полимера как функция прикладного усилия, или консольное отклонение. Проконтролировано электрическое течение, воспринятое модулем CAFM, пока выполняющ цикл стандартного смещения усилия ramping. Настоящий спектр показывает детали изменения в проводимости для контакта пункта по мере того как зонд кашется с образцом и усилие увеличено.

Диаграмма 4. Усили-Смещение (верхняя часть) и спектр I-Z (дно) измерила одновременно с модулем CAFM.

CAFM может быть прикладной в много зоны исследования и изготовлять для анализа широкого диапазона материалов. Его можно также использовать для того чтобы локализовать и дефекты изображения электрические в полупроводнике и запоминающих устройствах хранения данных. В добавлении, CAFM может быть прикладной характеризовать проводные полимеры и другие материалы с неединобразной проводимостью, как semimetals, материалы полупроводника, проводные органические материалы, nanotubes и другие.

ТУНА измеряет ультра-низкие течения на образцах низк-проводимости. Как с CAFM, смещение DC прикладной между образцом и проводной подсказкой по мере того как подсказка просматривает образец в режиме контакта. Линейный усилитель тока с рядом 60 fA к PA 120 воспринимает приводя к настоящий проходить через образец. В этом путе, топография и течение образца измерены одновременно, включающ сразу корреляцию расположения образца с своими электрическими свойствами. Уровень шума модуля ТУНЫ (типа. 50 fA) позволяют одному выполнить весьма чувствительные настоящие измерения. В добавлении, модуль ТУНЫ также позволяет местный измерению спектров настоящ-напряжения тока на образце.

Метод ТУНЫ специально полезн для оценки тонких диэлектрических фильмов как окиси строба (часто SiO₂) в транзисторах. В ТУНЕ, настоящем прокладывать тоннель от подсказки через диэлектрическую толщину фильма быть в зависимости от фильма сильно, путях утечки (по возможности причиненных дефектами) и ловушках обязанности. Все из этих могут значительно повлиять на свойства и герметичность всего фильма, таким образом компрометирующ представление всего прибора.

ТУНА может быть прикладной в много зоны исследования или изготовлять и на широком диапазоне материалов. Ее можно использовать для того чтобы изучить шершавость единообразия или интерфейса толщины тонких диэлектрических фильмов, как окиси строба. Она может также быть прикладной локализовать и дефекты изображения электрические в полупроводнике или запоминающих устройствах хранения данных. В добавлении, ТУНУ можно использовать для изучения проводных полимеров или органических веществ, и других низк-проводных материалов (как semimetals, материалы полупроводника, Etc.). Некоторые типичные примеры обеспечены в разделе следования.

Один из самых требовательных шагов в изготавливание полупроводниковых устройств диэлектрик строба. Тонкие фильмы dielectrics (часто SiO₂или высокие-k dielectrics) использованы как окиси строба в транзисторах влияния поля и как окиси и dielectrics прокладывать тоннель для конденсаторов памяти как динамическое оперативное запоминающее устройство (DRAM) и электрически приборы стираемой и programmable прочитанной только памяти (EEPROM). Структурно и электрически однотиповая окись основной важности исполнить с требованиями для надежности и долгосрочной стабильности строба и окиси прокладывать тоннель. В Противном Случае, ухудшение и нервное расстройство водят к предыдущему отказу прибора. Даже изменение толщины окиси в ряде ангстрома может иметь большой удар на электрическом поведении транзистора и приборов памяти. С уменьшая толщиной окиси эта проблема будет очень строгле. Шершавость Поверхности и интерфейса приводит к в увеличивая полях окиси и увеличивает течения и Fowler-Nordheim утечки прокладывая тоннель, водя для того чтобы голодать ухудшение и ограничивая шкалирование окисей для приборов (MOS) металл-окис-полупроводника.

Напряжение тока Обычного измерения метод-макроскопическое настоящее (IV) и спектроскопия емкост-напряжения тока (C-V), микроскопия излучения (EM), и электрон передачи (TEM) микроскопи-был недостаточны для обнаруживать местонахождение и измерять степень утончать окиси. Эти методы или нуждаются необходимых данных по разрешения или измерения только структурных (электрических). ТУНА с другой стороны, обеспечивает пространственное разрешение и чувствительность требуемые, что отобразила эффективные изменения толщины тонких диэлектрических фильмов. Напряжение смещения, прикладное между образцом и зондом, дают подъему к течению прокладывать тоннель (следовательно имени Прокладывая Тоннель AFM) тому сильно быть в зависимости от местные электрические свойства, т.е., эффективная электрическая толщина окиси. Проводной зонд, фильм окиси под исследованием, и форма субстрата полупроводника местная структура MOS. Вообще, течение (часто Fowler-Nordheim) увеличивает в геометрической прогрессии с линейным изменением в толщине фильма, таким образом очень чувствительный метод изменения толщины монитора.

На Диаграмму 5 показано серию изображений ТУНЫ настоящих принятых на различные напряжения смещения на чуть-чуть поверхности фильма окиси. Одно может ясно наблюдать увеличением в течении по увеличивать напряжение смещения. Настоящие на данные принятые на самое высокое напряжение тока (9V) показано локализованные сильнотоковые пятна в просмотренной площади, показывая электрическое нервное расстройство фильма окиси в этих положениях.

Диаграмма 5. измерения ТУНЫ настоящие принятые на окиси строба 5nm₂толщиной SiO на увеличивая напряжения смещения образца от левого к праву: (верхняя часть) 6V, 7V, (дно) 8V, и 9V. развертки 0.5ìm.

Специализированное ПО также позволяет измерение IV спектров в одиночном положении на поверхности образца. На Диаграмму 6 показано типичный спектр IV измеренный на толщиной окиси строба 5nm, полученной путем ramping напряжение смещения от 0V к 2V. Спектр показывает степенную зависимость течения на прикладном напряжении смещения. ТУНУ можно также использовать для того чтобы контролировать слабые пятна и inhomogeneities тонких диэлектрических фильмов или окисей. Структурные дефекты на поверхности, так же, как структурные и электрические inhomogeneities внутри окись (например, SiO)₂и на интерфейсе к субстрату (например, Si), можно расследовать.

Диаграмма 6. принятый спектр IV на толщиной окиси строба 5nm. Был записан спектр пока ramping смещение от напряжения тока старта (0V) к напряжению тока конца (2V) переднему, и после этого задне.

На Диаграмму 7 показано топографию и одновременно полученный прокладывать тоннель настоящее изображение (на постоянн смещении образца) на переходе от окиси поля к толщиной окиси строба 40nm. Изображение топографии показывает (от левого к праву) окись строба, зону интерфейса, и окись поля. На крае между 2 зонами измерено увеличенное течение прокладывать тоннель Fowler-Nordheim. Это показывает местный структурный утончать окиси строба во время изготовления окиси поля, которая служит как изолируя зона между смежными активными зонами.

Диаграмма 7. (выйденная) Топография и одновременн-полученное изображение прокладывать тоннель настоящее (правое) на переходе от окиси поля к 40nm толщиной стробирует окись. На переходе течение прокладывать тоннель увеличено, которое показывает утончать окиси кремния. развертки 1ìm, 0,5 маштаба PA настоящих. Учтивость Изображения A. Olbrich, Infineon, Мюнхен, Германия.

В диаграмме 8, показаны топография и изображения прокладывать тоннель настоящие толщиной окиси тоннеля 8.5nm для прибора EEPROM. Окись тоннеля (SiO₂) заключена более толщиной окисью поля к левому и право. Данные были получены на смещении образца 10V. Тогда Как окись поля слишком толщина для того чтобы показать любое измеряемое течение на, котор дали смещении образца, окись тоннеля показывает inhomogeneities в концентрации тока, которая показывает изменения в эффективной толщине окиси.

Диаграмма 8. изображения (выйденной) Топографии и прокладывать тоннель (правые) настоящие 8.5nm толщиной прокладывает тоннель окись (SiO₂) измеренная на смещении образца 10V. развертки 2ìm, маштаб 200 fA настоящий. Учтивость Изображения A. Olbrich, Infineon, Мюнхен, Германия.

Как алтернатива к традиционным приборам слаболетучей памяти, расследуются и начинаются (MRAMs) магнитные произвольно-доступные памяти. MRAMs работает основано на влиянии прокладывать тоннель (TMR) магниторезистивном, и их главная часть соединение (MIM) тоннеля металл-изолятор-металла. Успешная деятельность этих структур требует химически однотипового (свободно примесей) изолируя барьера, так же, как минимальных зыбкост толщины барьера. Поэтому важно пространственно разрешить барьер тоннеля и отнести его к макроскопическому магнетосопротивлению тоннеля. Пока обычные изучения (TEM) спектроскопии фотоэлектрона электронной просвечивающей микроскопии и рентгеновского снимка (XPS) обеспечивают глобальную информацию на атомных организации, структуре поверхност-интерфейса, и химическом составе, эти методы дают неполную информацию на качестве барьера тоннеля на атомном маштабе потому что они усредняют над глубиной и поверхностью. Для того чтобы датировать, ТУНА единственный метод который позволяет характеризации местных электрических свойств этих фильмов с очень высоким боковым разрешением. На Диаграмму 9 показано топографию и прокладывать тоннель настоящее изображение 1.2nm толщиного слоя₂Al₃O, который одалживает как очень хороший изолятор для MRAMs должного к своему большому зазору диапазона (eV около 8).

Диаграмма 9. изображения (выйденной) Топографии и прокладывать тоннель настоящие (правые) принятые на тонко фильме алюминиевой окиси 1.2nm (₂Al₃O) на напряжение смещения образца 0.14V 500nm просматривает, ряд течения PA 5. Учтивость A. Olbrich Данных, Infineon, Мюнхен, Германия.

Локальные изменения в эффективной электрической толщине приводят к в повышенных течениях - до нескольких порядков величины. Она заметна что наиболее часто, кажется, что соответствуют зоны с увеличенным течением прокладывать тоннель с топографически повышенными характеристиками.

Важное применение ТУНЫ локализация и идентификация электрических дефектов в тонких диэлектрических фильмах. В диаграмме 10, тонкий фильм₂SiO был врезан с контролируемым количеством многоточий суммы, которые можно осмотреть как малые электрические дефекты. Малые многоточия не смогли наблюдаться при использовании стандартной топографии SPM, а ясно показывают вверх в данных по течения ТУНЫ. По увеличивать напряжение смещения от 1V к 5V, больше многоточий появляются в изображения течения ТУНЫ. Это можно отнести к размеру дефектов и глубине дефектов под верхней поверхностью. Этот пример иллюстрирует возможность использования метода ТУНЫ к изображению и локализует близповерхностные электрические дефекты, так же, как измерить размер и плотность дефекта.

Диаграмма 10. Последовательность полученных изображений ТУНЫ на фильме₂SiO с врезанными дефектами. Напряжение смещения образца было от левого к праву: (верхняя часть) 1V, 2V, (дно) 3V, и 5V. развертка 1ìm, 1 маштаб PA настоящий. Пробует учтивость S. Madhukar, Motorola, Остин, Техас.

Различное применение для ТУНЫ можно найти в характеризации тонких диэлектрических фильмов используемых в индустрии хранения данных. Непрерывное усилие направлено на улучшать представление и надежность прочитанного (MR) магниторезистивного/пишет головки и средства диска. Для предохранения против корозии и износа, диски и головки обыкновенно покрыны с тонким непровоящим фильмом DLC. ТУНУ можно использовать для того чтобы определить качество этих фильмов. Прикладывая смещение к диску или головке, течение прокладывать тоннель превосходный индикатор путей утечки, малых inhomogeneities или дефектов (электрических загрязняющих елементов, коротких замыканий, DLC утончая, Etc.) в покрытии DLC.

На Диаграмму 11 показано прокладывать тоннель настоящие изображения 2 Г-н-головок с равномерным покрытием. Изображение топографии показывает маленькую деталь Г-НА головки, тогда как на данные по ТУНЫ настоящие смотрят через фильм DLC и показывают различные (металлические) зоны Г-НА головного показывая неполноценного покрытия. Изображения прокладывать тоннель настоящие ясно показывают слабые пятна в покрытии неполноценного Г-НА головки. Применение ТУНЫ на средствах магнитного диска, покрытое с тонким фильмом DLC, проиллюстрировано в диаграмме 12. Данные по топографических и ТУНЫ настоящие показаны для 2 образцов, с различной толщиной DLC-покрытия. Левые дисплеи изображения данные получили на диске с тонким фильмом DLC. На данные по ТУНЫ настоящие меняют между около 0 и 20 PA и показывают сильное пространственное изменение сопоставляя с полируя скрестами присутствующими на дисках. Правые дисплеи изображения данные получили на диске с немножко более толщиным покрытием DLC.

Диаграмма 11. измеренные развертки Прокладывать Тоннель настоящие (левые) на прочитанном магниторезистивном/пишет головку покрытую с тонким диамант-как фильм (DLC) углерода. Изображение Прокладывать Тоннель настоящее (правое) подобной головки с неполноценным покрытием DLC. развертки 20ìm. Пробует учтивость T. Ahmed, Seagate, Миннеаполис, Миннесоту.

Диаграмма 12. Развертки течения Прокладывать Тоннель измерили на 2 средствах магнитного диска покрытых с тонким (лево) и немножко более толщиным (право.) фильмом DLC. развертки 0.5ìm, маштаб PA 20 настоящий. Попробуйте учтивость J. Leigh, Seagate, Fremont, Калифорнию.

Течение прокладывать тоннель среднего гораздо низкее, соответствие к изменению в толщине фильма. Также, корреляция к поверхностному словотолкованию очень более менее произнесена. Этот пример иллюстрирует как метод ТУНЫ может успешно помочь в оптимизировать толщину, состав и обрабатывая условия фильмов DLC.

Другая важная группа в составе материалы для применений как в MEMS, так и в микроэлектрониках пьезоэлектрические и ferroelectric материалы. особого интереса BST (Старший_XTiO_1-XБа₃), который служит как диэлектрик высок-эпсилона в приборах испаряющей памяти (ДРАХМЕ) и PZT (Ti_XO_1-XPbZr₃), которые могут быть использованы в ferroelectric приборах памяти. Эти окиси поликристаллически, и до тех пор понятая корреляция между микроскопической структурой и их электрическими свойствами хорошие. Опять, ТУНА может быть полезным методом для того чтобы проанализировать местные свойства этих фильмов. Увеличенная настоящая подача заметна вдоль границ между зернами, тогда как более менее настояще наблюдается на индивидуальных зернах. Это поведение может, например, объяснить нежелательное течение утечки ferroelectric конденсаторов изготовленных с этим типом фильма.

Данные по ТУНЫ полученные на 500nm толщином BaTiO₃наслаивают, показаны в диаграмме 13. Сильнотоковое наблюдается на некотором границ между зернами, так же, как вдоль некоторых более длинних линий. Одно из этих отказ-как линии показано в настоящем изображении. Присутсвие этих линий высок-утечки настоящих может быть объяснено явлениями усилия в imaged фильме. Это влияние только наблюдается в данных по течения ТУНЫ.

Диаграмма 13. Изображения (выйденной) Топографии и прокладывать тоннель настоящие (правые) тонкого фильма₃BaTiO ferroelectric. развертка 2ìm, маштаб PA 2 настоящий. Попробуйте учтивость H. Ruda, Университет Торонто, Канады.

В дополнение к ранее описанным неорганическим материалам, ТУНА также доказала быть очень полезна для органических материалов как проводные полимеры. Данные показанные в диаграмме 14 были получены используя зонды низкой весны постоянн на толщином слое vinylene полифенилена 100nm (PPV) na górze толщиного слоя поли-анилина 200nm (PANI). PPV светоиспускающий полимер, который закрутк-бросание na górze проводного амортизирующего слоя (PANI) для того чтобы облегчить переход переносов ионов. Этот определенный образец имел слой PPV частично, котор слезли для того чтобы включить измерения слоя PANI underneath. Часть PPV образца немножко более высока и видима на левой стороне в изображении топографии. Соответствуя настоящее изображение ясно показывает равномерно более низкую проводимость PPV сравненного к негомогенному амортизирующему слою PANI.

Диаграмма 14. (Выйденная) Топография и изображения ТУНЫ настоящие (правые) 100nm PPV наслаивают на проводной слой PANI. Напряжение смещения образца было -6V. развертка 50ìm. Попробуйте учтивость C. Zhang, Uniax, Goleta, Калифорнию.

Второй проводной пример полимера, с более высоким пространственным разрешением, показан в диаграмме 15. Метод CAFM был использован для того чтобы отобразить пространственное изменение проводимости в тонком поли-analine фильме депозированном на субстрате Окиси Олова Индия. Относительно высокая проводимость этого образца требовала пользы модуля CAFM, вместо модуля ТУНЫ. Наблюдаемые течения поменяли между PA 0 и 200. Изображение CAFM показывает высокую проводимость обширных районов покрытых с PANI, и немножко более низкую проводимость для более малых, изолированных пятен покрытых с PANI. Субстрат появляется как бедно проводная зона. Используемый зонд низкой весны постоянн позволяет просмотреть на очень низких усилиях контакта, следовательно уменьшающ деформацию или износ этих относительно мягких образцов.

Диаграмма 15. Топография (верхняя часть) и изображения CAFM настоящие (нижние) поли-analine фильма на индии залуживают субстрат окиси. развертка 2ìm x 1ìm, маштаб PA 200 настоящий. Попробуйте учтивость S. Rane, Чикагский Университет, Иллиноис.

Продолжая миниатюризация полупроводниковых устройств создала серьезную возможность для традиционных методов анализа материалов, как вторичный профилировать спектрометрирования иона (SIMS) массовый, распространять сопротивления (SRP), и измерения напряжения тока емкости (C-V). Пока точность, надежность, и улучшенные возможности этих аппаратур обеспечивают основу для настоящих данных по характеризации материалов, их одноразмерное ограничение, невозможность измерить характеристики sub-0.1-mm, и лимитированный репертуар характеризации увеличивали значение методов зонда скеннирования. SCM было одним из первых методов SPM для того чтобы найти свой путь в предварительный мир анализа полупроводника. Аппаратуры SCM могут показать профили концентрации несущей в 2 размерах в фактических полупроводниковых устройствах, так же, как отношение этих профилей к критическим структурам прибора. Эта возможность делает модуль SCM полезным в развитии, изготавливании, испытании, и анализе отказа полупроводниковых устройств.

В SCM, металлизированный зонд формирует конденсатор (MIS) металл-изолятор-полупроводника с образцом полупроводника. Прикладное AC косое между подсказкой AFM контакта скеннирования и образцом производит изменения емкости, которые проконтролированы используя датчик емкости гигагерца резонирующий. Была показаны, что будет Эта система чувствительна к изменениям более малым чем attofarads (<10^–18F). Изменение емкости (dC/dV) измерение местных плотности и типа концентрации несущей (n-тип или p-тип), и может поэтому быть использовано для профилировать несущей высок-разрешения плоский.

Одно из самых важных применений SCM плоский профилировать несущей структур полупроводникового устройства. И кремний и сложные полупроводники представил интерес большой интерес. Плоский профилировать dopant самый важный на Международной Дорожной карте Технологии для Полупроводников, и ожидано, что будет позволяя технологией для изготовлять прибора следующего поколени. SCM обеспечивает пространственное разрешение (о 10-20nm), и динамический диапазон (10-10¹⁵²⁰ atoms/cm³) ответить этим потребностям.

На Диаграмму 16 показано топографию (вышл) и изображения SCM dC/dV (правые) полученные одновременно на crosssectioned транзисторе от обработчика Пентиума II. Топография показывает

зона строба с 2 прокладками (яркими областями), но не показывает никакие детали профилей несущей. Изображение SCM dC/dV показывает по-разному данные допинг зоны транзистора: источник, сток (и implants высоких и низк-дозы видимы) и строб. Изображение SCM можно использовать для того чтобы извлечь ценную информацию как эффективные длина бруса шлагбаума, глубина соединения, или детали на боковом и вертикальном выдвижении данных допинг зон. За исключением SSRM, эта критическая информация доступные сквозные любой другой метод.

Диаграмма 16. (Выйденная) Топография и SCM dC/dV (правое) crosssectioned транзистора обработчика Пентиума II. развертка 1.25ìm.

В дополнение к воображению, SCM можно также использовать для того чтобы измерить dC/dV против кривых V в выбранных положениях на образце. В диаграмме 17, смещение образца DC ramped между 2 userselected значениями, и проконтролирован и прокладывать курс выход датчика SCM (dC/dV). Верхняя кривый была измерена на n-типе образце, пока нижняя кривый была измерена на p-типе образце. Как предположено, разные виды приводят к в различном знаке сигнала dC/dV, и различные уровни dopant приводят к в различной интенсивности сигнала dC/dV.

Диаграмма 17. dC/dV против кривых V измерило с SCM на 2 различных положениях образца: n-тип, 2x10¹⁷atoms/cm³ (верхняя кривый) и p-тип, 3x10¹⁹atoms/cm³(нижняя кривый).

На Диаграмму 18 проиллюстрировано топографию (вышл), амплитуду (среднюю), и емкость (правую) верхнего металла и вытравленный диэлектриком слой клетки ДРАХМЫ Кремния.

Диаграмма 18. (Выйденные) Высота или топография, амплитуда Емкости (SCM) dC/dV (средняя), и участок Емкости (SCM) dC/dV изображения (правые) обычной клетки ДРАХМЫ Кремния. Верхние металл и слои диэлектрика были вытравлены для того чтобы подвергнуть действию Кремний. Изображение участка SCM dC/dV дифференцирует ptype (яркий цвет) и n-тип (темный цвет) данные допинг области. транзисторы npn и pnp в клетке ДРАХМЫ после этого ясно визуализированы, позволяющ извлечению критических параметров, например, эффективной длине бруса шлагбаума, и визуализирующ дефекты. Изображение амплитуды SCM dC/dV показывает относительную величину концентрации dopant: яркий цвет значит более большую емкость расхода, и поэтому, более низко данные допинг области (например, хорошие зоны implant).

На Диаграмму 19 проиллюстрировано емкость (вышл) и топографию (правую) ион-имплантированной структуры Кремния состоя из n-типа implant в p-тип субстрат.

Диаграмма 19. Участок Емкости (SCM) dC/dV (левый) и изображения высоты/топографии (правые) ион-имплантированной структуры Кремния состоя из n-типа implant (темных областей) в p-тип субстрат. Дополнительным (более отмелым) p-типом implant можно наблюдать. Структура былараспределена стандартными полируя методами.

SCM также очень ценный инструмент для анализа отказа на полупроводниковых устройствах. Метод SCM позволяет визуализированию присутствовал ли определенное вживление, ли правильный тип (n или p), предпологаемые размеры (и глубоко и боково), и другие характеристики. Типичный пример анализа отказа показан в диаграмме 20. Крест-секционная поверхность была сделана через несколько приборов, включая одно известные, что имела плохие характеристики электрического прибора. Изображение SCM хорошего прибора показано в верхнем изображении; изображение SCM соответствуя зоны плохого прибора показано в нижнем изображении. Нижнее изображение показывает что 2 имплантировали зоны (т.е. яркие области: n-тип implant и n-тип implant колодца) касатьются, тогда как они должны быть отделены от одина другого. Это «короткое замыкание» привело к в очень высоком течении утечки этого определенного прибора.

Диаграмма 20. Изображение SCM хорошего (верхняя часть) и неудачного (нижнего) прибора кремния. Нижние дисплеи изображения короткое замыкание между 2 данными допинг зонами. развертка 8ìm x 2ìm.

Ferroelectric тонкие фильмы очень привлекательны для их возможных применений в слаболетучих памятях и microelectromechanical приборах (MEMS). Уменшение в размере (вниз к 10 нанометров) этих приборов требует соотвествующего описания материальных свойств и процессов в ferroelectric фильмах. Например, оно основной для того чтобы расследовать показывают ли ferroelectric структуры с размерами нанометра все еще ferroelectric и пьезоэлектрические свойства, и изучить как эти свойства повлияны на общим размером. SCM возможный метод для этих изучений. Например, SCM обеспечивает метод для измерять знак наклона C-V для ferroelectric образца и, следовательно, домена или положения поляризации в тонком фильме. SCM было использовано к изображению и манипулирует дискретную структуру промежуточного состояния в тонком фильме_1.0Pb (_0.04Ti_0.28)_0.68O Zr₃ N.B. (PNZT) ferroelectric. На зоне 25x25ìm, подсказка была просмотрена с напряжением смещения образца DC -12V и затем более малые области были написаны с напряжениями смещения образца DC противоположной полярности. Малое напряжение смещения AC было использовано к изображению поляризовыванные зоны, т.е., изучить величину и знак наклона кривого C-V на zero смещении DC. На Диаграмму 21 показано изображение SCM на праве и соответствуя изображение топографии AFM на левой стороне. Темнота и светлые зоны контраста показывают противоположно поляризовыванные зоны, где сигнал dC/dV высокопрочного но напротив знака.

Диаграмма 21. Изображение Топографических (выйдено) и SCM dC/dV (правое) фильма PNZT ferroelectric. Темные и яркие области соответствуют к противоположно поляризовыванным зонам. Различные зоны поляризации были написаны используя SCM на различных размерах развертки и напряжения смещения образца до этого SCM просматривают. развертка 25ìm. Учтивость Ch Образца. Ganpul и M. Ramesh, Университет Мерилендаа.

В добавлении, SCM может также измерить кривые поляризации (или C-V) малых ferroelectric конденсаторов, или даже одиночных ferroelectric зерен. Это невозможно с обычными зондируя методами. На Диаграмму 22 проиллюстрировано топографию (вышл) и емкость (правую) FerroElectric тонкого фильма na górze электрода платины. Тогда Как на диаграмму 23 показано приблизительно такие же зоны как внутри над изображениями, но теперь с DC 5V прикладной между подсказкой и образцом. Напряжение тока DC изменяет поляризацию такие что все зерна имеют такое же положение поляризации. И наконец, диаграмма 24 гистерезис выставок типичный ferroelectric домена на одиночном зерне с локализованной спектроскопией емкости против прикладного смещения DC (V).

Диаграмма 22. Высота/(выйденная) топография и изображения участка емкости (SCM) dC/dV (правые) FerroElectric тонкого фильма na górze электрода платины. Изображение Высоты показывает зернистую структуру тонкого фильма с зернами определенными размер 20-100nm. Изображение участка SCM dC/dV показывает положения поляризации индивидуальные зерна'; оно получен путем придавать малое напряжение тока AC амплитуды между подсказкой и образцом который модулирует емкость на такой же частоте (напряжение тока DC сдержано на 0V для того чтобы не изменить положение поляризации присутсвием подсказки AFM). Ferroelectric положение поляризации определено измерением обязанности выполненным в SCM. Разрешение метода SCM позволяет одному наблюдать изменениями внутри одиночные зерна.

Диаграмма 23. Приблизительно такие же зоны как внутри над изображениями, но теперь с DC 5V прикладной между подсказкой и образцом. Напряжение тока DC изменяет поляризацию такие что все зерна имеют такое же положение поляризации.

Диаграмма 24. Локализованная спектроскопия емкости (исключительная к SCM) dC/dV против прикладного смещения DC (V) на одиночном зерне показывает гистерезис типичный ferroelectric домена. Данные могут быть интегрированы раз получить Емкость против кривого смещения DC, и дважды получить относительную Поляризацию против кривого смещения DC.

Пока зонд просмотрен через профиль полупроводникового устройства, электрическое сопротивление измерено между проводной подсказкой и большим настоящим собирая задним контактом. Когда прикладное усилие превышает некоторое усилие порога, измеренное сопротивление преобладано распространяя сопротивлением. На структурах Si, необходимы, что прорезывают родную окись и устанавливают высокие усилия (типично, немного ìN) стабилизированный электрический контакт. В Виду Того Что стандартные зонды AFM деформируют на этих высоких усилиях, данном допинг диаманте или диамант-покрынные зонды кремния использованы. Весьма твердость, высокий Young модуль, и электрическая проводимость полученная через давать допинг делают диамант в частности соответствующим для пользы по мере того как материал для покрытий подсказки SSRM.

В диаграмме 25, анализ был выполнен на структуре транзистора Si DMOS. Структура транзистора былараспределена для того чтобы подвергнуть действию по-разному данные допинг зоны, и после этого была отполирована используя стандартные полируя методы. Топографическое (выйденное) изображение показывает довольно ясно Al-Контакт (черную зону), основную окись (коричневый цвет) и polysilicon и основную окись строба. Изображение сопротивления SSRM (правое) показывает электрически активные зоны. Различные цветы отражают различные уровни резистивности: темнота показывает сильно проводные зоны, и ярко показывает низкую проводимость. Ясно observable сильно данный допинг n⁺- субстрат (чернота); более низкий данный допинг n-эпислой (темный коричневый цвет); p⁺- тело (которое появляется как сильно сопротивляюще), n⁺- implant (чернота), металл и зоны окиси, так же, как сильно проводной материал polysilicon. Положения Соединения соответствуют к острому переходу между различными уровнями цвета.

Диаграмма 25. Развертки (выйденной) Топографии и сопротивления (правые) крест-распределенного транзистора Si DMOS. учтивость IMEC развертки 12ìm, Бельгия.

На Диаграмму 26 проиллюстрировано изображение SSRM крест-распределенного конденсатора отличая металлом думает зона фильма с диэлектриком между ими. Изображения SSRM часто комплементарны к изображениям SCM, по мере того как изображения SCM не дают никакой сигнал на dielectrics и металлах, тогда как SSRM показывает большой контраст между 2.

Диаграмма 26. Изображения высоты и сопротивления SSRM crosssectioned конденсатора. Конденсатор имеет зону тонкого фильма металла с диэлектриком между ими. Если были пути утечки между различными электрическими контактами, то изображение сопротивления показало бы их (никакие найденные в этом изображении).

В втором примере (диаграмме 27), воображение SSRM было выполнено на MOSFET кремния с длиной бруса шлагбаума 0.25ìm. (Выйденное) изображение показывает по-разному данные допинг зоны - источник, сток, и строб - как сильно проводные области (темные), диэлектрик и субстрат как зоны низк-проводимости, так же, как промежуточно проводная область. Источник и соединения стока наблюдаются как тонко, яркие линии низкой проводимости. Раздел сделанный через зону источника транзистора также показан в диаграмме 27 (правой). Выставки раздела от левого к праву: диэлектрические верхний слой, implant источника (p-тип), пик соединения, колоец (n-тип), и субстрат. Глубина соединения можно легко извлечь от этого раздела как расстояние между пиком соединения и диэлектрическим верхним слоем, и найдены, что будет 184nm.

Диаграмма 27. Развертка сопротивления SSRM крест-распределенного транзистора MOSFET кремния 0.25ìm. учтивость IMEC развертки 2ìm, Бельгия.

В дополнение к кремнию, сложные полупроводники также большого интереса. СИД, фотодетекторы, и лазеры диода только несколько из много приборов изготовленных от полупроводников III-V и II-VI. Знание плоского распределения проводимости (электрическ-активных атомов dopant в частности) важно для отростчатого развития и контроля. Для сложных полупроводников, подготовка образца минимальна; простой колоть обеспечивает самую лучшую поверхность на сложных образцах, и позволяет воображению критических свойств прибора после только минут подготовки образца. Металл и металл-покрынные подсказки кремния доказывают быть достаточно тверды для стабилизированных и возпроизводимых измерений SSRM. Для хороший отношение сигнал-шум, необходимо относительно высокое напряжение смещения (несколько вольтов) в комбинации с средств давлением зонда (sub ìN). Пример профилировать плотности несущей высок-разрешения доступный с SSRM можно увидеть в крест-распределенной InP-основанной гетероструктуре показанной в диаграмме 28.

Диаграмма 28. (Выйденная) Топография и сопротивление SSRM развертка (правая) InP-основанной гетероструктуры. развертки 7ìm. Попробуйте учтивость M. Geva, Lucent Technologies, Breinigsville, PA.

Изображение сопротивления показывает различные зоны гетероструктуры: чередуя Zn-Данный допинг p-тип и S-Данный допинг n-тип слои с различными значениями толщины. Изображение показывает плоскую природу слоев к зоне мезы. Этот пример демонстрирует силу SSRM аналитически в плоском воображении распределений несущей в структурах сложного полупроводника, и в частности, для анализа гетероструктур InP, область которая приобретает высокий интерес.

SSRM можно также использовать для изучать электрические свойства материалов nonsemiconductor. Это включает применения для металлов, semimetals, проводных полимеров, и других промежуточно проводных материалов. Для оптимального представления, различные материалы часто требуют различных точек отсчета материала и усилия зонда. В примере в диаграмме 29, фильм Cu imaged. Зернистая структура фильма ясно наблюдается в топографических данных. На данные по сопротивления SSRM показано что резистивность зерен более высока к краям, по сравнению с центром зерен. Заметьте что средний размер зерна 30nm, и пространственное разрешение на заказе 5nm.

Диаграмма 29. (Выйденная) Топография и сопротивление SSRM развертка (правая) зернистое металлопленочного. развертки 500nm.