EP2331942A1 - Messverfahren für eine halbleiterstruktur - Google Patents

Messverfahren für eine halbleiterstruktur

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EP2331942A1
EP2331942A1 EP09778178A EP09778178A EP2331942A1 EP 2331942 A1 EP2331942 A1 EP 2331942A1 EP 09778178 A EP09778178 A EP 09778178A EP 09778178 A EP09778178 A EP 09778178A EP 2331942 A1 EP2331942 A1 EP 2331942A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
semiconductor structure
evaluation
evaluations
radiation
luminescence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09778178A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Wilhelm Wurfel
Martin Schubert
Martin Kasemann
Wilhelm Warta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Publication of EP2331942A1 publication Critical patent/EP2331942A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6489—Photoluminescence of semiconductors
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers

Definitions

  • a part of the recombination of the Mino ⁇ tatsladungstrager is radiant, thus producing photons emitted by the surfaces
  • Their intensity is an absolute measure of the concentration of Mino ⁇ tatsladungstrager
  • the spectrum of the emitted radiation, the so-called luminescence is thereby by reabsorption of the photons within the emitting Materials influenced Since the absorption probability for short-wave light is usually greater than for long-wave light, the intensity of the short-wave light is more a measure of the concentration of Mino ⁇ tatsladungstrager in the vicinity of the emitting surface, while long-wave light is more of a measure of the
  • Luminescence radiation The extent to which pure diffusion and supersonic recombination affect it is unknown. Such a measurement merely establishes a relationship between possible values of the true diffusion length and the surface recombination velocity. Since different combinations of the two magnitudes produce the same measurement result, one of the In the following, the relationship of diffusion length and surface recombination velocity always means combinations of possible values of the two magnitudes that are contracted with the measured effective diffusion length
  • the evaluations are each assigned a cutoff wavelength, so that essentially only luminescence radiation is measured up to the cutoff wavelength and evaluated accordingly.
  • the spectral weighting thus takes place by definition of the cutoff wavelength
  • the limiting wavelengths for the two evaluations are selected differently, so that the relationship between the diffusion length of the charge carriers and the surface recombination speed can be determined by comparing the two evaluations such as, for example, a quotient of the respectively measured intensities of the luminescence radiation.
  • the quotient formation has the advantage that all factors are thereby eliminated , which leave the emitted spectrum unchanged, such as voltage variations due to different series resistances in electroluminescence or inhomogeneous illumination in photoluminescence
  • the relationship between the diffusion length of the charge carriers and the surface recombination velocity can be determined with this method. If one of the variables is now known or can be determined by different measurements, then the remaining large can be deduced on the basis of the established relationship
  • the object of the present invention is to simplify and improve the known measuring method and to provide a broader application possibility
  • At least a third evaluation for example the intensity from a third spectral range, is additionally used to determine the deviation of the charge carrier distribution caused by surface recombination from the distribution expected for pure diffusion and from this the size of the
  • the method according to the invention for the determination of diffusion length and surface recombination speed with the aid of the luminescence radiation can be applied to all types of semiconductors or semiconductor structures, ie to those with direct as well as indirect optical transitions as well as to inorganic and organic semiconductors
  • semiconductor structure designates a structure which is based on a semiconductor and may have further components, such as further semiconductor layers, electrically passivating layers on the surfaces and / or layers for reducing the reflection of optical radiation. Likewise, dopings are in partial regions for formation a pn junction possible. and metallizations on the surfaces, for the supply or removal of charge carriers
  • the erfmdungsgedorfe measuring method for a semiconductor structure having a front and a back side comprises the following method steps
  • a relationship is determined for this semiconductor structure between the electrical material quality of the semiconductor structure and the electrical property of at least one side of the semiconductor structure (ie the front and / or the back).
  • Context here and hereinafter means that when specified It is within the scope of the invention that further parameters are taken into account for determining the relationship, such as the basic doping of the semiconductor structure or characteristics of the measuring apparatuses used and / or optical filters
  • the material quality of the semiconductor structure is described by means of the diffusion length of the charge carriers of minerals and the electrical property of at least one side over the
  • the abovementioned relationship is determined depending on a first evaluation A1 of the measured intensity of the luminescence radiation with a first spectral weighting with respect to the luminescence radiation considered in the first evaluation and dependent on a second evaluation A2 of the measured intensity of the luminescence radiation with a second spectral weighting with respect to the luminescence radiation Evaluation A2 considered luminescence radiation
  • A1 and A2 only the luminescence radiation emitted to one side of the semiconductor structure (front or back) is taken into account
  • the spectral weighting of the first evaluation A1 and the second evaluation A2 are different
  • step B at least a third evaluation A3 of the measured intensity of the luminescence radiation is carried out.
  • the three evaluations A1, A2 and A3 differ with respect to the spectral weighting with respect to the luminescence radiation considered in the respective evaluation and / or with respect to the side of the semiconductor structure whose radiated luminescence radiation is taken into account in the evaluation
  • any two of the three evaluations differ either in terms of the spectral weighting or in that in one evaluation the luminescence radiation emitted to the front is taken into account and in the other evaluation the luminescence radiation emitted to the rear side is taken into account or they differ both with regard to the spectral weighting and the in the evaluation considered side of the semiconductor structure
  • the material quality of the semiconductor structure and / or the electrical property of at least one surface of the semiconductor structure is determined.
  • the term "dependent on” here and below means that the evaluations mentioned are essential parameters for determining the above-mentioned In the context of the invention, the determination depends on further parameters, in particular on physical material parameters of the investigated semiconductor structure or characteristic quantities of the measuring apparatus used or on optical systems used Filter With the inventive method, it is thus possible to determine the Mate ⁇ alqualitat and / or the surface properties, without that one of these two large must be previously known in particular with the inventive method, the determination of both the diffusion length of Mino ⁇ tatsladungstrager, and the
  • the invention is based on the Applicant's finding that the at least one additional evaluation A3 compared to the previously known measuring methods by the fact that it differs from the other two evaluations with respect to the spectral weighting and / or the considered side of the semiconductor structure, provides the necessary additional information, in order to determine from the relationship between material quality of the semiconductor structure and electrical surface property of at least one of the sides of the semiconductor structure exactly one pair of values for the material quality and the electrical surface property
  • the measuring method according to the invention is suitable for use in inorganic and organic semiconductors, both with direct and indirect optical transitions, in particular in the case of silicon and solar cells produced from silicon, or their precursors during production
  • step B a first relationship between the diffusion length of the semiconductor structure and the surface recombination velocity of at least one side of the semiconductor structure is determined in step B.
  • a second pair of evaluations becomes a second relationship between the diffusion length of the semiconductor structure and the surface recombination velocity of at least one side determines the semiconductor structure, wherein in the first and in the second context the same page is used.
  • the first and second pairs of evaluations differ in at least one evaluation and a value pair (eg a combination of diffusion length of the minor charge carriers and surface recombination speed) is determined which is common to both the first and the second pair second context corresponds
  • a first relationship is determined on the basis of the evaluation A1 and A2 and a second relationship on the basis of the evaluation A1 and A3 and a single value pair for these two relationships diffusion length and surface recombination velocity, which corresponds to both relationships
  • the spectral weighting is realized in that the first evaluation A1 is assigned a first limit wavelength ⁇ ], such that essentially only radiation with a wavelength smaller than or equal to ⁇ is taken into account in the evaluation A1
  • Limit wavelength thus determines the spectral weighting of the evaluation A1 in this advantageous embodiment.
  • the evaluation A2 is assigned a second limit wavelength ⁇ 2 and the evaluation A3 is assigned a third limit wavelength ⁇ 3 and the limit wavelengths are selected such that
  • the absorption of radiation is usually described by absorption coefficients or by their reciprocal value, which applies as a measure of the penetration depth of the radiation into the absorbing medium.
  • the definition of cutoff wavelengths can therefore also be used as a definition of a penetration depth for interpret the luminescence radiation considered in the respective evaluation
  • the cutoff wavelengths become and ⁇ s are therefore determined as a function of the penetration depth for radiation in the semiconductor structure and the thickness of the semiconductor structure, ie in particular depending on the absorption coefficient for the corresponding material of the semiconductor structure
  • ⁇ is advantageously chosen so that the penetration depth is less than 50% of the thickness that ⁇ 2 is chosen such that the penetration depth is between 50% and 150% of the thickness and that ⁇ 3 is selected such that the penetration depth> 100% the thickness is
  • a further improvement of the measurement is achieved if the abovementioned penetration depths for ⁇ j are less than 30% of the thickness, for ⁇ 2 between 80% and 120% of the thickness and for ⁇ 3 more than 150% of the thickness the Whitneywellen GmbH be chosen such that for ⁇ i the penetration depth is less than 10%, for ⁇ ⁇ the penetration depth in about 100% and for ⁇ 3 d ⁇ e penetration depth more than 300% of the thickness
  • the different penetration depths of the selected cutoff wavelengths are a measure of what influence the surface of the semiconductor has on the evaluation based on this cutoff wavelength.
  • the advantageous choice of the cutoff wavelengths as described above therefore enables a good separation of the influence of surface properties and electrical material properties of the semiconductor structure
  • the first evaluation A1 is thus associated with the lowest penetration depth with respect to the evaluated luminescence. Investigations by the Applicant have shown that good evaluability is given, in particular, when the evaluation A1 with the limit wavelength ⁇ i is used both for the determination in the aforementioned advantageous embodiment the first and the second context is used, in particular, that the first connection depending on the evaluation A1 and A2 and the second relationship is determined depending on the evaluation A1 and A3
  • the evaluations A1 to A3 take into account luminescence radiations which are radiated from the same side of the semiconductor structure, ie a measurement side is defined which is the front or the back side of the semiconductor structure and the evaluations A1 to A3 only take into account the measured luminescence radiation emitted on the measuring side
  • the evaluations differ by the side of the semiconductor structure whose radiated luminescence radiation is taken into account in the respective evaluation
  • a first and a second measurement side is defined, wherein the first measurement side is the front or rear side of the semiconductor structure and the second measurement side is the side of the semiconductor structure opposite the first measurement side
  • step B at least a fourth evaluation A4 of the measured intensity of the luminescence radiation is made.
  • Evaluations A1 and A3 are assigned a limiting wavelength ⁇ , such that essentially only radiation with a wavelength smaller than or equal to ⁇ is taken into account in the evaluations A1 and A3
  • the evaluations A2 and A4 are assigned a second limit wavelength ⁇ "
  • evaluations A1 and A2 are assigned the first measurement page, so that only the measured luminescence radiation emitted on the first measurement side is taken into account in these evaluations.
  • the second measurement side is assigned to the evaluations A3 and A4 in the same way
  • the cut-off wavelength ⁇ selected according to the above conditions for ⁇ and the cutoff wavelength ⁇ "according to the above conditions for ⁇ 3 by the significantly different penetration depths of the Grenzwellen GmbH ⁇ j and ⁇ 3 , the accuracy of the evaluation is further improved
  • the penetration depth is in each case defined starting from the side of the semiconductor structure, are injected from the Minoritatsladungstrager at Elektrolummeszenz by applying a voltage or is illuminated in the photoluminescence
  • the erfmdungsgedorfe method is particularly suitable for measuring a solar cell or a precursor in the manufacture of a solar cell. It is advantageous that the luminescence is generated by a voltage applied to the contacts of the solar cell, d h is an electroluminescent radiation
  • a voltage is selected for this purpose which corresponds approximately to the voltage of the solar cell at the operating point.
  • the operating point designates the point on the characteristic line of the solar cell in which the product of current and voltage gives the maximum power
  • the luminescence radiation is generated in step A by illuminating the semiconductor structure with an excitation radiation, ie the luminescence radiation is photoluminescence radiation
  • the spectrum of the excitation radiation substantially smaller includes only wavelengths of a boundary wavelength ⁇ A ⁇ A ⁇ st selected such that the penetration depth the excitation radiation is less than 10%, in particular less than 5% of the thickness of the semiconductor structure
  • the illumination of the semiconductor structure takes place from a lighting side, which is the front or the back side of the semiconductor structure and that only luminescence radiation is considered in the evaluations, which is radiated from the side of the semiconductor structure opposite the illumination side
  • the semiconductor structure thus additionally serves as an optical filter in order to avoid influencing the measurement of the luminescence radiation by the excitation radiation
  • At least two evaluations differ in that in one evaluation the semiconductor structure is illuminated from the front side and in the other evaluation the semiconductor structure is illuminated from the back side Measurement conditions for the two evaluations achieved
  • This embodiment has the advantage that, for example, only one side of the semiconductor structure in the measuring device, a detector must be arranged and only one radiation source is arranged on two sides, for acting on the front or the back with excitation radiation
  • radiation sources are significantly cheaper compared to detectors, in particular spatially resolving detectors, so that a measuring device with two
  • Radiation sources and a detector compared to a measuring device with two detectors and a radiation source is much cheaper
  • the measuring signal of the camera is thus a measure of the intensity of the luminescence radiation.
  • inventive method spatially resolved, for example by using a spatially resolving camera for this purpose.
  • Methods are already known and described for example in cube, P et al, aa O
  • the erfmdungsgelauten method thus the Diffusionlange the Mino ⁇ tatsladungstrager and / or the surface recombination velocity determined spatially resolved for a variety of location points of the semiconductor structure, ie there is a so-called "Mappmg" of the respective physical sizes performed
  • this therefore comprises the following method steps
  • This determination is carried out spatially resolved, so that in each case diffusion length and surface recombination speed are determined for this area for different areas of the semiconductor structure.
  • a CCD camera is used for such a spatially resolved determination, so that for each pixel of the the CCD camera detected image, a diffusion length and a surface recombination speed for the associated region of the semiconductor structure can be determined
  • step n the luminescence radiation theoretically expected for a location-independent voltage is calculated for each location of the determination carried out in step 1. This calculation is made as a function of the diffusion length and the surface recombination speed determined for the respective location point in step 1
  • step 1 the quotient of the luminescence radiation measured in step 1 and the luminescence radiation calculated in step n are formed for each pixel. All the intensity fluctuations observed in step 1 were obtained only by varying the diffusion length and / or the
  • step A the luminescence radiation is generated in a flat manner in the semiconductor structure
  • the luminescence radiation in step A when generating the luminescence radiation in step A by acting on the semiconductor structure with an excitation radiation, it is advantageous to apply at least one side of the semiconductor structure ganzflachig excitation radiation in step A.
  • the ganzflachige generation of luminescence has the advantages that parallel to the front or back of the Solar cell are present in approximately identical measurement conditions and that a ganzflachige, spatially resolved measurement of the generated luminescence radiation is possible
  • step B it is advantageous in the inventive method in step B to measure the luminescence radiation ganzflachig, especially in a spatially resolved, imaging method
  • the use of a camera as a detector is advantageous, especially a CCD camera
  • the ganzflachige, spatially resolved measurement (also "mapping" has the advantage over scanning methods, in which a point detector is moved over the semiconductor structure, that the measurements can be carried out much faster
  • illumination intensities of 1 sun are therefore advantageously the semiconductor structure in the method according to the invention with radiation of an intensity in the range of 10 mW / cm 2 to 1 000 mW / cm 2 , in particular an intensity of about 100 mW / cm 2 applied
  • the semiconductor structure when acted upon by radiation, it is acted upon by non-modulated equalizer.
  • the advantage is achieved that there are no measuring conditions that change on a short time scale and thus resulting effects do not need to be considered
  • Embodiment of the erfmdungsgedorfen measurement method in which only emitted from the front of the semiconductor structure luminescence radiation is evaluated and
  • Figure 2 is a measuring device for execution of another
  • the measuring apparatus illustrated in FIG. 1 is used to measure a semiconductor structure 1 having a front side 1 a and a rear side 1 b.
  • the measuring apparatus comprises a camera 2 designed as a CCD camera with an objective 2 a.
  • the objective 2 a is embodied in this way and the semiconductor structure is arranged such that that luminescence radiation emitted by the front side 1 a of the semiconductor structure 1 is imaged via the objective 2 a onto a CCD chip (not shown) in the camera 2.
  • the perpendicular to the plane in Figure 1 standing front 1 a is thus surveyed spatially resolved at 1024 x 1024 points
  • an optical Filtervor ⁇ chtung 3 is arranged, of which in Figure 1 by way of example three lenticular filters are shown
  • the Filtervor ⁇ chtung 3 is designed such that depending on zugebuchten control signals different filters are introduced into the beam path between the semiconductor structure 1 and the lens 2 a of the camera 2
  • the luminescence radiation in the semiconductor structure 1 is generated in the device shown in Figure 1 via a light source 4, it is thus photoluminescence
  • the light source 4 is designed as a laser that generates light radiation with a wavelength of about 700 nm and includes a lens assembly by means of of which the laser radiation is flat and approximately homogeneous on the back side 1 b of the semiconductor structure 1 is mapped
  • the measuring device in Figure 1 further comprises a control and evaluation unit, not shown, which is designed as a computer
  • the computer is connected to both the light source 4, the Filtervor ⁇ chtung 3, and the camera 2, for controlling these elements and for storing and evaluating the Measuring signals of the camera 2
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the measuring method according to the invention, applied to silicon as a semiconductor material, is carried out with the measuring device shown in FIG. 1 as follows
  • luminescence radiation is generated in the semiconductor structure 1 for this purpose, the back side 1 b is fully flat and approximately homogeneously charged with radiation of wavelength 700 nm of the light source 4 The radiation penetrates into the semiconductor structure 1 and generates there electron-hole pairs The corresponding recombination of electron Hole pairs generated luminescence, which is emitted, inter alia, on the front side 1 a of the semiconductor structure 1
  • the Filtervor ⁇ chtung 3 has three different short-pass filter
  • the filter device 3 is controlled by the control unit such that a short-pass filter is swiveled in the beam path between semiconductor structure 1 and camera 2, which essentially only transmits radiation with a wavelength less than or equal to 900 nm.
  • this measuring step only the Front side 1 a radiated luminescence detected with a wavelength less than or equal to 900 nm from the camera 2 spatially resolved and the corresponding measurement signals of the CCD camera are stored in the evaluation
  • a second short-pass filter is pivoted into the beam path, which transmits only radiation smaller than or equal to 1000 nm, and the measuring signals of the CCD camera corresponding to this measuring step are stored separately by the evaluation unit
  • a short-pass filter is swiveled in, which merely transmits radiation with a wavelength of less than or equal to 1050 nm, and the associated measuring signals of the camera are likewise stored separately in the evaluation unit
  • the evaluation unit determines a first relationship between the diffusion length of the semiconductor structure 1 and the
  • the semiconductor structure 1 represents a precursor of a solar cell, which consists of a p-dot ⁇ erten silicon wafer, on the front side 1 a n-doped emitter was diffused
  • the surface recombination speed at the front 1 a is therefore irrelevant and for the evaluation is only the surface rekornbinations effet on the back 1 b relevant
  • the evaluation unit now determines a first relationship between the diffusion length of the Mino ⁇ tatsladungstrager in the semiconductor structure 1 and the surface recombination of the reverse side 1 b depending on the determined in the evaluations A1 and A2 numerical values It is particularly advantageous if the quotient of the determined numerical values from the evaluations A1 and A2 is formed, since effects which have a multiplicative effect on the measurement result have no influence on the evaluation
  • the evaluation unit now determines the value pair of diffusion length and surface recombination velocity, which corresponds to both the first and the second context Boundary wavelengths of the aforementioned short-pass filter differ the measurement conditions, so that only one value pair of diffusion length and surface recombination speed exists, which fulfills both relationships
  • FIG. 2 shows a development of the measuring device is shown in Figure 1, with which a further advantageous embodiment of the erfmdungsgedorfen measurement method can be performed
  • the measuring device in FIG. 2 additionally has a second camera 2 'designed as a CCD camera with a lens 2'a and a second filter device 3'
  • the two cameras 2 and 2 'and Filtervor ⁇ chtache 3 and 3' are arranged on opposite sides of the semiconductor structure 1 to be measured
  • the light source 4 which is also designed in Figure 2 as a laser with an output radiation in the range of 700 nm, arranged slightly laterally, wherein the optics of the light source 4 is designed such that the back side 1 b of the semiconductor structure 1 ganzflachig and is applied substantially homogeneously with the laser radiation
  • the luminescence radiation radiated from the front side 1a and accordingly with the camera 2 'and the filter device 3' can thus be measured by means of filter device 3 and camera 2, the luminescence radiation radiated from the back side 1b
  • the filter device 3 'additionally has a long-pass filter which only transmits radiation with the wavelength of 700 nm. This is necessary since the radiation of the light source 4 is partially reflected at the back side 1b and the measurement by means of the camera 2'.
  • the aforementioned long-pass filter avoids interference with the measurement due to the radiation of the light source 4
  • a first cutoff wavelength of 900 nm and a second cutoff wavelength of 1050 nm are defined.
  • the filter devices 3 and 3 ' are designed in such a way that optionally corresponding shortpass filters can be swiveled into the beam path between the semiconductor structure 1 and the camera 2 or camera 2'
  • the control and evaluation unit is connected to both Filtervor ⁇ chtitch and with both cameras
  • a first evaluation A1 with the first cutoff wavelength with respect to the luminescence radiation emitted by the front side 1a, a second evaluation A2 of the second cutoff wavelength with respect to the luminescence radiation emitted by the front side by means of the camera 2 and the filter device 3 is carried out accordingly A3 with the first cut-off wavelength of the radiated from the back 1 b
  • four numerical values, which in each case represent a measure of the intensity of the luminescence radiation, are thus available for the evaluation
  • the evaluation unit now determines from the evaluations A1 and A2 a first relationship and from the evaluations A3 and A4 a second relationship between the diffusion length of the charge carriers and the surface recombination speed of the backside 1b of the semiconductor structure 1
  • the measuring method which is carried out with the measuring device shown in FIG. 2, has a higher accuracy compared to the measuring method of the measuring device in FIG. 1, since the use of four evaluations and measurement of the luminescence radiation from two different sides of the semiconductor structure 1 achieves greater accuracy becomes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Rückseite, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Erzeugen von Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur, B Bestimmen eines Zusammenhangs für diese Halbleiterstruktur zwischen der Materialqualität der Halbleiterstruktur, insbesondere der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, und der elektrischen Eigenschaft mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur (Vorder- oder Rückseite), insbesondere einer Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Vorder- oder Rückseite, in Abhängigkeit von einer ersten Auswertung A1 sowie einer zweiten Auswertung A2 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit jeweils verschiedener spektraler Gewichtung. Sie ist durch mindestens eine zusätzliche dritte Auswertung A3 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung gekennzeichnet wobei sich die drei Auswertungen A1, A2 und A3 jeweils hinsichtlich der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und/oder bezüglich der Seite der Halbleiterstruktur, deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der Auswertung berücksichtigt wird, unterscheiden.

Description

Messverfahren für eine Halbleiterstruktur
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Ruckseite gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1
Bei optoelektronischen Bauelementen müssen die optischen und elektrischen Eigenschaften der verwendeten Materialien aufeinander angepasst sein So ist für Solarzellen wichtig, dass die innerhalb der Eindringtiefe des einfallenden Sonnenlichts erzeugten Minoπtatsladungstrager in der Lage sind, wahrend ihrer Lebensdauer, d h bevor sie rekombinieren, den für sie vorgesehenen Kontakt zu erreichen Dafür muss ihre Diffusionslange großer sein als die Eindringtiefe des Lichts Die Diffusionslange charakterisiert die Verteilung der Minoπtatsladungstrager in der Solarzelle aber nicht allem Durch Rekombination an den Oberflachen, charakterisiert durch deren Oberflachenrekombinations- geschwindigkeit, wird dort die Konzentration der Minoπtatsladungstrager zusätzlich erniedrigt, wodurch die durch reine Diffusion bedingte exponentielle Verteilung der Minoπtatsladungstrager verändert wird Die veränderte Verteilung wird durch eine effektive Diffusionslange charakterisiert Wahrend die Diffusionslange eine reine Mateπaleigenschaft ist, ist die
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit eine Eigenschaft des Bauelements Beide zusammen bestimmen die effektive Diffusionslange und damit, wie gut eine Solarzelle ihre Funktion erfüllen kann Ihre experimentelle Ermittlung ist von großer Bedeutung für die Qualitätssicherung von Solarzellen
Ein Teil der Rekombination der Minoπtatsladungstrager ist strahlend, erzeugt also Photonen, die durch die Oberflachen emittiert werden Ihre Intensität ist ein absolutes Maß für die Konzentration der Minoπtatsladungstrager Das Spektrum der emittierten Strahlung, der so genannten Lumineszenzstrahlung, wird dabei durch Reabsorption der Photonen innerhalb des emittierenden Materials beeinflusst Da die Absorptionswahrscheinlichkeit für kurzwelliges Licht meist großer ist als für langwelliges Licht, ist die Intensität des kurzwelligen Lichts mehr ein Maß für die Konzentration der Minoπtatsladungstrager in der Nahe der emittierenden Oberflache, wahrend langwelliges Licht mehr ein Maß für die
BESTÄTIGUNGSKOPIE Gesamtmenge der Minoπtatsladungstrager ist I n verschiedenen Spektralbereichen erhalt man unterschiedliche Beitrage von rekombinierenden Minoπtatsladungstragern aus unterschiedlichen Entfernungen von der emittierenden Oberflache
Es ist bekannt, dass durch Messung der emittierten Strahlung in 2 Spektralbereichen, einem kurzwelligen und einem langerwelligen, die effektive Diffusionslange bestimmt werden kann Es erfolgen somit zwei Auswertungen der emittierten Strahlung mit unterschiedlichen spektralen Gewichtungen bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten
Lumineszenzstrahlung In welchem Maße sich darin die reine Diffusion und die ÜberflachenreKomDination auswirken, ist unbekannt Mit einer solchen Messung wird lediglich ein Zusammenhang zwischen möglichen Werten der wahren Diffusionslange und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit hergestellt Da unterschiedliche Kombinationen der beiden Großen das gleiche Messresultat zur Folge haben, muss eine der beiden Großen bekannt sein, um die andere zu ermitteln Im Folgenden sind mit Zusammenhang von Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit immer solche Kombinationen möglicher Werte der beiden Großen gemeint, die mit der gemessenen effektiven Diffusionslange vertraglich sind
Das beschriebene Messverfahren findet insbesondere zur Charakterisierung von Solarzellen oder Vorstufen bei der Herstellung einer Solarzelle Anwendung
Bei Solarzellen, die auf einem Halbleiter wie beispielsweise Silizium basieren , ist es somit bekannt, anhand einer in der Solarzelle erzeugten Lumineszenzstrahlung einen Zusammenhang der Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur und der Oberflacheneigenschaften zu bestimmen, insbesondere den Zusammenhang der Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager der Halbleiterstruktur und der
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer der Seiten der Solarzelle (Vorder- und/oder Ruckseite)
Der Zusammenhang zwischen der Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit der Vorder- und/oder
Ruckseite der Solarzelle wird dabei wie vorhergehend beschrieben anhand von zwei Auswertungen der gemessenen Intensität der Lummeszenzstrahlung bestimmt Die beiden Auswertungen unterscheiden sich in der spektralen Gewichtung bezuglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung
Typischerweise wird mittels optischer Filter wie beispielsweise Bandkantenfilter den Auswertungen jeweils eine Grenzwellenlange zugeordnet, sodass bei einer Auswertung im Wesentlichen nur Lummeszenzstrahlung bis zu der Grenzwellenlange gemessen und entsprechend ausgewertet wird Die spektrale Gewichtung erfolgt somit durch Festlegung der Grenzwellenlange
Die Grenzwellenlangen für die beiden Auswertungen werden verschieden gewählt, sodass durch einen Vergleich der beiden Auswertungen wie beispielsweise eine Quotientenbildung der jeweils gemessenen Intensitäten der Lummeszenzstrahlung der Zusammenhang zwischen Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit bestimmt werden kann Die Quotientenbildung hat den Vorteil, dass dadurch alle Faktoren eliminiert werden, die das emittierte Spektrum unverändert lassen wie z B durch unterschiedliche Serienwiderstande bedingte Spannungsvariationen bei der Elektrolumineszenz oder inhomogene Beleuchtung bei der Photolumineszenz
Em solches Verfahren ist beispielsweise in Würfel, P et al, „Diffusions lengths of Silicon solar cells from lummescence Images", Journal of Applied Physics, 2007 101 (123110) p 1-10 beschrieben Weiterhin ist solch ein Verfahren in PCT/AU2007/001050 offenbart
Mit diesem Verfahren lasst sich somit der Zusammenhang zwischen Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit bestimmen Ist nun eine der Großen bekannt oder kann sie durch andersartige Messungen bestimmt werden, so kann aufgrund des ermittelten Zusammenhangs auf die verbleibende Große geschlossen werden
Typischerweise kann bei solchen Messungen die
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit aufgrund von Erfahrungswerten . abgeschätzt werden oder sie ist aufgrund anderer Messungen bekannt, sodass sich mit der beschriebenen Methode die Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager in der Halbleiterstruktur ermitteln lasst
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Messverfahren zu vereinfachen und zu verbessern sowie eine breitere Anwendungsmoghchkeit zu schaffen
Insbesondere soll eine Auswertung möglich sein, ohne dass eine der beiden physikalischen Großen (Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager oder Oberflachenrekombmationsgeschwindigkeit) vorbekannt sein muss
Gelost sind diese Aufgaben durch ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 1 Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Messverfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14
Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren wird zusätzlich mindestens eine Dritte Auswertung, beispielsweise die Intensität aus einem dritten Spektralbereich benutzt, um die durch Oberflachenrekombination verursachte Abweichung der Ladungstragerverteilung von der für reine Diffusion erwarteten Verteilung zu bestimmen und daraus die Große der
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit Erst durch diese mindestens eine zusätzliche Auswertung wird die Ermittlung von wahrer Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwmdigkeit als getrennte Großen möglich
Das erfindungsgemaße Verfahren zur Bestimmung von Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mit Hilfe der Lumineszenzstrahlung kann auf alle Arten von Halbleitern oder Halbleiterstrukturen angewandt werden, also sowohl auf solche mit direkten als auch indirekten optischen Übergängen sowie auf anorganische und organische Halbleiter
Der Begriff „Halbleiterstruktur" bezeichnet dabei eine Struktur, welche auf einem Halbleiter basiert und weitere Komponenten aufweisen kann, wie z B weitere Halbleiterschichten, elektrisch passivierende Schichten an den Oberflachen und/oder Schichten zur Verringerung der Reflektion optischer Strahlung Ebenso sind Dotierungen in Teilbereichen zur Ausbildung eines pn-Ubergangs möglich . und Metallisierungen an den Oberflachen, zum Zu- oder Abfuhren von Ladungsträgern
Das erfmdungsgemaße Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Ruckseite umfasst die folgenden Verfahrensschritte
In einem Verfahrenschritt A wird Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur erzeugt
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt B ein Zusammenhang für diese Halbleiterstruktur zwischen der elektrischen Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur und der elektrischen Eigenschaft mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur (d h der Vorder- und/oder der Ruckseite) bestimmt „Zusammenhang" bedeutet hierbei und im Folgenden, dass bei Vorgabe einer der beiden Großen die andere Große bestimmt werden kann Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass zur Bestimmung des Zusammenhangs weitere Parameter berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Grunddotierung der Halbleiterstruktur oder Kenngroßen der verwendeten Messapparaturen und/oder optischen Filter
Vorteilhafterweise wird die Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur mittels der Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager beschrieben und die elektrische Eigenschaft mindestens einer Seite über die
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit an dieser Seite Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, andere physikalische Großen zu verwenden, wie beispielsweise die elektrische Mateπalqualitat über die Lebensdauer der Minoπtatsladungstrager zu beschreiben
Der vorgenannte Zusammenhang wird abhangig von einer ersten Auswertung A1 der gemessenen Intensität der Lummeszenzstrahlung mit einer ersten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der ersten Auswertung berücksichtigten Lummeszenzstrahlung bestimmt sowie abhangig von einer zweiten Auswertung A2 der gemessenen Intensität der Lummeszenzstrahlung mit einer zweiten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A2 berücksichtigten Lummeszenzstrahlung Bei den Auswertungen A1 und A2 wird jeweils lediglich die zu einer Seite der Halbleiterstruktur (Vorder- oder Ruckseite) abgestrahlte Lumineszenzstrahlung berücksichtigt
Die spektrale Gewichtung der ersten Auswertung A1 und der zweiten Auswertung A2 sind dabei verschieden
Wesentlich ist, dass in Verfahrensschritt B zusätzlich mindestens eine dritte Auswertung A3 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommen wird Die drei Auswertungen A1 , A2 und A3 unterscheiden sich hinsichtlich der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und/oder bezüglich der Seite der Halbleiterstruktur, deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der Auswertung berücksichtigt wird
Zwei beliebige der drei Auswertungen unterscheiden sich somit entweder hinsichtlich der spektralen Gewichtung, oder darin, dass bei einer Auswertung die zur Vorderseite abgestrahlte Lumineszenzstrahlung und bei der anderen Auswertung die zur Ruckseite ausgestrahlten Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird oder sie unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der spektralen Gewichtung als auch der bei der Auswertung berücksichtigten Seite der Halbleiterstruktur
Abhangig von den mindestens drei Auswertungen A1 , A2 und A3 wird die Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur und/oder die elektrische Eigenschaft mindestens einer Oberflache der Halbleiterstruktur bestimmt Die Bezeichnung „abhangig von" bedeutet hierbei und im Folgenden, dass die genannten Auswertungen wesentliche Parameter zur Bestimmung der genannten Ergebnisgroßen sind, wie beispielsweise die Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager als Maß für die elektrische Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur Hierbei hegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Bestimmung von weiteren Parametern abhangig ist, insbesondere von physikalischen Mateπalparametern der untersuchten Halbleiterstruktur oder Kenngroßen der verwendeten Messapparatur oder von verwendeten optischen Filtern Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren ist es somit möglich, die Mateπalqualitat und/oder die Oberflacheneigenschaft zu bestimmen, ohne dass eine dieser beiden Großen vorbekannt sein muss Insbesondere ist mit dem erfindungsgemaßen Verfahren die Bestimmung sowohl der Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager, als auch der
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit einer Seite der Halbleiterstruktur möglich
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis des Anmelders, dass die mindestens eine zusätzliche Auswertung A3 verglichen mit den vorbekannten Messverfahren dadurch, dass sie sich hinsichtlich der spektralen Gewichtung und/oder der berücksichtigten Seite der Halbleiterstruktur von den beiden anderen Auswertungen unterscheidet, die notwendige Zusatzinformation liefert, um aus dem Zusammenhang zwischen Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur und elektrischer Oberflacheneigenschaft mindestens einer der Seiten der Halbleiterstruktur genau ein Wertepaar für die Mateπalqualitat und die elektrische Oberflacheneigenschaft zu bestimmen
Das erfindungsgemaße Messverfahren eignet sich zur Anwendung bei anorganischen und organischen Halbleitern und zwar sowohl mit direkten als auch indirekten optischen Übergängen, insbesondere bei Silizium und aus Silizium hergestellten Solarzellen, bzw deren Vorstufen bei der Herstellung
Die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit ist grundsätzlich bekannt und beispielsweise in WO 2008/014537, Seite 20, Zeile 21 bis Seite 29, Zeile 28 beschrieben Diese Textpassage wird explizit per Referenz in diese Beschreibung als zur Erfindung gehörig eingebunden
Vorteilhafterweise wird in Schritt B aus einem ersten Paar von Auswertungen ein erster Zusammenhang zwischen der Diffusionslange der Halbleiterstruktur und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur bestimmt Analog wird aus einem zweiten Paar von Auswertungen ein zweiter Zusammenhang zwischen der Diffusionslange der Halbleiterstruktur und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur bestimmt, wobei bei dem ersten und bei dem zweiten Zusammenhang dieselbe Seite verwendet wird Das erste und das zweite Paar von Auswertungen unterscheiden sich in mindestens einer Auswertung und es wird ein Wertepaar (z B eine Kombination von Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit) bestimmt, welches sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Zusammenhang entspricht
Sofern drei Auswertungen A1 , A2 und A3 dem erfindungsgemaßen Verfahren zugrunde gelegt werden, wird in dieser vorteilhaften Ausfuhrungsform somit beispielsweise ein erster Zusammenhang anhand der Auswertung A1 und A2 und ein zweiter Zusammenhang anhand der Auswertung A1 und A3 bestimmt und für diese beiden Zusammenhange ein einziges Wertepaar von Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit, welches beiden Zusammenhangen entspricht
Die spektrale Gewichtung bei Auswertung der gemessenen Lumineszenzstrahlung zeichnet sich dadurch aus, dass unterschiedliche Wellenlangen oder unterschiedliche Wellenlangebereiche einen unterschiedlichen Einfluss auf die ausgewertete Intensität der Lumineszenzstrahlung besitzen
Vorteilhafterweise wird die spektrale Gewichtung dadurch realisiert, dass der ersten Auswertung A1 eine erste Grenzwellenlange λ] zugeordnet wird, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlange kleiner gleich λι bei der Auswertung A1 berücksichtigt wird Diese Zuordnung einer
Grenzwellenlange bestimmt somit die spektrale Gewichtung der Auswertung A1 in dieser vorteilhaften Ausfuhrungsform In gleicher Weise wird der Auswertung A2 eine zweite Grenzwellenlange λ2 und der Auswertung A3 eine dritte Grenzwellenlange λ3 zugeordnet und die Grenzwellenlangen sind derart gewählt,
Die Absorption von Strahlung wird üblicherweise über Absorptionskoeffizienten beschrieben bzw über dessen Kehrwert, der als Maß für die Eindringtiefe der Strahlung in das absorbierende Medium gilt Die Definition der Grenzwellenlangen lasst sich somit auch als Festlegung einer Eindringtiefe für die bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigte Lumineszenzstrahlung interpretieren
Vorteilhafterweise werden die Grenzwellenlangen und λs daher abhangig von der Eindringtiefe für Strahlung in der Halbleiterstruktur und der Dicke der Halbleiterstruktur bestimmt, d h insbesondere abhangig von dem Absorptionskoeffizienten für das entsprechende Material der Halbleiterstruktur
Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass λ| vorteilhafterweise derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe weniger als 50 % der Dicke ist, dass \2 derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe zwischen 50 % und 150 % der Dicke betragt und dass λ3 derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe > als 100 % der Dicke ist
Eine weitere Verbesserung der Messung wird erreicht, wenn die oben genannten Eindringtiefen für λj weniger als 30 % der Dicke, für λ2 zwischen 80 % und 120 % der Dicke und für λ3 mehr als 150 % der Dicke betragen Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Grenzwellenlangen derart gewählt werden, dass für λi die Eindringtiefe weniger als 10 %, für λ^ die Eindringtiefe in etwa 100 % und für λ3 dιe Eindringtiefe mehr als 300 % der Dicke betragt
Die unterschiedlichen Eindringtiefen der gewählten Grenzwellenlangen sind ein Maß dafür, welchen Einfluss die Oberflache des Halbleiters auf die auf dieser Grenzwellenlange basierende Auswertung besitzt Die wie oben beschriebene vorteilhafte Wahl der Grenzwellenlangen ermöglicht daher eine gute Auftrennung des Einflusses von Oberflacheneigenschaften und elektrischen Mateπaleigenschaften der Halbleiterstruktur
Bei der vorgenannten vorteilhaften Ausfuhrungsform ist die erste Auswertung A1 somit der geringsten Eindringtiefe bezüglich der ausgewerteten Lumineszenzstrahlung zugeordnet Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass eine gute Auswertbarkeit insbesondere dann gegeben ist, wenn bei der vorgenannten vorteilhaften Ausfuhrungsform die Auswertung A1 mit der Grenzwellenlange λi zur Bestimmung sowohl des ersten als auch des zweiten Zusammenhangs verwendet wird, insbesondere, dass der erste Zusammenhang abhangig von der Auswertung A1 und A2 und der zweite Zusammenhang abhangig von den Auswertung A1 und A3 bestimmt wird
In den vorgenannten vorteilhaften Ausfuhrungsformen ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Auswertungen A1 bis A3 Lumineszenzstrahlungen berücksichtigen, welche von derselben Seite der Halbleiterstruktur abgestrahlt wird, d h dass eine Messseite definiert wird, welche die Vorder- oder die Ruckseite der Halbleiterstruktur ist und die Auswertungen A1 bis A3 jeweils lediglich die auf der Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigen
Wie zuvor beschrieben, liegt es eoenso im Rahmen der Erfindung, dass alternativ oder zusätzlich sich die Auswertungen durch die Seite der Halbleiterstruktur unterscheiden, deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigt wird
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird daher eine erste und eine zweite Messseite definiert, wobei die erste Messseite die Vorder- oder Ruckseite der Halbleiterstruktur ist und die zweite Messseite die zur ersten Messseite gegenüberliegende Seite der Halbleiterstruktur ist
Weiterhin wird in Schritt B zusatzlich mindestens eine vierte Auswertung A4 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommen Den Auswertungen A1 und A3 wird eine Grenzwellenlange λ, zugeordnet, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlange kleiner gleich λ, bei den Auswertungen A1 und A3 berücksichtig wird In gleicher Weise wird den Auswertungen A2 und A4 eine zweite Grenzwellenlange λ„ zugeordnet
Ebenso ist den Auswertungen A1 und A2 die erste Messseite zugeordnet, sodass bei diesen Auswertungen jeweils nur die auf der ersten Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird In gleicher Weise ist den Auswertungen A3 und A4 die zweite Messseite zugeordnet
Bei dieser vorteilhaften Ausfuhrungsform werden somit zwei Grenzwellenlangen und zwei Messseiten kreuzweise bei vier Auswertungen variiert Dies ermöglicht eine besonders exakte Bestimmung der Diffusionslange der Minoritatsladungstrager und/oder der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit
Vorteilhafterweise wird bei der zuvor beschriebenen Ausfuhrungsform die Grenzwellenlange λ, gemäß den zuvor angegebenen Bedingungen für λι und die Grenzwellenlange λ„ gemäß den zuvor angegebenen Bedingungen für λ3 gewählt Durch die deutlich unterschiedlichen Eindringtiefen der Grenzwellenlangen λj und λ3 wird die Genauigkeit der Auswertung nochmals verbessert
Die Eindringtiefe ist hierbei jeweils von der Seite der Halbleiterstruktur ausgehend definiert, von der Minoritatsladungstrager bei Elektrolummeszenz durch Anlegen einer Spannung injiziert werden oder die bei der Photolumineszenz beleuchtet wird
Das erfmdungsgemaße Verfahren eignet sich insbesondere zur Vermessung einer Solarzelle oder einer Vorstufe bei der Herstellung einer Solarzelle Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Lumineszenzstrahlung durch eine an die Kontakte der Solarzelle angelegte Spannung erzeugt wird, d h eine Elektrolumineszenzstrahlung ist
Vorteilhafterweise wird hierfür eine Spannung gewählt, die in etwa der Spannung der Solarzelle am Arbeitspunkt entspricht Der Arbeitspunkt bezeichnet denjenigen Punkt auf der Kennlinie der Solarzelle, bei dem das Produkt aus Strom und Spannung die maximale Leistung ergibt
In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform wird in Schritt A die Lumineszenzstrahlung durch Beleuchten der Halbleiterstruktur mit einer Anregungsstrahlung erzeugt, d h die Lumineszenzstrahlung ist Photolumineszenzstrahlung
Um eine Verfälschung der Messung der Lumineszenzstrahlung durch die verwendete Anregungsstrahlung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dass das Spektrum der Anregungsstrahlung im Wesentlichen nur Wellenlangen kleiner einer Grenzwellenlange λA umfasst λA ιst derart gewählt, dass die Eindringtiefe der Anregungsstrahlung kleiner als 10 %, insbesondere kleiner als 5 % der Dicke der Halbleiterstruktur ist
Alternativ oder zusatzlich ist es vorteilhaft, dass die Beleuchtung der Halbleiterstruktur von einer Beleuchtungsseite erfolgt, welche die Vorder- oder die Ruckseite der Halbleiterstruktur ist und dass bei den Auswertungen nur Lummeszenzstrahlung berücksichtigt wird, welche von der der Beleuchtungsseite gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur abgestrahlt wird In dieser vorteilhaften Ausfuhrungsform dient die Halbleiterstruktur somit zusätzlich als optischer Filter, um eine Beeinflussung der Messung der Lumineszenzstrahlung durch die Anregungsstrahlung zu vermeiden
In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens bei Erzeugen der Lummeszenzstrahlung durch Beleuchten der Halbleiterstruktur unterscheiden sich mindestens zwei Auswertungen dadurch, dass bei der einen Auswertung die Halbleiterstruktur von der Vorderseite beleuchtet wird und bei der anderen Auswertung die Halbleiterstruktur von der Ruckseite beleuchtet wird Hierdurch werden unterschiedliche Messbedingungen für die beiden Auswertungen erzielt Diese Ausfuhrungsform weist den Vorteil auf, dass beispielsweise lediglich auf einer Seite der Halbleiterstruktur bei der Messvorrichtung ein Detektor angeordnet sein muss und lediglich auf zwei Seiten jeweils eine Strahlungsquelle angeordnet wird, zur Beaufschlagung der Vorder- bzw der Ruckseite mit Anregungsstrahlung Typischerweise sind Strahlungsquellen deutlich gunstiger, verglichen mit Detektoren, insbesondere ortsauflosenden Detektoren, sodass eine Messvorrichtung mit zwei
Strahlungsquellen und einem Detektor verglichen mit einer Messvorrichtung mit zwei Detektoren und einer Strahlungsquelle deutlich gunstiger ist
Vorteilhafterweise wird bei dem erfmdungsgemaßen Verfahren die Lummeszenzstrahlung mittels einer Kamera, wie beispielsweise einer CCD- Kamera gemessen Das Messsignal der Kamera ist somit ein Maß für die Intensität der Lummeszenzstrahlung Insbesondere ist es vorteilhaft, das erfindungsgemaße Verfahren ortsaufgelost durchzufuhren, beispielsweise durch Verwendung einer ortsauflosenden Kamera Hierzu sind bereits Verfahren bekannt und beispielsweise in Würfel, P et al, a a O beschrieben In dieser Ausfuhrungsform wird mit dem erfmdungsgemaßen Verfahren somit die Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und/oder der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit ortsaufgelost für eine Vielzahl von Ortspunkten der Halbleiterstruktur bestimmt, d h es wird ein so genanntes „Mappmg" der betreffenden physikalischen Großen durchgeführt
Mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemaßen Verfahren ist neben der Bestimmung der Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit ebenso die Bestimmung von lokalen Spannungsvariationen in einer Halbleiterstruktur durch Messung der Elektrolumineszenzstrahlung möglich
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Messverfahrens umfasst dieses daher folgende Verfahrensschritte
In einem Schritt ι wird die Diffusionslange und die
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Oberflache der Halbleiterstruktur mittels des erfindungsgemaßen Verfahrens bestimmt Diese Bestimmung erfolgt ortsaufgelost, sodass für unterschiedliche Bereiche der Halbleiterstruktur jeweils Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit für diesen Bereich bestimmt werden Typischerweise wird für solch eine ortsaufgeloste Bestimmung eine CCD- Kamera verwendet, sodass für jedes Pixel des von der CCD-Kamera ermittelten Bildes eine Diffusionslange und eine Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit für den zugehörigen Bereich der Halbleiterstruktur ermittelt werden kann
In einem Schritt n wird für jeden Ortspunkt der in Schritt ι durchgeführten Bestimmung die theoretisch für eine ortsunabhangige Spannung zu erwartende Lumineszenzstrahlung berechnet Diese Berechnung erfolgt abhangig von der für den jeweiligen Ortspunkt in Schritt ι bestimmten Diffusionslange und Ober- flachenrekombinationsgeschwindigkeit
In einem Schritt in wird für jedes Pixel der Quotient aus der in Schritt ι gemessenen Lumineszenzstrahlung und der in Schritt n berechneten Lumineszenzstrahlung gebildet Waren alle in Schritt ι beobachteten Intensitatsvaπationen nur durch Variation der Diffusionslange und/oder der
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit verursacht, dann hatte der gebildete Quotient für alle Pixel den gleichen Wert Nach der Quotientenbildung noch vorhandene Intensitatsvaπationen sind auf Variationen der lateralen Spannungsverteilung, d h der Spannungsverteilung parallel zur Vorder- oder Ruckseite der Halbleiterstruktur zurückzuführen Die Spannungsvariationen können aus dem in Schritt in erzeugten Bild quantitativ bestimmt werden, da sich mit einer Änderung der Spannung um kT/e = 0,026 V die Lumineszenzintensitat um den Faktor 2,72 ändert
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird vorteilhafterweise in Schritt A die Lumineszenzstrahlung ganzflachig in der Halbleiterstruktur erzeugt
Insbesondere bei Erzeugung der Lumineszenzstrahlung in Schritt A durch Beaufschlagen der Halbleiterstruktur mit einer Anregungsstrahlung ist es vorteilhaft, mindestens eine Seite der Halbleiterstruktur ganzflachig mit Anregungsstrahlung in Schritt A zu beaufschlagen Die ganzflachige Erzeugung von Lumineszenzstrahlung weist die Vorteile auf, dass parallel zur Vorder- oder Ruckseite der Solarzelle in etwa identische Messbedingungen vorliegen und dass eine ganzflachige, ortsaufgeloste Messung der erzeugten Lumineszenzstrahlung möglich ist
Daher ist es vorteilhaft, bei dem erfindungsgemaßen Verfahren in Schritt B die Lumineszenzstrahlung ganzflachig zu messen, insbesondere in einem ortsaufgelosten, bildgebenden Verfahren Hierbei ist die Verwendung einer Kamera als Detektor vorteilhaft, insbesondere einer CCD-Kamera Die ganzflachige, ortsaufgeloste Messung (auch „mapping" genannt) weist gegenüber scannenden Verfahren, bei denen ein Punktdetektor über die Halbleiterstruktur verfahren wird, den Vorteil auf, dass die Messungen wesentlich schneller durchfuhrbar sind
Vorteilhafterweise hegen bei dem Erzeugen von Lumineszenzstrahlung Bedingungen vor, die in etwa den Arbeitsbedingungen der Halbleiterstruktur entsprechen Insbesondere bei Halbleiterstrukturen, welche eine Solarzelle oder eine Vorstufe einer Solarzelle sind, ist es vorteilhaft, wenn die Arbeitsbedingungen der Solarzelle auch bei Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Messverfahrens vorliegen Typische Arbeitsbedingungen sind bei Solarzellen Beleuchtungsintensitaten von 1 Sonne Daher wird vorteilhafterweise bei dem erfindungsgemaßen Verfahren die Halbleiterstruktur mit Strahlung einer Intensität im Bereich von 10 mW/cm2 bis 1 000 mW/cm2, insbesondere einer Intensität von etwa 100 mW/cm2 beaufschlagt
Vorteilhafterweise erfolgt bei Beaufschlagung der Halbleiterstruktur mit Strahlung die Beaufschlagung durch nicht moduliertes Gleichhcht Hierdurch wird gegenüber Verfahren, in denen beispielsweise mit einer vorgegebenen Frequenz moduliertes oder unterbrochenes Licht verwendet wird der Vorteil erzielt, dass keine auf kurzer Zeitskala sich ändernden Messbedingungen vorliegen und hieraus resultierende Effekte somit nicht berücksichtigt werden müssen
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausfuhrungen des erfmdungsgemaßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert Dabei zeigt
Figur 1 eine Messvorrichtung zur Ausfuhrung einer vorteilhaften
Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Messverfahrens, bei dem lediglich von der Vorderseite der Halbleiterstruktur abgestrahlte Lumineszenzstrahlung ausgewertet wird und
Figur 2 eine Messvorrichtung zur Ausfuhrung eines weiteren
Ausfuhrungsbeispiels des erfmdungsgemaßen Messverfahrens, bei dem sowohl von der Vorder- als auch von der Ruckseite der Halbleiterstruktur abgestrahlte Lumineszenzstrahlung ausgewertet wird
Die in Figur 1 dargestellte Messvorrichtung dient zur Vermessung einer Halbleiterstruktur 1 mit einer Vorderseite 1 a und einer Ruckseite 1 b Die Messvorrichtung umfasst eine als CCD-Kamera ausgeführte Kamera 2 mit einem Objektiv 2a Das Objektiv 2a ist derart ausgeführt und die Halbleiterstruktur ist derart angeordnet, dass von der Vorderseite 1 a der Halbleiterstruktur 1 ausgesandte Lumineszenzstrahlung über das Objektiv 2a auf einen nicht dargestellten CCD-Chip in der Kamera 2 abgebildet wird Dieser umfasst vorteilhafterweise ein quadratisches Raster von 1024 x 1024 Pixeln, d h für jedes dieser Pixel wird separat ein Signal ausgewertet Die senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 stehende Vorderseite 1 a wird somit ortsaufgelost an 1024 x 1024 Ortspunkten vermessen Zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 ist eine optische Filtervorπchtung 3 angeordnet, von der in Figur 1 beispielhaft drei linsenartige Filter dargestellt sind
Die Filtervorπchtung 3 ist derart ausgeführt, dass abhangig von zugefuhrten Steuersignalen unterschiedliche Filter in den Strahlengang zwischen Halbleiterstruktur 1 und Objektiv 2a der Kamera 2 eingebracht werden
Die Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur 1 wird bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung über eine Lichtquelle 4 erzeugt, es handelt sich somit um Photolumineszenz Die Lichtquelle 4 ist als Laser ausgeführt, der Lichtstrahlung mit einer Wellenlange von etwa 700 nm erzeugt und eine Linsenanordnung umfasst, mittels derer die Laserstrahlung ganzflachig und in etwa homogen auf die Ruckseite 1 b der Halbleiterstruktur 1 abgebildet wird
Die Messvorrichtung in Figur 1 umfasst weiterhin eine nicht dargestellte Steuer- und Auswerteeinheit, welche als Computer ausgebildet ist Der Computer ist sowohl mit der Lichtquelle 4, der Filtervorπchtung 3, als auch der Kamera 2 verbunden, zur Steuerung dieser Elemente sowie zur Speicherung und Auswertung der Messsignale der Kamera 2
Ein Ausfuhrungsbeispiel des erfmdungsgemaßen Messverfahrens, angewandt auf Silizium als Halbleitermateπal wird mit der in Figur 1 dargestellten Messvorrichtung wie folgt ausgeführt
Zunächst wird Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur 1 erzeugt Hierzu wird die Ruckseite 1 b ganzflachig und in etwa homogen mit Strahlung der Wellenlange 700 nm der Lichtquelle 4 beaufschlagt Die Strahlung dringt in die Halbleiterstruktur 1 ein und erzeugt dort Elektron-Lochpaare Die hierzu korrespondierende Rekombination von Elektron-Lochpaaren erzeugt Lumineszenzstrahlung, welche unter anderem über die Vorderseite 1 a der Halbleiterstruktur 1 abgestrahlt wird
Die Filtervorπchtung 3 weist drei verschiedene Kurzpassfilter auf In einem ersten Schritt wird die Filtervorrichtung 3 von der Steuereinheit derart gesteuert, dass ein Kurzpassfilter in dem Strahlengang zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 eingeschwenkt wird, welcher im Wesentlichen lediglich Strahlung mit einer Wellenlange kleiner gleich 900 nm hmdurchlasst In diesem Messschritt wird somit nur von der Vorderseite 1 a abgestrahlte Lumineszenzstrahlung mit einer Wellenlange kleiner gleich 900 nm von der Kamera 2 ortsaufgelost detektiert und die entsprechenden Messsignale der CCD-Kamera werden in der Auswerteeinheit abgespeichert
Entsprechend wird in einem zweiten Messschritt ein zweiter Kurzpassfilter in den Strahlengang eingeschwenkt, welcher lediglich Strahlung kleiner gleich 1000 nm hmdurchlasst und die für diesen Messschritt korrespondierenden Messsignale der CCD-Kamera werden von der Auswerteeinheit separat gespeichert
Schließlich wird in einem dritten Messschritt ein Kurzpassfilter eingeschwenkt, welcher lediglich Strahlung mit einer Wellenlange kleiner gleich 1050 nm hmdurchlasst und die zugehörigen Messsignale der Kamera werden ebenfalls separat in der Auswerteeinheit abgespeichert
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die unterschiedlichen Messungen gleichzeitig, beispielsweise durch drei separate Filteranordnungen mit jeweils zugeordneter Kamera durchzufuhren
Wesentlich ist, dass abhangig von den drei zuvor beschriebenen Messungen drei Auswertungen A1 bis A3 vorgenommen werden Diese Auswertungen ordnen den Messsignalen jeweils eine Zahl zu, welche ein Maß für die Intensität der bei der jeweiligen Messung gemessenen Lumineszenzstrahlung ist
Hierbei kann auf an sich bekannte Messverfahren zurückgegriffen werden, beispielsweise kann für eine vorgegebene Integrationszeit das Messsignal für jeden Pixel der Kamera 2 separat aufintegriert werden
Wesentlich ist, dass bei allen drei Auswertungen ein identisches Auswerteverfahren vorgenommen wird, so dass letztendlich für jedes Pixel drei Werte vorliegen, welche mit den Intensitäten der Lumineszenzstrahlungen für die Auswertungen A1 bis A3 korrespondieren
Anschließend wird von der Auswerteeinheit ein erster Zusammenhang zwischen Diffusionslange der Halbleiterstruktur 1 und der
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit einer Seite der Halbleiterstruktur 1 bestimmt Im vorliegenden Beispiel stellt die Halbleiterstruktur 1 eine Vorstufe einer Solarzelle dar, welche aus einem p-dotιerten Siliziumwafer besteht, an dessen Vorderseite 1 a ein n-dotιerter Emitter eindiffundiert wurde Die Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit an der Vorderseite 1 a ist daher unerheblich und für die Auswertung ist lediglich die Oberflachenrekornbinationsgeschwindigkeit an der Ruckseite 1 b relevant
Die Auswerteeinheit bestimmt nun einen ersten Zusammenhang zwischen der Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager in der Halbleiterstruktur 1 und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit der Ruckseite 1 b abhangig von den bei den Auswertungen A1 und A2 ermittelten Zahlenwerten Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Quotient der ermittelten Zahlenwerte aus den Auswertungen A1 und A2 gebildet wird, da hierbei Effekte, welche sich auf das Messergebnis multiplikativ auswirken, keinen Emfluss auf die Auswertung haben
Der aus den Auswertungen A1 und A2 gebildete Quotient erlaubt über eine vorgegebene theoretische Formel die Bestimmung eines ersten Zusammenhangs zwischen der genannten Diffusionslange und
Oberflachenrekombinationsgeschwmdigkeit Dieser Zusammenhang und die nachfolgend genannten Zusammenhange werden vorteilhafterweise wie in WO 2008/014537, Seite 20, Zeile 21 bis Seite 29, Zeile 28 beschrieben ermittelt
Wesentlich ist nun, dass zusätzlich ein zweiter Zusammenhang abhangig von den Auswertungen A1 und A3 in gleicher Weise gebildet wird, d h vorteilhafterweise ebenfalls über die Bildung eines Quotienten
Die Auswerteeinheit bestimmt nun das Wertepaar aus Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit, welches sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Zusammenhang entspricht Aufgrund der Wahl der Grenzwellenlangen der zuvor genannten Kurzpassfilter unterscheiden sich die Messbedingungen, so dass nur ein Wertepaar aus Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit existiert, welches beide Zusammenhange erfüllt
Auf diese Weise ist eine eindeutige Bestimmung sowohl der Diffusionslange als auch der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit möglich, ohne dass eine dieser beiden Großen vorbekannt oder abgeschätzt werden musste
In Figur 2 ist eine Weiterbildung der Messvorrichtung in Figur 1 dargestellt, mit der eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfmdungsgemaßen Messverfahrens durchgeführt werden kann
Die in Figur 2 und Figur 1 identischen Bezugszeichen bezeichnen identische Objekte
Die Messvorrichtung in Figur 2 weist zusätzlich eine zweite als CCD-Kamera ausgeführte Kamera 2' mit einem Objektiv 2'a sowie eine zweite Filtervorrichtung 3' auf
Die beiden Kameras 2 und 2' sowie Filtervorπchtungen 3 und 3' sind auf gegenüberliegenden Seiten der zu vermessenden Halbleiterstruktur 1 angeordnet
Aus diesem Grund ist die Lichtquelle 4, welche auch in Figur 2 als Laser mit einer Ausgangsstrahlung im Bereich von 700 nm ausgeführt ist, etwas seitlich angeordnet, wobei die Optik der Lichtquelle 4 derart ausgeführt ist, dass die Ruckseite 1 b der Halbleiterstruktur 1 ganzflachig und im Wesentlichen homogen mit der Laserstrahlung beaufschlagt wird
Mit der Vorrichtung gemäß Figur 2 kann somit mittels Filtervorπchtung 3 und Kamera 2 die von der Vorderseite 1 a abgestrahlte Lumineszenzstrahlung und entsprechend mit der Kamera 2' und der Filtervorπchtung 3' die von der Ruckseite 1 b abgestrahlte Lumineszenzstrahlung vermessen werden Wesentlich ist hierbei, dass die Filtervorπchtung 3' zusätzlich einen Langpassfilter aufweist, welcher lediglich Strahlung mit der Wellenlange großer 700 nm hmdurchlasst Dies ist notwendig, da die Strahlung der Lichtquelle 4 teilweise an der Ruckseite 1 b reflektiert wird und die Messung mittels der Kamera 2' beeinflussen wurde Durch den vorgenannten Langpassfilter wird eine Störung der Messung aufgrund der Strahlung der Lichtquelle 4 vermieden
Mit der Vorrichtung gemäß Figur 2 wird ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Verfahrens durchgeführt, welches grundsätzlich dem bei Figur 1 beschriebenen Messverfahren entspricht
in diesem Fall werden jedoch insgesamt 4 Auswertungen durchgeführt, hier beschrieben für Silizium als Halbleitermateπal
Zunächst werden eine erste Grenzwellenlange von 900 nm und eine zweite Grenzwellenlange von 1050 nm definiert Die Filtervorπchtungen 3 und 3' sind derart ausgeführt, dass wahlweise entsprechende Kurzpassfilter in den Strahlengang zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 bzw Kamera 2' einschwenkbar sind
Die Steuer- und Auswerteeinheit ist mit beiden Filtervorπchtungen und mit beiden Kameras verbunden
Bei der Messung wird eine erste Auswertung A1 mit der ersten Grenzwellenlange bezüglich der von der Vorderseite 1 a abgestrahlten Lumineszenzstrahlung, eine zweite Auswertung A2 der zweiten Grenzwellenlange bezüglich der von der Vorderseite abgestrahlten Lumineszenzstrahlung mittels der Kamera 2 und der Filtervorπchtung 3 vorgenommen Entsprechend wird eine dritte Auswertung A3 mit der ersten Grenzwellenlange der von der Ruckseite 1 b abgestrahlten
Lumineszenzstrahlung und eine vierte Auswertung A4 mit der zweiten Grenzwellenlange bezüglich der von der Ruckseite 1 b abgestrahlten Lumineszenzstrahlung mittels der Kamera 2' und der Filtervorπchtung 3' vorgenommen Bei dieser Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Messverfahrens stehen somit vier Zahlenwerte, welche jeweils ein Maß für die Intensität der Lumineszenzstrahlung darstellen, zur Auswertung zur Verfugung
Die Auswerteeinheit ermittelt nun aus den Auswertungen A1 und A2 einen ersten Zusammenhang und aus den Auswertungen A3 und A4 einen zweiten Zusammenhang zwischen Diffusionslange der Minoπtatsladungstrager und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit der Ruckseite 1 b der Halbleiterstruktur 1
Auch hier existiert aufgrund der beschriebenen Messbedingungen lediglich ein Wertepaar von Diffusionslange und Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit, welches sowohl auf den ersten, als auch auf den zweiten Zusammenhang zutrifft und entsprechend wird von der Auswerteeinheit dieses Wertepaar ermittelt
Das Messverfahren, welches mit der in Ziffer 2 dargestellten Messvorrichtung ausgeführt wird, weist gegenüber dem Messverfahren der Messvorrichtung in Figur 1 eine höhere Genauigkeit auf, da durch die Verwendung von vier Auswertungen und Vermessung der Lumineszenzstrahlung von zwei unterschiedlichen Seiten der Halbleiterstruktur 1 eine größere Genauigkeit erzielt wird

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Messverfahren für eine Halbleiterstruktur (1 ) mit einer Vorder- und einer
Ruckseite (1 a, 1 b), folgende Verfahrensschritte umfassend
A Erzeugen von Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur (1 ),
B Bestimmen eines Zusammenhangs für diese Halbleiterstruktur ( 1 ) zwischen der elektrischen Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur (1 ) und der elektrischen Eigenschaft der Vorder- und/oder Ruckseite
(1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur (1 ), und wobei mindestens zwei Auswertungen der gemessenen
Intensität vorgenommen werden und der Zusammenhang abhangig von a einer ersten Auswertung A1 der von der Vorder- oder Ruckseite (1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur (1 ) abgestrahlten, gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer ersten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A1 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und b einer zweiten Auswertung A2 der von der Vorder- oder Ruckseite (1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur (1 ) abgestrahlten, gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer zweiten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A2 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung bestimmt wird und die erste spektrale Gewichtung zu der zweiten spektralen Gewichtung verschieden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B zusätzlich mindestens eine dritte Auswertung
A3 der von der Vorder- oder Ruckseite ( 1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur (1 ) abgestrahlten, gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommenen wird, wobei sich die drei Auswertungen A1 , A2 und A3 jeweils hinsichtlich der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und/oder bezüglich der Seite der
Halbleiterstruktur ( 1 ), deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der Auswertung berücksichtigt wird, unterscheiden und dass abhangig von den mindestens drei Auswertungen A1 , A2 und A3 die Mateπalqualitat der Halbleiterstruktur (1 ) und/oder die elektrische Eigenschaft mindestens einer Oberflache der Halbleiterstruktur (1 ) bestimmt wird
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B aus einem ersten Paar von Auswertungen ein erster Zusammenhang zwischen der Diffusionslange der Halbleiterstruktur (1 ) und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Ha!b!eιterstruktur (1 ) (Vorder- oder Rückseite ( I a1 I b)) bestimmt wird und aus einem zweiten Paar von Auswertungen ein zweiter Zusammenhang zwischen der Diffusionslange der Halbleiterstruktur ( 1 ) und der Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer
Seite der Halbleiterstruktur (1 ) (Vorder- oder Ruckseite (1 a, 1 b)) bestimmt wird, wobei das erste Paar und das zweite Paar von Auswertungen sich in mindestens einer Auswertung unterscheiden und dass ein Wertepaar (Diffusionslange, Oberflachenrekombmationsgeschwindigkeit) bestimmt wird, welches sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Zusammenhang entspricht
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Auswertung A1 eine erste Grenzwellenlange A1 zugeordnet ist, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlange kleiner gleich A1 bei der Auswertung A1 berücksichtigt wird und in gleicher Weise der Auswertung A2 eine zweite Grenzwellenlange A2 und der Auswertung A3 eine dritte Grenzwellenlange A3 zugeordnet ist und wobei
A1 kleiner A2 und A2 kleiner A3 ist
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwellenlangen A1 , A2 und A3 abhangig von der Eindringtiefe für Strahlung in der Halbleiterstruktur (1 ) und der Dicke der Halbleiterstruktur (1 ) bestimmt werden, wobei
A1 derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe weniger als 50%, insbesondere kleiner als 30%, hochstinsbesondere kleiner als 10% der Dicke ist,
λ2 derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe zwischen 50% und 150%, insbesondere zwischen 80% und 120%, hochstinsbesondere in etwa 100% der Dicke betragt und
λ3 derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe großer als 100%, insbesondere großer als 150%, hochstinsbesondere großer als 300% der Dicke ist
5 Verfahren nach Anspruch 2 und mindestens einem der Ansprüche 3 und
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung A1 mit der Grenzwellenlange A1 zur Bestimmung sowohl des ersten, als auch des zweiten Zusammenhangs verwendet wird, insbesondere, dass der erste Zusammenhang abhangig von den Auswertungen A1 und
A2 und der zweite Zusammenhang abhangig von den Auswertungen A1 und A3 bestimmt wird
6 Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 3 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messseite definiert wird, welche die Vorder- oder die Ruckseite
(1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur ( 1 ) ist und dass bei den Auswertungen A1 bis A3 jeweils die auf der Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird
7 Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Messseite definiert wird, wobei die erste
Messseite die Vorder- oder Ruckseite (1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur (1 ) ist und die zweite Messseite die zur ersten Messseite gegenüberliegende Seite der Halbleiterstruktur (1 ) ist und dass in Schritt B zusätzlich mindestens eine vierte Auswertung A4 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommenen wird, wobei den Auswertungen A1 und A3 eine Grenzwellenlänge λ, zugeordnet ist, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λ, bei den Auswertung A1 und A3 berücksichtigt wird und in gleicher Weise den Auswertungen A2 und A4 eine zweite Grenzwellenlänge λ„ zugeordnet ist und den Auswertungen A1 und A2 die erste Messseite zugeordnet ist, derart, dass bei den Auswertungen A1 und A2 jeweils nur die auf der ersten Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird und entsprechend den Auswertungen A3 und A4 die zweite Messseite zugeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass λ, gemäß den in Anspruch 4 angegebenen Bedingungen für A1 und An gemäß den in Anspruch 4 angegebenen Bedingungen für A3 gewählt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu vermessende Halbleiterstruktur (1 ) eine Solarzelle oder eine Vorstufe bei der Herstellung einer Solarzelle ist und dass in Schritt A die Lumineszenzstrahlung Elektrolumineszenzstrahlung ist, welche durch Anlegen einer äußeren Spannung an die Solarzelle erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Solarzelle angelegte Spannung in etwa der Spannung der Solarzelle am Arbeitspunkt entspricht.
1 1 . Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A die Lumineszenzstrahlung Photolumineszenzstrahlung ist, welche durch Beleuchten der Halbleiterstruktur (1 ) mit einer Anregungsstrahlung erzeugt wird
Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der Anregungsstrahlung im Wesentlichen nur Wellenlangen kleiner einer Grenzwellenlange λA aufweist, wobei λA derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5% der Dicke der Halbleiterstruktur (1 ) ist
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der Halbleiterstruktur (1 ) von einer Beleuchtungsseite erfolgt, welche die Vorder- oder die Ruckseite (1 a, 1 b) der Halbleiterstruktur (1 ) ist und dass bei den Auswertungen nur Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird, welche von der der Beleuchtungsseite gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur (1 ) abgestrahlt wird
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet dass sich mindestens zwei Auswertungen dahingehend unterscheiden, dass bei der einen Auswertung die Halbleiterstruktur (1 ) von der Vorderseite ( 1 a) und bei der anderen Auswertung die Halbleiterstruktur (1 ) von der Ruckseite (1 b) beleuchtet wird
Messverfahren zur Bestimmung von lokalen Spannungsvariationen in einer Halbleiterstruktur (1 ), folgende Verfahrensschritte umfassend
i Ortsaufgeloste Bestimmung der Diffusionslange und der
Oberflachenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Oberflache der Halbleiterstruktur (1 ), wobei die Bestimmung mit einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, vorzugsweise gemäß mindestens Anspruch 9,
ii Berechnung der theoretisch für eine ortsunabhangige Spannung zu erwartenden Lumineszenzstrahlung für jeden Ortspunkt der in Schritt i. durchgeführten Bestimmung abhängig von der für den jeweiligen Ortspunkt in Schritt i. bestimmten Diffusionlänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und
iii. Bildung des Quotienten der in Schritt i gemessenen und der in
Schritt ii. berechneten Lumineszenzstrahlung und Berechnung der Spannungsverteilung entlang der Oberfläche der Halbleiterstruktur (1 ), wobei eine Intensitätsvariation um den Faktor 2,72 einer Spannungsvariation von 0,026 V entspricht.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8629411B2 (en) 2010-07-13 2014-01-14 First Solar, Inc. Photoluminescence spectroscopy
DE102013205042A1 (de) * 2013-03-21 2014-09-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Materialparametern, insbesondere der Ladungsträgerlebensdauer eines Halbleitersubstrates durch Messung von Lumineszenzstrahlung
DE102015226708A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-29 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und eine Vorrichtung für die Ermittlung eines Maßes von Bandlücken bei optoelektronischen Bauteilen

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758786A (en) * 1986-08-06 1988-07-19 Molecular Devices Corporation Method of analyzing semiconductor systems
JPH0727945B2 (ja) * 1991-09-26 1995-03-29 信越半導体株式会社 半導体結晶中の深い準位密度分布の評価方法
JP2975476B2 (ja) * 1992-03-30 1999-11-10 三井金属鉱業株式会社 結晶内のフォトルミネッセンス計測方法及び装置
US5663657A (en) * 1994-09-26 1997-09-02 University Of South Florida Determining long minority carrier diffusion lengths
JPH08139146A (ja) * 1994-11-14 1996-05-31 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体表面のライフタイム評価方法
GB9618897D0 (en) * 1996-09-10 1996-10-23 Bio Rad Micromeasurements Ltd Micro defects in silicon wafers
JPH10135291A (ja) * 1996-10-30 1998-05-22 Sharp Corp 半導体装置の評価方法及びその評価装置
US6151119A (en) * 1997-12-19 2000-11-21 Advanced Micro Devices Apparatus and method for determining depth profile characteristics of a dopant material in a semiconductor device
US6534774B2 (en) * 2000-09-08 2003-03-18 Mitsubishi Materials Silicon Corporation Method and apparatus for evaluating the quality of a semiconductor substrate
AU2001292110A1 (en) * 2000-10-06 2002-04-15 Aoti Operating Company, Inc. Method to detect surface metal contamination
GB0107618D0 (en) * 2001-03-27 2001-05-16 Aoti Operating Co Inc Detection and classification of micro-defects in semi-conductors
DE10221937A1 (de) * 2002-05-17 2003-12-04 Uwe Hermes Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Diffusionslänge von Minoritätsladungsträgern in einer zu messenden Halbleiterprobe
DE10311658A1 (de) * 2003-03-14 2004-09-23 Accent Optical Technologies Inc., Bend Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Eigenschaft einer Halbleiterprobe
WO2005017996A1 (en) * 2003-03-14 2005-02-24 Andreas Mandelis Method of photocarrier radiometry of semiconductors
GB0308182D0 (en) * 2003-04-09 2003-05-14 Aoti Operating Co Inc Detection method and apparatus
US6922067B1 (en) * 2003-11-18 2005-07-26 Ahbee 2, L.P. Determination of minority carrier diffusion length in solid state materials
US7187186B2 (en) * 2004-03-22 2007-03-06 Kla-Tencor Technologies Corp. Methods and systems for determining one or more properties of a specimen
US7601941B2 (en) * 2004-11-30 2009-10-13 National University Corporation NARA Institute of Science and Technology Method and apparatus for evaluating solar cell and use thereof
TWI439684B (zh) * 2005-07-06 2014-06-01 Nanometrics Inc 具自晶圓或其他工件特定材料層所發射光致發光信號優先偵測之光致發光成像
US7919762B2 (en) 2006-08-01 2011-04-05 Bt Imaging Pty Ltd Determining diffusion length of minority carriers using luminescence
US7362426B1 (en) * 2006-10-06 2008-04-22 Wafermasters, Inc. Raman and photoluminescence spectroscopy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010022962A1 *

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Publication number Publication date
WO2010022962A1 (de) 2010-03-04
DE102008044881A1 (de) 2010-06-10

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