Ortsaufgelöste Bestimmung von Gitterverzerrungen in Silizium-Nanostrukturen mittels Elektronenrückstreubeugung

Abstract

Die vorliegende Arbeit stellt neuartige Ansätze zur kombinierten Ionenstrahlpräparation (FIB) und Verzerrungsanalyse mittels Elektronenrückstreubeugung (EBSD) in nanoskaligen Halbleiterstrukturen vor. Hierbei wird zunächst die Anwendung eines leistungsfähigen Kreuzkorrelationsalgorithmus zur Detektion von Verschiebungen in Beugungsbildern als Grundlage der Verzerrungsmessung vorgestellt. Die resultierende Nachweisempfindlichkeit wird anhand dynamisch simulierter Beugungsbilder gezeigt. 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 anhand hochaufgelöster Strukturaufklärung (TEM, AFM, Raman) und 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 sSOI-Probe demonstriert. Die gute Übereinstimmung mit Ergebnissen aus Raman- und XRD-Messungen wird gezeigt.

In the submitted thesis, a novel combined approach of both focused ion beam (FIB) based target preparation and strain determination using electron backscatter diffraction (EBSD) in semiconductor nanostructures is presented. In the first part, a powerful cross-correlation algorithm for detecting small feature shifts within EBSD patterns and, consequently, determining the strain, is presented. The corresponding strain sensitivity is demonstrated using dynamically simulated diffraction patterns. Furthermore, novel procedures for automated pattern analysis are introduced. Results of systematic studies concerning the influence of ion species, ion energy and dose density on the surface quality of silicon surfaces are presented in the second part. For that matter, the assessment of surface amorphization and rippling is based on high resolution microstructural diagnostics (TEM, AFM, Raman) and molecular dynamics simulation. The high application potential of combined FIB preparation and strain analysis using EBSD is exemplarily demonstrated for a 60 nm thick sSOI-sample. The good agreement with established techniques like Raman spectroscopy and X-ray diffraction is also shown.