Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

LösungenL39: Untersuchung eines Defektes in einem HL-BauelementL39: Untersuchung einesDefektes in einem Halbleiterbauelementmit TEM, EFTEMund EELSHalbleiterbauelemente spielen in vielen Bereichendes täglichen Lebens eine entscheidendeRolle; integrierte Schaltkreise finden sich in nahezuallen elektronischen Geräten (PC, Handy,TV-Gerät, Stereoanlage, Auto, MP3-Player usw. ).Durch Verkleinerung der Strukturen konnte die Arbeitsgeschwindigkeitder Bauelemente signifikanterhöht werden, sodass die Größe vieler Strukturennunmehr in den nm-Bereich gelangt ist. Geradediese Miniaturisierung hat in den letzten Jahrenzu einem verstärkten Einsatz der Transmissionselektronenmikroskopie(TEM) zur Untersuchungund Charakterisierung von Halbleiterbauelementengeführt. Insbesondere in der Fehleranalyse kommendie analytischen Fähigkeiten der TEM voll zumEinsatz.Das vorliegende Anwendungsbeispiel beschreibtdie Untersuchung eines Halbleiterbauelementes mitTEM, Elektronenenergieverlustspektrometrie (EELS)und Energiefilterungs-TEM (EFTEM). In Abb. 1a istein typischer Querschnitt durch ein Bauelement zuZ Al Ti N O Si1 94 6 Alsehen; deutlich sind die unterschiedlichen Schichtenzu erkennen. Mittels EFTEM wurden an dieserProbenstelle Elementverteilungsbilder von Aluminium(Al), Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Silizium (Si)und Titan (Ti) aufgenommen (Abb. 1b –f).Weit deutlicher als im TEM-Bild sind in denElementverteilungsbildern Defekte erkennbar: InAbb. 1e ist ein Si-Einschluss in der leitenden Al-Schicht zu sehen (Pfeil); im Ti-Verteilungsbild sindkleine Auswüchse der TiN-Schicht in das Al erkennbar(siehe Abb. 1f, Pfeile). Diese Defekte wurdenim Folgenden näher „unter die Lupe“ genommen:Abb. 2 zeigt einen Teil der TiN-Schicht bei höhererVergrößerung. An dieser Stelle wurden an sehr kleinenProbenbereichen EELS-Spektren aufgenommen(Abb. 3) und quantitativ ausgewertet (Tab.1).Die Quantifizierungsergebnisse zeigen einemittlere Zusammensetzung von etwa 60% Ti und40% N in der TiN-Schicht. Allerdings ist aus diesenErgebnissen auch ersichtlich, dass sich anbeiden Grenzflächen der TiN-Schicht (zum Al undzum Si-Oxid) chemische Mischphasen bilden. Umeine anschauliche Darstellung der Verteilung dieserGrenzflächenphasen zu bekommen, wurde die Probenstelleaus Abb. 2 mittels EFTEM analysiert undElementverteilungsbilder von Ti, N und O aufgenommen.Eine farbliche Zusammenstellung dieserVerteilungsbilder sieht man in Abb. 4.2 79 14 7 Grenzfläche zwischen Al und TiN3 59 38 3 TiNIndex Kontakte Institute Lösungen Methoden4 13 60 27 Grenzfläche zwischen TiN und SiO 2211Tabelle 1: Quantifizierung der EELS-Spektren aus Abb. 3 (Konzentrationen in at %)Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005