使用阴极发光测量区分半导体材料中的位错类型和密度制造技术

阴极发光显微镜及方法，用于识别和分类半导体样品内的位错。从样品同时获得至少两个CL偏振图像。将各图像的数值相加以获得总密度图像。取得图像的归一化差值，以获得偏振度(DOP)图像。比较总密度图像和DOP图像，以区别出样品内的刃型位错和螺型位错。然后，还可以计算刃型位错的密度和螺型位错的密度。型位错的密度和螺型位错的密度。型位错的密度和螺型位错的密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用阴极发光测量区分半导体材料中的位错类型和密度
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年12月4日提出的美国专利临时申请号63/121,752和2021年11月29日提出的美国专利申请号17/537,422的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开涉及阴极发光扫描显微镜，并且更具体而言，涉及这样的硬件和方法，其应用于阴极发光扫描显微镜，以发现和分类半导体材料中的不同缺陷类型。

技术介绍

[0004]申请人先前已在例如文献PCT/EP2020/063093中公开了一种新型阴极发光扫描显微镜，其公开内容通过引用整体并入本文。显微镜的操作是基于以下观察：当扫描电子显微镜(SEM)的光束扫描样品时，电子与样品相互作用，产生各种可检测的信号，其中包含有关样品表面形貌、结构和成分的信息。SEM产生的信号类型包括二次电子(SE)、背散射电子(BSE)、特征或轫致辐射X射线、光、吸收/感应电流(EBAC/EBIC)和透射电子(TEM)。样品在电子轰击时发射的光(定义为能量范围约为0.1到10eV的光子)称为阴极发光(CL)。阴极发光测量可以在扫描电子显微镜中进行，其方式是在样品表面上以电子显微镜的高度聚焦电子束探头扫描，并记录阴极发光信号密度，作为电子束在样品上位置的函数。可以产生阴极发光图(在本文中也称为图像)，其所提供的光谱信息比通过光学显微镜获得的宽视场光光学图像具有更高的分辨率。为了完成本公开内容的目的，已经假设读者对于上述公开内容相当熟悉。对于CL显微镜的其他公开内容，读者还可参考：美国专利第3,845,305号，美国公开第2013/0335817和2019/0103248号，以及法国专利第2173436号。

技术实现思路

[0005]以下对本专利技术的简述，目的在于对本公开的一些方面和技术特征作出基本的说明。本
技术实现思路
并非对本专利技术的详细表述，因此其目的不在特别列举本专利技术的关键性或重要元件，也不是用来界定本专利技术的范围。其唯一目的是以简明的方式呈现本专利技术的一些概念，作为以下详细说明的前言。
[0006]本公开的一个目的是根据半导体样品内的位错的类型，例如螺型位错、刃型位错或混合型位错，对位错进行识别和分类。在CL图像中位错通常呈现为对比斑点，其对比度通常比周围的位错更少的材料更暗，但有时则比周围材料更亮，尤其是在材料是合金的情况下，例如InGaN合金(例如参见F.Massabuau等人，“Optical and structural properties of dislocations in InGaN”，J.Appl.Phys.125，165701(2019))。为简化说明，以下对由位错引起的斑点将称为“暗点”，但本实施例不限于暗点，而是适用在任何在CL中可见，表明位错存在的特征，也称为对比斑点。根据所公开的方面，通过观察样品内在缺陷位置处的应变，将观察到的缺陷分类为刃型位错和螺型位错。实际上，刃型位错周围的应变主要具有等静压分量，而对比而言，螺型位错仅具有剪切分量。通过偏振CL发射，并使用垂直和水平偏
振光束形成的图像之间的归一化差值，产生偏振度(DOP)图像，以观察应变。归一化差值可以通过计算两个偏振图像之间的差值与两个偏振图像之和的比率来获得。
[0007]根据所公开的一个方面，CL显微镜配备有偏振分束器立方体和至少两个光检测器。该配置能够捕获样本扫描区域的两个偏振互补图像，所述两个图像在空间和时间上被固有地配准，从而不需要再对图像进行对准，同时也可以避免在捕获所述两个图像时，因为时间偏移或延迟而产生伪影。
[0008]在所公开的实施例中，提供阴极发光显微镜，用于同时产生半导体样品的扫描区域的两个偏振互补图像，其中所述两个图像在空间和时间上被固有地配准，阴极发光显微镜包括：电子束柱，其具有电子供应源；磁透镜，其用于聚焦从电子供应源发射的电子，以形成电子束；以及扫描仪，其使得电子束在样品上扫描；光学物镜，其收集样品响应于电子束的扫描发射的CL光，并形成光束；成像装置，其包括聚焦透镜、将光束分成第一偏振光束和第二偏振光束的偏振分束器、接收第一偏振光束的第一光检测器和接收第二偏振光束的第二光检测器；以及控制器，其使用从第一光检测器接收的第一信号和从第二光检测器接收的第二信号形成所述两个偏振互补图像。
[0009]成像装置还可包括被插入在偏振分束器上游的滤光器。此外，显微镜还可以包括：半反射镜，其位于偏振分束器上游，其中聚焦透镜可以位于半反射镜上游或下游；第二偏振分束器，其定向为接收由半反射镜反射的光，并且形成与第一偏振光束成45度偏振旋转角的第三偏振光束、以及与第二偏振光束成45度偏振旋转角的第四偏振光束；第三光检测器，其接收第三偏振光束；以及第四光检测器，其接收第四偏振光束。显微镜还可以包括外壳，外壳将偏振分束器、第一光检测器和第二光检测器以固定的相对于彼此的取向紧固；以及旋转机构，其沿与光束对准的轴线旋转外壳。所公开的实施例的优点在于，可以同时采集两个偏振阴极发光发射，两者固有地结合了图像的空间和时间对准。实施例还能够区别出刃型位错和螺型位错。
[0010]根据所公开的方面，提供了一种储存在储存设备中的计算机程序，当由计算机执行时，使得计算机执行以下步骤，包括：接收对应于偏振阴极发光光束的第一电信号，以及接收第二电信号，第二电信号对应于与第一电信号具有九十度偏振旋转角的偏振阴极发光光束；将第一和第二电信号相加，以产生样本扫描区域的密度图像；取得第一和第二电信号的归一化差值，以产生区域的偏振度(DOP)图像；确定呈现在密度图像中的每个对比斑点的中心点坐标；对于每个坐标，检查DOP图像中的对应区间，以确定区间中符合适当形状或密度标准的应力图形，然后从数种可用的程序中选择程序，将应力图形分类为刃型位错或螺型位错。上述过程可以仅是简单的密度阈值，因为在某些材料中，螺型位错根本不会呈现在DOP图像中、或在局部方差(variance)计算、图形比对方法、机器学习或任何其他受AI启发的图形识别方法中。
[0011]根据进一步的方面，公开了操作阴极发光显微镜以检测半导体样品内缺陷的方法，所述方法包括：用电子束扫描样品区域；收集扫描过程中从区域发射的阴极发光，并由阴极发光形成光束；使光束通过偏振分束器，获得两束相对于彼此偏振旋转角为九十度的偏振光；使用两个光检测器同时产生对应于两道偏振光束的两个电信号；将两个信号相加，以形成区域的密度图像；取得所述两个信号的归一化方差，以形成区域的偏振度(DOP)图像；对于密度图像中呈现的每个对比斑点，检查DOP图像中的对应区间，并且在DOP图像中的
区间内呈现适当应变场的指示时，将对应对比斑点分类为刃型位错。
[0012]取得归一化差值可以包括计算第一和第二电信号之间的差值与第一和第二电信号的和值的比率。检查DOP图像可以包括计算区间内DOP图像的代表值，及将代表值与预设阈值进行比较的步骤。
附图说明
[0013]附图纳入本说明书中，并成为其一部份，以用来例示本专利技术的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种阴极发光显微镜，用于同时产生半导体样品的扫描区域的两个偏振互补图像，其中，所述两个图像在空间和时间上固有地配准，所述阴极发光显微镜包括：电子束柱，其具有：电子供应源；磁透镜，用于聚焦从电子供应源发射的电子，以形成电子束；以及扫描仪，以使得电子束在样品上扫描；光学物镜，其收集样品响应于电子束的扫描而发射的光，并形成光束；成像装置，其包括：聚焦透镜；偏振分束器，其将光束分成第一偏振光束和第二偏振光束；第一光检测器，其接收第一偏振光束；和第二光检测器，其接收第二偏振光束；以及控制器，其使用从第一光检测器接收的第一信号和从第二光检测器接收的第二信号形成所述两个偏振互补图像。2.如权利要求1所述的阴极发光显微镜，其中，成像装置还包括被插入在偏振分束器上游的滤光器。3.如权利要求1所述的阴极发光显微镜，还包括：半反射镜，其位于偏振分束器上游；第二偏振分束器，其定向为接收由半反射镜反射的光，并形成与第一偏振光束成45度偏振旋转角的第三偏振光束、以及与第二偏振光束成45度偏振旋转角的第四偏振光束；第三光检测器，其接收第三偏振光束；以及第四光检测器，其接收第四偏振光束。4.如权利要求1所述的阴极发光显微镜，还包括：第一透射镜，其位于偏振分束器上游；第二偏振分束器，其定向为接收由第一透射镜反射的光，并形成与第一偏振光束成30度角的第三偏振光束、以及与第二偏振光束成30度角的第四偏振光束：第三光检测器，其接收第三偏振光束；以及第四光检测器，其接收第四偏振光束；以及第二透射镜；第三偏振分束器，其定向为接收由第二透射镜反射的光，并形成与第一偏振光束成60度角的第五偏振光束、以及与第二偏振光束成60度角的第六偏振光束；第五光检测器，其接收第五偏振光束；以及第六光检测器，其接收第六偏振光束。5.如权利要求4所述的阴极发光显微镜，其中，第一透射镜包括55％
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70％的透射镜。6.如权利要求1所述的阴极发光显微镜，还包括：外壳，其将偏振分束器、第一光检测器和第二光检测器以固定的相对于彼此的取向紧固；以及旋转机构，其沿与光束对准的轴线旋转外壳。7.如权利要求3所述的阴极发光显微镜，其中，聚焦透镜位于半反镜与偏振分束器之间；且阴极发光显微镜还包括第二聚焦透镜，第二聚焦透镜位于半反射镜与第二偏振分束器之间。8.如权利要求3所述的阴极发光显微镜，其中，聚焦透镜位于半反射镜上游。9.一种储存在储存设备中的计算机程序，当由计算机执行时，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：阿托莱特股份公司，
类型：发明
国别省市：