CN111398774A - 硅片少子寿命的测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅片少子寿命的测试方法及装置，属于半导体技术领域。硅片少子寿命的测试装置，包括：激光发生器，用于发射激光；微波探针，用于发射微波；控制单元，用于根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α，并根据所述角度α调整所述硅片的位置、所述微波探针发射微波的角度以及所述激光发生器发射激光的角度，使得所述硅片与水平面之间的夹角为α，所述微波探针发射微波的方向与所述硅片垂直，所述激光发生器发射激光的方向与水平面垂直。本发明能够实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。

Description

硅片少子寿命的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种硅片少子寿命的测试方法及装置。
背景技术
随着集成电路集成度的不断增大，对所需衬底单晶硅片的质量要求也越来越高，人们常用非平衡态少数载流子寿命(少子寿命)来反映硅片质量的好坏。硅片的少子寿命是指：在大于半导体禁带宽度的能量(1.12eV)激励下，被激发的空穴-电子对中少数载流子复合的平均时间。而金属和缺陷会成为有效的复合中心，当硅片中有较多的金属和缺陷时，会导致少子寿命大幅下降。
目前，检测硅片少子寿命的方法主要是微波光电导衰退法(Microwave Photo-Conductance Decay,μ-PCD)。微波光电导衰退法是利用大于硅禁带宽度的脉冲激光对硅片表面进行照射，产生的空穴-电子对增大其光电导率，随着激光的撤除，光电导率呈指数衰退，利用微波反射强度的变化探测光电导率的变化，从而得出少子的寿命。
外延片是在抛光片衬底上生长一层单晶硅薄膜的单晶硅片，由于其采用化学气相沉积的方法来生长高质量的单晶硅薄膜，不会产生单晶硅原缺陷且不含氧沉淀等杂质，在IC器件制造的过程中越来越被广泛使用，而外延片的少子寿命同样是评价外延技术的方法之一。
现有技术中，光源一定的情况下无法对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅片少子寿命的测试方法及装置，能够实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种硅片少子寿命的测试装置，包括：
激光发生器，用于发射激光；
微波探针，用于发射微波；
控制单元，用于根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α，并根据所述角度α调整所述硅片的位置、所述微波探针发射微波的角度以及所述激光发生器发射激光的角度，使得所述硅片与水平面之间的夹角为α，所述微波探针发射微波的方向与所述硅片垂直，所述激光发生器发射激光的方向与水平面垂直。
可选的，所述控制单元具体用于根据以下公式计算所述角度α：
α＝arccos(d/s)；
其中，s为激光的入射深度，d为待测试硅片的外延层厚度。
可选的，所述激光发生器发射的激光为波长904nm的红外光，入射深度为30μm。
本发明的实施例还提供了一种硅片少子寿命的测试方法，包括：
根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α；
根据角度α调整硅片的位置使得所述硅片与水平面之间的夹角为α；
根据角度α调整微波探针发射微波的角度，使得所述微波探针发射微波的方向与所述硅片垂直；
根据角度α调整激光发生器发射激光的角度，使得所述激光发生器发射激光的方向与水平面垂直。
可选的，所述根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α包括：
根据以下公式计算所述角度α：
α＝arccos(d/s)；
其中，s为激光的入射深度，d为待测试硅片的外延层厚度。
可选的，所述激光发生器发射的激光为波长904nm的红外光，入射深度为30μm。
本发明的实施例还提供了一种硅片少子寿命的测试设备，所述测试设备包括处理器、存储器以及存储于所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的硅片少子寿命的测试方法的步骤。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的硅片少子寿命的测试方法的步骤。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α，并根据角度α调整硅片的位置、微波探针发射微波的角度以及激光发生器发射激光的角度，使得硅片与水平面之间的夹角为α，微波探针发射微波的方向与硅片垂直，激光发生器发射激光的方向与水平面垂直，这样激光在硅片中激发的空穴电子对的深度为外延层厚度。在测试硅片的外延层的少子寿命时，可根据不同的外延层厚度，调整硅片和微波探针的角度，实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
附图说明
图1为本发明实施例硅片少子寿命的测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例硅片少子寿命的测试原理示意图；
图3为本发明实施例硅片少子寿命的测试方法的流程示意图。
附图标记
1微波探针
2激光发生器
3微波
4激光
5硅片
6外延层
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
相关技术中，采用904nm的红外光作为激光光源，使硅片产生空穴电子对，其入射深度为30μm。但是对于具有薄外延层的硅片而言，测量外延片的少子寿命其实是反应外延层和硅基质的少子寿命。在最新的μ-PCD技术中，可以采用紫外光作为激光源测量外延层的少子寿命。但是以紫外光作为激光源，不仅光源频率很高使得成本提升、辐射更大，并且入射深度小导致信号响应值小，更为重要的是光源一定的情况下无法对不同厚度的外延层进行少子寿命测试。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种硅片少子寿命的测试方法及装置，能够实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
本发明实施例提供一种硅片少子寿命的测试装置，如图1所示，包括：
激光发生器2，用于发射激光4；
微波探针1，用于发射微波3；
控制单元(未图示)，用于根据待测试硅片5的外延层厚度计算出角度α，并根据所述角度α调整所述硅片5的位置、所述微波探针1发射微波3的角度以及所述激光发生器2发射激光4的角度，使得所述硅片5与水平面之间的夹角为α，所述微波探针1发射微波3的方向与所述硅片5垂直，所述激光发生器2发射激光4的方向与水平面垂直。
本实施例中，根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α，并根据角度α调整硅片的位置、微波探针发射微波的角度以及激光发生器发射激光的角度，使得硅片与水平面之间的夹角为α，微波探针发射微波的方向与硅片垂直，激光发生器发射激光的方向与水平面垂直，这样激光在硅片中激发的空穴电子对的深度为外延层厚度。在测试硅片的外延层的少子寿命时，可根据不同的外延层厚度，调整硅片和微波探针的角度，实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
本发明的示例性实施例中，所述控制单元具体用于根据以下公式计算所述角度α：
α＝arccos(d/s)；
其中，s为激光的入射深度，d为待测试硅片的外延层厚度。
如图2所示，硅片5与水平面的夹角为α，微波3方向与硅片5平面垂直，激光4方向保持与水平面垂直。一具体示例中，所述激光发生器发射的激光可以为波长904nm的红外光，入射深度为30μm。当然，激光发生器发射的激光并不局限为波长904nm的红外光，还可以为其他波长的红外光。
当硅片5的外延层6的厚度d为15μm时，可调整硅片5与水平面夹角为arccos(15/30)＝60°，并使微波3方向与硅片5表面垂直，激光4沿入射方向的深度仍为30μm，但沿微波探测方向上的分量仅为15μm。如此一来，激光4在硅片5中激发的空穴电子对的深度为15μm，即为外延层6的厚度。
上述实施例以外延层厚度为15μm举例进行说明，实际应用中，外延层厚度还可以采用其他值。在测试外延层的少子寿命时，可根据不同的外延层厚度，调整硅片和微波探针的角度，实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
通过本实施例的技术方案，不管激光发生器发射的激光的波长是多少，外延层的厚度是多少，均可以通过调整硅片的位置、微波探针发射微波的角度以及激光发生器发射激光的角度，使得激光在硅片中激发的空穴电子对的深度为外延层厚度。
本发明的实施例还提供了一种硅片少子寿命的测试方法，如图3所示，包括：
步骤201：根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α；
步骤202：根据角度α调整硅片的位置使得所述硅片与水平面之间的夹角为α；
步骤203：根据角度α调整微波探针发射微波的角度，使得所述微波探针发射微波的方向与所述硅片垂直；
步骤204：根据角度α调整激光发生器发射激光的角度，使得所述激光发生器发射激光的方向与水平面垂直。
本实施例中，根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α，并根据角度α调整硅片的位置、微波探针发射微波的角度以及激光发生器发射激光的角度，使得硅片与水平面之间的夹角为α，微波探针发射微波的方向与硅片垂直，激光发生器发射激光的方向与水平面垂直，这样激光在硅片中激发的空穴电子对的深度为外延层厚度。在测试硅片的外延层的少子寿命时，可根据不同的外延层厚度，调整硅片和微波探针的角度，实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
可选的，所述根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α包括：
根据以下公式计算所述角度α：
α＝arccos(d/s)；
其中，s为激光的入射深度，d为待测试硅片的外延层厚度。
如图2所示，硅片5与水平面的夹角为α，微波3方向与硅片5平面垂直，激光4方向保持与水平面垂直。一具体示例中，所述激光发生器发射的激光可以为波长904nm的红外光，入射深度为30μm。当然，激光发生器发射的激光并不局限为波长904nm的红外光，还可以为其他波长的红外光。
当硅片5的外延层6的厚度d为15μm时，可调整硅片5与水平面夹角为arccos(15/30)＝60°，并使微波3方向与硅片5表面垂直，激光4沿入射方向的深度仍为30μm，但沿微波探测方向上的分量仅为15μm。如此一来，激光4在硅片5中激发的空穴电子对的深度为15μm，即为外延层6的厚度。
上述实施例以外延层厚度为15μm举例进行说明，实际应用中，外延层厚度还可以采用其他值。在测试外延层的少子寿命时，可根据不同的外延层厚度，调整硅片和微波探针的角度，实现对不同厚度外延层的硅片进行少子寿命测试。
通过本实施例的技术方案，不管激光发生器发射的激光的波长是多少，外延层的厚度是多少，均可以通过调整硅片的位置、微波探针发射微波的角度以及激光发生器发射激光的角度，使得激光在硅片中激发的空穴电子对的深度为外延层厚度。
本发明的实施例还提供了一种硅片少子寿命的测试设备，所述测试设备包括处理器、存储器以及存储于所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的硅片少子寿命的测试方法的步骤。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的硅片少子寿命的测试方法的步骤。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种硅片少子寿命的测试装置，其特征在于，包括：
激光发生器，用于发射激光；
微波探针，用于发射微波；
控制单元，用于根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α，并根据所述角度α调整所述硅片的位置、所述微波探针发射微波的角度以及所述激光发生器发射激光的角度，使得所述硅片与水平面之间的夹角为α，所述微波探针发射微波的方向与所述硅片垂直，所述激光发生器发射激光的方向与水平面垂直。
2.根据权利要求1所述的硅片少子寿命的测试装置，其特征在于，所述控制单元具体用于根据以下公式计算所述角度α：
α＝arccos(d/s)；
其中，s为激光的入射深度，d为待测试硅片的外延层厚度。
3.根据权利要求1所述的硅片少子寿命的测试装置，其特征在于，所述激光发生器发射的激光为波长904nm的红外光，入射深度为30μm。
4.一种硅片少子寿命的测试方法，其特征在于，包括：
根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α；
根据角度α调整硅片的位置使得所述硅片与水平面之间的夹角为α；
根据角度α调整微波探针发射微波的角度，使得所述微波探针发射微波的方向与所述硅片垂直；
根据角度α调整激光发生器发射激光的角度，使得所述激光发生器发射激光的方向与水平面垂直。
5.根据权利要求4所述的硅片少子寿命的测试方法，其特征在于，所述根据待测试硅片的外延层厚度计算出角度α包括：
根据以下公式计算所述角度α：
α＝arccos(d/s)；
其中，s为激光的入射深度，d为待测试硅片的外延层厚度。
6.根据权利要求4所述的硅片少子寿命的测试方法，其特征在于，所述激光发生器发射的激光为波长904nm的红外光，入射深度为30μm。
7.一种硅片少子寿命的测试设备，其特征在于，所述测试设备包括处理器、存储器以及存储于所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求4至6中任一项所述的硅片少子寿命的测试方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至6中任一项所述的硅片少子寿命的测试方法的步骤。
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ASTFALK GARY E. CARVER, JOHN D. MICHALSKI and BAHIRU KASSAHUN
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