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Strain determination in silicon microstructures by combined convergent beam electron diffraction, process, simulation, and micro-Raman spectroscopy (Articolo in rivista)

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Senez V. 1, Armigliato A. 2, De Wolf I. 3, Carnevale G. 4, Balboni R. 2, Frabboni S. 5, and Benedetti A. 6 (2003)
Strain determination in silicon microstructures by combined convergent beam electron diffraction, process, simulation, and micro-Raman spectroscopy
in Journal of applied physics; AMER INST PHYSICS, MELVILLE, NY (Stati Uniti d'America)
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Senez V. 1, Armigliato A. 2, De Wolf I. 3, Carnevale G. 4, Balboni R. 2, Frabboni S. 5, and Benedetti A. 6 (literal)

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L'attività di ricerca descritta s'inquadra negli obiettivi del progetto europeo STREAM (IST-1999-10341, FP5), concluso nel 2002 e che è stato coordinato dalla Sezione di Bologna dell'IMM. Per la prima volta le tecniche CBED, micro-Raman e TCAD sono state congiuntamente impiegate per l'analisi delle deformazioni in strutture ultrascalate, fabbricate da STMicroelectronics secondo i processi della tecnologia CMOS per memorie non volatili. Tutte e tre sono state sviluppate dal punto di vista metodologico, consentendo ai partner coinvolti di consolidare la propria posizione di eccellenza a livello internazionale, con effetti positivi anche a livello commerciale. (literal)

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Questo articolo riporta i risultati piu' significativi dell'applicazione sinergica di 3 metodologie d'indagine delle deformazioni nelle regioni attive di strutture d'isolamento per memorie non volatili al silicio da 0.15 micron: a)la diffrazione elettronica a fascio convergente (CBED), b)la microspettrometria di Raman (m-RS) e c) la simulazione al calcolatore dei processi tecnologici (TCAD). Le due tecniche sperimentali si sono dimostrate complementari; tuttavia è chiaramente emersa la superiorità della tecnica CBED del TEM (sviluppata presso l'IMM, Sez. di Bologna) per l'analisi delle strutture di dimensioni più ridotte (0.22 micron), grazie alla sua risoluzione spaziale nanometrica. In particolare, sulla base dei dati CBED sperimentali di strain si è trovato che per queste strutture è necessario assumere per il silicio un modello di rilassamento elastoplastico. (literal)

Note

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1. IEMN-ISEN, Lille (ora LIMMS/CNRS-IIS, Univ. di Tokyo) 2. IMM-CNR Sezione di Bologna 3.IMEC Leuven (Belgio) 4. STMicroelectronics (Agrate, Milano) 5. Università di Modena-Reggio Emilia e INFM-S3 6. Università di Sheffield (UK) (ora IMEC Leuven). (literal)

Titolo

Strain determination in silicon microstructures by combined convergent beam electron diffraction, process, simulation, and micro-Raman spectroscopy (literal)

Abstract

Test structures consisting of shallow trench isolation (STI) structures are fabricated using advanced silicon (Si) technology. Different process parameters and geometrical features are implemented to investigate the residual mechanical stress in the structures. A technology computer aided design homemade tool, IMPACT, is upgraded and optimized to yield strain fields in deep submicron complementary metaloxidesemiconductor devices. Residual strain in the silicon substrate is measured with micro-Raman spectroscopy (m-RS) and/or convergent beam electron diffraction (CBED) for large (25 micron) and medium size (2 micron), while only CBED is used for deep submicron STI (0.22 micron). We propose a methodology combining CBED and technology computer aided design (TCAD) with m-RS to assess the accuracy of the CBED measurements and TCAD calculations on the widest structures. The method is extended to measure (by CBED) and calculate (by TCAD) the strain tensor in the smallest structures, out of the reach of the m-RS technique. The capability of determining, by both measurement and calculation, the strain field distribution in the active regions of deep submicron devices is demonstrated. In particular, it is found that for these structures an elastoplastic model for Si relaxation must be assumed. (literal)

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