FTIR建模如何提供基于材料键合类型的组成过程控制指标。
在领先的大批量制造(HVM)工艺流程中，材料支持的缩放增加了成分计量的内联应用。
前一个博客讨论了傅里叶变换红外光谱(FTIR)如何用于内联成分测量。这些测量为选择性蚀刻3D NAND字线和DRAM电容器轮廓的晶圆级处理提供了先进的工艺控制。
FTIR测量技术在HVM方面有进一步的应用，包括入射衬底质量保证，线路中间的硬掩模选择性认证，以及在线路后端层间介电介质(ILD)沉积期间验证低k孔隙体演化。这些例子说明了FTIR建模如何提供基于材料键合类型的组成过程控制指标。
介电和半导体材料的红外活性键产生独特的吸收特征。对这些特征进行分析，以确定材料的组成元素的浓度和关联。FTIR光学建模引擎使用被测材料结构及其光学相互作用的物理模型。
薄膜层由厚度和分散来描述。色散可以是固定的、表格化的函数，也可以由一组具有定制线形状的振荡器构建。这些线形描述了特定的键，如NH胺，或键多型，如碳的sp1, sp2和sp3.．
完成的模型描述了测量结构的参数输入，用于计算反射率和透射率作为波数的函数。为了从实验FTIR数据中提取信息，对光学模型的参数进行浮动，同时寻找与数据的最佳拟合。必须仔细选择浮动参数，以最大限度地提高对感兴趣的过程变化的敏感性，并避免过度拟合。
FTIR光学建模引擎为所有浮动参数生成一组最优值。这允许在不同粒度级别上解释结果。在最详细的水平上，当一个特定的键的贡献是感兴趣的时候，复吸收峰的反褶积到组分振荡器的贡献是有用的。在其他情况下，一组相邻振子的组合吸光度可以报告为一个集成的群响应。
间质氧(Oi)转化为SiO2热退火过程中的析出物。Oi作为内部吸气剂，在低浓度下，增强底物。然而，在较高的浓度下，Oi会引起衬底的滑移和翘曲。因此，过程控制至关重要。
由于间质氧的吸光度带与衬底的硅声子带重叠，消除重叠带的默认方法是对间质氧进行精确测量。这是通过在超纯浮区参考样品(FZ)上进行微分测量来完成的。
然而，使用FTIR光学建模引擎，可以直接测量Oi浓度。利用振子模拟Oi吸光度的振幅可以提取底物的Oi浓度。该方法具有良好的重复性，标准偏差(1σ) <5ppb。
图1:(a)硅裸硅衬底的吸光度(红色)和来自建模的拟合光谱(蓝色)。箭头表示[Oi]吸光度峰值的位置。(b)标准方法得到的[Oi]浓度与建模得到的归一化振荡器振幅之间的相关性。
氢化无定形碳(aC:H)由碳氢化合物前驱体沉积形成可灰硬掩模，结合和密度由PECVD工艺控制。硬掩模必须在长时间的介质腐蚀中抵抗图案退化，但也很容易通过氧气剥离或CMP去除。这种性能范围取决于网络碳-碳键，与石墨和金刚石键类型相关的碳氢化合物的成键分数。
使用建模方法，可以使用FTIR系统对吸收光谱上3,200nm-3,600nm范围内C-Hx键的吸收峰进行反褶积。峰值的振幅从sp2CH2和sp3.CH2键可以从反褶积中提取出来。这使得sp的特征化成为可能2/ sp3.反褶积的比率。
图2:(a)薄无定形碳层上CHx峰的反褶积。(b)在300mm自动单元FTIR系统上获得的sp3/sp2比值映射。
低钾ILDs的基本工艺是将具有机械完整性和模量的骨干材料与不稳定的有机孔隙剂共沉积。当通过紫外线热处理(UVTP)去除孔隙剂时，会产生纳米级的空隙。
UVTP强烈影响层中的CHx键。因此，能够对这些峰值进行反褶积，可以进行高级振动光谱研究和监测层中K的固化程度和变化。FTIR建模引擎为HVM晶圆厂的自动化测量提供了这种能力。
图3:(a)薄SiOC低k层上CHx峰的反褶积。(b)不同后处理样品的反褶积示例。CHx键的变化可以通过建模方法得到。
如图所示，FTIR建模在表征HVM半导体材料结构中的红外活性键时显示出优势。基于第一性原理构建了FTIR光学建模引擎，为建模提供了灵活的环境。该发动机在氢化非晶碳和低钾层间介质中提供了关键的吸收峰反卷积;它还提供了硅衬底间质氧的直接测量。高级建模对于解释内联HVM应用测量设备时的FTIR数据至关重要。
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