引言 隨著半導體需求的增加,，特別是消費電 子產(chǎn)品,、汽車以及日益增長的太陽能發(fā) 電行業(yè)中硅器件的使用，硅晶圓的產(chǎn)量 預計在未來幾年將出現(xiàn)高速增長,。 硅晶圓的生產(chǎn)目前采用了多種工藝,，最常見的兩種是 Float Zone（FZ）和 Czochralski （CZ）工藝。FZ 工藝可以生產(chǎn)高純度硅晶圓,，而 CZ 工藝生產(chǎn)的晶圓相對來說含有更多 的元素雜質(zhì)（特別是碳和氧）,。然而，與 FZ 工藝相比,，CZ 工藝具有一些重要優(yōu)勢,，如更 好的熱應力特性、制造速度更快,、成本更低等,。此外，氧雜質(zhì)的存在有一個好處,，可起 到吸氣劑的作用，可以去除微量金屬雜質(zhì),。因此,，在硅晶圓制造行業(yè)中，CZ 工藝的使用 范圍廣,。 我們需要測定硅晶圓中的碳和氧雜質(zhì)水平,，避免雜質(zhì)水平過高，導致電活性缺陷和產(chǎn)品 故障/報廢,。根據(jù)全球標準方法,，紅外光譜提供了快速和簡易的測量方法，用于測定這些 雜質(zhì)水平 1,2,3,4,。
材料和方法 測量系統(tǒng)由配備 MappIR 晶圓支架以及安裝有自動化 軟件的 PerkinElmer Spectrum 3™ FT-IR 紅外光譜儀組成,， 如圖 1 所示。
該系統(tǒng)能夠在透射或反射模式下分析從 2 英寸到 8 英寸 （MappIR）或 12 英寸（Mapp300）尺寸范圍的晶圓,。 自動化軟件可實現(xiàn)在無人值守情況下自動繪制晶圓圖 譜,，根據(jù)預先設置或用戶定義的圖譜繪制安排,，采集整 個晶圓的光譜。數(shù)據(jù)采集完成后,，根據(jù)規(guī)定的分析方法 進行計算,。 在透射模式下采集直徑為 6 英寸的硅晶圓光譜，光譜分 辨率為 4 cm-1,，使用 32 次掃描進行數(shù)據(jù)采集,。Spectrum 3 和 MappIR 使用干燥氮氣連續(xù)吹掃，以從光譜中去除 大氣光譜干擾,。 500 微米厚 Float Zone 工藝硅晶圓的光譜如圖 2 所示,。
紅外光譜顯示在 1500 cm-1 以下存在多個硅晶格振動的 吸收帶。圖 3 顯示了相同的 FZ 晶圓和 CZ 晶圓在 1500 cm-1 以下光譜范圍放大的疊加光譜圖,。
從光譜可以看出,，兩個晶圓的光譜之間存在差異，特別是 CZ 光譜中 1100cm-1 附近的吸收峰,。為了更清楚地查看光譜差異 并對光譜進行計算,，標準方法規(guī)定從待分析的 CZ 工藝樣品中 扣減高純度 FZ 參考晶圓的光譜。這將生成如圖 4 所示的光譜 圖,。
1107 和 513 cm-1 處的譜帶是由于存在間隙氧,，而 605 cm-1 處 的譜帶則是由于存在替代碳。這些譜帶允許對光譜進行定量分 析,。具有不同氧濃度范圍的晶圓光譜如圖 5 所示,。 此計算方法允許使用一系列校準標準品做線性回歸或使用標 準校準因子。以前可從 NIST 機構(gòu)獲取硅晶圓中的氧標準物質(zhì) 用于校準工作,，由于 NIST 已不銷售此系列標樣,，此方法已不 再可行，因此絕大多數(shù)分析都直接使用標準校準因子,。
可以清楚地看到,，在不同測量中，氧的峰具有不同強度,。計 算每個點的氧和碳濃度,，如表 2 所示。
結(jié)果顯示,，氧在整個晶圓上存在顯著變化,，而碳的測量結(jié)果 更加一致。理想的晶圓應當在整個晶圓上具有一致的測量結(jié) 果,，以避免在晶圓被切割成較小的單片時出現(xiàn)不一致,。
摘要 配備 MappIR 晶圓分析系統(tǒng)的珀金埃爾默 Spectrum 3 證明 能夠測量硅晶圓中存在的雜質(zhì)水平，這是一個對晶圓性能非 常重要的參數(shù),?？梢酝ㄟ^使用軟件中的“宏程序"實現(xiàn)自動 化數(shù)據(jù)采集和計算,，計算方法可以根據(jù)監(jiān)管實體要求的方法 進行定制。還可以執(zhí)行其他半導體應用,，如涂層,、電介質(zhì)以 及外延膜的測量。 Spectrum 3 還可用于半導體行業(yè)中的原材料鑒定,，并可整合 至 Spotlight FT-IR 顯微鏡用于缺陷分析
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