Silizium und Halbleiter
Raman-Bildgebung und Mikroskopie in Halbleiteranwendungen
Dehnungs- und Spannungsbewertung von Silizium
In Halbleiteranwendungen wird Silizium gewählt, weil es eine präzise Kontrolle der elektrischen Eigenschaften ermöglicht, gut mit Isolatoren wie Siliziumdioxid zusammenarbeitet und eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweist. Es ist jedoch entscheidend, die Spannung und Dehnung in Silizium zu bestimmen, um die Zuverlässigkeit und Leistung des Geräts zu gewährleisten. In diesem Anwendungsbeispiel wurde die Raman-Spektroskopie verwendet, um Dehnungen und Spannungen in Siliziummaterialien zu bewerten.
Die Raman-Bildgebung zeigt die Spannungsverteilung in Siliziumkristallen und bietet Einblicke in Defekte und Dehnungen. Wenn Druck auf Silizium ausgeübt wird, verformt sich seine Struktur und verändert die Frequenz des Raman-Streulichts. Diese Methode misst Dehnung und Spannung, indem sie diese Frequenzverschiebungen analysiert. Druckspannung erhöht die Frequenzverschiebung, während Zugspannung sie verringert. Die Raman-Spektroskopie misst diese Verschiebungen genau und bestimmt die Dehnung und Spannung des Materials.
Die Abbildung (A) zeigt eine Raman-Peak-Verschiebung, die die Spannungsverteilung auf einem Siliziumsubstrat durch eine Farbskala darstellt. Es zeigt die Variation der Silizium-Peakposition, die einen dünnen Film auf dem Substrat umgibt, der innerhalb einer bestimmten Ebene analysiert wird. Die Abbildungen B und C zeigen die Verschiebung des Si-Peaks entlang der Punktlinie. RAMANtouch kann die Peakposition genauer als 0,1cm-1 bestimmen.
Raman-Beobachtung von Korngrenzen in Dünnschichtsilizium
Kristalline Silizium-Dünnschichten werden durch Glühen von amorphem Silizium gebildet, oft mit einer Methode namens gepulste RTA, die die Kristallisation im gesamten Film fördert. Dies verbessert die elektrischen und optischen Eigenschaften, die für Solarzellen, Displays und Sensoren entscheidend sind. Eine vollständige Kristallisation ist entscheidend für die Verbesserung der elektrischen und optischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Verringerung der Defektdichte.
Der RAMANtouch wurde verwendet, um die Verteilung von kristallinem und amorphem Silizium vor und nach dem Glühen zu bestimmen sowie die Verteilung der Korngrenzen in der Dünnschicht nach dem Glühen zu analysieren. Zusätzlich wurde eine hochpräzise Peak-Shift-Analyse durchgeführt, um den Kristallisationsgrad zu beurteilen, um ein umfassendes Verständnis des Kristallisationsprozesses und seiner Auswirkungen auf die elektrischen und optischen Eigenschaften der Dünnschicht zu erhalten.
Abbildung (A) zeigt die Verteilung von kristallinem Silizium und amorphem Silizium in der optischen Mikroskopie und Raman-Bildgebung vor dem Glühen. Abbildung (B) zeigt die Verteilung der Korngrenzen in Dünnschichtsilizium nach dem Glühen. Während der dünne Film unter optischer Mikroskopie gleichmäßig kristallisiert zu sein scheint, zeigt die Verwendung der Peak-Shift-Analyse zur Visualisierung der Verschiebung der Silizium-Raman-Peakpositionen, dass der Kristallisationsprozess noch nicht abgeschlossen ist. Der RAMANtouch bietet eine hochpräzise Peak-Shift-Analyse von mehr als 0,1 cm-1 und ermöglicht so diese Analyse.