CN119487385A 基于光调制反射测量确定半导体材料中低于10ppm的晶体缺陷浓度的方法 （瑟米莱伯有限公司）

2024.09.14PCT/HU2023/0500092023.03.14WO2023/175362EN2023.09.21基于光调制反射测量确定半导体材料中低调制频率范围内操作的光调制反射(PMR)测量来确定与材料中存在的复合缺陷中心相关的电荷导体样品(M1)中的缺陷中心可以是内源性的(intrinsic)也可以是外源性的(extrinsic的金属污染物)而产生的电活性缺陷(de_feet)PMR测量中的激发/分析激光点的尺寸明显小于包含晶体缺陷的区域的厚度。使用所述程序从PMR测量中获得的过量电荷载流子浓度给出了总21.一种基于光调制反射测量确定半导体材料中低于10ppm的晶体缺陷浓度的方法，其通过以下方式，利用具有一段时间内恒定功率的测试光束的反射(R)中产生的调制量根据所获得的比率推导在照射过程中形成的所述过量电荷载6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特3[0001]本发明涉及一种用于在半导体中存在ppm‑ppb量级的低缺陷浓度的情况下从光调于光调制反射测量来确定半导体材料中低于10ppmenergyimplantationtiltanglemonitoringwithphotomodulatedreflectance体制造年会(ASMC)论文集，美国纽约州萨拉托加斯普林斯，2019年5月6日至9日，第1‑4dudvari、J.Byrnes、L.M.Rubin、E.D.Moore的研究“Tiltangleanddoseratemonitoringoflowenergyionimplantationprocesseswithphotomodulatedreflectancemeasurement(利用光调制反射测量的低能量离子注入工艺的倾斜角和剂量L.Rubin、E.Moore和J.Byrnes的研究“Roomtemperaturemicro‑photoluminescencemeasurementsformonitoringdefectsinlow‑energyhigh‑doseAsandBimplantedsilicon(用于监测低能量、高剂量As和B注入硅中量，第32届年度SEMI高级半导体制造大会(ASMC)论文集，美国纽约州萨拉托加斯普林斯，[0005]PMR技术主要测量样品在光激发下的反射变化，但该参数也与被测材料的许多其4illuminationpowercurves(从载流子照射功率曲线中提取活性掺杂物分布信息，physicalmodelingofcarrierillumination(载流子照射物理建模进展，modulatedopticalreflectancefortheone_dimensionalcharacterizationof材料参数值。还描述了从PMR信号中推导总电荷载流子寿命的方而且，例如还在研究InGaN/GaN量子谷结构的自由电荷载流子例如，参见A.Salnick、A.Mandelis、A.Othonos和C.Christofides的研究“Noncontactlifetimereconstructionincountinuouslyinhomogeneoussemiconductors:generalizedtheoryandexperimentalphototermalresultforion_implantedSi ofProgressinQuantitativeNondestructiveEvaluation，第16卷，Thompson和J.Wang和C.Gao的研究“ElectronictransportcharacterizationofB+ion_implantedsiliconwaferswithnonlinearphotocarrierradiometry(利用非线性光载流子辐射“PhotomodulatedReflectivityMeasurementofFree_CarrierDynamicsinInGaN/GaNQuantumWells(InGaN/GaN量子阱中自由电荷载流子动力学的光调制反射测量，ACS不需要的污染物(例如，在所用原材料的生产或后处理步骤中进入样品的金属杂质)导致的结构缺陷量，以及可以与杂质原子关联的缺陷位点及其对电气性质(载流子寿命)的影5命贡献与整个有效寿命期(如Schokley_Read_H深度磨屑(grinding)上网格缺陷深[0015]M.Anjum等人使用TW技术研究了Si样品中0.5_3MeV(剂量为1012_1014cm_2)高能量P[0016]W.Kiepert等人研究了利用激光调制光学反射的100keVHe+(剂量为1011_1015cm[0017]A.Salnick等人在他们的研究“ReviewofProgressinQuantitativeNondestructiveEvaluation(定量无损评估进展综述，第16卷，由DOThompson和DE6意味着除了残留的复数块缺陷外，还可能存在射程末端(EOR)缺陷。作者后来重复了宽[0018]X.Lei等人通过光生电荷载流子辐射测量法(PCR)对100keVB+离子注入(剂量为导致比根据本发明的方法(用于检查延伸到很深的几乎均匀分布的非热处理缺陷结构)更激光评估了电荷载流子寿命，其中考虑了SRH、俄歇和辐射可以通过使用光调制反射测量有利地进行并获体基底晶圆中电荷载流子寿命的影响同样重要。所述基于PMR的方法在此也可用于某些污[0026]图2示出了针对包含不同均匀浓度的额外缺陷位点的轻掺杂(～10_15cm_3)Si样品[0027]图3a和3b示出了通过单晶Si样品中的1.5MeV氢离子注入产生的空位缺陷中心的[0029]图5示出了使用所提出的方法从PMR测量中获得的电荷载流子寿命贡献和有效扩7[0031]PMR技术的工作原理基于样品的复折射率会因光学激发而变化的事实。这种通过射信号的DC分量)中获得的傅里叶振幅的商数。这个比率实际上给出了相对反射率变化：[0035]在检查离子注入半导体样品时，PMR信号也受到离子注入导致的晶格损伤所引起赖性。本说明书中未详细描述的实现该方法所需的最新技术知识是本领域技术人员已知[0039]在半导体样品M1满足以下条件的情况下，可以从步骤S1中测量的PMR信号中推导p[0040](i)样品M1被认为具有基本单晶结构，其包含低ppm_ppb浓度的电活性缺陷位点。缺陷位点可以是能量为约1_10MeV的离子注入过程中产生的缺陷中心，例如，在Si的情况Ni等金属杂质相关的缺陷中心。缺陷浓度Ndef被认为从样品表面到注入离子的最大穿透深度R是均匀的，并且在污染深度范围内。自由电荷载流子缺陷位点的捕获(复合)截面为p8激发和采样激光点的半径Rlas明显小于包含缺陷的区域厚度的几何形状的情况，在离子注[0048]β=–1,2×10_22c[0054]Dt=ĸ/ρC＝0,91cm2s_nnpp[0061]USRH(cm_3s_1)＝(PN_Nie2)/(τP(N+Nie)+τN(P9[0078]vth＝(3kBT/me*)1/2＝2,09×107cms_1是样品M1(在300K的温度下)中的热电子速[0087]周期性变化的泵浦激光功率(AC激发分量)在样品M1中周期性地产生过量电荷载 到的F.Dortu、T.Clarysse、R.Loo、B.Pawlak、R.Delhougne和W.Vandervorst的研究“Progressinthephysic进展)”：R.Delhougne和W.Vandervorst的研究：“Progressinthephysicalmodelingof[0090]方程(1)的第二项(term)和第三项包含垂直于样品M1的平面的z方向上的量ΔN、深度变化而降低Ipump(z)＝Ipump(0)exp(_cm_3_1K_1[0095]图2示出了针对包含不同均匀浓度的额外缺陷位点的轻掺杂(～10_15cm_3)Si样品808nm，激发激光功率Plas＝40mW和直径为3μm的圆形激光点。缺陷位点的电子捕获截面为[0096]图3a示出了在不同剂量(1011_1015cm_2)下用1.5MeVH+离子注入的Si样品M1的情况下，空位浓度与深度的关系的模拟。使用流行的计算机程序SRIM(参见SRIM：Stopping位浓度随注入剂量呈线性增加，其变化范围约为pp[0097]图3b示出了在不同剂量(1011_1015cm_2)下用1.5MeVB+和As+离子注入的Si样品M1[0099]图5示出了在五种不同的剂量(1011_1015cm_2)下用1.5MeVPMR的优点是它是一种非破坏性和非接触式的方法。使用所述方法评估τdef和Ndef的可靠性situanalysisofthecarrierlifetimeinsiliconduringimplantationofpump[0101]根据以下方程，可以基于样品M1的z方向深度确定在光学频率ν下工作并用功pumppump率密度I照射样品M1的激发(泵浦)激光器(具有横向(r)高斯强度分布轮廓)的过量电荷pumpαbba＝808nm，其值为αbba＝945cm_1。知道Rlas和αbba之后，可以确定Gpump的值，可以在D.E.Aspnes和A.A.Studna额外的结构缺陷或非故意的杂质作为作为复合中心的未注入或干净的样品)M2的测量值来[0117]属于给定复合沟道的电荷载流子寿命τj与可以分配给同一[0119]Uj的值可以用俄歇和SRH过程的一种众所周知的方法计算，可以在参考文献的几个地方找到，这些项已经在程序操作所需条件的描述中进行了详细说明。值得注意的是，和S6中确定的σdef和Ndef是复合截面和缺陷中心的密度，vth是室温下的电荷载流子的热速例如，在M._L.David、E.Oliviero、C.Blanchard、J.F.Barbot针对Si的研究中找到截面为σdef＝5×10_14cm2。硅中不同缺陷中心的σdef值的有用摘要可以在F.E.Rougieux、C.Sun、DMacdonald的研究(Solapumpgappumpgap源项)的形式释放与带隙相对应的能量。复合可以经由SRH和俄歇过程或经由缺陷位点发并且可以通过评估参考测量(即，不含作为pumppump[0132]使用上述分析的结果，可以用以下方程计算没有缺陷中心的参考样品M2中的PMRνpump_Egap)+(USRH,ref+ΔR/R0根据这个结果可以确定USRH,ref和UAug,pump[0137]为了针对受损(注入)的样品M1，利用步骤S3从方程式(15)中实验确定的ΔR/R0pumpionirradiation:impactonblockingcapabilityofpowerP_i_Ndiode(借助光离子以形成施主中心，从而在复杂的半导体结构中形成