Mechanical Stress Evaluation of Si Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor Structure Using Polarized Ultraviolet Raman Spectroscopy Measurements and Calibrated Technology-Computer-Aided-Design Simulations

Abstract

The mechanical stresses in Si metal–oxide–semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) were evaluated by polarized UV Raman spectroscopy measurements and stress simulations. To calibrate stress parameters of the materials used in the Si MOSFETs, we compared measured and simulated Raman frequency shifts on the cleaved Si(110) surfaces of the MOSFETs. Consequently, we extracted intrinsic stress values of -400 MPa for a SiO2, -200 MPa for polycrystalline Si (poly-Si), 700 MPa for Ni silicide, 1250 MPa for a SiN tensile stress liner, and -3500 MPa for a SiN compressive stress liner by finding good agreement between the measured and simulated Raman shift distributions. To verify our stress simulation, we investigated the source/drain width dependences of Raman frequency shifts near the channel regions of Si MOSFETs by top-view Raman measurements. The calculated Raman frequency shifts agreed well with the results of polarized Raman measurements in terms of not only relative tendencies but also absolute Raman shift values.

Metrology of Warpage in Silicon Wafers Using X-ray Diffraction Mapping

“…Thermal stress and wafer warpage commonly occur in the packaged chip during thermal processing steps due to the CTE mismatch of these materials [17]. Other factors, like wire bonding to the wafer itself [18], thinning of the wafer below 50 μm, can also contribute to stress-induced warpage and material deformation [19]. The process-induced stresses may be substantial enough to cause cracking or interfacial delamination in the package, potentially degrading the performance and reliability of the packaged chip, leading to device failure.…”

Использование Планарных Пермаллоевых Микрочастиц Для Детектирования Механических Напряжений

“…Данное разрешение гораздо выше, чем разрешающая способность существующих тензодатчиков, разрешение которых также сопоставимо с их размерами от 1 mm и выше. Разрешением, сопоставимым с детектированием напряжений при помощи ферромагнитных микрочастиц, обладает спектроскопия комбинационного рассеяния света (рамановская спектроскопия) и одна из ее разновидностей -ближнеполевая рамановская спектроскопия [9][10][11]. Ближнеполевая спектроскопия позволяет добиться более высокого разрешения по сравнению с ферромагнитными микрочастицами, однако с ее помощью нельзя исследовать металлические поверхности.…”

“…Ближнеполевая спектроскопия позволяет добиться более высокого разрешения по сравнению с ферромагнитными микрочастицами, однако с ее помощью нельзя исследовать металлические поверхности. Ее обычно используют для проведения исследований на кремниевых структурах [9,10] или многослойных структурах, созданных на их основе [11]. У планарных частиц тоже есть ограничения по исследуемым поверхностям: поверхность должна быть ровной и не взаимодействовать с магнитной структурой частиц.…”