RAMAN SPEKTROSKOPIE
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F R A U N H O F E R - C enter N anoele k tron i s che T echnolo g i en 1 3 2 1 Raman Stress-Map von STI Struktur 2 Mikroskop Bild von STI Struktur RAMAN SPEKTROSKOPIE 3 Ansicht Raman Mikroskop Durch verbesserte Beugungsgitter und Aufgabenstellung eine hochauflösende CCD-Kamera wird eine hohe spektrale Genauigkeit erzielt. Optische Messmethoden ermöglichen Eine Kombination von Mikroskoptisch und eine umfangreiche, schnelle und vor allem piezogesteuerter AFM-Stage ermöglicht Fraunhofer-Center zerstörungsfreie Charakterisierung von exakte Linien- und Flächenscans. Zusätzlich Nanoelektronische Technologien Bauteilen und Strukturen in der Halblei- kann die Polarisation des Anregungsstrahls terindustrie. Mittels Raman Spektroskopie und des Ramanstrahls variiert werden. Königsbrücker Str. 180 können Kristallschwingungen hinsichtlich Dies ermöglicht zum Beispiel hochpräzise 01099 Dresden ihrer Frequenz, Intensität und Verteilung Verspannungs-Maps in Halbleiterstrukturen. untersucht werden. So ist es möglich an Ansprechpartner unterschiedlichsten Materialien eine Vielzahl an Eigenschaften, wie Verspannungen, Benjamin Uhlig Orientierung, Komposition, Schichtdicken, Telefon +49 351 2607 3064 Kristallstruktur und Temperatur zu bestim- [email protected] men. Technische Daten • Anregungswellenlänge: UV, 488 nm, 532 nm, 633 nm • Scanbereiche: 5 cm x 5 cm (à 0,1 µm) Dr. Lutz Wilde Telefon +49 351 2607 3020 80 µm x 80 µm (à 0,1 nm) Lösungsweg Das InVia Reflex Raman Mikroskop von www.cnt.fraunhofer.de • Zeit pro Spektrum: 0,1 s – 5 s • Laterale Auflösung: ~ l [email protected] (Blauer Laser: ~500 nm) Renishaw ist ideal geeignet für die Unter- • Gitter: 2400/3000 Linien, -1. Ordnung suchung mechanischer, kristallographischer • Spektrale Unterschiede bis 0,02 cm-1 und chemischer Eigenschaften. messbar 21 20 19 18 thickness [nm] 4µm 1 22 Darstellung 1 zeigt eine STI-Teststruktur. Vorteile Anwendungsbeispiel • Zerstörungsfreie Messungen ohne Dünne Titansilizid Schichten mit einer SiO2 gefüllte Gräben zeigen. 2-dimensiona- Titannitrid Deckschicht wurden mittels le Ramanscans wurden jeweils mit 488 nm • Mehrere Wellenlängen für unterschied- Raman Mikroskopie untersucht. Neben der und 633 nm Anregungswellenlänge durch- liche Eindringtiefen und Anregungs- Identifikation unterschiedlicher TiSi2-Phasen geführt. Die aufgenommenen Spektren energien (C49 oder C54) durch charakteristische wurden hinsichtlich der Peakverschiebung • Großer Scanbereich oder hohe Genauig- Raman Peaks können Aussagen über die des Haupt-Siliziumpeaks gefittet. Die Farb- keit durch AFM-Piezo-Steuerung möglich Schichtdicke getroffen werden. Die Inten- skala zeigt den Frequenzunterschied zum • Hohe spektrale Auflösung durch High- sität des Titansilizid Ramansignals und des spannungsfreien Silizium. Es zeigen sich End CCD-Kamera und Gitter Siliziumsubstrat Signals werden durch die kompressiv verspannte Gebiete unter dem • Polarisation von Anregungs- und Raman- Titannitrid und –silizid Schichten exponen- SiO2 (Peakshift zu höheren Wellenzahlen), strahl rotierbar tiell gedämpft. Über ein geeignetes Modell sowie tensil verspannte Gebiete (Peakshift • Gleichzeitige Aufnahme von Raman- unter Berücksichtigung der wellenlängen- zu niedrigeren Wellenzahlen) in der Mitte spektren und AFM-Topographie möglich abhängigen Absorptionskoeffizienten kann der Siliziumpads. Ein Vergleich der Maps die Schichtdicke des Titansilizids sowohl mit unterschiedlichen Wellenlängen zeigt, qualitativ als auch quantitativ ausgewertet dass die kompressiv verspannten Gebiete werden. Bild 2 zeigt die lokale Variation der tiefer liegen während die tensilen Bereiche so berechneten TiSi2 Schichtdicke. näher an der Probenoberfläche lokalisiert Weiße Gebiete im Mikroskopbild entsprechen Silizium während graue Gebiete mit Probenpräparation sind. Darstellung 1: Raman Stress-Map einer STI Struktur, unterschiedliche Anregungswellenlängen 488 nm 633 nm 0,5 0,5 -0,2 -0,2 -1 -1 peak shift peak shift [cm ] [cm-1] -1 1µm 1µm 1 verfügbare Laser 2 Raman Schichtdicken-Map einer TiSi2 Schicht
