Vacuum Scanning Microwave Microscopy zur quantitativen Charakterisierung von Sub-10 nm und atto-Farad skalierten Kondensatoren und Speicherzellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258650972

Mit der fortschreitenden Verkleinerung der Strukturen von elektronischen Bauteilen unterhalb 20 nm und dem Aufkommen neuartiger nanotechnologischer Bauteile, gilt es, die Herausforderungen einer exakten messtechnischen Charakterisierung und die Erlangung eines detaillierten Verständnisses ihrer inneren Transportvorgänge zu meistern. Im Besonderen sind nanoskalige Kondensatoren und Tunnelbarrieren, die als die häufigsten Grundbausteine heutiger Speicherzellen dienen, aufgrund ihrer Kapazitätswerte im atto-Farad-Bereich messtechnisch sehr schwer zu charakterisieren. Die junge Technik der Scanning Microwave Mikroskopie (SMM) hat vielversprechende Möglichkeiten in diesem Gebiet aufgezeigt. Leider ist deren Einsatz auf Messumgebungen an Luft und Stickstoff beschränkt und begrenzt somit die Auflösung einer quantitativen Charakterisierung aufgrund der bekannten feuchtigkeitsbedingten Mensiken und Kapillarbrücken an Kontaktoberflächen. Zu Vermeidung dieser parasitären Effekte und zum Schutz der empfindlichen Bauteile werden ferner Rastersondenmikroskope (Rasterkraftmikroskope (AFM), Kelvinsondenkraftmikroskope, Rastertunnelmikroskope und andere) im Vakuum bzw. im Ultrahochvakuum als Messmittel vorgeschlagen. Wir werden in diesem Projekt erstmalig ein SMM im Vakuum (VACSMM) aufbauen. Zur messtechnischen Erfassung der Kapazitäten im aF-Bereich wird es mit einem Mikrowellen-Interferometer ausgestattet. Des Weiteren werden die Kondensatoren und Speicherzellen im sub-10nm-Bereich zusammen mit einem on-chip-Kalibrierkit hergestellt. Es werden statistisch validierte Studien durchgeführt, um deren Kapazität, Leitfähigkeit und die Schaltzeiten von sog. OxRAM-Speichern zu bestimmen. Modelle und Theorien zu den vorgenannten Bauteilen mithilfe von Finite-Elemente-Methoden, analytischen S-Parameter-Modellen und der Physik von atomaren Schaltelementen werden erarbeitet. Das in diesem Projekt hergestellte VACSMM, integriert in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM), soll mithilfe von Automatisierungsmethoden sein perspektivisches Potential im Bereich der Charakterisierung von nanoskaligen Kondensatoren und Speichern, schon vor dem Herstellungsprozess der Top-Elektrode, zu einem zukünftigen Industriewerkzeug zeigen. Dieses deutsch-französische Kooperationsprojekt stellt eine hervorragende Möglichkeit dar, die vorhandenen Expertisen im Bereich der Fabrikation von nanoskaligen elektronischen Bauteilen bzw. der Scanning Microwave Mikroskopie des französischen Partners und der Erstellung von vakuumtauglichen Rasterkraftmikroskopen im Rasterelektronenmikroskop mittels Nanoautomatisierungswerkzeugen des deutschen Partners zu kombinieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Person: Privatdozent Didier Theron, Ph.D.