专利名称：基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体缺陷检测方法，涉及一种基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，用于检测半导体表面平整度或半导体薄膜内部缺陷。
背景技术：
半导体器件需要高度的晶体完美，但即使使用了最成熟的技术，完美的半导体晶体还是不能保证百分之百得到。晶体缺陷会产生不平均的二氧化硅膜生长、差的外延膜的淀积、不均匀的掺杂层及其他问题而导致工艺问题。在完成的器件中，晶体缺陷会引起有害的电流漏出，阻止器件在正常电压下工作。半导体组件工业中，人们对精确、全面地检测出特殊的生产技术条件造成的特定的破损和缺陷提出了特别高的要求。因此，在充分考虑半导体表面平整度和纯净度的情况下，对其进行无损检测很有必要。检测半导体抛光表面平整度或半导体薄膜内部微小缺陷现在一般采用相干光干涉的方法或者采用电容位移传感的方法。相干光干涉的方法只能检测半导体表面的平整度，对于半导体内部的缺陷无法检测。而电容位移传感的方法可以检测半导体内部的缺陷，但是它只能测量厚度均匀的片状半导体，而对于厚度不均匀或者生长在较大体积物体上或者导电体上的半导体薄膜，很难根据半导体各处上下两端电容的一致性检测是否存在缺陷。而且电容位移传感的方法只能逐点测量，存在测量速度较慢的劣势。当然，采用透射成像的方法也可以检测表面平整度或内部缺陷，而且检测速度较快，但是由于受衍射效应的影响，检测的空间分辨率不够。因为很多半导体产品或半产品(如晶圆)采用的是薄膜或片状结构，其内部缺陷靠近表面，而表面等离子体波由于其能量主要局域在表面附近，因此可以考虑利用表面等离子体波来检测半导体表面平整度或半导体薄膜表面附近的内部微小缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，用于检测半导体表面平整度或半导体薄膜内部缺陷。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，用于检测半导体表面平整度或半导体薄膜内部缺陷，包括以下步骤
步骤I、将两个金属刀片第一刀片、第二刀片平行放置于待测半导体的上方，刀身垂直于半导体表面而且刃口向下；由第一刀片的外侧向第一刀片的刃口与待测半导体之间的狭缝处发射频率小于所述半导体等离子体频率的电磁波，在第一刀片与第二刀片之间的半导体表面有表面等离子体波传播；在第二刀片外侧固定位置设置一探测器对第二刀片刃口与待测半导体之间的狭缝处耦合出的电磁波进行检测；
步骤2、调节两个刀片的位置以及入射波的频率，使得满足以下条件两个刀片的刃口与半导体上表面之间的距离小于表面等离子体波在空气中的衰减距离；两个刀片之间的距、离小于表面等离子体波在半导体表面的传播距离；半导体的厚度大于表面等离子体波在半导体内的衰减距离；
步骤3、保持两个刀片的刃口与半导体上表面之间的距离不变，改变两个刀片与半导体在水平方向上的相对位置，使半导体上表面各位置均通过两个刀片在半导体表面的投影所包围区域，在此过程中，如探测器检测到的信号产生明显变化，则此时位于两个刀片在半导体表面的投影所包围区域内的半导体表面不平整或者内部有缺陷。采用以上技术方案，可对半导体表面是否平整或者半导体薄膜内部是否存在缺陷进行定性判定，并可找到缺陷的大致位置，但无法确定缺陷的精确位置，为了能够对缺陷位置进行精确定位，本发明进一步采用以下技术方案
所述基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，还包括 步骤4、固定第一刀片的位置，水平移动第二刀片使两个刀片之间的距离减小；水平移动半导体，使第一刀片在半导体表面的投影经过刚才令探测器信号产生变化的位置，如果此时探测器所测信号在半导体移动过程中依然有变化，则再次水平移动第二刀片使两个刀片之间的距离进一步减小，并再次重复以上动作，直至半导体移动过程中探测器所测信号不再发生变化；
步骤5、微调第二刀片的位置，以扩大两个刀片的距离；水平移动半导体，使第一刀片在半导体表面的投影经过步骤4中令探测器信号产生变化的位置，如在探测器的最大灵敏度下所测信号未发生变化，则再次微调第二刀片的位置，进一步增大两个刀片的距离，并水平移动半导体，使第一刀片在半导体表面的投影经过步骤4中令探测器信号产生变化的位置；重复以上动作，直至探测器在最大灵敏度下刚好能探测到微小变化，则半导体表面不平整或半导体内部有缺陷的位置位于此时第二刀片的下方。步骤6、对于步骤3中检测到的其它半导体表面不平整或者内部有缺陷的位置，重复步骤4、步骤5，从而获得半导体表面不平整或者内部有缺陷的精确位置。更进一步地，所述基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，还包括
步骤7、采用宽频入射波并重复步骤I一步骤6，根据不同频率波在该半导体表面形成
的表面等离子体波的衰减距离推算半导体内部缺陷的深度范围。因为宽频入射波中不同频率的电磁波所产生的表面等离子体波在锑化铟半导体中的衰减距离不一样。衰减距离可由表面等离子体波沿垂直于半导体表面方向在半导体中的衰减常数计算求得。所以通过观测不同频率的波在半导体移动时探测器所测波谱的变化，就可以根据不同频率波在该半导体表面形成的表面等离子体波的衰减距离推算半导体内部缺陷的深度范围。本发明利用表面等离子体波检测半导体表面平整度或半导体薄膜内部缺陷，其方法简单灵活，可根据实际检测需要进行选择如果只需要检测半导体表面是否平整或表面附近是否有内部缺陷，可以只进行上述步骤的前三步；如果还需要检测半导体表面不平整或内部缺陷的位置，可以进行上述步骤的前六步；如果需要进一步检测半导体内部缺陷的深度范围，则需要进行上述全部步骤。相比现有技术，本发明方法具有以下有益效果
I、利用表面等离子体波进行检测，与透射成像的方法相比，灵敏度高；而半导体的等离子体频率决定了用于检测的是比可见光表面等离子体波波长更长的表面等离子体波，与可见光波段的表面等离子体波相比该表面等离子体波具有传播距离长，穿透深度深的优点，更适合于半导体薄膜的快速无损检测。
2、与电容位移传感的方法相比，检测速度快；由于检测装置只在半导体的上表面，而电容位移传感法需要在半导体的上下两个面同时放置探测装置，因此本发明可以对于生长在其他物体上的半导体薄膜进行表面平整或内部缺陷检测。3、可以探测半导体表面附近的内部缺陷，而相干光干涉法只能探测半导体表面平整度。4、非接触式检测，不破坏半导体样品本身，而且对任何半导体材料都可以检测。
图I为本发明的半导体缺陷检测方法的原理示意图；其中，1、2为刀片，3为入射电磁波、4为出射电磁波，5为表面等离子体波，6为半导体，7为半导体缺陷；
图2为具体实施方式
中刀片与半导体相对移动过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
本发明的思路是在待测半导体表面上方垂直放置两个平行刀片，将频率小于半导体等离子体频率的电磁波入射向其中一个刀片刃口与半导体的间隙，从而在两刀片之间半导体表面产生表面等离子体波，水平移动半导体与刀片的相对位置，当表面等离子体波经过半导体表面或内部存在的缺陷时，从另一个刀片刃口与半导体的间隙中出射的电磁波信号，与表面等离子体波在半导体表面上经过同样距离但半导体表面或内部不存在的缺陷时相比会产生变化，从而可根据此原理对半导体表面不平整或半导体内部缺陷进行检测。为了便于公众理解本发明的技术方案，下面以在300K的温度下测量锑化铟本征半导体薄膜内部的微小缺陷为例，来对本发明技术方案进行详细说明，其具体步骤如下
步骤一，如图I所示，将待测的锑化铟半导体晶片6放置于光学平台上，在锑化铟半导体晶片6上方放置两个金属刀片1、2，刀身垂直于锑化铟晶体薄膜的上表面而且刃口向下。将频率小于锑化铟在300K温度下等离子体频率(如频率范围在O. 2THz - O. 8THz)的电磁波3，射向刀片I的刃口，使得在锑化铟半导体6表面形成表面等离子体波5，该表面等离子体波5向刀片2的刃口所在的方向传播。步骤二，调节两个刀片的位置以及入射波的频率，使得满足以下条件两个刀片I和2的刃口与锑化铟半导体6上表面之间的距离小于表面等离子体波5在空气中的衰减距离；两个刀片之间的距离小于表面等离子体波5在锑化铟半导体6表面的传播距离；锑化铟半导体6的厚度大于表面等离子体波5在锑化铟半导体6内的衰减距离。当表面等离子体波5从刀片I的刃口处传播到刀片2的刃口处，将有部分表面等离子体波由刀片2的刃口转化为辐射波4，并被固定设置于刀片2外侧的探测器所接收。表面等离子体波的传播距离以及在空气和锑化铟半导体中的衰减距离可根据表面等离子体的色散方程求得，表面等离子体的色散方程是
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L· = — I~= A^Bi r Cpl^e权利要求
1.基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，用于检测半导体表面平整度或半导体薄膜内部缺陷，其特征在于，包括以下步骤 步骤I、将两个金属刀片第一刀片、第二刀片平行放置于待测半导体的上方，刀身垂直于半导体表面而且刃口向下；由第一刀片的外侧向第一刀片的刃口与待测半导体之间的狭缝处发射频率小于所述半导体等离子体频率的电磁波，在第一刀片与第二刀片之间的半导体表面有表面等离子体波传播；在第二刀片外侧固定位置设置一探测器对第二刀片刃口与待测半导体之间的狭缝处耦合出的电磁波进行检测； 步骤2、调节两个刀片的位置以及入射波的频率，使得满足以下条件两个刀片的刃口与半导体上表面之间的距离小于表面等离子体波在空气中的衰减距离；两个刀片之间的距离小于表面等离子体波在半导体表面的传播距离；半导体的厚度大于表面等离子体波在半导体内的衰减距离； 步骤3、保持两个刀片的刃口与半导体上表面之间的距离不变，改变两个刀片与半导体在水平方向上的相对位置，使半导体上表面各位置均通过两个刀片在半导体表面的投影所包围区域，在此过程中，如探测器检测到的信号产生明显变化，则此时位于两个刀片在半导体表面的投影所包围区域内的半导体表面不平整或者内部有缺陷。
2.如权利要求I所述基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，其特征在于，还包括 步骤4、固定第一刀片的位置，水平移动第二刀片使两个刀片之间的距离减小；水平移动半导体，使第一刀片在半导体表面的投影经过刚才令探测器信号产生变化的位置，如果此时探测器所测信号在半导体移动过程中依然有变化，则再次水平移动第二刀片使两个刀片之间的距离进一步减小，并再次重复以上动作，直至半导体移动过程中探测器所测信号不再发生变化； 步骤5、微调第二刀片的位置，以扩大两个刀片的距离；水平移动半导体，使第一刀片在半导体表面的投影经过步骤4中令探测器信号产生变化的位置，如在探测器的最大灵敏度下所测信号未发生变化，则再次微调第二刀片的位置，进一步增大两个刀片的距离，并水平移动半导体，使第一刀片在半导体表面的投影经过步骤4中令探测器信号产生变化的位置；重复以上动作，直至探测器在最大灵敏度下刚好能探测到微小变化，则半导体表面不平整或半导体内部有缺陷的位置位于此时第二刀片的下方； 步骤6、对于步骤3中检测到的其它半导体表面不平整或者内部有缺陷的位置，重复步骤4、步骤5，从而获得半导体表面不平整或者内部有缺陷的精确位置。
3.如权利要求2所述基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，其特征在于，还包括 步骤7、采用宽频入射波并重复步骤I一步骤6，根据不同频率波在该半导体表面形成的表面等离子体波的衰减距离推算半导体内部缺陷的深度范围。
全文摘要
本发明公开了一种基于表面等离子体波的半导体缺陷检测方法，用于检测半导体表面平整度或半导体薄膜内部缺陷。本发明利用频率小于半导体等离子体频率的电磁波入射向刀片刃口与待测半导体之间的狭缝，从而在半导体表面产生表面等离子体波。该表面等离子体波可以从另一刀片刃口与待测半导体之间的狭缝位置处耦合为空间辐射电磁波，从而被探测器接收。通过改变刀片与半导体在水平方向的相对位置，当待测半导体表面或内部存在的缺陷的位置有表面等离子体波经过时，出射电磁波信号会产生相应变化，从而可根据此原理对半导体表面不平整或半导体内部缺陷进行检测。相比现有技术，本发明方法具有适用范围广、使用灵活、检测精度高、检测样品无损伤等优点。
文档编号G01N21/88GK102636491SQ201210111269
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者何浩培, 周馨慧, 李兴鳌, 杨涛, 黄维 申请人:南京邮电大学