一种测量锑化铟材料pn结深度的方法及系统
阅读说明：本技术 一种测量锑化铟材料pn结深度的方法及系统 (Method and system for measuring PN junction depth of indium antimonide material ) 是由 邱国臣 李海燕 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种测量锑化铟材料PN结深度的方法及系统,用以简化锑化铟材料PN深度测量的工艺,降低测量成本。测量锑化铟材料PN结深度的方法,包括：将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡；将腐蚀完成后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；将吹干后的锑化铟材料放置于阳极氧化装置中进行阳极氧化至所述腐蚀坡表面颜色不同形成两个颜色区；将氧化后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；根据所述腐蚀坡表面颜色的分界,分别测量腐蚀坡的第一宽度和腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度；利用台阶仪测量所述腐蚀坡的高度；根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度,确定所述PN结的深度。(The invention provides a method and a system for measuring the PN junction depth of an indium antimonide material, which are used for simplifying the process of measuring the PN junction depth of the indium antimonide material and reducing the measurement cost. The method for measuring the PN junction depth of the indium antimonide material comprises the following steps: immersing the indium antimonide material with the PN junction structure into a corrosive agent to corrode the indium antimonide material to form a corrosion slope; placing the indium antimonide material after the corrosion is finished in deionized water for cleaning and drying; placing the dried indium antimonide material in an anodic oxidation device for anodic oxidation until the surface of the corrosion slope has different colors to form two color areas; placing the oxidized indium antimonide material in deionized water for cleaning and blow-drying; respectively measuring a first width of the corrosion slope and a second width of the color partition of the top of the corrosion slope according to the color boundary of the surface of the corrosion slope; measuring the height of the corrosion slope by using a step instrument; and determining the depth of the PN junction according to the first width, the second width and the height of the corrosion slope.)
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种方法测量锑化铟材料PN结深度的方法及系统。
背景技术
锑化铟材料作为中波红外探测器制备的主流材料，经扩散、离子注入或外延工艺后形成PN结结构，经过后期钝化、电极、倒装互连等工艺后制备成探测器芯片，杜瓦封装成探测器组件可应用于海陆空各领域，用于实现夜视、跟踪等功能。在红外探测器工艺过程中，PN结制备质量是决定探测器最终性能指标的核心，PN结的结深直接影响探测器的主要性能指标如量子效率、探测率、响应率等。
目前，针对PN结结深的测量有以下两种方案：一种可以采用专用设备二次离子质谱仪进行测试，另外一种可以采用磨角阳极氧化的方法进行测试。但是，第一种方案采用二次离子质谱仪进行测试，由于设备昂贵，国内仅数家研究单位购置有该设备，因此PN结测量存在价格昂贵、周期长、不便捷的问题；而第二种方案中采用磨角氧化的方式进行测试，涉及到器件的磨抛减薄工艺，工艺实现复杂，设计多道工艺操作、多种化学试剂的使用，工艺时间长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是简化锑化铟材料PN深度测量的工艺，降低测量成本，提供一种测量锑化铟材料PN结深度的方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供一种测量锑化铟材料PN结深度的方法，包括：
将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡；
将腐蚀完成后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；
将吹干后的锑化铟材料放置于阳极氧化装置中进行阳极氧化至所述腐蚀坡表面颜色不同形成两个颜色区；
将氧化后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；
根据所述腐蚀坡表面颜色的分界，分别测量腐蚀坡的第一宽度和腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度；
利用台阶仪测量所述腐蚀坡的高度；
根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度，确定所述PN结的深度。
在一种实施方式中，在将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡之前，还包括：
根据腐蚀液的腐蚀速度和PN结的预计深度范围，确定腐蚀时间；
将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡，具体包括：
根据确定出的腐蚀时间，将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀相应时间，形成腐蚀坡。
在一种实施方式中，将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀相应时间，具体包括：
将所述形成了PN结结构的锑化铟材料安放在夹持夹具上，所述夹持夹具固定于机械臂装置上；
利用机械臂控制所述夹持夹具将所述锑化铟材料以预设速率匀速浸入所述腐蚀剂中腐蚀相应时间。
在一种实施方式中，根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度，按照以下公式确定所述PN结的深度：
其中：
x表示PN结的深度；
h表示腐蚀坡的高度；
m腐蚀坡的第一宽度；
n表示腐蚀坡的坡顶颜色分区的第二宽度。
本发明还提供一种测量锑化铟材料PN结深度的系统，包括：
腐蚀装置，用于将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡；
清洗吹干装置，用于将腐蚀完成后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；以及将氧化后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；
阳极氧化装置，用于将清洗吹干装置第一次吹干后的锑化铟材料放置于阳极氧化装置中进行阳极氧化至所述腐蚀坡表面颜色不同形成两个颜色区；
测量装置，用于根据所述腐蚀坡表面颜色的分界，分别测量腐蚀坡的第一宽度和腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度；
台阶仪，用于测量所述腐蚀坡的高度；
计算装置，用于根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度，确定所述PN结的深度。
在一种实施方式中，所述腐蚀装置，还用于在将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡之前，根据腐蚀液的腐蚀速度和PN结的预计深度范围，确定腐蚀时间；根据确定出的腐蚀时间，将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀相应时间，形成腐蚀坡。
在一种实施方式中，所述腐蚀装置包括机械臂，所述机械臂上固定有夹持夹具，所述夹持夹具用于安放所述形成了PN结结构的锑化铟材料；利用机械臂控制所述夹持夹具将所述锑化铟材料以预设速率匀速浸入所述腐蚀剂中腐蚀相应时间。
在一种实施方式中，所述计算装置，具体用于根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度，按照以下公式确定所述PN结的深度：
其中：
x表示PN结的深度；
h表示腐蚀坡的高度；
m腐蚀坡的第一宽度；
n表示腐蚀坡的坡顶颜色分区的第二宽度。
采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明所述测量锑化铟材料PN结深度的方法和系统，根据不同掺杂浓度的锑化铟材料阳极氧化后表面颜色不同，通过将锑化铟材料表面腐蚀出一定深度和一定坡度，将腐蚀后的锑化铟材料进行阳极氧化，生产规定厚度的阳极氧化膜，分别测量氧化膜的不同颜色分区的宽度，并利用台阶仪测量腐蚀台阶的高度，根据不同颜色分区的宽度和腐蚀台阶的高度确定出PN结的深度，上述方法中，无需依赖昂贵的测量设备，从而降低了PN结深度的测量成本，而且操作简单，简化了PN结深度测量操作流程。
附图说明
图1为本发明实施例的测试原理示意图；
图2为本发明实施例的测量锑化铟材料PN结深度的方法流程图；
图3为本发明实施例提供的腐蚀装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中，锑化铟材料腐蚀形貌示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
首先，对本发明实施例中涉及的部分用语进行说明，以便于本领域技术人员理解。
PN结：采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体(P为Positive的字头，由于空穴带正电而得此名)与N型半导体(N为Negative的字头，由于电子带负电荷而得此名)制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。
需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1所示，其为本发明实施例中，测量锑化铟材料PN结深度的原理示意图，阳极氧化膜的颜色会随锑化铟材料掺杂浓度发生明显的变化，基于此，本发明实施例中，通过颜色分区获得观察测量数据，从而计算出PN结的深度。
如图2所示，其为本发明实施例提供的测量锑化铟材料PN结深度的方法实施流程示意图，包括以下步骤：
S21、将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡。
具体实施时，在将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡之前，还可以根据腐蚀液的腐蚀速度和PN结的预计深度范围，确定腐蚀时间；根据确定出的腐蚀时间，将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀相应时间，形成腐蚀坡。
为了准确控制锑化铟材料的腐蚀宽度和深度，本发明实施例中，可以利用机械臂控制所述夹持夹具将所述锑化铟材料以预设速率匀速浸入所述腐蚀剂中腐蚀相应时间。
如图3所示，其为本发明实施例提供的腐蚀装置的结构示意图，包括机械臂，所述机械臂上固定有夹持夹具，所述夹持夹具用于安放所述形成了PN结结构的锑化铟材料。在需要进行锑化铟材料的腐蚀时，将机械臂放置于工作台上，将盛有腐蚀液的容器放置在夹持夹具的下方。
用镊子夹取形成了PN结的锑化铟材料安放在夹持夹具上，将锑化铟材料片垂直对准腐蚀液面，调整机械臂下降速率参数，将材料片以一定速率匀速缓缓浸入腐蚀剂中(材料片不完全浸入腐蚀液中，仅腐蚀一定宽度，使材料随着浸入腐蚀液的腐蚀过程形成一个腐蚀坡，腐蚀坡的宽度m控制在显微镜可测量范围之内)，按腐蚀液腐蚀速度与PN结深度的预计范围，设定腐蚀时间，以保证腐蚀深度超过PN结的深度。
S22、将腐蚀完成后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干。
具体实施时，在腐蚀完成后，利用机械臂控制夹持夹具将经过步骤S21处理后的锑化铟材料片从腐蚀液中垂直提取出来，并将提取出的材料片放置于去离子水中清洗，吹干。如图4所示，其为腐蚀完成后，材料片的腐蚀形貌示意图。
S23、将吹干后的锑化铟材料放置于阳极氧化装置中进行阳极氧化至所述腐蚀坡表面颜色不同形成两个颜色区。
具体实施时，将经过步骤S22处理后的材料片放置于阳极氧化装置中，进行材料片阳极氧化，材料不同深度掺杂浓度不同，氧化后表面颜色不同，至肉眼可见明显颜色变化后取出材料片。
S24、将氧化后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干。
本步骤中，将经过步骤S22处理后的材料片放置于去离子水中清洗、吹干。
S25、根据所述腐蚀坡表面颜色的分界，分别测量腐蚀坡的第一宽度和腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度。
本步骤中，将经过步骤S24处理后的材料片放置于显微镜下观察，根据颜色分界及台阶痕迹测量出图4中的宽度m和宽度n，其中，宽度m表示腐蚀坡的第一宽度，宽度n表示腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度。
S26、利用台阶仪测量腐蚀坡的高度。
本步骤中，将经过步骤S24处理后的材料片放置于台阶仪下测量出台阶高度h。
S27、根据第一宽度、第二宽度和腐蚀坡的高度，确定PN结的深度。
本步骤中，可以按照以下公式确定所述PN结的深度：
其中：
x表示PN结的深度；
h表示腐蚀坡的高度；
m腐蚀坡的第一宽度；
n表示腐蚀坡的坡顶颜色分区的第二宽度。
本发明实施例提供的测量锑化铟材料PN结深度的方法，根据不同掺杂浓度的锑化铟材料阳极氧化后表面颜色不同个，通过将锑化铟材料表面腐蚀出一定深度和一定坡度，将腐蚀后的锑化铟材料进行阳极氧化，生产规定厚度的阳极氧化膜，分别测量氧化膜的不同颜色分区的宽度，并利用台阶仪测量腐蚀台阶的高度，根据不同颜色分区的宽度和腐蚀台阶的高度确定出PN结的深度，上述方法中，无需依赖昂贵的测量设备，从而降低了PN结深度的测量成本，而且操作简单，简化了PN结深度测量操作流程。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种测量锑化铟材料PN结深度的系统，包括：
腐蚀装置，用于将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡；
清洗吹干装置，用于将腐蚀完成后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；以及将氧化后的锑化铟材料放置于去离子水中清洗、吹干；
阳极氧化装置，用于将清洗吹干装置第一次吹干后的锑化铟材料放置于阳极氧化装置中进行阳极氧化至所述腐蚀坡表面颜色不同形成两个颜色区；
测量装置，用于根据所述腐蚀坡表面颜色的分界，分别测量腐蚀坡的第一宽度和腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度；
台阶仪，用于测量所述腐蚀坡的高度；
计算装置，用于根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度，确定所述PN结的深度。
在一种实施方式中，所述腐蚀装置，还用于在将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡之前，根据腐蚀液的腐蚀速度和PN结的预计深度范围，确定腐蚀时间；根据确定出的腐蚀时间，将形成了PN结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀相应时间，形成腐蚀坡。
在一种实施方式中，所述腐蚀装置包括机械臂，所述机械臂上固定有夹持夹具，所述夹持夹具用于安放所述形成了PN结结构的锑化铟材料；利用机械臂控制所述夹持夹具将所述锑化铟材料以预设速率匀速浸入所述腐蚀剂中腐蚀相应时间。
在一种实施方式中，所述计算装置，具体用于根据所述第一宽度、第二宽度和所述腐蚀坡的高度，按照以下公式确定所述PN结的深度：
其中：
x表示PN结的深度；
h表示腐蚀坡的高度；
m腐蚀坡的第一宽度；
n表示腐蚀坡的坡顶颜色分区的第二宽度。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。