在半导体制造过程中,诸如退火、切割、光刻等工序会在材料中引入应力。这些应力可分为张应力和压应力,分别对应拉伸和压缩作用。适当的应力有助于提升器件性能,例如在硅晶体中引入张应变可提高电子迁移率,从而增强器件速度。然而,过度或不均匀的应力可能导致材料缺陷、晶圆翘曲,甚至影响器件的可靠性和寿命。
SR900半导体晶圆应力&载流子浓度测试系统作为一种非破坏性检测技术,能够高灵敏度地检测材料中的应力状态和载流子浓度。
拉曼激发和 |
激发波长 |
532 nm |
激光功率 |
50mW |
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自动对焦 |
在全扫描范田自动餐焦和实时表面跟踪 |
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显微镜 |
用于样品定位和成像 |
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拉曼频移范围 |
80-9000cm⁴ |
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样品移动和 |
平移台 |
扫描范围大于300×300mm² . |
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样品台 |
8寸吸气台(12叶可定制) |
光谱仪和探测器 |
光谱仪 |
焦长320mm单色仅,接面阵探测器。 |
软件 |
控制软件 |
可选择区域或指定点位自动进行逐点光谱采集 |
Mapping数据分析 |
可对光谱峰位、峰高和半高宽等进行拟合。 |
针对光谱Mapping数据的处理,一次性操作,可对整个图像数据中的每一条光谱按照设定进行批处理,获得对应的谱峰、寿命、成分等信息,并以伪彩色或3D图进行显示。
数据处理软件界面:
3D显示:
. 基础处理功能:去本底、曲线平滑、去杂线、去除接谱台阶、光谱单位转化
. 进阶功能:光谱归一化、选区获取积分、最大、最小、最大/最小值位置等
. 谱峰拟合:采用多种峰形(高斯、洛伦兹、高斯洛伦兹等)对光谱进行多峰拟合,获取峰强、峰宽、峰位、背景等信息。
. 高级功能:荧光寿命拟合,自主开发的一套时间相关单光子计数(TCSPC)荧光寿命的拟合算法,主要特色:1、从上升沿拟合光谱响应函数(IRF),无需实验获取。2、区别于简单的指数拟合,通过光谱响应函数卷积算法获得每个组分的荧光寿命,光子数比例,计算评价函数和残差,可扣除积分和响应系统时间不确定度的影响,获得更加稳定可靠的寿命数值。3、最多包含4个时间组分进行拟合。
单晶硅和多晶硅的应力检测
单晶硅和多晶硅在拉曼光谱中的特征峰位于约520 cm⁻¹处,对应于硅的晶格振动模式。当材料内部存在应力时,晶格常数发生变化,导致拉曼谱峰发生位移:
张应力(拉应力):使晶格常数增大,拉曼谱峰向低波数方向移动。
压应力:使晶格常数减小,拉曼谱峰向高波数方向移动。
通过测量拉曼谱峰的位移量,可以定量评估材料中的应力大小。例如,在多晶硅薄膜中,拉曼谱峰的频移与残余应力之间存在线性关系,可用于计算应力值。
拉曼光谱与应变硅材料
拉曼光谱可用于表征应变硅材料的应力状态。应变的存在会导致拉曼谱峰发生位移,且位移方向和幅度与应变类型和大小相关。通过分析拉曼谱峰的变化,可以评估应变硅材料中的应力分布和应变程度,为器件设计和工艺优化提供参考。
在多种半导体检测中的拓展应用
拉曼光谱作为一种非破坏性、高灵敏度的分析技术,已在半导体领域得到广泛应用,除应力检测外,还包括以下方面:
纯度检测:拉曼光谱可用于评估半导体材料的纯度,检测杂质和污染物的存在,从而确保材料质量。
合金成分分析:在III-V族半导体合金中,拉曼光谱可用于确定组分比例,分析材料的化学组成。
结晶度评估:通过分析拉曼谱峰的形状和宽度,可以评估材料的结晶度,判断其晶体质量。
缺陷检测:拉曼光谱对晶格缺陷敏感,可用于检测材料中的缺陷和位错,评估其对器件性能的影响。