数据处理方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种数据处理方法。

背景技术

每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此利用红外吸收光谱可以对物质分子进行分析和鉴定，如得到物质中分子的成键信息。具体地，将一束不同波长的红外光线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外光线被吸收，形成该分子的红外吸收光谱。实际应用中，可以利用红外透射采样的方式以及红外多次衰减全反射采样的方式测量待采样薄膜的红外吸收光谱。

相关技术中，红外透射采样的方式较成熟，利用该采样方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱后，可以根据第一计量公式得到待采样薄膜中第一化学键的含量。然而，红外多次衰减全反射采样作为一种较新的采样方式，暂没有对应的计量公式可以计算待采样薄膜中第一化学键的含量。

发明内容

为解决相关技术问题，本发明实施例提供一种数据处理方法，能够在采用多次衰减全反射采样方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，计算待采样薄膜中第一化学键的含量。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种数据处理方法，包括：

利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述薄膜样本中第一化学键对应的第一数据集；其中，基于所述第一数据集中的数据，利用第一计量公式，能够得到薄膜样本中所述第一化学键的含量；

利用采用红外多次衰减全反射方式进行采样的第二测试方法测量所述多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第二数据集；

确定所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据的关联度；

基于所述关联度和所述第一计量公式，得到第二计量公式；其中，基于所述第二数据集中的数据，并结合所述第二计量公式，能够得到所述薄膜样本中所述第一化学键的含量。

上述方案中，确定所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据的关联关系，包括：

对所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据进行线性拟合，得到拟合系数；

所述基于所述关联关系和所述第一计量公式，得到第二计量公式，包括：

基于所述拟合系数和所述第一计量公式，得到所述第二计量公式。

上述方案中，所述基于所述拟合系数和所述第一计量公式，得到所述第二计量公式，包括：

将所述拟合系数与所述第一计量公式作积，得到所述第二计量公式。

上述方案中，所述方法还包括：

利用第二测试方法测量第一薄膜的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第三数据；所述第一薄膜与所述薄膜样本的材料相同；

基于所述第三数据，利用所述第二计量公式，得到所述第一薄膜中所述第一化学键的含量。

上述方案中，所述方法还包括：

确定所述第一薄膜中包含第一元素的多个化学键；

基于所述多个化学键中每一个化学键的含量对应的第二计量公式，得到所述多个化学键中每一个化学键的含量；

根据所述每一个化学键的含量，确定所述第一元素的含量。

上述方案中，所述方法还包括：

分别确定所述多个化学键中每一个化学键的含量对应的第二计量公式。

上述方案中，所述利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述薄膜样本中第一化学键对应的第一数据集；包括：

利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到多个薄膜样本对应的多个红外吸收光谱；

对于多个红外吸收光谱中的每个红外吸收光谱，利用所述第一化学键对应的特征吸收频率进行查找，得到相应红外吸收光谱中第一化学键对应的第一数据；其中，

多个红外吸收光谱中的第一化学键对应的多个第一数据形成了所述第一数据集。

本发明实施例提供的数据处理方法，通过利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述薄膜样本中第一化学键对应的第一数据集；其中，基于所述第一数据集中的数据，利用第一计量公式，能够得到薄膜样本中所述第一化学键的含量；利用采用红外多次衰减全反射方式进行采样的第二测试方法测量所述多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第二数据集；确定所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据的关联度；基于所述关联度和所述第一计量公式，得到第二计量公式；其中，基于所述第二数据集中的数据，并结合所述第二计量公式，能够得到所述薄膜样本中所述第一化学键的含量。本发明实施例中利用两种不同采样方式分别采集多个薄膜样品的数据，得到两组数据集，利用两组数据集中数据之间的关联度，以及在采用红外透射方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时第一化学键的含量的对应的计量公式得到在采用多次衰减全反射采样方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，第一化学键的含量的对应的计量公式。如此，本发明实施例提供的测量方案，能够得到在采用多次衰减全反射采样得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，计算待采样薄膜中第一化学键的含量的计量公式。

附图说明

图1a为本发明实施例中多个样品利用计量公式(1)计算得到[Si-H]共价键的含量与利用基准测量方法得到[Si-H]共价键的含量的误差的百分比的示意图；

图1b为本发明实施例中多个样品利用计量公式(2)计算得到[N-H]共价键的含量与利用基准测量方法得到[N-H]共价键的含量的误差的百分比的示意图；

图2为本发明实施例提供的数据处理方法的实现流程示意图；

图3为本发明应用实施例提供的数据处理方法的实现流程示意图；

图4a为本发明应用实施例中18对Si-H数据进行线性拟合的拟合结果示意图；

图4b为本发明应用实施例中18对N-H数据进行线性拟合的拟合结果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。

本发明实施例中的待采样薄膜包括在半导体器件制造过程中形成的薄膜，本发明实施例不限制待采样薄膜的材料，在后文的描述中，以氮化硅(SiN)薄膜为例进行说明。

物质中的分子能够选择性吸收某些波长的红外线，从而产生分子振动能级和转动能级的跃迁。检测红外线被吸收的情况可以得到物质的红外吸收光谱，从而得到物质中分子的成键信息。在半导体器件制造过程中，可以将待采样薄膜的中分子的成健信息作为制造该待采样薄膜时，调整制造工艺中各工艺参数的数据支撑。

举个例子来说，在半导体器件制造过程中需要获得满足需求的氮化硅薄膜，在一些实施例中，氮化硅薄膜的制造工艺具体可以为：使用二氯二氢硅(SiH

实际应用中，可以利用红外透射采样的方式以及红外多次衰减全反射采样的方式测量待采样薄膜的红外吸收光谱。利用红外透射采样的方式测量待采样薄膜的红外吸收光谱较成熟。仍以氮化硅为例，目前公认的基于红外吸收光谱定量测量氮化硅薄膜中[Si-H]化学键的含量、[N-H]化学键的含量的方法是基于1978年发表的Lanford and RandMethod，在Lanford and Rand Method中，是以红外透射采样的方式来测量待采样薄膜的红外吸收光谱的，[Si-H]化学键的含量的计量公式可以表达为：

其中，

同时，[N-H]化学键的含量的计量公式可以表达为：

其中，

进一步地，利用上述计量公式(1)还可以得到H在[Si-H]中的原子百分比：

其中，at.％Hin[Si-H]表示H在[Si-H]中的原子百分比；

同时，利用上述计量公式(2)还可以得到H在[N-H]中的原子百分比：

其中，at.％Hin[N-H]表示H在[N-H]中的原子百分比；

可以理解的是，基于计量公式(3)和计量公式(4)可以得到氮化硅薄膜中H的含量。

图1a示出了7个样品即s-1至s-7氮化硅薄膜利用上述计量公式(1)计算得到[Si-H]共价键的含量与利用基准测量方法得到的[Si-H]共价键的含量的误差的百分比。从图1a可以看出，该误差在±5％以内。图1b示出了7个样品即s-1至s-7氮化硅薄膜利用上述计量公式(2)计算得到[N-H]共价键的含量与利用基准测量方法得到的[N-H]共价键的含量的误差的百分比。从图1b可以看出，该误差同样在±10％以内。这里，所述基准测量方法可以理解为行业内均认可的精度较高的测量方法，如NRA-RBS Method。基于此，通过计量公式(1)和计量公式(2)计算得到氮化硅薄膜中[Si-H]共价键、[N-H]共价键的含量的定量值的方式具有一定的精确度，可以作为实际应用中的数据支撑。

实际应用中，红外透射采样的实现原理包括红外入射光线直接透过待采样薄膜后(从待采样薄膜出来后被称为出射光线)进入红外光接收子装置。该透射采样方式实现简单，但根据朗伯比尔定律：

A＝lg

其中，A为吸光度；T为透射比(又称为透光度)，是出射光线的强度(I

由公式(5)可知：当吸收层厚度(即待采样薄膜的厚度)较小时，光程较短(被待采样薄膜吸收的光线较少)，这样，膜厚较薄的待采样薄膜的采样信号将会非常弱，即红外透射采样附件无法检测出膜厚较薄的待采样薄膜的采样信号或者检测出的采样信号较弱。基于此，红外透射采样的方式不适用于膜厚较薄的薄膜(如，膜厚小于

红外多次衰减全反射采样的实现原理包括红外入射光线在待采样薄膜中进行多次(如33次)衰减全反射后(从待采样薄膜出来后被称为出射光线)进入红外光接收子装置。实际应用中，由Harrick(睿谱科技)公司提供的WafIR采样附件可以基于红外多次衰减全反射采样方式来测量薄膜的红外吸收光谱，以用于分析双面抛光晶元单侧单分子膜和其他薄涂层化学键和信息的水平附件。红外多次衰减全反射采样方式在测量膜厚较薄的薄膜时，可以到采集信噪比较好的红外吸收图谱，但是目前没有基于该种采样方式的结果测定薄膜中化学键含量的计量方法。

基于此，在本发明的各实施例中，利用两种不同采样方式分别采集多个薄膜样品的数据，得到两组数据集，利用两组数据集中数据之间的关联度，以及在采用红外透射方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时第一化学键的含量的对应的计量公式得到在采用多次衰减全反射采样方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，第一化学键的含量的对应的计量公式。如此，本发明实施例提供的测量方案，能够得到在采用多次衰减全反射采样得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，计算待采样薄膜中第一化学键的含量的计量公式。

本发明实施例提供一种数据处理方法，图2为本发明实施例数据处理方法的实现流程示意图。如图2所示，所述方法包括以下步骤：

步骤201：利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述薄膜样本中第一化学键对应的第一数据集；其中，基于所述第一数据集中的数据，利用第一计量公式，能够得到薄膜样本中所述第一化学键的含量；

步骤202：利用采用红外多次衰减全反射方式进行采样的第二测试方法测量所述多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第二数据集；

步骤203：确定所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据的关联度；

步骤204：基于所述关联度和所述第一计量公式，得到第二计量公式；其中，基于所述第二数据集中的数据，并结合所述第二计量公式，能够得到所述薄膜样本中所述第一化学键的含量。

关于红外透射方式以及红外多次衰减全反射方式进行采样的原理前已述及，这里不再赘述。

在步骤201中，这里所述多个薄膜样本可以包括多个成健信息不同的薄膜。所述第一计量公式包括在采用红外透射采样方式测量薄膜的红外吸收光谱后，能够利用该红外吸收光谱的值定量计算该薄膜的任一化学键的含量的计量公式，如前述的计量公式(1)、前述的计量公式(2)。

在一些实施例中，所述利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述薄膜样本中第一化学键对应的第一数据集；包括：

利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到多个薄膜样本对应的多个红外吸收光谱；

对于多个红外吸收光谱中的每个红外吸收光谱，利用所述第一化学键对应的特征吸收频率进行查找，得到相应红外吸收光谱中第一化学键对应的第一数据；其中，

多个红外吸收光谱中的第一化学键对应的多个第一数据形成了所述第一数据集。

这里，所述第一数据可以表征利用红外透射采样的方式测得的薄膜样品中第一化学键对应的吸光度或者与吸光度具有类似含义的其它度量值。实际应用中，所述红外吸收光谱的横坐标为频率(红外光的波长)，纵坐标为薄膜样品中某化学键(或基团)的吸光度。由于薄膜样品中不同化学键对应的特征吸收频率不同，因此在测量出红外吸收光谱后，可以根据特征吸收频率得到相应化学键的吸光度。多个薄膜样品中的第一化学键分别对应的吸光度构成了吸光度的集合即第一数据集。

在步骤202中，所述利用采用红外多次衰减全反射的采样方式进行采样的第二测试方法测量所述多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第二数据集的具体实现方式与步骤201中得到第一数据集的实现方式类似，仅使用的采样方式不同。所述第二数据可以表征利用多次衰减全反射的采样方式测得的薄膜样品中第一化学键对应的吸光度或者与吸光度具有类似含义的其它度量值。

需要说明的是，步骤201和步骤202执行的先后顺序不受限制，只要步骤201和步骤202在步骤203开始执行前完成即可。实际应用中，可以先执行步骤201，再执行步骤202；也可以先执行步骤202，再执行步骤201；也可以是步骤201和步骤202针对不同的薄膜样本同时开始执行。

在步骤203、步骤204中，所述第二计量公式包括在采用红外衰减全反射采样方式测量薄膜的红外吸收光谱后，能够利用该红外吸收光谱的值定量计算该薄膜的任一化学键的含量的计量公式。

可以理解的是，利用红外透射采样的方式获得的第一光学键对应的第一数据与利用红外多次衰减全反射采样的方式获得的第一光学键对应的第二数据可能存在度量上的差异，基于此，可以通过寻找二者的度量差异，并利用该度量差异对第一计量公式进行校正从而得到第二计量公式。

基于此，实际应用中，在一些实施例中，所述确定所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据的关联关系，包括：

对所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据进行线性拟合，得到拟合系数；

所述基于所述关联关系和所述第一计量公式，得到第二计量公式，包括：

基于所述拟合系数和所述第一计量公式，得到所述第二计量公式。

其中，在一些实施例中，所述基于所述拟合系数和所述第一计量公式，得到所述第二计量公式，包括：

将所述拟合系数与所述第一计量公式作积，得到所述第二计量公式。

实际应用中，当线性拟合结果满足预设条件时，即可以认为第一数据集中的数据与第二数据集中的数据具有良好的线性关系，也进一步证实了二者主要存在的是度量上的差异。这里，所述拟合系数可以理解为反映二者的倍数关系的常数，利用该常数对第一计量公式进行校正，即可得到第二计量公式。

实际应用中，在利用薄膜样品获得了第二计量公式后，可以利用该计量公式得到与薄膜样品材质一致的薄膜中第一化学键的含量。

基于此，在一些实施例中，所述方法还包括：

利用第二测试方法测量第一薄膜的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第三数据；所述第一薄膜与所述薄膜样本的材料相同；

基于所述第三数据，利用所述第二计量公式，得到所述第一薄膜中所述第一化学键的含量。

进一步地，在利用薄膜样品获得了第二计量公式后，可以利用该计量公式得到与薄膜样品材质一致的薄膜中第一元素的含量。

基于此，在一些实施例中，所述方法还包括：

确定所述第一薄膜中包含第一元素的多个化学键；

基于所述多个化学键中每一个化学键的含量对应的第二计量公式，得到所述多个化学键中每一个化学键的含量；

根据所述每一个化学键的含量，确定所述第一元素的含量。

其中，在一些实施例中，在所述基于所述多个化学键中每一个化学键的含量对应的第二计量公式，得到所述多个化学键中每一个化学键的含量之前，所述方法还包括：

分别确定所述多个化学键中每一个化学键的含量对应的第二计量公式。

实际应用中，可以利用前述确定第一化学键对应的第二计量公式的方法，分别确定薄膜样品中包含第一元素的多个化学键中每个化学键对应的第二计量公式。举个例子来说，仍以氮化硅薄膜为例，需要测量氮化硅薄膜中H元素的含量。具体地，首先确定氮化硅薄膜中包含H元素的化学键包括[Si-H]化学键和[N-H]化学键；然后根据[Si-H]化学键对应的第二计量公式得到[Si-H]化学键的含量，并根据[N-H]化学键对应的第二计量公式得到[N-H]化学键的含量；再得到H在[Si-H]化学键中的含量以及H在[N-H]化学键中的含量；最后根据H在[Si-H]化学键中的含量以及H在[N-H]化学键中的含量得到氮化硅薄膜中H元素的总含量。

本发明实施例提供的数据处理方法，通过利用采用红外透射方式进行采样的第一测试方法测量多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述薄膜样本中第一化学键对应的第一数据集；其中，基于所述第一数据集中的数据，利用第一计量公式，能够得到薄膜样本中所述第一化学键的含量；利用采用红外多次衰减全反射方式进行采样的第二测试方法测量所述多个薄膜样本的红外吸收光谱，得到所述第一化学键对应的第二数据集；确定所述第一数据集中的数据和所述第二数据集中的数据的关联度；基于所述关联度和所述第一计量公式，得到第二计量公式；其中，基于所述第二数据集中的数据，并结合所述第二计量公式，能够得到所述薄膜样本中所述第一化学键的含量。本发明实施例中利用两种不同采样方式分别采集多个薄膜样品的数据，得到两组数据集，利用两组数据集中数据之间的关联度，以及在采用红外透射方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时第一化学键的含量的对应的计量公式得到在采用多次衰减全反射采样方式得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，第一化学键的含量的对应的计量公式。如此，本发明实施例提供的测量方案，能够得到在采用多次衰减全反射采样得到待采样薄膜的红外吸收光谱时，计算待采样薄膜中第一化学键的含量的计量公式。

本发明实施例一种应用场景为，所述薄膜样本为18片成健信息不同的氮化硅薄膜；薄膜第一化学键为[Si-H]化学键或者[N-H]化学键，所述第一计量公式为前述的计量公式(1)或者前述的计量公式(2)；第一元素为H元素。在本应用实施例中，所述数据处理方法的实现流程如图3所示，包括：

步骤301：进行红外透射采样方式测试，并分别读取N-H、Si-H峰峰高；

步骤302：进行红外多次衰减全反射采样方式测试，并分别读取N-H、Si-H峰峰高；

步骤303：将18对N-H/Si-H数据分别进行线性拟合，拟合结果表明二者相关性很好；在Lanford and Rand Method的基础上，对第一计量公式进行校准，得到基于红外多次衰减全反射采样方式(即WaflR采样附件)测定超薄SiN薄膜中H含量的定量公式。

实际应用中，在步骤301和步骤302中，测试的对象可以包括18片氮化硅样品；该18片氮化硅样品均采用化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)法进行沉积，并且在沉积的过程中工艺参数不同。基于此该18片氮化硅样品成健信息不同。

这里，N-H、Si-H峰峰高可以理解为从红外吸收光谱中得到的[N-H]化学键、[Si-H]化学键分别对应的吸光度或者与吸光度具有类似含义的其它度量值。

在步骤303中，图4a示出了18对Si-H数据进行线性拟合的拟合结果。如图4a所示，在拟合优度R

其中，

图4b示出了18对N-H数据进行线性拟合的拟合结果。如图4b所示，在拟合优度R

其中，

进一步地，在公式(6)的基础上，可以得到H在[Si-H]化学键中的含量，在公式(7)的基础上，可以得到H在[N-H]化学键中的含量；基于H在[Si-H]化学键中的含量以及H在[N-H]化学键中的含量可以得到氮化硅薄膜中H含量。

前已述及，WafIR采样附件适用于膜厚较薄的薄膜的测量，本应用实施例确立了基于WafIR采样附件测定超薄氮化硅薄膜中H含量的计量方法。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

另外，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。