專利名稱：一種利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法與裝置，特別是指利用線性偏振 光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法與裝置。
二背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶體材料的質(zhì)量很大程度上取決于其缺陷密度，較高的缺陷密度會嚴(yán)重 降低材料質(zhì)量，以及用該材料所制作器件的光學(xué)或電學(xué)等方面性能。因此，人們 通常希望制備盡可能低缺陷密度的晶體材料。那么，有效的材料缺陷表征方法在 半導(dǎo)體材料制備過程中就是必不可少的。目前半導(dǎo)體晶體材料缺陷表征方法有多
種，以化合物半導(dǎo)體材料缺陷表征為例，常用的技術(shù)有X射線衍射(XRD)，透射電 子顯微鏡(TEM)，以及利用濕法刻蝕結(jié)合顯微鏡觀察等。然而這些方法使用的儀器 都十分昂貴， 一般需百萬元以上，特別是每次只能表征面積非常有限的一塊區(qū)域， 無法對整片材料的缺陷分布情況給出直觀的表征，而這卻恰恰對工業(yè)上器件制備 成品率尤為重要。另外，用TEM表征材料，實驗樣品制作需要很長的準(zhǔn)備周期， 不利于研究工作和工業(yè)生產(chǎn)的迅速開展；濕法刻蝕的方法雖然簡便，然而卻對材料 有不可恢復(fù)的破壞性。作為研究生產(chǎn)的材料數(shù)量每批都很有限，而且如GaN， SiC 體材料等材料，價格非常昂貴，因此該法在應(yīng)用上也有局限性。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法與 裝置，它能對整片晶體材料的缺陷密度分布情況給出直觀的表征，有利于提高器 件制備的成品率；同時十分方便，表征材料缺陷分布只需幾分鐘時間，利于研究 和生產(chǎn)工作的迅速開展；對材料無破壞性，可以節(jié)約材料和資金；而且該系統(tǒng)儀 器成本和運(yùn)行成本都大大低于上述各種系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法與 裝置，其結(jié)構(gòu)是，兩線偏振片按偏振方向互相垂直方式放置，處于完全消光狀態(tài)。 兩偏振片中間放置需要表征缺陷的雙面拋光的片狀晶體材料，材料平面與兩偏振片 平面平行。用一光源產(chǎn)生強(qiáng)度均勻的光(該光要能夠部分透過該晶體材料)，垂直照 射在一線偏振片上，產(chǎn)生線偏振光，該線偏振光再照射到晶體材料上，其透射光經(jīng) 過第二片偏振片，最后被光學(xué)成像系統(tǒng)接收并顯示，顯示的圖像中局部的具有亮度 反差或條紋區(qū)域與材料中的缺陷相對應(yīng)。
本發(fā)明的特征在于將線偏振光照射到表面平整的片狀晶體材料上，其透射光 再經(jīng)過一起偏方向與原偏振光偏振方向垂直的線偏振片，最后被光學(xué)成像系統(tǒng)接收 并顯示。
本發(fā)明的原理是由于晶體中缺陷的存在，導(dǎo)致晶體材料的晶格周期性破缺，在缺陷處會產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力作用于線偏振光，會改變線偏振光的偏振方向，導(dǎo)致 光線在經(jīng)過偏振方向相互垂直的兩線偏振片后，存在缺陷的區(qū)域不能完全消光，從 而可從光學(xué)成像系統(tǒng)得到材料的缺陷分布情況。 該發(fā)明的有益效果在于
1) 它能對整片晶體材料的缺陷密度分布情況給出直觀的表征，有利于提高 器件制備的成品率；
2) 十分方便，表征材料缺陷分布只需幾分鐘時間，利于研究和生產(chǎn)工作的 迅速開展；
3) 對材料無破壞性，可以節(jié)約材料和資金；
4) 該系統(tǒng)儀器成本和運(yùn)行成本都大大低于其他各種晶體材料缺陷表征系統(tǒng)。
本發(fā)明已經(jīng)按照上述方案搭建了利用線性偏振光來表征半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的 材料缺陷表征系統(tǒng)，實現(xiàn)了2英寸整片SiC材料缺陷分布的準(zhǔn)確直觀表征，并可以對 GaN等其它多種晶體材料的缺陷分布進(jìn)行表征。
四

圖1是利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法與裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是將該2英寸SiC材料以利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法表 征后得到的圖像。
五具體實施例方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做一詳細(xì)的描述。
其中參閱圖1所示，利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法的工作過程 是
1) 用一光源4產(chǎn)生強(qiáng)度均勻的光，該光要能夠部分透過該晶體材料3;
2) 該光線垂直照射在線偏振片1上，產(chǎn)生線偏振光；
3) 該線偏振光再照射到2英寸整片SiC材料上，有一部分光線透射過該材料；
4) 透射光經(jīng)過線偏振片2，其起偏方向與線偏振片l垂直；
最后被光學(xué)成像系統(tǒng)5接收并顯示。顯示的圖像中局部的具有亮度反差或條紋 區(qū)域與材料中的缺陷相對應(yīng)。圖2中多種內(nèi)部晶體缺陷被顯示，圖2中四角部的照片 是缺陷放大。需要說明的是，圖2中所標(biāo)出的缺陷在光學(xué)顯微鏡下是觀察不到的。
利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法除本實施例中的SiC材料，還 可以表征多種其他晶體材料；其光源可采用各種光源，包括波長從近紫外到近紅外 (300 800nm)范圍的單色光以及復(fù)色光，只需光線能部分透過需要表征的材料，最好 采用單色光(300 800nm)。
權(quán)利要求
1.一種利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法，其特征在于，將兩線偏振片按偏振方向互相垂直方式放置，處于完全消光狀態(tài)。兩偏振片中間放置需要表征缺陷的表面平整的片狀晶體材料，晶體材料平面與兩偏振片平面平行；用一光源產(chǎn)生強(qiáng)度均勻的光，垂直照射在一線偏振片上，產(chǎn)生線偏振光，該線偏振光再照射到晶體材料上，其透射光經(jīng)過第二片偏振片，最后被光學(xué)成像系統(tǒng)接收并顯示，光學(xué)成像系統(tǒng)顯示的圖像中局部的具有亮度反差或條紋區(qū)域與晶體材料中的缺陷相對應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法， 其特征在于兩偏振片中間放置需要表征缺陷的晶體材料，晶體材料為雙面拋光的片 狀晶體材料，且材料平面與兩偏振片平面平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法，其 特征在于光源產(chǎn)生強(qiáng)度均勻的光，光線要能夠部分透過該晶體材料，其光源采用各 種光源，包括波長從近紫外到近紅外(300 800nm)范圍的單色光或復(fù)色光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法，其 特征在于最后光學(xué)成像系統(tǒng)顯示的圖像中局部的具有亮度反差或條紋區(qū)域與材料中 的缺陷相對應(yīng)。
全文摘要
一種利用線性偏振光來檢驗半導(dǎo)體襯底晶體質(zhì)量的方法，將兩線偏振片按偏振方向互相垂直方式放置，處于完全消光狀態(tài)。兩偏振片中間放置需要表征缺陷的表面平整的片狀晶體材料，晶體材料平面與兩偏振片平面平行；用一光源產(chǎn)生強(qiáng)度均勻的光，垂直照射在一線偏振片上，產(chǎn)生線偏振光，該線偏振光再照射到晶體材料上，其透射光經(jīng)過第二片偏振片，最后被光學(xué)成像系統(tǒng)接收并顯示，光學(xué)成像系統(tǒng)顯示的圖像中局部的具有亮度反差或條紋區(qū)域與晶體材料中的缺陷相對應(yīng)。本方法較之傳統(tǒng)缺陷表征方法能十分便捷地對整片晶體材料的缺陷分布情況給出直觀表征，有利于加快研究速度和提高器件制備的成品率。
文檔編號G01N21/21GK101339142SQ200810196208
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者榮 張, 操 苗, 鄭有炓, 海 陸 申請人:南京大學(xué)