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Fraunhofer IISB: Neu entwickeltes, einzigartiges XRT-Tool revolutioniert Techniken zur Charakterisierung von Halbleitermaterialdefekten

  • Fraunhofer IISB: Neu entwickeltes, einzigartiges XRT-Tool revolutioniert Techniken zur Charakterisierung von Halbleitermaterialdefekten
    Blick in das neu installierte Röntgentopographiegerät am Fraunhofer IISB in Erlangen.

Am Fraunhofer IISB wurde kürzlich ein einzigartiges XRT-Gerät installiert, das die modernen Verfahren zur Charakterisierung von Halbleiterdefekten revolutionieren wird. Die Rigaku Corporation und das Fraunhofer IISB haben das Kompetenzzentrum für Röntgentopographie in Erlangen aufgebaut, um die Halbleiterindustrie weltweit bei der Verbesserung und dem besseren Verständnis ihrer Waferqualität und -ausbeute durch den Einsatz der fortschrittlichen Rigaku XRTmicron Röntgentopographie zu unterstützen.

 

Erlangen, Neu-Isenburg, Tokio - Ein neu entwickeltes Röntgentopographiegerät wurde am IISB installiert, um besonders stark röntgenabsorbierende Halbleitermaterialien wie GaN, GaAs, InP, CdTe sowie sehr dünne, durch Epitaxieprozesse erhaltene Schichten, z.B. SiC und Nitride, auf kristallographische Defekte hin zu untersuchen. Um die Halbleiterindustrie weltweit bei der Verbesserung von Halbleitermaterialien und der Produktion von Bauelementen zu unterstützen, freuen sich die Rigaku Corporation Japan, die Rigaku Europe SE und das Fraunhofer IISB in Erlangen über die Gründung des Center of Expertise for X-ray Topography worldwide mit Sitz in Erlangen, Deutschland.

Dr. Michael Hippler, Präsident von Rigaku Europe SE in Neu-Isenburg, Deutschland, erklärt: "Wir sind stolz darauf, mit dem sehr erfahrenen Team des IISB im Bereich der Charakterisierung von Halbleitersubstraten und Epilayer zusammenzuarbeiten und das Center of Expertise für Röntgentopographie am Fraunhofer IISB zu eröffnen. Das Röntgengerät der neuesten Generation, das wir gemeinsam mit dem Fraunhofer IISB entwickelt haben, wird ein Meilenstein für die weltweite Charakterisierung von Halbleitermaterialien und ein Durchbruch für die Rigaku Corporation sein, der das Geräteportfolio, das Rigaku seinen Kunden in der Halbleiterindustrie weltweit anbieten kann, erheblich erweitern wird."

Zwei verschiedene Röntgenquellen in einem Gerät - Silber und Chrom - in Kombination mit dem Einsatz eines Großwinkelgoniometers ermöglichen eine große Bandbreite an Beugungsbedingungen für verschiedene Halbleitermaterialien. Einerseits ermöglicht diese XRT-Geräteentwicklung nun die Untersuchung von kristallographischen Defekten mit hoher Geschwindigkeit und höchster Auflösung im Wafermaßstab, insbesondere für stark röntgenabsorbierende Halbleitermaterialien wie GaN, GaAs, InP, CdTe. Andererseits bietet das neue XRT-Tool die Möglichkeit, sehr dünne Schichten zu untersuchen, die durch Epitaxieprozesse entstanden sind, insbesondere für SiC und Nitride.

Das neueste Röntgentopographie-Tool ist gut geeignet für nackte Wafer, Wafer mit Epilayer-Strukturen, teilprozessierte Wafer sowie gebondete Wafer. Die Menge und die verschiedenen Arten von Versetzungen, Gleitlinien, Versetzungsnetzwerken, (kleinwinkligen) Korngrenzen, Einschlüssen, Ausscheidungen, Grübchen, Kratzern, Spannungsniveau usw. können auf den Proben abgebildet und quantifiziert werden.

Das XRTmicron-System kann sowohl im Transmissions- als auch im Reflexionsmodus betrieben werden, um Defekte im Volumen der Probe zu erkennen oder Defekte nahe der Oberfläche zu quantifizieren. Darüber hinaus ist es mit einer Standard- und einer hochauflösenden XTOP CCD-Kamera ausgestattet. Dies führt zu einer räumlichen Auflösung von 5,4 µm bzw. 2,4 µm pro Pixel bei einer Einzelbildgröße von 18 mm x 13,5 mm. Vollständige Waferabbildungen und detaillierte Defektabbildungen von interessierenden Regionen sind unter verschiedenen Beugungsbedingungen für Probengrößen von bis zu 300 mm Durchmesser möglich.

Zusätzlich ist das XRTmicron-System mit einer speziellen Spaltanordnung ausgestattet, um hochauflösende Topographiemessungen im Querschnitt durchzuführen. Dies liefert detaillierte Tiefeninformationen über die gesamte Dicke der Probe. So kann zum Beispiel die Defektbildung durch Epilayer-Wachstum auf der Oberseite eines Wafers quantifiziert werden.

Prof. Dr. Martin März, Leiter des Fraunhofer IISB, erklärt: "Wir freuen uns, dass wir mit Rigaku einen der größten Player im Bereich der Halbleitermaterialcharakterisierung als strategischen Partner im Bereich der Röntgentopographie gewinnen konnten. Wir sind überzeugt, dass wir eine langfristige Erfolgsgeschichte schreiben werden, die den Bedürfnissen der Halbleiterindustrie gerecht wird. Wir wollen sie einerseits mit fundierten wissenschaftlichen Erkenntnissen zur Defektcharakterisierung unterstützen und andererseits industriell anwendbare Messroutinen und Defektzählalgorithmen entwickeln, die in der Produktion und für F&E-Zwecke eingesetzt werden können."

Das Fraunhofer IISB wird weltweit als Demozentrum für das neueste XRTmicron-System fungieren. Dr. Martin Fehrentz, Business Development bei Rigaku Europe SE, fügt hinzu: "Wir haben bereits zahlreiche Anfragen aus der Halbleiterindustrie erhalten, die darauf abzielen, die bestehende Lücke bei der strukturellen Charakterisierung von Halbleitermaterialien zu schließen, insbesondere bei hoch röntgenabsorbierenden Materialien und dünnen Epitaxieschichten. Es ist daher geplant, im Rahmen der strategischen Zusammenarbeit zwischen Rigaku und dem Fraunhofer IISB die Arbeitsabläufe für die verschiedenen Kunden aufgrund ihrer spezifischen Bedürfnisse zu standardisieren."

Dr. Christian Reimann, Gruppenleiter am Fraunhofer IISB und verantwortlich für das Geschäftsfeld XRT, ergänzt: "Die gemeinsame Röntgenwerkzeugentwicklung ist der logische nächste Schritt, um die Charakterisierung von Halbleitermaterialdefekten zu revolutionieren, die unter industriellen Randbedingungen eingesetzt werden können. Die bereits seit 2019 bestehende Zusammenarbeit zwischen dem IISB und Rigaku trägt nun mit der Einrichtung des Center of Expertise für Röntgentopographie am IISB einen ersten Höhepunkt."

Über Rigaku
Seit seiner Gründung in Japan im Jahr 1951 steht Rigaku an der Spitze der analytischen und industriellen Messtechnik. Rigaku und seine Tochtergesellschaften bilden eine globale Gruppe, die sich auf allgemeine analytische Messgeräte und die Biowissenschaften konzentriert. Mit Hunderten von wichtigen Innovationen sind die Rigaku-Unternehmen weltweit führend in den Bereichen Röntgenspektrometrie, Beugung und Optik sowie in der Kleinmolekül- und Proteinkristallographie und der Halbleitermetrologie. Heute beschäftigt Rigaku mehr als 1.500 Mitarbeiter in der Herstellung und Betreuung seiner Analysegeräte, die in mehr als 90 Ländern der Welt zur Unterstützung von Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung eingesetzt werden. Weltweit fördert Rigaku kontinuierlich Partnerschaften, Dialog und Innovation innerhalb der globalen wissenschaftlichen und industriellen Gemeinschaft.

Über das Fraunhofer IISB
Intelligente leistungselektronische Systeme und Technologien - unter diesem Motto betreibt das 1985 gegründete Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB angewandte Forschung und Entwicklung zum direkten Nutzen für Wirtschaft und Gesellschaft. Mit wissenschaftlicher Expertise und umfassendem System-Know-how unterstützt das IISB Kunden und Partner weltweit dabei, aktuelle Forschungsergebnisse in wettbewerbsfähige Produkte zu überführen, zum Beispiel für Elektrofahrzeuge, Luftfahrt, Produktion und Energieversorgung.

Das Institut bündelt seine Aktivitäten in den beiden großen Geschäftsfeldern Leistungselektronische Systeme und Halbleiter. Dabei deckt es die gesamte Wertschöpfungskette von den Basismaterialien über Halbleiterbauelemente, Prozess- und Modultechnologien bis hin zu kompletten Elektronik- und Energiesystemen umfassend ab. Als europaweit einzigartiges Kompetenzzentrum für das Halbleitermaterial Siliziumkarbid (SiC) ist das IISB Vorreiter bei der Entwicklung von hocheffizienter Leistungselektronik auch für extremste Anforderungen. Mit seinen Lösungen setzt das IISB immer wieder Maßstäbe in Sachen Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit. Durch die Integration intelligenter datenbasierter Funktionalitäten entstehen immer neue Anwendungsfälle.

Das IISB beschäftigt rund 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Der Hauptsitz ist in Erlangen, weitere Außenstellen befinden sich am Energie Campus Nürnberg (EnCN) und am Fraunhofer-Technologiezentrum Hochleistungswerkstoffe (THM) in Freiberg. Das Institut kooperiert eng mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und ist Gründungsmitglied des EnCN sowie des Leistungszentrums Elektroniksysteme (LZE). In gemeinsamen Projekten und Verbünden arbeitet das IISB mit zahlreichen nationalen und internationalen Partnern zusammen.

Weiterführende Links

www.iisb.fraunhofer.de 

Foto: Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB