Untersuchung niedriger Dielektrizitätszahl (Low-k) von Isolations-Zwischenschichten mittels Röntgenstreuung unter streifendem Einfall

Durch Messungen mit Röntgenstrahlen die unter streifendem Einfall in eine Probenoberfläche eindringen, können Bestimmungen der Oberfläche und der Dünnschichtstruktur ermöglicht werden. Das gängigste Röntgenexperiment mit streifendem Einfallwinkel ist die Röntgenreflektivitätsmessung. Die Methode eignet sich dabei unter anderem zur präzisen Berechnung der Dichte, Dicke und Rauhigkeit einer Dünnschicht, unabhängig von deren Zusammensetzung. Die Methode wird unter anderem zur Strukturanalyse von Mehrschichtfolien genutzt. Üblicherweise wird die Messung von Partikeln und Poren in einer Dünnschicht als eher schwierig eingestuft; jedoch ist es mithilfe der von Rigaku entwickelten Reflexions-Kleinwinkelröntgenstreuung möglich, die Analyse der Pratikel- und Porengrößenverteilung in den Dünnschichten innerhalb kürzester Zeit und mit hoher Präzision durchzuführen.

Mit allgemein zunehmender Integration der Verdrahtungstechnik gestaltet sich die parasitäre Kapazität von Isolationsschichten zwischen Kabelschichten als immer problematischer. Zur Reduktion der parasitären Kapazität wird die Einführung von Poren in die Isolationsschicht als Technik aktiv untersucht. Das Porenverhältnis kann mittels Röntgenreflektivitätsmessungen berechnet werden und richtet sich dabei nach der Dichte der Isolationsschicht. Zur Berechnung der parasitären Kapazität zwischen den Kabelschichten wird eine präzise Bestimmung der Schichtdicke benötigt. Die Messung der Röntgenreflektivität eignet sich dabei aufgrund präziser Datenlieferung zur Schichtdichte und -dicke hervorragend für diese Anwendung. Abbildung 1 zeigt die Ergebnisse der Röntgenreflektivitätsmessungen dreier Isolations-Zwischenschichten mit unterschiedlicher relativer Dielektrizitätszahl, ermittelt mithilfe des SmartLab Mehrzweckdiffraktometers von Rigaku.

Profiles of X-ray reflectivity

Abbildung 1: Röntgenreflektivitätsprofil

Sobald Poren zwischen den Schichten des Isolationsfilms zugeführt werden, treten Probleme aufgrund von Verminderungserscheinungen der mechanischen Dünnschichteigenschaften auf, zusätzlich zu Diffusionsprozessen des Kabelmaterials innerhalb der Poren. Je einheitlicher und kleiner die Porengröße, desto vorteilhafter sind die Isolationseigenschaften des Isolationsfilmes. Deswegen ist die Untersuchung der Porengrößenverteilung in den Isolations-Zwischenschichten so entscheidend. Abbildung 2 zeigt die Porengrößenverteilung, die mittels Reflexions-Kleinwinkelröntgenstreuung ermittelt wurde.

Pore size distributions

Abbildung 2: Porengrößenverteilungen



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...