一种表面光电压测试仪的信号电压校准方法与流程

本技术涉及半导体检测，尤其是涉及一种表面光电压测试仪的信号电压校准方法。

背景技术：

1、在半导体电子器件、光电器件及其所集成的集成电路等器件的设计和制造过程中，半导体材料或光电材料的光电性能表征是极为重要的环节。其中，表面光电压是固定材料表面的一种光生伏特效应，是指光照射到固体表面，体内电子吸收光子的能量发生跃迁，从而产生非平衡电子-空穴对，并向内扩散，而由于内建电场的存在会使载流子发生漂移并阻碍载流子扩散，当扩散和漂移达到平衡时，材料的表面与体内之间产生电势差。

2、以p型晶圆片为例，在光照射晶圆表面时，产生非平衡的电子-空穴对，空穴、电子向内扩散时，容易被体内缺陷捕捉，使少字寿命衰减，未被捕捉的空穴向内扩散进入表面空间电荷区，因表面空间电荷区的能带向下弯曲，在表面空间电荷区内形成内建电场，内建电场使电子向上漂移，并阻碍空穴向上，减少了体内复合。电子向上进入界面态，容易被界面陷阱捕捉，使少子寿命衰减，顺利到达晶圆表面的电子在表面聚集，使晶圆表面能带弯曲减小，产生表面电压差。

3、为改善体内缺陷和界面态捕捉载流子的问题，在信号光照射晶圆表面的同时会使用另外的光束照射，以填充陷阱，使陷阱饱和，让信号光照射时产生的载流子尽可能运动至晶圆表面，反映晶圆真实的少子寿命。

4、表面光电压的检测一般利用表面光电压（surface photovoltaic，spv）测试仪实现，目前，在使用spv机台测量光电压时，spv机台检测到的信号电压受信号频率、信号强度和去除缺陷的光影响，为提高检测结果的准确性和可靠性，在正式测量前需要调整spv机台的信号电压，由于spv机台的信号频率和信号强度已固定，因此，需要调整去除缺陷的光的强度，以调整spv机台的信号电压。然而，spv机台中，去除缺陷的光束具有较大调节范围，导致难以实现对信号电压的精准调节和快速调节，降低整个光电压测量过程的效率，且增大了后续测量结果的准确性风险。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种表面光电压测试仪的信号电压校准方法，能够快速、准确地实现对spv机台信号电压的校准。

2、为达到上述目的及其他相关目的，本技术提供一种表面光电压测试仪的信号电压校准方法，包括：

3、步骤s1：提供表面光电压测试仪以及第一外延片至第四外延片，所述表面光电压测试仪包括主光源和辅光源，并具有第一量测模式和第二量测模式；

4、步骤s2：调整所述主光源的光源功率，以对所述表面光电压测试仪进行初步校准；

5、步骤s3：控制所述表面光电压测试仪在所述第一量测模式下分别对第一外延片和第二外延片进行测量，获取在主光源和不同光源功率的辅光源的照射下测得的若干信号电压，记为第一模式电压；

6、步骤s4：控制所述表面光电压测试仪在所述第二量测模式下分别对第三外延片和第四外延片进行测量，获取在主光源和不同光源功率的辅光源的照射下测得的若干信号电压，记为第二模式电压；

7、步骤s5：对所述第一模式电压和所述第二模式电压进行分析，获得所述表面光电压测试仪的信号电压及其电压衰减率与量测模式和所述辅光源的光源功率的关系。

8、可选地，步骤s1中，所述主光源包括波长依次减小的第一光源至第四光源；

9、步骤s3中，当所述表面光电压测试仪工作在所述第一量测模式下时，所述第一光源和所述第四光源工作；

10、步骤s4中，当所述表面光电压测试仪工作在所述第二量测模式下时，所述第一光源至所述第四光源中的任两个工作。

11、可选地，执行步骤s2包括：

12、获取所述第一光源至所述第四光源对应的第一校准光电压至第四校准光电压；

13、根据所述第一校准光电压至所述第四校准光电压，绘制光电压倒数-光源穿透深度关系图；

14、分别单独调整所述第一光源至所述第四光源的光源功率，使所述第一校准光电压至所述第四校准光电压的倒数，在所述光电压倒数-光源穿透深度关系图中的数据点位于同一直线上。

15、可选地，所述第一模式电压包括第一光电压和第二光电压，执行步骤s3包括：

16、将所述第一外延片置于所述表面光电压测试仪中，调整所述表面光电压测试仪工作在所述第一量测模式；

17、控制所述第一光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以分别测量得到所述第一外延片中第一光源的若干第一光电压和第四光源的若干第二光电压；

18、将所述第二外延片置于所述表面光电压测试仪中，调整所述表面光电压测试仪工作在所述第一量测模式；

19、控制所述第一光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以分别测量得到所述第二外延片中第一光源的若干第一光电压和第四光源的若干第二光电压。

20、可选地，所述第二模式电压包括第三光电压、第四光电压、第五光电压和第六光电压，执行步骤s4包括：

21、将所述第三外延片置于所述表面光电压测试仪中，调整所述表面光电压测试仪工作在所述第二量测模式；

22、控制所述第一光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以分别测量得到所述第三外延片中第一光源的若干第三光电压和第四光源的若干第六光电压；

23、控制所述第二光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以测量得到所述第三外延片中第二光源的若干第四光电压；

24、控制所述第三光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以测量得到所述第三外延片中第三光源的若干第五光电压；

25、将所述第四外延片置于所述表面光电压测试仪中，调整所述表面光电压测试仪工作在所述第二量测模式；

26、控制所述第一光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以分别测量得到所述第四外延片中第一光源的若干第三光电压和第四光源的若干第六光电压；

27、控制所述第二光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以测量得到所述第四外延片中第二光源的若干第四光电压；

28、控制所述第三光源、所述第四光源和所述辅光源工作，并调整所述辅光源的光源功率，以测量得到所述第四外延片中第三光源的若干第五光电压。

29、可选地，步骤s1中，所述第一外延片至所述第四外延片的电阻率为5ω·cm~15ω·cm，所述表面光电压测试仪中调制后的光信号频率为400hz~2000hz。

30、可选地，步骤s1中，所述表面光电压测试仪还具有第一检测模式，所述第一检测模式为仅扩散长度量测的dl模式；

31、步骤s3和步骤s4中，所述第一模式电压和所述第二模式电压均在所述第一检测模式下测量得到。

32、可选地，执行步骤s5包括：

33、根据所述第一模式电压和所述第二模式电压，绘制得到不同测量模式下的光电压-辅光源强度关系图；

34、根据所述光电压-辅光源强度关系图，确定信号电压与量测模式的关系，并计算得到所述电压衰减率；

35、根据所述电压衰减率，绘制得到衰减率-辅光源强度关系图，并确定不同量测模式下所述电压衰减率与所述辅光源的光源功率之间的关系。

36、可选地，所述表面光电压测试仪中辅光源的光源功率的相对参考值为0~m，其中，0对应于所述辅光源具有最小的发光强度，m对应于所述辅光源具有最大的发光强度；

37、步骤s3和步骤s4中，自0开始，以d为步长，逐步调节所述辅光源的光源功率，以分别获得在若干不同光源功率的辅光源照射下的若干第一模式电压和若干第二模式电压，其中，m、d均为正整数，m能够被d整除。

38、可选地，在所述光电压-辅光源强度关系图中，所述辅光源的光源功率以及所述主光源类型相同时，所述第一模式电压与所述第二模式电压之间的差值不超过预设的光电压阈值；

39、在所述衰减率-辅光源强度关系图中，所述辅光源的光源功率以及所述主光源类型相同时，不同量测模式下的信号衰减率之间的差值不超过预设的第一衰减率阈值，所述辅光源的光源功率以及量测模式相同时，同一外延片不同主光源类型下的信号衰减率之间的差值不超过预设的第二衰减率阈值；

40、执行步骤s5还包括：

41、根据所述衰减率-辅光源强度关系图，拟合得到所述电压衰减率与所述辅光源的光源功率之间的衰减率-辅光源强度关系式：y=(4e-5)x2+0.0344x-0.0482，其中，y为所述电压衰减率，xd为所述辅光源的光源功率的相对参考值；

42、根据设计需求设置所述主光源的参数，并测量得到待校准的信号电压；

43、基于所述衰减率-辅光源强度关系式，根据待校准的信号电压和辅光源当前的光源功率，计算得到对应的辅光源的目标光源功率，并调整辅光源的光源功率，得到目标信号电压。

44、如上所述，相比于现有技术，本技术提供的表面光电压测试仪的信号电压校准方法，至少具有以下有益效果：

45、本技术的校准方法中，在获取第一模式电压和第二模式电压之前，首先对不同类型的主光源的光源功率进行调整，以对spv机台进行初步校准，能够减少或消除不同类型主光源发光强度不一致、光路损耗差异以及探测器增益偏差等因素，对后续校准过程中数据可靠性和校准精确度的影响，利于提高校准的准确性；之后在不同测量模式下分别获取充足的第一模式电压和第二模式电压作为校准的样本数据，通过对第一模式电压和第二模式电压进行数据分析，能够得到电压衰减率与辅光源的光源功率的关系，在后续正式测试时，根据初次测得的信号电压以及上述关系能够计算得到需要设置的辅光源的光源功率，进而得到实际需要的信号电压，快速、准确地实现了对spv机台的信号电压校准，提高了整个表面光电压测量过程的工作效率。