Micro-raman investigation of mechanical stress in Si device structures and phonons in SiGe

This thesis consists of two parts. The first part presents an investigation of mechanical stress in silicon device structures processed with variations of the shallow trench isolation (STI) process. The measurements were performed with high spatial resolution using micro-Raman spectroscopy with ultra-violet (364 nm) laser light to excite the Raman scattering. This thesis describes in detail the advantages of UV over visible light excitation. The influence of different process parameters on the amount of mechanical stress introduced into the silicon substrate is presented. A correlation of mechanical stress levels with defect generation and degrading electrical properties is shown. The second part of this thesis presents an investigation of phonons in SiGe bulk crystals. These measurements were performed using Raman spectroscopy to clarify the assignments of various vibrational modes and explain the shift of the Ge phonon as small amounts of Si are added into a pure Ge crystal. In addition, the silicon local vibrational modes (LVM) of all three silicon isotopes are shown, thus verifying the assignment of this mode experimentally.Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil zeigt eine Untersuchung mechanischer Verspannungen in Silizium Bauelementestrukturen, die mit Variationen des "shallow trench isolation" (STI) Prozesses hergestellt wurden. Die Messungen wurden mit hoher Ortsauflösung mittels Mikro-Raman Spektroskopie durchgeführt. Zur Anregung wurde ultraviolettes (364 nm) Laserlicht verwendet. Die Arbeit beschreibt detailiert die Vorteile von UV gegenüber sichtbarem Licht und diskutiert den Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die mechanische Verspannung im Si Substrat. Eine Korrelation zwischen mechanischer Verspannung und Defektbildung sowie degradierender elektrischer Eigenschaften wird gezeigt. Der zweite Teil dieser Arbeit präsentiert die Untersuchung der Phononen in SiGe Volumenkristallen. Die Messungen mittels Raman Spektroskopie leisten einen Beitrag zur Klärung widersprüchlicher Moden-Zuordnungen. Das Verhalten des Ge-Phonons unter Beimischung von Si in einen reinen Ge-Kristall wird gezeigt. Die Zuordnung der lokalisierten Si-Schwingungsmode (Si LVM) konnte experimentell durch die Beobachtung der Schwingungen aller drei Si Isotope bestätigt werden