Por Suja Sukumaran
En la industria de los semiconductores, la medición precisa y eficaz del grosor de las capas epitaxiales (Epi) es primordial. La técnica de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) se utiliza a menudo para medir el grosor de esas capas y ayudar a garantizar la calidad.
La importancia del espesor de las capas epitaxiales
- Department of Labor, Occupational Safety and Health Administration define la epitaxia como “el proceso de crecimiento de películas finas de cristales, en el que el sustrato determina la cristalinidad y la orientación de la capa crecida”. Se utilizan diversas técnicas de crecimiento epitaxial en la producción de pantallas y dispositivos III-IV”, a menudo para la fabricación de circuitos integrados (CI).
El grosor de estas capas es un factor crítico en el proceso de fabricación, ya que afecta al aislamiento de pozos altamente conductores y a los tiempos de grabado. Las capas epi sirven para aislar los elementos conductores de corriente, lo que reduce el ruido del sustrato, la diafonía y el latch-up. Esto es especialmente importante a medida que se reduce el tamaño de las características. Por lo tanto, la determinación rápida y precisa del grosor de la capa epitaxial es vital en la producción de obleas.
Las capas epitaxiales suelen ser capas de alta resistividad, transparentes a la radiación infrarroja. Esto las hace ideales para la observación por infrarrojos.
¿Qué es FTIR?
El infrarrojo transformado de Fourier (FTIR) es un método preferido de espectroscopia infrarroja. Cuando la radiación IR pasa a través de una muestra, parte de la radiación es absorbida por la muestra y otra parte la atraviesa (se transmite). La señal resultante en el detector es un espectro que representa una “huella dactilar” molecular de la muestra. La utilidad de la espectroscopia infrarroja se debe a que diferentes estructuras químicas (moléculas) producen diferentes huellas espectrales.
La espectroscopia FTIR ofrece una amplia gama de oportunidades analíticas en laboratorios académicos, analíticos, de control de calidad y forenses. Profundamente arraigada en todo tipo de aplicaciones, desde la simple identificación de compuestos hasta la supervisión de procesos y normativas, FTIR cubre una amplia gama de aplicaciones químicas, especialmente para polímeros y compuestos orgánicos. Puede obtener más información sobre FTIR en nuestras páginas de la Academia FTIR.
Las funciones de los espectrómetros FTIR en el control de calidad
Los espectrómetros FTIR se utilizan para determinar el grosor de la capa de epi de una forma eficaz y no destructiva, ofreciendo múltiples ventajas. La técnica FTIR mide la reflectancia de un haz de luz incidente después de que incida en la superficie de la oblea, proporcionando una medición precisa del espesor. La técnica FTIR es rápida, reproducible, se presta a la automatización y es independiente del operador.
FTIR es especialmente adecuado para el análisis de silicio y otros componentes electrónicos. Las herramientas de espectroscopia de semiconductores que utilizan FTIR pueden analizar obleas para determinar el contenido de carbono u oxígeno, el grosor del revestimiento epitaxial (como se ha mencionado) y mucho más. Los diseños especiales permiten manipular obleas de producción o discos más pequeños con varios patrones de recogida de datos habilitados. Algunas herramientas para la investigación de semiconductores incluyen la capacidad de analizar obleas de hasta 300 mm de diámetro; varios patrones de análisis; métodos de análisis de C, O y EPI (herramientas cuantitativas).
Tres métodos para medir el espesor de la capa de epi mediante FTIR
Existen tres métodos para medir el grosor de la capa Epi utilizando FTIR:
- Sustracción de interferograma
- Espectroscopia de interferencia de reflexión de ángulo constante (CARIS)
- Cepstrum
La sustracción de interferogramas es el método más sencillo, en el que se observa la distancia entre los interferogramas primario y secundario. Ofrece la medición más rápida debido a los mínimos cálculos realizados sobre la señal. Sin embargo, tiene limitaciones cuando la capa de Epi se vuelve fina, y no corrige el error de fase.
CARIS, por su parte, observa los máximos y mínimos de interferencia en el dominio espectral. Se ha utilizado ampliamente para medir el espesor de fotorresistencias y dieléctricos aplicados a obleas. El método permite generar curvas teóricas y compararlas con los datos reales observados, aunque con algunas limitaciones, como mayores magnitudes de error al disminuir el espesor y dificultades para determinar los extremos en espectros de múltiples capas.
El tercer método, Cepstrum, emplea una segunda transformada de Fourier para obtener datos que se muestran como intensidad frente a espesor. Ofrece varias ventajas, como la corrección de fase tras la recogida de datos, el uso de todo el dominio de datos espectrales, la compensación de la referencia y una mayor sensibilidad para capas enterradas de área fraccional. Es el método recomendado debido a su precisión y exactitud.
Con cualquiera de estos métodos, el éxito de estas mediciones FTIR depende en gran medida de la elección de una referencia adecuada. Un FTIR estable en un entorno bien controlado contribuye a la exactitud y la precisión.
Resumen
FTIR es un método rápido y preciso para medir el grosor de la capa de epi en muchas de las estructuras de CI actuales. A medida que la industria avanza hacia estructuras de capa de Epi más finas para los nuevos diseños de CI, diferentes métodos infrarrojos como los cálculos Cepstrum demuestran ser herramientas inestimables.
Para más detalles sobre los tres métodos de interpretación, la relación entre ellos y las ventajas de cada enfoque, incluyendo esquemas ópticos y observaciones, lea la nota de aplicación Medición FTIR de aplicaciones de espesor de película epitaxial.
Recursos adicionales
- Nota de aplicación: Medición FTIR de aplicaciones de espesor de película epitaxial
- Academia FTIR
- Visión general del espectrómetro y microscopio FTIR
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