Experimentelle Bestimmung von Formänderungen steigert die Präzision in der Mikroelektronik

Mit dem Aufkommen der Nanotechnologie werden miniaturisierte Geräte immer populärer, und die Industrie ist ständig bestrebt, ihre Techniken immer weiter zu verfeinern und so immer höhere Leistungen zu erreichen. Auf dem Weg zu diesem Ziel wurde in einem von der EU finanzierten Projekt ein neues experimentelles Verfahren zur Quantifizierung lokaler Formänderungen mit Hilfe der Röntgen-Mikrodiffraktion entwickelt. Das neue Verfahren, so die Erwartungen, soll bedeutende Fortschritte bei den kristallinen Strukturen ermöglichen, die in einer Vielzahl von technischen Disziplinen - von der Mikroelektronik über die Biotechnologie bis zur Werkstofftechnik - Anwendung finden.

Industrielle Technologien

Im Verlauf der gesamten Nanotechnologie-Ära wird die industrielle Forschung auf dem Gebiet der Submikron-Halbleiter - z.B. denen in CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) - mit einer zentralen Herausforderung konfrontiert. Dabei handelt es sich um die Minimierung der mechanischen Spannungen, die sich während der einzelnen Prozesse in den Halbleiterschichten und im Substrat dieser im Nanometerbereich liegenden Strukturen aufbauen. Die durch diese Spannungen verursachten Deformationen stellen für die Herstellung, aber auch für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Bauelemente ein weitaus komplizierteres Problem dar als solche, die in der Makrowelt auftreten. Daher bediente man sich im vorliegenden Projekt einer Technik, die auf der zur zerstörungsfreien Materialprüfung eingesetzten Röntgen-Mikrodiffraktion basiert und eine quantitative Bestimmung lokaler Formänderungen in Teststrukturen mit einer räumlichen Auflösung unter 1 µm gestattet. Konkret wird dieses neuartige experimentelle Verfahren zur Vermessung lokaler kristalliner Strukturen und Deformationen mit Röntgenstrahlen unter Einsatz von geeigneter Hardware und Software angewandt. Der über einen Wellenleiter zugeführte, äußerst kohärente Röntgenstrahl hat räumliche Abmessungen in der Größenordnung von einigen zehn Nanometern und eine Strahldivergenz von rund 1mrad. Mit Unterstützung einer geeigneten Laborausrüstung - darunter ein Diffraktometer für die Durchführung von Mikrodiffraktionsexperimenten - sowie spezialisierter Software wurden in den experimentellen Prozeduren interessante Ergebnisse erzielt. Dabei wurde aus dem Beugungsprofil das Verformungstiefenprofil mit einer seitlichen räumlichen Auflösung im Bereich von 100 bis 300nm abgeleitet. Das Verfahren könnte nützliche Anwendungen in kristallinen Strukturen aller Art finden, etwa in der Analyse von Werkstoffen für die Mikroelektronik, bei der Untersuchung biologischer Substanzen und technischer Werkstoffe und insbesondere zur Lösung von Grenzflächenproblemen.