Die neuartige MDP-Methode eignet sich sowohl für die Defektuntersuchung, beispielsweise durch Messungen der injektionsabhängigen Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, als auch für die Abtastung von Wafern oder sogar ganzen Waferblöcken im Rahmen der Inline-Messtechnik. Sie übertrifft ihre Konkurrenten µPCD (mikrowellendetektierter Photoleitfähigkeitsabfall) und QSSPC (Quasi-Steady-State-Photoleitfähigkeit) in Bezug auf Empfindlichkeit, Auflösung und Geschwindigkeit.
Die Photoleitfähigkeit, die in engem Zusammenhang mit der Diffusionslänge steht, wird durch Mikrowellenabsorption während und nach der Anregung mit einem rechteckförmigen Laserpuls gemessen. Abbildung 1 zeigt das Messprinzip für MDP- und MD-PICTS-Messungen.
Erzeugung freier Ladungsträger
Fallen werden mit Ladungsträgern gefüllt
Rekombination freier Ladungsträger
Thermische Reemission von gefangenen Ladungsträgern
zeitlich verschobene Rekombination der reemittierten Ladungsträger
In einem frequenzstabilen Mikrowellengenerator wird eine Mikrowelle mit etwa 10 GHz erzeugt und in einen Referenz- und einen Messteil aufgeteilt. Mit einem Dämpfungsglied lässt sich die Leistung einstellen, die typischerweise im Bereich von 1 bis 100 MW liegt. Die Probe befindet sich direkt außerhalb des Resonators und ist Teil des Messsystems. Eine spezielle Blende in der Hohlraumwand ermöglicht es dem Mikrowellenfeld, in die Probe einzudringen. Somit beeinflusst die komplexe Dielektrizitätskonstante der Probe die Resonanzfrequenz und die Verlustcharakteristika des Hohlraums. Die Mikrowellenabsorption durch überschüssige Ladungsträger wird mit einem IQ-Detektor erfasst. Die Probe wird auf einen x-y-Tisch gelegt, was theoretisch jede Probengröße zulässt und die Bewegung der Probe in der x-y-Ebene ermöglicht. Für temperaturabhängige MD-PICTS-Messungen muss die Probe Teil eines Kryostatsystems sein, sodass die Probengröße derzeit begrenzt ist; abgesehen davon handelt es sich jedoch im Prinzip um dasselbe Messsystem.
Fig. 1: Energy scheme of the measurement principle
Fig. 2: Exemplary signal
Fig. 3: setup for MDP and MD-PICTS
Die hohe Nachweisempfindlichkeit dieser Technik ermöglicht den Einsatz selbst schwacher Laserpulse mit einer Intensität von µW bis mW und einer unbegrenzten Pulsdauer. Somit ist es möglich, im stationären oder instationären Bereich zu messen und die Pulslänge kontinuierlich von 100 ns bis zu mehreren ms zu variieren. Die Auflösung dieses Systems wird lediglich durch die Diffusionslänge der Probe begrenzt.
Neben den Vorteilen hinsichtlich Geschwindigkeit und Empfindlichkeit besteht ein wesentlicher Vorteil der MDP darin, dass die Photoleitfähigkeit und die Minoritätsladungsträgerlebensdauer gleichzeitig gemessen werden können. Dementsprechend lassen sich aus jeder Messung mehr Parameter ableiten, wie beispielsweise die Diffusionslänge, die Mobilität und sogar die Einfangdynamik.
Fig. 4: Exemplary lifetime map of a mc-Si wafer
Fig 5: Exemplary photoconductivity map of a mc-Si wafer
