High Precision Stress Measurements in Semiconductor Structures by Raman Microscopy

• Main Author: Uhlig, Benjamin
• Other Authors: Technische Universität Dresden, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden 2010
• Subjects: stress measurement; Raman; TERS; SERS; Spannungsmessung; ddc:530; rvk:UM 3300; rvk:UP 3150
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-39924; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-39924; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/3992/DissBUhlig.pdf

Stress in silicon structures plays an essential role in modern semiconductor technology. This stress has to be measured and due to the ongoing miniaturization in today’s semiconductor industry, the measuring method has to meet certain requirements. The present thesis deals with the question how Raman spectroscopy can be used to measure the state of stress in semiconductor structures. In the first chapter the relation between Raman peakshift and stress in the material is explained. It is shown that detailed stress maps with a spatial resolution close to the diffraction limit can be obtained in structured semiconductor samples. Furthermore a novel procedure, the so called Stokes-AntiStokes-Difference method is introduced. With this method, topography, tool or drift effects can be distinguished from stress related influences in the sample. In the next chapter Tip-enhanced Raman Scattering (TERS) and its application for an improvement in lateral resolution is discussed. For this, a study is presented, which shows the influence of metal particles on the intensity and localization of the Raman signal. A method to attach metal particles to scannable tips is successfully applied. First TERS scans are shown and their impact on and challenges for high resolution stress measurements on semiconductor structures is explained. === Spannungen in Siliziumstrukturen spielen eine entscheidende Rolle für die moderne Halbleitertechnologie. Diese mechanischen Verspannungen müssen gemessen werden und die fortlaufende Miniaturisierung in der Halbleiterindustrie stellt besondere Anforderungen an die benutzte Messmethode. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema, inwieweit Raman Spektroskopie zur Spannungsmessung in Halbleiterstrukturen geeignet ist. Im ersten Kapitel wird der Zusammenhang zwischen Raman Peakverschiebung und mechanischer Spannung erläutert. Es wird gezeigt wie man detaillierte stress maps in strukturierten Halbleiterproben erhält mit einer Auflösung nahe am Diffraktionslimit. Darüber hinaus wird ein neuartiges Verfahren, die sogenannte Stokes-AntiStokes-Differenz Methode vorgestellt mit deren Hilfe man Einflüsse von Topographie, Geräteeffekten und Drift von den zu messenden Spannungszuständen in der Probe unterscheiden kann. Im nächsten Kapitel wird diskutiert, inwiefern der Ansatz von Tip-enhanced Raman Scattering (TERS), also spitzenverstärkter Raman Streuung genutzt werden kann um die laterale Auflösung bei Raman Spannungsmessungen zu erhöhen. Hierzu wird eine Studie präsentiert, die zeigt, welchen Einfluss Metallpartikel auf Erhöhung und Lokalisierung des Ramansignals haben. Eine Methode um Metallpartikel an scannbare Spitzen anzubringen wird erfolgreich angewendet. Erste TERS-Scans werden gezeigt und deren Bedeutung und Herausforderungen bei der hochaufgelösten Messung von Spannungen in Halbleiterstrukturen wird erläutert.