Entwicklung von Verfahren für die reflektometrische Schichtdickenmessung und Materialcharakterisierung von dielektrischen Schichten im Vakuum-UV-Bereich bis 120 nm Wellenlänge:
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|---|---|
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KURZFASSUNG I
ABSTRACT III
1 EINLEITUNG 1
1.1 AUSGANGSSITUATION UND STAND DER TECHNIK 2
1.2 ZIELSETZUNG UND AUFBAU DER ARBEIT 7
2 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 9
2.1 OPTISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON FESTKOERPERN UND
DIELEKTRI
SCHEN MATERIALIEN 9
2.1.1 OPTISCHE PARAMETER VON FESTKOERPERN 9
2.1.2 ABSORPTIONSVORGAENGE IM FESTKOERPER 10
2.2 BRECHUNGSINDEX. EXTINKTIONSKOEFFIZIENT UND EINDRINGTIEFE 11
2.3 DIELEKTRISCHE MATERIALIEN 14
2.3.1 DIELEKTRISCHE POLARISATION 14
2.3.2 DIELEKTRISCHE KONSTANTE UND DIELEKTRISCHE FUNKTION 15
2.4 DATENANALYSE UND REGRESSIONSVERFAHREN 17
2.4.1 PROZEDUR DER DATENANALYSE UND AUSWERTUNG 17
2.4.2 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN ZU DEN OPTISCHEN MODELLEN 19
2.4.3 MODELLE DER DIELEKTRISCHEN FUNKTION 22
2.4.4 MODELLE DER EFFEKTIVEN MEDIUMAPPRAXIMATION 24
2.4.5 TABELLIERTE OPTISCHE KONSTANTEN 24
3 GRUNDLAGEN ZUR VUV-REFLEKTOMETRIE 27
3.1 DEFINITION UND EINORDNUNG DES VAKUUM-UV-BEREICHS IN DER OPTISCHEN
MESS
TECHNIK 27
3.2 MOTIVATION FUER REFLEKTOMETRISCHE MESSUNGEN IM VAKUUM-UV-BEREICH ....
28
3.3 PRINZIP DER REFLEKTOMETRISCHEN SCHICHTMESSUNG 30
3.4 REFLEKTOMETRISCHE AUFBAUTEN UND BESONDERHEITEN FUER DEN VAKUUNI-UV-
BEREICH 30
V
HTTP://D-NB.INFO/1048415457
3.5 KALIBRIERVERFAHREN IN DER REFLEKTOMETRIE 37
3.5.1 BEISPIELE ZUR KALIBRIERUNG VON REFLEKTOMETRISCHEN MESSGERAETEN ...
37
3.5.2 KALIBRIERVERFAHREN DES VAKUUNI-UV-REFLEKTOMETERS 39
3.5.3 BESONDERHEITEN DER OPTISCHEN KALIBRIERMODELLE DES VAKUUM-UV-
RCFLEKTONIETERS 41
4 VUV-REFLEKTOMETRIE ALS MESSVERFAHREN IN DER HALBLEITERFERTIGUNG 47
4.1 PRODUKTIONSABLAUF IN DER HALBLEITERFERTIGUNG 47
4.2 INTEGRATION VON MESSGERAETEN IN DER HALBLEITERFERTIGUNG 49
4.3 REFERENZVERFAHREN ZUR VAKUUM-UV-REFLEKTONIETRIE 50
4.3.1 ELLIPSONIETRIE 50
4.3.2 TRANSNIISSIONSELEKTRONENSTRAHLMIKROSKOPIE 52
4.3.3 ROENTGENPHOTOELEKTRONENSPEKTROSKOPIE 53
4.3.4 ROENTGENREFLEKTOMETRIE 54
4.4 KONKURRENZMESSGERAETE ZUR VAKUUNI-UV-REFLEKTONIETRIE 55
4.4.1 VUV-SPEKTRALELLIPSONICTER MIT VARIABLEM WINKEL 55
4.4.2 VUV-SPEKTRALELLIPSONIETER MIT INTEGRIERTEM ROENTGENREFLEKTOMETER 56
4.5 ZUSAMMENFASSUNG DER TYPISCHEN EIGENSCHAFTEN UND VERGLEICH DER
MESSVER
FAHREN 57
5 MESSSTABILITAET DES VUV-REFLEKTOMETERS 59
5.1 SIMULATIONEN ZUR MESSSTABILITAET 59
5.2 ERMITTLUNG DER PRAEZISION DES VUV-REFLEKTOMETERS 63
6 ERPROBUNG DES VUV-REFLEKTOMETERS AN SI0
2
67
6.1 SIMULATION DES REFLEXIONSVERAHLTENS DUENNER SI0
2
-SCHICHTEN 67
6.2 AUSGANGSSITUATION 70
6.3 PROBENVERUNREINIGUNGEN UND DEREN INTERAKTION MIT DER VUV-STRAHLUNG .
. 76
6.3.1 VORREINIGUNG DER PROBEN DURCH CARO SCHE SAEURE 76
6.3.2 VORREINIGUNG DER PROBEN DURCH THERMISCHE EINWIRKUNG 82
6.3.3 WEITERE METHODEN ZUR VORREINIGUNG DER PROBEN 84
6.4 OPTIMIERUNG DER GERAETESEITIGEN MESSEINSTELLUNGEN 86
6.5 EINFLUSS DURCH PROBENMODIFIKATION INFOLGE DER VUV-BESTRAHLUNG 93
6.5.1 EINFLUSS DER VUV-STRAHLUNG AUF SI0
2
-PROBEN UNTERSCHIEDLICHER SCHICHT
DICKE 93
6.5.2 ABLEITUNG MOEGLICHER PHYSIKALISCHER UND CHEMISCHER VORGAENGE, DIE
ZUR SCHICHTVERAENDERUNG BEITRAGEN 98
6.6 EINFLUSS DURCH MESSUNG UNTER ARGON-ATMOSPHAERE 101
6.7 MESSSYSTEMANALYSE UNTER ANWENDUNG OPTIMIERTER MESSBEDINGUNGEN ....
103
6.8 ZUSAMMENFASSUNG UND ABLEITUNG EINER MESSSTRATEGIE 104
VI
7 CHARAKTERISIERUNG AUSGEWAEHLTER DIELEKTRISCHER SCHICHTEN 107
7.1 ERMITTLUNG DER SCHICHTDICKE VON ALUMINIUNIOXID-SCHICHTEN 107
7.1.1 SIMULATION DER MESSBARKEIT ULTRA-DUENNER AL
2
0
3
-SCHICHTEN 108
7.1.2 SCHICHTDICKENMESSUNG UND VERGLEICH MIT REFERENZVERFAHREN 109
7.1.3 CHARAKTERISIERUNG DER AL
2
0
3
-SCHICHT NACH DEM TEMPERN 111
7.2 ERMITTLUNG DER SCHICHTDICKE VON ULTRA-DUENNEN HAFNIUMDIOXID-SCHICHTEN
. . 117
7.2.1 SIMULATION DER MESSBARKEIT ULTRA-DUENNER HF0
2
-SCHICHTEN 117
7.2.2 BESTIMMUNG DER OPTISCHEN PARAMETER 118
7.2.3 KORRELATION ZU REFERENZMESSNIETHODEN 121
7.3 ERMITTLUNG DER SCHICHTDICKE VON SILICIUNINITRID-SCHICHTEN 123
7.3.1 SIMULATION DER MESSBARKEIT ULTRA-DUENNER SI
3
N
4
-SCHICHTEN 123
7.3.2 BESTIMMUNG DER OPTISCHEN PARAMETER 124
7.3.3 MOEGLICHE AUSWIRKUNGEN DER VUV-BESTRAHLUNG AUF DIE STABILITAET
VON SI
3
N
4
-SCHICHTEN 131
7.4 ERMITTLUNG DER STICKSTOFFKONZENTRATION IN SIHCIUMOXINITRID-SCHICHTEN
(SION)133
7.4.1 FORMALISMUS ZUR BERECHNUNG DER STICKSTOFF- UND SAUERSTOFFKONZEN
TRATION 133
7.4.2 CHARAKTERISIERUNG ULTRA-DUENNER SION-SCHICHTEN 135
7.5 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE DER VAKUUM-UV-MESSUNG AUSGEWAEHLTER
DIELEKTRISCHER SCHICHTEN 140
8 CHARAKTERISIERUNG MEHRLAGIGER DIELEKTRISCHER SCHICHTEN 141
8.1 CHARAKTERISIERUNG EINES MEHRSCHICHTSYSTEMS AUS SI0
2
UND SI
3
N
4
141
8.2 CHARAKTERISIERUNG EINES ONO-MEHRSCHICHTSYSTEMS 147
8.3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE DER VAKUUM-UV-MESSUNG MEHRLAGIGER
DIELEKTRISCHER SCHICHTEN 152
9 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE, WERTUNG UND AUSBLICK 153
LITERATURVERZEICHNIS 163
ANHANG 181
A VERZEICHNIS VERWENDETER SYMBOLE, CHEMISCHER FORMELZEICHEN, KONSTAN
TEN UND ABKUERZUNGEN 181
A.L SYMBOLE 181
A.2 CHEMISCHE FORMELZEICHEN VON VERBINDUNGEN UND DEREN ABKUERZUNG 185
A.2.1 DIELEKTRIKA 185
A.2.2 SONSTIGE VERBINDUNGEN 185
A.3 KONSTANTEN 186
A.4 ABKIIRZJINGEN 186
VII
B ABSORPTIONSVORGAENGE DURCH DIREKTE UND INDIREKTE BANDUEBERGAENGE 189
B.L ABSORPTION DURCH DIREKTE BANDUEBERGAENGE 189
B.2 ABSORPTION DURCH INDIREKTE BANDUEBERGAENGE 190
C WEITERE OPTISCHE MODELLE 193
C.L CAUCHY-MODELL 193
C.2 LORENTZ-OSZILLATOR-MODELL 193
C.3 MODELLE DER EFFEKTIVEN MEDIUMAPPROXIRIIATION 195
D ERLAEUTERUNGEN ZUR HAUPTKOMPONENTENANALYSE 197
VIII
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