專利名稱:測量載流子的壽命的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總體上涉及用于測量半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的載流子的壽命的方法和設(shè)備。
背景技術(shù):
集成電路包括大量單獨(dú)的電路元件,例如,晶體管、電容器和電阻器。這些電路元 件通過導(dǎo)電特性而連接,以形成例如存儲器設(shè)備、邏輯設(shè)備和微處理器的復(fù)雜電路。在現(xiàn)代 的集成電路中,電路元件可以形成在所謂的“絕緣體上半導(dǎo)體”結(jié)構(gòu)之上或者之內(nèi)。絕緣體 上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料層,例如,硅層,其形成在設(shè)置于基板上的絕緣材料層之上。 絕緣材料例如可以包括二氧化硅,而基板可以包括硅晶片。這些電路元件的屬性可能對半 導(dǎo)體材料層的特性是敏感的。具體來說,這些電路元件的屬性可能會受到半導(dǎo)體材料層中 的載流子(電子和空穴)的復(fù)合(recombination)壽命的影響。因此,人們可能想要測量 半導(dǎo)體材料層中的電子和/或空穴的復(fù)合壽命。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的測量載流子復(fù)合壽命的方法中,用微波輻射來照射半導(dǎo)體晶 片。通過測量反射的微波輻射的強(qiáng)度來監(jiān)視晶片對微波輻射的反射,該反射與晶片中的載 流子的濃度有關(guān)。對晶片施加激光脈沖以在晶片中生成電子-空穴對。由于生成了電子-空 穴對,所以載流子的濃度,具體來說,少數(shù)載流子(minority carrier)的濃度會增大。因此, 晶片中創(chuàng)建了多余的少數(shù)載流子。多余少數(shù)載流子的生成導(dǎo)致晶片對微波輻射的反射率的 增大。之后,這些多余的少數(shù)載流子可以與多數(shù)載流子復(fù)合,這導(dǎo)致晶片對微波輻射的 反射率的衰減。衰減的時間常量可以被確定,其與多余的少數(shù)載流子的壽命有關(guān)。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的確定載流子壽命的方法的一個實(shí)例中,以下指數(shù)函數(shù)R(t) = A+B exp(-t/ x 適合于測量在一時間段內(nèi)獲得的數(shù)據(jù),在該時間段內(nèi),反 射率近似成指數(shù)衰減,其中,t表示激光脈沖之后經(jīng)過的時間,而A、B和t工是參數(shù),它們被 修改以使得R(t)盡可能接近地表示在該時間段內(nèi)獲得的測量反射率值。參數(shù)^被表示 為“主模式壽命”,并且可以提供多余少數(shù)載流子的壽命的量度。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的確定載流子壽命的方法的另一實(shí)例中,確定代表測得的反射率 與施加激光脈沖之前所確定的反射率之間的差的差信號(difference signal)衰減了 1/e 的時間,其中,e是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的歐拉數(shù)。如果%是差信號的最大值,則測量差信 號從%衰減到%/e的時間、。時間、被表示為“1/e壽命”,并且可以提供多余少數(shù)載 流子的壽命的量度。多余少數(shù)載流子的壽命既可能受到晶片體中的復(fù)合中心上載流子的復(fù)合的影響, 又可能受到晶片表面的載流子的復(fù)合的影響。體中的載流子的復(fù)合可以用體復(fù)合壽命來表 征,而表面的載流子復(fù)合可以用表面復(fù)合壽命來表征。體復(fù)合壽命(volume recombination lifetime)被定義為復(fù)合僅發(fā)生在晶片體中 的復(fù)合中心處的情況下所獲得的多余載流子的壽命。它是表征晶片材料的屬性的量,并且 可以基本上獨(dú)立于晶片的幾何形狀。表面復(fù)合壽命被定義為復(fù)合僅發(fā)生在晶片表面的情況下所獲得的載流子的壽命。它可能受到晶片的幾何形狀的影響,具體來說,受到晶片厚度的 影響,其中,如果晶片厚度減小,則表面復(fù)合壽命可能增加。如果已經(jīng)確定了晶片中的多余少數(shù)載流子的壽命,則在載流子的復(fù)合優(yōu)選地發(fā)生 在晶片表面的情況下,測得的壽命可能近似等于表面復(fù)合壽命。然而,如果載流子的復(fù)合優(yōu) 選地發(fā)生在晶片體內(nèi),則測得的壽命可能近似等于體復(fù)合壽命。如果載流子在表面上復(fù)合 的比率與載流子在體內(nèi)復(fù)合的比率具有相同的量級,則多余少數(shù)載流子的壽命的測量可能 表現(xiàn)出一個既依賴于表面復(fù)合壽命又依賴于體復(fù)合壽命的值。
由此,體復(fù)合壽命的測量可能要求進(jìn)行預(yù)備以增加表面復(fù)合壽命,從而載流子復(fù) 合優(yōu)選地發(fā)生在晶片體內(nèi)。這種預(yù)備通常被表示為“表面的鈍化”。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的確定 體復(fù)合壽命的方法的實(shí)例中,可能想要獲得比體復(fù)合壽命大十倍的表面復(fù)合壽命。在現(xiàn)有 技術(shù)中,已經(jīng)提出通過以下方式來減小載流子在表面復(fù)合的概率增大晶片厚度、在晶片表 面上生長二氧化硅層、在進(jìn)行測量之前將晶片插入稀氟酸中,或者在將晶片插入碘溶液中 的同時進(jìn)行測量。測量絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料層中的多余少數(shù)載流子的壽命可能造成 與之相關(guān)聯(lián)的特定問題,下面將對此進(jìn)行說明。首先,可以使用紫外線范圍內(nèi)的激光脈沖來選擇性地在半導(dǎo)體材料層中創(chuàng)建多余 少數(shù)載流子。如果具有相對較長波長的激光脈沖,例如電磁光譜的近紅外區(qū)域中的激光脈沖, 被施加于絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),則半導(dǎo)體層和基板均可以被激光脈沖照射,因?yàn)橹T如硅這 樣的半導(dǎo)體材料的吸收系數(shù)對于近紅外光來說相對較低,從而激光脈沖可以穿透半導(dǎo)體材 料層。由此,在基板和半導(dǎo)體材料層二者中創(chuàng)建了可能會影響絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對微波 輻射的反射率的多余少數(shù)載流子。如果絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的多余少數(shù)載流子的壽命測量要通過包括紅外光的 激光脈沖來執(zhí)行,則半導(dǎo)體材料層中的多余少數(shù)載流子和基板中的多余少數(shù)載流子都將對 絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對微波輻射的反射率有所貢獻(xiàn),這將造成難以區(qū)分半導(dǎo)體材料層的貢 獻(xiàn)和基板的貢獻(xiàn)。然而,紫外線輻射會在很大程度上被吸收到半導(dǎo)體材料層中,從而實(shí)質(zhì)上僅在半 導(dǎo)體材料層中創(chuàng)建了多余少數(shù)載流子。由此,可以減小基板對測量結(jié)果的影響。此外,半導(dǎo)體材料層中的載流子可能在半導(dǎo)體材料層的表面以及半導(dǎo)體材料層與 基板之間的界面處復(fù)合。由此,為了測量半導(dǎo)體材料層中的體復(fù)合壽命,可能想使半導(dǎo)體材 料層的表面鈍化,以減小載流子在表面處復(fù)合的可能性,并且進(jìn)行預(yù)先準(zhǔn)備以減小載流子 在半導(dǎo)體材料層與絕緣體材料層之間的界面處復(fù)合的概率。在現(xiàn)有技術(shù)中,已經(jīng)提出將類似于上面所描述的鈍化技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體材料層的 表面,并且在半導(dǎo)體材料層與基板之間施加偏置電壓。出于此目的,可以在半導(dǎo)體材料層的 表面提供地接觸(ground contact),并且基板可以連接到電壓源。偏置電壓的極性可以是這樣的,使得在半導(dǎo)體材料層與絕緣體層之間的界面處的 半導(dǎo)體材料層中創(chuàng)建多數(shù)載流子的累積,或者使得在該界面處創(chuàng)建反型(inversion),在 這樣的反型中界面處的多數(shù)載流子密度減小。如果創(chuàng)建了累積,則界面處的電場可以將少 數(shù)載流子驅(qū)離界面。如果創(chuàng)建了反型,則界面處少數(shù)載流子的復(fù)合伙伴(recombinationpartner)的密度減小。因此,累積和反型兩者均有助于降低半導(dǎo)體材料層與絕緣體層之間 的界面處復(fù)合的概率。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中測量載流子壽命的方法的問題在于,偏置 電壓所創(chuàng)建的電場可能僅在所述地接觸附近被適當(dāng)?shù)叵薅?。因此,盡管在地接觸的附近可 以在半導(dǎo)體材料層與絕緣體層之間的界面處獲得適當(dāng)?shù)睦鄯e或反型,但是在離地接觸一段 距離處可能就并非如此了。因此,在絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的離地接觸一段距離的部分中,可 能獲得在半導(dǎo)體材料層與絕緣體層之間的界面處不合乎期望的高載流子復(fù)合概率。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中測量載流子壽命的方法的另一問題在于, 施加于地接觸和基板之間的電場可能造成通過絕緣體層的漏電流。因?yàn)樵诟鶕?jù)現(xiàn)有技術(shù)測 量載流子壽命的方法中可能要求相對高的偏置電壓,所以可能獲得相對高的漏電流,并且 可能甚至造成通過絕緣體層的新的泄漏路徑。此外,泄漏可能發(fā)生在絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的邊緣處。漏電流可能對載流子壽命測量有不利影響,因?yàn)樗梢蕴峁╊~外的載流子替代 那些已經(jīng)復(fù)合的載流子(導(dǎo)致錯誤地高估壽命值),或者可能移除還未曾復(fù)合的載流子(導(dǎo) 致錯誤地低估壽命值)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量載流子壽命的設(shè)備和方法,其中可以避免或者至 少減少上述問題。根據(jù)本發(fā)明的測量載流子壽命的設(shè)備包括測量探針,所述測量探針包括用于將 紫外輻射引導(dǎo)至測量位置的裝置??蛇x地,所述測量探針還包括至少一個電極,所述電極被 設(shè)置為與所述測量位置成預(yù)定空間關(guān)系。所述設(shè)備還包括微波源,所述微波源被設(shè)置為 將微波輻射引導(dǎo)至所述測量位置;微波檢測器,所述微波檢測器被設(shè)置為測量響應(yīng)于所述 紫外輻射在所述測量位置反射的微波輻射的強(qiáng)度的改變;以及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架,所述半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)支架被設(shè)置為容納半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并且提供與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分的電接觸。另 外,還提供了用于相對于所述測量探針來移動所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架以將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 至少一部分定位在所述測量位置的裝置。所述設(shè)備還包括電源,所述電源被設(shè)置為在所述 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架與所述電極之間施加偏置電壓。由于所述至少一個電極與所述測量探針之間的預(yù)定空間關(guān)系,可以在所述半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)中的所述測量位置處獲得預(yù)定的電場分布。由此,可以在所述測量位置處獲得適當(dāng)限 定的偏置電壓。因?yàn)樗鲭姌O是所述測量探針的一部分,所以如果相對于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 支架移動所述測量探針以在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的不同位置處進(jìn)行測量,則所述預(yù)定空間關(guān) 系得以維持。因此,可以在滿意限定的測量條件下,在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的不同位置處進(jìn)行 測量。此外,所述至少一個電極可以被設(shè)置在所述測量位置附近。因此,所述偏置電壓可 以選擇性地施加于所述測量位置附近。因此在所述測量位置附近很好地控制了所施加的電 場,從而控制了所述半導(dǎo)體材料層與所述絕緣層之間的界面處的累積或反型層。在一種實(shí)施方式中,所述至少一個電極包括被設(shè)置為鄰近所述測量位置的一個電 極。因此,可以方便地將所述偏置電壓施加于所述測量位置附近。在另一種實(shí)施方式中,所述至少一個電極包括第一電極和第二電極,其中所述測量位置位于所述第一電極和所述第二電極之間。這種電極布置可以幫助在與待研究半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)表面平行的方向上獲得相對小的電場分量。因此,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中可能將測量位置處所 創(chuàng)建的載流子驅(qū)離所述測量位置的電流會減小。這可以幫助提高測量的精度。所述至少一個電極可以包括沿第一線排布的多個第一電極和沿第二線排布的多個第二電極,其中所述第二線平行于所述第一線,并且其中所述測量位置位于所述第一線 和所述第二線之間。另選或者另外的是,所述至少一個電極可以包括呈圈狀圍繞所述測量 位置的多個電極。因此,可以在測量位置處獲得期望的電場分布。所述至少一個電極可以包括被設(shè)置為刺穿所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的針。因此,即使半導(dǎo) 體材料層被電絕緣材料層覆蓋,也可以提供到設(shè)置在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該半導(dǎo)體材料層 的電連接,所述電絕緣材料層例如可能是故意形成的以鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面,或者可能 是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露于空氣和/或濕氣時由于半導(dǎo)體材料的氧化而無意形成的。在其他實(shí)施方式中,所述至少一個電極可以被設(shè)置為提供與形成在所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)上的導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu)的電連接。因此,可以按照替代借助于電極來接觸半導(dǎo)體材料的方式 來提供與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電連接,所述電連接用于施加偏置電壓。該設(shè)備還可以包括電暈線和用于在所述電暈線與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架之間施加 電壓的裝置。因此,可以在電暈線附近造成電暈放電,這可以被用來使形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之 上的介電材料層的表面帶電。可以使用表面帶電的介電材料層來高效地鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面。所述設(shè)備還可以包括用于相對于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架來移動所述電暈線的裝置。 因此,介電材料層的基本上整個表面都可以高效地均勻帶電。在其他實(shí)施方式中,該設(shè)備可以包括被設(shè)置為向所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)供應(yīng)鈍化溶液的 鈍化溶液供應(yīng)源。因此,可以通過對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行化學(xué)改變來鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面。所述用于將紫外輻射引導(dǎo)至所述測量位置的裝置可以包括脈沖紫外激光器。因 此,可以通過用紫外輻射來照射半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而高效地在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建過量少數(shù)載流 子。根據(jù)本發(fā)明的一種測量載流子壽命的方法包括以下步驟提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),所述 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基板、形成在所述基板之上的絕緣材料層,以及形成在所述絕緣材料層之 上的半導(dǎo)體材料層。進(jìn)行測量過程(measurement run) 0該測量過程包括以下步驟用微 波輻射來照射所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并且將紫外輻射引導(dǎo)至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的位于測量位置處 的一部分。在所述基板與至少一個接觸點(diǎn)之間施加偏置電壓,所述至少一個接觸點(diǎn)與所述 測量位置具有預(yù)定空間關(guān)系。測量響應(yīng)于所述紫外輻射從所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射的微波輻射 的強(qiáng)度的改變。所述測量載流子壽命的方法還包括以下步驟相對于所述測量位置來移動 所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并且重復(fù)所述測量過程至少一次,其中維持所述測量位置與所述至少一 個接觸點(diǎn)之間的所述預(yù)定空間關(guān)系。所述半導(dǎo)體材料層和所述絕緣材料層形成了絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),從而可以研究 絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的載流子復(fù)合。因?yàn)樵谥辽賰纱螠y量過程中測量位置與接觸點(diǎn)之間 的預(yù)定空間關(guān)系得以維持,所以可以在每次測量過程期間在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中測量位置附近獲 得預(yù)定的電場分布。因此,只要進(jìn)行測量,就可以在測量位置處獲得適當(dāng)限定的偏置電壓。因此,當(dāng)在測量過程之間相對于測量位置移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時,可以在良好限定的測量條件 下進(jìn)行半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的不同位置的測量,并且可以在測量位置附近選擇性地施加偏置電壓, 這可以幫助減小使載流子在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的界面處的復(fù)合降低所需要的偏置電壓。因此, 可以有利地減小偏置電壓所造成的漏電流??梢愿鶕?jù)測量面積以及絕緣材料層的厚度來選 擇偏置電壓。提供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟可以包括使所述半導(dǎo)體材料層的表面鈍化。半導(dǎo)體材 料層表面的鈍化可以幫助減小載流子在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面處復(fù)合的概率。在一種實(shí)施方式中,對所述半導(dǎo)體材料層的表面的鈍化可以包括向所述半導(dǎo)體材 料層的表面供應(yīng)鈍化溶液。所述鈍化溶液可以包括以下至少一種稀氫氟酸和鹵素在溶劑 中的溶液。涂抹鈍化溶液可以改變半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面的化學(xué)結(jié)構(gòu),從而可以降低表面處載流 子復(fù)合的概率。在另一種實(shí)施方式中,對所述半導(dǎo)體材料層的表面的鈍化可以包括在所述半導(dǎo)體 材料層之上形成介電材料層。介電材料在半導(dǎo)體材料層表面上的存在可以導(dǎo)致在半導(dǎo)體材 料層表面處載流子復(fù)合的概率降低。對所述半導(dǎo)體材料層的表面的鈍化還可以包括向所述介電材料層的表面施加電 暈放電,以使所述介電材料層的所述表面帶電。因?yàn)樗鼋殡姴牧蠈邮请娊^緣的,所以所述 表面可以在足以進(jìn)行一次或更多次測量過程的時間段中維持帶電。帶電的表面可以在半導(dǎo) 體材料層中創(chuàng)建電場,從而在半導(dǎo)體材料層的表面附近獲得多數(shù)載流子累積和/或反型。 這可以幫助降低半導(dǎo)體材料層表面附近的載流子復(fù)合概率。所述電暈放電的施加可以在每次測量過程之前進(jìn)行。因此,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中 可復(fù)制的電場條件下進(jìn)行多次測量過程。在一些實(shí)施方式中,可以進(jìn)行退火,以固化所述半導(dǎo)體材料層與所述介電材料層 之間的界面。這可以幫助降低界面處復(fù)合中心的數(shù)量。提供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還可以包括在所述半導(dǎo)體材料層之上形成多個導(dǎo)電接觸結(jié) 構(gòu)。在每次測量過程中,可以在所述基板與所述多個接觸結(jié)構(gòu)中的一個之間施加所述偏置 電壓,并且可以將所述紫外輻射引導(dǎo)至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的與所述多個接觸結(jié)構(gòu)中的所述一 個具有所述預(yù)定空間關(guān)系的一部分。因此,可以提供與所述測量位置具有預(yù)定空間關(guān)系的 至少一個接觸點(diǎn)。在另一種實(shí)施方式中,在所述基板與所述至少一個接觸點(diǎn)之間施加所述偏置電壓 可以包括借由至少一個電極刺穿所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。因此,即使存在可能故意地形成來鈍化 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面或者可能在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露至空氣和/或濕氣時無意形成的薄介電層, 所述至少一個接觸點(diǎn)也可以電連接到所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的測量載流子壽命的方法還可以包括以下步驟形成在所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)的多個部分之間提供電絕緣的絕緣結(jié)構(gòu)。在每次測量過程中,可以將所述紫外輻射引導(dǎo) 至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述多個部分中的一個,并且可以將所述至少一個接觸點(diǎn)設(shè)置在所述 多個部分中的所述一個中。因此,可以選擇性地在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述多個部分中的所述一 個與所述基板之間施加所述偏置電壓。這可以幫助提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中良好限定的電場分 布,并且還幫助避免漏電流(尤其是在絕緣材料層中)的不利影響。所述至少一個絕緣結(jié)構(gòu)可以包括溝槽(trench)、氧化區(qū)和氮化區(qū)中的至少一種。所述絕緣結(jié)構(gòu)的形成可以包括以下至少一種形成淺溝槽隔離、形成臺面(mesa)和進(jìn)行對 所述半導(dǎo)體材料層的局部氧化。
現(xiàn)在將參照所包括的附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述,其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于測量載流子壽命的設(shè)備的示意性立體圖;圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量載流子壽命的方法的一個階段中半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖;圖3a到3c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量位置和接觸點(diǎn)的空間排布的示意 圖;圖4a到4c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量載流子壽命的方法的各階段中半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)的示意性截面圖;而圖5a和5b示出了在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量載流子壽命的方法期間在半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)上形成的接觸結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于測量載流子壽命的設(shè)備100的示意性立體 圖。設(shè)備100包括測量探針108。測量探針108可以包括被設(shè)置為將電磁輻射118引導(dǎo)至 測量位置119的光源109。在一些實(shí)施方式中,光源109可以被設(shè)置為發(fā)出電磁光譜的紫外 范圍內(nèi)的光,和/或可以被配置為發(fā)出具有相對短的持續(xù)時間的光脈沖。在一種實(shí)施方式 中,光源109可以包括脈沖紫外激光器,例如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的一類氮?dú)饧す馄?,其?設(shè)置為發(fā)出波長約337nm的光。激光器發(fā)出的脈沖的持續(xù)時間值可以為約Ins。測量探針108進(jìn)一步包括電極10,所述電極10被設(shè)置為提供到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上 的接觸點(diǎn)的電連接。電極Iio和光源109可以固定到測量探針108上。因此,可以提供電 極110和光源109以及測量位置119之間的預(yù)定空間排布。本發(fā)明并不限于設(shè)置單個電極110的實(shí)施方式。在其他實(shí)施方式中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 100可以包括多個電極,其中每個電極都被配置為提供到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上多個接觸點(diǎn)中 的一個的電連接。下面將更詳細(xì)地解釋電極110相對于測量位置119的排布。在一些實(shí)施方式中,光源109的各個部分可以被設(shè)置在不同于測量探針108的位 置。例如,在一種實(shí)施方式中,光源109可以包括被設(shè)置用于生成電磁輻射的激光器。該激 光器可以被設(shè)置在不同于測量探針108的位置。光源109可以進(jìn)一步包括連接到測量探針 108用于將激光器發(fā)出的電磁輻射引導(dǎo)至測量位置119的光學(xué)部件,以及用于將激光器發(fā) 出的輻射導(dǎo)引至連接到測量探針108的光學(xué)部件的裝置。用于導(dǎo)引激光器發(fā)出的輻射的裝 置可以例如包括一根或更多根光纖和/或反射鏡、棱鏡和/或透鏡的排布。設(shè)備100還包括微波源102。微波源102可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的一類微 波發(fā)送器,例如包括耿氏二極管的電路。在一種實(shí)施方式中,微波源102可以被設(shè)置為提供 具有相對較高頻率的微波信號,例如約30GHz的頻率。此外,設(shè)備100包括微波檢測器104, 其可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的一類微波接收器。 微波源102和微波檢測器104可以連接到循環(huán)器(circulator) 103。循環(huán)器103可以連接到天線105。循環(huán)器是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的具有第一端口 120、第二端口 121和 第三端口 122的一種設(shè)備。第一端口 120連接到微波源102,第二端口 121連接到天線105, 而第三端口 122連接到微波檢測器104。微波源102生成的被饋送到第一端口 120的微波 信號被轉(zhuǎn)移到第二端口 121。來自天線105的被饋送到第二端口 121的微波信號被轉(zhuǎn)移到 連接至微波檢測器104的第三端口。因此,天線105可以兼用于檢測朝向測量位置119的 微波輻射,和接收在測量位置119處反射的微波輻射。本發(fā)明并不限于圖1中所示的包括單個天線105和循環(huán)器103的實(shí)施方式。在其他實(shí)施方式中,設(shè)備100可以包括連接到微波源102用于朝向測量位置119引導(dǎo)微波輻射 的第一天線,以及連接到微波檢測器104用于接收在測量位置119處反射的微波輻射的第
二天線。微波檢測器104可以被配置為測量在測量位置119處反射的微波輻射的強(qiáng)度。具體來說,微波檢測器104可以被設(shè)置為測量在借由光源109以電磁輻射118照射測量位置 119之后獲得的反射微波輻射的強(qiáng)度改變,下面將對此進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。設(shè)備100還包括被設(shè)置為容納半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111。如下面更詳細(xì)解釋的,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117可以包括基板,所述基板例如可以以半導(dǎo)體晶片(例如硅晶 片)的形式來提供。在一種實(shí)施方式中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員公 知的一類晶片承載基座(wafer chuck)。該晶片承載基座可以包括導(dǎo)電材料。因此,可以經(jīng) 由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111來實(shí)現(xiàn)到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的一部分的電連接。在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117包 括包含半導(dǎo)體晶片的基板的實(shí)施方式中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111可以被配置為提供到基板的 電連接。在一些實(shí)施方式中,半導(dǎo)體基板支架111還可以包括被設(shè)置為將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117 維持在預(yù)定溫度下的恒溫器(未示出)。因此,可以減少對借由設(shè)備100進(jìn)行測量的結(jié)果的 溫度波動的影響。設(shè)備100還可以包括用于相對于測量探針108來移動基板支架111的裝置。在一 種實(shí)施方式中,用于相對于測量探針108來移動基板支架111的裝置可以包括本領(lǐng)域技術(shù) 人員公知的一類平移臺(translation stage) 112,其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111固定在平移臺 112上。平移臺112可以被設(shè)置為如圖1中通過坐標(biāo)系123所指示的那樣在χ方向和/或y 方向移動半導(dǎo)體基板支架。本發(fā)明并不限于基板支架111具移動性的實(shí)施方式。在其他實(shí) 施方式中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111可以被設(shè)置在固定位置,并且例如可以通過將測量探針108 連接到類似平移臺112的平移臺來移動測量探針108。在一些實(shí)施方式中,測量探針108可以包括用于在與測量位置119處電磁輻射118 的入射方向基本上平行的方向上移動電極110的裝置,在一些實(shí)施方式中,所述方向可以 為坐標(biāo)系123中指示的Z方向。用于移動電極的裝置可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知類型的 致動器。因此,可以分別通過將電極110降低到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上或向上移動電極110而 使電極110與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117接觸,或者從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上移開。在其他實(shí)施方式中,設(shè) 備100可以包括用于在ζ方向上移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111的裝置,例如本領(lǐng)域技術(shù)人員已 知類型的致動器。通過相對于測量探針108移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111,可以將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的一部 分定位在測量位置119,以測量半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的該部分中的載流子壽命。之后,可以再次使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111和測量探針108相對彼此移動,以將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的另一部分定 位在測量位置119,從而測量半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的該另一部分中的載流子壽命。因此,可以獲得對載流子壽命的空間分解(spatially resolved)測量。設(shè)備100還可以包括電源106。電源106可以連接到電極110和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架 111,并且可以被設(shè)置為在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111 (因此在一些實(shí)施方式中,在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117 的基板)與電極110之間施加偏置電壓。因此,如下面將更詳細(xì)解釋的,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 117中所提供的材料層間的界面處生成多數(shù)載流子的累積和/或反型。設(shè)備100還可以包括用于使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的表面鈍化的裝置。在一些實(shí)施方式 中,用于使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的表面鈍化的裝置可以包括電暈線113,以及被設(shè)置為在電暈線 113和基板支架111和/或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的一部分之間施加電壓的電源114。電源114 所施加的電壓可以被設(shè)置為在電暈線113附近創(chuàng)建電暈放電。在這樣的實(shí)施方式中,設(shè)備 100可以包括用于相對于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117和/或基板支架111來移動電暈線113的裝置。 例如,平移臺112可以被配置為使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111在電暈線113下方移動,其中半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)支架111與電暈線113之間的距離可以被設(shè)置為,使得電暈放電可以被施加到設(shè)置在 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117。因此,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的表面上創(chuàng)建靜電 荷。如下面更詳細(xì)解釋的,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117表面上的靜電荷可以幫助降低該表面上載流子 復(fù)合的概率。因此,可以獲得對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117表面的鈍化。在其他實(shí)施方式中,用于使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的表面鈍化的裝置可以包括鈍化溶液 供給源115,其連接到用于向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的表面涂抹鈍化溶液的導(dǎo)管116。鈍化溶液可 以包括被設(shè)置為與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117表面上的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)化合物。因此,半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)117表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以被改變,使得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117表面上的載流子復(fù)合概率降 低。在一種實(shí)施方式中,鈍化溶液供給源117可以被設(shè)置為向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117供應(yīng)稀氟酸。 在另一種實(shí)施方式中,液體供應(yīng)源可以被配置為向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117供應(yīng)鹵素溶液,例如無 水乙醇(> 99. 9% )與碘濃度在約0. 02摩爾/升到約0. 2摩爾/升的純碘(> 99. 8% ) 的混合物。在如圖1中所示那樣半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117被設(shè)置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111上的情況下, 鈍化溶液供應(yīng)源115不需要被設(shè)置為將鈍化溶液供應(yīng)到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117。在其他實(shí)施方 式中,當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117被設(shè)置在另一位置的情況下,鈍化溶液可以被供應(yīng)到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 117。因此,化學(xué)反應(yīng)性鈍化溶液對設(shè)備100的部件的損傷可以被有利地避免。在一些實(shí)施方式中,除鈍化溶液供應(yīng)源115和導(dǎo)管116之外,可以提供電暈線113 和電源114。因此,可以結(jié)合或者替換借由設(shè)備100來實(shí)施不同的鈍化技術(shù)。設(shè)備100還可以包括控制單元101,在一些實(shí)施方式中,所述控制單元101可以包 括本領(lǐng)域技術(shù)人員公知類型的計算機(jī)101??刂茊卧?01可以連接到微波源102、微波檢測 器104、電源114和116、光源109、鈍化溶液供應(yīng)源115、測量探針108和平移臺112。因此, 設(shè)備100可以按基本上自動的方式運(yùn)行,并可以處理借由設(shè)備100所獲得的測量數(shù)據(jù)。下面將參照圖1和2來描述根據(jù)本發(fā)明的測量載流子壽命的方法。可以提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117可以包括基板204。在本發(fā)明的一種 實(shí)施方式中,基板204可以包括半導(dǎo)體材料晶片,例如硅晶片。可以在基板204上形成絕緣 材料層205 (例如二氧化硅層)和半導(dǎo)體材料層206 (例如硅層)。在一種實(shí)施方式中,層206可以包括硅。在其他實(shí)施方式中,層206可以包括硅鍺和/或碳化硅。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的,硅鍺和/或碳化硅層可以被用來提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117中的固有彈性應(yīng)力,這可以 幫助增加電子和/或空穴在層206中的遷移率。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的,基板204、絕緣 材料層205和半導(dǎo)體材料層206形成了絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。絕緣材料層205和半導(dǎo)體材料層206可以借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的半導(dǎo)體制 造技術(shù)來形成,例如使用Smart Cut 技術(shù)。在一種實(shí)施方式中,可以通過對基板204進(jìn)行 氧化,例如借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的熱氧化,來形成絕緣材料層205。之后,可以使用諸 如分子鍵合的已知鍵合技術(shù)將包括層206的材料的輔助晶片鍵合到基板204上,并且可以 將輔助晶片劈開。輔助晶片留在基板204上的一部分形成了半導(dǎo)體材料層206??梢詫Π雽?dǎo)體材料層206的表面進(jìn)行鈍化。在一些實(shí)施方式中,可以通過將半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)117暴露給被設(shè)置為與層206的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的鈍化溶液來對層206的表面進(jìn) 行鈍化。因此,層206表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以被改變,使得層206表面上的載流子復(fù)合概率降 低。鈍化溶液可以包括稀氫氟酸和/或鹵素溶液(例如,碘在例如乙醇的溶劑中)。在一種 實(shí)施方式中,可以借助于上面參照圖1描述的鈍化溶液供應(yīng)源115和導(dǎo)管116將鈍化溶液 供應(yīng)到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117。在其他實(shí)施方式中,對半導(dǎo)體材料層206表面的鈍化可以包括在半導(dǎo)體材料層 206之上形成介電材料層207。在一種實(shí)施方式中,層207可以包括二氧化硅、氮化硅和/ 或氮氧化硅。在層206包括硅的實(shí)施方式中,可以借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的熱氧化和 /或氮化技術(shù)來形成層207。在其他實(shí)施方式中,可以借助于公知的沉積技術(shù)(諸如化學(xué)氣 相沉積和/或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)來形成層207??蛇x地,可以進(jìn)行退火來提高層206和207之間界面的質(zhì)量,并且還導(dǎo)致界面處表 面復(fù)合的減少。形成介電材料層207之后,可以將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117置于基板支架111上,并且可以 使層207的表面帶電。為此目的,可以將層207的表面暴露給電暈放電。在一些實(shí)施方式 中,可以通過施加足以誘發(fā)電暈線與基板支架111之間的電暈放電的電壓并且相對于電暈 線113移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117(例如通過操作平移臺112)來將電暈放電施加到層207的表面。 當(dāng)電暈放電被施加到介電材料層207的表面時,會在層207的表面上創(chuàng)建靜電荷,如圖2中 標(biāo)號208指示的??梢酝ㄟ^改變電暈線113的極性來控制靜電荷的極性。如果電暈線113 是陰極,則電荷208可以為負(fù)的,如圖2中所示。如果電暈線113是陽極,則電荷208可以 為正的。由于電容效應(yīng),靜電荷208在介電材料層207表面上的存在可以誘發(fā)在介電材料 層207和半導(dǎo)體材料層206之間的界面上形成相反靜電荷209。靜電荷209的存在可以誘發(fā)在層206、207之間界面處的多數(shù)載流子累積或反型。 因此,可以降低層206、207之間界面處載流子復(fù)合的概率。這可以幫助增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117 表面處的載流子表面復(fù)合壽命。在鈍化了半導(dǎo)體材料層206的表面之后,可以進(jìn)行測量過 程。在測量過程中,可以在基板支架111與半導(dǎo)體材料層206中接觸點(diǎn)210之間施加 偏置電壓。在一些實(shí)施方式中,可以通過借由電極110接觸半導(dǎo)體材料層206來提供接觸 點(diǎn)210。為此目的,電極110可以包括尖端211。因此,電極110,或者至少電極110的一部 分,可以具有針的構(gòu)形。電極110可以包括相對硬并且導(dǎo)電的材料,例如鋼、鎢和/或碳化鎢。為了提供接觸點(diǎn)210,可以通過將電極110下降至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117和/或通過將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117朝向電極110上移來使電極110和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117朝彼此移動。由此,電極110 的尖端211可以穿透介電材料層207,并且可以接觸半導(dǎo)體材料層206。因此,電極110可以在接觸點(diǎn)210提供到半導(dǎo)體材料層206的電連接。在提供了接觸點(diǎn)210之后,可以通過操作電源106而在基板支架111與電極110 之間施加偏置電壓。絕緣材料層205可以基本上防止電流在半導(dǎo)體材料層206和基板204 之間流動。因此,可以在半導(dǎo)體材料層206與絕緣材料層205之間的界面處形成電荷212。 電荷212是由于多數(shù)載流子在半導(dǎo)體材料層206與絕緣材料層205之間的界面處的累積和 /或反型而造成的??梢酝ㄟ^改變施加到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111與電極110之間的電壓來控 制電荷212的極性。在一些實(shí)施方式中,電荷212的極性可以與電荷209的極性相同。可以在測量過程期間對微波源102進(jìn)行操作從而以微波輻射來照射半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 117,并且可以借助于微波檢測器104來測量從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117反射的微波輻射的強(qiáng)度。在 圖2中,標(biāo)號201代表入射到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上的微波輻射,而標(biāo)號202代表從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 117反射的微波輻射。在一種實(shí)施方式中,微波輻射可以具有約30GHz的相對較高的頻率。 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117對微波輻射的反射率可能會受到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117中載流子濃度的影響,尤 其是受到半導(dǎo)體材料層206中少數(shù)載流子濃度的影響。因此,反射微波輻射的強(qiáng)度可以提 供對層206中少數(shù)載流子濃度的量度。此外,可以在測量過程期間將電磁輻射118引導(dǎo)至測量位置119。電磁輻射會撞擊 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的設(shè)置在測量位置119處的一部分上。電磁輻射118可以通過操作上面描 述的設(shè)備100的光源109來生成。在光源109包括脈沖紫外激光器的實(shí)施方式中,可以通 過操作脈沖紫外激光器來提供一個或更多個激光脈沖而將電磁輻射118引導(dǎo)至測量位置 119。以電磁輻射118對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117進(jìn)行照射會在測量位置119附近生成電子-空 穴對203。電子-空穴對203的存在可以增加測量位置119附近少數(shù)載流子的密度。在本 發(fā)明的其中電磁輻射118包括紫外輻射的實(shí)施方式中,電磁輻射118在半導(dǎo)體材料層206 中的穿透深度可以比層206的厚度小。因此,可以選擇性地在半導(dǎo)體材料層206中創(chuàng)建少 數(shù)載流子,而少數(shù)載流子在基板204中的密度可以基本上不受電磁輻射118對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 117的照射的影響。少數(shù)載流子在半導(dǎo)體材料層206中的密度改變會導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117對微波輻射 201的反射率的改變。因此,當(dāng)以電磁輻射118照射半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117時,可以觀察到反射微 波輻射202強(qiáng)度的改變,例如反射微波輻射202的強(qiáng)度增大。在以電磁輻射118照射了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117之后,電子-空穴對203會復(fù)合。因此, 反射微波輻射202的強(qiáng)度會降低到在對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117進(jìn)行照射之前得到的值。反射微波 輻射的強(qiáng)度降低的持續(xù)時間可能與半導(dǎo)體材料層206中電子-空穴對的壽命有關(guān)。因?yàn)閷?206的表面經(jīng)過了鈍化工藝,并且在電極110與基板204之間施加了偏置電壓,所以可以基 本上避免在層206的表面以及層206、205之間界面處電子-空穴對的復(fù)合。因此,電子-空 穴對203的壽命可以近似等于體復(fù)合壽命。類似于根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的測量載流子壽命的 方法,可以通過使指數(shù)函數(shù)擬合到所測量的反射微波輻射202的強(qiáng)度來確定在電子空穴對 203的創(chuàng)建中所形成的少數(shù)載流子的壽命,以確定主模式壽命。
在完成測量過程之后,可以例如借助于平移臺112相對于測量探針108和測量位置119來移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117。之后,可以進(jìn)行另一次測量過程。因?yàn)殡姌O110附接到測量 探針108,所以測量位置119與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117中的電極110所提供的接觸點(diǎn)之間的空間 關(guān)系可以在另一測量過程中得以維持。因此,可以進(jìn)行對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117中載流子壽命的 空間分解測量。將參照圖3a更詳細(xì)地解釋測量位置119與電極110之間的空間關(guān)系。在 圖3a中,標(biāo)號302代表撞擊在測量位置119的一束電磁輻射118的直徑。電極110可以被 設(shè)置得鄰接測量位置119,離測量位置119 一預(yù)定距離301。距離301可以比該束電磁輻射 302的直徑302的一半大些,從而電極110基本上不被電磁輻射照射到。因此,可以基本上 避免電磁輻射118對電極110的照射,這種照射可能導(dǎo)致不合乎期望的光電子產(chǎn)生和/或 電磁輻射118的減弱(shadowing)。上面已經(jīng)提及,本發(fā)明并不限于使用單個電極110來施加偏置電壓的實(shí)施方式。 下面將參照圖3b來解釋本發(fā)明的提供多個電極的實(shí)施方式。在圖3b中,標(biāo)號312-316代表第一多個電極,而標(biāo)號317-321代表第二多個電極。 第一多個電極312-316和第二多個電極317-321可以附接到上面參照圖1描述的設(shè)備100 的測量探針108,并且第一多個電極312-316和第二多個電極317-321中的每一個都可以連 接到電源106的一個極。電源106的第二極可以連接到基板支架111,如圖1所示。因此, 可以在每個電極312-321與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的基板204之間施加偏置電壓。第一多個電極312-316可以沿第一線310排布。第二多個電極317-321可以沿第 二線311排布,其中第一線310和第二線311基本上彼此平行。測量位置119可以設(shè)置在 第一線310和第二線311之間。第一線310離測量位置119中心的距離322可以基本上等 于第二線311離測量位置119中心的距離323。距離322和距離323可以比一束電磁輻射 118的直徑302的一半大些,從而可以基本上避免對電極312-321的照射。有利的是,提供 多個電極312-321可以在測量位置119附近提供更均勻的電場。下面將參照圖3c來描述本發(fā)明的提供了多個電極的其他實(shí)施方式。圖3c示出了多個電極331-338,它們排布在圓330上。圓330的中心可以設(shè)置在 測量位置119的中心。因此,多個電極331-338呈圓形圍繞測量位置119。圓330的直徑 339可以比電磁照射束118的直徑302大些。因此,可以基本上避免對電極331-338的照 射。有利的是,電極331-338的圓形排布可以在測量位置119附近提供基本上對稱的電場。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中,可以設(shè)置兩個電極,其中測量位置119被設(shè)置在這兩個 電極之間。在上面參照圖3a到圖3c描述的實(shí)施方式中,每個電極110、312_321、331_338都 可以包括被設(shè)置為刺穿半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的針。因此,每個電極110、312-321、331-338都可 以提供到半導(dǎo)體材料層206的電連接。因此,可以向多個接觸點(diǎn)施加偏置電壓,所述多個接 觸點(diǎn)的排布與電極110、312-321、331-338的排布相對應(yīng)。因此,可以方便地提供與測量位 置119具有預(yù)定關(guān)系的多個接觸點(diǎn)。然而,本發(fā)明并不限于接觸點(diǎn)是借助于一個或更多個與半導(dǎo)體材料層206接觸的 電極110、312-321、331-338而設(shè)置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上的實(shí)施方式。在其他實(shí)施方式中,如下面將參照圖4a到4c解釋的,可以通過在半導(dǎo)體材料層 206之上形成多個導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu)來提供接觸點(diǎn)。
圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量載流子壽命的方法的第一階段中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的示意性截面圖。類似于上面參照圖2描述的實(shí)施方式,該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117包括基板204、絕緣材料層205和半導(dǎo)體材料層206?;?04和層204、205、206的特征以及層205、206的形成可 以與上面參照圖2描述的那些相對應(yīng)。如上面描述的,可以在半導(dǎo)體材料層206上形成用 于對層206的表面進(jìn)行鈍化的介電材料層207。在其他實(shí)施方式中,可以省略介電材料層 207,并且可以借助于鈍化溶液來對層206的表面進(jìn)行鈍化??梢栽诎雽?dǎo)體材料層206和介 電材料層207中形成溝槽404、405(圖4b)來進(jìn)行隔離。為此,在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117之上形成 掩模401。在一些實(shí)施方式中,掩模401可以包括光致抗蝕劑,并且可以借助于本領(lǐng)域技術(shù) 人員公知的光刻技術(shù)來形成。在其他實(shí)施方式中,掩模401可以包括硬掩模。形成硬掩模 的技術(shù)是半導(dǎo)體處理領(lǐng)域中的技術(shù)人員所公知的。掩模401包括開口 402、403,這些開口 設(shè)置在要形成溝槽404、405的位置。開口 402、403之間的部分420、421、423被掩模401覆
至
ΓΤΠ ο圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量載流子壽命的方法的第二階段中半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)117的示意性截面圖。在形成掩模401之后,可以進(jìn)行蝕刻工藝。在蝕刻工藝中,可以首先將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 117暴露給被設(shè)置為選擇性地去除層207介電材料,而使掩模401和半導(dǎo)體材料層206的材 料基本上保持不動的蝕刻劑。因此,可以在掩模401的開口 402、403之下、層207中形成開 口。之后,可以將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117暴露給被設(shè)置為選擇性地去除層206半導(dǎo)體材料,而使掩 模401和層207、205的材料基本上保持不動的蝕刻劑。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117在開口 402、403之 間的部分420、421、422受到掩模401保護(hù)而不受蝕刻劑影響。因此,可以形成穿過層206、 207延伸的溝槽404、405。在形成溝槽404、405之后,可以借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的抗 蝕劑剝除工藝來去除掩模401。半導(dǎo)體材料層206在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)401的部分420、421、422中的部分可以通過這些 溝槽彼此分離,從而溝槽402、403提供了層206各個部分之間的電絕緣。因此,溝槽402、 403形成了絕緣結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中,溝槽404、405可以被填充以電絕緣材料,例如二 氧化硅和/或氮化硅。這可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的氧化、氮化和/或沉積技術(shù)來完 成。另選的是,在去除可選層207之后,可以不對層206進(jìn)行蝕刻而是對其氧化、氮化 或者以其他方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣材料。在一些實(shí)施方式中,溝槽402、403和另外的溝槽(未示出)可以形成在半導(dǎo)體材 料層206和介電材料層207中,其中溝槽以柵格圖案排布。在這些實(shí)施方式的一些中,第一 溝槽子集可以排布在與第二溝槽子集的方向基本上垂直的方向上。因此,可以形成半導(dǎo)體 材料層206的各部分的方形或矩形格,它們彼此電絕緣。在形成溝槽404、405之后,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117之上形成多個導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu) 411、412、413(圖4c)。為此,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117之上形成掩模406。掩模406可以包括 光致抗蝕劑,并且可以借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的光刻技術(shù)來形成。掩模406可以包括開口 407、408、409,它們被設(shè)置在待形成接觸結(jié)構(gòu)411、412、413 的位置處。開口 407、408、409的形狀可以與接觸結(jié)構(gòu)411、412、413的期望形狀相對應(yīng)。在開口 407、408、409的底部,可以暴露或去除介電材料層207。在形成掩模406之后,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117之上形成導(dǎo)電材料層410。導(dǎo)電材料層410可以覆蓋掩模410以及介電材料層207在開口 407、408、409底部暴露的部分。圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測量載流子壽命的方法的后一階段中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的示意性截面圖。在形成導(dǎo)電材料層410之后,可以進(jìn)行抗蝕劑剝除工藝。在抗蝕劑剝除工藝中,將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117暴露給被設(shè)置為選擇性地去除掩模406的材料的抗蝕劑剝除溶液,而使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的其他材料基本上原樣留下。因此,可以去除掩模406。導(dǎo)電材料層410在掩模406上的部分可以連同掩模一起被去除,而導(dǎo)電材料層410形成在介電材料層207上的部分會保留在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117上,形成了多個接觸結(jié)構(gòu)411、412、413。在一些實(shí)施方式中,導(dǎo)電材料層410可以包括金屬。在這些實(shí)施方式的一些中,層410可以包括第一子層和第二子層,第一子層包括Al、Er、Gd、Nd、Ti和Y中的至少一種,第二子層包括Ag、Al、Au、Cr、Cu、Mg、Ni和Pt中的至少一種,其中第一子層形成在介電材料層207上,而第二子層形成在第一子層上。第一子層和第二子層可以借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的沉積工藝來形成。在抗蝕劑剝除工藝之后,可以進(jìn)行退火工藝。在退火工藝中,暴露于開口 407、408、409底部的介電材料可以通過與第一子層的材料的化學(xué)反應(yīng)而被消耗,從而層410電連接到半導(dǎo)體材料層206。在其他實(shí)施方式中,可以在形成掩模406之后并且在形成導(dǎo)電材料層410之前進(jìn)行蝕刻工藝。在蝕刻工藝中,可以將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117暴露給被設(shè)置為選擇性地去除層207的介電材料的蝕刻劑,而使掩模406和半導(dǎo)體材料層206的材料基本上原樣保留。因此,介電材料層207在開口 407、408、409底部的部分可以被選擇性地去除。因此,層410可以接觸層206,從而提供到層206的電連接。在本發(fā)明的實(shí)施方式中,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的每個部分420、421、422中形成一個接觸結(jié)構(gòu)。例如,可以在部分420中設(shè)置接觸結(jié)構(gòu)411,可以在部分421中設(shè)置接觸結(jié)構(gòu)412,而可以在部分422中設(shè)置接觸結(jié)構(gòu)413。接觸結(jié)構(gòu)411、 412,413可以具有基本上相同的形狀。在一種實(shí)施方式中,每個接觸結(jié)構(gòu)411、412、413都可以具有基本上環(huán)形的配置,如圖5a的俯視圖中針對接觸結(jié)構(gòu)412示意性示出的那樣。在另一實(shí)施方式中,每個接觸結(jié)構(gòu)411、412、413都可以具有基本上長方形或正方形的形狀,如圖5b中針對接觸結(jié)構(gòu)412示意性示出的那樣。在形成接觸結(jié)構(gòu)411、412、413后,可以進(jìn)行測量過程。為此,可以將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117置于上面參照圖1描述的設(shè)備100的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111上,從而半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111提供了到基板204的電連接。這之后,可以通過借助于電暈線113使介電材料層207的表面帶電來鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的表面,如上面參照圖1和2描述的,并且可以在接觸結(jié)構(gòu)411、412,413中的一個(例如接觸結(jié)構(gòu)412)與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111之間施加偏置電壓。在一些實(shí)施方式中,可以通過借助于電極110’觸及接觸結(jié)構(gòu)412來施加偏置電壓,所述電極110’被設(shè)置為提供到接觸結(jié)構(gòu)412的電連接。在一種實(shí)施方式中,電極110’可以包括連接到電源106的導(dǎo)電筆。電極110’可以取代上面描述的電極110被附接到測量探針108,或者可以與電極110—起來提供。為了通過電極110’觸及接觸結(jié)構(gòu)412,可以在χ方向和y方向上相對于測量探針108來移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111,直至電極110’位于接觸結(jié)構(gòu)412之上。之后,可以向上移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架111,或者可以降低測量探針108, 直至電極提供了到接觸結(jié)構(gòu)412的電連接為止。在這樣的情況下,使用圓形、矩形或方形的電極,在接觸結(jié)構(gòu)所限定的整個區(qū)域上 對偏置電壓進(jìn)行控制。因此,有可能在該區(qū)域中的任何地方進(jìn)行測量而無需使測量探針鄰 近于電極或在電極附近。之后,可以用微波輻射201來照射半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117,并且可以將電磁輻射118朝向測量位置119引導(dǎo)。因?yàn)殡姌O110’和光源109兩者均附接到測量探針108,所以如果電極 110’觸及接觸結(jié)構(gòu)412,則測量位置和接觸結(jié)構(gòu)412可以具有相對于彼此的預(yù)定空間關(guān)系。 在接觸結(jié)構(gòu)412具有如圖5a中所示基本環(huán)形的配置或者如圖5b中所示基本方形的配置的 實(shí)施方式中,測量位置119與接觸結(jié)構(gòu)412之間的空間關(guān)系可以是這樣的,S卩,使得半導(dǎo)體 材料層206分別暴露于接觸結(jié)構(gòu)412的中心開口 430或431的一部分被電磁輻射118照射。由于以電磁輻射118進(jìn)行了照射,所以可以在半導(dǎo)體材料層206中創(chuàng)建電子-空 穴對203。隨后可以通過在將電磁輻射118朝向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117引導(dǎo)之后測量從半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)117反射的微波輻射202的強(qiáng)度,來確定電子和/或空穴的壽命,如上面參照圖1和2描 述的那樣。之后,可以進(jìn)行下一次測量過程。在下一次測量過程中,相對于測量探針108來 移動半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117,直至測量位置與接觸結(jié)構(gòu)411、412、413中的另一個(例如接觸結(jié)構(gòu) 413)被設(shè)置為彼此成預(yù)定的空間關(guān)系為止,并且通過以電極110’觸及接觸結(jié)構(gòu)413來建立 電極110’與接觸結(jié)構(gòu)413的電接觸。因此,可以獲得對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117中載流子壽命的空 間分解的測量。溝槽404、405提供了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)117的區(qū)域420、421、422之間的電絕緣, 從而在區(qū)域420、421、422之一中進(jìn)行的測量可以基本上不受區(qū)域420、421、422中其他區(qū)域 的狀態(tài)的影響。在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方式中,可以形成溝槽404、405來提供部分420、421、422 之間的電絕緣,而可以略去接觸結(jié)構(gòu)411、412、41的形成。在這樣的實(shí)施方式中,可以借助 于一個或更多個包括針的電極——類似于上面參照圖l、2、3a、3b和3c描述的電極110、 312-321、331、338——來施加偏置電壓。
權(quán)利要求
一種測量載流子的壽命的設(shè)備(100),該設(shè)備包括測量探針(108),其包括用于將紫外輻射引導(dǎo)至測量位置(119)的裝置(109),所述測量探針還包括至少一個電極(110,312-321,331-338),所述至少一個電極被設(shè)置為與所述測量位置(109)成預(yù)定空間關(guān)系;微波源(102),其被設(shè)置為將微波輻射(201)引導(dǎo)至所述測量位置(119);微波檢測器(104),其被設(shè)置為測量響應(yīng)于所述紫外輻射在所述測量位置(119)反射的微波輻射(202)的強(qiáng)度的改變;半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架(111),其被設(shè)置為容納半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117),并且提供與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)的一部分的電接觸;用于相對于所述測量探針(108)來移動所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架(111)以將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)的至少一部分定位在所述測量位置(119)的裝置(112);以及電源(106),其被設(shè)置為在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架(111)與所述電極(110,312-321,331-338)之間施加偏置電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100),其中,所述至少一個電極(110)包括被設(shè)置為鄰 近所述測量位置(119)的一個電極(110)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100),其中,所述至少一個電極(314,319,331,335)包 括第一電極(314,331)和第二電極(319,335),并且其中,所述測量位置(119)位于所述第 一電極(314,331)與所述第二電極(319,335)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備(100),其中,所述至少一個電極(312-321)包括沿 第一線(310)排布的多個第一電極(312-316)和沿第二線(311)排布的多個第二電極 (317-321),其中,所述第二線(311)平行于所述第一線(310),并且其中,所述測量位置 (119)位于所述第一線(310)與所述第二線(311)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100),其中,所述至少一個電極(331-338)包括呈圈狀 圍繞所述測量位置(119)的多個電極(331-338)。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備(100),其中,所述至少一個電極包括被設(shè)置 為刺穿所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的針。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(100),其中,所述至少一個電極被設(shè)置為提 供到形成于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu)的電連接。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備(100),該設(shè)備還包括電暈線(113)和用于在 所述電暈線(113)與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架(111)之間施加電壓的裝置(114)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備(100),該設(shè)備還包括用于相對于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架 (111)來移動所述電暈線(113)的裝置(112)。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備(100),該設(shè)備還包括被設(shè)置為向所述半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)(117)供應(yīng)鈍化溶液的鈍化溶液供應(yīng)源(115)。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備(100),其中,所述用于將紫外輻射引導(dǎo)至所 述測量位置的裝置(109)包括脈沖紫外激光器。
12.一種測量載流子的壽命的方法,該方法包括以下步驟提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117),所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)包括基板(204)、形成在所述基板(204) 之上的絕緣材料層(205),以及形成在所述絕緣材料層(205)之上的半導(dǎo)體材料層(206);執(zhí)行測量過程,所述測量過程包括用微波輻射(201)來照射所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117);將紫外輻射(118)引導(dǎo)至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)位于測量位置(119)處的一部分; 在所述基板(204)與至少一個接觸點(diǎn)(210)之間施加偏置電壓,所述至少一個接觸點(diǎn) (210)與所述測量位置(119)具有預(yù)定空間關(guān)系;以及測量響應(yīng)于所述紫外輻射(118)從所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)反射的微波輻射(202)的強(qiáng) 度的改變;所述測量載流子的壽命的方法還包括以下步驟 相對于所述測量位置(119)移動所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117);以及 重復(fù)所述測量過程至少一次,在此期間維持所述測量位置(119)與所述至少一個接觸 點(diǎn)(210)之間的所述預(yù)定空間關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測量載流子的壽命的方法,其中,提供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (117)的步驟包括對所述半導(dǎo)體材料層(206)的表面進(jìn)行鈍化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測量載流子的壽命的方法,其中,對所述半導(dǎo)體材料層 (206)的所述表面進(jìn)行鈍化的步驟包括向所述半導(dǎo)體材料層(206)的所述表面供應(yīng)鈍化 溶液。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量載流子的壽命的方法,其中,所述鈍化溶液包括以下 至少一種稀氫氟酸和鹵素在溶劑中的溶液。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測量載流子的壽命的方法,其中,對所述半導(dǎo)體材料層(206)的所述表面進(jìn)行鈍化的步驟包括在所述半導(dǎo)體材料層(206)之上形成介電材料層(207)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量載流子的壽命的方法,其中,對所述介電材料層(207) 的表面施加電暈放電,以使所述介電材料層的所述表面帶電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量載流子的壽命的方法,其中,在每次測量過程之前進(jìn) 行對所述介電材料層的表面施加電暈放電的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)所述的測量載流子的壽命的方法,該方法還包括以 下步驟進(jìn)行退火,以固化所述半導(dǎo)體材料層(206)與所述介電材料層(207)之間的界面。
20.根據(jù)權(quán)利要求12-19中任一項(xiàng)所述的測量載流子的壽命的方法,其中,提供所述 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)的步驟還包括在所述半導(dǎo)體材料層(206)之上形成多個導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu) (411,412,413),其中,在每次測量過程中,在所述基板(204)與所述多個接觸結(jié)構(gòu)(411,412,413)中的 一個之間施加所述偏置電壓,并且將所述紫外輻射(118)引導(dǎo)至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)的 與所述多個接觸結(jié)構(gòu)(411,412,413)中的所述一個具有所述預(yù)定空間關(guān)系的一部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的測量載流子的壽命的方法,其中,所述多個接觸結(jié)構(gòu) (411,412,413)中的每一個的形狀都為環(huán)形、正方形和長方形中的一種,并且包括中央開口 (430,431)。
22.根據(jù)權(quán)利要求12-19中任一項(xiàng)所述的測量載流子的壽命的方法,其中,在所述基 板(204)與所述至少一個接觸點(diǎn)之間施加所述偏置電壓的步驟包括借由至少一個電極(110,312-321,331-338)刺穿所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)。
23.根據(jù)權(quán)利要求12-22中任一項(xiàng)所述的測量載流子的壽命的方法,該方法還包括以 下步驟形成在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)的多個部分(420,421,422)之間提供電絕緣的絕緣 結(jié)構(gòu),其中,在每次測量過程中,將所述紫外輻射(118)引導(dǎo)至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(117)的所 述多個部分(420,421,422)中的一個,并且所述至少一個接觸點(diǎn)被設(shè)置在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (117)的所述多個部分中的所述一個中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的測量載流子的壽命的方法,其中,所述絕緣結(jié)構(gòu)包括溝槽 (404,405)、氧化區(qū)和氮化區(qū)中的至少一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求23和24中任一項(xiàng)所述的測量載流子的壽命的方法,其中,形成所 述絕緣結(jié)構(gòu)的步驟包括以下至少一種形成淺溝槽隔離、形成臺面,和對所述半導(dǎo)體材料層 (206)進(jìn)行局部氧化。
全文摘要
一種測量載流子壽命的設(shè)備包括測量探針,所述測量探針包括用于將紫外輻射引導(dǎo)至測量位置的裝置。所述測量探針還包括至少一個電極,所述至少一個電極被設(shè)置為與所述測量位置成預(yù)定空間關(guān)系。所述設(shè)備還包括微波源,所述微波源被設(shè)置為將微波輻射引導(dǎo)至所述測量位置;微波檢測器,所述微波檢測器被設(shè)置為測量響應(yīng)于所述紫外輻射在所述測量位置反射的微波輻射的強(qiáng)度的改變;以及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架,所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架被設(shè)置為容納半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并且提供到所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分的電接觸。另外,提供了用于相對于所述測量探針來移動所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架以將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分定位在所述測量位置的裝置。所述設(shè)備還包括電源,所述電源被設(shè)置為在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支架與所述電極之間施加偏置電壓。
文檔編號H01L21/66GK101802629SQ200880106589
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者佛雷德里克·阿利伯特, 奧列格·科農(nóng)丘克 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司