[發明專利]測量重摻硅中氧含量的裝置及方法

無效

• 申請號: 201010182414.2
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN101832930A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 季振國;席俊華;毛啟楠
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種半導體硅材料，尤其涉及一種測量重摻硅中氧含量的方法及裝置。

背景技術

氧含量是硅材料中非常重要的一種雜質，它的含量對硅基電子器件以及硅基光電器件的性能有很大的影響。對于普通的硅材料，可以通過傅立葉紅外吸收光譜技術確定硅材料中的氧含量。但是此方法對重摻硅材料卻無能為力，這是因為重摻硅材料中存在大量的自由電子或空穴，這些自由電子或空穴的存在使得紅外光受到嚴重的吸收，導致紅外光譜技術不能適用于測量重摻硅材料。目前測量重摻硅中氧含量的方法主要有二次離子質譜法、帶電離子活化分析法、高能粒子輻照結合紅外吸收光譜等。這些測試方法或者所需設備昂貴，或者定標困難，或者需要高能粒子源，或者制樣困難，因此有必要尋求一種新的測量方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種測量重摻硅中氧含量的裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種利用激光擊穿光譜測量重摻硅中氧含量的裝置，包括：脈沖激光器、聚焦透鏡、樣品臺、出射光透鏡組合、光譜儀、電腦、機械泵、真空閥門、分子泵、真空室、樣品操縱桿；其中，所述真空室上置有激光入射窗口、發射光出射窗口和備用窗口，樣品臺通過樣品操縱桿置于真空室內，聚焦透鏡和脈沖激光器依次排列在激光入射窗口前，出射光透鏡組合位于發射光出射窗口前，出射光透鏡組合通過光纖與光譜儀相連，光譜儀通過USB連接線與電腦相連，分子泵與真空室相連，機械泵通過真空閥門與分子泵相連。

一種應用上述裝置的利用激光擊穿光譜測量重摻硅中氧含量的方法，包括以下步驟：

(1)脈沖激光器發出高能脈沖激光，通過聚焦透鏡，照射位于真空室的被測樣品；

(2)被測樣品擊穿電離后發射出紫外-可見光譜；

(3)光譜儀根據光譜分析樣品中的氧含量。

本發明的有益效果是，本發明測量重摻硅中氧含量的裝置由高能脈沖激光器、聚焦透鏡、光纖光譜儀、電腦和真空系統組成，成本低，靈敏度高，測量時間短，樣品無需特殊處理。

附圖說明

圖1是激光擊穿光譜測試裝置示意圖；

圖2是普通硅樣品的激光擊穿光譜中氧、硅對應的發射峰(777.3nm和288.1nm)圖；

圖3是硅樣品中氧含量與激光擊穿光譜氧、硅發射峰強度比之間的關系圖；

圖4是一組重摻硅樣品的激光擊穿光譜中氧的發射峰圖。

具體實施方式

激光誘導擊穿光譜技術是近年來發展起來的一種基于發射光譜的元素分析技術，主要特征在于使用高能激光脈沖作為激發樣品的能量來源，使得樣品發射出紫外-可見光譜。當一個能量高于樣品擊穿強度的激光脈沖打到樣品上時，樣品受照射區域內瞬間大量的能量，溫度急劇升高而電離，在受照射區域產生大量處于激發態的原子和離子形成等離子體，此即所謂的激光誘導擊穿。當處于激發態的離子或原子從高能態躍遷到低能態時，樣品會發射出與這些原子或離子對應的特定波長的光輻射，其強度與這些原子或離子在樣品中的含量成比例。因此通過分析發射出的光譜，即可確定樣品中存在的元素和含量。實際譜圖中每個元素對應的發射峰很多，但是一般情況下只要選取一個與其他元素沒有重疊的峰就可以了。圖2為我們實際測量得到的直拉硅單晶中氧與硅的激光擊穿光譜。峰位波長位于288.1nm的峰為與硅對應的一個峰，峰值位置與美國國家標準技術研究所(NIST)提供的數據非常接近(NIST提供的數據為288.1579nm)。峰值波長位于777.3nm的為一個與氧對應的峰，與美國國家標準技術研究所(NIST)提供的數據也非常接近(NIST提供的數據為3個靠得非常近的峰，波長分別為777.194nm，777.417nm，777.539nm)。因為我們所用光譜儀分辨率的限制，無法分辨這三個氧峰，所以在譜圖中這三個峰疊加為一個峰。

為了確定重摻硅中的氧含量，必須對測量進行定標。我們根據國家標準(編號GB/T?1557-2006)規定的“硅晶體中間隙氧含量的紅外吸收測量方法”測量了一組電阻率大于0.5Ωcm普通硅片中的氧含量，并對同一組樣品進行了激光擊穿光譜測量，由此確定了硅中氧含量與激光擊穿光譜信號強度之間的關系為見圖3。上式中ρ_o為硅中的氧含量(單位為1x10¹⁶cm^-3)，I_o和I_S分別為激光擊穿光譜中氧發射峰(777.3nm)和硅發射峰(288.1nm)的面積。