【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案依据35U.S.C.§119(e)规定主张于2013年10月17日申请的第61/892,382号美国临时申请案及于2013年9月4日申请的第61/873,577号美国临时申请案的权利。所述第61/892,382号美国临时申请案及所述第61/873,577号美国临时申请案的全文以引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及非接触式测量半导体衬底的p-n结的各种电响应特性，且特定地说，涉及一种用于测量异质结式或同质结式p-n结的各种响应特性的非接触式结光电压技术。
技术介绍
随着对改善的半导体装置性能的需求继续增大，对改的进半导体装置特性化技术的需求也增大。半导体晶片(例如硅晶片)在装置结构的制造中起重要作用。此类装置结构包含但不限于用于发光二极管的半导体结构(例如，MOCVD生长结构)、低能量植入及激光退火的超浅结、半导体太阳能电池及p-n结薄膜太阳能电池。对p-n结装置质量的改进监测在高级半导体装置制造的发展中是关键的。当前使用多种监测及测量技术来监测装置质量。当前所用跟踪技术包含多种非接触式及接触式测量技术。在特性化二极管装置性能时通常使用电流-电压(I-V)曲线。通常用源测量单元测量I-V曲线，所述源测量单元引起预定电流且在预定范围内扫描此电流。记录迫使电流通过给定装置所需要的电压，且所述源测量单元报告产生I-V曲线的成对数据点的集合。I-V曲线对装置研究者及制造者非常重要，这是因为...
【技术保护点】
一种用于非接触式测量p‑n结的一或多个特性的设备，其包括：照明单元，其用于用一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的光照明p‑n结的表面；测量单元，其包含至少第一测量元件，所述第一测量元件包含第一透明电极，所述第一透明电极定位为接近于所述p‑n结且经配置以将来自所述照明单元的光透射到所述p‑n结的所述表面，其中所述第一透明电极具有第一区域，所述第一区域用于测量与所述经照明区域内的所述第一区域对应的所述p‑n结的结光电压，其中所述第一电极的所述第一区域小于由照明子系统照明的区域以限制所述结光电压的横向扩展对所述结光电压的所述测量的影响；及控制器，其通信地耦合到至少所述测量单元及所述照明单元，所述控制器经配置以：控制来自所述照明单元的所述光的光强度或频率中的至少一者；从所述测量单元接收在所述一或多个所选择光强度及所述一或多个所选择频率下进行的所述结光电压的一或多次测量；及用从所述测量单元接收的所述结光电压的所述一或多次测量确定以下至少一者：所述p‑n结的光电流密度、所述p‑n结的正向电压、所述p‑n结的饱和电流密度、所述p‑n结的理想因子或所述p‑n结的一或多个I‑V曲线。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.04 US 61/873,577;2013.10.17 US 61/892,382;1.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备，其包括：
照明单元，其用于用一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的光照明p-n结
的表面；
测量单元，其包含至少第一测量元件，所述第一测量元件包含第一透明电极，所
述第一透明电极定位为接近于所述p-n结且经配置以将来自所述照明单元的光透射
到所述p-n结的所述表面，其中所述第一透明电极具有第一区域，所述第一区域用
于测量与所述经照明区域内的所述第一区域对应的所述p-n结的结光电压，其中所
述第一电极的所述第一区域小于由照明子系统照明的区域以限制所述结光电压的
横向扩展对所述结光电压的所述测量的影响；及
控制器，其通信地耦合到至少所述测量单元及所述照明单元，所述控制器经配置
以：
控制来自所述照明单元的所述光的光强度或频率中的至少一者；
从所述测量单元接收在所述一或多个所选择光强度及所述一或多个所选择频
率下进行的所述结光电压的一或多次测量；及
用从所述测量单元接收的所述结光电压的所述一或多次测量确定以下至少一
者：所述p-n结的光电流密度、所述p-n结的正向电压、所述p-n结的饱和电流
密度、所述p-n结的理想因子或所述p-n结的一或多个I-V曲线。
2.根据权利要求1所述的设备，其中一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的所
述光包含：
在足以建立所述结光电压内的稳态的调制频率下调制的经调制光中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的设备，其中一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的所
述光包含：
所选择量值及脉冲持续时间的脉冲式光。
4.根据权利要求1所述的设备，其中一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的所
述光包含：
在足以建立所述结光电压内的非稳态的调制频率下调制的经调制光中的至少一
者。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述控制器进一步经配置以：
使用所述调制频率、所述p-n结的经测量高频结光电压及所述p-n结的电容确定
光电流密度。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述测量单元进一步包含：
第二测量元件，其包含具有第二区域的第二电极，所述第二电极定位于所述照明
区域内及所述第一电极的所述第一区域外。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第二电极及所述第一电极经配置以监测所述
结光电压的一维条件。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述测量子系统的所述第一测量元件或所述第二
测量元件中的至少一者进一步包含：
一或多个信号处理元件。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述一或多个信号处理元件包括：
至少一个前置放大器、解调器或检测器。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述p-n结包括：
基于同质结的p-n结及基于异质结的p-n结中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
接地顶部透明电极，其经配置以至少屏蔽所述第一透明电极。
12.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
透明元件，其经配置以至少紧固所述第一透明电极及定位于所述第一透明电极外
的第二透明电极。
13.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括：
振动元件，其耦合到所述透明元件，其中所述振动元件经配置以机械地驱动至少
所述第一透明电极的运动。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制器经配置以通过计算以下两者之间的
差而测量一或多个结光电压值：在暗照明条件期间用所述第一透明电极测量的第一
表面电势与在第一强度的光照明期间于稳态条件中用所述第一透明电极测量的额
外表面电势。
15.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法，其包括：
用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述第一强度的所述光足以
建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的透明电极测量来自由
所述第一强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的第一结光电
压；
用额外强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述区域，其中所述额外强度的所
述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用所述透明电极测量来自由所述额外强度的所述光照明的所述照明区域内的所
述p-n结的所述部分的额外光电压；及
确定所述第一强度下所述p-n结的光电流密度。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
用所述p-n结的所述经测量第一光电压、所述经测量额外光电压或所述经确定光
电流密度中的至少一者确定所述p-n结的正向电压、所述p-n结的饱和电流密度或
理想因子中的至少一者。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
通过在多个照明强度中的每一者下获取结光电压及对应光电流而产生所述p-n结
的一或多个I-V曲线。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述
光中的至少一者包括：
强度经调制的光，其具有足够低以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的
调制频率。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述
光中的至少一者包括：
脉冲式光，其具有足以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的强度分布。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述p-n结的所述第一表面包括：
所述p-n结的前表面。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述p-n结包括：
基于同质结的p-n结及基于异质结的p-n结中的至少一者。
22.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述
光中的至少一者具有光谱范围，其包含对应于所述p-n结中高于所选择阈值的量子
效率的波长或波长范围。
23.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述第一强度下所述p-n结的光电流
密度包括：
通过比较以下两者而确定所述第一强度下所述p-n结的光电流密度：用所述透明
电极获取的初始光电流密度与经由一或多个接触式电极从用大体上类似于所述第
一强度的所述光的光照明的校准p-n结获取的校准光电流密度。
24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述p-n结的p层及n层电耦合的情况下测
量所述第一结光电压及所述额外结光电压。
25.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括：
比较所述第一光电压或所述额外光电压中的至少一者与从所述区域测量且由施
加于所述p-n结的交流电压引发的一或多个结电压信号。
26.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述第一强度下所述p-n结的光电流
密度包括：
在足以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的调制频率下用所述第一强
度的光照明所述p-n结的所述表面的所述区域；
用所述透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的所述部分的高频结光电
压；
获取所述p-n结的电容；及
用所述p-n结的所述高频结电压、所述p-n结的所述电容及所述调制频率确定足
以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的所述调制频率下所述p-n结的光
电流密度。
27.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述第一强度下所述p-n结的光电流
密度包括：
通过分析第一结电压瞬时响应的前沿处的所述第一结光电压的导数而确定所述
第一强度下所述p-n结的光电流密度。
28.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法，其包括：
用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述第一强度的所述光足以
建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用具有第一区域且定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第一
透明电极测量来自由所述第一强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的
一部分的第一结光电压；
用额外强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述照明区域，其中所述额外强度
的所述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用所述第一透明电极测量来自由所述额外强度的所述光照明的所述照明区域内
的所述p-n结的所述部分的额外光电压；
通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二透明电极测
量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·N·法伊费尔，I·S·G·凯利摩根，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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