用于检查带隙半导体结构的方法和系统与流程

用于检查带隙半导体结构的方法和系统本申请是申请号为200680046029.7且发明名称为“用于检查带隙半导体结构的方法和系统”的发明专利申请的分案申请。技术领域本发明总体上涉及半导体测试，更具体来说，本发明涉及对间接带隙半导体材料的测试。

背景技术：
光电制造是一个正在快速扩张的市场，其典型的年增长率高于百分之三十（30%）。居主导地位的太阳能电池制造部分是基于多晶体晶片的技术。在该产业中，总生产量的很大一部分低于规范并且被报废，从而导致该产业每一年都遭受很大的财务损失。生产太阳能电池涉及到开始于半导体裸晶片（例如硅）的高度专业化的处理步骤序列。Bel’kov,VV等人的“Microwave-inducedpatternsinn-GaAsandtheirphotoluminescenceimaging（n-GaAs中的微波引发的模式及其光致发光成像）”（PhysicalReviewB，Vol.61，No.20，TheAmericanPhysicalSociety，2000年5月15日，pp.13698－13702）描述了一种对n-GaAs进行光致发光（PL）成像的技术。光致发光是由半导体材料响应于光学激发而发射的光。利用所述光致发光成像，可以在均匀的微波辐射下在均匀的n-GaAs层中无接触地研究高电子密度的自组织模式。所述n-GaAs无接触样品被容纳在矩形波导中，所述矩形波导具有用于观测的网状金属窗口，其耦合到微波发生器并且受到微波辐射。包括所述n-GaAs样品的该组件在包含液体氦的致冷浴（bathcryostat）中被冷却到4.2K，并且利用被组织成环状的几个红色（620nm）发光二极管对其进行均匀照射。所述致冷器具有与所述网状金属窗口对准的窗口。把视频摄影机定向成面向所述样品，光学器件和820nm（长通）干涉滤波器被按照该顺序插入在所述致冷器窗口与所述摄影机之间。该摄影机捕获3mmx4mm的图像，其中的某些图像显示出来自受微波辐射的所述样品的光致发光中的黑点的形成。Bel’kov的所述系统可以被用来测试n-GaAs，其是直接带隙半导体。由于这种半导体中的光致发光效率很高，因此可以把相对较低功率的LED用作光源以便引发光致发光，在所述光致发光中，所述源照射发散。此外，所述波导和致冷器窗口的设置限制了所述摄影机的可视区域。不利的是，这样仅仅允许测试较小的面积（3mmx7mm）。此外，所述系统需要在由致冷器产生的低温下来测试样品。Bel’kov的所述配置允许通过所述视频摄影机来捕获来自所述LED的源照射。所述长通滤波器意在阻断来自所述LED的照射并且把高于820nm的光致发光透射到所述摄影机，但是同时也把来自所述LED的高于820nm的任何照射都透射了到该摄影机。对于n-GaAs样品来说，所生成的高效率光致发光大大超出来自所述LED的任何不合期望的照射。根据这些限制以及其他限制，Bel’kov的所述系统不适于测试间接带隙半导体。Masarotto等人的“DevelopmentofaUVscanningphotoluminescenceapparatusforSiCcharacterization（开发用于SiC表征的UV扫描光致发光设备）”（EurJAP20，141-144，2002）描述了一种用于表征SiC的经过适配的扫描PL设备。通过利用具有1μm步长的x-y扫描台以及通过显微场透镜聚焦的双Ar+激光束扫描所述样品而获得PL映射，其中的光点直径为4μm。可以获得积分PL强度或者光谱分辨的PL。该系统按照逐点方式扫描PL。这种系统的不利之处在于，由于所述扫描操作，在任何给定时间仅仅允许测试较小面积（即一点）。无法在大面积的均匀照射下在所述样品的大面积上同时捕获光致发光，而如果可以的话则将是半导体器件的更好的近似操作条件。此外，这种系统由于该系统的扫描操作而较慢。因此，需要一种用于间接带隙半导体结构（特别是硅）的检查系统，其中包括在其他情况下可能导致报废的半导体电池的裸晶片或部分处理过的晶片。

技术实现要素：
根据本发明的一方面，提供一种检查间接带隙半导体结构的方法。该方法包括以下步骤：生成适于在所述间接带隙半导体结构中引发光致发光的光；对所述光进行短通滤波，以便减少所生成的光中的高于指定发射峰值的长波长光；对所述光进行准直；利用所述经过准直以及短通滤波的光基本上均匀地且同时地照射所述间接带隙半导体结构的大面积；利用能够同时捕获所引发的光致发光的图像捕获设备来捕获由入射在所述间接带隙半导体结构的所述大面积上的基本上均匀的同时照射所同时引发的光致发光的图像；对所述光致发光图像进行图像处理，以便利用在所述大面积内所引发的所述光致发光的空间变化来量化所述间接带隙半导体结构的空间分辨的指定电子特性。所述间接带隙半导体可以包括硅。所述结构可以包括：间接带隙半导体材料的裸晶片或部分处理过的晶片，至少一个部分形成的电子器件，或者裸绝缘体上硅（SOI）结构或部分处理过的绝缘体上硅结构。所述电子器件可以是光电器件。可以利用一个或多个短通滤波器来实现所述短通滤波步骤。可以利用电介质反射镜来实现所述短通滤波步骤，所述电介质反射镜反射将被使用的短波长光并且透射所不需要的长波长分量。所述短通滤波步骤可以把所生成的光的长波长拖尾中的总光子通量减少了大约十倍或更多，其中所述长波长拖尾开始于比用于生成所述光的源的最长波长发射峰值高大约百分之十（10%）的波长。所述间接带隙半导体结构的受照射面积可以等于或大于大约1.0cm2。所述方法可以进一步包括将所生成的光均匀化的步骤。所述方法可以在室温下执行。所生成的光可以是单色光或者基本上单色的光。所述光可以由至少一个激光器、激光二极管、激光二极管阵列或者高功率发光二极管（LED）生成。或者，所述光可以由发光二极管（LED）阵列或者宽光谱灯生成，并且其可以被滤波以便限制所述光的光谱。所述光的总光学功率可以超出大约1瓦特。所生成的光的源可以被指向所述结构的一侧的表面以便照射该表面，并且所述图像捕获设备被指向该相同表面以便从该表面捕获所述光致发光的图像。或者，所生成的光的源被指向所述结构的一侧的表面以便照射该表面，并且图像捕获设备被指向所述结构的相对侧的表面以便从该相对侧的表面捕获所述光致发光的图像。所述方法还可以包括对在所述硅结构中所引发的光致发光进行长通滤波的步骤。对于被用来激发所述光致发光的入射光来说，所述结构可以充当其长通滤波器。可以与所述图像捕获设备相组合地使用一个或多个长通滤波器。所述图像捕获设备可以包括聚焦元件以及光敏电子元件的焦平面阵列。所述光敏电子元件的焦平面阵列可以包括电荷耦合器件（CCD）阵列。所述焦平面阵列可以由硅制成。所述光敏电子元件的焦平面阵列可以由InGaAs制成。所述焦平面阵列可以被冷却。所述图像捕获设备可以包括像素检测器。所述像素检测器可以是耦合到所述结构的表面的接触像素检测器。所述图像捕获设备可以是像素检测器或者电荷耦合器件（CCD）阵列，并且可以把锥形光纤束耦合在所述结构的表面与所述像素检测器或CCD阵列之间。所述指定的电子特性包括下述中的一个或多个：局部缺陷密度，局部旁路，局部电流－电压特性，局部扩散长度，以及局部少数载流子寿命。根据本发明的另一方面，提供一种用于检查间接带隙半导体结构的系统。该系统包括：光源，其用于生成适于在所述间接带隙半导体结构中引发光致发光的光；短通滤波器单元，其被布置在所述光源与间接带隙半导体结构之间，以便减少所生成的光中的高于指定发射峰值的长波长光；准直器，其被布置在所述光源与间接带隙半导体结构之间，从而利用经过准直以及短通滤波的光基本上均匀地且同时地照射所述间接带隙半导体结构的大面积；图像捕获设备，其被指向所述间接带隙半导体结构以用于捕获由入射光入射在所述间接带隙半导体结构的所述大面积上的基本上均匀的同时照射所引发的光致发光的图像。所述系统还可以包括图像处理器，其用于对所述光致发光图像进行图像处理，以便量化所述间接带隙半导体结构的空间分辨的指定电子特性。所述间接带隙半导体可以包括硅。所述结构可以包括：间接带隙半导体材料的裸晶片或部分处理过的晶片，至少一个部分形成的电子器件，或者裸绝缘体上硅（SOI）结构或部分处理过的绝缘体上硅结构。所述电子器件可以是光电器件。所述短通滤波器单元可以包括一个或多个短通滤波器。所述短通滤波器单元可以包括一个或多个电介质反射镜，所述电介质反射镜反射将被使用的短波长光并且透射所不需要的长波长分量。所述短通滤波器单元可以把所生成的光的长波长拖尾中的总光子通量减少了大约十倍或更多，其中所述长波长拖尾开始于比用于生成所述光的光源的最长波长发射峰值高大约百分之十（10%）的波长。所述间接带隙半导体结构的受照射面积可以等于或大于大约1.0cm2。所述系统可以进一步包括光束均匀化器，以便将所述受照射面积上的入射光均匀化。所述系统可以在室温下检查所述间接带隙半导体样品。所生成的光可以是单色光或者基本上单色的光。所述光源可以包括至少一个激光器、激光二极管、激光二极管阵列或者高功率发光二极管（LED）、发光二极管（LED）阵列或者宽光谱灯，其与一个或多个滤波器相组合以便限制所述光的光谱。所述光的总光学功率可以超出大约1瓦特。所述光源可以被指向所述结构的一侧的表面以便照射该表面，并且所述图像捕获设备被指向该相同表面以便从该表面捕获所述光致发光的图像。或者，所述光源可以被指向所述结构的一侧的表面以便照射该表面，并且所述图像捕获设备被指向所述结构的相对侧的表面以便从该相对侧的表面捕获所述光致发光的图像。对于被用来激发所述光致发光的入射光来说，所述结构可以充当其长通滤波器。所述系统可以进一步包括一个或多个长通滤波器，以便与所述图像捕获设备相组合地使用。所述图像捕获设备可以包括聚焦元件以及光敏电子元件的焦平面阵列。所述光敏电子元件的焦平面阵列可以包括电荷耦合器件（CCD）阵列。所述焦平面阵列可以由硅制成。所述光敏电子元件的焦平面阵列可以由InGaAs制成。所述焦平面阵列可以被冷却。所述图像捕获设备可以包括像素检测器。所述像素检测器可以是耦合到所述结构的表面的接触像素检测器。所述图像捕获设备可以是像素检测器或者电荷耦合器件（CCD）阵列，并且还可以包括耦合在所述结构的表面与所述像素检测器或CCD阵列之间的锥形光纤束。所述指定的电子特性包括下述中的一个或多个：局部缺陷密度，局部旁路，局部电流－电压特性，局部扩散长度，以及局部少数载流子寿命。根据本发明的另一方面，提供一种检查硅结构的方法。该方法包括以下步骤：生成适于在所述硅结构中引发光致发光的光；对所述光进行短通滤波，以便减少所生成的光中的高于指定发射峰值的长波长光；对所述光进行准直；利用所述经过准直以及短通滤波的光基本上均匀地且同时地照射所述硅结构的一侧的大面积；以及利用能够同时捕获所引发的光致发光的图像捕获设备来捕获由入射在所述硅结构的所述大面积上的基本上均匀的同时照射所同时引发的光致发光的图像。所述方法还可以包括以下步骤：对所述光致发光图像进行图像处理，以便量化所述硅结构的空间分辨的指定电子特性。所述结构包括：硅材料的裸晶片或部分处理过的晶片，由硅制成的至少部分地形成的光电器件，或者裸绝缘体上硅（SOI）结构或部分处理过的绝缘体上硅结构。可以利用一个或多个短通滤波器来实现所述短通滤波步骤。可以利用电介质反射镜来实现所述短通滤波步骤，所述电介质反射镜反射将被使用的短波长光并且透射所不需要的长波长分量。所述短通滤波步骤可以把所生成的光的长波长拖尾中的总光子通量减少了大约十倍或更多，其中所述长波长拖尾开始于比用于生成所述光的光源的最长波长发射峰值高大约百分之十（10%）的波长。所述硅结构的受照射面积可以等于或大于大约1.0cm2。所述方法可以进一步包括将所生成的光均匀化的步骤。所述方法可以在室温下执行。所生成的光可以是单色光或者基本上单色的光。所述光可以由至少一个激光器、激光二极管、激光二极管阵列、高功率发光二极管（LED）、发光二极管（LED）阵列或者宽光谱灯生成，并且其可以被滤波以便限制所述光的光谱。所述光的总光学功率可以超出大约1瓦特。所生成的光的源可以被指向所述结构的一侧的表面以便照射该表面，并且图像捕获设备被指向该相同表面以便从该表面捕获所述光致发光的图像。或者，所生成的光的源被指向所述结构的一侧的表面以便照射该表面，并且图像捕获设备被指向所述结构的相对侧的表面以便从该相对侧的表面捕获所述光致发光的图像。所述方法还可以包括对在所述硅结构中所引发的光致发光进行长...