半导体器件少子扩散长度和少子寿命的无损测量方法技术

本发明专利技术提供了用于无损测量一个半导体器件中少数载流子扩散长度（Ｌｐ），进而测量少数载流子寿命（Ｏｐ）的一种方法。该方法包括以下步骤：将一个待测试半导体器件反向偏置，用一束聚焦辐射能量沿该半导体器件的一段长度进行扫描，当辐射束沿该半导体器件的扫描长度段逐点扫描时检测该辐射束在半导体器件中感生的电流，以生成一个信号波形（Ｉｓｉｇｎａｌ），并根据测得的Ｉｓｉｇｎａｌ波形确定该半导体器件中少数载流子的扩散长度（Ｌｐ）和／或少数载流子的寿命（Ｏｐ）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及并源于1998年3月27日提交的临时申请No.60/079716，该临时申请的专利技术人和受让人与本申请相同。本专利技术涉及利用光束感生电流(OBIC)，或者电子束感生电流(EBIC)测量各种半导体器件，例如用于高压应用中的横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)，以及其它半导体器件，包括金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、和超微型动态随机存取存储器(DRAM)中少数载流子扩散长度和少数载流子寿命的方法。众所周知，用具有大于带隙能量的聚焦辐射束，即光束或电子束照射具有p-n结或肖特基势垒(金属半导体整流接触)的半导体能够在半导体中产生感生电流。用于产生这种辐射束和用所产生的辐射束扫描被测试器件(DUT)的装置可以从市场中购得。在被测试器件较小(例如小于一个微米)的情况下，通常使用扫描电子显微镜来研究该器件，这种扫描电子显微镜利用电子束和真空室。在被测试器件具有较大面积的情况下，例如高压HV LDMOS晶体管(其长度一般为10微米或更大)，使用通过一个光学显微镜出射的激光束来照射和扫描器件是比较方便的。这种激光装置也是可以从市场中购得的。但是在两种情况下，当用具有适合波长和强度的辐射束照射具有p-n结的半导体时，在半导体中会产生小电流。在使用电子束的情况下，电流是由于“康普顿效应”而产生的。在使用激光束的情况下，电流是由于光效应产生的。这两种效应都是众所周知的。在本专利技术之前存在的问题是如何以无损方式定量测量由于加工缺陷造成的半导体器件材料的品质降低，所说的加工缺陷包括诸如位错、氧化引起的堆垛层错(OSFS)、热效应和应力引起的滑移、失配、点缺陷团聚和沉淀、整体微疵(BMD)等等。少数载流子寿命是对半导体材料，例如硅晶片(Si)总体质量的一种良好的度量。在若干晶片处理步骤(例如100或更多步骤)之后和在热循环处理，例如在900℃左右退火过程中，可能会在晶片上制造的器件中形成并产生加工缺陷。当产生缺陷时，器件中的少数载流子寿命就会发生或大或小程度的缩短。少数载流子的复合特性决定了硅和绝缘体基外延硅(SOI)的基本电子特性，并且控制了各种硅和绝缘体基外延硅器件的性能。因此，需要能够容易并且准确地以一种无损方式测量这类器件中少数载流子的复合特征。能够实现这个目的对于硅和绝缘体基外延硅新制造技术的适当和迅速的评估是极其重要的，在这些新技术中使用了新颖的合成材料体系，这些新材料可能已经改变了晶格完整程度和未知的缺陷含量。本专利技术能够对半导体器件中少数载流子扩散长度和少数载流子寿命进行快速、准确和无损的测量。在本专利技术之前，迄今为止，从没有人利用EBIC或者OBIC扫描系统测量半导体器件中的少数载流子扩散长度和/或少数载流子寿命。本专利技术涉及用于测量半导体器件，如在p型导电区与n型导电区之间具有p-n结的高压晶体管中少数载流子扩散长度(Lp)和/或少数载流子寿命(Op)的一种方法。本专利技术的一个方面涉及用于测量半导体器件中少数载流子扩散长度(Lp)，进而测量少数载流子寿命(Op)的一种方法。该方法包括以下步骤反向偏置所说半导体器件；用一束聚焦的辐射能量沿所说半导体器件的长度进行扫描；检测因辐射束逐点通过半导体器件的被扫描段而在半导体器件中感生的电流并产生一个信号波形(Isignal)；和根据Isignal波形确定半导体器件中少数载流子扩散长度(Lp)和/或少数载流子寿命(Op)。本专利技术的另一个方面涉及用于无损测量在p型导电区与n型导电区之间具有一个p-n结的半导体器件中少数载流子扩散长度(Lp)的一种方法。该方法包括以下步骤用一电压反向偏置所说半导体器件；用一束聚焦辐射能量沿半导体器件处于p-n结之上和其中一个区域中的一段距离“x”扫描半导体器件；检测因辐射束逐点通过半导体器件的被扫描段而在半导体器件中感生的电流并产生作为距离“x”的函数的一个信号波形(Isignal)；和根据Isignal波形确定半导体器件中少数载流子扩散长度(Lp)和/或少数载流子寿命(Op)。本专利技术的再一个方面涉及用于无损测量半导体器件，例如在p型导电区与n型导电区之间具有一个p-n结的高压晶体管中少数载流子扩散长度(Lp)和/或少数载流子寿命(Op)的一种方法。该方法包括以下步骤用一电压反向偏置所说半导体器件；用一束聚焦激光沿半导体器件处于p-n结之上和其中一个区域中的一段距离“x”扫描半导体器件，检测因光束沿半导体器件被扫描段的“x”方向通过时在半导体器件中感生的电流(OBIC)并产生作为距离“x”的函数的一个信号波形(Isignal)；和根据Isignal波形确定半导体器件中少数载流子扩散长度Lp和/或少数载流子寿命Op。从以下结合附图进行的说明和提出的权利要求可以更好地理解本专利技术，并且充分地领会本专利技术的许多优点。附图说明图1以部分方框图的形式示意性表示根据本专利技术的方法用于扫描被测试半导体器件(DUT)和用于在DUT中产生光束感生电流以测定DUT中少数载流子扩散长度(Lp)，从而确定少数载流子寿命(Op)的装置；图2为在测量扩散长度Lp过程中如何将例如图1所示的一个半导体DUT反向偏置的一个电路的示意图；图3为图1所示DUT的放大示意图；图4为所测得的光束感生电流(OBIC)相对于沿图3所示DUT一段长度的“x”方向的距离的一条理想化曲线，并且表示了当光束沿所说DUT段的“x”方向扫描时在给定电压V状态下测得的信号(Isignal)波形；图5表示在各种电压V状态下的实际Isignal波形，这些波形就显示在图1所示CT显示器上；图6为在给定电压V状态下Isignal测量值相对于DUT上的扫描距离的半对数曲线。现在参见图1，图中表示用于根据本专利技术的方法测量被测试半导体器件(DUT)12的少数载流子扩散长度Lp的一种光束扫描装置10。装置10包括用于发射激光束16的一个激光器14、一个偏振器18、一个偏转反光镜系统20、用于将激光束16在DUT12上聚焦为一个微小光点的一个显微镜22、一个器件电源24、一个信号放大器26、一个信号混合器28、一个光栅信号发生器30、一个阴极射线管(CT)显示器32、和一台个人计算机(PC)34。虽然装置10中的各个部分在本领域中都是熟知的，但是如在下文中所详述的，是根据本专利技术方法，以独特的方式利用它们无损地测量DUT12中少数载流子的扩散长度(Lp)。应当理解本专利技术并不局限于仅仅使用光束，而是可以同样使用电子束。激光器14发射具有例如633纳米(nm)波长和适合强度(例如几瓦)的光束16。光束16通过偏振器18，进入偏转反光镜系统20。反光镜系统20包括一组可移动的反光镜40和42，它们在通过导线44从光栅信号发生器30接收的电信号的驱动下前后移动。如本领域所熟知的，反射镜40和42的机械移动使光束16与来自发生器30的电信号同步地前后左右偏转，以使之与CRT显示同步。光束16从偏转反射镜系统20通过，进入显微镜22，由显微镜22将光束16在DUT12表面上聚焦为一个微小光点(例如，直径大约为1微米)。由此在DUT12中产生光束感生电流(OBIC)。光束16由于始终受到偏转系统20的偏转作用，所以它是沿DUT12的长度段逐行扫描的。在光束16扫描过程中，利用由器件电源24产生的一个正电压(+V)本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量一个半导体器件中少数载流子扩散长度（Ｌｐ），进而测量少数载流子寿命（Ｏｐ）的一种方法，该方法包括以下步骤：将所说半导体器件反向偏置；用一束聚焦辐射能量沿所说半导体器件的一段长度进行扫描；检测因所说辐射束逐点经过所说半导体 器件的扫描长度段而在所说半导体器件中感生的电流，以生成一个信号波形（Ｉｓｉｇｎａｌ）；和根据所说Ｉｓｉｇｎａｌ波形确定所说半导体器件中少数载流子扩散长度（Ｌｐ）和／或少数载流子寿命（Ｏｐ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H鲍姆加特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]