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Fachartikel aus Labor, Analytik und Qualitätskontrolle

03.09.2010

Forschungszentrum Dresden-Rossendorf e.V. Raster-Kelvinkraft-Mikroskopie zur quantitativen Dotierprofilierung an dotiertem Silizium und Mn-implantiertem Germanium

Christiane Baumgart Kontakt, Shengqiang Zhou, Manfred Helm, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf e.V.


Die Untersuchung elektrischer Materialeigenschaften auf der Nanometerskale ist von großer Bedeutung für die Materialforschung sowie für verschiedene Industriezweige. Eine besondere Rolle spielt dabei die quantitative Bestimmung von Dotierprofilen in dotierten Halbleitermaterialien. Die Kenntnis der Dotierkonzentration auf der Nanometerskale ist essentiell für die Fehleranalyse von Halbleiterbauelementen sowie für die Optimierung der Herstellungsprozesse. Da sich die Größe der Halbleiterbauelemente in den letzten Jahren immer weiter verringert hat und mittlerweile im nm-Bereich liegt, werden insbesondere verschiedene Rastersonden-Mikroskopie-Methoden zur Untersuchung der Materialeigenschaften eingesetzt.

Die hauptsächlich genutzten Techniken zur Untersuchung der elektrischen Eigenschaften sind die Raster-Kapazitäts-Mikroskopie (Scanning capacitance microscopy, SCM), die Raster-Ausbreitungswiderstands-Mikroskopie (Scanning spreading resistace microscopy, SSRM) und die Raster-Kelvinkraft-Mikroskopie (Kelvin probe force microscopy, KPFM).

Für die quantitative Auswertung von SCM- und SSRM-Messdaten sind zeitaufwändige Kalibrierungsmessungen an wohldefinierten Proben nötig. Des Weiteren arbeiten SCM und SSRM im Kontakt-Modus, was bedeutet, dass die Messspitze während der Untersuchung über die Probenoberfläche kratzt. Dabei können sich lokal sowohl die Eigenschaften der Messspitze als auch die der Probe dramatisch ändern, was die Auswertung der Messergebnisse unter Verwendung von Kalibriermessdaten erheblich erschwert.

Die Raster-Kelvinkraft-Mikroskopie bietet den Vorteil, dass sie im Nicht Kontakt-Modus arbeitet. Außerdem können gewonnene KPFM-Messdaten ohne Kalibrierung direkt quantitativ ausgewertet werden. Das möchten wir in diesem Artikel anhand von KPFM-Messungen an dotiertem Silizium und Mn-implantiertem Germanium zeigen.

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