Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
Lösungen<br />
L39: Untersuchung eines Defektes in einem HL-Bauelement<br />
L39: Untersuchung eines<br />
Defektes in einem Halbleiterbauelement<br />
mit TEM, EFTEM<br />
und EELS<br />
Halbleiterbauelemente spielen in vielen Bereichen<br />
des täglichen Lebens eine entscheidende<br />
Rolle; integrierte Schaltkreise finden sich in nahezu<br />
allen elektronischen Geräten (PC, Handy,<br />
TV-Gerät, Stereoanlage, Auto, MP3-Player usw. ).<br />
Durch Verkleinerung <strong>der</strong> Strukturen konnte die Arbeitsgeschwindigkeit<br />
<strong>der</strong> Bauelemente signifikant<br />
erhöht werden, sodass die Größe vieler Strukturen<br />
nunmehr in den nm-Bereich gelangt ist. Gerade<br />
diese Mini<strong>at</strong>urisierung h<strong>at</strong> in den letzten Jahren<br />
zu einem verstärkten Eins<strong>at</strong>z <strong>der</strong> Transmissionselektronenmikroskopie<br />
(TEM) zur Untersuchung<br />
und Charakterisierung von Halbleiterbauelementen<br />
geführt. Insbeson<strong>der</strong>e in <strong>der</strong> Fehleranalyse kommen<br />
die analytischen Fähigkeiten <strong>der</strong> TEM voll zum<br />
Eins<strong>at</strong>z.<br />
Das vorliegende Anwendungsbeispiel beschreibt<br />
die Untersuchung eines Halbleiterbauelementes mit<br />
TEM, Elektronenenergieverlustspektrometrie (EELS)<br />
und Energiefilterungs-TEM (EFTEM). In Abb. 1a ist<br />
ein typischer Querschnitt durch ein Bauelement zu<br />
Z Al Ti N O Si<br />
1 94 6 Al<br />
sehen; deutlich sind die unterschiedlichen Schichten<br />
zu erkennen. Mittels EFTEM wurden an dieser<br />
Probenstelle Elementverteilungsbil<strong>der</strong> von Aluminium<br />
(Al), Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Silizium (Si)<br />
und Titan (Ti) aufgenommen (Abb. 1b –f).<br />
Weit deutlicher als im TEM-Bild sind in den<br />
Elementverteilungsbil<strong>der</strong>n Defekte erkennbar: In<br />
Abb. 1e ist ein Si-Einschluss in <strong>der</strong> leitenden Al-<br />
Schicht zu sehen (Pfeil); im Ti-Verteilungsbild sind<br />
kleine Auswüchse <strong>der</strong> TiN-Schicht in das Al erkennbar<br />
(siehe Abb. 1f, Pfeile). Diese Defekte wurden<br />
im Folgenden näher „unter die Lupe“ genommen:<br />
Abb. 2 zeigt einen Teil <strong>der</strong> TiN-Schicht bei höherer<br />
Vergrößerung. An dieser Stelle wurden an sehr kleinen<br />
Probenbereichen EELS-Spektren aufgenommen<br />
(Abb. 3) und quantit<strong>at</strong>iv ausgewertet (Tab.1).<br />
Die Quantifizierungsergebnisse zeigen eine<br />
mittlere Zusammensetzung von etwa 60% Ti und<br />
40% N in <strong>der</strong> TiN-Schicht. Allerdings ist aus diesen<br />
Ergebnissen auch ersichtlich, dass sich an<br />
beiden Grenzflächen <strong>der</strong> TiN-Schicht (zum Al und<br />
zum Si-Oxid) chemische Mischphasen bilden. Um<br />
eine anschauliche Darstellung <strong>der</strong> Verteilung dieser<br />
Grenzflächenphasen zu bekommen, wurde die Probenstelle<br />
aus Abb. 2 mittels EFTEM analysiert und<br />
Elementverteilungsbil<strong>der</strong> von Ti, N und O aufgenommen.<br />
Eine farbliche Zusammenstellung dieser<br />
Verteilungsbil<strong>der</strong> sieht man in Abb. 4.<br />
2 79 14 7 Grenzfläche zwischen Al und TiN<br />
3 59 38 3 TiN<br />
Index Kontakte Institute Lösungen Methoden<br />
4 13 60 27 Grenzfläche zwischen TiN und SiO 2<br />
211<br />
Tabelle 1: Quantifizierung <strong>der</strong> EELS-Spektren aus Abb. 3 (Konzentr<strong>at</strong>ionen in <strong>at</strong> %)<br />
<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>