专利名称：使用侧向光致发光测量半导体材料的遗漏杂质的方法
技术领域：
本发明涉及使用光致发光光谱学确定半导体材料的品质。
背景技术：
能够通过光致发光成像或光致发光光谱学技术来研究半导体材料的电子结构。在此类技术中，将激光器引导至半导体样品上，例如单结晶硅。如果从激光器发出的光子所具有的能量大于样品的带隙能量，则其能够由半导体吸收并且将电子从全价带直接激发到空导带，从而在价带中留下电子“空穴”。导带中的自由电子与价带中的空穴进行不定域配对会产生电子-空穴对。如果电子-空穴对内的静电力足以使电子与空穴结合，则会形成激子。在低温下，非平衡电子、空穴和激子能稳定地合成等离子，其能够经过冷凝以形成电子-空穴小滴(EHD)。 导带中的受激电子能够通过损失其多余能量并与价带重新组合而恢复平衡。能够研究这种电子-空穴对/激子湮没的方法以产生有关半导体样品的信息，包括有关可包含在其中的杂质的信息。在一种类型的重组事件中，激子衰变和重组发生在自由晶格位点(自由激子)并且导致具有与所释放能量相对应的波长的光子进行自发发射。通过光致发光分析可观察到所释放的光子，其光谱提供有关本征半导体的信息。在另一种类型的重组事件中，衰变电子能够在杂质处变得松弛结合，其会提供在带隙能量内但不同于本征半导体材料的价带和导带的供体和受体。杂质带能够吸收从导带到杂质带的电子的初始衰变相关能量并且以光子形式耗散掉该能量。介于束缚电子和自由空穴之间的静电力能够使得电子与空穴结合以形成束缚电子。激子的衰变以及电子与价带的重组与光子的发射相关，能够通过光致发光分析观察所述光子，所得光谱会提供杂质的信息特征。例如，能够使用束缚电子峰的形状和强度来确定杂质密度。在低温下，光致发光光谱示出不同的重组现象一杂质带中的束缚电子与自由空穴的重组，生成束缚激子峰(BE峰)；以及本征半导体中的自由电子与自由空穴的重组，生成自由激子峰(FE峰)。所观察到的光子发射的波长取决于样品内的重组中心的类型以及光子是否与重组方法相关联。受关注的大多数峰为光子辅助发射，其中给定波长下的强度与样品内的位点数有关，位点是造成该发射的原因。由于电活性杂质的浓度与BE和FE峰的强度比率成比例，因此对于样品内浅层杂质的非破坏性分析而言，光致发光分析为有效方法。虽然对于杂质的分析而言光致发光分析为有效方法，但与EHD相关联的峰使得其精确性和灵敏性复杂化。样品内的激子密度随入射激光的强度增加而增加，并且一旦达到临界激子密度，就能够形成EHD。EHD内的重组事件产生特征发光，在光谱的横向光学(TO)光子区域(8757至8889cnrVll42至1125nm)中，该发光产生构成BE和FE峰的基础并对其进行干扰的宽峰。此外，由于EHD峰随激子强度增加而增强并变为低能量，因此干涉作用随激光功率增加而变得更为明显。因此，由于EHD峰的干涉作用，尤其是介于EHD和BE峰之间的干涉作用，常常难以精确测定BE与FE发射的比率。克服在解决来自EHD峰的BE和FE峰方面的困难的常规方法经常涉及改变激发能，例如在低激发能下操作激光器、使用扩展的数据收集期间、使用不同的激光波长或它们的组合。例如，一种常规方法为在低激发能下运行仪器以便使EHD效应最小化。然而，此方法会降低BE和FE发射中的信噪比，这样就难以有效地测量高纯度半导体材料中的杂质。测量具有低杂质含量的半导体材料并避免EHD的另一个常规实例为采用较长仪器扫描。然而，此方法对于有效测试大量样品而言可起到妨碍作用。在硅业中，使用两种主要类型的仪器进行杂质的光致发光分析一在高样品激发条件下运转的色散红外仪器，以及在低样品激发条件下运转的傅立叶变换仪器。如所实践的那样，两种技术均涉及从硅样品进行所发出光子的“直向”收集，其中样品被取向为与收集光学系统平行的位置。在该取向中，通过激光器照明硅样品并且通过在正面具有透镜焦点的集光透镜从样品的正面收集所发出的光子。概括地说，能够将常规的光致发光分析归纳为具有四个主要步骤(i)在低温下用激光器激发半导体样品的正面，所述激光器在固定或可变放大率下操作以获得来自EHD峰的BR和FE峰在所得光谱中的分辨率；(ii)发射来自样品的光子，所述光子表示BE、FE 和EHD重组事件的特征；(iii)通过被取向为平行于样品的收集光学系统检测从样品的正面发出的光子；以及(iv)分析所得光谱以确定有关杂质的信息。此类常规方法和设备具有高灵敏度并且通常能够辨识晶格内的低兆分之一(“PPt”)原子的杂质密度。然而，本领域仍需要用于辨识和量化半导体材料中的杂质的更灵敏技术和设备。

发明内容
本发明的各种实施方案可满足这种需要，所述实施方案提供用于辨识和量化半导体材料中杂质的改进方法和设备。在一些实施方案中，与使用常规方法和设备可实现的程度相比，所提供的方法和设备可用于辨识和量化更低密度下的样品杂质。根据各种实施方案，本发明提供了一种用于辨识和量化半导体样品中的杂质的光致发光光谱学系统，该系统包括(i)激光系统，其适于提供能够引起被照明的半导体光致发光的离焦准直激光束；(ii) 一个或多个半导体样品，每个样品均包括适于至少部分地被离焦激光束照明的第一表面、大致垂直的第二表面以及在第一和第二表面相交处的边缘，该边缘适于允许进行从中发出的光致发光的收集；以及(iii)集光透镜，其具有位于被定位以进行分析的样品的边缘处的透镜焦点，该透镜适于在所述焦点收集光致发光。所提供的系统被配置为使得当样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。根据各种实施方案，本发明还提供了用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学方法，包括(i)将离焦准直激光束引导至被定位以进行分析的半导体样品的第一表面的至少一部分上，该样品包括大致垂直的第二表面、以及在第一和第二表面相交处的边缘，该边缘适于允许收集从中发出的光致发光，(ii)在样品中生成可收集的光致发光，
(iii)使用集光透镜从样品的边缘收集光致发光，该透镜适于从边缘处的透镜焦点收集发出的光致发光，以及(iV)从所收集的光致发光生成数据，该数据与样品杂质种类、样品杂质数量或这两者相对应。在所提供方法的实施过程中，定位样品以进行分析时，其第一表面被取向为相对于与集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。
本发明的这些特征以及附加特征将会在以下发明详述过程中变得更加明显。除非另外说明，否则所述本发明的特征可以单独或一起使用，或以各种组合或子组合的形式使用。相似地，除非另外特别说明，否则方法步骤可按照与本文所述不同的顺序执行。


将易于获得对本发明及其多个实施方案的更完整认识，因为结合附图考虑时，通过参考以下发明详述可更好地理解相同内容，其中图I示出一种常规光致发光光谱学系统，其涉及从半导体样品进行所发出光子的“直向”收集，其中A示出常规系统的示意性侧视图，B示出由所述常规系统内的激光束照明的样品的前视图；图2示出所提供的光致发光光谱学系统的一个实例，该系统涉及使用离焦激光器的半导体样品的激发以及所发出光子的“侧向”收集，其中A示出所提供系统的示意性侧视 图，B示出由所述所提供系统内的激光束照明的样品的前视图；图3示意性地示出用于离焦激光束的所提供光学系统的一个实例，其中Fl和F2是指各自透镜的焦距；图4示意性地示出用于所提供的光谱系统中的所提供样品夹持器的一个实例，其中A示出夹持器的一部分的侧视图，B示出夹持器的俯视图，C示出浸入低温恒温器内的夹持器一部分的侧视图，以及D示出浸入低温恒温器内的夹持器的俯视图；图5为一种光致发光光谱，其展示出侧向光致发光提供的峰强度大于直向光致发光;图6为一种光致发光光谱，其展示出与准直激光束技术相比，使用离焦激光束会降低硅本征峰强度，并且不会使杂质(例如，磷和硼)束缚激子(BE)位置的峰强度有任何关联降低。另外，与准直激光束技术相比，EHD效应会降低；图7为一种光致发光光谱，其展示出侧向光致发光所提供的峰强度大于直向光致发光；以及图8为一种光致发光光谱，其展示出与准直激光束技术相比，使用离焦激光束会降低硅本征峰强度，并且不会使杂质(例如，磷和硼)束缚激子(BE)位置的峰强度有任何关联降低。另外，与准直激光束技术相比，EHD效应会降低。
具体实施例方式现在将对本发明的特征和优点进行描述，并且偶尔会参考具体的实施方案。然而，可采用不同形式体现本发明，并且不应当将其理解为仅局限于本文所述的实施方案。相反，提供这些实施方案是以便本公开会全面和完整并且会对本领域的技术人员完全传达本发明的范围。除非另外限定，否则本文所用的所有技术和科学术语将具有本发明所属的本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。本文说明书中所用的术语仅用于描述特定实施方案，并非旨在进行限制。如说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文中另外明确指示。在此所用的术语“杂质”旨在表示半导体晶格内的杂质，其能够充当电子供体或电子受体，并且因此可通过光致发光分析进行检测。此外，该术语旨在涵盖非故意的杂质，以及故意的掺杂剂。在一些实施方案中，本文所述的方法和设备可用于测量样品中III族杂质、V族杂质或其组合的存在。在一些实施方案中，所辨识并量化的杂质选自硼、磷、砷以及招。如本文所用，术语“半导体”旨在表示其电导率介于导体和绝缘体之间并且能够通过光致发光分析技术进行分析的任何材料。此类材料的实例包括但不限于硅、锗、砷化镓和碳化硅。在一些实施方案中，所提供的方法和设备可用于辨识和量化硅样品中的杂质。在一些实施方案中，此类样品可为多晶硅、单晶、掺杂质的、无掺杂的、来自浮法划材料或来自提拉材料的材料。在一些实施方案中，所提供的方法和设备可用于辨识和量化硅样品的外延层中的杂质。在各种实施方案中，提供了用于辨识和量化半导体材料中的杂质的改进方法和设备。在一些实施方案中，与使用常规方法和设备可实现的相比，此类方法和设备在辨识和量
化较低密度下的杂质方面具有特定有效性，例如在如约O. 5ppt至约I. 5ppt 一样低的密度下。因此，在一些实施方案中，所提供的方法和设备可用于辨识和量化约O. 5至O. 6ppt、0. 6至 O. 7ppt、0. 7 至 O. 8ppt、0. 8 至 O. 9ppt、0. 9 至 I. 0ppt、l. O 至 I. lppt、l. I 至 I. 2ppt、l. 2至I. 3ppt、l. 3至I. 4ppt、l. 4至I. 5ppt以及它们的组合的密度下的杂质。在一些实施方案中，所提供的方法和设备提供优于常规方法和设备的重大改进。根据各种实施方案，本发明提供了一种用于辨识和量化半导体样品中的杂质的光致发光光谱学系统，该系统包括(i)激光系统，其适于提供能够引起被照明的半导体光致发光的离焦准直激光束，(ii) 一个或多个半导体样品，每个样品均包括适于至少部分地被离焦激光束照明的第一表面、大致垂直的第二表面以及在第一和第二表面相交处的边缘，该边缘适于允许收集从中发出的光致发光，以及(iii)集光透镜，其具有在被定位以进行分析的样品的边缘处的透镜焦点，该透镜适于在该焦点收集所发出的光致发光。提供的系统被配置为使得当样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。在一些实施方案中，提供的光谱系统包括第一透镜，其收集准直输入激光束并将该准直输入激光束聚焦于离焦系统内的激光焦点；以及第二透镜，其收集并放大激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成作为输出的离焦准直激光束。在一些实施方案中，提供的光谱系统包括可旋转样品夹持器，该可旋转样品夹持器包括围绕中心柱径向配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定半导体样品，所述凸起可交替地旋转到位以进行分析。在一些实施方案中，电动机与夹持器中心柱连通，该电动机能够使夹持器旋转。在一些实施方案中，提供的系统包括与电动机、夹持器以及激光系统连通的计算机，该计算机被编程为(i)引起电动机旋转夹持器，使得凸起夹持器上的样品被定位以进行分析，( )引起激光系统利用离焦激光束照明被定位以进行分析的样品第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的样品的第二表面收集所发出的光致发光，(iv)引起电动机旋转夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤( )至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。光致发光的侧向收集
在一些实施方案中，提供的系统和方法涉及来自样品的光致发光的“侧向”收集，其不同于硅业中所用的常规技术。硅业中用于从半导体样品收集所发出光子的常规方法和器械涉及“直向”技术，其中样品的正面(即，由激发激光器照明的表面)被取向成与收集光学系统平行的位置。常规的“直向”系统的一个实例如图I所示，其中准直激光束I照明半导体样品3的正面2。如图所示，由光束照明的区域为正面2的大约20%。样品3的正面2被构造成与光致发光信号收集光学系统4平行，并且收集光学系统4的焦点5位于样品3的正面2。介于样品3的正面2和收集光学系统4之间的距离与收集光学系统4的焦距(未标记)相同。当通过激光照明半导体样品时，半导体表面的照明部分中的电子会受激于入射激光能量。由于光束的激发功率的量变曲线具有高斯分布(即，钟形曲线)，因此半导体中产生的发光来自光束区域之上的不同激发功率密度的区域。因此，采用“直向”技术时，从样品3的正面2收集的发光表示整个高斯分布激发光束I的光点直径(即，高功率)内的光致发光的平均值，并且具有高激发密度但不表示整个半导体样品之上的同质激发。此外，半导体样品的这种异质激发为“直向”技术的典型特征，其会混淆光致发光光谱并且已证实会 阻碍样品中杂质的检测和量化的灵敏度。例如，虽然灵敏度可受到仪器类型和扫描时间之类的因素的影响，但低于IOppt的杂质的检测通常无法使用常规技术而实现。与标准方法相比，本发明的实施方案利用“侧向”技术，其中半导体样品的正面被定位成不与收集光学系统平行，所述位置与平行位置成合适的偏离角以允许从样品的边缘收集光致发光。在一些实施方案中，选择偏离角以提供来自样品的边缘的光致发光检测的最高度数。在一些实施方案中，样品正面的合适偏离角可相对于和光学系统平行的位置为约0°至约90°。因此，预期偏离角可为0°至5°、5°至10°、10°至15°、15°至20°、20°至25°、25° 至 30°、30° 至 35°、35° 至 40°、40° 至 45°、45° 至 50°、50° 至 55°、55°至 60°、60° 至 65°、65° 至 70°、70° 至 75°、75° 至 80°、80° 至 85°、85° 至 90° 以及它们的组合。在此类取向中，收集的所发出光子来自样品的边缘并且观察到的发光表示整个激子密度量变曲线上的平均值(与“直向”技术相比)，因为从半导体的受激部分到发射边缘的所有路径均类似。因此，采用“侧向”技术时，与“直立”技术相比，观察到的发光具有较低的激发密度。此外，已经证实，这样会增加样品中杂质的检测和量化灵敏度。使用45°的偏离角已获得了良好结果。对于介于0°至45°和45°至90°之间的角度，收集的光致发光数据表示来自正面(直向效应)和样品的边缘(边缘效应)的发射的组合。仅从样品的边缘收集光致发光时，偏离角与45°相差越大，信号响应越低。尽管有上述情况，但所需偏离角的选择可至少部分地基于测试中的样品的形状。例如，如果样品为具有矩形或圆形表面区域的平坦样品并且具有限定厚度，则通过提供的样品夹持器所述样品被定位时，45°的偏离角可提供所需信号响应。本领域的技术人员将认识到，当样品具有不同形状，或者当使用不同样品夹持器时，45°之外的偏离角可提供所需信号响应。与常规技术相比，通过“侧向”技术可实现低于2. Oppt的灵敏度。例如，使用“侧向”技术时，通过本文所述的方法和设备可实现密度低至约I. O至约2. Oppt的杂质检测。除了更大灵敏度之外，与样品的正面相比，由于样品的边缘处的曲面使得可从半导体样品漏出更多发光，因此当使用本文所述的方法和设备时会观察到更多发光。因此，与从“直向”技术获得的光谱相比，利用所提供的方法和设备可实现所得光谱中的更大信噪比。在一些实施方案中，可通过将“侧向”技术与激光离焦技术组合而实现更大灵敏度。参见图2，示出了所提供的光致发光光谱学系统的一个实例，其中在一些实施方案中，来自光源(未标记)的光照I被引导至半导体样品3的正面2。光源可为激光器、二极管或适用于在样品中生成电子-空穴对的其他发光装置。如图所示，光照I覆盖正面2的表面区域的大约50至70%，但还可以想到其他的表面区域覆盖程度。例如，预期光束可照明正面2的表面区域的50至100%。在一些实施方案中，希望覆盖与实际区域一样多的测试样品表面区域，因为照明更宽的表面区域会激发更广体积的半导体材料并且产生代表整个测试样品的杂质数据。无论所需的表面区域覆盖程度为何，所提供的方法和设备均涉及将样品3的正面2定位成不与收集光学系统4平行，所述位置与“直向”技术的关联平行位置成合适的偏差角。例如，正面2的偏差角可相对于与收集光学系统平行的位置为约0°至约90°。无论所选择的具体偏差角为何，收集光学系统4的焦点5均位于样品3的边缘6而非正面2。在一些实施方案中，正面2、边缘6或这两者均为抛光。在一些实施方案中，正面2、边缘6或这两者均为蚀刻。示出的系统被构造用于所发出光子的“侧向”收集。可引 起利用收集光学系统4聚集的光致发光透过被设计为收集介于1050至1150nm之间的光谱数据的光度计(离散变换或傅里叶变换)，并且通过合适的检测系统(未示出)进行检测，所述检测系统例如为CCD阵列、固态检测器、光电二极管或任何其他检测系统或装置，并且对光谱进行处理以生成与位于样品中的杂质相对应的数据。所生成的数据可包括样品杂质种类、样品杂质数量或这两者。对检测到的光致发光进行的处理可通过微处理器或类似装置进行并且可包括软件程序以执行光谱差减、光谱去卷积或使用用以处理光谱的任何可用软件工具按需进行光谱峰区域的测量。可用软件工具的实例包括但不限于GRAMS光谱学软件(银河实业公司(Galactic Industries Corporation))。处理器、程序或这两者均可包括于检测器和/或光致发光光谱学系统的其他元件中或与之相关联或者可与该系统的其他元件分开。光致发光光谱学系统还可包括用于对样品执行光致发光光谱学的任何附加的或可选的组件。例如，系统可包括用于在视觉上显示光致发光数据的显示屏、用于支承样品的样品夹持器、用于过滤入射光或回光的一个或多个滤光器以及任何其他合适组件。在一些实施方案中，光谱学系统包括一个在样品照明之前离焦激光束直径的系统，这样可允许分辨相对于EHD峰的BE和FE峰而无需改变或减小入射激光功率。使用离散或傅里叶变换PL(FTPL)光度计以及液氮收集IR检测器已获得了良好结果。利用离散光度计(例如 THR IOOO(Jobin-Yvon)和 SPEX1000M (Jobin-Yvon))已获得了良好结果。利用FTPL光度计(例如Vertex80V(布鲁克光谱仪器公司(Bruker Optics,Inc.))已获得了良好结果。在一些实施方案中，选择离散光度计以与所提供的方法和设备一起使用时，孔径值应当很低，例如从f/7. 5至f/8。在一些实施方案中，选择FTPL以与所提供的方法和设备一起使用时，应当考虑分辨率和扫描频率。例如，利用O. 2cm-l的分辨率和110光谱/秒的扫描频率已获得了良好结果。在一些实施方案中，选择IR检测器时，应当考虑响应度(光能至电能的转化率的量度)和NEP(检测器芯片中的噪声测量)。利用包含铟镓砷(InGaAs)光电二极管(如，光电系统)的检测器已获得了良好结果，所述检测器在所关注的区域(1050至1150nm)内具有大约O. 7X1010V/W的响应度以及4X 1(T15W/Hz1/23的NEP。
在一些实施方案中，使用离散光度计时，将检测器数据发送至锁定放大器以便检测器信号可按以10至15Hz循环对入射激光束施以脉冲的间歇频率顺序地排列好。利用SR810放大器(斯坦福研究中心(Stanford Research))已获得了良好结果。锁定放大器通过多种通信卡中的任何一个将数据传输到计算机。可使用软件系统实现光度计控制、数据采集、仪器校正以及数据处理，所述系统例如为允许使用Array Basic编程进行数据脚本化的一个系统。使用GRAMS光谱学软件已获得了良好结果。在一些实施方案中，使用FTPL光度计时，检测器数据会传输到软件包(如，0PUS/IR)内，其也能够操作光度计的采集和控制。例如使用Array Basic的脚本程序也可用于数据处理、仪器校正以及光谱的数据处理。尽管在工业中未用于样品中杂质的检测和量化，但已知的是，在45°下从硅样品的边缘进行的光致发光收集可用于杂质校正图的制备，如Colley等人的“Calibration ofthe photoluminescence technique for measuring B, P and Al concentrations in Siin the range IO12 to IO15CnT3 using Fourier transform spectroscopy，，(使用傅里叶变换光谱学在IO12至1015cm_3范围内测量硅中的B、P和铝浓度的光致发光技术的校正)中所述，其发表于Semicond. Sci. Technol. 2 (1987) 157-166 (半导体科学与技术,第2卷，1987年，第155至166页)。然而，未知的是，出于检测和量化样品中杂质的目的而从半导体样品 的边缘收集光致发光，其中用离焦入射激光束激发该样品。样品的离焦激光激发在一些实施方案中，所提供的光致发光光谱学系统和方法涉及使用离焦激光束照明和激发半导体样品。这与硅业中所用的常规光致发光光谱学相反，后者涉及被引导至硅样品正面的一部分上的聚焦激光束。例如，可利用激光束照明正面的25%。利用离散分光光度计时，使用高入射激光功率；而利用傅里叶变换仪器时，使用低入射激光功率。然而，得自上述两种仪器类型的光谱遭受介于BE、FE和EHD峰之间的干涉作用的干扰。克服此类困难的已知方法通常涉及改变样品激发能量。本发明的各种实施方案允许通过使用离焦激光束用于照明半导体样品正面的至少一部分而使BE峰相对于EHD峰具有增大的分辨率。在一些实施方案中，离焦激光束在样品正面的约50至100%进行激发。因此，预期样品正面的照明表面区域可为约50至55%、55 至 60%、60至65%、65至70%、70至75%、75至80%、80至85%、85至90%、90至95%、95至100%以及它们的组合。离焦激光的使用允许减小的激发能量而无需减小入射激光功率，并且在减小的激发能量下，BE峰在光谱中往往比EHD峰更突出。可实现TO-光子区域的BE和FE峰的更精确测量，这是因为随着EHD峰强度的减小，信噪比会增加，并且相对于非离焦激光束，离焦激光束允许在更高入射激光功率下操作。此外，由于使用BE峰与参考FE峰的对数比率的校正在EHD峰变得明显的高激发密度下变得非线性，因此使用减小的激发密度会增大介于不同光致发光仪器之间的校正精确性和一致性。本发明的各种实施方案中的离焦激光的使用不同于离焦激光的已知使用。离焦激光的已知使用的一个实例为作为激光调谐技术的一部分而增加硅晶片上的照明区域，如Trupke 等人的“Very efficient light emission from bulk crystalline silicon，，(来自大块结晶硅的非常有效的光发射)所述，其发表在Appl. Phys. Letter, 82, no. 18,2997(5May 2003)(应用物理学快报，第82卷，第18号，第2997页，2003年5月5日)。Trupke等人对激光调谐技术进行了描述，该技术涉及通过增加激光照明区域来增加正面表面之外的硅自由激发发射，其中增加的照明区域通过使激光器离焦而实现。与Truke的技术不同，对于自由激发发射，本文所提供的方法和设备会增加杂质束缚激子发射，并且会在保持固定激光功率的同时降低来自电子空穴小滴发射的干涉作用。因此，本发明实施方案中离焦激光的使用涉及增加杂质带发射(光子辅助的和非光子)的效率并且对自由激子发射的行为无动于衷。这一点通过以下观察结果得到了证实相对于使用常规技术获得的光谱，使用即时技术获得的光谱中的FE峰显示变化极小。此外，Trupke中的任何位置均不存在与“侧向”收集技术联合使用以用于辨识和量化样品中杂质的离焦激光的任何教导或建议。在本发明方法和设备的一些实施方案中，离焦激光与所发出的光致发光的“侧向”收集联合使用。在一些实施方案中，离焦激光也可与所发出的光致发光的“直向”收集联合使用。无论所用的收集技术为何，激光束的离焦可以但不一定要通过光学离焦系统来实现，该系统包括具有第一变焦的第一透镜以及具有第二变焦的第二透镜，其中第一焦距小于第二焦距。此类光学系统的一个实例如图3所示。如图所示，系统包括收集并聚焦从激光器到焦点9的准直输入激光束8的第一透镜7，所述焦点9与第一透镜7相距可变长度(Fl)。在一些实施方案中，第一透镜7为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着输入激光束8的 大致凸面10以及与之相对并被取向为朝着焦点9的大致平坦面11。系统还包括第二透镜12，其收集并放大焦点9处的聚焦激光束以形成准直离焦输出光束13，所述第二透镜12与焦点9相距可变长度(F2)。在一些实施方案中，第二透镜12为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着焦点的大致平坦面14以及与之相对并被取向为朝着样品(未示出)的大致凸面15。与输入光束8相比，用于照明半导体样品的离焦输出光束13的每给定区域具有更宽直径和减小的强度。样品夹持器在各种实施方案中，所提供的系统和方法涉及从半导体样品的边缘收集光致发光，其中通过提供的样品夹持器将样品固定在某位置以进行分析，该夹持器不同于光致发光分析中所用的常规夹持器。硅业中的常规光致发光光谱学涉及将激光束聚焦到低温恒温器中的硅样品的正面上，其中将样品取向为与低温恒温器窗口平行，激光束透过该窗口发光并且与样品平行的收集光学系统透过该窗口收集光致发光。相比之下，本发明的一些实施方案利用多样品夹持器，其适于允许将样品的边缘定位成邻近低温恒温器窗口，收集光学系统可透过该窗口收集边缘发光。样品夹持器还对处于分析中的样品的正面进行取向以便其可被激光束照明，所述取向相对于与收集光学系统平行的位置为约0°至约90°。在一些实施方案中，所提供的夹持器适于固定样品，而不对样品施加大量应变或其他应力。在一些实施方案中，所提供的夹持器可浸入液体氦或保留在低温恒温器内的其他合适低温液体中。在一些实施方案中，所提供的夹持器可固定在通过封闭循环制冷系统冷却的低温恒温器内。所提供夹持器的一个实例如图4所示。如图所示，夹持器16包括四个凸起17，每个凸起均能够固定至少一个样品18。然而，预期夹持器16能够具有四个以上或不到四个凸起17，每个凸起17能够固定一个以上样品18，或它们的组合。例如，预期夹持器能够包括两个或更多个凸起，每个凸起可固定I至5个样品，可以垂直方式布置凸起上的样品，或它们的组合。夹持器16的凸起17围绕可旋转中心柱19径向配置，其中中心柱19的旋转使凸起17上的样品18旋转到进行光致发光分析的位置或从该位置旋转(即，样品被激光束照明并且所得发光从样品的边缘收集的位置)。可手动或通过电动机来实现夹持器16的旋转。无论旋转方法为何，正确定位夹持器16的凸起17以进行分析时，样品18的正面(未标记)对激光束(未示出)的照明开放并且样品18的边缘(未标记)邻近低温恒温器(如，得自 Janis Research 公司(Janis Research Company))的窗口 20,使得可透过窗口 20 由收集光学系统21收集边缘发光。在一些实施方案中，可在水平面、垂直平面或它们的组合中移动夹持器16。在一些实施方案中，所提供的夹持器可手动旋转、水平移动、垂直移动或它们的组合以便适当定位样品以进行分析。在一些实施方案中，所提供的夹持器可机械旋转、水平移动、垂直移动或它们的组合以便以自动或半自动方式适当定位样品以进行分析。夹持器的中心柱可与一个或多个电动机机械连通，从而允许介于电动机和夹持器凸起之间的机械连通。预期可以使用适用于光谱学系统的任何电动机，包括但不限于伺服电动机、刷式电动机和步进电动机。在一些实施方案中，预期可通过与微处理器连通的电动机来实现夹持器的移动。在一些实施方案中，微处理器可与电动机、激光器和收集光学系统中的一者或多者连 通，使得夹持器的移动、样品的照明以及边缘发光的收集自动化。例如，夹持器可按精确间隔(如，105° )自动旋转以用于分析。在一些实施方案中，预期与电动机、夹持器以及激光系统连通的计算机可以编程为(i)旋转样品夹持器使得相对于收集光学系统适当定位该夹持器凸起上包含的样品以进行边缘光致发光分析，( )用离焦激光照明适当定位样品的正面，(iii)从样品的边缘收集所得边缘光致发光，以及(iv)旋转样品夹持器使得相对于收集光学系统适当定位固定在夹持器另一个凸起上的样品以进行边缘光致发光分析，以及(v)重复步骤(i)至(iv)，直到对需要分析的所有样品完成分析为止。在一些实施方案中，计算机也可与收集光学系统连通。根据各种实施方案，提供了使用所提供设备中的一者或多者辨识和量化半导体样品中杂质的方法。在一些实施方案中，此类方法能够从杂质密度低至约O. 5ppt至约I. 5ppt的样品中生成与样品杂质种类、样品杂质数量或这两者均相对应的数据。因此，所提供的方法和设备允许在约 O. 5 至 O. 6ppt、0. 6 至 O. 7ppt、0. 7 至 O. 8ppt、0. 8 至 O. 9ppt、0. 9 至
I.0ppt、l. O 至 I. lppt、l. I 至 I. 2ppt、l. 2 至 I. 3ppt、l. 3 至 I. 4ppt、l. 4 至 I. 5ppt 以及它们的组合的密度下进行样本杂质的分析。在各种实施方案中，所提供的方法包括(i)将离焦准直激光束引导至被定位以进行分析的半导体样品的第一表面的至少一部分上，该样品包括大致垂直的第二表面、以及在第一和第二表面相交处的边缘，该边缘适于允许收集从中发出的光致发光，(ii)在样品中生成可收集的光致发光，(iii)使用集光透镜从样品的边缘收集光致发光，该透镜适于从边缘处的透镜焦点收集发出的光致发光，以及(iv)从所收集的光致发光生成数据，该数据与样品杂质种类、样品杂质数量或这两者相对应。在所提供方法的实施过程中，当在定位样品以进行分析时，其第一表面被取向为相对于与集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。在所提供方法的一些实施方案中，离焦准直激光束通过以下过程形成引导准直输入激光束透过第一透镜和第二透镜，第一透镜收集输入激光束并将其聚焦于激光焦点并且第二透镜在激光焦点收集并放大聚焦的激光束以形成离焦光束。在一些实施方案中，第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着激光焦点的大致平坦面，而第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面。在所提供方法的一些实施方案中，通过可旋转样品夹持器的凸起固定样品，该夹持器包括围绕中心柱径向配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定样品并且交替地旋转到位以进行分析。在一些实施方案中，夹持器中心柱与能够引起夹持器旋转的电动机机械连通。在一些实施方案中，预期所提供的方法由与电动机、夹持器以及用于生成离焦激光束的系统连通的计算机来实施，该计算机被编程为(i)引起电动机旋转夹持器使得凸起上的样品被定位以进行分析，( )引起离焦准直激光束照明被定位以进行分析的样品第一 表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的样品第二表面收集所发出的光致发光，(iv)引起电动机旋转夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。在一些实施方案中，计算机可与合适的系统或装置(例如CXD阵列、光度计或任何其他合适的检测系统或装置)连通或被编程为对其进行引起，以检测所收集的光致发光。可通过微处理器或类似装置对所检测的光致发光进行处理，以生成与位于样品中的杂质相对应的数据。处理所检测的光致发光以生成数据的过程可通过软件程序进行。所生成的数据可包括样品杂质种类、样品杂质数量或这两者。实施例通过引用下列实施例将会更好地理解本发明，所述实施例以例证方式提供并且本领域的技术人员将认识到其并非意在进行限制。实施例I将大约14mm直径和Imm厚度的单结晶娃样品切片浸入液気级别中并随后将其暴露于514. 5nm的200mW激光激发(来自Lexel的IS离子激光器),并且在离散的光致发光仪器上收集数据。使用四种不同的操作构造来收集光谱。首先，使约2mm直径的准直激光束照射到样品的第一表面，并使用被安装成与样品切片表面(其中样品表面被定位在集光透镜的焦点处)平行的透镜收集光致发光。第二，将约2mm直径的准直激光束引入光学离焦系统内，该系统包括具有第一变焦的第一透镜和具有第二变焦的第二透镜，其中第一焦距小于第二焦距。退出离焦系统的激光束具有约7mm的直径并且被照射到样品的正面上，并且使用被安装成与样品切片表面(其中样品表面被定位在集光透镜的焦点处)平行的透镜收集光致发光。第三，将约2mm直径的准直激光束照射到样品的正面上并且使用被定位成将样品的边缘置于集光透镜焦点处的透镜收集光致发光。最后，将约2mm直径的准直激光束引入光学离焦系统内，该系统包括具有第一变焦的第一透镜和具有第二变焦的第二透镜，其中第一焦距小于第二焦距。退出离焦系统的激光束具有约7mm的直径并且被照射到样品的正面上。使用被定位成将样品的边缘置于集光透镜焦点处的透镜收集光致发光。在所有操作构造中，使用1200gr/mml20X140mm的衍射光栅将透过集光透镜收集的光致发光聚焦到Jobin-Yvon THR 1000光度计内以进行分散，然后聚焦到铟镓砷光电二极管检测器(光电系统)上以进行数据收集。光谱分析使用GRAMS光谱学软件(银河实业公司(GalacticIndustries Corporation))进行。表I展示了在本征娃振动(1130. 2nm)以及针对硼(1134. 7nm)和磷(1135, 5nm)的横向光学振动下对峰绝对强度的影响。对于所有 样品和所有杂质，针对硅的自由激子(1130. 2nm)线以及硼(1134. 7nm)和磷(1135，5nm)的横向光学(TO)线的束缚激子线，在样品峰高度位置测量光谱响应(以毫伏为单位)。使用侧向技术时，相对于直向技术，这些强度增加约i^一个数量级。表I
权利要求
1.一种用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学系统，该系统包括 激光系统，其适于提供能够引起被照明的半导体光致发光的离焦准直激光束； 一个或多个半导体样品，每个样品均包括适于至少部分地被所述离焦激光束照明的第一表面、大致垂直的第二表面以及在所述第一和第二表面相交处的边缘，所述边缘适于允许收集从中发出的光致发光； 集光透镜，其具有在被定位以进行分析的样品的边缘处的透镜焦点，所述透镜适于从所述焦点收集所发出的光致发光； 其中所述系统被配置为使得当样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。
2.根据权利要求I所述的光致发光光谱学系统，其中所述激光系统包括离焦系统，所述离焦系统包括第一透镜，其收集准直输入激光束并将该准直输入激光束聚焦于所述离焦系统内的激光焦点；以及第二透镜，其收集并放大所述激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成作为输出的所述离焦准直激光束。
3.根据权利要求2所述的光致发光光谱学系统，其中所述激光系统适于照明被定位以进行分析的样品的所述第一表面的约50%至100%。
4.根据权利要求2所述的光致发光光谱学系统，其中所述第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面，而所述第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面。
5.根据权利要求I所述的光致发光光谱学系统，该系统包括可旋转样品夹持器，该可旋转样品夹持器包括围绕中心柱径向配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定半导体样品，所述凸起能够交替地旋转到位以进行分析。
6.根据权利要求5所述的光致发光光谱学系统，该系统包括与所述夹持器中心柱连通的电动机，所述电动机能够引起所述夹持器的旋转、垂直移动或水平移动中的一者或多者。
7.根据权利要求6所述的光致发光光谱学系统，该系统包括与所述电动机、所述夹持器以及所述激光系统连通的计算机，所述计算机被编程为(i)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得凸起上的样品被定位以进行分析，(ii)引起所述激光系统利用所述离焦激光束照明被定位以进行分析的所述样品的第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的所述样品的第二表面收集所发出的光致发光，(iv)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得在另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。
8.根据权利要求I所述的光致发光光谱学系统，该系统适于辨识和量化低至约O.5ppt至约I. 5ppt的密度下的样品杂质。
9.一种用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学系统，该系统包括 适于提供准直输入激光束的激光系统； 激光离焦系统，其包括第一透镜，其收集准直输入激光束并将该准直输入激光束聚焦于所述离焦系统内的激光焦点；以及第二透镜，其收集并放大所述激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成离焦准直输出激光束，所述离焦激光束能够引起被照明的半导体光致发光；一个或多个半导体样品，每个样品均包括适于至少部分地被所述离焦激光束照明的第一表面、大致垂直的第二表面以及在所述第一和第二表面相交处的边缘，所述边缘适于允许收集从中发出的光致发光； 集光透镜，其具有在被定位以进行分析的样品的所述边缘处的透镜焦点，所述透镜适于从所述焦点收集所发出的光致发光； 其中所述系统被配置为使得当样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角，并且所述第一表面的约50%至100%能够由所述离焦激光束照明。
10.根据权利要求9所述的光致发光光谱学系统，该系统适于辨识和量化低至约O.5ppt至约I. 5ppt的密度下的样品杂质。
11.根据权利要求9所述的光致发光光谱学系统，其中所述第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面，而所述第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面。
12.根据权利要求9所述的光致发光光谱学系统，该系统包括可旋转样品夹持器，该可旋转样品夹持器包括围绕中心柱配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定半导体样品，所述凸起能够交替地旋转到位以进行分析。
13.根据权利要求12所述的光致发光光谱学系统，该系统包括与所述夹持器中心柱连通的电动机，所述电动机能够引起所述夹持器的旋转、垂直移动或水平移动中的一者或多者。
14.根据权利要求13所述的光致发光光谱学系统，该系统包括与所述电动机、所述夹持器以及所述激光系统连通的计算机，所述计算机被编程为(i)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得凸起上的样品被定位以进行分析，(ii)引起所述激光系统利用所述离焦激光束照明被定位以进行分析的所述样品的第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的所述样品的所述边缘收集所发出的光致发光，(iv)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。
15.一种用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学系统，该系统包括 适于提供准直输入激光束的激光系统； 激光离焦系统，其包括第一透镜，其收集准直输入激光束并将该准直输入激光束聚焦于所述离焦系统内的激光焦点；以及第二透镜，其收集并放大所述激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成离焦准直输出激光束，所述离焦激光束能够引起被照明的半导体光致发光; 其中所述第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面，而所述第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面； 两个或更多个半导体样品，每个样品均包括适于至少部分地被所述离焦激光束照明的第一表面、大致垂直的第二表面以及在所述第一和第二表面相交处的边缘，所述边缘适于允许收集从中发出的光致发光； 可旋转样品夹持器，该可旋转样品夹持器包括围绕中心柱配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定半导体样品，所述凸起能够交替地旋转到位以进行分析；以及 集光透镜，其具有在被定位以进行分析的所述样品的边缘处的透镜焦点，所述透镜适于从所述焦点收集所发出的光致发光； 其中所述系统配置为使得在凸起被定位以进行分析时，固定在凸起上的所述半导体样品的所述第一表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角，并且所述第一表面的约50%至100%能够由所述离焦激光束照明。
16.根据权利要求15所述的光致发光光谱学系统，该系统适于辨识和量化低至约0.5ppt至约I. 5ppt的密度下的样品杂质。
17.根据权利要求16所述的光致发光光谱学系统，该系统包括与所述夹持器中心柱连通的电动机，所述电动机能够引起所述夹持器的旋转、垂直移动或水平移动中的一者或多者。
18.根据权利要求17所述的光致发光光谱学系统，该系统包括与所述电动机、所述夹持器以及所述激光系统连通的计算机，所述计算机被编程为(i)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得凸起上的样品被定位以进行分析，(ii)引起所述激光系统利用所述离焦激光束照明被定位以进行分析的所述样品的所述第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的所述样品的所述边缘收集所发出的光致发光，(iv)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。
19.一种用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学方法，所述方法包括 将离焦准直激光束引导至被定位以进行分析的半导体样品的大致平坦的第一表面的至少一部分上，所述样品包括大致垂直的第二表面、以及在所述第一和第二表面的相交处的边缘，所述边缘适于允许收集从中发出的光致发光； 在所述样品中生成可收集的光致发光； 使用集光透镜从所述样品的所述边缘收集所述光致发光，所述透镜适于从所述边缘处的透镜焦点收集发出的光致发光；以及从所收集的光致发光生成数据，所述数据与样品杂质种类、样品杂质数量或这两者相对应； 其中所述样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。
20.根据权利要求19所述的方法，所述方法能够从杂质密度低至约O.5ppt至约1.5ppt的样品中生成所述数据。
21.根据权利要求19所述的方法，所述方法包括引导准直输入激光束穿过第一透镜和第二透镜，所述第一透镜收集所述输入激光束并将所述输入激光束聚焦于激光焦点，而第二透镜收集并放大所述激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成作为输出的所述离焦准直激光束。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面，而所述第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面。
23.根据权利要求19所述的方法，其中将所述离焦准直激光束引导至被定位以进行分析的所述样品的所述第一表面的约50%至100%上。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述样品由可旋转样品夹持器的凸起固定，所述夹持器包括围绕中心柱径向配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定样品并且交替地旋转到位以进行分析。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述夹持器中心柱与电动机机械连通，所述电动机能够引起所述夹持器的旋转、垂直移动或水平移动中的一者或多者。
26.根据权利要求25所述的方法，所述方法由与所述电动机、所述夹持器以及用于生成所述离焦激光束的系统连通的计算机来实施，所述计算机被编程为(i)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得凸起上的样品被定位以进行分析，(ii)引起所述离焦准直激光束照明被定位以进行分析的所述样品的所述第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的所述样品的所述边缘收集所发出的光致发光，(iv)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。
27.一种用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学方法，所述方法包括 引导准直输入激光束穿过第一透镜和第二透镜，所述第一透镜收集所述输入激光束并将所述输入激光束聚焦于激光焦点，而所述第二透镜收集并放大所述激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成能够引起被照明的半导体光致发光的离焦准直输出激光束； 将所述离焦准直激光束引导至被定位以进行分析的半导体样品的大致平坦的第一表面的约50%至100%上，所述样品包括大致垂直的第二表面、以及在所述第一和第二表面的相交处的边缘，所述边缘适于允许收集从中发出的光致发光； 在所述样品中生成可收集的光致发光； 使用集光透镜从所述样品的所述边缘收集所述光致发光，所述透镜适于在所述边缘处的透镜焦点收集所发出的光致发光；以及 从所收集的光致发光生成数据，所述数据与样品杂质种类、样品杂质数量或这两者相对应；以及 其中所述样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。
28.根据权利要求27所述的方法，所述方法能够从杂质密度低至约O.5ppt至约.1.5ppt的样品生成所述数据。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面，而所述第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述样品由可旋转样品夹持器的凸起固定，所述夹持器包括围绕中心柱径向配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定样品并且交替地旋转到位以进行分析。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述夹持器中心柱与电动机机械连通，所述电动机能够引起所述夹持器的旋转、垂直移动或水平移动中的一者或多者。
32.根据权利要求31所述的方法，所述方法由与所述电动机、所述夹持器以及用于生成所述准直输入激光束的系统连通的计算机来实施，所述计算机被编程为(i)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得凸起上的样品被定位以进行分析，(ii)引起所述离焦准直激光束照明被定位以进行分析的所述样品的所述第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的所述样品的所述边缘收集所发出的光致发光，(iv)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。
33.一种用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学方法，所述方法包括 引导准直输入激光束穿过第一透镜和第二透镜，所述第一透镜收集所述输入激光束并将所述输入激光束聚焦于激光焦点，而所述第二透镜收集并放大所述激光焦点处的所聚焦的激光束，以形成能够引起被照明的半导体光致发光的离焦准直输出激光束； 其中所述第一透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述输入激光束的大致凸面以及被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面，而所述第二透镜为平凸透镜，该平凸透镜具有被取向为朝着所述激光焦点的大致平坦面以及被取向为朝着被定位以进行分析的样品的大致凸面； 将所述离焦准直激光束引导至被定位以进行分析的半导体样品的大致平面的第一表面的约50%至100%上，所述样品包括大致垂直的第二表面、以及在所述第一和第二表面的相交处的边缘，所述边缘适于允许收集从中发出的光致发光； 其中所述样品由可旋转样品夹持器的凸起固定，所述夹持器包括围绕中心柱径向配置的两个或更多个凸起，每个凸起均适于固定样品并且交替地旋转到位以进行分析； 在所述样品中生成可收集的光致发光； 使用集光透镜从所述样品的所述边缘收集所述光致发光，所述透镜适于从所述边缘处的透镜焦点收集所发出的光致发光；以及 从所收集的光致发光生成数据，所述数据与样品杂质种类、样品杂质数量或这两者相对应； 其中所述样品被定位以进行分析时，所述样品的第一表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的偏差角。
34.根据权利要求33所述的方法，所述方法能够从杂质密度低至约O.5ppt至约1.5ppt的样品生成所述数据。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述夹持器中心柱与电动机机械连通，所述电动机能够引起所述夹持器的旋转、垂直移动或水平移动中的一者或多者。
36.根据权利要求35所述的方法，所述方法由与所述电动机、所述夹持器以及用于生成所述准直输入激光束的系统连通的计算机来实施，所述计算机被编程为(i)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得凸起上的样品被定位以进行分析，(ii)引起所述离焦准直激光束照明被定位以进行分析的所述样品的所述第一表面的至少一部分，(iii)引起从被定位以进行分析的所述样品的所述边缘收集所发出的光致发光，(iv)引起所述电动机旋转所述夹持器，使得另一个凸起上的样品被定位以进行分析，以及(V)重复步骤(ii)至(iv)，直到对所有样品完成分析为止。
全文摘要
本发明提供了用于辨识和量化半导体样品中杂质的光致发光光谱学系统和方法。在一些实施方案中，所述系统和方法包括照明第一样品表面的离焦准直激光束，以及由集光透镜从所述第一表面与大致垂直的第二表面的相交处进行光致发光收集，其中所述第一样品表面被取向为相对于与所述集光透镜平行的位置成约0°至90°的角。
文档编号G01N21/95GK102933953SQ201180027579
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月4日
发明者道格·克雷斯佐夫斯基, 约翰·W·哈德 申请人:赫姆洛克半导体公司