Ortsaufgelöste Bestimmung von Gitterverzerrungen in Silizium-Nanostrukturen mittels Elektronenrückstreubeugung

Hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, Integrationsdichte und Zuverlässigkeit halbleitertechnologischer Komponenten führen dazu, dass in zunehmendem Maße eine Beherrschung lokaler mechanischer Beanspruchungszustände erforderlich wird. Besondere Bedeutung kommt dabei der quantitativen Bestimmung von Eigenspannungen zu, welche im Inneren von Materialien auch ohne äußere Krafteinwirkungen und bei uniformer Temperatur wirken. Die vorliegende Arbeit stellt neuartige Ansätze zur kombinierten Ionenstrahlpräparation (engl. Focused Ion Beam kurz FIB) und Verzerrungsanalyse mittels Elektronenrückstreubeugung (engl. Electron Backscatter Diffraction Pattern kurz EBSD) vor, mit deren Hilfe Eigenspannungen in Halbleiterstrukturen mit hoher Sensitivität und einer Ortsauflösung im Bereich einiger zehn Nanometer detektiert werden können.

Im ersten Teil der Arbeit wird die Anwendung eines leistungsfähigen Kreuzkorrelationsalgorithmus zur Detektion von Verschiebungen in Beugungsbildern als Grundlage der Verzerrungsmessung vorgestellt. Die daraus folgende Nachweisempfindlichkeit wird anhand dynamisch simulierter Beugungsbilder gezeigt. Ferner werden neuartige Prozeduren zur automatischen Optimierung digitaler Bildfilter im Vorfeld der Korrelationsanalyse, zur Detektion von Verschmutzungen des Detektorschirms sowie zur Quantifizierung der Bildqualität der Beugungsbilder dargelegt.

Der zweite Teil der Arbeit beschreibt systematische Untersuchungen zum Einfluss der Ionenspezies, Primärenergie und Dosisdichte auf die Oberflächengüte ionenstrahlerodierter Silizium-Oberflächen. Die Bewertung der eingebrachten Schädigung erfolgt dabei sowohl anhand hochaufgelöster Strukturaufklärung (Transmissionselektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Ramanspektroskopie) als auch mit Hilfe molekulardynamischer Simulation.

Das große Anwendungspotential kombinierter Ionenstrahlpräparation und Verzerrungsanalyse mittels Elektronenrückstreubeugung wird im dritten Teil der Arbeit exemplarisch für den Fall einer 60 nm dünnen Strained Silicon on Insulator-Probe demonstriert. Die gute Übereinstimmung mit Ergebnissen aus Raman- und XRD-Messungen wird ebenfalls gezeigt. Darüber hinaus werden Vor- und Nachteile verschiedener Präparations- und Akquisitionsstrategien diskutiert und Empfehlungen für die Anwendung der Methodik in praktisch relevanten Probensystemen abgeleitet.