检测晶圆缺陷的装置及方法与流程

本发明涉及晶圆技术领域，特别是涉及一种检测晶圆缺陷的装置及方法。

背景技术：

传统的检测半导体激光器晶圆缺陷的主要方法是采用光致发光检测系统。对于gaas(砷化镓)衬底的半导体激光器晶圆，光致发光检测系统检测半导体激光器晶圆缺陷的方式为采用聚焦一束激光，从半导体激光器晶圆p面照射，通过逐点扫描的方式以获得半导体激光器晶圆的整个有源区的信息。但是，半导体激光器晶圆p面生长金属电极后，光致发光检测系统不再适用于从p面照射，并且半导体激光器晶圆的衬底厚度在300微米以上，衬底对入射光斑具有散射作用，会影响聚焦光斑的大小。因此，传统的光致发光检测系统不能用于检测p面生长金属电极后的半导体激光器内部有源区的缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够检测p面生长金属电极后的半导体激光器晶圆内部有源区缺陷的检测晶圆缺陷的装置，还提供一种检测晶圆缺陷的方法。

一种检测晶圆缺陷的装置；包括：p面电极，所述p面电极用于设置在所述晶圆的p面表面，作为正极端；透明导电薄膜，所述透明导电薄膜用于设置在晶圆的n面表面，作为负极端；电源，所述电源分别与所述正极端和负极端连接；所述电源通过所述正极端和所述负极端给所述晶圆通电，以使得所述晶圆发光；图像采集系统，所述图像采集系统位于所述透明导电薄膜的远离所述晶圆的一侧；所述图像采集系统用于接收所述晶圆发出的光场以采集所述晶圆的有源区图像；缺陷鉴别模块，所述缺陷鉴别模块用于获取所述晶圆在磨抛工艺之前有源区图像，并与所述图像采集系统采集的有源区图像进行对比，以识别出磨抛工艺引入的有源区缺陷。

在其中一个实施例中，所述晶圆为半导体激光器晶圆。

在其中一个实施例中，所述图像采集系统包括成像系统和ccd图像传感器；所述成像系统用于放大所述晶圆发出的光场，以增强所述图像采集系统采集到的图像的分辨率；所述ccd图像传感器用于将采集到的所述光场进行成像处理。

在其中一个实施例中，还包括机械系统；所述机械系统用于控制所述图像采集系统对所述晶圆进行逐点扫描。

在其中一个实施例中，所述p面电极为金属电极。

在其中一个实施例中，所述透明导电薄膜包括石墨烯导电薄膜。

在其中一个实施例中，所述透明导电薄膜的面积大于或等于所述晶圆n面的面积。

一种检测晶圆缺陷的方法，包括：在所述晶圆的n型衬底表面粘附透明导电薄膜，以作为负极端；将所述晶圆的p面连接p面电极，以作为正极端；将电流通过所述p面电极从所述晶圆的p面注入，通过所述n型衬底和所述透明导电薄膜后引出；采集所述晶圆有源区的光场分布；根据所述晶圆有源区的光场分布判断所述晶圆在磨抛工艺中引入有源区的缺陷。

在其中一个实施例中，所述采集所述晶圆有源区的光场分布的步骤是通过置于所述晶圆的n面侧的图像采集系统采集所述晶圆有源区的辐射光。

在其中一个实施例中，所述根据所述晶圆有源区的光场分布判断所述晶圆在磨抛工艺中引入有源区的缺陷步骤包括：将所述晶圆有源区的光场分布与进行磨抛工艺之前的晶圆有源区的光场分布进行比对，以判断所述晶圆在磨抛工艺中引入有源区的缺陷。

上述检测晶圆缺陷的装置，包括设于晶圆p面的p面电极以作为正极端，以及设于其n面的透明导电薄膜以作为负极端。电源通过正极端和负极端给晶圆通电，以使得晶圆发光。图像采集系统接收晶圆发出的光场以采集晶圆有源区图像。缺陷鉴别模块将图像采集系统采集到的有源区图像与晶圆在磨抛工艺之前的有源区图像进行对比，从而识别出磨抛工艺中引入的有源区缺陷。

附图说明

图1为一实施例中的检测晶圆缺陷的装置的示意图；

图2为一实施例中的检测晶圆缺陷的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种检测晶圆缺陷的装置包括p面电极200、透明导电薄膜100、电源300、图像采集系统400以及缺陷鉴别模块(图未示)。

p面电极200用于设置在晶圆10的p面表面。p面电极200用于作为正极端。在本实施例中，p面电极200为金属电极。透明导电薄膜100用于设置在晶圆10的n面表面。透明导电薄膜100作为负极端。在本实施例中，透明导电薄膜100为石墨烯导电薄膜。在其他实施例中，透明导电薄膜100也可以为其他导电薄膜。只要透明导电薄膜100可以对近红外光进行透射，且透明导电薄膜100粘附在晶圆10的表面后能够形成导电即可。在本实施例中，透明导电薄膜100的面积大于或等于晶圆10表面的面积，以使得电流流经晶圆10后，晶圆10辐射的光场能够更好地从透明导电薄膜100表面辐射出。

电源300分别与p面电极200和透明导电薄膜100电性连接。电源300通过晶圆10的p面电极200给晶圆10注入电流，电流通过n型衬底和透明导电薄膜100后引出。其中，n型衬底材质为砷化镓材质。电流流经晶圆10的pn结构成的有源区，在pn结之间电荷复合，产生光子。晶圆10产生的自发辐射光透过衬底从n面的透明导电薄膜100辐射出。

图像采集系统400位于透明导电薄膜100的远离晶圆10的一侧。图像采集装置400用于采集晶圆10内有源区的图像。图像采集装置400可以为一般的采光系统，只要该采光系统能够探测到晶圆10的出光光谱，并可根据出光光谱获取晶圆10内有源区的图像。在本实施例中，图像采集装置400包括ccd(charge-coupleddevice，电荷耦合元件)图像传感器以及成像系统。成像系统用于放大晶圆10发出的光场，以增强图像采集系统400采集到的图像的分辨率。ccd图像传感器用于将采集到的光场进行成像处理。晶圆10发出的光场进入成像系统放大后，被ccd图像传感器收集，并由ccd图像传感器进行成像处理。ccd是一种能够把光学影像转化为电信号的半导体器件。ccd上植入有微小光敏物质，也即像素(pixel)。一块ccd上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。ccd上有许多排列整齐的光电二极管，其能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。

在本实施例中，检测晶圆10缺陷的装置还包括机械系统(图未示)。机械系统用于控制图像采集系统400对晶圆10进行逐点扫描。机械系统通过控制图像采集系统400移动以对晶圆10逐点扫描，从而获得晶圆10有源区中各点的图像。

缺陷鉴别模块用于获取晶圆10在磨抛工艺之前的有源区图像，并将晶圆10在磨抛工艺之前的有源区图像和图像采集系统400采集的磨抛工艺之后有源区图像进行对比，以识别出磨抛工艺中引入的有源区缺陷。

上述检测晶圆10缺陷的装置，当电源300通过p面电极200和透明导电薄膜100给晶圆10通电后，晶圆10自发辐射的辐射光从透明导电薄膜100辐射出。图像采集系统400接收晶圆10辐射出的光场，以采集晶圆10内有源区的图像。缺陷鉴别模块用于获取晶圆10在磨抛工艺之前的有源区图像，并将晶圆10在磨抛工艺之前的有源区图像和图像采集系统400采集的磨抛工艺之后有源区图像进行对比，以识别出磨抛工艺中引入的有源区缺陷。其中，缺陷鉴别模块获取晶圆10在磨抛工艺之前的有源区图像的方式为：图像采集系统400先获取晶圆10在磨抛工艺之前的有源区图像，并储存在缺陷鉴别模块中。

在本实施例中，晶圆10为半导体激光器的晶圆。半导体激光器为垂直腔面发射半导体激光器。晶圆10缺陷为半导体激光器在磨抛工艺中引入有源区的缺陷。

本发明还提供一种检测晶圆缺陷的方法。在本实施例中，晶圆缺陷为半导体激光器晶圆在磨抛工艺中引入有源区的缺陷。一种检测晶圆缺陷的方法，包括步骤：

s201，在晶圆的n型衬底表面粘附透明导电薄膜，以作为负极端。

在本实施例中，对于制作好p面结构的半导体激光器晶圆，在其n型衬底表面粘附一层透明导电薄膜，用以作为n面电极。并且，该n面电极作为负极端。n面电极的导电薄膜须是透明的导电薄膜，以使得半导体激光器晶圆有源区内自发辐射光能够从n型衬底透出。在本实施例中，透明导电薄膜为石墨烯导电薄膜。在其他实施例中，透明导电薄膜不局限于石墨烯导电薄膜。只要透明导电薄膜粘附在半导体激光器晶圆的表面后，能够形成导电，并且对近红外光能够透射即可。在本实施例中，透明导电薄膜的面积大于或等于半导体激光器晶圆的表面面积，以使得半导体激光器晶圆内有源区的自发辐射光能够更好地从透明导电薄膜表面投射出。透明导电薄膜为石墨烯导电薄膜。

s203，将晶圆的p面连接p面电极，以作为正极端。

在本实施例中，p面电极为金属电极。将半导体激光器晶圆的p面连接金属电极。p面电极作为正极端。p面电极(金属电极)与半导体激光器晶圆的n面电极(透明导电薄膜)形成一对电极，通过此对电极可向半导体激光器晶圆注入电流。

s205，将电流通过p面电极从晶圆的p面注入，通过n型衬底和透明导电薄膜后引出。

p面金属电极和透明导电薄膜分别作为正极端和负极端。通过金属电极和透明导电薄膜可向半导体激光器晶圆注入电流，以使得半导体激光器晶圆内pn结构成的有源区产生光子，自发辐射出辐射光。在本实施例中，透明导电薄膜为石墨烯导电薄膜。将电流通过金属电极从半导体激光器晶圆的p面注入，电流通过半导体激光器晶圆的n面衬底和石墨烯导电薄膜后流出。电流流过半导体激光器晶圆的pn结时，在pn结之间电荷复合，产生光子，自发辐射出辐射光。

s207，采集晶圆有源区的光场分布。

在本实施例中，在注入电流后，半导体激光器晶圆pn结构成的有源区自发辐射出辐射光，采集半导体激光器晶圆有源区的光场分布。具体地，将图像采集系统置于半导体激光器晶圆的n面侧，通过机械系统控制图像采集系统移动，以对半导体激光器晶圆进行逐点扫描，从而获取半导体激光器晶圆中有源区内各点的图像。其中，图像采集系统包括成像系统和ccd图像传感器。成像系统用于放大半导体激光器晶圆发出的光场，以增强图像采集系统采集到的图像的分辨率。ccd图像传感器用于将采集到的光场进行成像处理。ccd上有许多排列整齐的光电二极管，其能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。

s209，根据晶圆有源区的光场分布判断晶圆在磨抛工艺中引入有源区的缺陷。

在本实施例中，根据采集到的半导体激光器晶圆有源区的光场分布与进行磨抛工艺之前的半导体激光器晶圆有源区的光场分布进行比对，以判断半导体激光器晶圆有源区内缺陷的位置。

具体检测半导体激光器晶圆有源区的缺陷的操作过程为：在制作完p面结构的半导体激光器晶圆的n型衬底表面粘附一层石墨烯薄膜。之后将半导体激光器晶圆的p面向下放置在表面平滑的金属底座，并将底座以及半导体激光器晶圆一起放置于图像采集系统下。此处的图像采集系统内置有图像放大的成像系统和ccd图像传感器。。然后通过电源连接金属底座和石墨烯薄膜，从而将电流注入半导体激光器晶圆内。半导体激光器晶圆产生自发辐射光，并透过n型衬底射出。图像采集系统采集半导体激光器晶圆pn结构成的有源区内的光场分布。机械系统控制图像采集系统移动，以对半导体激光器晶圆进行逐点扫描，从而获取半导体激光器晶圆内有源区的整个光场分布。因此，对比进行磨抛工艺之前的半导体激光器晶圆有源区光场分布和进行磨抛工艺之后半导体激光器晶圆有源区光场分布判断出半导体激光器晶圆有源区内缺陷的位置。

上述检测晶圆缺陷的方法无损伤地测试分析了半导体激光器晶圆有源区内的缺陷，对被测试器件(半导体激光器晶圆)无伤害。其次，该方法通过图像采集系统一次性拍摄图片即可获取半导体激光器晶圆有源区内缺陷的信息，测试效率高。再者，可提高采集到的有源区内缺陷的图像的分辨率，其分辨率可达到1μm以下。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。