Scanning Infrared Microscopy

Das Scanning Infrared Microscope (SIRM), welches auf der Entwicklung von Laczik et al. 1989 basiert, ist ein Messgerät zur Untersuchung von Defekten in Halbleitermaterialien. Es ist verwandt mit der Laser Scattering Tomography (LST), welche 1983 von Moriya et al. vorgestellt wurde.

Es können prinzipiell die Verteilung, die Dichte und teilweise die Größe dieser Defekte bestimmt werden, wenn der Kontrast C = ΔI/I0 gemessen wird, da er ein Maß für die Teilchengröße ist (kleine streuen weniger als große).

Beim SIRM wird das Licht eines IR-Lasers durch eine spezielle Optik auf einen Fleck mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern in der Halbleiterprobe fokussiert. Es wird in Transmission (sogenanntes Hellfeld) gemessen. Enthält der zu untersuchende Halbleiter im Fokus des IR-Strahls einen Defekt der das Licht streut, wie z. B. Siliciumdioxid-Ausscheidungen in Silicium, oder absorbiert, wie der elektrische EL2-Defekt in GaAs, so verringert sich die hinter der Probe gemessene Intensität. Hierbei ist zu beachten, dass nur ein Streu- bzw. Absorptionszentrum, welches genau im Fokus liegt eine merkliche Reduzierung der Intensität zur Folge hat. „Vor“ bzw. „hinter“ dem Fokus liegende Defekte haben nur einen geringen Effekt.

Die Probe ist auf einem XYZ-Tisch montiert, der durch die Messsoftware des angeschlossenen Computers senkrecht zum Laserstrahl bewegt werden kann, um ein Map (Topogramm) aufnehmen zu können. Die minimale Schrittweite beträgt 0,2 µm. Durch Veränderung der Z-Position der Probe und damit der Fokusposition können Topogramme in verschiedenen Tiefen aufgenommen werden und Dichtebestimmungen werden möglich.

Die Streuung beim SIRM ist keine exakte Raleigh-Streuung, da das Licht fokussiert auf das Streuzentrum trifft und nicht als paralleles Strahlenbündel.


Aufbau des SIRM

Es wird ein Zweistrahlverfahren angewendet, bei dem der Laserstrahl durch einen Strahlteiler in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Der Probenstrahl wird durch die IR-Fokussieroptik auf und durch die Probe gelenkt. Hinter der Probe wird dieser Strahl mit einer InGaAs-Photodiode detektiert und mit einem Transimpedanzverstärker 1 verstärkt. Der andere Strahl (Referenzstrahl), der die Schwankungen der Laserausgangsleistung misst, trifft direkt auf die zweite baugleiche InGaAs-Photodiode und wird mittels des zweiten Transimpedanzverstärkers verstärkt.


Probenanforderungen

Der zu untersuchende Halbleiter muss eine Bandlücke größer als 1 eV haben, da der IR-Strahl im Halbleiter keine Ladungsträger durch den inneren Photoeffekt generieren darf.

Des weiteren muss die Probe beidseitig poliert sein und sie sollte nicht zu stark dotiert sein (spezifischer Widerstand größer 0,1 Ohm cm), da sonst das gesamte Licht durch die freien Ladungsträger absorbiert wird.

Die Messung mit dem SIRM ist zerstörungsfrei, erfolgt bei Raumtemperatur und benötigt keine Kontakte auf der Probe.


Spezifikationen

Verwendete Wellenlänge: 1320 nm
Erreichbare Ortsauflösung: < 5 µm
Probengröße: 10 x 10 bis 25 x 25 mm2
Probendicke: 10 x 10 bis 25 x 25 mm2
Maximale Untersuchungsgröße eines Topogrammes: 10 x 10 mm2