Díky vynikajícím fyzikálním, mechanickým a optoelektronickým vlastnostem filmů nitridu křemíku (SiNx:H) jsou tyto materiály předmětem mnoha studií a analýz. Jsou hojně používány například v automobilovém a leteckém průmyslu, při výrobě lékařských zařízení jako pasivační vrstvy, mezivrstvové izolátory a hradlové dielektrikum v moderních polovodičových procesech. Proto je nutné mít k dispozici spolehlivou metodu analýzy, se kterou je možné sledovat celou řadu parametrů důležitých pro různé vlastnosti výsledného produktu.
FT-IR spektroskopie je rychlá, spolehlivá a přesná metoda analýzy, která umožňuje během jediného měření získat celou řadu informací od chemického složení, koncentrace jednotlivých složek, až po fyzikálně-chemické vlastnosti vzorku, jako je např. vodivost.
Metody měření
Transmise je nejrozšířenější FT-IR vzorkovací technika pro analýzu tenkých vrstev na polovodičových substrátech, zejména pro vrstvy s tloušťkou nad 1000 Å a analýzy, kde jsou vyžadována bezkontaktní měření.
Pro tenčí filmy a analýzy, které vyžadují vyšší citlivost, můžete získat značnou výhodu úhlem ztlumení celkové odrazivosti (GATR) oproti přenosu. Obrázek 1 ukazuje FT-IR spektra filmu nitridu křemíku s použitím transmise a dvou různých ATR příslušenství se spektrometrem Nicolet iS50. Spektra naměřená s příslušenstvím VariGATR™ a WafIR ukazují 4,6 a 40násobné zvýšení intenzity signálu v pásmu 2170 cm-1 (vibrace Si-H). Technika GATR je však do značné míry destruktivní metodou, protože měření vyžaduje těsný kontakt vzorku a germaniového ATR krystalu. Technika WafIR nabízí výrazné zlepšení oproti vzorkování VariGATR tím, že minimalizuje kontakt pouze na dva body na vzorku, ale jeho použití je omezeno na oboustranně leštěné (DSP) křemíkové vzorky.
Výpočet hustot vazeb N-H a Si-H se provádí na základě znalosti plochy a výšky pásu tloušťky filmu, viz obrázek 2. Při přiměřeně symetrickém pásmu je součin absorbance a plné šířky pásma v poloviční výšce (FWHH) dobrou aproximací k oblasti píku. Tloušťka filmu se zpravidla měří pomocí elipsometrie. Pro výpočet koncentrace vodíku je také nutná hustota filmu. Protože hustotu Si a N nelze získat přímo z měření FT-IR, jsou tyto hodnoty často odhadnuty z hustoty vazby Si-N, určené z indexu lomu nebo vypočtené společně s hmotnostní hustotou. Existuje více přístupů k výpočtu, z nichž každý má své výhody a nevýhody, všechny ale dosahují uspokojivé míry přesnosti.
