FUENTE DE LUZ EXTENDIDA Y MODULABLE ELECTRICAMENTE Y DISPOSITIVO DE MEDICION PARA CARACTERIZAR UN SEMICONDUCTOR QUE COMPRENDE UNA FUENTE DE DICHAS CARACTERISTICAS.

Fuente de luz destinada a inyectar unos portadores en exceso en una oblea semiconductora iluminando una superficie de dicha oblea semiconductora (4),

asociándose dicha fuente a un dispositivo de medición para caracterizar dicha oblea semiconductora, caracterizada porque dicha fuente (1) comprende por lo menos un conjunto de fuentes puntuales (2) separadas a intervalos regulares en la dirección X y en la dirección Y, de modo que dicha fuente emita un haz monocromático cuyas dimensiones sean por lo menos iguales a las de la superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora, modulándose cada una de dichas fuentes puntuales (2) de una forma sinusoidal mediante un modulador electrónico común (3), eligiéndose la distancia (d) entre dos fuentes puntuales y la distancia (D) entre dicha fuente y la superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora de modo que dicho haz de luz monocromática ilumine de un modo uniforme dicha superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora

La presente invención se refiere a una fuente de luz extendida y modulable eléctricamente destinada a 10 inyectar unos portadores en exceso en una oblea semiconductora iluminándola. En particular, dicha fuente, asociándose a un dispositivo de medición, permite caracterizar las propiedades eléctricas de dicha oblea semiconductora, tales como la vida útil 15 del volumen y la velocidad de recombinación superficial de los portadores minoritarios de una oblea semiconductora. La invención se refiere más particularmente al ámbito de la industria fotovoltaica y microelectrónica. 20

Los nuevos compuestos electrónicos y la generación futura de los dispositivos en la tecnología microelectrónica, y en particular en el ámbito de la integración a muy gran escala de los circuitos integrados, exigen unos materiales de partida con 25 unos niveles de pureza cada vez más grandes, siendo válido lo mismo para las células fotovoltaicas. Los metales son los principales responsables de la contaminación de las obleas de silicio. La presencia de dichos metales disminuye las prestaciones, la 30 fiabilidad y la relación de los dispositivos, a saber,

el número de dispositivos “buenos” de una oblea de silicio dividido por el número total de dispositivos de dicha misma oblea. Por ejemplo en los transistores, los metales alcalinos introducen una carga móvil en la capa de óxido fina, que neutraliza a continuación 5 las propiedades de aislamiento de los óxidos. Del mismo modo, los metales de transición actúan como trampas de electrones. De este modo, una concentración de impurezas superior a 1010cm-3 puede inutilizar totalmente una oblea de silicio para la 10 fabricación de ciertos dispositivos.

De este modo la contaminación constituye una amenaza relativamente costosa para la industria de la microelectrónica y, por lo tanto, es esencial medir y controlar dicha contaminación en el curso del proceso 15 de fabricación de los circuitos integrados.

Por otra parte, si para la industria fotovoltaica la amenaza se considera menos crítica, las contaminaciones metálicas pueden degradar el rendimiento de conversión de las células y pueden 20 ejercer, por lo tanto, un impacto seguro sobre el precio de venta del producto final.

Las técnicas físico-químicas convencionales utilizadas para medir la contaminación no pueden aplicarse a un control en línea. Habría que extraer 25 de la oblea las soluciones acuosas de las contaminaciones metálicas y medirlas a continuación empleando unos métodos espectroscópicos. Dichas técnicas son demasiado largas, demasiado costosas y destructivas, por lo tanto no pueden aplicarse para 30 una utilización en línea.

Se proponen unas técnicas basadas en la medición de los efectos eléctricos de la contaminación antes que la concentración de las impurezas, tal como la técnica de disminución de la fotoconductividad en hiperfrecuencia (micro-PCD). Dichas técnicas 5 consisten en medir la vida útil de los portadores minoritarios τb en la oblea semiconductora, siendo la vida útil de los portadores minoritarios un parámetro asociado a la concentración de las impurezas.

Sin embargo, la medición de dicho parámetro τb se 10 asocia a la velocidad de recombinación superficial S, y no resulta fácil extraer directamente su valor. Las técnicas alternativas propuestas miden de un modo general una vida útil efectiva τeff que se asocia a la vez a τb y S. A fin de poder extraer τb, resulta 15 necesario por consiguiente, o bien determinar de una forma muy precisa el valor de S o bien hacer que sea despreciable la velocidad de recombinación S en relación con τb. De un modo general, la solución propuesta consiste en una etapa suplementaria de 20 pasivación de la superficie de las obleas de silicio antes de la etapa de medición. Sin embargo, dicha etapa de pasivación de la superficie no es muy apta para medirse en una línea de producción, ya que por una parte existe el riesgo de dañar la oblea y, por 25 otra parte, induce un retraso suplementario en el proceso de medición y de control de calidad de la oblea, causando por lo tanto un sobrecoste de producción.

El documento O. Palais, A. Arcari “Contactless 30 measurement of bulk lifetime and surface

recombination velocity in silicon wafers”, Journals of Applied Physics, A. Arcari “Contactless measurement of bulk lifetime and surface recombination velocity in silicon wafers” Journal of Applied Physics, vol. 93, nº 8, 15 abril 2003; 5 páginas 4686-4690 describe otra técnica alternativa de medición basada en la medición del desfase de microondas entre la señal de modulación de una fuente excitatriz luminosa y las microondas reflejadas por una oblea semiconductora iluminada de este modo por 10 la fuente excitatriz luminosa. Contrariamente a las técnicas mencionadas anteriormente, dicha técnica permite acceder independientemente a la vida útil del volumen de los portadores minoritarios τb y a las velocidades de recombinaciones superficiales S en la 15 oblea semiconductora sin tener que proceder a una pasivación de las superficies de la oblea.

El dispositivo comprende dos fuentes. La primera fuente es una fuente fotónica excitatriz láser que emite en la proximidad de los infrarrojos modulada 20 con una frecuencia baja f. Dicha fuente que emite un haz de luz monocromática de un diámetro comprendido entre 25 y 50 μm ilumina localmente una de las dos caras de la oblea semiconductora, y crea de este modo en la muestra una cierta población de portadores en 25 exceso. La segunda fuente es una fuente de sonda de microondas que emite un campo de microondas a 10 GHz. Dicha segunda fuente de microondas irradia la misma muestra al mismo tiempo que la primera fuente aunque por la cara no iluminada por la primera fuente. Las 30 propiedades de las microondas reflejadas dependen de

la densidad o población de portadores inducida por la primera fuente de láser, midiendo el desfase ∆ф de las microondas de la reflexión en función de la frecuencia de modulación f, se puede determinar las características eléctricas de la oblea que son la 5 vida útil del volumen τb y la velocidad de recombinación superficial S de los portadores minoritarios.

Sin embargo, dicho dispositivo permite sobretodo establecer una cartografía de la vida útil del 10 volumen de la oblea. En efecto, el dispositivo de medición asociado a dicha técnica de medición comprende una pequeña fuente modulada sinusoidalmente alrededor de un nivel de iluminación constante. Dicho dispositivo permite únicamente medir localmente la 15 vida útil de los portadores de la oblea, por lo tanto resulta necesario repetir las mediciones para poder realizar un barrido de toda la superficie de la placa desplazando la fuente excitatriz fotónica zona por zona a fin de establecer una cartografía (S, τb) de 20 la oblea. Dicho dispositivo necesita, por lo tanto, de un tiempo de medición relativamente largo para obtener los datos de la vida útil de los portadores para toda la oblea, por lo general la duración del establecimiento de las cartografías necesita de 25 varias horas. De hecho, dicha fuente hace que la técnica de medición y el dispositivo asociado sean inadecuados para las mediciones de la vida útil del volumen y para el control de la contaminación de las impurezas en línea. 30

Tanto en la industria de la microelectrónica como en la de la fotovoltaica resulta imperativo disponer de una técnica de medición simple, que pueda efectuar la medición rápidamente y que se adapte al tamaño de la oblea semiconductora. 5

El objetivo de la presente invención es proponer una fuente de luz que, tanto en su diseño como en su modo de funcionamiento, permita unas mediciones globales sobre una muestra, en particular dicha fuente asociada a un dispositivo de medición permite 10 determinar en línea rápidamente y eficazmente una vida útil del volumen τb y las velocidades de recombinación superficiales S de los portadores minoritarios de una oblea semiconductora en el curso del proceso de fabricación de los circuitos 15 integrados y de las células fotovoltaicas, lo que permite, entre otras cosas, poner en evidencia una eventual contaminación metálica por el sesgo de la medición de la vida útil de los portadores minoritarios. 20

En particular, dicha fuente debe adaptarse a cualquier tipo de material de la oblea semiconductora y debe iluminar de un modo homogéneo toda la superficie de la oblea cualquiera que sea su tamaño, permitiendo de este modo efectuar unas mediciones...

Reivindicaciones

1. Fuente de luz destinada a inyectar unos portadores en exceso en una oblea semiconductora iluminando una superficie de dicha oblea semiconductora (4), asociándose dicha fuente a 5 un dispositivo de medición para caracterizar dicha oblea semiconductora, caracterizada porque dicha fuente (1) comprende por lo menos un conjunto de fuentes puntuales (2) separadas a intervalos regulares en la dirección X y en la 10 dirección Y, de modo que dicha fuente emita un haz monocromático cuyas dimensiones sean por lo menos iguales a las de la superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora, modulándose cada una de dichas fuentes puntuales (2) de una forma 15 sinusoidal mediante un modulador electrónico común (3), eligiéndose la distancia (d) entre dos fuentes puntuales y la distancia (D) entre dicha fuente y la superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora de modo que dicho haz de 20 luz monocromática ilumine de un modo uniforme dicha superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora.

2. Fuente de luz según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho modulador eléctrico 25 (3) modula cada una de dichas fuentes puntuales en una gama de frecuencias comprendida entre 1 Hz y 100 kHz.

3. Fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque 30 cada fuente puntual es un diodo láser con fibra.

4. Fuente de luz según la reivindicación 3, caracterizada porque en la salida de cada diodo láser con fibra se dispone una lente de enfoque.

5. Fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque 5 cada fuente puntual es un diodo fotoemisor.

6. Fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la distancia del intervalo (d) entre dos fuentes puntuales se encuentra comprendida entre 0 cm y 10 1,5 cm.

7. Fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones 4 y 6, caracterizada porque la distancia de focalización de las lentes puede ser una distancia cualquiera. 15

8. Fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizada porque el ángulo de emisión de dichos diodos fotoemisores puede ser un ángulo cualquiera.

9. Fuente de luz según cualquiera de las 20 reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque dicha fuente (1) se dispone encarada a la superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora (4).

10. Fuente de luz según cualquiera de las 25 reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque dicha fuente (1) se dispone a 90º con respecto a la superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora (4), devolviéndose el rayo de luz emitido por dicha fuente (1) mediante un espejo 30 de retorno (5) dispuesto a 45º entre dicha

fuente (1) y dicha superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora (4).

11. Fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque se dispone un filtro neutro de difusión (6) entre 5 dicha fuente (1) y dicha superficie a iluminar de dicha oblea semiconductora (4) a fin hacer más uniforme el haz de luz emitido por dicha fuente.

12. Dispositivo de medición que comprende una 10 fuente de luz según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para determinar la vida útil del volumen τb y la velocidad de recombinación S de una oblea semiconductora (4), caracterizado porque dicho dispositivo comprende 15 asimismo:

- dicho modulador eléctrico (3) que comprende una salida (15) para alimentar dicha fuente de luz y una salida de señal de referencia (7) en fase y de frecuencia 20 idéntica a la frecuencia f de modulación de dicha fuente de luz,

- una fuente de sonda (8) para crear un campo de ondas, irradiando las ondas emitidas la cara no iluminada de dicha 25 oblea semiconductora (4),

- una guía de onda o una antena (9) que permite conducir las ondas emitidas (10) sobre la cara no iluminada de dicha oblea semiconductora y las ondas reflejadas (11) 30 hacia un detector de ondas (12),

destinándose dicha guía de onda o dicha antena asociada a dicho detector de ondas, a recoger la señal producida por las ondas reflejadas por dicha oblea semiconductora excitada de este modo (4), 5

- una unidad de control (13) que recibe la señal de referencia procedente de una de las dos salidas de dicho modulador eléctrico y la señal de la onda reflejada a la salida de dicho detector (12), midiendo 10 de este modo un desfase ∆ф entre la fuente de luz y las ondas reflejadas,

- una unidad de tratamiento (14) que recibe el desfase ∆ф medido por dicha unidad de control (13) para extraer por lo menos dos 15 parámetros de dicha oblea semiconductora (4) que son la vida útil de los portadores minoritarios τb y la velocidad de recombinación superficial S.

13. Dispositivo de medición según la 20 reivindicación 12, caracterizado porque dicha fuente de luz (1) emite un haz de luz de una potencia suficiente que permita una inyección de portadores libres por lo menos superior a 10-5 veces el dopaje de dicha oblea semiconductora 25 (4).

14. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha fuente de sonda es una fuente de microondas, que trabaja en la banda X, para crear un campo de microondas, 30

irradiando las microondas emitidas la cara no iluminada de dicha oblea semiconductora (4).

15. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha fuente de onda de sonda es una fuente de radiofrecuencia, que 5 trabaja en un espectro de radiofrecuencia comprendido entre la banda VHF y la banda X, irradiando las ondas emitidas la cara no iluminada de dicha oblea semiconductora (4).