Mesure du stress dans les semi-conducteurs par spectroscopie Raman

NOTE D'APPLICATION

DISCUSSION

Contrôle du stress dans le silicium et autres dispositifs à semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour prévenir les problèmes liés à la nucléation et à la propagation des dislocations et à la formation de fissures et de vides. Les sources de la souche développées dans les dispositifs pendant ou après le traitement sont de nature différente. Ils peuvent être dus à des processus thermiques, à des structures enchâssées, telles que des tranchées, ou à une croissance non plane des oxydes de champ. La mesure des contraintes par une technique non destructive, avec une bonne résolution spatiale, est réalisée avec succès spectroscopie Raman. Les contraintes mécaniques entraînent des décalages de fréquence dans les modes Raman (phonons). L'amplitude du décalage de fréquence est proportionnelle à la déformation développée, bien que la mesure de toutes les composantes du tenseur de déformation ne soit pas simple.

Cette note d'application décrit les mesure du stress développé en couche mince de Si (~ 0.1-0.2 µm d'épaisseur) développé au-dessus d'un substrat de SiGe contenant 30% Ge (Figure 1). La profondeur de pénétration d'un faisceau laser de longueur d'onde 514.5 nm est ~ 0.8 µm, de sorte que le spectre Raman (bleu) présente des contributions spectrales provenant à la fois de l'épilayer et du substrat. Le spectre SiGe Raman présente trois pics correspondant aux vibrations des atomes de Ge-Ge, Si-Ge et Si-Si, respectivement. Un faible pic apparaît sur l’épaule du substrat vibration Si-Si (499.9 cm-1) due au phonon Si-couche épaisse (510.9 cm-1). Le nombre d’ondes de Raman de Si-couche est décalé vers le rouge (~ 9.5 cm-1) à partir de la vibration Si d’un échantillon de silicium sans contrainte (spectre rouge). Ce décalage vers le rouge met en évidence une contrainte de traction dans la couche épaisse de Si provoquée par la différence des paramètres de réseau de Ge et de Si. Si une contrainte biaxiale est supposée dans l'épilayer de silicium, chaque composante de la contrainte de traction est calculée comme étant ~ 2.4 Giga Pascals (Gpa).

Contrôle des contraintes dans le silicium et d'autres dispositifs à semi-conducteurs, figure 1

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