CN117388664A - 一种半导体晶圆少子寿命成像系统与方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体晶圆少子寿命成像系统与方法。系统包括：控制模块，用于生成第一电脉冲信号和第二电脉冲信号；光源模块，根据第一电脉冲信号和第二电脉冲信号产生探测光束和激发光束；承载模块，用于固定晶圆；扩束模组，使探测光束和激发光束能够通过扩束模组入射至固定在承载模块的晶圆上，使晶圆上的少子在激发光束的激发下从基态转换到激发态，探测光束探测处于激发态的少子；成像模块，用于获取探测光束探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像；控制模块还用于根据瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。本申请实施例，能够提高少子寿命成像的成像效率。

Description

一种半导体晶圆少子寿命成像系统与方法

技术领域

本申请属于晶圆检测技术领域，尤其涉及一种半导体晶圆少子寿命成像系统与方法。

背景技术

通常以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小和良好的化学稳定性等独特的性能，在大功率器件，高温电子器件和光电器件等领域具有非常广阔的应用前景。但是，第三代半导体的晶圆质量比起传统硅晶圆差很多。以SiC为例，因为其晶体结构等物理化学性质的特殊性，晶体的生长工艺还不成熟，晶体中的缺陷浓度比Si高几个数量级，导致了SiC少子寿命很短，影响其后续所生产的芯片器件效果，所以针对第三代半导体的晶圆少子寿命检测对于优化晶体生长工艺和提高晶圆质量和良率尤为重要。

目前，常规的少子寿命测试系统是基于脉冲激光激发样品，微波电导率探测，使用微波对样品晶圆进行从上至下扫描，示波器连续采集微波强度衰减实现的。

但是，由于相关技术只能通过扫描样品的方式实现，造成成像效率较低，测试整个晶圆耗费大量时间。

发明内容

本申请实施例提供一种半导体晶圆少子寿命成像系统与方法，能够提高少子寿命成像的成像效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种半导体晶圆少子寿命成像系统，半导体晶圆少子寿命成像系统包括：控制模块，用于生成第一电脉冲信号和第二电脉冲信号，第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔；光源模块，和控制模块电连接，以使光源模块能够根据第一电脉冲信号和第二电脉冲信号产生探测光束和激发光束；承载模块，用于固定晶圆；扩束模组，设置在光源模块和承载模块之间，以使探测光束和激发光束能够通过扩束模组入射至固定在承载模块的晶圆上，以使晶圆上的少子在激发光束的激发下从基态转换到激发态，探测光束探测处于激发态的少子；成像模块，和控制模块电连接，成像模块用于获取探测光束探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像；控制模块还用于根据瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。

根据本申请第一方面的实施方式，扩束模组包括：第一扩束模块，设置在探测光束抵达晶圆的光路上；第二扩束模块，设置在激发光束抵达晶圆的光路上。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第一扩束模块和第二扩束模块设置在承载模块厚度方向相对的两侧。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第一扩束模块为扩束匀化装置，包括积分球。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第二扩束模块与所述承载模块之间设有第一匀光装置。根据本申请第一方面前述任一实施方式，承载模块包括承载板，承载板设置有第一通光孔和第二通光孔，第一通光孔用于固定晶圆，第二通光孔用于固定滤光片。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，半导体晶圆少子寿命成像系统还包括：第一光路调整装置，设置在探测光束抵达第一扩束模块的光路上；第二光路调整装置，设置在激发光束抵达第二扩束模块的光路上。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，控制模块包括：工控机，与成像模块电连接，工控机用于生成第一电信号；时序控制器，与光源模块电连接，时序控制器用于根据第一电信号产生第一电脉冲信号和第二电脉冲信号；工控机还用于接收并处理成像模块发送的瞬态吸收图像，得到晶圆的少子寿命图像。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，半导体晶圆少子寿命成像系统还包括排列设置的第二匀光装置和第三匀光装置，第二匀光装置设置在积分球与第三匀光装置之间，第三匀光装置设置在第二匀光装置与承载模块之间。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，探测光束和激发光束为激光。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，探测光束的重复频率大于激发光束的重复频率。

第二方面，本申请实施例提供了一种半导体晶圆少子寿命成像方法，应用第一方面的半导体晶圆少子寿命成像系统，半导体晶圆少子寿命成像方法包括：控制模块生成第一电脉冲信号和第二电脉冲信号，第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔；光源模块根据第一电脉冲信号和第二电脉冲信号产生探测光束和激发光束，探测光束和激发光束通过扩束模组入射至固定在承载模块的晶圆上，以使晶圆上的少子在激发光束的激发下从基态转换到激发态，探测光束探测处于激发态的少子；成像模块获取探测光束探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像，并将瞬态吸收图像传输至控制模块；控制模块根据瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。

本申请实施例的半导体晶圆少子寿命成像系统与方法，系统中由控制模块生成的第一电脉冲信号和第二电脉冲信号均为触发信号。触发光源模块产生探测光束和激发光束，由于第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔，所以探测光束和激发光束也存在预设时间间隔，激发光束可以将晶圆少子从基态转化为激发态。探测光束探测处于激发态的晶圆少子，并将所探测到的晶圆瞬态吸收图像传输至控制模块，由控制模块对瞬态吸收图像进行处理，得到晶圆的少子寿命图像。由于采用扩束模组对探测光束和激发光束进行了扩束，配合匀化装置的使用，使得成像模块可以大面积采集透过晶圆样品的激发光束，而不用从上至下扫描，大幅提升了半导体晶圆少子寿命成像的检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像系统的一种结构示意图；

图2是本申请实施例提供的探测光束和激发光束的脉冲时间延迟示意图；

图3是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像系统的另一种结构示意图；

图4是本申请实施例提供的承载板的一种结构示意图；

图5是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像系统的又一种结构示意图；

图6是本申请实施例提供的瞬态吸收成像的一种示意图；

图7是本申请实施例提供的处理瞬态吸收成像的一种示意图；

图8是本申请实施例提供的动力学曲线示意图；

图9是本申请实施例提供的少子寿命成像示意图；

图10是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像方法的一种流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在本申请中能进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本申请意在覆盖落入所对应权利要求（要求保护的技术方案）及其等同物范围内的本申请的修改和变化。需要说明的是，本申请实施例所提供的实施方式，在不矛盾的情况下可以相互组合。

通常以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小和良好的化学稳定性等独特的性能，在大功率器件，高温电子器件和光电器件等领域具有非常广阔的应用前景。但是，第三代半导体的晶圆质量比起传统硅晶圆差很多。以SiC为例，因为其晶体结构等物理化学性质的特殊性，晶体的生长工艺还不成熟，晶体中的缺陷浓度比Si高几个数量级，导致了SiC少子寿命很短，影响其后续所生产的芯片器件效果，所以针对第三代半导体的晶圆少子寿命检测对于优化晶体生长工艺和提高晶圆质量和良率尤为重要。

目前，常规的少子寿命测试系统是基于脉冲激光激发样品，微波电导率探测，使用微波对样品晶圆进行从上至下扫描，示波器连续采集微波强度衰减实现的。

但是，由于相关技术只能通过扫描样品的方式实现，造成成像效率较低，测试整个晶圆耗费大量时间。其次，由于微波电导率探测所使用的微波波长较长，造成少子寿命成像系统时的时间分辨率和空间分辨率均较低。

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了半导体晶圆少子寿命成像系统和方法。下面首先对本申请实施例所提供的半导体晶圆少子寿命成像系统进行介绍。

图1是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像系统的一种结构示意图。如图1所示，半导体晶圆少子寿命成像系统100可以包括：控制模块110、光源模块120、承载模块130、扩束模组140和成像模块150。

控制模块110可以用于生成第一电脉冲信号Ep1和第二电脉冲信号Ep2，第一电脉冲信号Ep1的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号Ep2的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔△T。其中，预设时间间隔△T的范围可以取自探测光束L1的脉冲光时间间隔范围内的一组数据。预设时间间隔△T可以根据晶圆少子寿命值在这一范围内选择不同的△T值。对于碳化硅半导体晶圆样品，通常优选0到1us之间，间隔10ns的一组数据作为预设时间△T的范围。

光源模块120和控制模块110电连接，以使光源模块120能够根据第一电脉冲信号Ep1和第二电脉冲信号Ep2产生探测光束L1和激发光束L2。承载模块130，可以用于固定晶圆。

通过控制模块110使生成的第一电脉冲信号Ep1和第二电脉冲信号Ep2的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔△T，目的是为了使探测光束L1与激发光束L2也存在预设时间间隔△T，如图2所示，图2是本申请实施例提供的探测光束L1和激发光束L2的脉冲时间延迟示意图；探测光束L1先于激发光束L2到达晶圆时，定义△T为负，此时，相邻两个探测光脉冲没有区别，所以不会产生瞬态吸收信号。

激发光束L2先于探测光束L1到达晶圆时，定义△T为正，此时激发光束L2先到达晶圆，将晶圆中少子从基态转化为激发态，探测光束L1到达后检测处于激发态的晶圆少子。

两个光束同时到达晶圆时△T为0，此时，瞬态吸收信号开始生成并很快到达最大值，随着延迟时间ΔT不断增大，少子数目持续衰减信号逐渐变小。该曲线遵循单指数方程衰减形式。

通常设置的测试时间点均匀地分布在零点前到衰减完全的时间范围内。通常，考虑到测试时间不要太长，一般设置的测试时间点个数控制在10个左右。例如，预设时间间隔△T设置为10.1微秒，测试时间点个数为10个，每个测试时间点可以持续一定时间段，例如90秒的测试。

在一些实施例中，探测光束L1和激发光束L2均可以为激光，可以由激光器发出，优选地，发出探测光束L1和激发光束L2的激光器可以为纳秒激光器，纳秒激光器带有激光倍频装置，能够调整输出不同波长。通过调整不同的输出波长，实现不同波长的探测，和不同波长的激发，更全面的表征晶圆载流子寿命和晶圆质量。探测光束L1的输出波长可以为266nm-1064nm，能量在10uJ至500mJ，重复频率在1Hz-1000Hz；激发光束L2的输出波长可以为266nm-1064nm，能量可以为10uJ-500mJ，重复频率可以为1Hz-1000Hz。由于纳秒激光器的脉宽小于10ns，所以在该实施例中，半导体晶圆少子寿命成像系统的时间分辨率小于15ns，提高了半导体晶圆少子寿命成像系统的时间分辨率，实现对晶圆载流子寿命的精确探测。

在上述实施例的基础上，优选地，探测光束L1的输出波长为532nm，能量约为10mJ，重复频率为100Hz。激发光束L2的输出波长为355nm，能量约为90mJ，探测光束L1的重复频率需大于激发光束L2的重复频率，较优地，激发光束L2重复频率可以为探测光束L1的二分之一50Hz。如此，可以实现在探测光束L1探测晶圆少子从基态转为激发态的过程中，效率较高。

在一些优选实施例中，承载模块130可以设置在二轴移动扫描台上，也可以通过自动更换转盘再设置在二轴移动扫描台上，可实现样品自动移动和自动更换样品。二轴移动扫描台和自动更换转盘是本领域普遍使用的器件，不展开描述。

继续参见图1，扩束模组140设置在光源模块120和承载模块130之间，以使探测光束L1和激发光束L2能够通过扩束模组140入射至固定在承载模块130的晶圆上，并使扩束后的探测光束L1和激发光束L2能够完全覆盖晶圆的表面，以使晶圆上的少子在激发光束L2的激发下从基态转换到激发态，探测光束L1探测处于激发态的少子。

成像模块150和控制模块110电连接，用于获取探测光束L1探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像。

在一些实施例中，成像模块150可以包括面阵相机。通过扩束模组140可以将探测光束L1和激发光束L2进行扩束，可配合匀化装置对扩束后的光束进行匀光，使得两个光束在照射到晶圆时是大面积覆盖，实现晶圆级大视场范围一次性激发和探测，激发面阵相机的探测模式，而非样品扫描模式，大幅提升了成像效率。利用面阵相机采集探测光晶圆图像，实现载流子衰减动力学的成像。测量一系列预设时间间隔△T条件下的成像数据，即可得到少子分布的时空演变信息。成像数据包括像素坐标和光强度值。采用高分辨率快速面阵相机成像，可以实现0.1mm的空间分辨率，提高了半导体晶圆少子寿命的空间分辨率，可精确表征晶圆载流子寿命的分布情况。

控制模块110还用于根据瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。

控制模块110根据瞬态吸收图像生成晶圆少子寿命图像将在下文详细描述，在此不做赘述。

本申请实施例的半导体晶圆少子寿命成像系统和方法，系统中由控制模块生成的第一电脉冲信号和第二电脉冲信号均为触发信号。触发光源模块产生探测光束和激发光束，由于第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔，所以探测光束和激发光束也存在预设时间间隔，激发光束可以将晶圆少子从基态转化为激发态。探测光束探测处于激发态的晶圆少子，并将所探测到的晶圆瞬态吸收图像传输至控制模块，由控制模块对瞬态吸收图像进行处理，得到晶圆的少子寿命图像。由于采用扩束模组对探测光束和激发光束进行了扩束，配合匀化装置对光束进行匀化，使得成像模块可以大面积采集透过晶圆样品的激发光束，而不用从上至下扫描，大幅提升了半导体晶圆少子寿命成像的检测效率。

图3是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像系统的另一种结构示意图，如图3所示，扩束模组140可以包括：第一扩束模块141和第二扩束模块142。

第一扩束模块141，设置在探测光束L1抵达晶圆的光路上；第二扩束模块142，设置在激发光束L2抵达晶圆的光路上。第一扩束模块141和第二扩束模块142设置在承载模块厚度方向相对的两侧。

在一些实施例中，第一扩束模块141可以选用具有匀光作用的扩束装置，包括积分球S1，积分球S1的直径可以包括50mm-500mm，积分球S1的出口直径可以用包括50mm-500mm，优选地，积分球S1的直径为300mm，积分球S1出口直径为170mm，通过积分球S1可以将光进行扩束和匀化。

继续参见图3，第二扩束模块142与承载模块130之间设置有第一匀光装置302。

在一些实施例中，第二扩束模块142可以包括凹透镜，凹透镜焦距可以包括-30mm至-500mm。第一匀光装置302可以包括匀光片，匀光片可以包括折射型或衍射型匀光片，发散角为5-50度。

继续参见图3，半导体晶圆少子寿命成像系统100还可以包括排列设置的第二匀光装置303和第三匀光装置304，第二匀光装置303设置在积分球与第三匀光装置304之间，第三匀光装置304设置在第二匀光装置303与承载模块130之间。

在一些实施例中，第二匀光装置303可以包括毛玻璃，第三匀光装置可以包括乳化匀光板，探测光束L1在积分球S1的出口处先经过毛玻璃在经过乳化匀光板使光更均匀，最后均匀的探测光束通过晶圆。

图4是本申请实施例提供的承载板的一种结构示意图，如图4所示，承载模块130可以包括承载板，承载板设置有第一通光孔K1和第二通光孔K2，第一通光孔用于固定晶圆，第二通光孔用于固定滤光片。

在一些实施例中，第二通光孔K2位于承载板的一角，第二通光孔中放置中性密度滤光片，优选地，承载板主体采用不透光的金属材质加工而成，晶圆放置在第一通光孔K1内，第一通光孔K1的形状与晶圆的形状相适应，晶圆为半透明状态，可以是6英寸，即150mm的晶圆。第二通光孔K2中放置中性密度滤光片，作为参比光区域。中性密度滤光片可以为1英寸，光密度值（Optical Density,OD）可以为0.3，同样为半透明状，在对应探测光束L1的波长的透过率与晶圆基本一致，因为中性密度滤光片区域与晶圆区域均来源于同一探测光束，因此具有一致的波动性，能够通过中性密度滤光片的成像数据修正晶圆初始成像数据的探测光波动。具体地，将中性密度滤光片的成像数据中光强度值取平均值，然后将晶圆的初始成像数据中每个像素的光强度值均除以该平均值，即可消除探测光自身强度波动，获得信噪比更高的修正后成像数据。

在一些实施例中成像模块150可以包括面阵相机，面阵相机探测的形状与承载模块300的结构对应。由于中性密度滤光片区域与晶圆区域均来源于同一探测光源，因此具有一致的波动性。将中性密度滤光片区域10000个像素强度值平均为一个光强值(即参比光区域的光强度值)，然后其他所有像素的光强度值均除以该参比光区域的光强度值，即可得到消除了自身强度波动的光强度值，实现修正后成像数据的更高信噪比。面阵相机可采用2048*2048像素的高速相机，采集速率为100Hz。

图5是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像系统的又一种结构示意图，如图5所示，半导体晶圆少子寿命成像系统还可以包括：第一光路调整装置510和第二光路调整装置520。

第一光路调整装置510设置在探测光束L1抵达第一扩束模块141的光路上；用于调整第二光路调整装置520设置在激发光束L1抵达第二扩束模块142的光路上。激发光束L2通过第二光路调整装置进行调整、通过第二扩束装置142进行扩束并通过第一匀化装置302对光束进行匀光，将激发光束整形为均匀的平顶形状的均匀光斑并照射入晶圆，光斑直径可以为150mm。探测光束L1通过第一光路调整装置141进行调整、通过第一扩束装置141，可优选采用具有匀光作用的扩束装置进行扩束并匀光，在一些实施例中还可加入第二装置303和第三匀化装置304，将探测光束L1进一步匀化，整形为均匀的平顶形状的均匀光斑并照射入晶圆，并透过晶圆进入成像模块150。

在一些实施例中，第一光路调整装置510可以包括第一高反镜M1和第二高反镜M2，第一高反镜M1的波长可以包括343nm至1064nm，第二高反镜M2的波长可以包括343nm至1064nm，第一高反镜和第二高反镜波长优选为532nm。第二光路调整装置520可以包括第三高反镜M3和第四高反镜M4，优选地，第三高反镜M3的波长可以包括266nm至532nm，第四高反镜M2的波长可以包括266nm至532nm，第三高反镜和第四高反镜波长优选为532nm。

继续参见图5，控制模块110可以包括：工控机111和时序控制器112。

工控机111与成像模块150电连接，工控机111用于生成第一电信号E1；时序控制器112与光源模块120电连接，时序控制器用于根据第一电信号E1产生第一电脉冲信号Ep1和第二电脉冲信号EP2；

工控机111还用于接收并处理成像模块130发送的瞬态吸收图像，得到晶圆的少子寿命图像。

工控机111处理瞬态吸收图像，得到晶圆的少子寿命图像的过程可以包括：工控机根据所有测试时间点的晶圆的修正后的成像数据，计算每个测试时间点的样品的瞬态吸收信号。根据以下公式计算瞬态吸收信号：

其中，表示瞬态吸收信号，/>表示有激发光时的晶圆吸光度，表示无激发光时的晶圆吸光度，/>表示有激发光晶圆前的光强，表示有激发光晶圆后的光强，/>表示无激发光晶圆前的光强，/>表示无激发光晶圆后的光强，I_0-pump= I_0-unpump。

激发光束L2和探测光束L1的相对延迟通过时序控制器112实现，控制程序通过时序控制器112将预设好的时序信息控制激光器出光，测量一系列延迟条件下的成像数据，即可得到少子分布的时空演变信息。

成像模块150可以采集到和/>，即有激发光束的探测光束强度和无激发光时的探测光强度，根据公式(1)即可计算出瞬态吸收强度，因为在一些实施例中，成像模块150为面阵相机，则瞬态吸收强度为成像模式，即瞬态吸收成像（TA Mapping），如图6所示，图6是本申请实施例提供的瞬态吸收成像的一种示意图，延迟时间为10.1 us，横轴和纵轴分别为像素值，颜色代表信号强度。随着探测光束L1和激发光束L2之间的预设时间间隔△T的逐渐增大，每个预设时间间隔下都会计算出相应的TA Mapping。工控机111在采集完成一系列预设时间间隔△T下的TA Mapping后，将对数据进行处理。取每一个预设时间间隔△T下的TA Mapping中的同一个像素点下的强度值ΔA，如图7所示，图7是本申请实施例提供的处理瞬态吸收成像的一种示意图，随延迟时间可绘出如图8所示的动力学曲线，对该动力学曲线进行单指数拟合，拟合公式为：

其中y为ΔA强度随时间变化的函数，a为初始强度，t即为预设时间间隔ΔT，反向计算即可得出相应的载流子寿命τ。对所有像素下的动力学曲线都计算出相应的载流子寿命，即可得将TA Mapping转换为载流子寿命成像(Lifetime Mapping)，如图9所示。在一些实施例中，工控机111在获取成像数据之后，进行成像数据处理，通过中性密度滤光片以消除探测光束的波动，得到具有更高信噪比的修正后成像数据。

图10是本申请实施例提供的半导体晶圆少子寿命成像方法的一种流程示意图，如图10所示，半导体晶圆少子寿命成像方法可以包括：S1001至S1004。

S1001、控制模块生成第一电脉冲信号和第二电脉冲信号。

第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔△T。

S1002、光源模块根据第一电脉冲信号和第二电脉冲信号产生探测光束和激发光束，探测光束和激发光束通过扩束模组入射至固定在承载模块的晶圆上。

晶圆上的少子在激发光束的激发下从基态转换到激发态，以便于探测光束探测处于激发态的少子。

S1003、成像模块获取探测光束探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像，并将瞬态吸收图像传输至控制模块。

S1004、控制模块根据瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。

本申请实施例的半导体晶圆少子寿命成像系统和方法，系统中由控制模块生成的第一电脉冲信号和第二电脉冲信号均为触发信号。触发光源模块产生探测光束和激发光束，由于第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔，所以探测光束和激发光束也存在预设时间间隔，激发光束可以将晶圆少子从基态转化为激发态。探测光束探测处于激发态的晶圆少子，并将所探测到的晶圆瞬态吸收图像传输至控制模块，由控制模块对瞬态吸收图像进行处理，得到晶圆的少子寿命图像。由于采用扩束模组对探测光束和激发光束进行了扩束，配合匀化装置对光束进行匀化，使得成像模块可以大面积采集透过晶圆样品的激发光束，而不用从上至下扫描，大幅提升了半导体晶圆少子寿命成像的检测效率。

需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，包括：

控制模块，用于生成第一电脉冲信号和第二电脉冲信号，所述第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与所述第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔；

光源模块，和控制模块电连接，以使所述光源模块能够根据所述第一电脉冲信号和第二电脉冲信号产生探测光束和激发光束；

承载模块，用于固定晶圆；

扩束模组，设置在所述光源模块和所述承载模块之间，以使所述探测光束和所述激发光束能够通过所述扩束模组入射至固定在所述承载模块的晶圆上，以使所述晶圆上的少子在所述激发光束的激发下从基态转换到激发态，所述探测光束探测处于激发态的少子；

成像模块，和所述控制模块电连接，所述成像模块用于获取所述探测光束探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像；

所述控制模块还用于根据所述瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述扩束模组包括：

第一扩束模块，设置在所述探测光束抵达所述晶圆的光路上；

第二扩束模块，设置在所述激发光束抵达所述晶圆的光路上。

3.根据权利要求2所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述第一扩束模块和所述第二扩束模块设置在所述承载模块厚度方向相对的两侧。

4.根据权利要求3所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述第一扩束模块为扩束匀化装置，包括积分球。

5.根据权利要求3所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述第二扩束模块包括与所述承载模块之间设有第一匀光装置。

6.根据权利要求1所述半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述承载模块包括承载板，所述承载板设置有第一通光孔和第二通光孔，所述第一通光孔用于固定晶圆，所述第二通光孔用于固定滤光片。

7.根据权利要求2所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述半导体晶圆少子寿命成像系统还包括：

第一光路调整装置，设置在所述探测光束抵达所述第一扩束模块的光路上；

第二光路调整装置，设置在所述激发光束抵达所述第二扩束模块的光路上。

8.根据权利要求1所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述控制模块包括：

工控机，与所述成像模块电连接，所述工控机用于生成第一电信号；

时序控制器，与所述光源模块电连接，所述时序控制器用于根据所述第一电信号产生所述第一电脉冲信号和所述第二电脉冲信号；

所述工控机还用于接收并处理所述成像模块发送的瞬态吸收图像，得到所述晶圆的少子寿命图像。

9.根据权利要求4所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述半导体晶圆少子寿命成像系统还包括排列设置的第二匀光装置和第三匀光装置，所述第二匀光装置设置在所述积分球与所述第三匀光装置之间，所述第三匀光装置设置在所述第二匀光装置与所述承载模块之间。

10.根据权利要求1所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述探测光束和所述激发光束为激光。

11.根据权利要求1所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，其特征在于，所述探测光束的重复频率大于所述激发光束的重复频率。

12.一种半导体晶圆少子寿命成像方法，其特征在于，应用如权利要求1-11任一项所述的半导体晶圆少子寿命成像系统，所述方法包括：

所述控制模块生成第一电脉冲信号和第二电脉冲信号，所述第一电脉冲信号的使能电平的起始时刻与所述第二电脉冲信号的使能电平的起始时刻存在预设时间间隔；

所述光源模块根据所述第一电脉冲信号和第二电脉冲信号产生探测光束和激发光束，所述探测光束和所述激发光束通过所述扩束模组入射至固定在所述承载模块的晶圆上，以使所述晶圆上的少子在所述激发光束的激发下从基态转换到激发态，所述探测光束探测处于激发态的少子；

所述成像模块获取所述探测光束探测到的处于激发态的少子，生成晶圆的瞬态吸收图像，并将所述瞬态吸收图像传输至所述控制模块；

所述控制模块根据所述瞬态吸收图像，生成晶圆少子寿命图像。