傅里叶变换红外光谱(FTIR)在模态层BPSG膜监测中的作用。
先进器件制造的趋势要求结合光刻-蚀刻多图版序列和自对准多图版，以形成器件在亚波长尺寸上的最佳特征。
随着EUV光刻技术(13.5 nm)发展到更大的数值孔径和新的薄电阻，必须开发新的多图版序列，具有相互兼容的电阻和近端层，以避免抗蚀剂毒害，鼓励粘附，并使消耗的材料易于去除而不损害类似的材料。通过蚀刻来形成器件结构的后续图案转移需要相互蚀刻的抗蚀剂、掩膜和间隔材料，其中每一种都可以通过蚀刻工艺选择性地去除，而不影响其他材料。
材料对不同蚀刻化学物质的耐蚀性或敏感性最终取决于它们的蚀刻性能。材料蚀刻速率是由在特定时间间隔内暴露于特定湿或干蚀刻剂之前和之后所做的厚度测量的差异来定义的。选择性是一种蚀刻剂中不同材料蚀刻率比率的相对比较，例如，与它所保护的底层材料相比，图形硬掩模必须具有低选择性。
除了厚度测量外，确定材料的区别化学和物理性质可以作为蚀刻速率的指纹和预测器。傅里叶变换红外光谱(FTIR)通过将键合和成分数据添加到材料蚀刻选择性的定义特征中，为工艺提供了进一步的视角。
湿式和干式蚀刻都用于先进器件制造中的关键工艺。例如，3D NAND采用193浸没式光刻硬掩模，用于位线通道和隔离缝的干湿蚀刻。高展径比反应离子蚀刻(HAR RIE)，通过近10微米的PECVD氮化硅(SiN)和氧化硅(SiO)交替层，是业界最具挑战性的工艺之一，通道高度:直径比接近100:1。制造商依靠多晶硅或非晶态碳硬掩模在长时间的蚀刻过程中选择性地保护底层，同时在快速蚀刻气体切换期间均匀地将cd转移到相互蚀刻选择性的SiN和SiO层。湿法蚀刻随后用于选择性地去除数百个交错的SiN层，同时保留周围的SiO层。PECVD的SiO和SiN化学计量和氢含量与材料对不同蚀刻剂的湿蚀和干蚀选择性直接相关。FTIR测量材料的键振动峰，如硅-氮，硅-氧和氮-氢吸收，可以确定材料的化学计量学和加工引起的变化。
采用干湿复合蚀刻技术制备DRAM杯状存储电容器。设备制造商转向先进的工艺节点，从PETEOS过渡到LPCVD氧化硅。在这一过程中，FTIR是用于监测结晶器层中硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)薄膜中的硼、磷、氧化硅和氢的关键材料计量步骤。据称，在初始HAR RIE后，薄膜的硼和磷浓度会影响湿蚀刻对模具轮廓控制的选择性。最新的节点流程使用氧化模下部沉积的BPSG和上部沉积的TEOS。不同的模子氧化物可以用来调整打开HAR剖面的蚀刻选择性。
图1:DRAM存储节点的形成。
BPSG被用作复杂DRAM存储节点杯状结构的模态氧化物。BPSG层沉积在存储节点接入晶体管触点之上，随后通过干法和湿法蚀刻组合蚀刻形成孔洞。然后在孔壁上沉积TiN以形成底部电极，并通过湿法蚀刻去除BPSG层，留下TiN管作为电容器介电原子层沉积的基底。决定器件质量的关键特征之一是底部电极沉积前BPSG中蚀刻孔的侧壁角度。侧壁倾斜将导致整个结构倾斜，影响设备的缺陷和性能。侧壁角的临界控制是通过湿刻蚀步骤来实现的。
图2:DRAM存储节点形成:侧壁角度控制。
氧化模蚀刻孔的均匀性是控制侧壁角的关键参数。由于蚀刻速率随磷浓度的增加而增加，但随硼浓度的增加而降低，因此对掺杂剂的良好控制是控制存储节点孔的蚀刻轮廓从而提高器件收率的关键。
图3 FTIR测量原理．
在使用BPSG作为模具氧化物时，测量硼和磷的浓度可以直接在产品晶圆上进行。这抑制了使用监测晶片来控制掺杂剂浓度的需要，从而节省了生产的沉积反应器时间。与使用监测晶圆相比，直接测量产品晶圆也可以更准确地控制沉积，因此，产品晶圆上的腐蚀速率，因为监测晶圆上测量的掺杂剂浓度可能与产品层上的实际浓度有很大差异。
图4:FTIR系统上的硼和磷浓度测量使反馈回路能够调整沉积参数，前馈回路可以控制蚀刻参数。
由于BPSG层中硼和磷浓度的测量是在模具沉积后立即进行的，因此可以在蚀刻加工之前直接预测层的蚀刻速率。这使得FTIR测量可以在反馈回路中用于反应器中沉积参数的运行到运行控制，也可以作为前馈回路，根据硼和磷掺杂剂浓度的具体结果调整干蚀刻步骤和湿蚀刻步骤的临界条件。
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