Hochgenaue Charakterisierung dünnster dielektrischer Schichten

Deutsch-Italienische Halbleiterforschung

08.06.2012: Im Rahmen einer binationalen Masterarbeit wurde am Fraunhofer IISB in Erlangen eine neuartige Messmethode zur Charakterisierung ultradünner dielektrischer Schichten optimiert. Anna Alessandri von der Universität „Politecnico di Milano“ arbeitete zusammen mit Wissenschaftlern des IISB an der Weiterentwicklung eines hochmodernen Vakuum-UV-Reflektometers (VUV-R). Durch die Untersuchung verschiedener Methoden zur Kalibrierung des Messsystems und anhand von Referenzmessungen konnte die Präzision von Schichtdicken-Messungen im Bereich weniger Nanometer erheblich verbessert werden. Von dem VUV-R-Messgerät existieren weltweit nur 5 Installationen, das Gerät in Erlangen ist mit der erreichten Genauigkeit einzigartig.

Das Vakuum-UV-Reflektometer am IISB erlaubt die vollautomatische optische Vermessung von 200 mm- und 300 mm-Wafern in einem Wellenlängenbereich von 120 bis 800 nm. Damit können dünnste Schichten im Bereich weniger Nanometer untersucht werden. Die Messtechnik bietet ein hohes Potenzial bei der High-k-Materialcharakterisierung. Die so genannten High-k-Dielektrika werden als Isolator bei der Produktion von Halbleiterbauelementen der nächsten Generation eingesetzt.

Durch die fortschreitende Miniaturisierung muss beispielsweise das bislang als Gate-Dielektrikum eingesetzte Siliziumdioxid durch Materialien mit besseren elektrischen Eigenschaften ersetzt werden. Die Forscher am Fraunhofer IISB arbeiten seit 2009 mit dem Messgerät an der Untersuchung neuer High-k-Schichten im Bereich weniger Atomlagen.

Anna Alessandri studiert in ihrem zweiten Masterjahr »Physikalische Ingenieurwissenschaften« an der Politecnico di Milano und sammelte bereits bei ihrer Bachelorarbeit Erfahrungen auf dem Gebiet der Charakterisierung von Halbleitermaterialien. Das Ziel ihrer am Fraunhofer IISB durchgeführten Masterarbeit war die Ableitung geeigneter Geräteparameter zur Verbesserung der Genauigkeit, Messstabilität und Fertigungstauglichkeit des VUV-R-Messgerätes. Diese Anforderungen stellen sich, um die hohe Sensitivität der Messungen hinsichtlich der optischen Eigenschaften ultra-dünner dielektrischer Schichten optimal nutzen zu können und die Zuverläs-sigkeit der Messmethode zu gewährleisten.

Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB)

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