Области применения PiFM микроскопии: полупроводниковая промышленность

PiFM – это перспективный метод для анализа во многих полупроводниковых приложениях, включая визуализацию и анализ областей селективного осаждения (ASD), локального напряжения и деформации, поперечного сечения бороздок и многослойных стеков, химико-механического полирования (CMP), углубленных токопроводящих слоев и анализ дефектов.

Анализ областей селективного осаждения (ASD)

PiFM хорошо работает как с органическими, так и с неорганическими материалами. В ASD органические самоорганизующиеся монослои (SAM) действуют как маски, чтобы способствовать или ингибировать осаждение атомного слоя в выбранных областях.

В приведенном ниже примере SAM выборочно покрывает металлическую область и позволяет осаждать оксид алюминия преимущественно на открытой оксидной области. Области SiO₂, SAM и Al₂O₃ отображаются при 1103, 1471 и 972 см^-1 соответственно. Оксид кремния демонстрирует четко выраженный и высокий контраст. SAM и оксид алюминия не так локализованы, хотя все еще можно увидеть контраст между областями с более низкой и высокой концентрацией.

Визуализация локального напряжения и деформации

Когда материал с активной ИК-полосой (например, оксид кремния) деформируется, его ИК-пик смещается от волнового числа, соответствующего недеформированному состоянию. В приведенном ниже примере исследуется образец структуры SiGe с различной шириной линий (от < 40 нм до 7500 нм), генерируемых с помощью технологического процесса FinFET (25%). Между линиями SiGe находятся области SiO₂, пик поглощения которых будет смещаться от 1122 см^-1 (значение без деформации) до 1087 см^-1 (значение с ростом деформации). Интенсивность сигнала при отображении образца при 1122 см^-1 позволяет визуализировать относительную величину деформации: чем темнее контраст, тем больше степень деформации.

В приведенном ниже примере оксид испытывает большую деформацию на границе раздела SiGe – между близко расположенными линиями SiGe оксид кремния не может релаксировать в недеформированное состояние.

Анализ поперечного сечения бороздок

Заполненная бороздка в полупроводниковом устройстве разрезается (путем скалывание) и визуализируется с помощью PiFM. Два разных материала выделены на основе полос ИК-поглощения для каждого из них. Получено двадцать пять спектров с интервалом 10 нм на границе раздела двух материалов. Отслеживая интенсивность пика при 1100 см^-1, можно увидеть, что переход от одного материала к другому происходит между спектрами 18 и 20. Таким образом PiFM предоставляет локальную химическую информацию с пространственным разрешением менее 10 нм при постепенном переходе между двумя материалами.

Анализ поперечного сечения многослойных стеков

Многослойный стек, выращенный на кремнии, разрезается (путем скалывания) и визуализируется с помощью PiFM. На трех участках образцов, изображенных ниже, три разных материала выделены на основе полос ИК-поглощения для каждого из них. Превосходное пространственное разрешение PiFM демонстрируется для «материала 1», где PiFM четко выделяет тонкие слои, не распознаваемые на топографии.

Визуализация поверхности образца после CMP

Образец, подвергшийся химико-механической полировке (CMP), отображается с помощью PiFM. Хотя металлы не являются ИК-активными, их можно идентифицировать по их диэлектрической проницаемости на разных длинах волн. На PiFM изображениях ниже различаются области металла, барьерного металла и оксида, связанные с топографией.

Визуализация углубленного токопроводящего слоя

Серебряные нанопроволоки под защитным слоем не видны на АСМ топографии и фазовом изображениях. Однако они отчетливо наблюдаются на PiFM изображении, поскольку ближнее поле от кантилевера эффективно связано с проводящей нанопроволокой, создавая большую силу притяжения даже через довольно толстый защитный слой (> 100 нм). Тот же принцип позволяет PiFM отображать металлические слои под слоем диэлектрика.