DE102010003112A1 - Method for controlling formation of boundary face between metal film and semiconductor layer of thin film semiconductor component, involves comparing reflectance image of reflected infrared radiation with expected reflectance image - Google Patents

Method for controlling formation of boundary face between metal film and semiconductor layer of thin film semiconductor component, involves comparing reflectance image of reflected infrared radiation with expected reflectance image

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Abstract

The method involves irradiating infrared light (302) using infrared source (300) with respect to boundary face (106) of thin film semiconductor component, where the frequency of infrared radiation is 150 THz. The reflected infrared radiation (304) from the boundary face is detected to acquire a reflectance image and the acquired reflectance image is compared with an expected reflectance image. An independent claim is included for test system.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche, sowie ein Testsystem zum Durchführen dieses Verfahrens. The present invention relates to a method of controlling a groove formed between a metal layer and a semiconductor layer interface, as well as a test system for performing this method.
  • Bei der Erzeugung und Strukturierung von Halbleiterkörpern, bspw. zur Herstellung von elektronischen Bauelementen, werden häufig Grenzflächen zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildet. In the production and structuring of semiconductor bodies, for example. For the manufacture of electronic components, frequently interfaces between a metal layer and a semiconductor layer are formed. So wird beispielsweise in einer Dünnfilm-Technik eine epitaktisch aufgewachsene Halbleiterschichtfolge (Epitaxieschicht) auf einen Ersatzträger transferiert, wobei die Epitaxieschicht in einem Fügeschritt mittels eines Lötprozesses auf dem Ersatzträger aufgebracht wird. Thus, an epitaxially grown semiconductor layer sequence (epitaxial layer) is transferred to a backup support for example in a thin-film technology, wherein the epitaxial layer is deposited in a joining step by means of a soldering process on the replacement carrier. Als Ersatzträger wird dabei häufig ein Halbleiterwafer und damit eine Halbleiterschicht verwendet. while a semiconductor wafer and a semiconductor layer is often used as a substitute carrier. Während des Lötprozesses kann die zwischen einer Lotverbindung und dem Ersatzträger, dh einer Halbleiterschicht, ausgebildete Grenzfläche an Planarität verlieren. can during the soldering process between a solder joint and the replacement carrier, ie lose a semiconductor layer formed interface of planarity. Zusätzlich können Hohlräume (voids) entstehen. In addition, cavities (voids) may arise.
  • Eine Aufrauung der Grenzfläche bzw. das Entstehen von voids führt zu einer Reihe von Problemen für das resultierende Bauelement. Roughening of the interface and the formation of voids leads to a series of problems for the resulting device. Durch die Störungen können lokal erhöhte mechanische Spannungen auftreten, die zu einem Ablösen der Lotverbindung, bzw. der Epitaxieschicht von dem Ersatzträger führen können. By the disturbances locally increased mechanical stresses may occur, which may lead to a peeling of the solder joint, or the epitaxial layer of the replacement carrier. Insbesondere wird durch das Ausbilden von Hohlräumen die thermische Leitfähigkeit erheblich verringert. In particular, the thermal conductivity is considerably reduced by the formation of voids. Beide Effekte können zu Fehlfunktionen und letztlich zu einem Ausfall des Bauelements führen. Both effects can lead to malfunction and ultimately to failure of the component.
  • Es ist daher wünschenswert, bereits bei Herstellung entstehende Störungen rechtzeitig zu erkennen, und Bauelement bzw. Vorprodukte rechtzeitig aus der Fertigung auszusortieren. It is therefore desirable to detect in time already in production resulting interference, and sort out component or precursors time from production.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich eine zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildete Grenzfläche auf Störungen kontrollieren lässt. The present invention is based on the problem to provide a method with which an opening formed between a metal layer and a semiconductor layer interface can be controlled to disturbances. Weiterhin soll ein Testsystem zum Durchführen des Verfahrens angegeben werden. Further, a test system for performing the method is to be specified.
  • Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Testsystem gemäß Patentanspruch 9 gelöst. This problem is solved by a method according to claim 1 and by a test system according to claim. 9
  • Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Further developments and advantageous embodiments of the method are specified in the dependent claims.
  • BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN EXEMPLARY EMBODIMENTS
  • Verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche weisen die folgenden Schritte auf: Various embodiments of the method for controlling a space formed between a metal layer and a semiconductor layer interface have the following steps:
    • – Die Grenzfläche wird mit Infrarotstrahlung bestrahlt. - The interface is irradiated with infrared radiation.
    • – An der Grenzfläche reflektierte Strahlung wird erfasst. - reflected at the interface is detected radiation.
    • – Ein erfasstes Reflexionsbild wird mit einem erwarteten Reflexionsbild verglichen. - A captured reflection image is compared with an expected reflection image.
  • In anderen, Worten ausgedrückt, wird die Grenzfläche zwischen Halbleiterschicht und Metallschicht durch das Auswerten eines Infrarot-Reflexionsbilds untersucht. In other words, words, the interface between the semiconductor layer and metal layer by evaluating an infrared reflectance image is examined. Damit kann sowohl die Planarität, als auch das Vorhandensein von Hohlräumen bestimmt werden. Thus both the planarity, and the presence of voids can be determined. Es können alle Störungen bzw. Defekte erkannt werden, unabhängig von einer Bildung und möglichen Abschattung durch Hohlräume. It can be detected all the noise or defects irrespective of a possible formation and shadowing by cavities. Vorteilhafterweise kann dieses Verfahren weit nach einem Fügeschritt der Halbleiterschicht auf die Metallschicht durchgeführt werden. Advantageously, this method can be widely performed on the metal layer by a joining step, the semiconductor layer. Beispielsweise kann zunächst eine Strukturierung der Halbleiterschicht erfolgen. For example, a structure of the semiconductor layer may be carried out first. Damit können auch Störungen entdeckt werden, die während einer Prozessierung der Halbleiterschicht verursacht werden oder entstehen. Thus interference can be detected which are caused during processing of the semiconductor layer or arise.
  • In verschiedene Ausführungsformen erfolgt die Bestrahlung der Grenzfläche über die Halbleiterschicht. In various embodiments, the irradiation of the interface via the semiconductor layer. Dabei wird ausgenutzt, dass die Halbleiterschicht in aller Regel transparent für Infrarotstrahlung ist. Here, exploits the fact that the semiconductor layer is transparent to infrared radiation in most cases. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Halbleiterschicht keine Metallisierung, bspw. ein Kontaktmetallisierung oder Metallisierungsschicht zur Lichtreflexion oder zum erhöhten Wärmetransport, aufweist. This is particularly advantageous if the semiconductor layer no metallization, for example. A contact metallization or metallization layer for reflecting light or to the increased heat transfer, having. So kann die Grenzfläche gut bestrahlt, dh mit Infrarotstrahlung ausgeleuchtet werden. Thus, the interface may well irradiated, ie illuminated with infrared radiation.
  • In verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens wird die Infrarotstrahlung aus einer Infrarotquelle bereitgestellt. In various embodiments of the method, the infrared radiation is provided from an infrared source. Dies kann beispielsweise eine Quelle mit bekannten Abstrahleigenschaften, wie eine Infrarot-LED, sein. This can, for example, a source with known radiation characteristics, such as an infrared LED to be. So wird nicht vorhandene Streustrahlung zur Bestrahlung der Grenzfläche verwendet. So is nonexistent scattered radiation to irradiate the interface used. Vielmehr sind die Eigenschaften, unter denen die Grenzfläche mit Infrarotstrahlung ausgeleuchtet wird weitgehend bekannt. Rather, the properties in which the interface is illuminated with infrared radiation are well known.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die Infrarotstrahlung derartig gewählt, dass sie die Halbleiterschicht verlustarm durchdringt. In various embodiments, the infrared radiation is so chosen that it penetrates the semiconductor layer losses. Dabei kann die Infrarotstrahlung beispielsweise über eine verstellbare Infrarotstrahlungsquelle oder über ein spektrales Filter derart gewählt werden, dass die Halbleiterschicht einer zu untersuchenden Probe möglichst optimal durchdringt, um eine besonderes gute Ausleuchtung der Grenzfläche und eine besonders gute Auskopplung der reflektierten Strahlung zu erhalten. The infrared radiation can be selected, for example, an adjustable source of infrared radiation or through a spectral filter such that the semiconductor layer a on the sample to penetrate optimally as possible in order to obtain a particularly good illumination of the interface, and a particularly good extraction of the reflected radiation.
  • In einige Ausführungsformen des Verfahrens weist die bereitgestellte Infrarotstrahlung eine Mittenfrequenz von 100 THz bis 300 THz, insbesondere 150 THz, auf. In some embodiments of the method, the infrared radiation provided by a center frequency of 100 THz to 300 THz, in particular from 150 THz to. Eine Frequenz von 100 THz entspricht in etwa einer Wellenlänge von 3 μm. A frequency of 100 THz approximately corresponds to a wavelength of 3 microns. Eine Frequenz von 150 THz entspricht in etwa einer Wellenlänge von 2 μm und eine Frequenz von 300 THz in etwa einer Wellenlänge von 1 μm. A frequency of 150 THz approximately corresponds to a wavelength of 2 microns and a frequency of 300 THz in a wavelength of about 1 micron. Damit liegt die Infrarotstrahlung in einem Bereich, in dem häufig verwendete Halbleitermaterialien transparent sind. So that the infrared radiation is in a range in which commonly used semiconductor materials are transparent. So ist beispielsweise Silizium in einem Bereich von 300 THz besonders transparent, während Germanium in einem Bereich von 150 THz eine gute Transparenz aufweist. For example, silicon in a range of 300 THz particularly transparent while germanium has good transparency in a range of 150 THz.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht Teil eines einzelne Halbleiterbauelemente unfassenden Waferverbunds, der in einem späteren Verfahrensschritt in eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt wird. In various embodiments, the semiconductor layer is part of an individual semiconductor components unfassenden wafer composite, which is separated in a later process step in a variety of semiconductor devices.
  • In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren das rasterartig über einzelne Abschnitte der Halbleiterschicht durchgeführt. In some embodiments, the method is performed, the grid pattern of individual portions of the semiconductor layer. Beispielsweise kann es rasterartig gesondert für jedes Halbleiterbauelement des Waferverbunds durchgeführt werden. For example, it may be a grid pattern performed separately for each semiconductor component of the wafer assembly. Das erlaubt eine einfache anschließende Aussortierung von Halbleiterbauelementen mit Störungen an der Grenzfläche. This allows easy subsequent sorting of semiconductor devices with disturbances at the interface. Dabei kann die Grenzfläche vollständig mit Infrarotstrahlung ausgeleuchtet werden und eine Kamera die Reflexion abschnittsweise sukzessive über die Grenzfläche erfassen. The interface can be completely illuminated with infrared radiation, and a camera sections detect the reflection successively across the interface. Ebenso kann die Grenzfläche synchron mit der Erfassung nur abschnittsweise, quasi durch einen Lichtfleck, ausgeleuchtet sein. Also, the interface can be synchronous with the detection only in sections, almost by a light spot to be illuminated.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird das Verfahren während eines Herstellungsprozesses eines Dünnfilm-Halbleiterbauelements durchgeführt. In various embodiments, the method is performed during a manufacturing process of a thin film semiconductor device. Dabei ist das Verfahren insbesondere bei Dünnfilm-Halbleitern anwendbar, weil dort eine breitflächige Fügung auf eine Halbleiterschicht, dh den Ersatzträger, erfolgt. Thereby, the method is particularly applicable to thin-film semiconductors, because it has a wide-scale addition to a semiconductor layer, ie the replacement carrier takes place.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird das Verfahren vor einem Beschichten einer der Grenzfläche gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschicht mit einer Rückseitenmetallisierung durchgeführt. In various embodiments, the method is carried out prior to coating of one of the interface opposite surface of the semiconductor layer with a back-side. Damit wird eine Abschattung der Infrarotstrahlung durch eine mögliche Rückseitenmetallisierung vermieden. Thus, a shadowing of the infrared radiation is avoided by a possible back-side.
  • Verschieden Ausführungsformen des Testsystems sind derart eingereichtet, dass sie zum Durchführen der beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche geeignet sind. Various embodiments of the test system are set up in such that they are suitable for performing the described embodiments of the method for controlling a space formed between a metal layer and a semiconductor layer interface.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Various embodiments of the method for controlling a space formed between a metal layer and a semiconductor layer interface will be explained in more detail below with reference to the drawings. In den Figuren geben die erste(n) Ziffer(n) eines Bezugszeichens die Figur an, in denen das Bezugzeichen zuerst verwendet wird. In the figures, the first digit (s) (n) to give a reference number to the figure in which the reference number is first used. Die gleichen Bezugszeichen werden für gleichartige oder gleich wirkende Elemente bzw. Eigenschaften in allen Figuren verwendet. The same reference numerals are used for like or similar elements or features throughout the figures.
  • Es zeigen: Show it:
  • 1a 1a bis to 1c 1c eine schematische Darstellung eines Fügeschritts zum Fügen einer Epitaxieschicht auf einen Ersatzträger; a schematic representation of a joining step for joining an epitaxial layer on a replacement support;
  • 2 2 eine schematische Aufsicht auf einen Waferverbund mit einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen; a schematic plan view of a wafer assembly with a plurality of semiconductor devices;
  • 3 3 eine schematische Darstellung eines Testsystems für ein Verfahren zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche und a schematic representation of a test system for a method of controlling a groove formed between a metal layer and a semiconductor layer interface and
  • 4 4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche. a schematic flow diagram of a method for controlling a space formed between a metal layer and a semiconductor layer interface.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • 1a 1a bis to 1c 1c zeigen eine schematische Darstellung eines Fügeschritts zum Fügen einer Epitaxieschicht auf einen Ersatzträger. show a schematic representation of a joining step for joining an epitaxial layer on a replacement carrier. Zunächst wird ein Ersatzträger First, a substitute carrier 100 100 bereitgestellt. provided. Bei dem Ersatzträger In the replacement carrier 100 100 handelt es sich in aller Regel um einen Halbleiterkörper, bspw. um einen Wafer. is it a rule to a semiconductor body, eg. a wafer. Der Ersatzträger The replacement carrier 100 100 besteht dabei aus für die weitere Verarbeitung geeigneten Materialien, bspw. ist er ein Germanium-(Ge-) oder ein Silizium-(Si-)Einkristall. consists of materials suitable for further processing, for example. it is a germanium (overall) or a silicon (Si) single crystal. Der Ersatzträger The replacement carrier 100 100 ist damit eine Halbleiterschicht. making it a semiconductor layer.
  • Auf den Ersatzträger To the replacement carrier 100 100 wird eine Lotverbindung a solder joint 102 102 aufgetragen. applied. Die Lotverbindung the solder connection 102 102 weist ein Lotmaterial auf, beispielsweise handelt es sich um ein Gold-(Au-) und Zinn-(Sn-)haltiges Lot (AuSn-Lot). has a solder material, for example, there is a gold (Au) and tin (Sn) containing solder (AuSn solder). Beispielhaft kann ein AuSn-Lot mit einem 80%iger Massenanteil an Au verwendet werden, deren Schmelzpunkt bei 280°C liegt. By way of example can be used at a Au-AuSn solder with a 80% mass fraction, the melting point is 280 ° C. Die Lotverbindung the solder connection 102 102 wird beispielsweise in Form einer Lotpaste aufgebracht. is applied, for example in the form of a solder paste. Alternativ kann die Lotverbindung Alternatively, the solder joint 102 102 auch durch andere Verfahren, bspw. durch physical vapor deposition (PVD) oder als Galvanikschicht aufgebracht werden. by other methods, eg. by electroplating layer are applied as physical vapor deposition (PVD) or.
  • In einem letzten Schritt wird ein epitaktisch aufgewachsener Halbleiterkörper (Epitaxiekörper) In a final step, an epitaxially-grown semiconductor body (Epitaxiekörper) 104 104 aufgebracht und durch ein Verfließen und ein Wiedererstarren der Lotverbindung and applied by a reflowing of the solder connection and resolidification 102 102 an dem Ersatzträger on the replacement carrier 100 100 befestigt. attached.
  • Der Epitaxiekörper the Epitaxiekörper 104 104 wird zunächst auf einem Epitaxieträger aufgewachsen, beispielsweise durch ein epitaktisches Aufwachsen eines Halbleitermaterials, bspw. eines III–V Halbleiters, und anschließend von dem Epitaxieträger abgelöst. is first grown on a Epitaxieträger, for example by epitaxial growth of a semiconductor material, eg. a III-V semiconductor, and then peeled from the Epitaxieträger. Beispielsweise werden diskrete Halbleiterbauelemente, so wie optoelektronische Bauelemente, sehr häufig mittels einer solchen Dünnfilmtechnik hergestellt. For example, discrete semiconductor components, such as optoelectronic devices very often prepared by means of such thin-film technique. Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift [1] dargestellt, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug mit in die Beschreibung aufgenommen wird. A basic principle of a thin-film LED chip is illustrated for example in document [1], the disclosure of which is hereby incorporated by reference to the description. Weitere Beispiele eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind aus den Druckschriften [2] und [3] bekannt, deren Offenbarungsgehalte insofern hiermit ebenfalls durch Rückbezug mit in die Beschreibung aufgenommen werden. Further examples of a thin-film light-emitting chips are known from the references [2] and [3], the disclosures of which are hereby incorporated so far in the description by reference also with.
  • Bei dem Aufbringen des Epitaxiekörpers In the application of the Epitaxiekörpers 104 104 oder bei einem anschließenden Fehlbetrieb des Halbleiterbauelements kann der Ersatzträger or at a subsequent malfunction of the semiconductor device of the replacement carrier may 100 100 mit einer lothaltigen Schmelze, bspw. einer AuSn-Schmelze, in Kontakt kommen. lothaltigen come up with a melt, for example. AuSn melt in contact. Dadurch verliert eine Grenzfläche Thereby losing an interface 106 106 zwischen der Lotverbindung between the solder joint 102 102 und dem Ersatzträger and the substitute carrier 100 100 an Planarität, dh sie wird aufgeraut. of planarity, ie it is roughened.
  • Es können Hohlräume entstehen, die sowohl eine elektrische als auch eine thermische Leitfähigkeit verschlechtern. It can cavities are formed which degrade both an electrical and thermal conductivity. Zusätzlich kann der Schmelzpunkt der Lotverbindung abgesenkt werden, wodurch eine Delamination des Epitaxiekörpers In addition, the melting point of the solder can be lowered, whereby delamination of the Epitaxiekörpers 104 104 von dem Ersatzträger from the substitute carrier 100 100 hervorgerufen werden kann. may be caused. Insgesamt beeinträchtigen die Störungen eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung zwischen Epitaxiekörper Overall, the noise is interfering with a reliable and permanent connection between Epitaxiekörper 104 104 und Ersatzträger and spare carrier 100 100 . ,
  • 2 2 eine schematische Aufsicht auf einen Waferverbund a schematic plan view of a wafer assembly 200 200 mit einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen with a plurality of semiconductor devices 202 202 - 210 210 . , Der Waferverbund The wafer assembly 200 200 weist einen Ersatzträger has a spare carrier 212 212 auf, auf dem die Halbleiterbauelementen , on which the semiconductor devices 202 202 - 210 210 aufgebracht sind. are applied. Er kann ein Halbleiterwafer sein. It may be a semiconductor wafer. Der Halbleiterwafer beinhaltet ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Germanium. The semiconductor wafer includes a semiconductor material such as germanium. Die Halbleiterbauelemente The semiconductor components 202 202 - 210 210 sind aus einer epitaktisch aufgewachsenen Halbleiterschichtfolge hergestellt. are made of an epitaxially grown semiconductor layer sequence. Bei der Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen werden beispielsweise III–V Verbindungshalbleiter verwendet, wie Galliumnitrid (GaN) oder Indiumnitrid (InN). In the production of optoelectronic semiconductor components III-V compound semiconductors are used, for example, such as gallium nitride (GaN) or indium nitride (InN). Weiter mögliche Beispiele für nutzbare Halbleitermaterialien sind sogenannte Gruppe 15-Komponenten, wie bspw. Aluminium-Gallium-Indium-Phosphit (AlGaInP) oder Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAS). Furthermore, possible examples of useful semiconductor materials are so-called group 15 component, such as, aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP), or aluminum gallium arsenide (AlGaAs). Die vielfachen Strukturen und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen sind dem Fachmann bekannt und müssen an dieser Stelle hier nicht erläutert werden. The multiple structures and methods of manufacturing of semiconductor devices are known in the art and need not be explained here here. Die bei Anlegen einer elektrischen Spannung in der aktiven Zone erzeugte Strahlung wird über eine aktive Seite der Halbleiterbauelemente ausgestrahlt. The radiation generated when an electrical voltage in the active zone is irradiated with an active side of the semiconductor devices. Die aktive Seite ist in der Aufsicht des Waferverbunds The active site is under the supervision of the wafer assembly 100 100 schematisch dargestellt. shown schematically.
  • 3 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Testsystems für ein Verfahren zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht shows a schematic representation of a test system for a method for controlling a between a metal layer 102 102 und einer Halbleiterschicht and a semiconductor layer 100 100 ausgebildeten Grenzfläche formed interface 106 106 (Probe). (Sample). Das Testsystem weist eine Strahlungsquelle The test system comprises a radiation source 300 300 auf, die eine Infrarotstrahlung on which an infrared radiation 302 302 erzeugt. generated. Dabei handelt es sich vorzugsweise um mittel- bis langwellige Infrarotstrahlung im Bereich von 100 THz bis 300 THz, dh bei einer Wellenlänge von etwa 3 μm bis 1 μm. It is preferably in the medium to long-wave infrared radiation in the range from 100 THz to 300 THz, that is, at a wavelength of about 3 microns to 1 micron. Die Infrarotstrahlung wird dabei vorzugsweise derartig gewählt, dass sie die Halbleiterschicht The infrared radiation is preferably selected such that it said semiconductor layer 100 100 möglichst verlustarm durchdringt. loss as possible penetrates. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Energie der eingestrahlten Infrarotstrahlung, dh die Energie der Strahlungsquanten E = hν, geringer ist als der Bandabstand (band-gap) des in der Halbleiterschicht vorgesehenen Halbleitermaterials. This is particularly the case when the energy of the irradiated infrared radiation, ie, the energy of the radiation quantum E = hv, is less than the band gap (band-gap) of in the semiconductor layer provided for the semiconductor material. So ist bei einem Siliziumbasierten Halbleiter insbesondere eine Infrarotstrahlung von ca. 300 THz, dh ca. 1 μm Wellenlänge, und bei einem Germaniumbasierten Halbleiter insbesondere eine Infrarotstrahlung von ca. 150 THz, dh ca. 2 μm Wellenlänge, geeignet. Thus, for a silicon based semiconductor is in particular an infrared radiation of about 300 THz, or about 1 micron wavelength, and a germanium-based semiconductors, in particular an infrared radiation of about 150 THz, or about 2 microns wavelength suitable.
  • Die Infrarotstrahlung The infrared radiation 302 302 dringt durch die Halbleiterschicht penetrates through the semiconductor layer 100 100 und wird an der Grenzfläche and at the interface 106 106 zu der Metallschicht to the metal layer 102 102 zumindest teilweise reflektiert. at least partially reflected. Ein nicht reflektierter Strahlungsanteil wird in der Metallschicht absorbiert. A non-reflected radiation component is absorbed in the metal layer. Ein reflektierter Strahlungsanteil A reflected radiation component 304 304 dringt zurück durch die Halbleiterschicht penetrates back through the semiconductor layer 100 100 und wird von einer Infrarotkamera and by an infrared camera 306 306 erfasst. detected. Entsprechend der Intensität der erfassten Strahlung wird von der Infrarotkamera Corresponding to the intensity of the detected radiation is of the infrared camera 306 306 ein Datensignal ausgegeben und an eine Auswerteeinheit output a data signal and to an evaluation unit 308 308 , bspw. einen Computer, übertragen. , For example, transferred. A computer. In der Auswerteeinheit In the evaluation unit 308 308 kann aufgrund der Positionierung von Strahlenquelle due to the positioning of radiation source 300 300 , Grenzfläche , Interface 106 106 und einer Eingangsöffnung der Infrarotkamera and an input port of the infrared camera 306 306 ein Reflexionsbild der auf der Grenzfläche reflektierten Strahlung a reflection image of the reflected radiation on the interface 304 304 ermittelt werden. be determined. Ein aus der reflektierten Strahlung A reflected from the radiation 304 304 bestimmtes, erfasstes Reflexionsbild wird mit einem unter Annahme einer ebenen, störungsfreien Grenzfläche erwarteten Reflexionsbild verglichen. particular, detected reflection image is compared with an expected under the assumption of a flat, uninterrupted surface reflectance image. Dadurch kann festgestellt werden, ob auf der Grenzfläche This can be determined if on the interface 106 106 Störungen, wie eine Unebenheit oder ein Hohlraum vorhanden sind. Disorders, such as a bump or a hollow space are provided. Eine entsprechende Information kann von der Auswerteeinheit A corresponding information can of the evaluation unit 308 308 ausgegeben werden. be issued. Dabei können zusätzlich weitere Maßnahmen vorgesehen sein, um die Auswertung zu optimieren. Here, further measures may be provided to optimize the analysis further. Beispielsweise kann ein spektrales Filter vorgesehen sein, um lediglich ein Streubild des reflektierten Strahlungsanteils For example, a spectral filter may be provided to only a scattered image of the reflected radiation component 304 304 zu erhalten. to obtain. Es sind dabei analoge oder digitale Filter denkbar. It analog or digital filters are conceivable. Weiterhin oder zusätzlich kann bspw. die Infrarotkamera Furthermore or additionally, for example, can. The infrared camera 306 306 gekühlt werden, um einen Rauschanteil bei der Erfassung des reflektierten Strahlungsanteils be cooled to a noise component in the detection of the reflected radiation component 304 304 zu verringern. to reduce.
  • Bei dem Reflexionsbild handelt es sich insbesondere um ein Bild des Ausschnitts der Grenzfläche In the reflection image is in particular to an image of the section of the interface 106 106 der von der Infrarotstrahlung of the infrared radiation 302 302 ausgeleuchtet wird, und der optisch von der Infrarotkamera is illuminated, and optically by the infrared camera 306 306 erfasst wird. is detected. Das so erfasste Bild wird mittels eines bildgebenden Verfahrens (Bildgebungsverfahren) in einen Datensatz gewandelt. The thus-captured image is converted by means of an imaging method (imaging method) in a record. Die Infrarotkamera The infrared camera 306 306 kann dabei ein Flächendetektor sein, so dass der Ausschnitt einem größeren Ausschnitt der Grenzfläche can be an area detector, so that the cut a larger section of the interface 106 106 oder sogar der gesamten Grenzfläche or even the entire interface 106 106 entspricht. equivalent. Ebenso kann der Ausschnitt sehr begrenzt sein, so dass nur ein kleiner Bereich der Grenzfläche Similarly, the cutout may be very limited, so that only a small area of ​​the interface 106 106 ausgeleuchtet sein muss. must be illuminated. Je nach Bildgebungsverfahren wird so ein leicht unterschiedliches Reflexionsbild erhalten, das sich beispielsweise in der Auflösung des Reflexionsbilds unterscheidet. Depending on the imaging method, a slightly different reflection image is thus obtained, which differs, for example, in the resolution of the reflectance image.
  • Durch die Ausleuchtung der Grenzfläche kann das beschriebene Verfahren auch bei Zimmertemperatur bzw. bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt werden. By the illumination of the boundary surface, the method described can also be carried out at room temperature or at relatively low temperatures. Die Grenzfläche The interface 106 106 muss nicht weiter erwärmt werden. must not be heated.
  • Das erwartete Reflexionsbild entspricht einem Reflexionsbild der Grenzfläche The expected reflection image corresponds to a reflection image of the interface 106 106 , das für eine schädigungsfreie Oberfläche erwartet würde. Which would be expected for damage-free surface. Das erwartete Reflexionsbild erscheint in aller Regel homogen oder gleichmäßig strukturiert. The expected reflection image appears usually homogeneous or uniformly structured. Es kann sich beispielsweise aus einem über die gesamte Grenzfläche It can, for example, from a across the entire interface 106 106 gebildeten Mittelwert des erfassten Bilds ergeben. yield formed mean value of the captured image. Ebenso können regelmäßige Strukturen in der Grenzfläche berücksichtigt sein. Likewise, regular structures may be included in the interface. Bei einem Vergleich des erwarteten Reflexionsbilds mit dem erfassten Reflexionsbild werden Auffälligkeiten ermittelt, die aus einem homogenen, bzw. regelmäßigen Bild herausfallen. In a comparison of the expected reflectance image with the detected reflection image irregularities are determined, the fall out of a homogeneous and regular image. Diese Auffälligkeiten sind ein Hinweis auf eine Störung an der Grenzfläche These abnormalities are an indication of a disturbance at the interface 106 106 . ,
  • Die Strahlungsquelle The radiation source 300 300 kann eine beliebige Infrarotquelle sein. can be any infrared source. Sie kann eine fokussierte Strahlungsquelle, wie beispielsweise eine Infrarot-LED oder ein Infrarot-Laser sein. It may be a focused radiation source, such as an infrared LED or an infrared laser. Sie kann ebenfalls eine flächige Strahlungsquelle, wie eine Infrarot-Lampe, bspw. ein Halogenstrahler, sein. You may also have a flat radiation source such as an infrared lamp, for example. A halogen spotlight, be. Je nach Ausgestaltung des Testsystems können auch optische Elemente zur Strahlungsformung, Strahlungsführung und/oder zur spektralen Filterung der Infrarotstrahlung Depending on the configuration of the test system and optical elements for shaping radiation, the radiation guide and / or for spectral filtering of the infrared radiation can 302 302 vorgesehen sein. be provided.
  • Es ist möglich, dass eine fokussierte Infrarotstrahlung It is possible that a focused infrared radiation 302 302 bereitgestellt wird, mit der die Grenzfläche is provided with the interface 106 106 rasterartig sukzessive lokal ausgeleuchtet wird. is grid-like illuminated successively locally. Wird dies bei der Erfassung und Auswertung des reflektierten Strahlungsanteils If this is in the collection and evaluation of the reflected radiation component 304 304 in der Auswerteeinheit in the evaluation unit 308 308 berücksichtigt, so entsteht ein erfasstes Reflexionsbild in Form eines rasterartig abgetasteten Bilds der Grenzfläche taken into account, the result is a detected reflection image in the form of a raster scanned image of the interface 106 106 . , Die Rasterung kann dabei kleine Ausschnitte oder auch punktförmig der Grenzfläche abtasten. The grid can thereby scan small parts or point-like the interface. Das erfasste, aus den Rastern zusammengesetzte Reflexionsbild wird von der Auswerteeinheit The detected, composed of the reflection raster image by the evaluation unit 308 308 mit einem erwarteten Reflexionsbild verglichen. compared with an expected reflection image.
  • Ebenso ist des denkbar, dass die Strahlungsquelle the It is also conceivable that the radiation source 300 300 die gesamte Grenzfläche mit Infrarotstrahlung the entire interface with infrared radiation 302 302 ausleuchtet und die Auswerteeinheit illuminates and the evaluation unit 308 308 rasterartig sukzessive Abschnitte der Grenzfläche grid-like successive portions of the interface 106 106 erfasst und auswertet, um anschließend ein Gesamtbild der Grenzfläche and evaluates to subsequently an overall picture of the interface 106 106 erstellen bzw. auswerten zu können. create and evaluate to.
  • In beiden Möglichkeiten der Rasterung entkoppelt sich die Auflösung der Infrarotkamera In both ways of screening the resolution of the infrared camera decoupled 306 306 von der Auflösung des Verfahrens. by the resolution of the method.
  • Das Testsystem kann eine Probe aus einem beliebigen Herstellungsschritt eines Halbleiterprozesses aufnehmen, solange die Halbleiterschicht The test system can receive a sample from any manufacturing step of a semiconductor process, as long as the semiconductor layer 100 100 nicht durch Infrarotreflektierende oder Infrarotabsorbierende (Infrarotabschattende) Elemente bedeckt ist. not by infrared reflecting or infrared absorbing (Infrarotabschattende) elements is covered. So kann es zur Kontrolle der Grenzfläche einer Dünnfilm-LED eingesetzt werden, zumindest solange auf einem Ersatzträger keine metallischen Kontaktanschlüsse vorgesehen sind. Thus, it can be used to control the interface of a thin-film LED, at least as long as no metallic contact terminals are provided on a replacement carrier. Ebenso kann es bei der Herstellung von Dünnfilm-Leistungshalbleitern eingesetzt werden, zumindest solange keine Kontaktanschlüsse oder eine metallische Wärmesenke aufgetragen wurde, oder eine andere Rückseitenmetallisierung vorgesehen ist. it can be used in the manufacture of thin-film power semiconductors as well, at least no contact terminals or a metallic heat sink was applied as long as, or other back-side is provided.
  • 4 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche. shows a schematic flow diagram of a method for controlling a space formed between a metal layer and a semiconductor layer interface. In einem ersten Schritt In a first step 400 400 wird eine zwischen einer Halbleiterschicht und einer Metallschicht ausgebildete Grenzfläche mit Infrarotstrahlung bestrahlt. an opening formed between a semiconductor layer and a metal layer interface is irradiated with infrared radiation.
  • In einem zweiten Verfahrenschritt In a second process step 402 402 wird eine an der Grenzfläche reflektierte Strahlung erfasst. detecting a reflected radiation at the interface. Aus der reflektierten Strahlung wird ein erfasstes Reflexionsbild bestimmt. From the reflected radiation detected a reflection image is determined. In einem dritten Verfahrensschritt In a third method step 404 404 wird das erfasste Reflexionsbild mit einem erwarteten Reflexionsbild verglichen. the detected reflection image is compared with an expected reflection image. Aus dem Vergleich ergibt sich, ob auf der Grenzfläche Störungen vorliegen. From the comparison, arises whether there are on the interface problems. Dabei kann bestimmt werden, um welche Störungen es sich handelt. It can be determined by which interference is. Je nach Art der Störung kann diese ignoriert oder evtl. behoben werden. Depending on the nature of the disorder, it can be ignored or possibly eliminated. Handelt es sich um eine erhebliche Störung, so kann eine entsprechende Information ausgegeben werden. If it is a major disruption, a corresponding information can be output. Aufgrund dieser Information kann beispielsweise ein vereinzeltes Bauelement während des Herstellungsprozess aussortiert werden. Based on this information an isolated component can for example be sorted out during the manufacturing process.
  • ABSCHLIESSENDE FESTSTELLUNG FINAL ADOPTION
  • Das Verfahren zur Kontrolle einer zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ausgebildeten Grenzfläche wurde zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. The method of controlling a groove formed between a metal layer and a semiconductor layer interface has been described for illustrating the concept underlying the basis of some exemplary embodiments. Die Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte Merkmalskombinationen beschränkt. The embodiments are not limited to particular combinations of features. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Although some features and configurations have been described only in connection with a particular embodiment or individual exemplary embodiments, they can each be combined with other features from other embodiments. Es ist ebenso möglich, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre realisiert bleibt. It is also possible to omit or add, as far as the general technical teaching is realized in embodiments, individual features shown or special configurations. Insbesondere ist es denkbar, dass unterschiedliche Verfahrensschritte in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, soweit dies technisch möglich ist. In particular, it is conceivable that different process steps are performed in any order, as far as technically possible.
  • LITERATUR LITERATURE
  • In diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert: In this document, the following publications are cited:
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 100 100
    Ersatzträger/Halbleiterschicht Spare carrier / semiconductor layer
    102 102
    Metallschicht metal layer
    104 104
    Epitaxieschicht epitaxial layer
    106 106
    Grenzfläche interface
    200 200
    Waferverbund wafer assembly
    202–210 202-210
    Halbleiterbauelemente Semiconductor devices
    212 212
    Ersatzträger replacement carrier
    300 300
    Strahlungsquelle radiation source
    302 302
    Infrarotstrahlung infrared radiation
    304 304
    Reflektierte Infrarotstrahlung Reflected infrared radiation
    306 306
    Infrarot-Kamera Infrared camera
    308 308
    Auswerteeinheit evaluation
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • EP 0905797 A2 [0045] EP 0905797 A2 [0045]
    • WO 02/13281 [0045] WO 02/13281 [0045]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur Cited non-patent literature
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Claims (10)

  1. Verfahren zur Kontrolle einer zwischen einer Halbleiterschicht ( A method for controlling a (between a semiconductor layer 100 100 ) und einer Metallschicht ( ) And a metal layer ( 102 102 ) gebildeten Grenzfläche ( ) Formed interface ( 106 106 ) eines Dünnfilm-Halbleiterbauelements mit: – Bestrahlen der Grenzfläche ( ) Of a thin film semiconductor device comprising: - irradiating the interface ( 106 106 ) mit Infrarotstrahlung ( ) (With infrared radiation 302 302 ); ); – Erfassen von reflektierte Infrarotstrahlung ( - detecting reflected infrared radiation ( 304 304 ) und – Vergleichen eines erfassten Reflexionsbilds mit einem erwarteten Reflexionsbild. ) And - comparing a detected reflectance image with an expected reflection image.
  2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, wobei das Bestrahlen von Seite der Halbleiterschicht ( A method according to claim 1, wherein said irradiating side of the semiconductor layer ( 100 100 ) erfolgt. ) he follows.
  3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Infrarotstrahlung ( A method according to any of the preceding claims, wherein the infrared radiation ( 302 302 ) durch eine Infrarotquelle ( ) (By an infrared source 300 300 ) bereitgestellt wird. ) provided.
  4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Infrarotstrahlung ( A method according to any of the preceding claims, wherein the infrared radiation ( 302 302 ) derartig gewählt ist, dass sie die Halbleiterschicht ( ) Is chosen such that it (the semiconductor layer 100 100 ) verlustarm durchdringt. penetrates) losses.
  5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Infrarotstrahlung ( A method according to any of the preceding claims, wherein the infrared radiation ( 302 302 ) eine Mittenfrequenz von 100 THz bis 300 THz, insbesondere 150 THz, aufweist. ) Having a center frequency of 100 THz to 300 THz, in particular 150 THz.
  6. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei die Halbleiterschicht ( A method according to any of the preceding claims, wherein the semiconductor layer ( 100 100 ) Teil eines eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen ( ) Is part of a plurality of semiconductor devices ( 202 202 - 210 210 ) umfassenden Waferverbunds ( ) Wafer assembly comprising ( 200 200 ) ist. ) Is.
  7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, das rasterartig über einzelne Abschnitte der Halbleiterschicht ( A method according to any of the preceding claims, the grid-like (about individual sections of the semiconductor layer 100 100 ) durchgeführt wird. ) is carried out.
  8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, das während eines Herstellungsprozess des Dünnfilm-Halbleiterbauelements durchgeführt wird. A method according to any of the preceding claims, which is carried out during a manufacturing process of the thin film semiconductor device.
  9. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche, das vor einem Beschichten einer der Grenzfläche ( A method according to any of the preceding claims, which (prior to coating one of the interface 106 106 ) gegenüberliegenden Oberfläche der Halbleiterschicht ( ) Opposite surface of the semiconductor layer ( 100 100 ) mit einer Rückseitenmetallisierung durchgeführt wird. ) Is carried out with a back-side.
  10. Testsystem, das derart eingerichtet ist, dass es die Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche durchführen kann. Test system which is set up such that it can perform the method steps of a method according to any one of the preceding claims.
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