Räumliche Untersuchung von Defekten durch Glühbehandlungen

Ziel

Halbleiter sind das Herzstück moderner Elektronik – doch schon der kleinste lokale Defekt kann ihre Leistung und Zuverlässigkeit erheblich beeinträchtigen. Die räumlich aufgelöste Defektanalyse mittels Lebensdauermessungen deckt genau diese kritischen Schwachstellen auf und liefert Erkenntnisse, die anderen Messmethoden oft entgehen.

Durch die hochpräzise Untersuchung einzelner Bereiche eines Halbleiters können Sie:

• mikroskopische Materialfehler wie Risse, Versetzungen oder Verunreinigungen erkennen

• Fertigungsprozesse optimieren, indem die Ursachen lokaler Unregelmäßigkeiten genau lokalisiert werden

• die Lebensdauer der Bauelemente und die allgemeine Zuverlässigkeit deutlich verbessern

In einem Markt, der von Miniaturisierung, höherer Leistungsdichte und strengen Qualitätsanforderungen geprägt ist, bietet die räumlich aufgelöste Defektanalyse einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Mit dem MDPmap von Freiberg Instruments ist es möglich, die Minoritätsträgerlebensdauer mit hoher räumlicher Auflösung zu messen. Freiberg Instruments ist noch einen Schritt weiter gegangen und hat einen integrierten beheizbaren Probenhalter entwickelt, um Temperungsschritte durchzuführen.

Lösung

Das in den MDPmap integrierte beheizbare Probenhalter ermöglicht die Durchführung von Temperungsschritten im Bereich von 50 °Cbis 250 °C, ohne dass die Probe bewegt werden muss, sodass räumlich aufgelöste Untersuchungen der Probe durchgeführt werden können. Es wurde speziell für Proben mit einem Durchmesser von bis zu 12 Zoll entwickelt. 

Darüber hinaus ist es möglich, Sequenzen in Kombination mit Beleuchtung durchzuführen, um den Zustand von Defekten zu verändern (z. B. Assoziation und Dissoziation von FeB-Paaren) und die Lebensdauer bis zu 100 °C zu messen und abzubilden.

Für temperaturabhängige Lebensdauermessungen in größeren Temperaturbereichen zur Untersuchung von Aktivierungsenergien von Defekten sehen Sie sich bitte unsere Tools MDpicts, MDpicts pro und HTpicts an.

Anwendungsbeispiel

Durch die Verwendung der integrierten Heizbühne mit einer speziellen Abfolge von Temperungsschritten und Lichtbestrahlung lassen sich die Konzentrationen von Chrom, Eisen und Bor-Sauerstoff-Komplexen aus Lebensdauermessungen bestimmen, wobei die Nachweisgrenze weitaus besser ist als z. B. bei chemischen Methoden.

Die folgenden Schritte können mit dem MDPmap automatisch durchgeführt werden:
 

Nach jedem Temper- oder Flash-Schritt wird eine Lebensdauerkarte gemessen. Die Konzentrationen von Fe, Cr und BO_₂ werden anhand der folgenden Gleichungen berechnet:
 

\([Fe] = C_{Fe} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{6}} - \cfrac{1}{\tau_{5}})\)                         C_Fe = -2,5 × 10¹³ µscm^⁻³ 

\([BO_{2}] = C_{BO} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{6}} - \cfrac{1}{\tau_{4}})\)                      C_BO = 1,2 × ¹0^¹⁴ µscm^⁻³ 

\([Cr] = C_{Cr} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{1}} - \cfrac{1}{\tau_{3}})\)                          C_Cr = 1,6 × 10^¹³ µscm⁻^³ 

Die Kalibrierungsfaktoren sind Näherungswerte. Die genauen Werte sind injektionsabhängig und können mithilfe von SRH-Simulationen berechnet werden. Dennoch zeigen die resultierenden Karten eine relative Verteilung der Defektdichten und damit, wo sich Defekte konzentrieren. Im folgenden Beispiel konzentriert sich Eisen am Rand der Probe, was typisch für Cz-Si ist; Cr weist die höchste Dichte am Rand und in kreisförmigen Bereichen in der Mitte der Probe auf, während BO₂ ausschließlich in großen Bereichen in der Mitte der Probe und nicht am Rand konzentriert ist.

Kurz gesagt: Wenn man Halbleiter lokal versteht, kann man global bessere Entscheidungen treffen.

Diese Messungen verdeutlichen den Nutzen des MDPmap in Kombination mit dem integrierten beheizten Spannfutter.