[其他]一种非接触式微波测量半导体材料少子寿命的装置

说明书

本发明提供了一种用介质波导加红外光源非接触测试半导体材料少子寿命及电阻率的装置。该装置的测试结果与常规的有接触方法一致、操作简便，能够测量不同厚度片状样品的少子寿命以及同一样品上不同部位少于寿命的差异。由于是非接触测试，对于抛光片、离子注入片以及经过各种化学处理的半导体薄片尤为适宜，能够做到无损伤、无沾污。在集成电路、半导体器件的生产过程中可用作材料检验和工艺监控的重要手段。

本发明属于用微波方法测量半导体材料物理特性的装置。

少数载流子寿命（简称少子寿命）是半导体材料晶格完整性及纯度的综合反映，它与电阻率、迁移率同被列为半导体材料的三个重要参数，因此材料厂、器件厂在集成电路和半导体器件的生产过程中，对这些参数的测定已成为必不可少的工序。目前国内使用的测量手段（如用高频光电导方法）都是接触测试，其不足之处是在测量过程中容易造成样品表面的沾污和机械损伤，而且被测样品只能是一段硅锭的局部部位，而实际生产使用的是厚薄、直径各不相同的片状材料，它的特性参数同锭状单晶中所测得的数据往往有很大的差导。因此，接触测量的方法不够理想，近来据有关报导，国外也有研究各种非接触测试少子寿命的方法，如《应用物理》1980年第49卷第9号、第10号，日本《电子材料》1981年2月号、6月号都不断刊载有关“非接触法测定半导体材料的电气性质”方面的文章，其中有用微波方法测量少子寿命的内容，如波导法、微带线法、同轴线法等。但是，有的为了把样品放入波导，需将样品按要求切割成一定的形状，测试的方法也比较麻烦;有的采用带线作为检测装置，虽然避免了上述不利之处，但由于样品和带线之间是表面接触，依靠带线暴露在空气中的那部分电场（它在空气中呈非均匀分布）透入样品，此时样品表面部分电导的影响大于体内电导的影响，传输特性与带线上覆盖的样品厚度呈非线性关系，因而增加了表面复合引起的测量误差。

本发明的任务是提供一种用微波介质波导方法非接触测量任意形状半导体薄片材料少子寿命的测试头子及有关装置。

本发明利用光照前后引起微波透过半导体样品传输系数的变化能反映少子衰退过程的原理-在注入情况下，传输系数的变化正比于测试部分由于光注入所产生的少子总数-计算出半导体片状样品的少子有效寿命。此外，通过传输系数（或反射系数）的测定还能够同时测量样品的电阻率。

该装置主要包括微波源、光源、测试头子和微波检测器四大部分，其中测试头子为本发明的特征所在。它由可作微波传输线的介质波导制成，待测样品放在两介质波导之间的测试平台上，介质波导通过介质波导-波导的过渡分别同可变衰减器和检波器相连接，由可变衰减器调节加到待测样品上的微波功率，并由检波器将输出的讯号经前置放大器后再送入显示器（示波器），由传输系数随时间的变化直接在示波器上显示出少子衰退曲线，少子寿命可由示波器时标直接读出。通过表头的显示也可同时得出材料的电阻率。（装置的工作框图详见说明书附图1、）

该装置测试头子的结构图见说明书附图2，介质波导的结构图见说明书附图3。图2中测试头子由上部件〔1〕，下部件〔4〕及测试平台〔3〕三个部分组成。上部件〔1〕水平方向上的一端〔A〕是一个呈尖劈形的介质波导-波导过渡，它接在检波器〔7〕的波导口内，中间部分为矩形截面的介质波导，上部件另一端〔B〕为一直角弯角，弯角与测试平台的台面垂直，在弯角的垂直部分开有一个上大下小的穿通圆孔〔2〕，可使脉冲光源〔9〕产生的脉冲光通过它照射到待测样品上去，该垂直部分介质波导的底端〔C〕为带圆孔的矩形测量端面;下部件〔4〕的顶端〔D〕为一个与上部件〔1〕垂直部分底端测量面位置对准、大小相等对称矩形测量端面，该部件的中间部分为矩形截面的介质波导，下部件〔4〕的下端〔E〕为呈尖劈形的波导-介质波导过渡，它接在与微波连接的可变衰减器〔6〕的波导口内;测试平台〔3〕位于上部件〔1〕、下部件〔4〕的〔D〕、〔C〕两个测量端之间，上面可放置待测样品〔5〕，在对准下部件〔4〕测量端〔D〕处，测试平台〔3〕的下方开有一个呈圆形或矩形的凹穴，凹穴的面积大于介质波导上的测量端面，用以容纳下部件〔4〕的〔D〕端，使其靠近待测样品〔5〕。上部件〔1〕及检波器装在一个可调节的支架上，可作垂直于测试平台〔3〕的运动，因而能测量不同厚度的样品;而当上部件〔1〕的位置固定时，将待测样品〔5〕在测试平台〔3〕上作左、右、前、后的移动，便可测量样品上不同部位的少子寿命。