ラマン散乱分光による応力/ひずみ分布評価Evaluation of Both Stress and Strain Distributions by Raman Mapping

各種デバイスにおける残留応力は、「剥がれ」や「割れ」などのトラブルを引き起こす要因になります。ラマン散乱分光では、μmオーダの空間分解能で応力分布を得ることが可能です。

応力・ひずみの主な評価方法と特徴

手法 対象 ひずみ 空間分解能 応力の検出感度1)
(Siの場合)
X線回折 結晶 格子面間隔の変化
電子線回折 結晶 格子面間隔の変化
ラマン散乱分光 ラマン活性材料 ラマンシフト

1) ラマン散乱分光による応力の検出下限は数MPa(Siの場合)

各種評価手法の比較
各種評価手法の比較

ラマン散乱分光による応力/ひずみ評価原理

物質に応力が加わると原子間の距離が変化するため、結合力が変化します。このとき、格子振動の周波数が変化し、それに応じてラマン線がシフトします。
一般的に圧縮応力が加わると、ラマン線は高波数側にシフトし、引張応力が加わると低波数側へシフトします。

Si結晶のラマン線
Si結晶のラマン線(無応力時520cm-1)

事例 Si基板の応力分布

4点曲げの治具を用いてSi基板に応力を加え、ラマン線のシフト量から応力分布を評価しました。

Si基板の応力分布
Si基板の応力分布 (各試料の応力分布)

基板下側で圧縮応力、上側で引張応力の分布が確認されました。

事例 TSVの応力評価

TSV(Through Silicon Via)についてSiの応力を評価しました。
Cuビアの近傍は引っ張り応力が発生していることが分かります。

TSVの応力評価・光学顕微鏡像
光学顕微鏡像
TSVの応力評価・ラマンマッピング像
ラマンマッピング像

事例 電子デバイス中Si層の結晶欠陥評価

結晶欠陥部の周辺には、局所的な応力やひずみが生じています。
半導体デバイス中のトレンチ構造近傍Si層について、ラマン線のシフト量から応力分布を評価しました。

電子デバイス中Si層の結晶欠陥評価

同箇所をエッチング処理後にSEM観察した結果、結晶欠陥箇所には約100MPaの圧縮応力が加わっていることが分かりました。
ラマン散乱分光では、非破壊でこのような評価が可能です。

[ 更新日:2022/03/30 ]

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