引言随着半导体需求的增加，特别是消费电子产品、汽车以及日益增长的太阳能发电行业中硅器件的使用，硅晶圆的产量预计在未来几年将出现高速增长。硅晶圆的生产目前采用了多种工艺，最常见的两种是Float Zone（FZ）和Czochralski（CZ）工艺。FZ工艺可以生产高纯度硅晶圆，而CZ工艺生产的晶圆相对来说含有更多的元素杂质（特别是碳和氧）。然而，与FZ工艺相比，CZ工艺具有一些重要优势，如更好的热应力特性、制造速度更快、成本更低等。此外，氧杂质的存在有一个好处，可起到吸气剂的作用，可以去除微量金属杂质。因此，在硅晶圆制造行业中，CZ工艺的使用范围广。我们需要测定硅晶圆中的碳和氧杂质水平，避免杂质水平过高，导致电活性缺陷和产品故障/报废。根据全球标准方法，红外光谱提供了快速和简易的测量方法，用于测定这些杂质水平1,2,3,4。
材料和方法测量系统由配备MappIR晶圆支架以及安装有自动化软件的PerkinElmer Spectrum 3™红外光谱仪组成，如图1所示。
该系统能够在透射或反射模式下分析从2英寸到8英寸图。（MappIR）或12英寸（Mapp300）尺寸范围的晶圆。自动化软件可实现在无人值守情况下自动绘制晶圆图谱，根据预先设置或用户定义的图谱绘制安排，采集整个晶圆的光谱。数据采集完成后，根据规定的分析方法进行计算。在透射模式下采集直径为6英寸的硅晶圆光谱，光谱分辨率为4 cm-1，使用32次扫描进行数据采集。Spectrum 3和MappIR使用干燥氮气连续吹扫，以从光谱中去除大气光谱干扰。 500微米厚Float Zone工艺硅晶圆的光谱如图2所示。
1107和513 cm-1处的谱带是由于存在间隙氧，而605 cm-1处的谱带则是由于存在替代碳。这些谱带允许对光谱进行定量分析。具有不同氧浓度范围的晶圆光谱如图5所示。此计算方法允许使用一系列校准标准品做线性回归或使用标准校准因子。以前可从NIST机构获取硅晶圆中的氧标准物质用于校准工作，由于NIST已不销售此系列标样，此方法已不再可行，因此绝大多数分析都直接使用标准校准因子。
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摘要配备MappIR晶圆分析系统的珀金埃尔默Spectrum 3证明能够测量硅晶圆中存在的杂质水平，这是一个对晶圆性能非常重要的参数。可以通过使用软件中的“宏程序”实现自动化数据采集和计算，计算方法可以根据监管实体要求的方法进行定制。还可以执行其他半导体应用，如涂层、电介质以及外延膜的测量。Spectrum 3还可用于半导体行业中的原材料鉴定，并可整合至Spotlight FT-IR显微镜用于缺陷分析。
