The downsizing of semiconductor structures predicted in 1965 by Moore's law has been ongoing ever since. This trend has lead semiconductor industry to many innovative solutions, involving reduced gate lengths, ``fins'' and ``surrounded gates'', and new materials such as high-k dielectrics and wide band-gap semiconductors, e.g., silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). In modern semiconductor devices the entire transistor is built within a few tens to hundreds of nanometers of depth. This drives the need for new characterization methods to image doped regions within one semiconductor material with high spatial resolution. A method for the high resolution quantification of implant or charge carrier concentration was lacking for decades. This thesis aims at expanding the available scanning probe methods (SPM) to close this yet existing gap. A number of different carrier- and dopant profiling techniques are compared using a standard dopant calibration sample. Scanning Microwave Microscopy (SMM), on which the focus of this thesis lies, stands out by fulfilling the requirements in spatial resolution, and signal dependence on dopant density. Furthermore, the SMM signal contains the information to distinguish the dopant types, enabling the development of dopant quantification methods. Since SMM combines the mechanical tip dimensions with the microwave excitation region, the effective scan resolution is not directly given by the cantilever parameters. The highly confined two dimensional electrongas (2DEG) in an aluminum gallium nitride (AlGaN)/GaN heterostructure was scanned and the obtained profile deconvoluted with the expected shape of the 2DEG profile to reveal the effective tip radius in SMM. A comparison between different cantilevers shows that the effective scan resolution is limited mainly by the cantilever radius and shape and only by a smaller extent by the microwave excitation region. An established procedure is applied to calibrate the S11 data recorded in SMM into capacitance and resistance. Based on the resistance signal, a method to calculate resistivity and dopant density from the SMM resistance is employed. It enables the quantitative two-dimensional dopant profiling with an accuracy of better than 60%. A second introduced method is based on the SMM capacitance data. It enables to distinguish the dopant type and shows a better repeatability. The difference between accumulation and depletion capacitance is used for dopant type distinction. The depletion capacitance is shown to present a reliable tool to investigate the relations between dopant densities. This enables the calculation of dopant densities deviating from the datasheet densities by a factor of 0.1 to 20. Further improvements are achieved by using parameter fits. The method enables the investigation of dopant types and densities in one single image with all data obtained in one single measurement. The transfer of the dopant density calculation to an industrial application is demonstrated for an ESD diode. A further industrial application is the spatially resolved imaging of charge carriers accumulated by trapping effects, shown on the example of a Si diode.     «

The downsizing of semiconductor structures predicted in 1965 by Moore's law has been ongoing ever since. This trend has lead semiconductor industry to many innovative solutions, involving reduced gate lengths, ``fins'' and ``surrounded gates'', and new materials such as high-k dielectrics and wide band-gap semiconductors, e.g., silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). In modern semiconductor devices the entire transistor is built within a few tens to hundreds of nanometers of depth. Thi...     »

Seit der Formulierung des Moorschen Gesetzes im Jahre 1965 schreitet die Miniaturisierung von Halbleiterstrukturen stetig voran. Dieser Trend zwingt die Halbleiterindustrie zu innovativen Lösungen. Dazu zählen nicht nur reduzierte Kanallängen, sondern auch neue Materialien wie High-k-Dielektrika und Halbleiter mit großer Bandlücke wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). In modernen Halbleiterstrukturen haben ganze Transistoren nur wenige zehn bis hundert Nanometer Tiefe. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer neuen Methode, die es erlaubt Dotiergebiete kleinster Transistoren mit einer hohen lateralen Auflösung darzustellen. Nach einer solchen Methode zur quantitativen, hochauflösenden Darstellung von Dotierkonzentrationen wird seit Jahrzehnten gesucht. Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung existierender Methoden der Rasterkraftmikroskopie, um diese Lücke zu schließen. Eine Reihe verschiedener Methoden zur Erstellung von Dotierprofilen wird mit Hilfe einer Standard Dotierprobe verglichen. Rastermikrowellenmikroskopie (SMM), die im Fokus dieser Arbeit steht, erfüllt sowohl die Anforderungen an die laterale Auflösung, als auch an die Skalierung der Signale mit der Dotierkonzentration. Zudem lässt sich auch der Dotiertyp aus den SMM Signalen bestimmen. Damit bietet SMM die perfekte Basis zur Entwicklung quantitativer Dotiermessmethoden. Die Auflösung von SMM hängt sowohl von Geometrie und mechanischen Eigenschaften der Messspitze als auch von der Eindringtiefe der Mikrowelle ab. Wie diese Parameter in den effektiven Spitzenradius eingehen ist allerdings unklar. Um den effektiven Spitzenradius zu bestimmen wurde das stark komprimierte zweidimensionale Elektronengas (2DEG) einer Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)/GaN Heterostruktur im Querschnitt gescannt und das extrahierte Profil mit dem erwarteten Profil des 2DEGs entfaltet. Ein Vergleich verschiedener Spitzen zeigt, dass der effektive Spitzenradius maßgeblich von Geometrie und nur wenig von der Eindringtiefe geprägt wird und damit die Qualität der Spitze großen Einfluss auf die SMM Auflösung hat. Eine etablierte Methode wird zur Kalibrierung der SMM S11 Daten in Kapazität und Widerstand verwendet. Eine auf den resultierenden SMM Widerstandsdaten basierende Methode ermöglicht die Berechnung von Dotierkonzentrationen. Diese Methodik ermöglicht die zweidimensionale, quantitative Messung von Dotierkonzentrationen mit einer Genauigkeit von besser als 60\%. Eine zweite auf dem kapazitiven Signalteil basierende Methode wird eingeführt. Diese ermöglicht die Unterscheidung des Dotiertyps und weist eine hohe Reproduzierbarkeit auf. Die Differenz zwischen Akkumulations- und Verarmungskapazität wird hierbei zur Bestimmung des Dotiertyps genutzt. Mit Hilfe der Verarmungskapazitäten können Relationen zwischen den Dotierungen zuverlässig bewertet werden. Aus diesen können Dotierkonzentrationen berechnet werden, die mit einem Faktor zwischen 0,1 und 20 von den erwarteten Konzentrationen abweichen. Die Genauigkeit kann durch Parameterfits weiter optimiert werden. Dotiertyp und -konzentration können somit unter Verwendung von Daten aus einer einzigen Messung in einem einzigen Bild dargestellt werden. Die Anwendung der Methodik auf industrielle Probleme wird am Beispiel einer ESD Diode sowie durch die lateral aufgelöste Darstellung eines durch Oxidstörstellen verursachten Elektronenkanals in einer Siliziumdiode demonstriert.      «

Seit der Formulierung des Moorschen Gesetzes im Jahre 1965 schreitet die Miniaturisierung von Halbleiterstrukturen stetig voran. Dieser Trend zwingt die Halbleiterindustrie zu innovativen Lösungen. Dazu zählen nicht nur reduzierte Kanallängen, sondern auch neue Materialien wie High-k-Dielektrika und Halbleiter mit großer Bandlücke wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). In modernen Halbleiterstrukturen haben ganze Transistoren nur wenige zehn bis hundert Nanometer Tiefe. Daraus ergibt...     »