14 января 2015 / Измерение механических напряжений в кремнии методом КР спектроскопии
Свернуть меню
|
14 января 2015 / Измерение механических напряжений в кремнии методом КР спектроскопии
Измерение механических напряжений в кремнии
|
Контроль локальных механических напряжений в кремниевых структурах является важной задачей при производстве микросхем. Значительные напряжения в кремнии могут привести к формированию микротрещин в чипах. Метод спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии) становится все более популярным для анализа напряжений в полупроводниковых пластинах, так как он дает возможность проводить их неразрушающий контроль с высоким пространственным разрешением и высокой чувствительностью. В данной работе представлены результаты измерения напряжений в микро структурированном кремнии методом рамановской спектроскопии. Использовался коммерчески доступный конфокальный рамановский микроскоп Confotec™NR500 (SOL instruments Ltd) с эшелле решеткой [1]. Тестируемый образец содержал 1, 1.5, 2 и 4 мкм полоски из Si, разделенные 4 мкм промежутками диоксида кремния. Типичные рамановские спектры, полученные при обратном рассеянии света от образца, показаны на рис.1. Любые механические напряжения в кремниевых структурах приводят к видоизменению спектров комбинационного рассеяния. При наличии компрессионных воздействий на кристаллическую решетку кремния, его рамановский пик будет сдвигаться в сторону бóльших волновых чисел. При снятии компрессии пик смещается в противоположную (более коротковолновую) сторону (рис.1). Для оценки механических напряжений в кремнии можно применять следующее уравнение: σ (MПа) = −435 • (ω - ω0) (cм−1) (1), где σ – величины механических напряжений в MПа, w0=520.5 cм-1 – позиция пика кремния в ненапряженном состоянии [2], ω – позиция Si пика в напряженном состоянии. Уравнение (1) позволяет вычислить уровень напряжений в MПa. Рамановский микроскоп Confotec™ NR500 с эшелле решеткой обладает спектральной точностью порядка 0.01 cм–1 (достигается либо при анализе положения центра масс Si пика, либо при аппроксимации экспериментальных данных кривой Лоренца с последующим анализом позиции максимума). Указанная величина соответствует чувствительности к напряжениям порядка 4.35 MПa. На рис.2 приводятся экспериментальные данные для двух различных возбуждающих длин волн (488 и 633 нм), полученные при одномерном сканировании поперек кремниевых полосок. Смещение рамановского пика напряженного кремния по отношению к ненапряженному представлено на рис.2 как функция координаты. Механические напряжения в промежутках между кремниевыми полосками отсутствуют, так как соответствующий пик в рамановском спектре не смещается (рис.2). Экспериментальные результаты указывают на небольшое увеличение напряжений сжатия при переходе от более узких полосок кремния к более широким (рамановский пик сдвигается в сторону более высоких волновых чисел). Механические напряжения, соответствующие рамановским сдвигам на рис.2, варьируются в интервале от +7.7 MПa (напряжение растяжения) до -108.7 MПa (напряжение сжатия). С целью изучения распределения напряжений по глубине для возбуждения рамановских спектров использовались две лазерные длины волны (488 и 633 нм), различающиеся глубинами проникновения света в образец. В связи с тем, что детектируются меньшие величины напряжений при использовании лазера с длиной волны 633 нм (рис.2), имеющего большую глубину проникновения в образец, можно предположить, что напряжения преимущественно локализованы вблизи поверхности кремния.
ВыводыМикроскопия комбинационного рассеяния света является мощным неразрушающим методом анализа локальных напряжений в кремнии. Конфокальный рамановский микроскоп Confotec™ NR500 с эшелле решеткой может применяться для анализа распределения механических напряжений в кремнии с высоким пространственным разрешением. Контроль по глубине может проводиться при использовании лазеров с различными длинами волн.
Список литературы[1] http://www.solinstruments.com/ru/analysis/microscopy/confotec-nr500/description [2] V. Poborchii, T. Tada, and T. Kanayama, Appl. Phys. Lett. 91, 241902 (2007).
|
Рис.1.Применение рамановской спектроскопии для анализа механических напряжений в кремнии. Любые напряжения в кремниевых структурах приводят к модификации спектров (наблюдается сдвиг рамановского пика кремния по отношению к его положению в ненапряженном состоянии).
Рис.2. Измерение напряжений в кремнии при использовании голубого (488нм) и красного (633нм) лазеров для возбуждения спектров. Образец содержит полоски кремния с ширинами 1, 1.5, 2 и 4 мкм, разделенные 4 мкм промежутками диоксида кремния.
|
Другие исследования SOL instruments:
Возможности Confotec™ NR500
Применение Confotec™ MR350, MR520, MR750