专利名称：用于评价半导体基片品质的方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和装置，用于以像外延晶片或这类硅基片为代表的半导体基片的品质评价，也就是说，用于定量地评价半导体基片中存在的杂质、缺陷等。
背景技术：
到目前为止，像此类评价方法，已经公开了一种用于光发射器件的外延晶片评价方法，该方法是用一种激发光照射用于化合物半导体光发射器件的外延晶片，检测在该晶片中由载流子激发产生的光致发光，当光致发光强度变化的速度成为一个固定值时(日本特许公开No.2000-101,145)从光致发光强度的变化速度导出非辐射寿命。
在以这种方式组成的用于光发射器件的外延晶片评价的一种方法中，由于非辐射寿命是不依赖于受激发载流子密度的物理参数值，发光系数与具有高激发载流子密度的高亮度LED(发光二极管)保持好的相关性。结果，由于可能准确方便地测量活性层中非辐射寿命，而不依赖于受激载流子密度，就可能确实选择一个有高发光系数的外延晶片并提高制作外延晶片的成品率。
还公布了一种评价半导体器件的方法，该方法是，在正方向上，在p型覆盖层和n型覆盖层之间加一个偏转电压，在用脉冲光照射半导体层得到光致发光的基础上，测量光致发光的衰减时间常数，该半导体层比p型覆盖层和n型覆盖层带隙小，且放置在p型覆盖层和n型覆盖层之间(日本特开平No.Hei 10-135,291(1986/135,291)。这种评价方法通过从所说的光致发光强度中减去不用激发光照射加偏转电压时获得的发光强度计算出光致发光的衰减时间常数。
以这种方式组成的半导体评价方法适用于带pn结的半导体器件，特别是像LED，化合物半导体激光器等光发射器件，通过从用激发光照射时光致发光强度中减去不受激发光照射，在正方向上对pn结加一个偏转电压，因半导体层能带倾斜影响而减小了的光致发光强度，得到光发射器件的光致发光强度的衰减时间常数。结果，由于即使是在激发光强度变化时，能带的倾斜和衰减时间常数也变化很小，而且衰减时间常数可以测得更准确，就可能从准确性上改进光发射器件的检测，并易于检测缺陷的成因。
另一方面，公开了半导体表面寿命评价的一种方法，在半导体基片的主表面上形成半导体薄膜层，在半导体薄膜层附近由于能量比被检测半导体带隙大的激发光而产生电子-空穴对，电子-空穴对复合产生有特定波长的光的强度，该方法从这个光的强度评价半导体层或它附近区域的寿命。(日本特开平No.Hei 8-139,146(1996/139,146))。在这种寿命评价方法中，由电子-空穴对复合发射的有特定波长的光为带边缘复合，而且产生电子-空穴对的深度的区域可以通过选择所说的激发光的波长有选择地改变。而且它的半导体基片使用一个电阻率(电阻系数)0.1Ωcm或更小的晶体，使得载流子的扩散长度相对短，而且，带边缘复合的强度更强。
在以这种方式构成的半导体表面寿命评价方法中，由于产生电子-空穴对的深度的区域可以通过选择激发光的波长来有选择地改变，就可能有选择地只评价半导体薄层的寿命或是评价半导体薄层和半导体基片两者的寿命。
可是，所说的在日本特许公开No.2000-101,145中公开的用于光发射器件外延晶片的现有评价方法有一个不足之处，尽管光发射器件被认为，由于在用于光发射器件的纳秒级的外延晶片(化合物半导体)中寿命足够短，在激发光照射的区域发光，在像间接带隙硅基片或此类微秒级长寿命半导体基片中，不考虑激发光照射半导体晶片而在其中激发的载流子的扩散就不能准确地测量寿命。
所说的在日本特开平No.Hei 10-135,291(1998/135,291)中现有的半导体器件评价方法有一个难题，由于测量对象是具有短衰减时间常数双异质结构的化合物半导体，尽管衰减时间常数，能通过在正方向上对pn结加一个偏转电压、并由此减少半导体能带倾斜的影响，来相对准确地获得，在像间接带隙硅片或此类长寿命的半导体基片中，不考虑半导体基片中激发的载流子的扩散，就不能准确地测量衰减时间常数。
另外，在所说的日本特开平No.Hei 8-139,146(1996/139,146)中公布的半导体表面寿命评价方法中，有一个不足之处，即使是改变激发光的波长，产生电子-穴空对的深度区域也不能控制。
那就是说，在用激发光照射的半导体薄层中产生的电子-空穴对有有限的寿命，它们有时扩散和复合，并由此在激发光所照射的区域之外发光。结果，即使是改变激发光的波长，只有被激发光照射的区域未必发光，产生电子-空穴对的深度区域不能控制。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种半导体基片品质评价的方法和装置，该方法和装置不损伤、不接触半导体基片，通过定量得到长寿命半导体基片寿命，准确地评价半导体基片中的杂质和缺陷等。
本发明的另一个目的是提供一种半导体基片品质评价的方法，不损伤、不接触半导体基片，得到与薄膜层或块状基片寿命正相关的光致发光强度，并能准确地评价薄膜层或块状基片中的杂质和缺陷等。
发明者认为，像抛光硅基片这种几十到几百微秒级长寿命半导体基片，通过光致发光方法用于半导体基片寿命测量时，即使是一种平常所用的几十到几百赫兹斩光频率，从半导体基片发射的光致发光的衰减也跟不上激发光的斩光，而且，当激发光的斩光频率从低频到高频逐渐增加时，所说的光致发光从大波动范围的断续性发光变化为小波动范围的发光。发明者预计，对光致发光斩光频率的依赖，随每个半导体基片的光致发光衰减时间常数而变化。换句话说，发明者已经发现，当光致发光从断续性发光变化为连续发光时，以激发光的斩光频率变化为基础，可能获得光致发光的衰减时间常数。由此，发明者考虑了光致发光的瞬态响应并得到本发明的从光致发光的时间常数导出寿命。
本发明的第一个方面是，半导体基片品质评价的一种方法，用一种激发光断续性地照射半导体基片的表面，当用激发光断续性地照射半导体基片时，半导体基片发射的光致发光强度转变为一种电信号，通过逐渐增加激发光的斩光频率，从转变为电信号的光致发光平均强度的变化得到光致发光的衰减时间常数T，并且从表达式“τ＝T/C”计算出表征半导体基片品质评价的寿命τ，其中C是一个常数。
根据本发明的第一个方面，这种半导体基片品质评价方法能不损伤不接触半导体基片定量地得到半导体基片的寿命τ，并且得到的寿命是准确定量地表征半导体基片中杂质、缺陷等的一个值。而且这种品质评价方法适合于得到长寿命半导体基片的寿命τ。
根据本发明的第二个方面，本发明是用于半导体基片品质评价的一种装置，包括一个激光器件，用于用激发光照射半导体基片的表面。
放置在激光器件和半导体基片之间的第一个斩光器，用来以特定频率遮挡照射半导体基片的激发光，放置在第一斩光器和半导体基片之间的第二斩光器，能以比第一斩光器高的变化频率遮挡激发光。
一个单色仪，当用激发光断续性地照射半导体基片时，半导体基片发射的光致发光进入这个单色仪，一个光检测器，用于把进入单色仪的光致发光强度转变为电信号，一个锁定(同步)放大器，用于吸收和放大光检测器转变的电信号和由第一斩光器产生的脉冲信号，以及一个控制器，用于读取锁定放大器放大的电信号和脉冲信号，并通过控制第二斩光器改变激发光的斩光频率，其中通过控制第二斩光器逐渐增加激发光的斩光频率时，从转变为电信号的光致发光平均强度的变化，该装置可以得到光致发光的衰减时间常数T，并从表达式(1)计算出表征半导体基片品质的寿命τ。
τ＝T/C(1)其中C为常数。
和本发明的第一个方面一样，根据本发明的第二个方面，用于半导体基片品质评价的这种方法可以不损伤、不接触半导体基片，定量地得到半导体基片的寿命，而且得到的寿命τ是定量准确地表征半导体基片中杂质和缺陷的一个值。而且，该品质评价装置适用于获得长寿命半导体基片11的寿命τ。
当激光或此类相干激发光入射到半导体基片表面时，激发光穿透到一定深度，这个深度由与激发光波长相关的一个吸收系数决定。这个吸收系数是由半导体材料特定的一个值，在由波长为488nm的氩激光器发射的激发光输入到由单晶硅组成的一个外延晶片这种情况下，吸收系数的数量级是1000cm-1(kayser凯塞)，透射深度约为1μm。在用激发光照射半导体基片时，如果没有其他复合中心，由该激发光激发的一个电子和一个空穴就会在导带和价带之间复合，形成一个带边缘复合，而且如果有一个不辐射的中心，激发的载流子就在不辐射的中心复合，形成弱的带边缘复合。
例如，当波长为488nm的氩激光入射到一个p/p+外延晶片的外延层(厚度为5μm)表面时，由于它的透射深度为1μm，该激发光在外延层中厚度为5μm之内停下来。可是，由于载流子在外延层中有一个有限的寿命，载流子出现扩散，而且载流子扩散到块状基片一侧。结果，当晶片的寿命短时，载流子就很难透射到块状基片，而且当晶片的寿命长时，载流子就容易透射到块状基片。
另一方面，在用光致发光法只评价外延层的情况下，需要区分块状基片(bulk substrate)和外延层的不同。当用激发光照射块状基片表面时，在块状基片厚度的方向上，几乎从整个面发射光致发光，而当用激发光照射p/p+外延晶片的外延层表面时，由于载流子扩散，光致发光不仅包括外延层(p)发射的光而且还包括从块状基片(p+)发射的。由此，考虑到载流子的扩散，发明者找到一种方法，用于把从块状基片发射的光和从外延层发射的光分开，并获得了本发明。
根据本发明的第三个方面，本发明是半导体基片品质评价方法的改进，这种改进是用激发光断续性地照射由包括块状基片和沉积在块状基片上的薄膜层的半导体基片的表面，使当用激发光断续性地照射半导体基片时，半导体基片发射光致发光，并且测量光致发光的强度。
它的组成的特征在于通过解扩散方程，得到当用激发光照射薄膜层时在薄膜层中产生的载流子的稳态扩散分布，导出表达式(2)，用于从载流子的稳态扩散分布得到光致发光强度的信号数据[PL]，用入射强度不同的两种激发光照射半导体基片表面，测量两种光致发光强度的信号数据，以及用一个特定值乘两种光致发光强度信号数据中强度较小的一个，然后从强度大的信号数据中减去强度小的信号数据，并由此通过消去表达式(2)中的第一项得到包括从薄膜层中发射的更多光的信号数据，或是通过消去表达式(2)中的第二项得到包括从块状基片中发射的更多光的信号数据。
CBr=pτ[1-(1-pbpτbτ)e-dDτ]I]]>+τ3/22D[1-(1-τbτ)e-2dDτ]I2--------(2)]]>其中，[PL]是光致发光强度的信号数据，C是常数，Br是复合辐射系数，p是薄膜层中载流子密度，pb是块状基片中载流子密度，τ是薄膜层中载流子的寿命，τb是块状基片中载流子的寿命，D是载流子扩散系数，d是薄膜层的厚度，以及I是激发光的入射强度。
根据本发明的第三个方面，这种用于半导体基片品质评价的方法，可以通过从表达式(2)中消去第一项而估算与薄膜层的光致发光强度正相关的薄膜层的寿命τ，而不损伤、不接触半导体基片，而且薄膜层的光致发光强度成为准确表征薄膜层中杂质和缺陷的一个值。而且这种方法可以通过消去式(2)的第二项估算而与块状基片的光致发光强度正相关的块状基片的寿命，而且块状基片的光致发光强度成为准确表征块状基片中杂质和缺陷的一个值。另外，这种品质评价方法适合于外延晶片外延层或块状基片的品质评价。
图1是本发明第一个实施例的一种半导体基片品质评价装置的构造图。
图2是本发明第二个实施例的一种半导体基片品质评价装置的构造图。
图3是激发光的入射强度为40mW时，光致发光强度[PL](high)的信号数据图。
图4是激发光的入射强度为8mW时，光致发光强度[PL](low)的信号数据图。
图5是用[PL](high)减去k[PL](low)计算出的光致发光强度的信号数据差别图。
图6是通过获得复合寿命τ彼此不同的晶片的衰减时间常数T，图示出复合寿命τ和衰减时间常数T之间的关系。
具体实施例方式
下面参考
本发明的第一个实施例。
如图1所示，半导体基片11品质评价装置12包括一个用激发光13照射半导体基片11表面的激光器件14，放置在激光器件14和半导体基片11之间的第一个斩光器21，放置在第一个斩光器21和半导体基片11之间的第二个斩光器22，当照射到半导体基片11上的激发光13被遮住时，由半导体基片11发射的光致发光16进入一个单色仪17，用来把进入单色仪的光致发光16的强度转变为电信号的光检测器18，用于吸收和放大由光电检测器转变的电信号的一个锁定放大器19，以及用于读取由锁定放大器放大的电信号的控制器23。对于半导体基片11，有长寿命τ的一种抛光硅基片，带有在镜式硅基片表面生成的硅单晶外延薄膜的外延晶片，等等，激发器件14有像氩激光器或此类气体激光器，像YAG(钇铝石榴石)或此类固体激光器，以及像AlGaAs或此类半导体激光器。
第一个斩光器21包括一个能绕第一轴21a转动的第一个斩光圆盘21c和在以第一个轴为中心的一个圆的圆周上形成的许多小孔21b，安装在第一个轴上的第一个驱动齿轮21d，与第一个驱动齿轮啮合的第一驱动齿轮21e，以及用于驱动第一个驱动齿轮的第一个马达21f。激发光13能通过由第一个马达21f以一特定转速转动第一圆盘21c，并用第一个圆盘21c关闭照射到半导体基片11上的激发光13来斩光，或是让激发光通过小孔21b。而且第一斩光器21有一个振荡器21g，用于产生与激发光13的斩光频率相同频率、断续性地照射到半导体基片11上的脉冲信号。由斩光器21确定的激发光13的斩光频率是在0.5～10Hz范围内的一个特定值，优选为4～6Hz。
第二个斩光器22包括一个能绕第二个轴22a转动的斩光圆盘22c和在以第二个轴为中心的一个圆的圆周上形成的许多小孔22b，安装在第二个轴上的第二个驱动齿轮22d，与第二个驱动齿轮啮合的第二个驱动齿轮22e，以及用于驱动第二个驱动齿轮的第二个马达22f。而且，第二个圆盘22c的直径比第一个圆盘21c做得大，第二个小孔22b比第一个小孔21b做得数量更多。激发光13通过由第二个马达22f以变化的转速以比第一斩光器21高的变动频率转动第二个圆盘22c，并由第二个圆盘22c关闭照射到半导体基片上的激发光束斩光，或是让激发光通过小孔22b。由斩光器22确定的激发光13的斩光频率在50～4000Hz范围内变化。它之所以比由第一斩光器确定的激发光的斩光频率高，是因为4000Hz的频率是机械斩光的上限。然而，用一个高频斩光器测得一个较小的衰减时间常数，这在原理上是可能的。
通过第二个圆盘22c第二小孔22b的激发光13被收集镜24反射并照射到半导体基片11表面。收集镜24可以是凹面镜、平面镜或诸如此类。在用焦距为130mm的凹面镜作收集镜的情况下，半导体基片11的激发区域的光点大小(直径)约为0.5mm，在用焦距为无穷大的平面镜作收集镜24的情况下，所说的光点大小(直径)约为1.5mm。
单色仪17有一个使由半导体基片11发射的光致发光16通过的入射狭缝，一个使得由入射狭缝通过的光致发光16分解为单色成分的光栅，还有一个使由光栅分解的光致发光通过的出射狭缝，尽管它们都没有图示出来。光栅优选为600个狭缝/mm。由半导体基片11发射的光致发光16由相互平行的两个石英透镜26和27聚焦，然后再进入单色仪17。
锁定放大器19吸收和放大由光检测器18转换的电信号和由放在斩光器21中的振荡器21g产生的脉冲信号。控制器23的控制输入有被所说的锁定放大器19放大的电信号和脉冲信号输入，控制器23的控制输出连接到激光器件14，第一马达21f和第二马达22f，还连接到像显示器、监视器等显示器件28上。
说明一种方法，用这种方式组成的品质评价装置12评价半导体基片11的品质。
首先，控制器23接通激光器件14，然后以特定转速控制第一马达21f转动第一圆盘21c，再以特定转速控制第二马达22f转动第二圆盘22c，并且用激发光13断续性地照射半导体基片11的表面。当半导体基片11被激发光13断续性地照射而且激发光13对半导体基片11的照射被遮闭时，由半导体基片11发射的光致发光16通过两个石英透镜26和27，被单色仪17分解。所分解的光致发光16的强度由光检测器18转变为一种电信号，该电信号和由振荡器21g产生的脉冲信号一起由锁定放大器19放大并输入到控制器23的控制输入。
下一步，当控制器23通过控制第二马达22f逐渐增加第二圆盘22c的转速而逐渐增加所说的激发光13的斩光频率，半导体基片11发射的光致发光16跟不上激发光13的斩光频率，从大波动范围的断续性发光变为小波动范围的发光。从光致发光16的平均强度的变化，也就是由光检测器18转变为电信号、被锁定放大器19放大并输入到控制器23的控制输入端的光致发光16的平均强度的变化，控制器23即获得光致发光16的衰减时间常数T。接着，控制器23从该衰减时间常数T用表达式(1)计算出表征半导体基片11的寿命ττ＝T/C……(1)并在显示器件28上显示出它的值。以这种方式获得的寿命τ是定量准确地表征半导体基片11中杂质和缺陷的一个值，这种半导体基片11的品质评价方法和装置适用于像抛光硅基片或这类长寿命τ的半导体基片11的寿命。
上面表达式(1)中的C是这样获得的通过激发光13的斩光而测量半导体基片11发射的光致发光16的频率响应，并导出该频率响应的一个分析解，然后，通过把频率响应的测量结果和分析解拟合计算出衰减时间常数T，用μ-PCD(微波光电导衰减)方法测量半导体基片11的寿命τ，并把该衰减时间常数T与寿命τ相比。上面的C在0.45～0.55范围内是一个特定值。在0.45～0.55范围内，C之所以限定为一个特定值是因为理论上C应是0.5，但由于在测量光致发光16的频率响应或是用μ-PCD法测量寿命τ时出现的实验误差使得C有偏差。
图2示意了本发明第二个实施例。图2中与图1相同的符号示意的是与图1中相同的组件。
在此实施例中，半导体基片51是在块状基片51a表面沉积了外延层51b的外延晶片。品质评价装置52用于这个外延晶片51的品质评价。该品质评价装置包括一个用激发光53照射晶片51表面的激发器件14，一个放置在激光器件和晶片51之间的第一斩光器21，当用激发光53断续性地照射晶片51时，晶片51发射的光致发光56进入一个单色仪17，用来把进入该单色仪的光致发光56的强度转变为电信号的光检测器18，一个用于吸收和放大由光检测器转变的电信号的锁定放大器19，以及一个读取由锁定放大器放大的电信号的控制器23。也就是说，本实施例的品质评价装置52与第一个实施例的品质评价装置是用同一方法制成的，只是前者没有后者所带的第二个斩光器。
激光器件14可以是像氩激光器或此类气体激光器，YAG或此类固体激光器和AlGaAs或此类半导体激光器，这些激光器能改变入射强度(光子数)。除外延晶片外，该实施例的评价方法也可用于带一个DZ(denuded zone剥蚀区)的抛光晶片(PW)。在所说的带一个DZ抛光晶片中，该DZ与外延层相对应。而且由第一斩光器21确定的激发光53的斩光频率是在80-100Hz范围内的一个特定值，优选为90Hz。
说明一种方法，用这种方式构成的品质评价装置评价外延晶片51的品质。
首先，这种方法通过解扩散方程，获得了光激发光53照射时，在薄膜51b中产生的载流子的稳态扩散分布，为了从所说的载流子的稳态扩散分布得到信号数据[PL]，导出了表达式(2)。
CBr=pτ[1-(1-pbpτbτ)e-dDτ]I]]>+τ3/22D[1-(1-τbτ)e-2dDτ]I2-----(2)]]>其中，[PL]是光致发光强度的信号数据，C是常数，Br是复合辐射系数，p是外延层中载流子的密度，pb是块状基片中载流子的密度，τ是外延层中载流子的寿命，τb是块状基片中载流子的寿命，D是载流子的扩散系数，d是外延层的厚度，I是激发光的入射强度。
上面表达式(2)的光致发光强度的信号数据[PL]包括正比于入射强度(光子数)I的第一项和正比于入射强度(光子数)I的平方的第二项。所说的第一项和第二项中分别都包括从外延层和块状基片中发射的光，比较这几项之间的大小，发现从外延层发射的光比从块状基片发射的光弱，而且在表达式的第二项中从外延层发出的光与从块状基片中发出的光有可比较的差别。因此，尽管实验中测得的光致发光强度的信号数据是外延层发射的光和块状基片中发射的光的和，上式(2)中的第一项可以这样消除，用入射强度不同的两种激发光照射外延晶片的表面，测量两种光致发光强度信号数据，用一个特征值乘以在所说的两种光致发光强度信号数据中强度小的信号数据，然后，从强度大的信号数据中减去强度小的信号数据。
实际上，控制器23控制激光器件14，用有特定入射强度I(high)的激发光照射外延晶片。此时，控制器23控制第一马达21f以特定转速转动第一圆盘21c，用激发光53断续性地照射晶片51。当用激发光断续性地照射晶片51并且照射到晶片51上的激发光关闭时，由晶片51发射的光致发光56通过两个石英透镜26和27被单色仪17分解，由光检测器18转变为电信号，并且被锁定放大器与振荡器21g发出的脉冲信号一起放大。放大了的光致发光强度的信号数据[PL](high)经过控制器23用一张图显示在显示器件28上。
控制器23控制激光器件14用一种弱入射强度(low)的激发光照射外延晶片，使该入射强度I(high)＝kI(low)。假设此时第一圆盘的转速与上面描述的相同。在这种状态下，用与上面描述相同的方式，光致发光强度的信号数据[PL](low)用一张图显示在显示器件上。
另外，这种方法用k乘该[PL](low)并从[PL](high)中减去k[PL](low)而获得Δ[PL]。也就是说，这种方法从表达式(2)计算出“Δ[PL]＝[PL](high)-k[PL](low)”。这样，表达式(2)的第一项被消去了，就可以获得包括从外延层51b发射的更大量光的信号数据图。结果就可以不损伤、不接触外延晶片51而估计与外延层51b的光致发光强度正相关的外延层的寿命τ，并且，外延层的光致发光强度成为能准确表征外延层中杂质和缺陷的一个值。
理论上，当外延层厚度变厚时，该光致发光强度的信号数据Δ[PL]图成为从外延层发射的更大量光的观察结果。例如，假设外延层的厚度和电阻率分别为5μm和10Ωcm，块状基片的电阻率为0.01Ωcm，外延层和块状基片的寿命分别为30微秒和0.01微秒，45％的Δ[PL]作为从外延层的光发射。
还可得到用入射强度不同的两种激发光照射半导体基片的表面，测得所说的两种光致发光强度的信号数据，用一个特定值乘两种光致发光强度信号数据中强度较小的信号数据，然后从强度较大的信号数据中减去强度较小的信号数据，并由此消去表达式(2)的第二项，得到包括从块状基片发射的更多光的信号数据。这样，就可能得到与半导体基片的块状基片的寿命正相关的光致发光强度，而且这成为一个准确表征块状基片中杂质和缺陷的值。而且这种品质评价方法适合于外延晶片的块状基片的品质评价。
下面，详细说明本发明的实施例。
<实施例1>
该实施例用图2所示的评价装置52对一种p/p+外延晶片51的光致发光强度的信号数据[PL]图进行了测量。激光器件14用入射强度不同的40mW和8mW两种激发光照射晶片51的表面。图3和图4示意了此时光致发光强度的信号数据[PL](high)和[PL](low)。图3示意了入射强度为40mW时的情况，图4示意了入射强度为8mW时的情况。光致发光强度的信号数据之间的差Δ[PL]([PL](high)-[PL](low))画成图并在图5中示意。
正如从图3和图4中明显可以看出的，来自块状基片51a的光致发光56尽管可以看到同心圆形状的图形(条纹)，在图5中上述同心圆形状的图形消失了，而得到一张均匀的图。这张图预期是包括更大量来自外延层51b的光致发光的一张图。在图5上部横向延伸的条形图是由于激发光53的波动而产生的。
<实施例2>
如图1所示，该实施例用评价装置12对一种抛光晶片11的光致发光强度的信号数据[PL]进行了测量。激光器件14用波长为488nm、入射强度8mW、照射光斑直径0.6mm的激发光13照射所述的晶片11的表面，该激发光被第一斩光器21和第二斩光器22斩光。这时，由第一斩光器确定的激发光13的斩光频率设定为常数5Hz。这样做是为了把这个斩光信号输入到锁定放大器19中，并且把它用作参考信号。由第二斩光器22确定的激发光13的斩光频率做成能够在50～4000Hz范围内变化。
另一方面，在用μ-PCD法测得的、复合寿命τ分别为740微秒，330微秒，30微秒和16微秒的四种晶片(样品A，B，C，D)用作抛光晶片11。该实施例根据斩光频率由控制器23得到衰减时间常数T。结果，样品A的衰减时间常数T为340微秒，样品B的衰减时间常数T为150微秒，样品C的衰减时间常数T为13微秒，以及样品D的衰减时间常数T为6.5微秒。结果表示在图6中。
正如在图6中明显可以看出的，已经得出衰减时间常数T正比于寿命τ，也就是说，通过测量衰减时间常数T并把这个衰减时间常数的值换为表达式(1)中的T，就可能计算出寿命τ。
如上所述，由于本发明用激发光断续性地照射半导体基片表面，把当用激发光断续性地照射半导体基片时半导体基片发射的光致发光强度转变为电信号，随着激发光斩光频率逐渐增大，从转变为电信号的光致发光平均强度的变化得到光致发光的衰减时间常数T，并从表达式“τ＝T/C”计算出作为半导体基片品质评价标志的寿命τ，可能定量地得到半导体基片的寿命而不损伤不接触半导体基片，而且所得的寿命成为定量准确表征半导体基片中杂质和缺陷的一个值。
而且，该品质评价方法适用于长寿命半导体基片的寿命获得。
在激光器件14和半导体基片之间的第一斩光器由以一特定频率遮住用来照射半导体基片的激发光的情况下，在第一斩光器和半导体基片之间的第二斩光器遮住比第一斩光器高的变化频率激发光，在通过控制第二斩光器逐渐增加斩光频率时，控制器从转变为电信号的光致发光平均强度的变化得到光致发光的衰减时间常数T。并计算作为半导体基片评价标准的寿命τ，可以定量地得到半导体基片的寿命而不损伤、不接触该半导体基片，而且得到的寿命成为定量准确表征半导体基片中杂质和缺陷的一个值。而且这种品质评价方法适用于长寿命半导体基片寿命的获得。
而且，由于本发明通过解扩散方程得到当用激发光照射一个薄膜时，其中产生的载流子的稳态扩散分布，为了从该载流子的稳态扩散分布得到光致发光强度的信号数据导出表达式(2)，通过用不同入射强度的两种激发光照射半导体基片的表面测得两种光致发光强度的信号数据，用一个特定值乘两种发光强度的信号数据中强度较小的信号数据，然后从强度较大的信号数据中减去强度较小的信号数据，并由此通过消去表达式(2)的第一项得到包括从薄膜层中发射的更大量光的信号数据，或者通过消去表达式(2)的第二项得到从块状基片发射的包括更大量光的信号数据，可以得到与薄膜层或是块状基片的寿命正相关的薄膜层或块状基片的光致发光强度，而不损伤、不接触半导体基片，而且得到的光致发光强度成为准确表征薄膜层或块状基片中杂质和缺陷的一个值。
而且，这种品质评价方法适用于外延层或外延晶片的块状基片的品质评价。
另外，与需要把半导体基片对晶片的电阻率限制在0.1Ωcm或更小从而相对减小载流子的扩散深度，并且使带边缘复合强度更大的一种现有半导体表面寿命的评价方法相比，本发明的半导体基片品质评价方法不仅可以用于电阻率为0.1Ωcm或更小的晶片，而且可以用于电阻率大于0.1Ωcm的半导体基片。
权利要求
1.一种用于评价半导体基片品质的方法，该方法用激发光断续性地照射半导体基片的表面，该半导体基片包含一个块状基片和在所述块状基片上沉积的一个薄膜层，当用所述激发光断续性地照射该半导体基片时，使该半导体基片发射光致发光，并测量该光致发光的强度，该方法包括如下步骤通过解扩散方程得到当用所述激发光照射所述薄膜层时，在所述薄膜层中产生的载流子的稳态扩散分布，从所述载流子的稳态扩散分布导出得到光致发光强度的信号数据的表达式(2)，用入射强度不同的两种激发光照射所述的半导体衬底表面，来测量两种光致发光强度的信号数据，以及用一个特定值乘所述两种光致发光强度的信号数据中强度较小的一个，然后从强度较大的信号数据中减去强度较小的信号数据，并由此通过消去所述表达式(2)的第一项得到包含从薄膜层中发射的更大量光的信号数据，或者通过消去所述表达式(2)的第二项得到包含从块状基片中发射的更大量光的信号数据[PL]CBr=pτ[1-(1-pbpτbτ)e-dDτ]I]]>+τ3/22D[1-(1-τbτ)e-2dDτ]I2------(2)]]>其中[PL]是光致发光强度的信号数据，C是常数，Br是复合辐射系数，p是薄膜层中载流子的密度，pb是块状基片中载流子的密度，τ是薄膜层中载流子的寿命，τb是块状基片中载流子的寿命，D是载流子扩散系数，d是薄膜层的厚度，以及I是激发光的入射强度。
2.根据权利要求1的用于评价半导体基片品质的方法，其中；所述薄膜层是一个外延层或一个剥蚀区。
全文摘要
一种用于半导体基片品质评价的方法，包括通过解扩散方程得到当用所述激发光照射所述薄膜层时，在所述薄膜层中产生载流子的稳态扩散分布，从所述载流子的稳态扩散分布导出得到光致发光强度的信号数据的表达式(2)，用入射强度不同的两种激发光照射所述的半导体衬底表面，来测量两种光致发光强度的信号数据，以及用一个特定值乘所述两种光致发光强度的信号数据中强度较小的一个，然后从强度较大的信号数据中减去强度较小的信号数据，并由此通过消去所述表达式(2)的第一项得到包括从薄膜层中发射的更大量光的信号数据，或者通过消去所述表达式(2)的第二项得到包括从块状基片中发射的更大量光的信号数据。
文档编号G01N21/64GK1529351SQ20041000382
公开日2004年9月15日 申请日期2001年3月30日 优先权日2000年9月8日
发明者长谷川健, 伊藤辉三, 白木弘幸, 三, 幸 申请人:三菱住友硅晶株式会社