Strukturuntersuchung von High-k Isolationsdünnschichten

In einem ultradünnen Oxid-Isolationsfilm mit hoher Dielektrizitätskonstante ('High-k') ist die Bewertung verschiedener wichtiger Herstellungseigenschaften bei der Produktion von Halbleitern der nächsten Generation unverzichtbar. Zu diesen Eigenschaften zählen die Filmdicke, die Abwesenheit oder das Vorhandensein von Zwischenschichten oder die Kristallinitätsbeschaffenheit. Mithilfe von Röntgenreflektivitätsmessungen unter Verwendung des SmartLab Mehrzweckdiffraktometers von Rigaku können die Filmdicke, -dichte und Grenzflächenrauhigkeit eines Isolationsfilmes über 1 nm im Labormaßstab bestimmt werden.

Die nachfolgende Abbildung zeigt Ergebnisse von Reflektivitätsmessungen einer 5 nm ZrO2 Dünnschicht die auf einem Si-Beschichtungsuntergrund aufgebracht wurde. Indem die Reflektivitätsprofile detailliert analysiert werden, können Zwischenschichten und deren Dicke untersucht werden. Die Analyseergebnisse zeigen, dass die Dicke und Dichte der ZrO2 Dünnschicht 4.215 nm, bzw. 5.233 g/cm3 betragen. Diese Werte stimmen ungefähr mit den theoretisch modellierten Werten überein. Eine ZrOSi-Schicht kann als Zwischenschicht gefunden werden, mit einer Dicke von 1.383 nm und einer Dichte von 3.188 g/cm3.

Reflectivity measurement results

Mittels Messmethode in einer Ebene, wobei die Röntgenstrahlen die Probenoberfläche im Einfallswinkel durchdringen, können Beugungsmessungen von Filmen bis zu 1 nm Dicke durchgeführt werden. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen Beugungsprofile von 1 nm, 5 nm und 10 nm dicken ZrO2 Schichten. Die Abbildung der 1 nm dicke ZrO2 Schicht zeigt, dass Kristallisationsprozesse bei der Bildung der unbehandelten, abgeschiedenen amorphen Schicht mittels Hitzeeinwirkung auftreten und dass Kristallisationsfilme sogar in unbehandelter Form gebildet werden.

Diffraction profiles
Die jeweiligen Proben wurden von TOSHIBA Semiconductor Co. und TOSHIBA Nanoanalysis Co. zur Verfügung gestellt.


Das SmartLab ist das modernste hochauflösende Diffraktometer auf dem Markt. Vermutlich die auffälligste Neuerung ist die SmartLab Guidance Software, die dem Benutzer mit einem intelligenten Interface ausstattet um durch alle Feinheiten eines Experiments zu führen, beinahe so als hätte man einen Kristallographiexperten direkt an seiner Seite. Read more about SmartLab...