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Ausstattung

Analytische und prozesstechnische Ausstattung des MBE

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht der wichtigsten prozesstechnischen Anlagen und Messtechnik. Sollten Sie Interesse an einer Zusammenarbeit oder einer Auftragsarbeit haben, wenden Sie sich bitte an einen der folgenden Kontakte.

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Dr.-Ing. Jan Krügener
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SCHICHT- UND PROZESSTECHNOLOGIE ZUR BAUELEMENTHERSTELLUNG

  • MBE-Anlage S1000 von DCA Instruments
    Ansicht der MBE-Anlage von schräg oben Ansicht der MBE-Anlage von schräg oben Ansicht der MBE-Anlage von schräg oben © DCA Instruments 2003

    Das MBE-System der Firma DCA Instruments besteht aus 6 voneinander getrennten Vakuumkammern und kann Wafer bis zu einem Durchmesser von 200 mm aufnehmen. Die Wachstumskammer dieser Anlage ermöglicht es Gruppe IV Materialien (Si, Ge, C), Seltenerdenoxid (Gd2O3, Nd2O3) und Bor für das Wachstum epitaktischer Schichten einzusetzen. Das Wachstum dieser Schichten kann in situ mit Hilfe der Beugung schneller Elektronen in Reflextion (RHEED) kontrolliert werden. Weiterhin erlaubt die Anlage eine in situ Analytik mit Hilfe der Fotoelektronenspektroskopie (siehe unten) sowie eine in situ Metallisierung der Probenvorderseite.

  • MBE-Anlage V80 von VG
    Übersichtsbild der MBE-Anlage Übersichtsbild der MBE-Anlage Übersichtsbild der MBE-Anlage © MBE 2013

    Die MBE-Anlage der Firma VG besteht aus 3 Kammern und erlaubt Waferdurchmesser von bis zu 150 mm zu prozessieren. Die Wachstumskammer dieser Anlage ermöglicht es Gruppe IV Materialien (Si, Ge, C) sowie Antimon und Bor für das Wachstum epitaktischer Schichten einzusetzen. Das Wachstum dieser Schichten kann in situ mit Hilfe der Beugung schneller Elektronen in Reflextion (RHEED) kontrolliert werden. Weiterhin erlaubt die Anlage eine in situ Analytik mit Hilfe der Beugung niedrig-energetischer Elektronen (LEED).

  • Horrizontalofensystem E2000 von Centrotherm
    Seitenansicht der Anlage Seitenansicht der Anlage Seitenansicht der Anlage © MBE 2020

    Das Horizontalofensystem E2000 der Firma Centrotherm, besitzt insgesamt 4 Etagen bzw. Rohre. Dies erlaubt es voneinander unabhängig thermische Oxidation (nass/trocken), LPCVD- (SiNX, Poly-Si), LTO- (TEOS/Silan) und PECVD-Prozesse (SiNx) durchzuführen. Die Anlage befindet sich im Reinraum des LNQE.

  • Ionenimplanter ViiSta HCS von Varian
    Seitenansicht des Ionenimplanters Seitenansicht des Ionenimplanters Seitenansicht des Ionenimplanters © MBE 2020

    Der Ionenimplanter ist ein vollwertiges Produktionstool der Halbleiterindustrie. Das Hochstromsystem kann Ionen mit bis zu 60 keV beschleunigen (bis 180 keV dreifachgeladen). Das Handlingsystem ist für moderne Wafergrößen von 300 mm Durchmesser ausgelegt. Insgesamt stehen 4 Implantationsspezies zur Verfügung: Ar, AsH3, BF3 und PH3. Die Anlage befindet sich im Reinraum des LNQE.

  • Schnellheizöfen (rapid thermal processing - RTP)
    Frontansicht der RTA-Anlage Frontansicht der RTA-Anlage Frontansicht der RTA-Anlage © MBE 2020

    Insgesamt stehen 4 Anlagen für die Durchführung schneller Ausheilprozesse zur Verfügung, welche je nach Anwendung (Metall, RTO, FGA, Implantaktivierung, ...) verwendet werden können. Es sind Prozesse bis zu 1100 °C unter verschiedenen Atmosphären (Ar, H2 + N2, N) möglich.

  • weitere Anlagen
    • Kathodenzerstäubungs- und Elektronenstrahlverdampfungsanlagen (im Reinraum des LNQE)
    • Reaktives Ionenätzen (im Reinraum des LNQE)
    • Fotolithografie (im Reinraum des LNQE)

STRUKTURELLE ANALYTIK

  • Röntgendiffraktometer D8 Discover von Bruker
    Blick in das Diffraktometer Blick in das Diffraktometer Blick in das Diffraktometer © MBE 2020

    Das Röntgendiffraktometer (XRD) D8 Discover II der Firma Bruker ermöglicht die Strukturanalyse epitaktischer Schichten. Dieses XRD-System besitzt eine Kupferanode mit durch einen Monochromator auf die Kalpha1-Linie beschränkte Strahlung. In der Konfiguration für die Röntgenbeugung bei streifendem Einfall (GIXRD) kann der Monochromator nicht verwendet werden, weshalb zusätzlich die Kalpha2-Linie vorhanden ist. Die Kbeta-Strahlung wird über einen Göbelspiegel fast vollständig herausgefiltert. Mithilfe dieses Systems ist es möglich reziproke Gitterkarten (RSM), theta-2theta-, omega-2theta-Scans und Rocking Curves aufzunehmen. Außerdem lassen sich über die Eulerwiege Reflexe in schräger Geometrie (skew geometry) untersuchen.

  • Rasterkraftmikroskop
    Blick in das geöffnete AFM Blick in das geöffnete AFM Blick in das geöffnete AFM © MBE 2020

    Das Rasterkraftmikroskop der Firma Park Scientific erlaubt einen Messbereich von maximal 100 µm x 100 µm und bietet eine Höhenauflösung unter einem Ångström. Es kann sowohl der Kontakt- als auch der Intermittierende-Kontakt-Modus, in Abhängigkeit der Anwendung, verwendet werden.

  • Ramanspektroskop inVia von Renishaw
    Seitenansicht des Ramanspektroskops Seitenansicht des Ramanspektroskops Seitenansicht des Ramanspektroskops © MBE 2020

    Die Ramanspektroskopie ist ein nicht-invasives Verfahren zur Analysen von Schwingungs- und Bindungszuständen in Proben und basiert auf der unelastischen Streuung von Photonen an der Probe. So lassen sich Verspannungen, Schichtzusammensetzungen, gegebenenfalls Dicken und selten auch Dotierungen vermessen.   
    Als Anregungsquellen stehen ein HeNe LASER (632.8 nm) und einem Dioden-LASER (785 nm) zur Verfügung. Die verfügbaren Gitter ermöglichen eine Auflösung von etwa 0.9 cm-1. Neben dem normalen Aufnehmen von einzelnen Raman-Spektren ist auch ein Mapping der Probe in Schrittweiten von 100 nm oder mehr möglich, um lokale Verspannungen als Heatmap aufzuzeichnen.

  • Photoelektronenspektroskopie UPS/XPS
    Blick in die Vakuumkammer inklusive Probe und Röntgenquelle Blick in die Vakuumkammer inklusive Probe und Röntgenquelle Blick in die Vakuumkammer inklusive Probe und Röntgenquelle © MBE 2020

    In der Analysekammer kann, ohne dass die Probe das Vakuum verlassen muss, Photoelektronenspektroskopie (XPS) durchgeführt werden. Das XPS ist mit einer XR3E2-Quelle von Thermo VG Scientic ausgestattet. Diese hat eine Aluminium-
    Magnesium Doppelanode und eine UVS 10/35 UPS-Quelle von SPECS, mit der He-I- und He-II-Strahlung erzeugt werden kann. Als Detektor wird ein Phoibos 100 Halbkugelanalysator mit fünfach Channeltron der Firma Specs verwendet. Zur Bestimmung der Austrittsarbeit
    der Probe ist es möglich, eine Unterlegspannung an die Probe anzulegen. Außerdem lässt sich der Winkel der Probenoberfläche zum Detektor verändern, sodass winkelaufgelöstes XPS (ARXPS) ermöglicht wird

  • weitere Analytik
    • Rasterelektronenmikroskop
    • Transmissionenmikroskopie (Nutzung des TEM im LNQE)
    • Spektrale Ellipsometrie

MESSTECHNIK

  • Messung von Kapazitäts-Spannung-Charakteristiken
    Seitenansicht des CV-Messplatzes Seitenansicht des CV-Messplatzes Seitenansicht des CV-Messplatzes © MBE 2020

    Kapazitäts-Spannungs-Messungen können für Wafergrößen bis 150 mm durchgeführt werden. Es sind sowohl quasistatische als auch hochfrequente Messungen im Frequenzbereich von 100 Hz bis 1 MHz möglich. Zudem kann die Probentemperatur zwischen 21 °C und 100 °C variiert werden.

  • Messung von Strom-Spannungs-Charakteristiken
    Blick in den geöffneten IV-Messplatz Blick in den geöffneten IV-Messplatz Blick in den geöffneten IV-Messplatz © MBE 2020

    Strom-Spannungs-Messungen können für Wafergrößen bis 100 mm durchgeführt werden. Für die Kontaktierung stehen bis zu 4 Messnadeln zur Verfügung. Zudem kann die Probentemperatur zwischen 21 °C und 150 °C variiert werden.

  • Karl-Süss-Proberstation inkl. Keithley 4200 Parameteranalysator
    Blick in den geöffneten Messplatz inklusive Messrechner Blick in den geöffneten Messplatz inklusive Messrechner Blick in den geöffneten Messplatz inklusive Messrechner © MBE 2020

    Der Messplatz erlaubt neben einfachen Kapazitäts- und Strom-Spannungsmessungen auch die halbautomatisierte Analyse auf Waferlevel. Mit bis zu 4 Kontakten, können zudem die Ein- und Ausgangscharakteristiken von Bipolar und MOS-Transistoren direkt analysiert werden.  Zudem kann die Probentemperatur zwischen 21 °C und 150 °C variiert werden.

  • Quasi-statische Fotoleitfähigkeitsmessung WCT-120 von Sinton Instruments
    Ansicht des Messplatzes inklusive Messrechner Ansicht des Messplatzes inklusive Messrechner Ansicht des Messplatzes inklusive Messrechner © MBE 2020

    Der Messplatz dient zur Charakterisierung von Ladungsträgerlebensdauern von Siliziumsubstraten für fotovoltaische Anwendungen.

  • Transiente Strom-Spannungsanalyse von Solarzellen
    Blick in den Messplatz auf eine kontaktierte Solarzelle Blick in den Messplatz auf eine kontaktierte Solarzelle Blick in den Messplatz auf eine kontaktierte Solarzelle © MBE 2020

    Dieser selbst entwickelte Messplatz, dient zur transienten Charkatersierunghöchsteffizienter Solarzellen. Ein LED-Array oberhalb der Solarzellen erlaubt den gepulsten Betrieb der Zellen. In Verbindung mit einem Oszilloskop, kann so das Ein-, Aus- und Umschaltverhalten von Solarzellen charakterisiert werden.

  • weitere Messtechnik
    • Temperaturabhängige CV- und IV-Messungen im Temperaturbereich von 77 K bis 400 K

NUMMERISCHE PROZESS- UND BAUELEMENTSIMULATION