CN108449972A

CN108449972A - 通过光学滤波的微光致发光成像

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Publication number: CN108449972A
Application number: CN201680035693.5A
Authority: CN
Inventors: Z.T.基斯; L.杜达斯; Z.科瓦奇; I.拉吉托斯; G.纳杜德瓦里; N.劳伦; L.L.贾斯特泽布斯基
Original assignee: Sami Raab Semiconductor Physics Laboratory Co Ltd
Current assignee: Sami Raab Semiconductor Physics Laboratory Co Ltd
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2018-08-24
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: EP3298390A4; HUE057446T2; WO2017142569A3; EP3298390B1; US20180313761A1; JP6904945B2; JP2018519676A; US10209190B2; EP3298390A2; KR102434804B1; CN108449972B; KR20180027424A; EP3298390B8; EP3957981A1; WO2017142569A2; US10018565B2; US20160327485A1

Abstract

一种方法包括：用激发光照射晶片，所述激发光具有足以在所述晶片中诱导光致发光的波长和强度；对响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光滤波；将被滤波的光致发光引导到检测器上，以便以1μm×1μm或更小的空间分辨率在所述检测器上对所述晶片的所述部分成像；以及基于所检测到的被滤波的光致发光来识别所述晶片中的一个或多个晶体缺陷。

Description

通过光学滤波的微光致发光成像

技术领域

本公开涉及识别集成电路装置(例如互补金属氧化物半导体成像传感器)中的缺陷。

背景技术

半导体材料广泛用于电子器件和光电子器件中。晶体半导体材料容易出现晶体缺陷，这可能不利于利用该材料的装置的性能。晶体缺陷可以导致可用于识别缺陷的相关联的光致发光。

利用晶体半导体材料的光电子装置的示例是互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器(CIS)，其是集成电路(IC)装置。CIS装置用于将光强度图案转换为电数字信号。在一些情况下，CIS是一种二维光电二极管阵列，其具有伴随的用于信号处理的CMOS逻辑。具有处理的CMOS逻辑的每个单个的光电二极管被称为像素。在一些情况下，CIS具有1,000,000个或更多个像素。

CIS通常制造在n/n++或p/p++晶片上。例如，在一些情况下，薄的轻掺杂n型或p型外延层(例如，每个具有1×10¹⁴至1×10¹⁵cm^-3的掺杂剂浓度的3-5μm层)生长在高度掺杂的n++或p++衬底(例如，具有1×10¹⁸至1×10²⁰cm^-3的掺杂剂浓度的衬底)。CIS形成在外延层上(通常被称为装置有源区域的区域)。CIS的性能至少部分受该有源区域的性质影响。

高度掺杂的衬底(通常称为handle)在CIS制造过程期间为有源区域提供机械支撑。在一些情况下，衬底还减少了CIS中串扰的发生。例如，衬底可以减少在响应于红光在一个像素下产生的少数载流子到达CIS的相邻像素时导致的串扰。

可以根据各种不同的配置来布置CIS。例如，CIS可以布置成前侧照明(FSI)CIS，或者背侧照明(BSI)CIS。这里，“前”侧指的是在其上制造IC像素结构的晶片的侧面。在一些情况下，为了制造BSI CIS，CIS晶片首先在其前侧经历CIS处理。然后，CIS晶片沿着其前侧结合到晶片载体，并且其背侧被减薄(例如，几微米)直到其所有的n++或p++衬底被移除。然后将CIS晶片的表面钝化并用抗反射涂层覆盖，并在其背侧制造滤色器。在使用期间，将光图像投影在CIS晶片的背侧，并且CIS将光图像转换为电数字信号。

具有比硅带隙更大的光子能量的来自投影在CIS上的图像的光主要被吸收在CIS有源区域中。这种吸收产生电子和空穴对，导致光电流。然后这些光生少数载流子在此位置被p-n结收集。光生少数载流子的数量与在CIS有源区域中吸收的光子数量成比例，并且根据光的强度而变化。因此，基于所产生的光电流的大小可以推断入射到CIS有源区域上的光的强度。实际上，通常可以希望CIS的每个像素响应均匀的、低水平照度而产生相同或基本相似的光电流。否则，具有较低或较高光电流的像素(例如，“有缺陷”的像素)可能导致所得图像中的亮点或暗点(即，比无缺陷区域更高的图像强度)。

在一些情况下，局部晶体缺陷和重金属污染物可以增加或减少来自给定像素的光电流，导致在低照度水平下具有亮点或暗点的图像。当存在于p-n结的空间电荷区域中时，这些缺陷作用为少数载流子的产生中心。这导致这些像素的暗电流增加，并且如果缺陷足够严重，将导致所得图像中的白色或亮点。当存在于p-n结的空间电荷区域之外时，这些缺陷作用为少数载流子的复合中心。这导致由接合点收集的光电流量的减少，并且如果缺陷足够严重，将在低照度水平下导致所得图像中的暗点。

局部晶体缺陷或重金属污染物可能在CIS的制造过程期间的任何步骤处被引入。因此，为了改进和控制CIS的制造过程，重要的是快速识别引入这些缺陷的处理步骤。

发明内容

本文描述了用于识别半导体材料中的缺陷(包括在集成电路装置中发现的缺陷)的系统和技术。更具体的，该系统和技术用于识别在半导体材料中的呈现光致发光的局部单个晶体缺陷，特别地，其中，缺陷PL与带到带PL相比处于不同的能量。这样的晶体缺陷可以在材料或装置制造(诸如CIS制造)的不同阶段被引入到半导体材料中。

通常，在第一方面，本发明以一种方法为特征，该方法包括：用激发光照射晶片，所述激发光具有足以在所述晶片中诱导光致发光的波长和强度；对响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光滤波；将被滤波的光致发光引导到检测器上，以1μm×1μm或更小的空间分辨率在所述检测器上对所述晶片的所述部分成像；以及基于所检测到的被滤波的光致发光来识别所述晶片中的一个或多个晶体缺陷。

所述方法的实施方式可以包括以下特征和或其他方面的特征中的一个或多个。例如，所检测到的被滤波的光致发光可以对应于所述晶片中的来自晶体缺陷的光致发光。所述滤波可以基本上从所述被滤波的光致发光中移除所述晶片中的来自带到带的跃迁的光致发光。

所检测到的被滤波的光致发光可以包括具有在约0.7eV至约0.9eV范围内的能量的光。所述晶片可以是硅晶片。所述滤波可以基本上阻挡具有大于约1.0eV的能量的光被检测到。

在一些实施方式中，所述滤波还包括过滤从所述晶片的所述部分反射的激发光。

一些实施方式还包括检测从所述晶片的所述部分反射的激发光。所述方法还可以包括将所检测到的光致发光与所检测到的激发光比较，并且基于所述比较来识别在所述晶片中的一个或多个缺陷。

所述晶片可以是用于互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器的晶片。所述晶片的所述部分可以对应于所述CMOS成像传感器的一个或多个像素。识别所述晶片中的一个或多个缺陷可以包括识别所述CMOS成像传感器的一个或多个缺陷像素。在一些实施方式中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别具有1μm或更小的尺寸的一个或多个缺陷。

所述方法还可以包括：基于从所述晶片的所述部分发射的光致发光来形成所述晶片的所述部分的光致发光强度图；以及基于从所述晶片的所述部分反射的激发光来形成所述晶片的所述部分的反射强度图。比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光可以包括：确定所述光致发光强度图包括所述晶片的第一位置处的强度的第一变化；在确定所述光致发光强度图包括所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第一变化时，确定所述反射强度图是否包括所述晶片的所述第一位置处的强度的第二变化；在确定所述反射强度图不包括所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第二变化时，确定所述晶片的所述第一位置处存在缺陷。比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光还可以包括：在确定所述反射强度图包括所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第二变化时，确定所述晶片的所述第一位置处不存在缺陷。

在一些实施方式中，所述方法还包括调节所述激发光的特性。调节所述激发光的特性可以包括调节所述激发光的波长。可以调节所述激发光的波长以增加从所述晶片的第二部分发射的光致发光。所述晶片的所述第二部分位于所述晶片中与第一部分不同的深度处。

所述激发光可以具有在200nm至1100nm的范围内的波长。

所述晶片是硅晶片或化合物半导体晶片。

所述方法还可以包括在所述晶片上执行处理步骤。所述处理步骤可以选自由离子注入步骤、退火步骤、层沉积步骤、氧化步骤、和抛光步骤组成的组。所述处理步骤可以在识别所述晶体缺陷之后执行。所述方法还可以包括用所述激发光照射所被处理的晶片，并基于来自所被处理的晶片的光致发光来识别在所被处理的晶片中的一个或多个附加缺陷。所述方法还可以包括将在所述晶片中识别的所述晶体缺陷与所述附加缺陷比较。

所述晶体缺陷对应于所述晶片的一部分的图像中的亮部分。

通常，在另一方面，本发明以一种系统为特征，所述系统包括：照明模块，其配置为用激发光照射晶片，所述激发光具有足以在所述晶片中诱导光致发光的波长和强度；检测模块，其配置为检测响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光；成像光学器件，其配置为以1μm×1μm或更小的空间分辨率将所述晶片的所述部分成像到所述检测器上；光学滤波器，其布置为在所述检测模块检测之前，对从所述晶片的所述部分发射的光致发光滤波；以及处理模块，其配置为基于所检测到的被滤波的光致发光来识别所述晶片中的一个或多个晶体缺陷。

所述系统的实施例可以包括以下特征和或其他方面的特征中的一个或多个。例如，所述光学滤波器可以将对应于所述晶片中的来自晶体缺陷的光致发光透射到所述检测模块。

所述光学滤波器可以基本上阻挡所述晶片中的来自带到带的跃迁的光致发光到所述检测模块。所述光学滤波器可以将具有在约0.7eV至约1.0eV范围内的能量的光透射到所述检测模块。所述光学滤波器可以基本上阻挡具有大于约1.0eV的能量的光到所述检测模块。

在一些实施例中，所述光学滤波器阻挡从所述晶片朝向所述检测模块反射的至少一些激发光到所述检测模块。

所述激发光可以具有在200nm至1100nm的范围内的波长。

所述照明组件可以布置为沿着非正交于所述晶片的被照射表面的光轴将所述激发光照射到所述晶片。照明光学器件可以具有名义上正交于所述晶片的被照射表面的光轴。

除了其他优点之外，实施例可以用于在制造过程期间(例如，在CIS装置的制造过程的中间步骤期间或之间)和/或在制造过程完成之后(例如，作为制造后检查的一部分)识别CIS装置中的局部缺陷。在一些情况下，可以使用实施例来识别与CIS装置的单个像素相关联的缺陷，使得可以在CIS装置中识别一个或多个个别缺陷像素。在一些情况下，可以使用实施例来减少由于在CIS装置上的颗粒物质的存在而在缺陷检测过程期间可能以其他方式导致的阳性(positives)数量。在特定实施例中，由CIS装置中的晶体缺陷导致的光致发光可以与其他光致发光的源区分开。例如，可以使用光学滤波来区分不同能量下的光致发光。在来自不同源的光致发光(例如，来自晶体缺陷的光致发光对比带到带光致发光)的情况下，可以使用光学滤波来将来自晶体缺陷的光致发光隔离并从而定位装置中的单个晶体缺陷。

通常，可以使用明场或暗场成像。

在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其它特征和优点将通过描述和附图以及通过权利要求变得显而易见。

附图说明

图1示出了用于检测CIS样品中的缺陷的示例系统；

图2示出了光致发光强度图，其具有硅衬底中的缺陷的光致发光强度特性的变化；

图3示出了用于检测样品中的缺陷的另一示例系统。

在各种附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

由半导体材料(例如，CIS装置)形成的装置中的缺陷可以通过在装置的有源区域中诱导光致发光并且检测光致发光的强度的局部变化来识别。

例如，光致发光可以利用具有大于硅的能隙(例如，超过1.1eV)的光子能量的光在硅晶片中被诱导。当这种光被吸收在硅中时，在硅中产生电子-空穴对。这些光生载流子中的一些将通过辐射复合而重新结合并释放光的光子(被称为光致发光的现象)。

由于光致发光的强度根据晶片的组成而变化，因此晶片组成的局部变化(例如，由自材料缺陷或污染导致)将导致在诱导的光致发光中的局部变化。因此，例如，CIS装置中的缺陷可以至少部分地通过用足以诱导光致发光的激发光照射CIS装置，并且检查光致发光的强度的局部变化来识别。尽管以下描述涉及CIS缺陷评估，但将理解的是，所公开的技术可更广泛地应用于使用展现缺陷光致发光的晶体半导体材料的其他装置。

用于识别CIS中的缺陷的示例系统100在图1中示出。系统100包括平台组件110、照明组件130、光学组件150和成像组件170。在系统100的示例使用中，CIS样品190被放置在平台组件110上并被定位用于检查。照明组件130产生适合于在CIS样品190中诱导光致发光的激发光。光学组件150将由照明组件130产生的激发光引导到CIS样品190上，由此诱导CIS样品190中的光致发光和/或引起激发光被CIS样品190反射。光学组件将由CIS样品190产生的光致发光和/或由CIS样品190反射的光引导朝向成像组件170。成像组件170检测光致发光和被反射激发光，并基于检测到光识别CIS样品中的缺陷。

在由系统100检查期间，平台组件110支撑CIS样品190。在一些情况下，平台组件110可以沿着一个或多个轴线移动，使得CIS样品190可以关于照明组件130、光学组件150和/或成像组件170移动。例如，在一些情况下，CIS可以沿着笛卡尔坐标系的x、y和z轴移动，以便沿着与系统100的其他部件有关的三个维度中的任何维度来移动CIS样品190。

照明组件130产生激发光，当入射在CIS样品190上时，在CIS样品190中诱导光致发光。照明组件130包括光源132a-b、准直透镜134a-b、滤光器136a-b、二向色分束器138和聚焦透镜140。

光源132a-b产生具有适合于在CIS样品190中诱导光致发光的特定性质的光。在一些情况下，光源102a-b是产生具有特定波长和强度的光的激光光源。在一些情况下，光源132a-b各自产生具有不同波长的光，使得照明组件130可以提供不同类型的光。例如，光源132a可以产生具有第一波长(例如，532nm)的光，并且光源132b可以产生具有第二波长(例如，880nm)的光。

作为另一示例，光源132a-b中的任一个或两个可以产生具有小于532nm的波长的光(例如，300nm，350nm，400nm，450nm，500nm或其任何中间波长)。作为又一示例，光源132a-b中的任一个或两个可以产生具有在200nm和1100nm之间的波长的光(例如200nm，300nm，400nm，500nm，600nm，700nm，800nm，900nm，1000nm，1100nm，或其任何中间波长)。尽管以上描述了示例波长，但这些仅仅是说明性示例。在实践中，取决于实施方式，光源132a-b可以各自产生具有任何其它波长的光。

光源132a-b可以彼此独立地操作，使得在不同波长中的每个处的光可以单独或同时生成。光源132a-b包括能够产生在特定波长处的光的任何部件。例如，在一些情况下，光源132a-b可以包括一个或多个激光器或发光二极管(LED)。

由光源132a-b产生的光也可以根据实施方式而改变强度。例如，在一些情况下，光源132a-b可以各自产生具有功率在0.02W和20W之间的光。在一些情况下，在使用系统100的期间，由光源132a-b产生的光的强度也可以被调节。例如，在一些情况下，在系统100的操作期间，由光源132a-b产生的光可以在0.02W和20W之间被调节。作为另一示例，在一些情况下，可以在系统100的操作期间，由光源132a-b产生的光被调节，使得它们产生具有小于0.02W的功率的光(例如，0.015W，0.010W或0.005W)。尽管上面描述了示例强度，但这些仅仅是说明性示例。在实践中，取决于实施方式，光源132a-b可以各自产生具有其他强度的光。

由光源132a-b产生的激发光分别被引导到准直透镜134a-b。准直透镜134a-b使得通过的光束变窄，使得离开准直透镜134a-b的光分别沿着准直透镜134a-b的光轴对准。

来自准直透镜134a-b的准直激发光分别被引导到滤光器136a-b中。滤光器136a-b对通过的光滤波，使得只有具有特定波长(或相应地，能量)或波长范围的光分别基本透射通过滤光器136a-b。滤光器136a-b可以用于“清洁”由光源132a-b产生的光。例如，如果光源132a产生具有第一波长(例如，532nm)的光，则滤光器136a可以是带通滤光器，其透射具有包括第一波长的波长范围的光(例如，522nm到542nm)，而具有该范围之外的波长的光基本上不被透射。作为另一示例，如果光源132b产生具有第一波长(例如，880nm)的光，则滤光器136b可以是带通滤光器，其透射具有包括第二波长的波长范围的光(例如，870nm到890nm)，而具有在该范围之外的波长的光基本上不被透射。在一些情况下，例如在其中光源132a-b包括一个或多个激光器的实施方式中，滤光器136a-b还可以包括减少散斑的元件(例如，移动的扩散器元件)，以便减少干扰的影响在激光束中的作用。

来自滤光器136a-b的被滤波的激发光被引导到二向色分束器138中。二向色分束器138根据入射在其上的光的波长来反射光和/或透射光。例如，如果光源132a产生具有第一波长(例如，532nm)的光并且光源132b产生具有第二波长(例如，880nm)的光，则二向色分束器138可以透射具有第一波长的光并反射具有第二波长的光。结果，尽管由每个光源132a-b产生的光首先在基本上不同的方向上被引导，但是二向色分束器138以基本相似的方向重新引导光。

来自二向色分束器138的激发光被引导到聚焦透镜140。聚焦透镜140将光朝向光学组件150聚焦。

光学组件150将由照明组件130产生的激发光引导朝向CIS样品190，并朝向成像组件170引导由CIS样品190产生的光致发光和/或由CIS样品190反射的光。光学组件150包括二向色分束镜152和156、物镜154、滤光器158和场透镜160a-b。

来自聚焦透镜140的激发光被引导到二向色分束器152。二向色分束器152根据入射在其上的光的波长来反射光和/或透射光。例如，如果光源130a产生具有第一波长(例如，532nm)的激发光，光源130b产生具有第二波长(例如，880nm)的激发光，并且在CIS样品190中诱导的光致发光具有第三波长(例如，1100nm)，则二向色分束器152可以部分地反射和部分地透射这些波长中的每个波长下的光。因此，从照明组件130接收的激发光中的至少一些被二向色分束器152重引导朝向物镜154，CIS样品190中诱导的光致发光中的至少一些被二向色分束器152透射朝向成像组件170，并且由CIS样品190反射的激发光中的至少一些也被透射朝向成像组件170。

来自二向色分束器152的激发光被引导到物镜组件154。物镜组件154将激发光引导到CIS样品190上。在一些情况下，物镜组件154可以将激发光引导到CIS样品190的特定区域上(例如，正在被检查的CIS样品190的区域)，使得入射在CIS样品190的该区域上的激发光的强度是均匀的或基本均匀的。该区域可以是例如整个CIS样品190或CIS样品190的一部分。

入射在CIS样品190上的激发光可以在CIS样品190中诱导光致发光。在一些情况下，CIS样品190中的光致发光可以具有在950nm和1800nm之间(例如，在1100nm和1550nm之间)的波长。

物镜组件154可以聚焦在CIS样品190的特定区域上，以便从这些区域获得光致发光。在一些情况下，物镜组件154可以聚焦在CIS样品190的包括CIS样品190的一个或多个像素的区域上，并且物镜组件154可以包括具有广角和浅的景深的透镜元件，使得其分辨来自该区域内的每个像素的光致发光。在一些情况下，物镜组件具有焦距在0.5mm和550mm之间并且景深在1μm和400μm之间的透镜元件。在一些情况下，物镜组件154可以以足够的分辨率来分辨光，以辨别来自每个像素的光致发光。例如，如果CIS样品190沿着表面包括具有1μm×1μm的尺寸的像素，则物镜组件154可以以1μm×1μm或更精细的空间分辨率来分辨光致发光。

入射在CIS样品190上的激发光也可以导致来自CIS样品190的激发光的反射。物镜组件154也可以聚焦于CIS样品190的特定区域以获得从这些区域反射的激发光。以与上述类似的方式，在一些情况下，物镜组件154可以聚焦在CIS样品190的包括CIS样品190的一个或多个像素的区域上，并且物镜组件154可以包括具有广角和浅景深的透镜元件，使得其分辨从该区域内的每个像素反射的激发光。以与上述类似的方式，在一些情况下，物镜组件154可以以足够的分辨率来分辨光，以辨别从每个像素反射的激发光。例如，如果CIS样品190沿表面包括具有1μm×1μm的尺寸的像素，则物镜组件154可以以1μm×1μm或更精细的空间分辨率来分辨反射光。

在一些情况下，物镜组件154可以被重新聚焦，以便分辨来自CIS样品190的不同区域的光。例如，在一些实施方式中，物镜组件154的焦深可以变化，以便检查来自CIS样品190的表面的变化的深度的光致发光(例如，从CIS样品190的背表面到CIS样品190的前表面)。

在一些情况下，物镜组件154的放大率也可以改变，以便以或多或少的细节检查CIS样品190的特定区域。在一些情况下，物镜组件154的放大率可以通过相对于彼此移动物镜组件154的透镜元件(例如，“变焦”透镜)来改变，或者通过另外修改通过物镜组件154的光的光路径来改变。

光致发光和被反射的激发光被物镜组件154引导到二向色分束器152。如上所述，二向色分束器152根据入射在其上的光的波长反射光和/或透射光。例如，如果光源130a产生具有第一波长(例如，532nm)的激发光，光源130b产生具有第二波长(例如，880nm)的激发光，并且在CIS样品190中诱导的光致发光具有第三波长(例如，1100nm)，则二向色分束器152可以在这些波长的每个处部分地反射和部分地透射光。因此，光致发光和被反射的激发光中的至少一些被二向色分束器152朝向成像组件170传送。

光致发光和被反射的激发光的至少一部分被二向色分束器152引导到二向色分束器156。二向色分束器156也根据入射到其上的光的波长来反射光和/或透射光。例如，如果光源130a产生具有第一波长(例如，532nm)的激发光，光源130b产生具有第二波长(例如，880nm)的激发光，并且在CIS样品190中诱导的光致发光具有第三波长(例如，1100nm)，则二向色分束器156可以反射具有第一波长和第二波长的激发光，并且透射具有第三波长的光致发光。结果，光致发光和被反射的激发光沿不同的光路径被重新引导。

由二向色分束器152透射的光致发光被引导通过滤光器158。滤光器158对通过的光滤光，使得只有具有特定波长或波长范围的光基本透射通过滤光器158。在一些实施方式中，滤光器158可以被用来“清洁”二向色分束器152的输出。例如，如果来自CIS样品190的光致发光预期具有特定波长(例如，1100nm)，则滤光器158可以是带通滤光器透射，其透射具有包括光致发光波长的波长范围的光(例如，1000nm至1200nm)，而具有该范围之外的波长的光基本上不被透射。如另一示例，在一些情况下，滤光器158可以是长通滤光器，其衰减具有相对较短波长的光，同时透射具有相对较长波长的光。例如，这可以有助于滤出被反射的激发光，被反射的激发光在许多情况下具有比来自CIS样品190的光致发光更短的波长。光致发光和被反射的激发光然后分别被引导至场透镜160a-b。场透镜160a-b分别将光致发光和被反射的激发光朝向光学组件170的检测器172a-b聚焦。

成像组件170检测光致发光和被反射激发光，并基于检测到光识别CIS样品中的缺陷。成像组件170包括检测器172a-b和处理模块174。

检测器172a-b分别测量来自二向色分束器152的光致发光和被反射的激发光。在一些情况下，检测器172a-b被配置为以足够高的空间分辨率来测量光的强度，以分辨对于CIS样品190的单个像素的光致发光和被反射的激发光。例如，如果CIS样品190沿着表面包括具有1μm×1μm的尺寸的像素，则检测器172a-b可以各自以1μm×1μm或更精细的空间分辨率来分辨光致发光。在一些情况下，检测器172a-b可以包括测量入射在其上的光的强度的单个检测元件，或者多个这样的检测元件。例如，在一些情况下，检测器172a-b可以包括成行的检测元件(例如“线”检测器)或检测元件的二维阵列。在一些情况下，检测器172a-b可以包括一个或多个InGasAs线照相机或阵列，或者Si线照相机或阵列。

在一些情况下，检测器172a-b分别通过积分在一时间段之上接收到的光的强度来测量光致发光和被反射的激发光。该积分时间可以至少部分地取决于施加到CIS样品190的光的强度。例如，在一些情况下，将入射在CIS样品190上的光的强度降低两倍可以导致积分时间增加两倍。随着来自检测器的测量噪声随着积分时间而增加，在一些情况下，可以调整施加到CIS样品190的光的强度，以便将检测器172a-b的得到的测量噪声限制到合适的水平。在一些情况下，检测器172a-b可以被冷却以进一步减小测量噪声。例如，在一些情况下，检测器172a-b中的任一个或两个可以被冷却(例如，通过珀尔帖冷却器)到特定的温度(例如，100K)，以便减少所得到的测量结果中的噪声的量。

来自检测器172a-b的测量结果被传送到处理模块174以供解释。在一些情况下，处理模块174可以生成表示对于CIS样品190的特定部分的光致发光和被反射的激发光的强度的一个或多个多维图。例如，在一些情况下，检测器172a-b可以包括检测元件的二维阵列，每个检测元件测量入射到该检测元件上的光的强度。使用该信息，处理模块174可以生成表示对于CIS样品190上的特定位置处的光致发光和被反射的激发光的强度的空间图。

处理模块174还可以基于来自检测器172a-b的测量结果，识别CIS样品190中的缺陷。例如，处理模块174可以利用光致发光中的局部变化(例如，斑点、斑块、线、曲线或具有比周围区域更强或更弱的光致发光的其他区域)来识别CIS样品190的区域。处理模块174可以将CIS样品190的这些区域识别为具有缺陷。在一些情况下，处理模块174可以将CIS样品190的一个或多个特定像素识别为有缺陷的(例如，与光致发光中的局部变化相关联的像素)。

在一些情况下，光致发光中的局部变化可能不是CIS样品中的缺陷的结果，而可能是CIS样品表面上的颗粒物质的结果。由于颗粒物质可以阻挡或以其他方式衰减光，这些颗粒的存在可以局部地影响入射在CIS样品上的激发光的强度，并且可以导致光致发光的局部变化。为了辨识由CIS样品中的缺陷导致的光致发光的局部变化与由颗粒物质导致的光致发光中的局部变化，处理模块174可以确定被识别为具有光致发光中的局部变化的CIS样品190的区域是否也具有对应的在被反射的激发光中的局部变化。

例如，如果一个区域同时具有光致发光中的局部变化和对应的被反射的光中的局部变化，则处理模块174确定光致发光的变化是CIS样品的表面上的颗粒物质的结果，而不是CIS样品中的缺陷或污染的结果。因此，处理模块174可以确定在该区域中不存在缺陷。

作为另一示例，如果该区域具有光致发光中的局部变化，但是不具有对应的在被反射的光中的局部变化，则处理模块174确定在光致发光中的变化不是CIS样品表面上颗粒物质的结果。因此，处理模块174可以确定在该区域中存在缺陷。

在一些实施方式中，处理模块174可以使用数字电子电路来实现，或者以计算机软件、固件或硬件或者它们中的一个或多个的组合来实现。例如，在一些情况下，处理模块174可以至少部分地实现为一个或多个计算机程序(例如，计算机程序指令的一个或多个模块，其编码在计算机存储介质上，用于被数据处理设备来执行或以便控制数据处理设备的操作)。计算机存储介质可以是计算机可读存储装置、计算机可读存储基底、随机或串行存取存储器阵列或装置、或者它们中的一个或多个的组合，或者可以被包括在计算机可读存储装置、计算机可读存储基底、随机或串行存取存储器阵列或装置、或者它们中的一个或多个的组合中。术语“数据处理设备”包括用于处理数据的所有设备、装置和机器，例如包括可编程处理器、计算机、芯片上的系统、或多个前述元件，或者前述的组合。设备可以包括专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，设备还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台的运行时间环境、虚拟机、或者它们中的一个或多个的组合的代码。设备和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础结构，诸如网络服务、分布式计算和网格计算基础结构。

虽然示出和描述了示例系统100，但这仅仅是说明性示例。实际上，取决于实施方式，系统100可以具有其他布置。

系统100的实施方式可以用于在CIS装置的制造过程期间(例如，在制造过程期间的任何步骤之前、期间或之后)和/或在制造过程完成之后识别CIS装置中的局部缺陷。例如，在一些情况下，系统100的实施方式可以用于监视在一个或多个CIS装置的制造过程中的一个或多个中间步骤，和/或检查一个或多个完成的CIS装置。

在一些情况下，当在CIS设备中检测到缺陷时，可以使用关于缺陷的位置和性质的信息来修改制造过程，使得将来更少和/或更不严重的缺陷引入到CIS装置中。例如，可以使用关于缺陷检测的信息来识别对缺陷有部分或全部的责任的特定的制造装备或过程。然后，该信息可以用来修复和/或替换该装备，或者用于修改该过程以改进制造过程。在一些情况下，也可以使用关于缺陷的位置和性质的信息，以识别由有缺陷的晶片或晶片的部分，使得这些晶片或晶片的部分可以被丢弃或以其他方式不在未来的过程中被使用。

系统100的实施方式可以用于以CIS装置的至少一个像素的空间分辨率来识别CIS装置中的局部缺陷。例如，在一些情况下，使用32nm技术构建的CIS装置具有大约为0.9μm×0.9μm的像素；系统100的实施方式可以被用于以0.9μm×0.9μm或更精细的空间分辨率来识别CIS装置中的局部缺陷。

通常，根据应用，系统100可以产生各种不同类型的激发光。例如，在一些情况下，系统100可以改变由照明模块130产生的激发光的波长，以便探测CIS样品190的表面下的不同深度。作为示例，在一些情况下，照明模块130可以产生绿光(例如，具有大约532或540nm的波长)以便产生接近CIS样品190的表面(例如，其中1/吸收系数＝1.5μm)的少数载流子和光致发光。另一方面，在一些情况下，照明模块130可以产生近红外照明(例如，具有大约880nm的波长)以便产生更远离硅表面的少数载流子和光致发光。如上所述，照明模块130可以包括多个光源，并且每个光源可以选择性地起作用以便产生具有不同波长的光。例如，在图1所示的示例系统100中，照明模块130可以包括两个光源132a-b，每个光源被配置为产生具有不同波长的光。光源132a-b因此可以选择性地打开或关闭，以探测CIS样品190的表面下方的不同深度。虽然示出了两个光源132a-b，但在实践中，根据实施方式，系统100可以包括任何数量的光源。

在一些情况下，系统100可以改变由照明模块130产生的激发光的强度。在一些情况下，由照明模块130产生的激发光可以具有这样的强度，该强度足够高以在CIS样品190中诱导光致发光，并且还足够低以使得俄歇(Auger)复合基本上不会在CIS样品190的被照射的部分中发生。

通常，对于低注入水平(例如，当少数载流子浓度小于多数载流子浓度时)，带到带光致发光的强度与在特定位置处少数载流子浓度和多束载流子浓度的乘积成比例。

例如，这可以表示为：

PL＝A*C_{minority carrier}*C_{majority carrier},

其中PL是在特定位置处的被诱导的光致发光的强度(表示为光子数量)，C_{minority carrier}是该位置处的少数载流子浓度，C_{majority carrier}是该位置的多数载体浓度，A是常数。

少数载流子浓度C_{minority carrier}(被称为注入水平)与少数载流子的有效寿命和生成速率(即，吸附在硅中的光子的数量归一化到少数载流子所存在的硅的体积)成比例。例如，这可以表示为：

C_{minority carrier}＝R_generation*t_{life,effective},

其中，R_generation是在该位置处的生成速率，并且t_{life,effective}是在该位置处的少数载流子的有效寿命。

在特定位置PL处的被诱导的光致发光的强度与在该位置处硅中吸收的光致发光诱导光的强度(表示为光子数量)、该位置处少数载流子的有效寿命以及该位置处硅中的掺杂浓度成比例。例如，这可以表示为：

PL＝A*I_absorbed*t_{life,effective}*C_{majority carrier},

其中I_absorbed是在该位置处硅中吸收的光致发光诱导光的强度(表示为光子数量)。

有效寿命t_{life,effective}具有来自各种复合通道的贡献，特别是体复合、界面处的复合以及俄歇复合。例如，这可以表示为：

1/t_{life,effective}

＝1/t_{recombination,bulk}+1/t_{recombination,interfaces}

+1/t_{recombination,Auger},

其中t_{recombination,bulk}为体复合寿命，t_{recombination,interfaces}为界面复合寿命，t_{recombination,Auger}为俄歇复合寿命。

像素界面处的缺陷(例如，在前表面、背表面或深沟绝缘(DTI)的壁处)降低给定像素中的有效寿命t_{life,effective}，并且将导致来自该像素的光致发光强度的降低。例如，这可以表示为：

1/t_{life,interfaces}

＝1/t_{recombination,front}+1/t_{recombination,back}

+1/t_{recombination,DTI},

其中t_{recombination,front}是前表面复合寿命，t_{recombination,back})是背表面复合寿命，t_{recombination,DTI}是深沟绝缘(DTI)壁复合寿命。

界面复合寿命t_{life,interfaces}与在该界面处的表面(即，界面)复合速度以及这些界面间的距离成反比。例如，这可以表示为：

其中d_interfaces是界面之间的距离，v_{recombination,interface}是界面处的复合速度。

在一些情况下，对于DTI界面，界面d_interfaces之间的距离可以大约为1μm(即，对于具有1μm的尺寸的像素)。良好钝化的界面的界面复合速率在1至10cm/sec的范围内。假设界面复合速率为10cm/sec，可以预期DTI界面复合寿命t_{recombination,DTI}约为5×10^-6秒。如果没有体缺陷并且表面被良好钝化，这将控制像素中的有效寿命t_{life,effective}。

有效寿命t_{life,effective}取决于注入水平(例如，入射在CIS有源区域上的光的强度)。因此，通过调节注入水平(例如，通过调节照射CIS样品的激发光的强度)可以控制有效寿命t_{life,effective}。可以根据一个或多个标准来调节注入水平。

例如，在一些情况下，可以调整注入水平以减少对CIS有源区域中的有效寿命的俄歇复合贡献。在高注入水平下，有效寿命可以通过俄歇复合来控制。例如，在一些情况下，对于1×10¹⁷cm^-3注入水平，俄歇复合将p型硅中的有效寿命限制在1×10^-4秒。作为另一示例，在一些情况下，对于1×10¹⁸cm^-3注入水平，俄歇复合将p型硅中的有效寿命限制在1×10^-6秒。因为俄歇复合对缺陷不敏感，所以可以调节注入水平，使得CIS有源区中的俄歇复合不主导复合过程。

此外，俄歇复合还控制高掺杂衬底中的有效寿命。例如，对于p++和n++衬底，俄歇复合可以限制对于所有注射水平的有效寿命。作为示例，在一些情况下，在具有1×10²⁰cm^-3的载流子浓度的p++衬底中，有效寿命被限制到1×10^-9秒。俄歇复合寿命随着掺杂浓度而突然改变。例如，掺杂浓度降低十倍(例如，从1×10²⁰到1×10¹⁹的掺杂浓度)将使有效寿命增加一百倍(例如，增加到1×10^-7秒)。

CIS有源区域中的有效寿命在低注入水平状况下也取决于注入水平(例如，当俄歇复合的贡献可忽略不计时)。因此，根据照水平(即，注入水平)监视光致发光强度是重要的，因为对于各种缺陷，响应于注入水平的寿命对于各种缺陷可以是不同的。例如，假定p型硅，随着注入水平的增加，诸如填隙子Fe的缺陷将导致有效寿命的增加。然而，随着注入水平的增加，诸如Fe-B对的缺陷会导致有效寿命的减少。对于在界面(例如，SiO2界面或DTI的壁)处增加复合的缺陷，改变注入水平对界面复合寿命的影响将取决于该界面处的空间电荷区域的状态。对于在低注入水平的转化中的界面，界面复合寿命不随注入水平的增加而改变。当注入水平变高(例如，大于多数载流子浓度)时，则随着注入水平的增加，寿命降低。对于在低注入水平的消耗中的界面，界面复合寿命随着注入水平的增加而增加。但是，对于高注入水平，界面复合寿命不随着注入水平的增加而改变。因此，对于给定的有缺陷的像素，光致发光强度对注入水平的依赖性可以为这种缺陷的性质提供重要的线索。

如上所述，在一些情况下，在CIS有源区域包含光致发光并使用适当的低注入电平是重要的。此外，最小化或以其他方式适当地减少在高度掺杂的衬底中吸收的光的量是重要的。光致发光强度与多数载流子浓度成成比例。因此，对于在衬底和外延层(例如，CIS有源区域)中吸收的相同量的光子，来自衬底的光致发光可以比来自CIS有源区域的光致发光更强。例如，在CIS装置的一示例中，CIS有源区域在处理开始时具有1×10¹⁶cm^-3的平均掺杂剂浓度，并且具有5×10^-6秒的有效寿命。在该示例中的衬底具有1×10¹⁹cm^-3的平均掺杂剂浓度，并且具有1×10^-7的有效寿命(由俄歇复合控制)，在一些情况下，这可以导致扩散长度(例如，少数载流子将扩散的距离)为约20μm。假定在CIS有源区域和高度掺杂的衬底中吸收的光子的数量类似，则来自衬底的光致发光将比CIS有源区域强五倍。为了将来自衬底的背景光致发光最小化到小于来自CIS有源区域的光致发光的5％，可以将在衬底中吸收的光子数量限制为小于在CIS有源区域中吸收的光子的1％。因此，可以适当选择光致发光生成光的波长(例如，吸收系数)。

如上所述，在一些情况下，使用一注入水平来诱导光致发光也是重要的，在该注入水平下，俄歇复合不能控制CIS样品的有源区域中的寿命(例如，当CIS有源区域中A俄歇复合的贡献忽略不计时)。如上所述，对于1×10¹⁷cm^-3的注入水平，俄歇使用寿命是1×10^-4秒。但是，对于1x10¹⁸cm^-3的注入水平，俄歇使用寿命是1x10^-6。作为示例，在一些情况下，对于有效(即体复合和界面复合)寿命在5×10^-6范围内的CIS有源区域，可以避免1×10¹⁸cm^-3的注入水平，因为体复合和界面复合的灵敏度将在该注入水平下丧失，并且将对测量的有效寿命贡献小于20％。

在一些情况下，使用一注入水平诱导光致发光也是重要的，该注入水平将防止少数载流子的从CIS有源区域向外扩散到高度掺杂的衬底。关于注入水平(例如，在CIS有源区中产生的少数载流子浓度)的一个重要问题涉及在CIS有源区域中产生的少数载流子到高度掺杂的衬底中的向外扩散。由于高掺杂p++衬底和CIS有源区域中较轻掺杂p型材料之间的掺杂浓度差异，在p/p++界面处存在电场，该电场对于低注入水平，将阻挡少数载流子从CIS有效区域到衬底中的扩散。然而，CIS有源区域和衬底中少数载流子浓度的差异会产生扩散场，该扩散场将是对于少数载流子从CIS有源区到衬底的扩散的驱动力。随着注射水平的增加，这种扩散驱动力也将增加。只要扩散力小于电排斥力，少数载流子将会包含在外延层中。对于高注入水平，这种扩散梯度可以克服电排斥，并且一些少数载流子可以进入到衬底中。结果，将从衬底产生强背景光致发光。这将降低检测来自CIS有源区域的光致发光变化的灵敏度。

因此，为了提高系统100的检测灵敏度并使CIS样品的重掺杂衬底中的光致发光产生最小化，重要的是选择施加到CIS样品的激发光的适当波长和强度。

在一些情况下，激发光的波长和强度可以根据经验针对每种应用来评估。例如，关于激发光的波长和强度是否导致主要来自CIS样品的有源区域的光致发光，或者所得到的光致发光是否具有来自CIS样品的衬底的大的贡献，可以根据经验进行确定。

在示例评估过程中，用具有特定波长和强度的激发光照射CIS样品，并且在CIS样品的相对大部分(例如，“宏观”区域)之上检测所得到的光致发光。在一些情况下，如上所述，以这种方式检查的CIS样品的部分可以大于由检测器172a-b测量的CIS样品的部分。在一些情况下，该“宏观”区域可以具有大约1cm²或更大的面积(例如，1cm²，2cm²，3cm²，4cm²或更大)。在一些情况下，该“宏观”区域可以包括整个CIS样品。

在一些情况下，该“宏观”区域的光致发光可以使用与检测器172a-b分离的检测器来确定。例如，分离的检测器可以朝向CIS样品190指向，以便获取检测器172a-b旁边的“宏观”区域的光致发光测量结果。在一些情况下，该“宏观”区域的光致发光可以由检测器172a-b中的一个来确定。例如，在一些实施方式中，CIS样品190与检测器172a-b之间的光路可以在对“宏观”区域成像的同时改变，诸如通过使用不同的物镜154或者调节物镜的光学性质同时对“宏观”区域成像。

检查所得到的光致发光图的强度变化，其指示通常与CIS装置的硅衬底相关联的缺陷。例如，由切克劳斯基工艺(Czochralski process)制造的硅晶片(即，“CZ晶片”)通常在被激发光照射时包括光致发光中的弯曲变化。作为示例，图2示出了CIS装置的示例性光致发光图200。在该示例中，光致发光图200包括光致发光强度210中的若干变化，其表现为强度变化的圆形或弯曲带。在一些情况下，类似于图2中所示的变化是由切克劳斯基工艺制造的硅晶片的特征，并且该特征图案不存在于器件的外延层(例如，CIS有源区域)中。

可以通过用长波长(例如，具有大于约1.1eV的能量、Si的能隙、的近红外照明)照射CIS样品，使得大部分载流子(例如，基本上大部分或基本上全部的载体)在衬底中产生，来定量地计算来自衬底的光致发光对所检测到的光致发光的贡献。由于特征衬底缺陷引起的该光致发光强度的变化被用作计算衬底光致发光对短波长检测的总光致发光的贡献的参考。

作为示例，当用具有相对长波长的激发光(例如，具有引起在CIS样品的衬底中将产生的基本上大部分或基本上全部的载流子的波长的激发光)照射CIS样品时，缺陷对比度是50％(例如，光致发光强度图包括不同于周围强度50％的强度的局部变化)。然而，当CIS样品用具有相对较短波长的激发光照射时，缺陷对比度为5％(例如，光致发光强度图包括不同于周围强度5％的强度的局部变化)。因此，在该示例中，可以估计衬底对于相对较短波长的总光致发光的贡献是大约10％(例如，5％除以50％)。

如果衬底对光致发光的贡献过大，则可以调节测量条件(例如，通过降低施加到CIS样品的激发光的波长或光强度)，直到缺陷图案被减少或消除。

在一些情况下，可以用于检测在CIS样品中的缺陷的上注入限可以至少部分地基于俄歇复合寿命来确定，俄歇复合寿命随着注入水平的增加而降低。例如，对于1×10¹⁷cm^-3的注入水平，示例装置中的俄歇寿命是100×10^-6秒。对于具有来自体复合和界面复合的5×10^-6秒有效复合寿命的CIS有源区域，俄歇复合将对有效寿命贡献约5％。

系统100对CIS样品中缺陷的灵敏度至少部分地取决于体复合寿命和界面复合寿命短于俄歇复合寿命。在一些情况下，可以改变激发光的波长和强度，以获得俄歇复合对有效寿命的贡献的特定百分比。例如，在一些实施方式中，可以改变激发光的波长和强度，使得CIS有源区域的俄歇寿命小于或等于CIS有源区域的来自体复合和界面复合的有效复合寿命的5％。在一些实施方式中，该阈值对应于大约1x10¹⁷cm^-3或更小的注入水平。对于大约5μm厚度的CIS有源区域，在一些情况下，这将对应于CIS有源区域中的约1x10¹⁹个光子/cm²sec(例如，对应于100mW/cm²的功率)的吸收。尽管上面描述了示例阈值，但这仅仅是说明性示例。在一些情况下，可以改变激发光的波长和强度，使得CIS有源区域的俄歇寿命小于或等于CIS有源区域的来自体复合和界面复合的有效复合寿命的一些其他百分比(例如，1％，5％，10％，15％或任何其他百分比)。

在系统100(图1)中，利用名义上正交于样品表面的光照射样品。相应地，在该几何形状中，从样品表面反射的光被系统的物镜收集并传送到检测器。然而更普遍地，其他配置也是可能的。例如，参考图3，在一些实施例中，可以使用倾斜的(而非正交的)照明。这里，系统300包括照明组件330，该照明组件330被布置成用沿着光轴310入射的激发光照射CIS样品190，该光轴310与样品表面成非法向角度。例如，光轴310可以相对于表面法线成45°或更大(例如，60°或更大，70°或更大)的角度。通常，入射角应该足够大，使得从样品表面镜面反射的光中的很少或没有从样品表面镜面反射的光被物镜154收集。

照明组件330包括光源132a和132b，滤光器136a和136b，以及二向色分束器138。另外，照明组件330包括聚焦透镜340和342，其将来自由分束器组合的光源的光聚焦到样品190上。

系统300还包括物镜154、滤光器158和场透镜160a。物镜154和场透镜160a将样品190的表面成像到检测器172a上。检测器与处理模块174通信。

与图1所示的系统100类似，物镜154具有名义上正交于样品190的表面的光轴。

由于照明光轴310和成像光轴320之间的相对取向，从样品190的表面镜面反射的激发光不被物镜154聚集，并且不被传送到检测器172a。仅来自样品190的光致发光、散射光和杂散光被传送到检测器172a。因此，在检测器172a处形成的图像是暗场图像。因此，即使在不使用滤光器158的情况下，晶片中的光致发光的源在图像中也表现为明亮的区域。

通常，虽然图3中示出了系统300的特定部件，但是图中未示出的其它部件也可以被包括。例如，系统还可以包括用于将光传送到样品190或者来自样品190的光成像的检测器172b和/或其他光学元件(例如，透镜、滤光器、光阑)。

在一些实施方式中，可以区分晶片中的来自不同过程的光致发光，其中不同的过程导致不同波长的光致发光。例如，可以使用光学滤波来区分来自晶体缺陷的光致发光和来自其他源的光致发光，诸如硅中的带到带跃迁。硅晶片中的来自晶体缺陷(例如，晶粒或亚晶界、位错团簇、位错环或沉淀、和/或堆垛层错)的光致发光典型地发生在约0.7eV至约0.9eV的能量范围内。相反，硅中的来自带到带跃迁的光致发光典型地发生在大于约1eV的波长处。因此，可以通过阻挡来自检测器的波长范围中的一个中的光来区分来自这两个不同源的光致发光。例如，阻挡具有超过约1eV的能量的光的光学滤波器可用于仅检测来自晶体缺陷的光致发光，因为硅中的带到带跃迁的光致发光在室温下具有约1.1eV或更高的能量，并且将被这种光学滤波器阻挡。更一般地，光学滤波器可以被设计成阻挡对应于在硅之外或除了硅以外的各种材料中的带到带跃迁的光子能量，从而允许类似地研究其他材料。以这种方式，可以使用上述技术来识别晶片(例如，硅晶片)中单个晶体缺陷的存在和位置。这样的位置将在使用阻挡来自带到带跃迁的滤光器而获取的图像中显示为亮点。

作为示例，滤光器158可以包括带通滤光器，其基本上透射具有从大约0.7eV到大约1eV的能量的光，但阻挡(例如，反射或吸收)具有低于大约0.7eV和/或大于大约1.0eV的波长的光。二向色滤光器可以用于此目的。结果，仅具有从大约0.7eV到大约1eV的光子能量的光到达检测器并且对检测到的图像有贡献。在滤光器158是反射式滤光器的实施例中，滤光器可以相对于光路以一角度取向，使得被反射的光不被引导回晶片。滤光器158可以是从光路上可移除的，例如手动地或经由可致动的安装而自动可移除的。

取决于实施例，滤光器158的通带可以改变。例如，通带可具有约0.3μm(例如约0.7μm至约1.0μm)或更小(例如，约0.25μm，约0.2μm，约0.15μm，约0.1μm，约0.05μm)的全宽半最大值。可以选择通带以便选择性地阻挡来自一个源的光致发光，同时透射来自另一个源的光致发光。例如，较窄的通带可以允许区分不同类型的晶体缺陷。

虽然滤光器158是一种实施方式，但其他实施方式也是可能的例如，滤光器位置不限于所描绘的位置。通常，滤光器可以位于从晶片到检测器的光路中的任何位置。在一些实施例中，滤光器可以位于检测器处(例如，与检测器集成)。在特定实施例中，滤光器可以位于成像系统的光瞳平面处。

在晶片处理的不同步骤期间监视晶片的晶体缺陷可以允许识别工艺引起的晶体缺陷(例如，单个堆垛层错、位错环或沉淀)。这些缺陷可以用亚微米分辨率来识别。可以监视的处理步骤包括离子注入步骤、退火步骤、层沉积步骤(例如，外延层生长)、氧化步骤、和/或抛光步骤(例如，化学机械抛光)。通常，可以在这些处理步骤中的任一个之前和/或之后执行缺陷表征。

尽管在此描述了用于检测CIS器件中的缺陷的实施方式，但这仅仅是一个说明性应用。实际上，可以使用实施方式来检测其他装置或电路中的缺陷，在其他装置或电路中，产生的少数载流子和光致发光基本上被限制到器件有源区域。例如，在一些情况下，可以使用实施方式来检测使用完全耗尽的绝缘体上硅(SOI)技术构建的CMOS电路中的缺陷。在一些实施例中，可以使用除由纯硅形成的那些晶片之外的晶片，诸如SiGe层。也可以使用化合物半导体晶片。例如，可以使用本文公开的技术表征由III-V或II-VI化合物形成的晶片。更一般地，上述技术可应用于展现晶体学缺陷光致发光的各种材料，特别是在其中晶体缺陷光致发光和带到带光致发光在不同波长下发生的那些半导体材料中。

虽然本说明书包含许多细节，这些不应该被解释为对可以要求保护的范围的限制，而是理解为对特定于特定示例的特征的描述。本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的特定特征也可以被组合。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合地在多个实施例中实现。

已经描述了许多实施方式。然而，应当理解，在不脱离发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其它实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种方法，包括：

用激发光照射晶片，所述激发光具有足以在所述晶片中诱导光致发光的波长和强度；

对响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光进行滤波；

将被滤波的光致发光引导到检测器上，以便以1μm×1μm或更小的空间分辨率在所述检测器上对所述晶片的所述部分成像；以及

基于所检测到的被滤波的光致发光来识别所述晶片中的一个或多个晶体缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所检测到的被滤波的光致发光对应于所述晶片中的来自晶体缺陷的光致发光。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述滤波基本上从所述被滤波的光致发光中移除所述晶片中的来自带到带的跃迁的光致发光。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所检测到的被滤波的光致发光包括具有在约0.7eV至约0.9eV范围内的能量的光。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述晶片是硅晶片。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述滤波基本上阻挡具有大于约1.0eV的能量的光被检测到。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述滤波还包括对从所述晶片的所述部分反射的激发光进行滤波。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括检测从所述晶片的所述部分反射的激发光。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：将所检测到的光致发光与所检测到的激发光进行比较，并且基于该比较来识别所述晶片中的一个或多个缺陷。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片是用于互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器的晶片。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述晶片的所述部分对应于所述互补金属氧化物半导体成像传感器的一个或多个像素。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别所述互补金属氧化物半导体成像传感器的一个或多个缺陷像素。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别具有1微米或更小的尺寸的一个或多个缺陷。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于从所述晶片的所述部分发射的光致发光来形成所述晶片的所述部分的光致发光强度图；以及

基于从所述晶片的所述部分反射的激发光来形成所述晶片的所述部分的反射强度图。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光包括：

确定所述光致发光强度图包括在所述晶片的第一位置处的强度的第一变化；

在确定所述光致发光强度图包括在所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第一变化时，确定所述反射强度图是否包括在所述晶片的所述第一位置处的强度的第二变化；

在确定所述反射强度图不包括在所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第二变化时，确定在所述晶片的所述第一位置处存在缺陷。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光还包括：

在确定所述反射强度图包括在所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第二变化时，确定在所述晶片的所述第一位置处不存在缺陷。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括调节所述激发光的特性。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，调节所述激发光的特性包括调节所述激发光的波长。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，调节所述激发光的波长以增加从所述晶片的第二部分发射的光致发光。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述晶片的所述第二部分位于所述晶片中与第一部分不同的深度处。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激发光具有在200纳米至1100纳米的范围内的波长。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片是硅晶片或化合物半导体晶片。

23.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述晶片上执行处理步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述处理步骤选自由离子注入步骤、退火步骤、层沉积步骤、氧化步骤、和抛光步骤组成的组。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，在识别所述晶体缺陷之后执行所述处理步骤。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括用所述激发光照射所被处理的晶片，并基于来自所被处理的晶片的光致发光来识别在所被处理的晶片中的一个或多个附加缺陷。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括将在所述晶片中识别的所述晶体缺陷与所述附加缺陷比较。

28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶体缺陷对应于所述晶片的一部分的图像中的亮部分。

29.一种系统，包括：

照明模块，该照明模块配置为用激发光照射晶片，所述激发光具有足以在所述晶片中诱导光致发光的波长和强度；

检测模块，该检测模块配置为检测响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光；

成像光学器件，该成像光学器件配置为以1μm×1μm或更小的空间分辨率将所述晶片的所述部分成像到所述检测模块上；

光学滤波器，该光学滤波器布置为在所述检测模块检测之前，对从所述晶片的所述部分发射的光致发光进行滤波；以及

处理模块，该处理模块配置为基于所检测到的被滤波的光致发光来识别所述晶片中的一个或多个晶体缺陷。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述光学滤波器将对应于所述晶片中的来自晶体缺陷的光致发光透射到所述检测模块。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述光学滤波器基本上阻挡所述晶片中的来自带到带的跃迁的光致发光到所述检测模块。

32.根据权利要求29所述的系统，其中，所述光学滤波器将具有在约0.7eV至约1.0eV范围内的能量的光透射到所述检测模块。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述光学滤波器基本上阻挡具有大于约1.0eV的能量的光到所述检测模块。

34.根据权利要求29所述的方法，其中，所述光学滤波器阻挡从所述晶片朝向所述检测模块反射的激发光的至少一些到所述检测模块。

35.根据权利要求29所述的系统，其中，所述激发光具有在200纳米至1100纳米的范围内的波长。

36.根据权利要求29所述的系统，其中，所述照明组件布置为沿着非法向于所述晶片的被照射表面的光轴将所述激发光照射到所述晶片。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，照明光学器件具有名义上法向于所述晶片的被照射表面的光轴。

38.一种方法，包括：

检测响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光；

检测从所述晶片的所述部分反射的激发光；

将从所述晶片的所述部分发射的光致发光与从所述晶片的所述部分反射的激发光进行比较；以及

基于所述比较识别所述晶片中的一个或多个缺陷。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述晶片包括互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述晶片的所述部分包括所述互补金属氧化物半导体成像传感器的一个或多个像素。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别所述互补金属氧化物半导体成像传感器的一个或多个缺陷像素。

42.根据权利要求40所述的方法，其中，检测从所述晶片的所述部分发射的光致发光包括以1μm×1μm或更小的空间分辨率来分辨从所述晶片的所述部分发射的光致发光。

43.根据权利要求40所述的方法，其中，检测从所述晶片的所述部分反射的激发光包括以1μm×1μm或更小的空间分辨率来分辨从所述晶片的所述部分反射的激发光。

44.根据权利要求40所述的方法，其中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别具有1μm或更小的尺寸的一个或多个缺陷。

45.根据权利要求39所述的方法，其中，所述晶片的所述部分对应于所述互补金属氧化物半导体成像传感器的有源区域。

46.根据权利要求38所述的方法，还包括：

47.根据权利要求46所述的方法，其中，比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光包括：

在确定所述反射强度图不包括在所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第二变化时，确定所述晶片的所述第一位置处存在缺陷。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光还包括：

在确定所述反射强度图包括在所述晶片的所述第一位置处的强度的所述第二变化时，确定所述晶片的所述第一位置处不存在缺陷。

49.根据权利要求38所述的方法，还包括：

检测从所述晶片的第二部分发射的光致发光，其中，所述晶片的所述第二部分大于所述晶片的第一部分；

基于从所述晶片的所述第二部分发射的光致发光来形成所述晶片的所述第二部分的光致发光强度图；

确定在所述光致发光强度图中存在一个或多个弯曲对比区域；以及

在确定在所述光致发光强度图中存在一个或多个弯曲对比区域时，调节所述激发光的特性。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述一个或多个弯曲对比区域指示通过切克劳斯基工艺制造的硅晶片中的缺陷。

51.根据权利要求49所述的方法，其中，调节所述激发光的特性包括调节所述激发光的波长以增加从所述晶片的所述第二部分发射的光致发光。

52.根据权利要求49所述的方法，其中，调节所述激发光的特性包括调节所述激发光的强度。

53.根据权利要求38所述的方法，其中，用激发光照射所述晶片包括用激发光照射所述晶片使得所述俄歇复合基本上不发生在所述晶片的所述部分中。

54.根据权利要求38所述的方法，其中，所述激发光具有在200纳米至1100纳米的范围内的波长。

55.根据权利要求38所述的方法，其中，所述光致发光具有在200纳米至1100纳米的范围内的波长。

56.一种系统，包括：

第一检测模块，该第一检测模块配置为检测响应于所述照射从所述晶片的一部分发射的光致发光；

第二检测模块，该第二检测模块配置为检测从所述晶片的所述部分反射的激发光；以及

处理模块，该处理模块配置为：将从所述晶片的所述部分发射的光致发光与从所述晶片的所述部分反射的激发光进行比较；以及基于所述比较识别所述晶片中的一个或多个缺陷。

57.根据权利要求56所述的系统，其中，所述晶片包括互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器。

58.根据权利要求57所述的系统，其中，所述晶片的所述部分包括所述互补金属氧化物半导体成像传感器的一个或多个像素。

59.根据权利要求58所述的系统，其中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别所述互补金属氧化物半导体成像传感器的一个或多个缺陷像素。

60.根据权利要求58所述的系统，其中，检测从所述晶片的所述部分发射的光致发光包括以1μm×1μm或更小的空间分辨率来分辨从所述晶片的所述部分发射的光致发光。

61.根据权利要求58所述的系统，其中，检测从所述晶片的所述部分反射的激发光包括以1μm×1μm或更小的空间分辨率来分辨从所述晶片的所述部分反射的激发光。

62.根据权利要求58所述的系统，其中，识别所述晶片中的一个或多个缺陷包括识别具有1μm或更小的尺寸的一个或多个缺陷。

63.根据权利要求57所述的系统，其中，所述晶片的所述部分对应于所述互补金属氧化物半导体成像传感器的有源区域。

64.根据权利要求56所述的系统，其中所述处理模块还配置为：基于从所述晶片的所述部分发射的光致发光来形成所述晶片的所述部分的光致发光强度图；以及基于从所述晶片的所述部分反射的激发光来形成所述晶片的所述部分的反射强度图。

65.根据权利要求56所述的系统，其中，比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光包括：

66.根据权利要求65所述的系统，其中，比较来自所述晶片的所述部分的所检测到的光致发光与来自所述晶片的区域的所检测到的反射的激发光还包括：

67.根据权利要求56所述的系统，其中，所述系统还包括第三检测模块，该第三检测模块配置为检测从所述晶片的第二部分发射的光致发光，其中，所述晶片的所述第二部分大于所述晶片的第一部分；并且

其中，所述处理模块还配置为：

68.根据权利要求67所述的系统，其中，所述一个或多个弯曲对比区域指示通过切克劳斯基工艺制造的硅晶片中的缺陷。

69.根据权利要求67所述的系统，其中，调节所述激发光的特性包括调节所述激发光的波长以增加从所述晶片的所述第二部分发射的光致发光。

70.根据权利要求67所述的系统，其中，调节所述激发光的特性包括调节所述激发光的强度。

71.根据权利要求56所述的系统，其中，用激发光照射所述晶片包括用激发光照射所述晶片使得所述俄歇复合基本上不发生在所述晶片的所述部分中。

72.根据权利要求56所述的系统，其中，所述激发光具有在200纳米至1100纳米的范围内的波长。

73.根据权利要求56所述的系统，其中，所述光致发光具有在200纳米至1100纳米的范围内的波长。