Elektrisk Karakterisering med ScanningSondMikroskop

Applikationer inkluderar, men begränsas inte till, felanalys av halvledaren, och datalagringsapparater, tvådimensionellt profilera för bärare av halvledareapparater, och conductivitystudier av dielectricen, metalliskt, polymern, organics och halvledaren filmar. Denna applikation noterar diskuterar teknikerna, och några av dessa många applikationer i mer stor specificerar.

CAFM är en kraftig ström som mäter tekniken för att kartlägga variationer i elektrisk conductivity av material (figurera 3). CAFM kan appliceras till material med medelconductivity (1pA till 1ìA). CAFM-applikationenheten kan fungeras i endera att avbilda eller spektroskopifunktionsläge. I det avbilda funktionsläget avbildar av den elektriska strömmen erhålls, kan stunder i spektroskopifunktionsläget ett mot efterkrav ström-spänning (I-V) eller ström-styrka (I-Z) spectra.

Figurera 3. CAFM avbildar kartlägger conductivityen av HfO₂som deponerat (som lämnar) och posta-härdar på 700°C (en mitt) och 800°C (rätt). Dessa kartlägger låter att visualisera och att kvantifiera storleksanpassa och fördelningen av svaga fläckar i dielectricen. Mörkare färga högre ström för hjälpmedel till och med spetsen och att indikera högre conductivity och thus de svagare fläckarna i dielectricen. Svaga fläckar dyker upp och snabbt föröka sig på att härda, mer på det högre härdar temperatur. 500nm avläser artighetJasmin Petry, IMEC, Belgien.

I det avbilda funktionsläget avläs en elektriskt ledande sond över ta prov ytbehandlar i kontaktfunktionsläge, som en återkoppling kretsar uppehällen avböjningen av cantileveren som konstant stundlokalhöjd av ta prov mätas. Under scanning kan användaren applicera en DC-snedhet mellan spetsen och ta prov. Låg-stoja en linjär strömförstärkare avkänner den resulterande strömbortgången till och med ta prov, som topografin avbildar erhålls samtidigt (se för att figurera 2). Den observerade strömmen kan användas som en mäta för lokalconductivityen eller den elektriska fullständigheten av ta prov under studie.

Förutom det avbilda funktionsläget mäter CAFM också för spänning (I-V) eller ström-styrka för lokalström spectra (I-Z) genom att använda spektroskopifunktionsläget. För att erhålla spectra I-V, stoppas den avbilda bildläsningen, och spetsen rymms i en fixad lägestund som ta provsnedheten är ramped övre eller besegrar. Den resulterande strömmen till och med ta prov konspireras kontra den applicerade snedheten (figurera 3a). Användare-Valbara parametrar inkluderar start och avslutar spänning av rampen, rampriktning, klassar försenar rampen och tider mellan individramper. Programvaran kan endera anteckna en singelspectrum eller genomsnitt över multipelspectra. För några mätningar är det önskvärt att begränsa strömbortgången till och med ta prov. I detta fall ger programvaran användaren med ”startar” alternativ, som stoppar spänningsrampen, så snart som användaren som den utvalda strömmen värderar, nes. För att erhålla I--Zspectra, är ta provsnedheten den hållna konstanten, fördriver bildläsaren är rörd i Z-Riktningen som är liknande till mätningen av styrka-förskjutning, buktar. Den resulterande strömmen till och med ta prov konspireras kontra Z-Placera av bildläsaren. Igen låter flera parametrar användaren utföra och kontrollera ramping experiment för närmare detalj I-Z.

Figurera 3a. CAFM-Spektroskopi: Täppor för Spänning för Ström (DROPP) med AFM-spetsen som placeras på svaga fläckar av tunt, filmar kontra (HfO₂). Avslöj bakgrundsläckageströmmen som tappas med att härda och i genomsnitt uppgå till strömmen på en given spänning ökande, når du har härdat, med förhöjning som härdar temperatur, (Genomsnitt från olika lägen).

En I--Zspectrum visas in figurerar 4. Här var CAFM-enheten den van vid studien som strömmen på en ledande polymer tar prov som en fungera av den applicerade styrkan eller cantileveravböjning. Den elektriska strömmen som avkänns av CAFM-enheten, är den övervakade stunden som utför en standard ramping för styrkaförskjutning, cyklar. Strömspectrumen visar specificerar av ändringen i conductivity för pekakontakten, som sonden gör kontakten med ta prov, och styrkan ökas.

Figurera 4. Styrka-Förskjutning (överträffa) och I--Zspectrum (botten) som samtidigt mätas med CAFM-enheten.

CAFM kan appliceras i många forskning och fabriks- områden för analysen av en lång räcka av material. Den kan också vara van vid lokaliserar och avbildar elektriskt hoppar av i halvledare- och datalagringsapparater. I tillägg kan CAFM appliceras för att karakterisera ledande polymrer och andra material med ojämn conductivity, liksom semimetals, halvledarematerial, ledande organiska material, nanotubes och andra.

TONFISK mäter ultra-låga strömmar på låg-conductivity tar prov. Som med CAFM, appliceras en DC-snedhet mellan ta prov och den ledande spetsen, som spetsen avläser ta prov i kontaktfunktionsläge. En linjär strömförstärkare med en spänna av 60 fA till pA 120 avkänner den resulterande strömbortgången till och med ta prov. På så sätt prövkopians mätas topografi och strömmen samtidigt och att möjliggöra riktar korrelation av ett ta provläge med dess elektriska rekvisita. Stoja som är jämn av TONFISKenheten (typ. 50 fA) låter en utföra extremt känsliga strömmätningar. I tillägg låter TONFISKenheten också lokalmätning av ström-spänning spectra på ta prov.

TONFISKtekniken är speciellt användbar för utvärdering av den tunna dielectricen filmar liksom utfärda utegångsförbud för oxider (ofta SiO₂) i transistorer. I TONFISK filmar strömmen som gräver från spetsen till och med dielectricen, beror starkt filmar på tjocklek, läckagebanor (som eventuellt by orsakas hoppar av), och laddningsfällor. Alla dessa kan markant påverka rekvisitan, och fullständigheten av helheten filmar, kompromissa således en hel apparats kapacitet.

TONFISK kan appliceras i många forskning eller fabriks- områden och på en lång räcka av material. Det kan vara den van vid studien tjocklekslikformigheten, eller att ha kontakt roughness av den tunna dielectricen filmar, liksom utfärda utegångsförbud för oxider. Det kan också appliceras för att lokalisera, och att avbilda elektriskt hoppar av i halvledare- eller datalagringsapparater. I tillägg kan TONFISK användas för studien av ledande polymrer eller organics och andra låg-ledande material (liksom semimetals, halvledarematerial, Etc.). Några typiska exempel ges i följaen delar upp.

En av det mest fordra kliver i det fabriks- av halvledareapparater är utfärda utegångsförbud fördielectricen. De tunna dielectricsna filmar (ofta SiO₂eller kick-Kdielectrics) används som utfärda utegångsförbud för oxider sätter in in verkställer transistorer och som gräva oxider, och dielectrics för minneskondensatorer gillar dynamiskt slumpmässigt tar fram minne (DRAM) och elektriskt apparater för raderbart och programmerbart läst endast minne (EEPROM). Structurally och elektriskt är den homogena oxiden av primär betydelse för att uppfylla med kraven för pålitlighet och långsiktig stabilitet av utfärda utegångsförbud för och grävaoxider. Annorlunda degradering och sammanbrott som är bly- till tidig sortapparatfel. Även variation av oxidtjocklek i angstromen spänner kan ha ett stort att få effekt på det elektriska uppförandet av transistorn och minnesapparaterna. Med minskande oxidtjocklek blir detta problem mycket strängare. Ytbehandla och ha kontakt roughnessresultatet i ökande oxid sätter in och förhöjer den läckageströmmar och Fowlerensom gräver, leder för att fasta degradering och begränsar graderingen av oxider för belägga med metall-oxid-halvledare (MOS) apparater.

Microscopy-är teknik-macroscopic strömspänning för den Konventionella mätningen (I-V) och denspänning (C-V) spektroskopin, utsläpp (EM)microscopy och överförings (TEM)elektronen otillräckliga för att lokalisera och att mäta den glesnande graden av oxiden. Dessa metoder endera saknar den krävda upplösningen eller mäter endast strukturell (inte elektrisk) information. TONFISK å andra sidan, ger den rumsliga upplösningen, och känsligheten som krävs att kartlägga effektiva tjockleksvariationer av den tunna dielectricen, filmar. En bias spänning som between appliceras, tar prov och sonderar, ger löneförhöjning till en grävaström (hence känt Gräva AFM) som beror starkt på den elektriska rekvisitan för lokalen, dvs., den effektiva elektriska tjockleken av oxiden. Den ledande sonden, oxiden filmar under utredning, och halvledaresubstraten bildar en lokalMOS strukturerar. Allmänt filmar förhöjningarna för strömmen (ofta Fowler-Nordheim) exponentially med en linjär ändring in tjocklek, ge således en mycket känslig teknik för att övervaka tjockleksvariationer.

Figurera 5 shows som en serie av TONFISKströmmen avbildar taget på olika bias spänningar på det kalt ytbehandlar av oxiden filmar. En kan klart observera förhöjningen i ström på ökande den bias spänningen. Strömdatan som tas på den högsta spänningen (9V) visar lokaliserade kick-ström fläckar i det avlästa området som indikerar det elektriska sammanbrottet av oxiden, filmar i dessa lägen.

Figurera 5. TONFISKströmmätningar som tas på en 5nm som, tjocka SiO₂utfärda utegångsförbud för oxiden på ökande, tar prov bias spänningar från från vänster till höger: (överträffa), 6V, 7V, (nedersta) 8V och 9V. 0.5ìm bildläsningar.

Specialiserade tillstånd för programvara mätningen av I-V spectra i ett singelläge på ta prov ytbehandlar också. Figurera 6 shows som en typisk spectrum I-V mätte på 5nmen utfärda utegångsförbud för tjockt oxiden, erhållande, vid ramping av den bias spänningen från 0V till 2V. Spectrumen visar det exponential- beroendet av strömmen på den applicerade bias spänningen. TONFISK kan också användas för att övervaka svaga fläckar, och inhomogeneities av den tunna dielectricen filmar eller oxider. Strukturellt hoppar av på ytbehandla, såväl som strukturella och elektriska inhomogeneities inom oxiden (e.g., SiO)₂och på ha kontakt till substraten (e.g., Si), kan utforskas.

Figurera 6. Spectrum som I-V tas på en 5nm utfärda utegångsförbud för tjockt, oxiden. Spectrumen var den antecknade stunden som från början ramping spänningen för snedhet (0V) till den framåt avslutaspänningen (2V), och därefter tillbaka.

Figurera 7 shows topografin, och samtidigt erhållande gräva strömmen avbilda (på konstanten ta prov snedhet), på övergången från en sätta inoxid till en 40nm utfärda utegångsförbud för tjockt oxiden. Topografin avbildar shows (från från vänster till höger) utfärda utegångsförbud föroxiden, ha kontaktregionen och sätta inoxiden. På kanta mellan de två regionerna mätas en ökande Fowlersom gräver strömmen. Detta indikerar strukturellt glesnande för lokal av utfärda utegångsförbud föroxiden under fabriceringen av sätta inoxiden, som servar som ett isolera område mellan närgränsande aktivregioner.

Figurera 7. (Lämnad) Topografi och samtidig-erhållande gräva strömmen avbildar (rätten) på övergången från en sätta inoxid till en 40nm utfärda utegångsförbud för tjockt oxiden. På övergången ökas grävaströmmen, som indikerar glesnande av silikonoxiden. 1ìm bildläsningar, 0,5 pA-strömfjäll. Avbilda artighet A. Olbrich, Infineon, Munich, Tyskland.

I figurera 8, topografi, och att gräva strömmen avbildar av en 8.5nm som den tjocka tunneloxiden för en EEPROM-apparat visas. Tunneloxiden (SiO₂) är bifogad vid ett mer tjock sätter in oxiden till lämnat och rätten. Datan erhölls på en ta provsnedhet av 10V. Att någon mätbar ström på given ta prov snedhet, Eftersom sätta inoxiden är för tjock att visa visar tunneloxiden inhomogeneities i strömtäthet, som indikerar variationer i den effektiva oxidtjockleken.

Figurera 8. (Lämnad) Topografi och att gräva (den högra) strömmen avbildar av tjockt en oxid för tunnel 8.5nm (SiO₂) som mätas på en ta provsnedhet av 10V. 2ìm bildläsningar, strömfjäll för 200 fA. Avbilda artighet A. Olbrich, Infineon, Munich, Tyskland.

Som ett alternativ till traditionella apparater för det beständiga minnet tar fram magnetiskt slumpmässigt minnen (MRAMs) utforskas och framkallas. MRAMs fungerar baserat på gräva som magneto-är som gör motstånd, (TMR) verkställer, och deras nödvändiga del är enbelägga med metall (MIM) tunnelföreningspunkt. Den Lyckade funktionen av dessa strukturerar kräver chemically homogena (fritt av impurities) isolera barriären såväl som minsta växlingar av barriärtjockleken. Därför är det viktigt rumsligt att lösa tunnelbarriären och att förbinda den till den macroscopic tunnelmagnetoresistancen. För överföringselektron för Stunder ger ytbehandla-har kontakt (TEM) konventionella studier för spektroskopi för microscopy och röntgenstrålephotoelectron(XPS) global information på den atom- organisationen, strukturerar, och kemisk sammansättning, ger dessa tekniker ofullständig information på tunnelbarriären som är kvalitets- på det atom- fjäll, därför att de i genomsnitt uppgå till över djup och ytbehandlar. Hitintills är TONFISK den enda metoden som låter karakteriseringen av lokalen som, den elektriska rekvisitan av dessa filmar med mycket kicklateralupplösning. Figurera 9 shows topografin, och grävaströmmen avbildar av ett tjockt Nolla-lagrar₂för Al₃1.2nm, som lånar sig som en mycket bra isolator för MRAMs tack vare dess stora musikbandmellanrum (eV omkring 8).

Figurera 9. (Lämnad) Topografi och att gräva strömmen (rätt) avbildar taget på en 1.2nm den aluminum oxiden (AlNolla₂)₃filmar thin som på en bias spänning för ta prov av bildläsningar för 0.14V 500nm, 5, pA-strömmen spänner. Dataartighet A. Olbrich, Infineon, Munich, Tyskland.

Lokalvariationer i effektiv elektrisk tjocklek resulterar i högstämda strömmar - upp till beställer flera av storlek. Det är märkbart att oftast, områden med den ökande grävaströmmen verkar för att motsvara med topographically höjde särdrag.

En viktig applikation av TONFISK är localizationen, och ID av elektriskt hoppar av i tunn dielectric filmar. I figurera 10, en tunna SiO₂filmar bäddades in med ett kontrollerat belopp av quantum pricker, som kan beskådas som litet elektriskt hoppar av. Det litet pricker kunde inte observeras, när det använder standard SPM-topografi, utan, visar klart upp i TONFISKströmdatan. På ökande pricker den bias spänningen från 1V till 5V, mer syns i TONFISKströmmen avbildar. Detta kan förbindas till storleksanpassa av hoppar av, och djupet av hoppar av under det bästa ytbehandlar. Detta exempel illustrerar möjligheten av att använda TONFISKtekniken för att avbilda, och att lokalisera under ytan elektriskt hoppar av, såväl som att mäta hoppa av storleksanpassa och täthet.

Figurera 10. Ordna av TONFISK avbildar erhållande på en SiO₂filmar med inbäddat hoppar av. Den bias spänningen för ta prov var från från vänster till höger: (överträffa), 1V, 2V, (nedersta) 3V och 5V. 1ìm bildläsning, 1 pA-strömfjäll. Tar Prov artighet S. Madhukar, Motorola, Austin, Texas.

En olik applikation för TONFISK kan finnas i karakteriseringen av den tunna dielectricen filmar använt i denlagring branschen. Ett fortlöpande försök siktas på att förbättra kapaciteten och pålitligheten av magneto-som gör motstånd (MR) läsa/skrivahuvud och diskettmassmedia. För skydd mot korrosion och ha på sig, disketterna, och huvud täckas gemensamt med en tunn icke-ledande DLC filmar. TONFISK kan vara van vid bestämmer det kvalitets- av dessa filmar. När den applicerar en snedhet till disketten eller huvudet, är hoppar av grävaströmmen en utmärkt indikator av läckagebanor, lilla inhomogeneities eller (elektriska föroreningar, kortsluter, glesnande DLC, Etc.), i täcka för DLC.

Figurera 11 shows som grävaströmmen avbildar av två Herr-huvud med enhetligt täcka. Topografin avbildar shows specificerar lite av HERR huvudet, eftersom looksna för TONFISKströmdata till och med DLCEN filmar och shows de olika (metalliska) regionerna av HERR head avslöjande defekt täcka. Grävaströmmen avbildar visar klart svaga fläckar i täcka av det defekta HERR huvudet. Applikationen av TONFISK på massmedia för magnetisk diskett som täckas med en tunn DLC, filmar, illustreras in figurerar 12. De topographic och TONFISKströmdatan visas för två tar prov, med en olik DLC-täcka tjocklek. Lämnade avbildar skärmar som datan erhållande på en diskett med en tunn DLC filmar. TONFISKströmdatan varierar mellan omkring 0 och 20 pA och visar en stark rumslig variation som korrelerar med den polerande skrapagåvan på disketterna. Rätten avbildar skärmar som datan erhöll på en diskett med litet mer tjock täcka för DLC.

Figurera 11. Gräva strömmen (filmar lämnade) som bildläsningar mätas på ettsom gör motstånd läsa/skrivahuvud som täckas med ett tunt diamant-något liknande (DLC) kol. Gräva strömmen avbilda (rätten) av ett liknande huvud med defekt täcka för DLC. 20ìm bildläsningar. Tar Prov artighet T. Ahmed, Seagate, Minneapolis, Minnesota.

Figurera 12. Gräva strömmen filmar bildläsningar som mätas på två massmedia för magnetisk diskett som täckas med en tunn (som lämnar) och litet mer tjock (rätten.) DLC. 0.5ìm bildläsningar, strömfjäll för pA 20. Ta Prov artighet J. Leigh, Seagate, Fremont, Kalifornien.

Den genomsnittliga grävaströmmen är mycket lägre och att motsvara till ändringen filmar in tjocklek. Också uttalas korrelationen till ytbehandlamorfologin mycket mindre. Detta exempel illustrerar, hur TONFISKtekniken kan lyckat hjälpa i optimering av tjockleken, sammansättning, och att bearbeta villkorar av DLCEN filmar.

En Annan viktig grupp av material för applikationer i både MEMS och microelectronics är piezoelectric och ferroelectric material. Av detaljen intressera är BST (Ba_XSr_1-XTiO₃), som servar som enepsilon dielectric i flyktigt ämneminnesapparater (SUP) och PZT (PbZr_XTi_1-XNolla₃), som kan användas i ferroelectric minnesapparater. Dessa oxider är polycrystalline, och så långt strukturerar korrelationen mellan mikroskopiskt, och deras förstådda elektriska rekvisita är inte väl. Igen kan TONFISK vara en användbar teknik som analyserar lokalrekvisita av dessa, filmar. Förhöjt strömflöde är märkbart längs korngränserna, eftersom mindre ström observeras på individkorn. Detta uppförande kan, till exempel, förklara den undesired läckageströmmen av de ferroelectric kondensatorerna som fabriceras med denna typ av, filmar.

TONFISKdatan erhållande på ett tjockt BaTiO lagrar₃för 500nm, visas in figurerar 13. En högre ström observeras på några av korngränserna, såväl som längs någon längre fodrar. En av som dessa fodrar spricka-något liknande visas i strömmen avbildar. Närvaroen av dessa denläckage strömmen fodrar kan förklaras av spänningsfenomen i avbildad filmar. Detta verkställer observeras endast i TONFISKströmdatan.

Figurera 13. (Lämnad) Topografi och att gräva strömmen (rätt) avbildar av en ferroelectric tunna₃BaTiO filmar. 2ìm bildläsning, strömfjäll för pA 2. Ta Prov artighet H. Ruda, Universitetar av Toronto, Kanada.

Förutom de föregående beskrev oorganiska materialen har TONFISK också bevisat att vara mycket användbar för polymrer för något liknande för organiska material ledande. Datan som in visas, figurerar 14 erhölls genom att använda low fjädrar konstant sonder på ett tjockt vinylenelagrar för polyphenylene 100nm (PPV) överst av ett tjockt poly-aniline 200nm (PANI) lagrar. PPVEN är ensändande ut polymer, som är snurrande-casten av ett ledande fungera som buffert överst lagrar (PANI) för att göra transporten av laddningsbärare lättare. Denna detalj tar prov hade PPV-lagrar delvist att skalas av för att möjliggöra mätningar av PANI-lagrar under. PPV-delen av ta prov är litet högre, och synligt på som lämnas i topografin, avbilda. Den motsvarande strömmen avbildar visar klart att en conductivity av PPVEN som jämförs till den inhomogeneous PANIEN fungera som buffert jämnt lower lagrar.

Figurera 14. (Lämnad) Topografi och TONFISKströmmen (rätt) avbildar av ett lagrar för 100nm PPV på ett ledande PANI-lagrar. Den bias spänningen för ta prov var -6V. 50ìm bildläsning. Ta Prov artighet C. Zhang, Uniax, Goleta, Kalifornien.

Ett ledande polymerexempel för understödja, med högre rumslig upplösning, visas in figurerar 15. CAFM-tekniken var van vid kartlägger den rumsliga variationen av conductivityen i ett tunt poly-analine filmar deponerat på en substrate för IndiumTinOxid. Kickconductivityen av denna tar prov förhållandevis krävde bruket av CAFM-enheten, i stället för TONFISKenheten. De observerade strömmarna som är omväxlande mellan pA 0 och 200. CAFMNA avbildar shows kickconductivityen av de stora områdena som täckas med PANI och en litet lägre conductivity för de mindre isolerade fläckarna som täckas med PANI. Substraten visas som en dåligt ledande region. Lowen fjädrar den använda konstant sonden låter att avläsa på mycket låga kontaktstyrkor, minimera hence deformeringen eller ha på sig av dessa förhållandevis mjukt tar prov.

Figurera 15. Topografi (överträffa) och CAFM-strömmen (botten) avbildar av ett poly-analine filmar på en substrate för indiumtinoxid. 2ìm x 1ìm bildläsning, strömfjäll för pA 200. Ta Prov artighet S. Rane, Universitetar av Chicago, Illinois.

Den fortsätta miniatyriseringen av halvledareapparater har skapat en allvarlig utmaning för traditionella tekniker för materialanalys, liksom den sekundära jonen samlas spectrometry (SIMS), att profilera för fördelningsmotstånd (SRP), och mätningar för kapacitensspänning (C-V). Fördriva exaktheten, pålitlighet, och förbättrade kapaciteter av dessa instrumenterar ger basen för data för strömmaterialkarakterisering, deras en-dimensionella begränsning, oförmåga att mäta sub--0.1-mmsärdrag, och inskränkt karakteriseringrepertoar har ökat värdera av scanningsondtekniker. SCM var en av de första SPM-teknikerna som långt finner dess in i den avancerade halvledareanalysvärlden. SCM instrumenterar kan visa att bärarekoncentrationen profilerar dimensionerar itu i faktiska halvledareapparater, såväl som förhållandet av dessa profilerar till den kritiska apparaten strukturerar. Denna kapacitet gör SCM-enheten användbar i utvecklingen, fabriks-, att testa och felanalys av halvledareapparater.

I SCM bildar den metalized sonden enhalvledare (MIS) kondensator med halvledaren tar prov. En AC-snedhet som appliceras mellan spetsen för scanningkontaktAFM och ta prov, frambringar kapacitensvariationer, som övervakas genom att använda en resonant kapacitensavkännare för gigahertz. Detta system har visats för att vara känsligt till variationer som är mindre än attofarads (<10^–18F). Kapacitensvariationen (dC/dV) är en mäta av tätheten och typen för lokalbärarekoncentration (n-typ eller p-typ) och kan därför användas för tvådimensionellt profilera med hög upplösning för bärare.

En av de viktigaste applikationerna av SCM är den tvådimensionella bäraren som att profilera av halvledareapparaten strukturerar. Båda silikon- och sammansättninghalvledare är av store intresserar. Tvådimensionellt profilera för dopant är en kick - prioriteten på LandskampTeknologiKretsschemat för Halvledare och det förväntas för att bli en möjliggöra teknologi för den fabriks- nästa generationapparaten. SCM ger den rumsliga upplösningen (om 10-20nm), och dynamiskt spänna (10-10¹⁵²⁰ atoms/cm³) för att svara dessa behov.

Figurera 16 shows (den lämnade) topografin, och SCM dC/dV (rätt) avbildar erhållande samtidigt på en crosssectioned transistor från en processor för Pentium II. Topografin visar

utfärda utegångsförbud för regionen med de två avståndsmätarna (ljusa områden), men inga shows specificerar av bäraren profilerar. SCMNA dC/dV avbildar shows de olikt dopade områdena av transistorn: källan avrinning (både kicken och låg-dos implantat är synliga), och utfärda utegångsförbud för. SCMNA avbildar kan vara van vid information om extraktvärdesak liksom det effektivt utfärda utegångsförbud för längden, föreningspunktdjup eller specificerar på lateral- och lodlinjef8orlängningen av de dopade regionerna. Med undantaget av SSRM är denna avgörande information inte tillgänglig till och med någon annan teknik.

Figurera 16. (Lämnad) Topografi och SCM dC/dV (rätt) av en crosssectioned transistor av en processor för Pentium II. 1.25ìm bildläsning.

Förutom att avbilda kan SCM också vara van vid mäter dC/dV kontra V buktar i utvalt placerar på ta prov. I figurera 17, tar prov DCEN snedhet är ramped mellan userselected två värderar, och den tillverkade SCM-avkännaren (dC/dV) övervakas och konspireras. Det bästa buktar mättes på entyp tar prov, fördriver bottnen buktar mättes på entyp tar prov. Som förväntade olika typer som resultatet i ett olikt undertecknar av dCen/dV, signalera, och olik dopant jämnar resultat i en olik styrka av dCen/dV signalerar.

Figurera 17. dC/dV V buktar kontra mätt med SCM på två olika lägen av en ta prov: n-typ, 2x10¹⁷bästa³ atoms/cm (bukta) och p-typ, 3x10¹⁹atoms/cm³(botten buktar).

Figurera 18 illustrerar (lämnad) topografi, amplitud (en mitt), och kapacitensen (rätt) av bästa belägger med metall och dielectricen etsade lagrar av en SilikonSUPcell.

Figurera 18. (Lämnade) Höjd eller topografi, amplitud för Kapacitens (SCM) dC/dV (en mitt) och Kapacitensen (SCM) dC/dV arrangerar gradvis (rätten) avbildar av en konventionell SilikonSUPcell. Top belägger med metall, och dielectric lagrar etsades till blottaSilikoner. SCMNA dC/dV arrangerar gradvis avbildar gör åtskillnad mellan ljus ptype (färga) och n-typ (mörkret färgar), dopade områden. npn- och pnptransistorer i SUPcell därefter visualiseras klart och att låta extraktion av kritiska parametrar, e.g. som är effektiva utfärda utegångsförbud för längden, och att visualisera hoppar av. Amplituden för SCM dC/dV avbildar showssläktingstorlek av dopantkoncentration: ljust färga större uttömmningskapacitens för hjälpmedel, och därför, lower dopade områden (e.g., väl implantatområden).

Figurera 19 illustrerar (den lämnade) kapacitensen, och topografi (rätt) av eninympad Silikon strukturerar att bestå av entyp implantat in i entyp substrate.

Figurera 19. Kapacitensen (SCM) dC/dV arrangerar gradvis (lämnat), och höjd/topografi (rätt) avbildar av eninympad Silikon strukturerar att bestå av entyp implantat (mörkerområden) in i entyp substrate. En extra (mer shallower) p-typ implantat kan observeras. Strukturera arg-har delats upp av standarda polerande tekniker.

SCM är också en värdesak bearbetar mycket för felanalys på halvledareapparater. SCM-tekniken låter visualization av en särskild det att inplantera är huruvida närvarande, huruvida är det den korrekta typen (n eller p), förväntad dimensionerar (både djupgående och sido), och andra kännetecken. Ett typisk felanalysexempel visas in figurerar 20. Ettsektions- ytbehandlar gjordes till och med ett nummer av apparater, däribland en som är bekant för att ha kännetecken för elektrisk apparat för dåliga. SCMNA avbildar av en bra apparat visas i det bästa avbildar; SCMNA avbildar av det motsvarande området av dåligaapparaten visas i bottnen avbildar. Bottnen avbildar indikerar att tvåna inympade regioner (dvs. de ljusa områdena: dentyp implantatet och dentyp brunnimplantatet) är rörs, eftersom de bör avskiljas från varje annat. Detta ”kortsluter” resulterat i mycket en kickläckageström av denna särskilda apparat.

Figurera 20. SCM avbildar av en goda (överträffa) och den missade (nedersta) silikonapparaten. Bottnen avbildar skärmar en kortsluta mellan de två dopade regionerna. 8ìm x 2ìm bildläsning.

Ferroelectric tunt filmar är mycket attraktivt för deras möjlighetapplikationer i beständiga minnen och microelectromechanical apparater (MEMS). Minskningen storleksanpassar in (besegra till tio av nanometers), av dessa apparater kräver en anslåbeskrivning av den materiella rekvisitan och bearbetar i ferroelectric filmar. Till exempel är det grunden som utforskar huruvida ferroelectric, strukturerar med nanometer dimensionerar fortfarande ferroelectric och piezoelectric rekvisita för utställning, och till studien, hur dessa rekvisita påverkas av overallen, storleksanpassa. SCM är en möjlighetteknik för dessa studier. Till exempel ger SCM en metod för att mäta underteckna av CEN-V sluttar för det ferroelectric tar prov, och, hence, filmar området eller polarizationen som är statliga i det tunt. SCM har varit van vid avbildar och behandlar området strukturerar i en ferroelectric tunn_1.0Nolla för Pb_0.04(_0.28N.B.-_0.68ZrTi₃ ) (PNZT) filmar. På ett område av 25x25ìm avlästes spetsen med en DC tar prov bias spänning av -12V, och därpå mindre områden var skriftliga med DC tar prov bias spänningar av motsatspolaritet. En liten bias spänning för AC var van vid avbildar de polariserade regionerna, dvs., till studien storleken och undertecknar av slutta av CEN-V buktar på nollDC-snedhet. Figurera 21 shows som SCMNA avbildar på rätten, och den motsvarande AFM-topografin avbildar på lämnad. Mörkret och kontrastregioner indikerar lätt motsatt polariserade regioner, var dCna/dV signalerar är av kick - styrka men motsats undertecknar.

Figurera 21. Topographic (lämnat) och SCM dC/dV avbilda (rätten) av en ferroelectric PNZT filmar. Mörkret och ljusa områden motsvarar till motsatt polariserade regioner. De olika polarizationregionerna var skriftliga genom att använda SCMEN på den olika bildläsningen storleksanpassar och tar prov bias spänningar före denna SCM-bildläsning. 25ìm bildläsning. Ta Prov artighet Ch. Ganpul och M. Ramesh, Universitetar av Maryland.

I tillägg kan SCM också mäta polarizationen (eller C-V) buktar av lilla ferroelectric kondensatorer eller även av ferroelectric korn för singel. Detta är omöjligt med konventionella sondera tekniker. Figurera 22 illustrerar (lämnad) topografi, och kapacitensen (rätt) av FerroElectric tunt filmar överst av platinaelektroden. Eftersom figurera 23 shows ungefärligt de samma områdena som in ovanför, avbildar, men nu med en DC som 5V appliceras mellan spetsen och, tar prov. DC-spänningen ändrar den sådan polarizationen att alla korn har den samma statliga polarizationen. Figurera 24 showshysteresis som är typisk av ett ferroelectric område på ett singelkorn med lokaliserad snedhet för DC för kapacitensspektroskopin kontra applicerad (V), Och avslutningsvis.

Figurera 22. Höjd/(lämnad) topografi och kapacitensen (SCM) dC/dV arrangerar gradvis avbildar (rätten) av FerroElectric tunt filmar överst av platinaelektroden. Höjd avbildar gryniga shows strukturerar av tunt filmar med 20-100nm storleksanpassade korn. SCMNA dC/dV arrangerar gradvis avbildar showsindividen som korn' polarization påstår; det erhålls, genom att applicera en liten amplitudAC-spänning mellan spetsen och tar prov som modulerar kapacitensen på den samma frekvensen (DC-spänning hålls på 0V för att inte ändra den statliga polarizationen av närvaroen av AFM-spetsen). Statlig Ferroelectric polarization är beslutsam vid laddningsmätningen som utförs i SCM. Upplösningen av SCM-tekniken låter en observera variationer inom singelkorn.

Figurera 23. Ungefärligt avbildar tar prov de samma områdena som in ovanför, men nu med en DC som 5V appliceras mellan spetsen och. DC-spänningen ändrar den sådan polarizationen att alla korn har den samma statliga polarizationen.

Figurera 24. Lokaliserad snedhet för DC för kapacitensspektroskopin (artikel med ensamrätt till SCM) dC/dV kontra applicerad (V) på ett singelkorn visar hysteresisen som är typisk av ett ferroelectric område. Datan kan integreras en gång för att erhålla en DC-snedhet för Kapacitensen buktar kontra, och två gånger att erhålla en snedhet för DC för släktingPolarization bukta kontra.

Fördriva sonden avläs över tvärsnittet av halvledareapparaten, mätas det elektriska motståndet mellan den ledande spetsen och en stor ström som tillbaka samlar kontakten. När den applicerade styrkan överskrider en bestämd ingångsstyrka, domineras det mätte motståndet av fördelningsmotståndet. På Si strukturerar, krävs kickstyrkor (typisk, några ìN) för att tränga igenom den infödda oxiden och för att upprätta en stabil elektrisk kontakt. Sedan standarda AFM-sonder deformerar på dessa kickstyrkor, dopad diamant, eller diamant-täckte silikonsonder används. Ytterlighethårdheten, den Young modulusen för kick och den elektriska conductivityen erhållande till och med att dopa gör diamanten bestämt passande för bruk som att täcka för SSRM-spets som är materiellt.

I figurera 25, analys har utförts på en transistor för Si DMOS strukturerar. Transistorn strukturerar arg-delades upp till blottan de olikt dopade regionerna och polerades därefter genom att använda standarda polerande tekniker. Det topografisk avbildar (lämnade) shows ganska klart Al-Kontakten (svart region), den bakomliggande oxiden (brunt), och polysiliconen och bakomliggande utfärda utegångsförbud för oxiden. SSRM-motståndet avbildar shows (för rätt) elektriskt aktivregionerna. Det olikt färgar reflekterar olikt jämnar av resistivity: mörkret indikerar högt ledande regioner, och ljust indikerar låg conductivity. Klart är observablen det högt dopade net⁺- substraten (svart); den lägre dopade n-epilayeren (mörkerbrunt); pet⁺- förkroppsliga (som visas som högt som gör motstånd), net⁺- implantat (svart), belägga med metall och oxidregionerna såväl som den materiella högt ledande polysiliconen. Föreningspunkten placerar motsvarar till korövergången mellan det olikt färgar jämnar.

Figurera 25. Bildläsningar (för lämnad) Topografi och för motstånd (rätt) av endelad upp transistor för Si DMOS. 12ìm bildläsningsartighet IMEC, Belgien.

Figurera 26 illustrerar en SSRM avbildar av endelad upp kondensator som presenterar en belägga med metallfunderare, filmar område med dielectric dem emellan. SSRM avbildar är ofta kompletterande till SCM avbildar, som SCM avbildar ger inget signalerar på dielectrics och belägger med metall, eftersom SSRM visar en stor kontrast mellan tvåna.

Figurera 26. SSRM-höjd och motstånd avbildar av den crosssectioned kondensatorn. Kondensatorn har att belägga med metall thin filmar område med dielectric dem emellan. Om det fanns läckagebanor mellan de olika elektriska kontakterna, avbildar motståndet skulle visar dem (inga som finnas i detta, avbildar).

I ett understödjaexempel (figurera 27), utfördes att avbilda för SSRM på en silikonMOSFET med en utfärda utegångsförbud förlängd av 0.25ìm. (Den lämnade) avbilda visar de olikt dopade regionerna - källan, avrinning, och utfärda utegångsförbud för - som högt ledande områden (mörker), dielectricen och substraten som låg-conductivity områden såväl som det mellanliggande ledande området. Observeras källan och avrinningföreningspunkterna, som thin, ljust fodrar av låg conductivity. En dela upp som göras till och med källregionen av transistorn, visas också in figurerar 27 (rätten). Dela uppshowsna från från vänster till höger: det dielectric bästa lagrar, källimplantat (p-typ), föreningspunkt som är maximal som är väl (n-typ) och substrate. Föreningspunktdjupet kan lätt dras ut från detta delar upp, som distansera mellan den maximala föreningspunkten och det dielectric överträffar lagrar, och finnas för att vara 184nm.

Figurera 27. SSRM-motståndsbildläsning av endelad upp transistor för 0.25ìm silikonMOSFET. 2ìm bildläsningsartighet IMEC, Belgien.

Förutom silikoner är sammansatt halvledare också av store intresserar. Ljusdioder, fotodetektorer och diodlaser är endast några av de många apparaterna som fabriceras från III--V och II--VIhalvledare. Kunskap av den tvådimensionella fördelningen av conductivity (elektrisk-aktivet dopantatomsna i synnerhet) är viktig för processaa utveckling och övervakning. Ta prov förberedelsen är minsta För sammansatt halvledare; enkelt klyva ger det bäst ytbehandlar på komplex tar prov och låter att avbilda av kritisk apparatrekvisita, efter har noterat endast av har tagit prov förberedelsen. Belägga med metall och belägga med metall-täckte silikonspetsar bevisar att vara tillräckligt styvt för stabila och reproducible SSRM-mätningar. För goda signalera för att stoja förhållandet, förhållandevis en kick som bias spänning (flera volt) i kombination med en medelsond pressar (underìN) krävs. Ett exempel av profilera med hög upplösning för bäraretäthet som är tillgängligt med SSRM, kan ses i dendelade upp InP-baserade heterostructuren som in visas, figurerar 28.

Figurera 28. (Lämnad) Topografi och bildläsning för SSRM-motstånd (rätt) av enbaserad heterostructure. 7ìm bildläsningar. Ta Prov artighet av M. Geva, Lucent Technologies, Breinigsville, PA.

Motståndet avbildar shows de olika regionerna av heterostructuren: växla Zn-Dopad p-typ och S-Dopade n-typ lagrar med olik tjocklek värderar. Avbilda avslöjer den tvådimensionella naturen av lagrarna in mot mesa-området. Detta exempel visar analytisk SSRM driver i tvådimensionellt avbilda av bäraren som fördelningor i sammansatt halvledare strukturerar, och i synnerhet, för analysen av InP hetero-strukturerar, ett område som når kick intresserar.

SSRM kan också användas för att studera den elektriska rekvisitan av nonsemiconductormaterial. Detta inkluderar applikationer för belägger med metall, semimetals, ledande polymrer och andra mellanliggande ledande material. För optimalkapacitet kräver olika material ofta den materiella olika sonden, och styrkauppsättningen pekar. I exemplet figurera in 29, en Cu filmar avbildas. Det grynigt strukturerar av filma observeras klart i de topographic datan. SSRM-motståndsdatan visar att resistivityen av kornen är högre in mot kantar, som jämfört till centrera av kornen. Notera att det genomsnittliga kornet storleksanpassar är 30nm, och den rumsliga upplösningen är på beställa av 5nm.

Figurera 29. (Lämnad) Topografi och bildläsningen för SSRM-motstånd (rätt) av ett grynigt belägger med metall filmar. bildläsningar 500nm.