Entwicklung und Optimierung dynamischer Methoden der Raster-Sonden-Mikroskopie zur Charakterisierung von Halbleiterstrukturen
Biberger, Roland - Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr, Hamburg (2012)
Diese Dissertation behandelt eine neuartige Methode der Raster-Sonden-Mikroskopie, die Intermittent-Contact-Scanning-Capacitance-Microscopy (IC-SCM) genannt wird. IC-SCM dient in erster Linie zur qualitativen Bestimmung von Dotierprofilen an Halbleiterproben. Dies geschieht mithilfe einer oszillierenden Rastersonde, die über einen zweidimensionalen Bereich geführt wird. Eine zeitgleich stattfindende Kapazitätsmessung und Signalauswertung liefert ein Bild, das Kontrast zwischen verschieden dotierten Gebieten einer Probe zeigt. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Verfahren exemplarisch an Halbleitern aus Silizium vorgestellt. Es lässt sich aber auch eine Vielzahl weiterer Materialien oder Materialkombinationen damit analysieren. Die Methode grenzt sich im Bezug zum bisher genutzten Scanning-Capacitance-Microscopy (SCM) dahingehend ab, dass kein ständiger Kontakt zwischen Messsonde und Probe besteht. Durch die weitgehende Eliminierung der lateralen Kräfte zwischen Rastersonde und Probenoberfläche lässt sich das Spektrum der zu analysierenden Werkstoffe von sehr weichen bis zu ultraharten Materialien erweitern ohne die Probenoberfläche oder die Rastersonde zu schädigen. Zum genauen Verständnis wird IC-SCM zuerst modelliert und anschließend simuliert. Da bei der Bestimmung von Dotierprofilen besonders die Auflösung der Dotierstoffkonzentration entscheidend ist, stellt diese in den Simulationen den wichtigsten Parameter dar. Durchgeführte Messungen bestätigen weitestgehend die Simulationen. Eine anschließende detaillierte messtechnische Untersuchung zeigt die Stärken und Schwächen des Verfahrens auf. Als Vergleichsmethode dient dazu das etablierte Standard-SCM. Zusätzlich zur zweidimensionalen Bildgebung wurde IC-SCM um eine Kapazitätsspektroskopie (IC-SCS) erweitert. Diese erlaubt die vollständige Darstellung des Kapazitäts-Spannungsverhaltens an vorgegebenen Stellen einer Probe. Darüber hinaus können durch dieses Verfahren eine Optimierung des Kontrastes zwischen verschieden dotierten Gebieten sowie eine Bestimmung des Dotiertyps erfolgen. Abschließend wurde der Kapazitätssensor durch einen Stromsensor ersetzt. Durch die Strommessung kann dabei auf eine Kapazitätsänderung rückgeschlossen werden. Der Stromsensor erlaubt im Gegensatz zum Kapazitätssensor eine Messung von absoluten Größen, was schließlich eine quantizierte Aussage über die Kapazität ermöglicht.