Fraunhofer-Institut für Photonische MikrosystemeBlick in Nanotiefe – Neues Röntgenphotoelektronenspektrometer am Fraunhofer IPMS ermöglicht Analyse winzigster Teilchen
Siliziumchips sind die Nervenzellen der Künstlichen Intelligenz: auf ihrer Oberfläche sind Milliarden kleinster Bauelemente untergebracht, die wichtige Informationen und Signale an immer smarter werdende Geräte übertragen. Die Halbleiterchips sind in jedem Smartphone verbaut und werden immer leistungsfähiger, kleiner und energieeffizienter. Mit bloßem Auge lassen sich die Oberflächenstrukturen, die bis in den Nanometerbereich reichen, nicht mehr erkennen. Das Fraunhofer IPMS hat ein neues Röntgenphotoelektronenspektrometer (XPS) der Firma Physical Electronics GmbH erworben, um die Analyse der Oberfläche von Siliziumchips und Experimente im Nanobereich zu realisieren.
„Mit dem neuen Spektrometer Quantes der Firma Physical Electronics GmbH können wir Oberflächenmerkmale, Dünnschichtstrukturen und Kontaminationen ohne Schädigung bis in den Nanobereich untersuchen.“ erläutert Benjamin Uhlig, Chefentwickler am Fraunhofer IPMS. „Die Untersuchung in diesem Bereich ist wichtig, um die genaue chemische Zusammensetzung der Chip-Oberflächen zu analysieren. Damit können wir die Prozesse zur Herstellung von Halbleiterchips besser verstehen und deren spätere Eigenschaften optimieren.“
Ein weiterer Vorteil der Neuanschaffung, ist die Vielseitigkeit. Neben den herkömmlichen XPS-Messungen mit einer Al-Röntgenquelle, lassen sich auch Analyseexperimente mit einer erweiterten Tiefe durchführen. Realisiert wird dies mit einer zusätzlichen Cr-Röntgenquelle. Die Cr-Röntgenquelle bietet Analysetiefen (ca. 22nm), die etwa dreimal so hoch sind wie die, die mit einer Al-Röntgenquelle (ca. 7nm) erzielt werden können.
„Dank des kurzwelligen Spektrums können wir sehr gut Übergangsmetalle analysieren.“, erläutert Uhlig weiter. „Darüber hinaus kann die Anlage zur Reinigung der Probenoberfläche und zur Tiefenprofilierung genutzt werden. Zusätzlich können Temperaturversuche von -120°C bis 300°C und Versuche mit elektrischen Probenkontaktierungen durchgeführt werden.“
Zudem können Proben unter Atmosphäre in den Chip eingebracht werden. Die Elektronenbildgebung der Anlage ermöglicht eine sehr genaue Positionierung auf strukturierten Proben. Zusammenfassend lassen sich mit der neuen XPS-Anlage am Fraunhofer IPMS verschiedenste umfassende Analysen realisieren. Das Fraunhofer IPMS bietet Unternehmen dabei Kooperationsmöglichkeiten im Rahmen der industrienahen Forschung an.
Das Röntgenphotoelektronenspektrometer ist eine Investition des Fraunhofer IPMS im Rahmen des Verbundprojekts Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland. Die Investition fördert den Wissenschafts- und Technologiestandort Deutschland und wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung finanziert.
Hintergrundinfo
Das Fraunhofer IPMS mit Sitz in Dresden bietet zukunftsorientierte Lösungen in den Bereichen industrielle Fertigung und Automatisierung, Medizintechnik und verbesserte Lebensqualität. Über 350 Wissenschaftler und Ingenieure unseres Instituts erbringen Spitzenleistungen in dem Gebiet optischer Sensoren und Aktoren, integrierter Schaltungen, drahtloser Datenkommunikation sowie Mikroelektronik. In zwei hochmodernen Reinräumen und mit insgesamt vier Entwicklungsstandorten in Dresden, Cottbus und Erfurt entwickeln wir auf 200 mm und 300 mm Wafern innovative MEMS-Komponenten und Mikroelektronikbauelemente und komplettieren sie mit Unterstützung unserer Kooperationspartner zu Systemen. Dabei setzen wir auf eine langfristige Zusammenarbeit mit unseren Projektpartnern.
Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland FMD ist ein globaler Innovationstreiber, der als größter standortübergreifender FuE-Zusammenschluss für die Mikroelektronik in Europa eine einzigartige Kompetenz- und Infrastrukturvielfalt bietet. Die FMD schlägt dabei die Brücke von der Grundlagenforschung bis zur kundenspezifischen Produktentwicklung. Teilnehmer der FMD sind der Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP. Das Verbundprojekt wird gefördert aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.
Informationen: https://www.forschungsfabrik-mikroelektronik.de
Die Firma Physical Electronics GmbH (PHI) vertreibt hauptsächlich Messanalagen im Bereich Oberflächenanalytik und Charakterisierung.