[发明专利]用于测量少数载流子寿命的装置及其使用方法

说明书

背景

本发明的实施例涉及半导体表征工具，更具体而言涉及用于测量半导体样本中的少数载流子寿命的装置和方法。

少数载流子寿命是对于半导体材料具有深远重要性的量。这个量可以提供对半导体原材料的质量和缺陷密度的指示，并且还可以用于监测半导体器件制造和处理。在器件制造监测的情况下，少数载流子寿命测量可以在制造过程内的一个或多个时刻执行。制造过程中的每个步骤都可能是昂贵和耗时的。因此，可能有利的是，经历测试的材料未由于测试过程而降级，其中该降级可能导致材料被返工或丢弃。可能有利的还有，对少数载流子寿命的这种“在线（inline）”测量可以相对容易地执行和被理解，使得可以在把时间和资源浪费在对已经有缺陷的材料执行进一步处理以前、以及在其他良好材料经历有误的制造过程以前快速地标识出制造误差。

概述

已经开发出一种新颖的无接触式分析系统，该系统同时和实时地提供半导体材料的产生寿命（GTAU）、光电导衰减（PCD）和薄层电导（σ）测量。GTAU和PCD到单个分析系统中的独特组合提供了一种共生关系，其使得在此所述的分析系统和方法能够与现有技术相比具有显著的优点。这包括、但不限于改善的SNR（信噪比）、测量较短少数载流子寿命的能力、以及自校准的能力。GTAU测量的优点在于，其具有优良的SNR并且具有测量短得多的载流子寿命的能力。然而，GTAU在许多应用中具有局限性，因为其是相对测量。该局限性通过将作为绝对测量的PCD测量与GTAU相组合来克服。通过这种方式，（绝对）PCD测量被用于自动校准GTAU测量。总言之，GTAU和PCD在以这种方式使用时是互补的，其中PCD方法用于校准GTAU方法结果，并且GTAU方法于是提供对较大范围的少数载流子寿命的质量高得多的测量。

在一方面，提供了诸如少数载流子寿命测量工具之类的装置。该装置可以包括谐振电路，所述谐振电路具有电感器和电容器并且被配置为在测量频率下谐振。该装置还可以包括具有第一部分和第二部分的铁磁芯。第一部分可以定义间隙并且可以被配置为沿其引导由电感器建立的磁场，使得第一部分之外的磁场的侧向散布被抑制，并且磁场跨间隙大体上均匀地被引导。例如，电感器可以包括周向地围绕第一部分延伸的至少一个线圈。第二部分可以被配置为沿第二部分引导磁场并且结合第一部分将磁场引导到闭环中。第二部分还可以定义间隙，该间隙与第一部分定义的间隙对准。

第一部分可以定义纵轴，并且铁磁芯可以关于该纵轴大体上径向对称。在一些实施例中，铁磁芯可以包括相对的第一和第二部件，其中第一部件形成第一和第二部分的至少一部分，并且第二部分也形成第一和第二部分的至少一部分。第一和第二部件可以跨沿着由铁磁芯的第一部分定义的间隙取向的平面大体上对称。

在一些实施例中，第一和第二部件可以分别包括伸长的基底和从每个伸长的基底延伸的中心柱。一对侧柱可以在中心柱的相对侧并且与中心柱大体上平行地从每个伸长的基底延伸，使得第一和第二部件中的每个都大体上形成“E”形，所述第一部分包括中心柱并且第二部分包括所述侧柱。在一些实施例中，第一和第二部件可以分别包括大体上平坦的基底，所述第一部分从所述基底大体上垂直地延伸，并且所述第二部分形成大体上为环形的凸缘，所述凸缘从所述基底大体上垂直地延伸并且在周向上围绕所述第一部分延伸。

辐射源可以被配置为辐射与由铁磁芯的第一部分定义的间隙接近的区域。例如，辐射源可以被配置为辐射围绕间隙的区域，所述区域跨由第一部分定义的纵轴对称。辐射源可以包括至少两个发光二极管，所述发光二极管被配置为发射波长分别不同的辐射。辐射源可以包括发光二极管，所述发光二极管延伸穿过与第一和第二部件相关联的基底之一并且被部署在第一部分与由第二部分形成的凸缘之间。在一些实施例中，辐射源可以包括至少两个发光二极管，所述发光二极管延伸穿过所述基底相应之一并且被分别部署在第一部分与凸缘之间。辐射源可以包括多个发光二极管，所述多个发光二极管被部署为在周向上围绕第一部分，并且延伸穿过在第一部分与凸缘之间的所述基底之一，并且所述辐射源可以包括另外的多个发光二极管，所述另外的多个发光二极管类似地延伸穿过所述基底中的另一基底。