[發明專利]一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法

在審

• 申請號: 201510524097.0
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105067529A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 封國強;馬英起;韓建偉;上官士鵬;朱翔;陳睿
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;呂愛霞

技術領域

本發明涉及半導體器件材料參數的測量技術領域，具體涉及一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法。

背景技術

聚焦的激光微束能夠與半導體器件相互作用，以此技術能夠實現的應用領域包括：用于失效分析的光子發射顯微鏡、掃描光束技術和共聚焦激光掃描顯微鏡，用于故障注入的密碼芯片激光攻擊安全評測技術，用于器件抗輻照能力測試的脈沖激光模擬單粒子效應和瞬態劑量率效應試驗技術。上述應用領域的一個共同特征在于聚焦的激光微束需要穿過器件襯底材料或正面鈍化層，定位于器件內部的特定區域才能完成試驗測試。在光與材料的作用過程中，包括了器件材料表面和界面處的反射，光穿過材料引起的能量衰減等。為方便將聚焦激光微束定位于器件指定位置，并能得到指定區域的激光能量數值，需要明確器件材料的吸收系數。

針對器件材料吸收系數的測量方法，在半導體參數測量領域也是較為成熟的技術手段，其基本的原理是首先利用二次離子質譜儀測量材料的摻雜濃度，再依據摻雜濃度與吸收系數的關系曲線(這個關系在物理學研究領域是確定的已知關系)獲得材料的吸收系數。但是，采用二次離子質譜儀的測量成本相對較高。

發明內容

本發明的目的在于，為解決現有技術中采用二次離子質譜儀測量、計算半導體器件材料吸收系數的成本較高的問題，提供一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法。利用該光學測量方法能夠實現材料吸收系數的現場原位測量，降低了測量成本。

為實現上述目的，本發明的一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法，包括：

步驟1)測量半導體器件材料被測位置的厚度d及反射率R；

步驟2)利用能量計分別測量照射于被測位置一面的光能量E₁和經被測位置另一面穿透的光能量E₂后，計算獲得經被測位置一面反射后入射至材料內的光能量E₀＝E₁(1-R)，和穿透至被測位置另一面反射前的光能量E＝E₂/(1-R)；

步驟3)利用公式E＝E₀e^-αd計算得到材料的吸收系數α。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的照射于被測位置一面的光采用聚焦激光微束。

本發明的一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法優點在于：

利用透射方法測量光在穿透材料前及后的激光能量數值，再依據Beer定律E＝E₀e^-αd計算得到材料的吸收系數，其中E₀為入射激光經過材料表面反射后進入樣品中的能量，E為穿透材料后的激光能量與界面處反射回材料內部的激光能量之和，降低了測量成本。測量中使用聚焦的光束不僅能夠克服材料摻雜的不均勻分布，還能夠得到吸收系數的二維分布圖。

附圖說明

圖1是本發明的一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法流程圖。

圖2是利用本發明的方法測量被測樣品吸收系數的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明所述的一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法進行詳細說明。

如圖1所示，本發明的一種用于半導體器件材料吸收系數的光學測量方法，包括：

步驟1)測量半導體器件材料被測位置的厚度d及反射率R；被測樣品必須是單一材料，且材料的兩面均不能有與空氣以外的其它材料相接觸的界面存在，測試前首先測量材料的厚度d和反射率R。

步驟2)利用能量計分別測量照射于被測位置一面的光能量E₁和經被測位置另一面穿透的光能量E₂后，計算獲得經被測位置一面反射后入射至材料內的光能量E₀＝E₁(1-R)，和穿透至被測位置另一面反射前的光能量E＝E₂/(1-R)；考慮到光入射到被測樣品表面時存在反射，實際入射到被測樣品中的能量為E₁(1-R)，同樣，光從被測樣品透射到空氣中也存在界面處的反射，實際在被測樣品中衰減后的能量為E₂/(1-R)，其中R為被測樣品表面的反射率。因為是同一種材料，所以兩材料表面與空氣接觸面的反射率屬同一個數值。

另外，所述的照射于被測位置一面的光可采用聚焦激光微束。所述材料厚度測量所用的設備是能夠完成激光微束聚焦的裝置，同時需要一個精度能夠滿足要求的激光能量計進行測量。只需要測量樣品兩面的入射能量與透射能量即可。