專利名稱：測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體硅材料，尤其涉及一種測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康姆椒把b置。
背景技術(shù)：
氧含量是硅材料中非常重要的一種雜質(zhì)，它的含量對(duì)硅基電子器件以及硅基光電 器件的性能有很大的影響。對(duì)于普通的硅材料，可以通過(guò)傅立葉紅外吸收光譜技術(shù)確定硅 材料中的氧含量。但是此方法對(duì)重?fù)焦璨牧蠀s無(wú)能為力，這是因?yàn)橹負(fù)焦璨牧现写嬖诖罅?的自由電子或空穴，這些自由電子或空穴的存在使得紅外光受到嚴(yán)重的吸收，導(dǎo)致紅外光 譜技術(shù)不能適用于測(cè)量重?fù)焦璨牧?。目前測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康姆椒ㄖ饕卸坞x子質(zhì)譜 法、帶電離子活化分析法、高能粒子輻照結(jié)合紅外吸收光譜等。這些測(cè)試方法或者所需設(shè)備 昂貴，或者定標(biāo)困難，或者需要高能粒子源，或者制樣困難，因此有必要尋求一種新的測(cè)量 方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置及 方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種利用激光擊穿光譜測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置，包括脈沖激光器、聚焦透 鏡、樣品臺(tái)、出射光透鏡組合、光譜儀、電腦、機(jī)械泵、真空閥門、分子泵、真空室、樣品操縱 桿；其中，所述真空室上置有激光入射窗口、發(fā)射光出射窗口和備用窗口，樣品臺(tái)通過(guò)樣品 操縱桿置于真空室內(nèi)，聚焦透鏡和脈沖激光器依次排列在激光入射窗口前，出射光透鏡組 合位于發(fā)射光出射窗口前，出射光透鏡組合通過(guò)光纖與光譜儀相連，光譜儀通過(guò)USB連接 線與電腦相連，分子泵與真空室相連，機(jī)械泵通過(guò)真空閥門與分子泵相連。一種應(yīng)用上述裝置的利用激光擊穿光譜測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康姆椒ǎㄒ韵虏?驟(1)脈沖激光器發(fā)出高能脈沖激光，通過(guò)聚焦透鏡，照射位于真空室的被測(cè)樣品；(2)被測(cè)樣品擊穿電離后發(fā)射出紫外_可見光譜；(3)光譜儀根據(jù)光譜分析樣品中的氧含量。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置由高能脈沖激光器、聚 焦透鏡、光纖光譜儀、電腦和真空系統(tǒng)組成，成本低，靈敏度高，測(cè)量時(shí)間短，樣品無(wú)需特殊處理。


圖1是激光擊穿光譜測(cè)試裝置示意圖；圖2是普通硅樣品的激光擊穿光譜中氧、硅對(duì)應(yīng)的發(fā)射峰(777. 3nm和288. Inm)圖；圖3是硅樣品中氧含量與激光擊穿光譜氧、硅發(fā)射峰強(qiáng)度比之間的關(guān)系圖；圖4是一組重?fù)焦铇悠返募す鈸舸┕庾V中氧的發(fā)射峰圖。
具體實(shí)施例方式激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種基于發(fā)射光譜的元素分析技術(shù)， 主要特征在于使用高能激光脈沖作為激發(fā)樣品的能量來(lái)源，使得樣品發(fā)射出紫外-可見光 譜。當(dāng)一個(gè)能量高于樣品擊穿強(qiáng)度的激光脈沖打到樣品上時(shí)，樣品受照射區(qū)域內(nèi)瞬間大量 的能量，溫度急劇升高而電離，在受照射區(qū)域產(chǎn)生大量處于激發(fā)態(tài)的原子和離子形成等離 子體，此即所謂的激光誘導(dǎo)擊穿。當(dāng)處于激發(fā)態(tài)的離子或原子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時(shí)，樣 品會(huì)發(fā)射出與這些原子或離子對(duì)應(yīng)的特定波長(zhǎng)的光輻射，其強(qiáng)度與這些原子或離子在樣品 中的含量成比例。因此通過(guò)分析發(fā)射出的光譜，即可確定樣品中存在的元素和含量。實(shí)際 譜圖中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的發(fā)射峰很多，但是一般情況下只要選取一個(gè)與其他元素沒(méi)有重疊的 峰就可以了。圖2為我們實(shí)際測(cè)量得到的直拉硅單晶中氧與硅的激光擊穿光譜。峰位波長(zhǎng) 位于288. Inm的峰為與硅對(duì)應(yīng)的一個(gè)峰，峰值位置與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)提供 的數(shù)據(jù)非常接近(NIST提供的數(shù)據(jù)為288. 1579nm)。峰值波長(zhǎng)位于777. 3nm的為一個(gè)與氧 對(duì)應(yīng)的峰，與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)提供的數(shù)據(jù)也非常接近(OTST提供的數(shù)據(jù)為 3個(gè)靠得非常近的峰，波長(zhǎng)分別為777. 194nm,777. 417nm,777. 539nm)。因?yàn)槲覀兯霉庾V 儀分辨率的限制，無(wú)法分辨這三個(gè)氧峰，所以在譜圖中這三個(gè)峰疊加為一個(gè)峰。為了確定重?fù)焦柚械难鹾?，必須?duì)測(cè)量進(jìn)行定標(biāo)。我們根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(編號(hào)GB/ T 1557-2006)規(guī)定的“硅晶體中間隙氧含量的紅外吸收測(cè)量方法”測(cè)量了一組電阻率大于 0. 5 Ω cm普通硅片中的氧含量，并對(duì)同一組樣品進(jìn)行了激光擊穿光譜測(cè)量，由此確定了硅中
氧含量與激光擊穿光譜信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系為A =21.54$，見圖3。上式中ρ。為硅中的
氧含量(單位為lX1016cm_3)，I0和Is分別為激光擊穿光譜中氧發(fā)射峰(777. 3nm)和硅發(fā)射 峰(288. Inm)的面積。如圖1所示，本發(fā)明利用激光擊穿光譜測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置，包括脈沖激 光器1、聚焦透鏡2、樣品臺(tái)4、出射光透鏡組合6、光譜儀8、電腦10、機(jī)械泵11、真空閥門12、 分子泵13、真空室14、樣品操縱桿15。其中，真空室14上置有激光入射窗口 3、發(fā)射光出射 窗口 5和備用窗口 16，樣品臺(tái)4通過(guò)樣品操縱桿15置于真空室14內(nèi)，聚焦透鏡2和脈沖激 光器1依次排列在激光入射窗口 3前，出射光透鏡組合6位于發(fā)射光出射窗口 5前，出射光 透鏡組合6通過(guò)光纖7與光譜儀8相連，光譜儀8通過(guò)USB連接線9與電腦10相連，分子 泵13與真空室14相連，機(jī)械泵11通過(guò)真空閥門12與分子泵13相連。本發(fā)明的測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康姆椒òㄒ韵虏襟E1、脈沖激光器發(fā)出高能脈沖激光，通過(guò)聚焦透鏡，照射位于真空室的被測(cè)樣品。2、被測(cè)樣品擊穿電離后發(fā)射出紫外_可見光譜；3、光譜儀根據(jù)光譜分析樣品中的氧含量。被測(cè)樣品位于真空室中，測(cè)量時(shí)真空室為高真空或超高真空，避免空氣中的氧成 分對(duì)測(cè)量的影響。
下面根據(jù)具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實(shí)施例1 樣品為4英寸摻銻的ρ型重?fù)焦鑶尉?，電阻?. 7χ10_3Ω cm，激光擊穿光譜測(cè)試 結(jié)果如圖4中曲線1所示，氧/硅發(fā)射峰的面積比為0. 34，根據(jù)上面測(cè)定的關(guān)系式，氧濃度
凡=21.54#，可以得出這個(gè)重?fù)焦韫鑶尉悠分械难鹾繛?. 3xi016cm3。
1Si實(shí)施例2 樣品為4英寸摻砷的N型重?fù)焦鑶尉?，電阻?. 6xlO_3Qcm測(cè)試結(jié)果如圖4中 曲線2所示，氧/硅發(fā)射峰的面積比為0. 64，根據(jù)上面測(cè)定的關(guān)系式，氧濃度凡=21.54^·，
可以得出這個(gè)重?fù)焦韫鑶尉悠分械难鹾繛?. 38X1017cm_3。實(shí)施例3 樣品為4英寸摻硼的P型重?fù)焦鑶尉?，電阻?. 3χ10_3Ω cm，測(cè)試結(jié)果如圖4中 曲線3所示，氧/硅發(fā)射峰的面積比為0.98，根據(jù)上面測(cè)定的關(guān)系式，氧濃度凡=21.54^·， 可以得出這個(gè)重?fù)焦韫鑶尉悠分械难鹾繛?. 12X1017cm_3。上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和 權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種利用激光擊穿光譜測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置，其特征在于，包括脈沖激光器、聚焦透鏡、樣品臺(tái)、出射光透鏡組合、光譜儀、電腦、機(jī)械泵、真空閥門、分子泵、真空室、樣品操縱桿。其中，所述真空室上置有激光入射窗口、發(fā)射光出射窗口和備用窗口，樣品臺(tái)通過(guò)樣品操縱桿置于真空室內(nèi)，聚焦透鏡和脈沖激光器依次排列在激光入射窗口前，出射光透鏡組合位于發(fā)射光出射窗口前，出射光透鏡組合通過(guò)光纖與光譜儀相連，光譜儀通過(guò)USB連接線與電腦相連，分子泵與真空室相連，機(jī)械泵通過(guò)真空閥門與分子泵相連。
2.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置的利用激光擊穿光譜測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康姆椒ǎ?特征在于，包括以下步驟(1)脈沖激光器發(fā)出高能脈沖激光，通過(guò)聚焦透鏡，照射位于真空室的被測(cè)樣品。(2)被測(cè)樣品擊穿電離后發(fā)射出紫外-可見光譜。(3)光譜儀根據(jù)光譜分析樣品中的氧含量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量重?fù)焦柚醒鹾康难b置及方法，該裝置主要由脈沖激光器、聚焦透鏡、樣品臺(tái)、出射光透鏡組合、光譜儀、電腦、機(jī)械泵、真空閥門、分子泵、真空室、樣品操縱桿組成；具有靈敏度高、測(cè)量時(shí)間短、樣品無(wú)需特殊處理等技術(shù)特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/63GK101832930SQ20101018241
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者季振國(guó), 席俊華, 毛啟楠 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)