硅沉石材料应变效应：基于光声振动子的研究

我们报告了对商业硅沉石（SOI）晶片中 Si/SiO$_{2}$ 界面残余应变及其松弛效应的详细实验和理论研究。SOI 材料由单晶硅覆层（SOL）和绝缘层（埋入 SiO$_{2}$ 层）组成，后者位于手柄硅晶圆上。红外反射率光谱表明，随着 SOL 薄化，埋入 SiO$_{2}$ 层持续松弛。同时，SOL 表面粗糙度以及近 Si/SiO$_2$ 界面处硅中光声振子的线宽（通过微拉曼光谱测得）均增加。在交付晶片中，这源于硅在埋入 SiO$_{2}$ 层两侧略有膨胀，而该层本身受压缩。薄化 SOL 会改变这些初始平衡条件。为获得定量结果，我们使用考虑声子与静态应变波动相互作用的光声振子非均匀位移与 broadening 理论对所有拉曼光谱进行建模。通过 linewidth 随界面距离变化，发现均方应变在晶片体积部分仍通过数 μm 深度持续松弛。我们还表明，SOL 表面粗糙度与 Si/SiO$_2$ 界面处的应变波动相关。