[发明专利]半导体材料测量装置及原位测量界面缺陷分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体测量领域，尤其涉及一种逐层解剖样品并原位测量界面缺陷分布的方法。

背景技术

电子束诱导感生电流（Electron Beam Induced Current, EBIC）装置作为电子显微镜的附件，在测量界面如PN结等的结区位置、宽度以及界面缺陷方面得到了一定的应用。其测量的原理是高能电子束在注入PN结界面时，由于电子束的离化激发会在界面处产生大量的电子空穴对，在内建电场的作用下，这些电子、空穴会分别流向N区和P区，在结区位置产生较强的电流信号，从而可以测得PN结的位置和宽度，如果在结区存在缺陷，那么在缺陷位置处的电流信号就会减弱，从而可以测知缺陷的存在，为工艺的优化提供依据。如C. L. Progl等人利用EBIC测量技术发现在LED中量子阱的V型缺陷区域存在明显的电流信号下降（C. L. Progl etc, “Analysis of V defects in GaN-based light emitting diodes by scanning transmission electron microscopy and electron beam induced current”， Appl. Phys. Lett., 92, 242103(2008))。

聚焦离子束（Focus Ion Beam, FIB）在集成电路(IC)和LCD的横截面加工和分析；TEM样品的制备；功能性纳米结构、三维纳米图形等的加工制作上均有着重要的应用，特别是目前的FIB显微镜系统，已有双束(Dual Beam) (离子束和电子束)，在以离子束切割时，用电子束观察影像，除了可避免离子束继续破坏现场外，又可有效的提高影像分辨率。FIB系统结合了离子束加工和电子束高精度观察的双重优势，因而在电子束观察的指引下，具有在某一特定区域进行微细加工的能力，目前FIB的加工精度可达10 nm。

目前太阳能电池、LED等半导体器件均具有异质结多层结构，对于这些器件异质界面的微观结构和缺陷等的分析是提高器件性能的重要方法。目前有用FIB显微镜系统切割加工样品露出异质界面，然后将样品取出，用EBIC等测量手段进行探测其微观结构的方法。但还没有见到用FIB显微镜系统加工样品后，用EBIC等测量手段原位测量异质结构界面微结构和缺陷的方法。而这无疑是一种很有效的方法，特别是当样品具有多层异质结构的时候，可以利用FIB显微镜系统进行逐层剥离，等一个界面露出时，再原位沉积电极，然后用EBIC进行测量，测量完毕后再加工露出下一个界面，然后再原位沉积电极、再用EBIC进行测量，如此循环往复，直到最后一个界面测完为止。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供半导体测量装置及原位测量界面缺陷分布的方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种半导体材料的测量装置，用于测量界面缺陷分布，该半导体材料测量装置包括一反应腔室、一聚焦离子束显微镜系统与一电子束诱导感生电流测量装置，聚焦离子束显微镜系统和电子束诱导感生电流测量装置位于反应腔室内；其中，聚焦离子束显微镜系统包括气体注入系统，用于沉积电极，聚焦离子显微镜系统还包括离子束产生装置；离子束产生装置产生的离子束用于剥离半导体材料。

该半导体材料的测量装置中离子束是镓离子束或氦离子束。

该半导体材料的测量装置中聚焦离子束显微镜系统还包括电子束产生装置，用于产生电子束。

为了解决上述问题，本发明又提供一种利用上述半导体材料的测量装置进行原位测量界面缺陷分布的方法，包括步骤：

a) 将一具有多层结构的半导体样品置于样品台上；

b) 采用聚焦离子束显微镜系统剥离掉多层结构的半导体样品的第一层的一区域，至显露出第二层的表面；

c) 利用气体注入系统，分别在第一层的裸露表面和第二层的裸露表面沉积各自形成一电极；

d) 利用电子束诱导感生电流测量装置测量所述第一层与第二层的交界面的缺陷。

上述原位测量界面缺陷分布的方法中，电极为金属或碳材料电极，且金属电极的材料是金、银、铂、铝、铜、镍、钨中的一种或任意几种的组合。

所述步骤a与步骤b之间进一步包括步骤：采用电子束产生装置产生的电子束对半导体样品第一层的裸露表面进行扫描成像，选择需要进行刻蚀的区域。