测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成像装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成像装置和方法。所述测试装置包括：光源、偏振调制反射差分系统、分光棱镜、扫描平台、共聚焦显微系统、信号采集系统。根据光弹性效应原理以及晶体缺陷理论可知，半导体材料表面的微结构缺陷虽然自身很小，但是会在其周围产生一个相对自身很大的应变分布场，而该应变场会产生光学反射各向异性信号，该测试方法通过测量微结构缺陷周围每一测量点处光学反射各向异性信号，从而可以直接获得微结构缺陷附近与应变场相关且随着空间位置变化的光学反射各向异性显微成像图，进而获得缺陷的种类、密度和应变分布等信息。本发明专利技术对材料微结构缺陷的表征具有操作简便快捷、无损伤、可移植性强等优点。

Microscopic imaging device and method for measuring micro defect of semiconductor material surface

The invention discloses a micro imaging device and a method for measuring the microstructure defect on the surface of a semiconductor material. The testing device comprises a light source, a polarization modulation reflection differential system, a light splitting prism, a scanning platform, a confocal microscope system and a signal acquisition system. According to the photoelastic effect principle and crystal defect theory, micro structure defects in semiconductor surfaces although very small, but will produce around which a relatively large its strain distribution field, the strain field produces optical reflectance anisotropy signal, the testing method by measuring the micro structure defects around each measurement at the point of the optical reflectance anisotropy signal, which directly obtain micro structure defects and strain field near related with spatial position change of optical reflectance anisotropy imaging map can be obtained, defect type, density and strain distribution information. The invention has the advantages of simple and quick operation, no damage, strong portability, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料测试
，特别是一种测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成像装置和方法。
技术介绍
以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和氧化锌(ZnO)为代表的第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高及抗辐射能力强的优点，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，更是固态光源和电力电子微波射频器件的“核芯”，正在成为全球半导体产业新的战略高地。在过去20年来，各国的晶体生长科学家都在朝生长大尺寸、高质量单晶方向而努力。最近几年，随着科学技技术的发展以及生长设备完善，氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)的晶体生长技术得到迅速发展，单晶中微结构缺陷的密度虽在逐年减少，例如：目前商业化的GaN位错密度可以降低到106/cm2左右，但离完全消除单晶中的微结构缺陷还有相当长的距离。而半导体材料中微结构缺陷的存在直接影响外延材料的质量以及器件的性能，特别是高功率器件的性能，因此对半导体材料中的缺陷的监测是非常有必要和意义的。...

【技术保护点】
一种测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成像装置，其特征在于，包括：一光源(10)，用于提供平行均匀的激光；一偏振调制反射差分系统(20)，用于对所述激光的偏振态进行调制，包括斩波器、起偏器、光弹性调制器以及检偏器；其中，所述斩波器用于将所述激光调制成预定频率强度周期性变化的交流信号；起偏器用于产生线偏振光；光弹性调制器置于起偏器与检偏器之间，用于使得所述线偏振光在该光弹性调制器的两个互相垂直振动方向上产生随时间变化呈周期性变化的位相差，使光的偏振状态随时间做周期性变化；检偏器用于检测经过样品反射后的光在预定偏振方向上光波的振幅；一分光棱镜(30)，用于使经过所述光弹性调制器的线偏振光垂直入射到...

【技术特征摘要】
1.一种测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成像装置，其特征在
于，包括：
一光源(10)，用于提供平行均匀的激光；
一偏振调制反射差分系统(20)，用于对所述激光的偏振态进行调制，
包括斩波器、起偏器、光弹性调制器以及检偏器；其中，所述斩波器用于
将所述激光调制成预定频率强度周期性变化的交流信号；起偏器用于产生
线偏振光；光弹性调制器置于起偏器与检偏器之间，用于使得所述线偏振
光在该光弹性调制器的两个互相垂直振动方向上产生随时间变化呈周期
性变化的位相差，使光的偏振状态随时间做周期性变化；检偏器用于检测
经过样品反射后的光在预定偏振方向上光波的振幅；
一分光棱镜(30)，用于使经过所述光弹性调制器的线偏振光垂直入射
到样品表面，同时使从样品表面的反射光透射出去，从而将样品的入射光
和反射光分开，并不会改变光的偏振态；
一共聚焦显微系统(40)，包括显微物镜、光学凸透镜和针孔，所述显
微物镜位于样品与入射光之间，用于将入射光的光斑聚焦在样品表面上；
从样品表面同一层的反射光经过分光棱镜透射以后，经光学凸透镜和针孔
后聚焦至信号采集系统；
一扫描平台(50)，用于承载样品，并控制样品在水平面内进行二维移
动，或者使样品旋转任意角度；
一信号采集系统(70)，用于采集聚焦至其的样品反射光，并将其转成
电信号后分别提取出经过斩波器和光弹性调制器在100KHz频率下调制的
信号，并对其进行处理从而获得样品表面由于微结构缺陷所导致的光学反
射各向异性显微成像。
2.根据权利要求1所述的测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成
像装置，其特征在于，所述的偏振调制反射差分系统中的起偏器偏振方向
为垂直于水平方向，光弹性调制器的调制方向与水平方向成45°，检偏器
的偏振方向与水平方向成45°。
3.根据权利要求1所述的测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成
像装置，其特征在于，所述的偏振调制反射差分系统中的斩波器、起偏器、
光弹性调制器以及检偏器均安装在显微物镜之外。
4.根据权利要求1所述的测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成
像装置，其特征在于，还包括：
LED辅助光路，用于在正式测试前对样品表面提供照明；
工业数字相机，用于在正式测试前获取样品表面形貌从而协助确定每
次测量的区域位置。
5.根据权利要求1所述的测量半导体材料表面微结构缺陷的显微成
像装置，其特征在于，所述信号采集系统对光学系统产生的信号进行处理，
从而获得材料表面微结构缺陷的光学反射各向异性显微成像，该系统包括：
光电探测器，经共聚焦显微系统后的反射光聚焦至所述光电探测器，
所述光电探测器采集所述反射光后将其转换成电信号；
两台锁相放大器，光电探测器输出的电信号与两台锁相放大器的输入
端相连，作为锁相放大器的输入信号源，同时斩波器在预订工作频率下作
为其中一台锁相放大器的参考信号源，用于提取输入信号源中反射率的强
度信号R＝|rx+ry|2，即普通的扫描反射像R；而光弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄威，陈涌海，刘雨，高寒松，李远，邬庆，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11