3D-Anlayse von Eigenspannungen in einkristallinen Halbleiterwafern mittels Infrarot-Raster-Polariskopie und hochaufgelöster Röntgenbeugung
M. Herms, V.G. Melov, J. Schreiber, IZFP (EADQ), Dresden; M. Fukuzawa, M. Yamada, Institute of Technology, Kyoto (J)
ABSTRACT
Substrate für die Herstellung mikro- und optoelektronischer Baulemente werden derzeit hauptsächlich aus einkristallinem Silizium, GaAs und InP gefertigt. Zahlreiche unterschiedliche thermische Behandlungs- bzw. Bearbeitungsschritte führen zur Ausbildung von Eigenspannungen. Eigenspannungen im Volumenkristall gefährden vor allem den erfolgreichen und verlustfreien Verlauf des Sägeprozesses, also die Waferherstellung selbst. Eigenspannungen im bereits geschnittenen Wafer führen zu Problemen bei der Waferpolitur, beeinflussen aber auch nachhaltig Qualität und Homogenität der anschließend aufgebrachten Schichten und Strukturen, letztendlich also die Zuverlässigkeit und Parametertreue der Bauelemente.
Der quantitative und zerstörungsfreie Nachweis von Eigenspannungen in kristallinen Halbleitermaterialien kann im wesentlichen nur mit optischen oder diffraktometrischen Methoden erfolgen. Die Infrarot-Raster-Polariskopie (SIRP = Scanning Infrared Polariscopy) basiert auf dem Effekt der spannungsinduzierten Doppelbrechung und wurde speziell zum schnellen, prozeßorientierten, lateral hochaufgelösten Eigenspannungs-Mapping von Halbleiterwafern und Epitaxyschichten entwickelt. Die untere Nachweisgrenze auf der Skala der relativen Dehnung e liegt bei etwa 10-7. Da das SIRP nur Differenzen der in der Waferebene liegenden Komponenten des Dehnungstensors liefert, bedarf es des Vergleiches mit einer unabhängigen Methode wie der Hochaufgelösten Röntgendiffraktion (HRXD = High Resolution X-ray Diffraction). Die Auswertung verschiedener aus wenigen Mikrometern unterhalb der Waferoberfläche stammender Bragg-Reflexe liefert zusätzlich ein Tiefenprofil der einzelnen Dehnungs- bzw. Spannungskomponenten.
Der Beitrag stellt Ergebnisse an Si-, GaAs- und InP- Wafern aus unterschiedlichen Temper- und Bearbeitungsprozeduren vor. Die mit einer lateralen Auflösung von etwa 100 µm aufgenommenen SIRP-Mappings werden mit HRXD- Tiefenprofilen von Dehnung bzw. Spannung an ausgewählten Punkten auf den Wafern korreliert. Die Tiefenprofile offenbaren stark erhöhte Spannungswerte in Oberflächennähe, die dann zum Waferinneren deutlich abfallen.
