In this paper we present the architecture of an intelligent test error detection agent that is able to independently supervise the test process. By means of rationally applied bin and cause specific retests it should detect and correct the majority of test errors with minimal additional test effort. To achieve this, the agent utilizes test error models learned from historical example data to rate single wafer runs. The resulting run specific test error hypotheses are sequentially combined with information gained from regular and ordered retests in order to infer and update a global test error hypothesis. Based on this global hypothesis the agent decides if a test error exists, what its most probable cause is and which bins are affected. Consequently, it is able to initiate proper retests to check the inferred hypothesis and if necessary correct the affected test runs. The paper includes a description of the general architecture and discussions about possible test error models, the inference approach to generate the test error hypotheses from the given information and a possible set of rules to act upon the inferred hypothesis.

Die außerordentlichen Steigerungen der Funktionalität und Produktivität in der Halbleiterindustrie sind zum wesentlichen Teil auf eine Verkleinerung der Strukturdetails auf einer logarithmischen Skala über die letzten Jahrzehnte zurückzuführen. Sowohl zur Kontrolle des Fertigungsergebnisses als auch zur Klärung von Fehlerursachen ist die Nutzung transmissionselektronenmikroskopischer Methoden unabdingbar. Für die Zielpräparation von Halbleiterstrukturen sind Techniken unter Nutzung der Focused Ion Beam Geräte etabliert, die je nach der konkreten Aufgabenstellung variiert werden. Die Abbildung von Strukturdetails mit Abmessungen von wenigen Nanometern erfordert die Anwendung unterschiedlicher Kontrastmechanismen. Die Ergänzung der Abbildung durch die analytischen Techniken der energiedispersiven Röntgenmikroanalyse und der Elektronenenergieverlustanalyse ist ein wertvolles Werkzeug bei der Klärung von Fehlerursachen oder bei prozesstechnischen Fragestellungen. Die Nutzung der Rastertransmissionselektronenmikroskopie erlaubt die unmittelbare Kombination von Abbildung und Elementanalyse. Die lokale Verteilung von Dotierstoffen als wesentliche Grundlage für die Funktion von Bauelementen in der Halbleiterindustrie ist nur über ihre Auswirkung auf die Phase der transmittierten Elektronenwelle nachweisbar. Mittels Elektronenholographie kann dieser Einfluss gemessen werden und das Prozessergebnis von Implantationen dargestellt werden. Für die Charakterisierung von Details, die kleiner als die Probendicken sind, die im TEM genutzt werden, ist die Anwendung der Elektronentomographie ein geeignetes Werkzeug. Dazu sind spezielle Präparations- und Abbildungsstrategien erforderlich.:0. Gliederung Danksagung 3 Kurzfassung / Abstract 5 Abkürzungsverzeichnis 7 Verzeichnis der Symbole 9 0 Gliederung 13 1 Einleitung 15 1.1 Rahmenbedingungen der Halbleiterindustrie 15 1.2 Typische Strukturen und Fragestellungen in Halbleiterbauelementen 17 1.3 Analytische Untersuchungen an Halbleiterstrukturen 19 2 Einordnung der TEM in die Analytik von Halbleiterbauelementen 23 2.1 Einsatz struktur- und elementanalytischer Verfahren in der Halbleiterindustrie 23 2.2 Beitrag der Transmissionselektronenmikroskopie zu den Fragestellungen 25 2.3 Beispiele typischer Halbleiterstrukturen 27 2.4 Anforderungen an ein TEM für den Einsatz an einem Halbleiterproduktionsstandort 31 3 Präparation von Halbleiterstrukturen Untersuchung im TEM 35 3.1 Mechanische Vorbereitung 35 3.2 Endabdünnung größerer Bereiche 36 3.3 Zielpräparationen mittels Focused Ion Beam Technik 37 3.4 Lift-Out Techniken 40 4 Abbildende Untersuchungen und strukturanalytische Charakterisierung 45 4.1 Abbildungstechniken für mittlere Ortsauflösungen 46 4.2 Hochauflösende Abbildung kristalliner Bestandteile 56 4.3 Rastertransmissionselektronenmikroskopie 59 4.4 Elektronenbeugung 61 5 Elementanalytische Untersuchungen 65 5.1 Energiedispersive Röntgenanalyse im TEM 65 5.2 Nutzung von Energieverlusten der Elektronen zur Materialcharakterisierung 71 5.2.1 Ansatz und technische Lösungen 71 5.2.2 Elektronenenergiverlustspektroskopie 73 5.2.3 Energiegefilterte Abbildung 76 5.3 Spezielle Anwendungen von EELS und Energiefilterung 80 5.3.1 Energiegefilterte Abbildung unter Nutzung der Plasmonenmaxima 80 5.3.2 Nachweis der Bildung von Verbindungen 84 5.3.3 Abbildung mit reduziertem Energiefenster auf der elementspezifischen Kante 86 5.4 Energiegefilterte Abbildung im STEM-HAADF Modus 87 5.5 Kombination von Abbildung und Elementanalytik („Spectrum Imaging“) 93 14 6 Elektronenholographie 101 6.1 Prinzipielle Fragestellung 101 6.2 Physikalisches Prinzip der Elektronenholographie 109 6.3 Technische Umsetzung bei der Off-axis Holographie 112 6.4 Besonderheiten der Probenpräparation für elektronenholographische Untersuchungen 116 6.5 Hologrammaufnahme und numerische Auswertung 120 6.6 Anwendungen der Elektronenholographie an Halbleiterstrukturen 124 6.7 Elektronenholographische Untersuchungen ohne Einsatz einer Lorentzlinse 130 6.8 Möglichkeiten der Inline Holographie 134 7 Elektronentomographie 137 7.1 Prinzipielle Fragestellung 137 7.2 Theoretischer Ansatz zur Lösung 138 7.3 Praktische Umsetzung 143 7.4 Beispielhafte Ergebnisse 148 7.4.1 Charakterisierung von Diffusionsbarrieren 148 7.4.2 Geometrie des Substrates nach komplexer Prozessierung 150 7.4.3 Beschreibung und Messmöglichkeiten an 3-dimensional aufgebauten Transistoren 151 7.4.4 Fehleranalyse an Transistoren größerer Dimension 154 8 Zusammenfassung und Ausblick 157 8.1 Präparative Aspekte 157 8.2 Neue Herausforderungen an die Abbildungstechnik 158 8.3 Elementanalytische Arbeitstechniken 160 8.4 Elektronenholographie 161 8.5 Elektronentomographie 162 8.6 Weitere Fragestellungen 163 9 Literaturverzeichnis 165 / The strong improvements in functionality and productivity in the semiconductor industry are mostly a result of the decrease of structural details on a logarithmic scale during the last decades. The monitoring of the production process, as well as failure analyses, utilize methods of transmission electron microscopy. For targeted preparations of semiconductor structures, techniques based on focused ion beams are established, with adaptions to the current task. The imaging of structural details with dimensions of a few nanometers requires the application of different contrast techniques, depending on the detailed request. Different opportunities of elemental analysis, such as energy dispersive X-ray analysis or electron energy loss analysis, deliver additional information about the chemical composition and binding states on a nanoscale. The use of scanning transmission electron microscopy enables a direct combination of imaging and elemental analysis. The local distribution of dopants, as one of the major basics for the function of semiconductor devices, can be observed via the phase shift of the transmitted electron wave only. This influence requires the application of electron holography, a technique which enables the visualization of the process result of implantations or diffusion processes. The characterization of details which are smaller than the thickness of a TEM-sample is enabled through the use of electron tomography. This technique requires special strategies for preparation and imaging and delivers a 3D-dataset, describing the structure.:0. Gliederung Danksagung 3 Kurzfassung / Abstract 5 Abkürzungsverzeichnis 7 Verzeichnis der Symbole 9 0 Gliederung 13 1 Einleitung 15 1.1 Rahmenbedingungen der Halbleiterindustrie 15 1.2 Typische Strukturen und Fragestellungen in Halbleiterbauelementen 17 1.3 Analytische Untersuchungen an Halbleiterstrukturen 19 2 Einordnung der TEM in die Analytik von Halbleiterbauelementen 23 2.1 Einsatz struktur- und elementanalytischer Verfahren in der Halbleiterindustrie 23 2.2 Beitrag der Transmissionselektronenmikroskopie zu den Fragestellungen 25 2.3 Beispiele typischer Halbleiterstrukturen 27 2.4 Anforderungen an ein TEM für den Einsatz an einem Halbleiterproduktionsstandort 31 3 Präparation von Halbleiterstrukturen Untersuchung im TEM 35 3.1 Mechanische Vorbereitung 35 3.2 Endabdünnung größerer Bereiche 36 3.3 Zielpräparationen mittels Focused Ion Beam Technik 37 3.4 Lift-Out Techniken 40 4 Abbildende Untersuchungen und strukturanalytische Charakterisierung 45 4.1 Abbildungstechniken für mittlere Ortsauflösungen 46 4.2 Hochauflösende Abbildung kristalliner Bestandteile 56 4.3 Rastertransmissionselektronenmikroskopie 59 4.4 Elektronenbeugung 61 5 Elementanalytische Untersuchungen 65 5.1 Energiedispersive Röntgenanalyse im TEM 65 5.2 Nutzung von Energieverlusten der Elektronen zur Materialcharakterisierung 71 5.2.1 Ansatz und technische Lösungen 71 5.2.2 Elektronenenergiverlustspektroskopie 73 5.2.3 Energiegefilterte Abbildung 76 5.3 Spezielle Anwendungen von EELS und Energiefilterung 80 5.3.1 Energiegefilterte Abbildung unter Nutzung der Plasmonenmaxima 80 5.3.2 Nachweis der Bildung von Verbindungen 84 5.3.3 Abbildung mit reduziertem Energiefenster auf der elementspezifischen Kante 86 5.4 Energiegefilterte Abbildung im STEM-HAADF Modus 87 5.5 Kombination von Abbildung und Elementanalytik („Spectrum Imaging“) 93 14 6 Elektronenholographie 101 6.1 Prinzipielle Fragestellung 101 6.2 Physikalisches Prinzip der Elektronenholographie 109 6.3 Technische Umsetzung bei der Off-axis Holographie 112 6.4 Besonderheiten der Probenpräparation für elektronenholographische Untersuchungen 116 6.5 Hologrammaufnahme und numerische Auswertung 120 6.6 Anwendungen der Elektronenholographie an Halbleiterstrukturen 124 6.7 Elektronenholographische Untersuchungen ohne Einsatz einer Lorentzlinse 130 6.8 Möglichkeiten der Inline Holographie 134 7 Elektronentomographie 137 7.1 Prinzipielle Fragestellung 137 7.2 Theoretischer Ansatz zur Lösung 138 7.3 Praktische Umsetzung 143 7.4 Beispielhafte Ergebnisse 148 7.4.1 Charakterisierung von Diffusionsbarrieren 148 7.4.2 Geometrie des Substrates nach komplexer Prozessierung 150 7.4.3 Beschreibung und Messmöglichkeiten an 3-dimensional aufgebauten Transistoren 151 7.4.4 Fehleranalyse an Transistoren größerer Dimension 154 8 Zusammenfassung und Ausblick 157 8.1 Präparative Aspekte 157 8.2 Neue Herausforderungen an die Abbildungstechnik 158 8.3 Elementanalytische Arbeitstechniken 160 8.4 Elektronenholographie 161 8.5 Elektronentomographie 162 8.6 Weitere Fragestellungen 163 9 Literaturverzeichnis 165

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2002. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 79-81). Also available on the Internet.

In the semiconductor industry the reliability of devices is of paramount importance. Therefore, after removing the defective ones, one wants to detect irregularities in measurement data because corresponding devices have a higher risk of failure early in the product lifetime. The paper presents a method to improve the detection of such suspicious devices where the screening is made on transformed measurement data. Thereby, e.g., dependencies between tests can be taken into account. Additionally, a new dimensionality reduction is performed within the transformation, so that the reduced and transformed data comprises only the informative content from the raw data. This simplifies the complexity of the subsequent screening steps. The new approach will be applied to semiconductor measurement data and it will be shown, by means of examples, how the screening can be improved.

With the continued progression of Moore’s law into the sub-14nm technology nodes, interconnect RC and power dissipation scaling play an increasingly important role in overall product performance. As critical dimensions in the mainstream Cu/ULK interconnect system shrink below 30nm, corresponding increases in relative process variation and decreases in overall process window mandate increasingly complex integrated solutions. Traditional metallization processes, e.g. PVD barrier and seed layers, no longer scale for all layout configurations as they reach physical and geometric limitations. Interactions between design, OPC, and patterning also play more and more critical roles with respect to reliability and yield in volume manufacturing; stated simply, scaling is no longer “business as usual”. Restricted design layouts, prescriptive design rules, novel materials, and holistic integration solutions each therefore become necessary to maximize available process windows, thus enabling new generations of cost-competitive products in the marketplace.

Membrane filtration processes such as micro-, ultra- and nanofiltration as well as reverse osmosis are frequently used in industrial water treatment and waste water treatment. They use a high physical pressure difference as a driving force to press water through a semi-permeable membrane and produce purified water. For this reason, large amounts of energy are required. In contrast, forward osmosis is an innovative membrane filtration process that uses the naturally occurring osmotic pressure gradient between two liquids to generate the water flow through the semi-permeable membrane. In forward osmosis, one liquid with low osmotic pressure is concentrated (so-called Feed Solution) and a second liquid is diluted (so-called Draw Solution). If 'pure' water is to be obtained, a second treatment stage is necessary to regenerate the draw solution. Due to its natural driving force, forward osmosis offers the potential for energy-efficient treatment of water from various sources. This makes it a promising process for further concentration of aqueous product and waste water streams. For this reason, the application possibilities and the potential of forward osmosis in the industrial water sector were examined in more detail within the scope of this thesis. Within laboratory tests, forward osmosis treatment of different liquid streams of a dairy, an automobile production as well as a semiconductor production was examined. The core of the laboratory test set-up was a membrane test cell for flat sheet membranes with an effective membrane area of 48 cm². Special forward osmosis membranes from various manufacturers were used. The feed and draw solutions were circulated and increasingly concentrated or diluted during the course of the experiment. The permeate flow was determined by recording the change in mass. Conductivity measurements as well as analyses of the examined waters before and after the experiments allowed conclusions to be drawn about possible solute diffusion through the membrane. In addition to the laboratory tests, a model was developed and validated to simulate the experiments. Three partially adapted models from literature were used. The average permeate fluxes achieved in the laboratory experiments with real industrial water depended mainly on the osmotic pressure difference between feed and draw solution. The permeate fluxes were between 0.1 and 19.4 L/(m²⸱h) for the automotive industry, between 7.9 and 21.0 L/(m²⸱h) for the dairy industry and between 10.5 and 33.4 L/(m²⸱h) for the semiconductor industry. The reverse solute fluxes determined were between 37.7 and 21.3 g/(m²⸱h), between 4.1 and 12.2 g/(m²⸱h) and between 8.0 and 40.9 g/(m²⸱h). Within modelling, the tests with waters from automobile production were simulated. For the most part, the permeate fluxes could be well represented. The calculation of the reverse solute fluxes sometimes showed large deviations from the actual measurements. Standardized membrane performance tests were used to evaluate the development of permeate flux and to indicate fouling. Depending on the substances contained in the water, fouling occurred in the test series. In addition, deposits on the membrane surface were visible in some tests. However, the visible deposits did not always lead to a decrease in permeate flow. In an exemplary cleaning test, the membrane performance could be restored by rinsing with sodium hydroxide solution and hydrochloric acid. As a result of this thesis, different forward osmosis application scenarios in the examined industrial enterprises could be developed. For economic reasons, those scenarios in which both the feed and the draw solution are industrial waters and two liquids are treated simultaneously in one step are of particular interest. The use of an artificial Draw Solution and its treatment is unnecessary in this case. Such application scenarios could be derived for dairy and semiconductor production. No suitable Draw Solution could be identified in the investigated automobile production, which is why only applications with an artificial Draw Solution are conceivable here. In general, the critical points when using forward osmosis are the reverse solute flux through the membrane, the deterioration of the membrane performance due to fouling and the economic efficiency of the process. More in-depth investigations are required here. / Membranfiltrationsverfahren wie die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration sowie die Umkehrosmose werden häufig in der industriellen Wasseraufbereitung sowie Abwasserbehandlung eingesetzt. Sie nutzen einen hohen physikalischen Druck-unterschied als Triebkraft, um Wasser durch eine semipermeable Membran zu pressen und gereinigtes Wasser zu erzeugen. Dafür sind große Energiemengen nötig. Im Gegensatz dazu ist die Vorwärtsosmose ein innovatives Membranfiltrationsverfahren, welches den natürlich vorkommenden osmotischen Druckgradienten zwischen zwei Flüssigkeiten nutzt, um einen Wasserfluss durch die semipermeable Membran zu erzeugen. Dabei wird eine Flüssigkeit mit niedrigem osmotischen Druck aufkonzentriert (sog. Feed Solution) und eine zweite Flüssigkeit verdünnt (sog. Draw Solution). Soll „reines“ Wasser gewonnen werden, ist eine zweite Aufbereitungsstufe zur Regeneration der Draw Solution notwendig. Durch die natürliche Triebkraft bietet die Vorwärtsosmose das Potenzial zur energieeffizienten Behandlung von Wässern verschiedener Herkunft. Damit ist sie ein vielversprechendes Verfahren zur weitergehenden Aufkonzentrierung von wässrigen Produkt- und Abwasserströmen. Aus diesem Grund wurden die Einsatzmöglichkeiten und das Potenzial der Vorwärtsosmose im industriewasser-wirtschaftlichen Bereich im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht. Im Rahmen von Laborversuchen wurde die Aufbereitung von verschiedenen Flüssigkeitsströmen einer Molkerei, einer Automobilproduktion sowie einer Halbleiter-fertigung mittels Vorwärtsosmose untersucht. Kernstück der Laborversuchsanlage war eine Membrantestzelle für Flachmembranen mit einer wirksamen Membranfläche von 48 cm². Zum Einsatz kamen spezielle Vorwärtsosmosemembranen verschiedener Hersteller. Die genutzten Feed und Draw Solutions wurden im Kreislauf geführt und im Versuchsverlauf zunehmend aufkonzentriert bzw. verdünnt. Über die Erfassung der Masseänderung wurde der Permeatfluss bestimmt. Leitfähigkeitsmessungen sowie Analysen der untersuchten Wässer vor und nach den Versuchen ließen Schlussfolgerungen über eventuell auftretende Stoffdiffusion durch die Membran zu. Zusätzlich zu den Laborversuchen wurde ein Modell zur Simulation der Experimente erstellt und validiert. Dabei wurden drei, teilweise adaptierte, Modellansätze aus der Literatur verwendet. Die durchschnittlichen Permeatflüsse, welche bei den Laborversuchen mit reellen industriellen Wässern erreicht wurden, hingen vorrangig von der osmotischen Druckdifferenz zwischen Feed und Draw Solution ab. Die Permeatflüsse lagen für die Automobilindustrie zwischen 0,1 und 19,4 L/(m²⸱h), für die Molkerei zwischen 7,9 und 21,0 L/(m²⸱h) und für die Halbleiterindustrie zwischen 10,5 und 33,4 L/(m²⸱h). Die ermittelten Salzrückflüsse betrugen zwischen 37,7 und 21,3 g/(m²⸱h), zwischen 4,1 und 12,2 g/(m²⸱h) sowie zwischen 8,0 und 40,9 g/(m²⸱h). Im Rahmen der Modellierung wurden die Versuche mit Wässern der Automobilproduktion nachgebildet. Dabei konnten die Permeatflüsse größtenteils gut dargestellt werden. Die Berechnung der Salzrückflüsse wies gegenüber den tatsächlichen Messungen mitunter große Abweichungen auf. Durch standardisierte Membranleistungstests konnte die Entwicklung des Permeatflusses evaluiert und Fouling nachgewiesen werden. In Abhängigkeit der Wasserinhaltsstoffe trat Fouling in den Versuchsreihen auf. Zusätzlich waren bei einigen Versuchen Ablagerungen auf der Membranoberfläche sichtbar. Jedoch führten die sichtbaren Ablagerungen nicht in allen Fällen zu einem Rückgang des Permeatflusses. In einem exemplarisch durchgeführten Reinigungsversuch konnte die Membranleistung durch Spülprozesse mit Natronlauge und Salzsäure wiederhergestellt werden. Als Ergebnis der Arbeit konnten verschiedene Anwendungsszenarien für den Einsatz der Vorwärtsosmose in den untersuchten Industriebetrieben entwickelt werden. Hierbei sind aus wirtschaftlichen Gründen vor allem jene Szenarien interessant, bei denen sowohl die Feed als auch die Draw Solution industrielle Wässer sind und zwei Flüssigkeiten simultan in einem Schritt aufbereitet werden. Der Einsatz einer künstlichen Draw Solution und deren Aufbereitung ist in diesem Fall unnötig. Solche Anwendungsszenarien konnten für die Molkerei sowie die Halbleiterherstellung abgeleitet werden. In der untersuchten Automobilproduktion konnte keine geeignete Draw Solution identifiziert werden, weshalb hier lediglich Anwendungen mit einer künstlichen Draw Solution denkbar sind. Als kritische Punkte beim Einsatz der Vorwärtsosmose stellten sich der auftretende Salzrückfluss durch die Membran, die Verschlechterung der Membranleistung durch Fouling sowie die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens heraus. Hier besteht weitergehender Forschungsbedarf.

In dieser Studie analysieren wir die Interaktionen zwischen Multiproduktwettbewerb und drei Aspekten von Innovation: Research Joint Ventures mit asymmetrischen Unternehmen, Neue Produkteinführung, und Innovation mit Multiproduktunternehmen. Wir untersuchen Mechanismen und Effekte, die einen Einfluß auf die Marktstruktur, das Marktverhalten und das Marktergebnis ausüben, indem wir theoretische Modelle analysieren und empirische strukturelle Modelle schätzen. Diese Arbeit gliedert sich wie folgt: Kapitel 2 verdeutlicht die Interaktion von Multiproduktwettbewerb und der Innovationstätigkeit von Unternehmen. Wir präsentieren die gegenwärtigen theoretischen and empirischen Arbeiten auf dem Gebiet der Innovationen. In Kapitel 3 analysieren wir die Effekte zwischen Multiproduktwettbewerb und Anreize von asymmetrischen Unternehmen, Innovationen zu betreiben und Research Joint Ventures zu gründen. In Kapitel 4 und 5 konzentrieren wir uns auf die Interaktion zwischen Multiproduktwettbewerb und neuer Produkteinführung. Wir präsentieren zwei theoretische Modelle über vertikale Produktdifferenzierung und untersuchen die Anreize für die etablierten Unternehmen neue Produkte mit unterschiedlicher Qualität in den Markt einzuführen. Unternehmen können hierbei entscheiden, ob sie die vorigen Produkte weiterhin im Markt anbieten oder aus dem Markt ziehen. In Kapitel 6 untersuchen wir den Zusammenhang zwischen Multiproduktwettbewerb und Innovation mit Multiproduktunternehmen. Das Verhalten von Multiproduktunternehmen unterscheidet sich von Einzelproduktunternehmen, da Output- und Produkteinführungsentscheidungen auf zentraler Ebene getroffen werden. Wir analysieren die ,Dynamic Random Access Memory' Industrie (DRAM chips sind Halbleiterchips) mit Berücksichtigung von Multiproduktunternehmen und untersuchen Spillovers, Skalenerträge und Lerneffekte, als auch das Verhalten der Unternehmen im Produktmarkt und die Dynamik über den Produktlebenszyklus. In Kapitel 7 fassen wir die Forschungsergebnisse zusammen und bewerten diese im Kontext der gegenwärtigen Forschung. Darüber hinaus schlagen wir weitere Aspekte für zukünftige Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet vor. Schließlich beschreiben wir in Kapitel 8 die Datenbanken, die in unseren empirischen Analysen Anwendung finden. email: siebert@medea.wz-berlin.de / In this study we theoretically and empirically analyze the interactions between multiproduct competition and three aspects of innovation: Research Joint Ventures with asymmetric firms, new product introduction, and innovation with multiproduct firms. We investigate the main mechanisms and effects that impact on market structure, behavior and performance by analyzing theoretical and estimating structural models.The thesis is structured as follows: Chapter 2 provides insights into how multiproduct competition may interact with innovation. We survey current theoretical and empirical results on the literature of innovation. In Chapter 3, we analyze the effect of multiproduct competition on the incentives of asymmetric firms to innovate and to form a Research Joint Venture. In Chapters 4 and 5 we concentrate on the interrelation between multiproduct competition and new product introduction. We present two theoretical models of vertical product differentiation and investigate the incentives for incumbent firms to introduce new products in different quality areas. Firms are allowed to keep or withdraw their original products from the market. In Chapter 6 we will focus on the link between multiproduct competition and innovation with multiproduct firms. Multiproduct firms behave differently in the product market compared to single product firms. Decisions for product innovation or output are taken at a centralized level, so that a multiproduct firm takes the effects on other products into account. We analyze the Dynamic Random Access Memory industry (DRAM chips are semiconductor chips) with respect to multiproduct firms and investigate the Spillover, Economies of Scale, and Learning by Doing effects, as well as firms' behaviour in the product market, and the dynamics over the product life cycle. In Chapter 7 we summarize the results, assess the new research findings in the context of contributions to current research, and provide suggestions for future research. Finally, in Chapter 8 we provide a description of the databases we used in our empirical studies. email: siebert@medea.wz-berlin.de

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen einer Kooperation des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf mit Qimonda Dresden GmbH & Co. OHG. Mithilfe der hochauflösenden Rutherford-Streuspektrometrie (HR-RBS) wurden das Diffusionsverhalten und Schichtwachstum von ZrO2 auf SiO2 und TiN im Anfangsstadium untersucht. Auf Grund der exzellenten Tiefenauflösung von 0,3 nm an der Oberfläche stand die Analyse von Konzentrationsprofilen in ultradünnen Schichten, respektive an deren Grenzflächen im Vordergrund. Zur qualitativen Verbesserung der Messergebnisse wurde erstmals ein zweidimensionaler positionsempfindlicher Halbleiterdetektor in den Aufbau der HR-RBS implementiert und charakterisiert. Außerdem wurde ein Messverfahren in Betrieb genommen, das mögliche Schädigungen durch den Ioneneintrag in die Messprobe minimiert. Durch die Optimierung der experimentellen Bedingungen und die Entwicklung eines Programmpaketes zur Unterstützung des Analysten konnte ein effizienter Routine-Messablauf erstellt werden. Im Moment einer binären Kollision zwischen einfallendem Ion und Targetelement kommt es bei kleinem Stoßparameter zu Veränderungen des Ladungszustands der gestreuten Ionen, insbesondere durch die abrupte Geschwindigkeitsänderung des Projektils und der Überlappung der Elektronenwolken. Bei der HR-RBS mit Energie separierendem Dipolmagneten muss zur Interpretation von Streuspektren die Ladungszustandsverteilung der gestreuten Projektile bekannt sein. Erstmalig konnte eine signifikante Abhängigkeit der Ladungszustandsverteilung gestreuter C-Ionen sowohl von der Schichtdicke als auch der Ordnungszahl des detektierten Targetelements, hier der vierten Nebengruppe, nachgewiesen werden. Diese gewonnen Erkenntnisse ermöglichten systematische Untersuchungen zum ZrO2-Schichtwachstum im Anfangsstadium. Zur Herstellung der ZrO2-Schichten wurde die Atomlagenabscheidung (ALD) verwendet. Anhand der nachgewiesenen Agglomeration von ZrO2 auf nativen SiO2 wurde mithilfe der Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Bestimmung von Oberflächenrauigkeiten eine Methode konzipiert, welche die Auswirkung lokaler Schichtdickeninhomogenitäten auf die niederenergetische Flanke eines Streuspektrums berücksichtigt. Auf dieser Grundlage durchgeführte Simulationsrechnungen ergeben, dass keine Diffusion von Zr in die darunter liegende Schicht stattfand, jedoch eine ZrSiO4-Grenzflächenschicht existiert. Für das Wachstum von ZrO2 auf TiN wird aus den hoch aufgelösten Streuspektren ein völlig anderes Verhalten abgeleitet. Messungen zu Oberflächentopografien der TiN-Schicht liefern nicht zu vernachlässigende Werte für die Rauigkeit. Um den Einfluss der Oberflächenrauigkeit auf die Form des hoch aufgelösten Spektrums erfassen zu können, wurde eine Software entwickelt. Auf Basis von AFM-Messungen ermöglicht dieses Programm das Extrahieren einer Energieverteilung aus den Weglängen von ausschließlich an der Oberfläche gestreuten Ionen. Unter Berücksichtigung des Effekts der Oberflächenrauigkeit auf die HR-RBS Spektrenform konnte die Diffusion von Zr in das polykristalline TiN erstmals verifiziert werden. Die Beobachtungen weisen daraufhin, dass bereits nach dem ersten ALD-Zyklus ein geringer Anteil der deponierten Zr-Atome bis in eine Tiefe von etwa 3 nm in das TiN diffundiert. Die vorläufigen Ergebnisse legen Korngrenzendiffusion nahe. / This thesis originated from a cooperation between Research Center Dresden-Rossendorf and Qimonda Dresden GmbH & Co. OHG. By means of High Resolution Rutherford Backscattering Spectrometry (HR-RBS) the diffusion behaviour and layer growth of ZrO2 on SiO2 and TiN in the initial regime were investigated. The analysis of concentration profiles in ultrathin layers and interfaces was the focus of this work, made possible by the excellent depth resolution of less than 0.3 nm near the surface. For the first time a two-dimensional position sensitive semiconductor detector was implemented and characterized in the setup of the HR-RBS for the improvement of the quality of the measurement results. Furthermore, a measurement procedure was put into operation that allowed the reduction of ion induced damage. Through the optimization of the experimental conditions and the development of a program package for the support of the analyst, an efficient measurement procedure could be routinely ensured. At the time of a binary collision between the incident ion and the target element with a small impact factor, the charge state changes frequently, especially due to the abruptly decreasing ion velocity of the projectile and the overlapping of the electron clouds. For HR-RBS with an energy-separating dipole magnet, the charge state distribution of the scattered ions must be known for the interpretation of the measured spectra. For the first time a significant dependence of the charge state distribution of the scattered C ions on the layer thickness as well as atomic number of the detected target elements, here from the fourth subgroup, was emonstrated. This new knowledge allowed systematic investigations of the ZrO2 layer growth in the initial regime. The ZrO2 layers were produced by means of the atomic layer deposition (ALD). Based on the evidence for agglomeration of ZrO2 on SiO2 a method was introduced, which takes local thickness variations into account during the simulation of the HR-RBS spectra. An accurate statement about the ZrO2/SiO2 interface was possible due to the extraction of the thickness variation by the atomic force microscopy (AFM). The boundary surface is sharp except for a small intermediate ZrSiO4 layer and no diffusion of Zr atoms in SiO2 could be detected. A quite different behaviour could be derived from high resolution spectra for the growth of ZrO2 on TiN. Measurements of the surface topography of the TiN layer revealed non negligible values for the surface roughness. A program was developed to capture the influence of the surface roughness on the shape of the high resolution spectrum. This software uses AFM measurements to extract an energy distribution from calculated path length differences for ions scattered at the sample surface. Diffusion of Zr into polycrystalline TiN was demonstrated for the first time taking into account the effect of the surface roughness on the shape of the spectra. This observation indicates that already after the first ALD reaction cycle a small part of the deposited Zr atoms diffuses into the TiN layer up to a depth of 3 nm. Such preliminary results suggest grain boundary diffusion.

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen einer Kooperation des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf mit Qimonda Dresden GmbH & Co. OHG. Mithilfe der hochauflösenden Rutherford-Streuspektrometrie (HR-RBS) wurden das Diffusionsverhalten und Schichtwachstum von ZrO2 auf SiO2 und TiN im Anfangsstadium untersucht. Auf Grund der exzellenten Tiefenauflösung von 0,3 nm an der Oberfläche stand die Analyse von Konzentrationsprofilen in ultradünnen Schichten, respektive an deren Grenzflächen im Vordergrund. Zur qualitativen Verbesserung der Messergebnisse wurde erstmals ein zweidimensionaler positionsempfindlicher Halbleiterdetektor in den Aufbau der HR-RBS implementiert und charakterisiert. Außerdem wurde ein Messverfahren in Betrieb genommen, das mögliche Schädigungen durch den Ioneneintrag in die Messprobe minimiert. Durch die Optimierung der experimentellen Bedingungen und die Entwicklung eines Programmpaketes zur Unterstützung des Analysten konnte ein effizienter Routine-Messablauf erstellt werden. Im Moment einer binären Kollision zwischen einfallendem Ion und Targetelement kommt es bei kleinem Stoßparameter zu Veränderungen des Ladungszustands der gestreuten Ionen, insbesondere durch die abrupte Geschwindigkeitsänderung des Projektils und der Überlappung der Elektronenwolken. Bei der HR-RBS mit Energie separierendem Dipolmagneten muss zur Interpretation von Streuspektren die Ladungszustandsverteilung der gestreuten Projektile bekannt sein. Erstmalig konnte eine signifikante Abhängigkeit der Ladungszustandsverteilung gestreuter C-Ionen sowohl von der Schichtdicke als auch der Ordnungszahl des detektierten Targetelements, hier der vierten Nebengruppe, nachgewiesen werden. Diese gewonnen Erkenntnisse ermöglichten systematische Untersuchungen zum ZrO2-Schichtwachstum im Anfangsstadium. Zur Herstellung der ZrO2-Schichten wurde die Atomlagenabscheidung (ALD) verwendet. Anhand der nachgewiesenen Agglomeration von ZrO2 auf nativen SiO2 wurde mithilfe der Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Bestimmung von Oberflächenrauigkeiten eine Methode konzipiert, welche die Auswirkung lokaler Schichtdickeninhomogenitäten auf die niederenergetische Flanke eines Streuspektrums berücksichtigt. Auf dieser Grundlage durchgeführte Simulationsrechnungen ergeben, dass keine Diffusion von Zr in die darunter liegende Schicht stattfand, jedoch eine ZrSiO4-Grenzflächenschicht existiert. Für das Wachstum von ZrO2 auf TiN wird aus den hoch aufgelösten Streuspektren ein völlig anderes Verhalten abgeleitet. Messungen zu Oberflächentopografien der TiN-Schicht liefern nicht zu vernachlässigende Werte für die Rauigkeit. Um den Einfluss der Oberflächenrauigkeit auf die Form des hoch aufgelösten Spektrums erfassen zu können, wurde eine Software entwickelt. Auf Basis von AFM-Messungen ermöglicht dieses Programm das Extrahieren einer Energieverteilung aus den Weglängen von ausschließlich an der Oberfläche gestreuten Ionen. Unter Berücksichtigung des Effekts der Oberflächenrauigkeit auf die HR-RBS Spektrenform konnte die Diffusion von Zr in das polykristalline TiN erstmals verifiziert werden. Die Beobachtungen weisen daraufhin, dass bereits nach dem ersten ALD-Zyklus ein geringer Anteil der deponierten Zr-Atome bis in eine Tiefe von etwa 3 nm in das TiN diffundiert. Die vorläufigen Ergebnisse legen Korngrenzendiffusion nahe. / This thesis originated from a cooperation between Research Center Dresden-Rossendorf and Qimonda Dresden GmbH & Co. OHG. By means of High Resolution Rutherford Backscattering Spectrometry (HR-RBS) the diffusion behaviour and layer growth of ZrO2 on SiO2 and TiN in the initial regime were investigated. The analysis of concentration profiles in ultrathin layers and interfaces was the focus of this work, made possible by the excellent depth resolution of less than 0.3 nm near the surface. For the first time a two-dimensional position sensitive semiconductor detector was implemented and characterized in the setup of the HR-RBS for the improvement of the quality of the measurement results. Furthermore, a measurement procedure was put into operation that allowed the reduction of ion induced damage. Through the optimization of the experimental conditions and the development of a program package for the support of the analyst, an efficient measurement procedure could be routinely ensured. At the time of a binary collision between the incident ion and the target element with a small impact factor, the charge state changes frequently, especially due to the abruptly decreasing ion velocity of the projectile and the overlapping of the electron clouds. For HR-RBS with an energy-separating dipole magnet, the charge state distribution of the scattered ions must be known for the interpretation of the measured spectra. For the first time a significant dependence of the charge state distribution of the scattered C ions on the layer thickness as well as atomic number of the detected target elements, here from the fourth subgroup, was emonstrated. This new knowledge allowed systematic investigations of the ZrO2 layer growth in the initial regime. The ZrO2 layers were produced by means of the atomic layer deposition (ALD). Based on the evidence for agglomeration of ZrO2 on SiO2 a method was introduced, which takes local thickness variations into account during the simulation of the HR-RBS spectra. An accurate statement about the ZrO2/SiO2 interface was possible due to the extraction of the thickness variation by the atomic force microscopy (AFM). The boundary surface is sharp except for a small intermediate ZrSiO4 layer and no diffusion of Zr atoms in SiO2 could be detected. A quite different behaviour could be derived from high resolution spectra for the growth of ZrO2 on TiN. Measurements of the surface topography of the TiN layer revealed non negligible values for the surface roughness. A program was developed to capture the influence of the surface roughness on the shape of the high resolution spectrum. This software uses AFM measurements to extract an energy distribution from calculated path length differences for ions scattered at the sample surface. Diffusion of Zr into polycrystalline TiN was demonstrated for the first time taking into account the effect of the surface roughness on the shape of the spectra. This observation indicates that already after the first ALD reaction cycle a small part of the deposited Zr atoms diffuses into the TiN layer up to a depth of 3 nm. Such preliminary results suggest grain boundary diffusion.