本发明专利技术公开了一种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，包括：由硅材料与二氧化硅材料形成的待测样品，该待测样品中具有一硅材料与二氧化硅材料形成的界面；位于待测样品靠近二氧化硅材料一侧的激光产生装置，用于产生向待测样品以一定角度入射的入射激光；位于入射激光光路上的掩蔽物开关，用于掩蔽或允许入射激光向待测样品入射；位于入射激光经待测样品中界面反射后形成的反射激光光路上的棱镜，用于分离不同波长的反射激光，使波长为４００ｎｍ的反射激光入射到光电倍增管；位于棱镜出射激光光路上的光电倍增管，用于接收棱镜分离出的波长为４００ｎｍ的反射激光。本发明专利技术同时公开了一种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种，更确切地说，是采用简单的光学测量办法，探测缺陷的存在和随时间变化的规 律，可以在线检测薄栅氧的质量。本专利技术可以应用于集成电路工艺检测中。
技术介绍
在非线性光学领域中，同样的光强波长输入会得到不同波长的输出。为什么要超 越线性测量呢？ 一个主要的原因是界面总是很难表征，并且二次谐波产生总会带来这样的 问题。二次谐波产生与输入光不同，而是输入频率的2倍。尽管二次谐波产生信号强度比 输入信号弱许多，但是在某种特定的实验条件以及输入输出光的极化作用下，我们还是可 以在界面获得较高的灵敏度。相对于线性光学方法，由光学非线性二次谐波带来的附加灵 敏度是相当可观的。 光子激发电子(通过多光子吸收)，在氧化物中输运陷落在氧化物体和界面处。一 旦电子陷落在氧化物界面处，如果氧化物足够薄或者经过x射线辐照损伤，载流子可以隧 穿到体，减少陷落电子的数量，改变界面电场，导致信号减弱。X射线辐照后，界面时变电场 减弱，这是由于陷阱辅助隧穿造成的。 电场E(t)和时变表面电荷密度强相关。而时变表面电荷密度与氧化物表面和体 的电子陷阱密度相关，表达式如下 ~^ =尸《)--- rie是已经俘获电子的表面陷阱，n。e是表面电子陷阱密度，初始时认为全空，l为陷阱俘获速率(与注入速率，输运速率和陷落速率相关)，T^，是由于隧穿和界面处与空穴复合的电荷逃逸时间，F(t)是时间的函数，打开遮蔽，时变函数F(t)值为l，开关遮蔽，时 变函数F(t)值为O。 打开遮蔽，激光入射样品，二次谐波产生信号达到饱和是因为光子诱生电子注入 并被俘获的同时，又逃逸输运回衬底。开关遮蔽时，陷落的电子逃逸导致界面电场减小，二 次谐波产生信号减弱。逃逸速率、et，决定了二次谐波产生信号衰减的特性。对于厚栅 氧，隧穿几率低，因此电子逃逸较少，相比于薄栅氧，二次谐波产生信号衰减较慢。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光 学系统及方法，以解决探测硅与二氧化硅界面缺陷的存在和随时间变化的规律的问题，达 到快速无接触集成电路工艺中检测硅与二氧化硅界面特性的目的。 (二)技术方案 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下 —种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，该系统包括 由硅材料与二氧化硅材料形成的待测样品1，该待测样品1中具有一硅材料与二 氧化硅材料形成的界面； 位于待测样品l靠近二氧化硅材料一侧的激光产生装置2，用于产生向待测样品1 以一定角度入射的入射激光； 位于入射激光光路上的掩蔽物开关7，用于掩蔽或允许入射激光向待测样品1入 射； 位于入射激光经待测样品1中界面反射后形成的反射激光光路上的棱镜5，用于 分离不同波长的反射激光，使波长为400nm的反射激光入射到光电倍增管6 ; 位于棱镜5出射激光光路上的光电倍增管6，用于接收棱镜5分离出的波长为 400nm的反射激光。 上述方案中，该激光产生装置2产生的入射激光波长为800nm，单个光子能量为1. 55eV，脉冲宽度150~ ，频率76MHz，平均功率250mW，光斑直径50 y m。 上述方案中，该光电倍增管6是光探测器，该光探测器具有一感光材料，该感光材料由金属铯的氧化物与用于掺杂的活性金属氧化物构成。 上述方案中，该活性金属为镧系金属。 —种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学方法，应用于上述用于表征硅与二氧 化硅界面特性的光学系统，该方法包括 开启掩蔽物开关7，使激光产生装置2产生的入射激光向待测样品1入射； 在入射激光的作用下，电子在待测样品1中由硅材料注入到二氧化硅材料，增大 待测样品1中界面的电场，观察到二次信号的产生信号快速增加； 二次信号的产生信号达到饱和后，以一定频率开关掩蔽物开关7，使注入到二氧化 硅材料中电子数目锐减，界面处电场减小，二次信号的产生信号减弱。 上述方案中，激光产生装置2产生的入射激光波长为800nm，单个光子能量为 1. 55eV，脉冲宽度150f s，频率76MHz，平均功率250mW，光斑直径50 ii m。 上述方案中，所述二次信号的产生信号达到饱和后以一定频率开关掩蔽物开关7， 掩蔽物开关7的开关频率为0. 5Hz，每2秒中开启1/8秒，将入射到样品上的波数减小16倍。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果 1、本专利技术提供的这种，可以表 征Si/Si02界面特性，并可以应用于集成电路工艺检测中。 2、本专利技术提供的这种，采用简 单非接触，无破坏性的光学测量办法，快速准确的表征Si/Si02界面特性。 3、本专利技术提供的这种，可以表 征半导体器件中栅氧化物、隔离氧化物和绝缘体上硅氧化物埋层的Si/Si02界面特性，包括 正常情况下，热载流子注入下和辐照损伤下的Si/Si02界面特性。附图说明 为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中 图1是本专利技术提供的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统的示意图； 图2是本专利技术提供的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学方法的流程图； 图3 (a)是本专利技术提供的入射激光的脉冲宽度和周期； 图3 (b)是本专利技术提供的掩蔽物开关的开关情况； 图4是本专利技术提供的测试出的硅与二氧化硅界面特性的二次谐波产生信号。 附图标记 1待测样品 2激光产生装置 5棱镜 6光电倍增管 7掩蔽物开关具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。 本专利技术提供的这种，采用简单 非接触，无破坏性的光学测量办法，可以用来监控薄栅氧中的电荷-载流子动力学。光学 二次谐波产生信号可以检测界面处的时变电场。单光子/多光子激活价带电子，这些电子 通过扩散、隧穿等机制输运分离，在界面处产生电场。本专利技术可以应用于集成电路工艺检测 中。 如图1所示，图1是本专利技术提供的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统的 示意图，该系统包括 由硅材料与二氧化硅材料形成的待测样品1，该待测样品1中具有一硅材料与二 氧化硅材料形成的界面； 位于待测样品l靠近二氧化硅材料一侧的激光产生装置2，用于产生向待测样品1 以一定角度入射的入射激光； 位于入射激光光路上的掩蔽物开关7，用于掩蔽或允许入射激光向待测样品1入 射； 位于入射激光经待测样品1中界面反射后形成的反射激光光路上的棱镜5，用于 分离不同波长的反射激光，使波长为400nm的反射激光入射到光电倍增管6 ; 位于棱镜5出射激光光路上的光电倍增管6，用于接收棱镜5分离出的波长为 400nm的反射激光。 该激光产生装置2产生的入射激光波长为800nm，单个光子能量为1. 55eV，脉冲宽 度150f s，频率76MHz，平均功率250mW，光斑直径50 ii m。 该光电倍增管6是光探测器，该光探测器具有一感光材料，该感光材料由金属铯的氧化物与用于掺杂的活性金属氧化物构成。该活性金属一般为镧系金属。 基于图1所示的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，图2示出了本专利技术还提供的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学方法，该方法包括 步骤201 :开启掩蔽物开关7，使激光产生装置2产生的入射激本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，其特征在于，该系统包括：由硅材料与二氧化硅材料形成的待测样品（１），该待测样品（１）中具有一硅材料与二氧化硅材料形成的界面；位于待测样品（１）靠近二氧化硅材料一侧的激光产生装置（２），用于产生向待测样品（１）以一定角度入射的入射激光；位于入射激光光路上的掩蔽物开关（７），用于掩蔽或允许入射激光向待测样品（１）入射；位于入射激光经待测样品（１）中界面反射后形成的反射激光光路上的棱镜（５），用于分离不同波长的反射激光，使波长为４００ｎｍ的反射激光入射到光电倍增管（６）；位于棱镜（５）出射激光光路上的光电倍增管（６），用于接收棱镜（５）分离出的波长为４００ｎｍ的反射激光。
【技术特征摘要】
一种用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，其特征在于，该系统包括由硅材料与二氧化硅材料形成的待测样品(1)，该待测样品(1)中具有一硅材料与二氧化硅材料形成的界面；位于待测样品(1)靠近二氧化硅材料一侧的激光产生装置(2)，用于产生向待测样品(1)以一定角度入射的入射激光；位于入射激光光路上的掩蔽物开关(7)，用于掩蔽或允许入射激光向待测样品(1)入射；位于入射激光经待测样品(1)中界面反射后形成的反射激光光路上的棱镜(5)，用于分离不同波长的反射激光，使波长为400nm的反射激光入射到光电倍增管(6)；位于棱镜(5)出射激光光路上的光电倍增管(6)，用于接收棱镜(5)分离出的波长为400nm的反射激光。2. 根据权利要求1所述的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，其特征在于，该激光产生装置(2)产生的入射激光波长为800nm，单个光子能量为1.55eV，脉冲宽度150f s，频率76MHz，平均功率250mW，光斑直径50 ii m。3. 根据权利要求1所述的用于表征硅与二氧化硅界面特性的光学系统，其特征在于，该光电倍增管(6)是光探测器，该光探测器具有一感光材料，该感光材料由金属铯的氧化物与用于掺杂的活性金属氧化物构成。4. 根...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕津顺，海潮和，韩郑生，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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