用于准确测量及映射大面积横向p-n结的正向及反向偏压电流对电压特性的设备及方法
【专利说明】用于准确测量及映射大面积横向P-N结的正向及反向偏压电 流对电压特性的设备及方法
[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002] 本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2013年9月4日申请的第61/873,545号美国临 时申请案的权益。所述第61 /873，545号美国临时申请案特此以全文引用的方式并入。
技术领域
[0003] 本发明大体上涉及电流对电压特性的测量，且特定来说，涉及如半导体制造期间 紧随作用层形成之后存在于晶片上的大面积横向p-n结的电流对电压特性的测量。
【背景技术】
[0004] 薄抛光板(例如硅晶片及类似物)是现代技术的极为重要部分。例如，晶片可能是 指用于制造集成电路及其它装置(例如发光二极管、太阳能电池或离散二极管及晶体管）中 的半导体材料的薄圆块。
[0005] p-n结是指半导体内部的两种类型的半导体材料(p型及η型）之间的边界或接口。 半导体技术的发展增加 P-n结的各种特性的测量准确度的需求。产量追踪及预测要求缩短 了解所制造的装置的真实电特性的时间。此类特性可包含电流对电压特性(I-V曲线）、薄层 电阻及导电率测量、反向偏压下的泄漏电流测量及正向偏压下的正向电压及类似物。例如， 在10uA及100uA下测量的正向电压以及在-5V下测量的反向电流是GalnN发光二极管(LED) 制造商的重要的制造度量。
[0006] 目前，4点探针(4PP)技术(例如第7,714,596号美国专利中揭示的技术)可通过在 具有P-n结的晶片的顶部与底部侧之间施加偏压而用于薄层电阻及导电率测量。然而，现有 4PP技术不能用于电介质衬底(例如蓝宝石)上的GaInN LED结构中的泄漏电流的测量。现有 4PP技术的另一缺点是:其是基于极低反向偏压(<26mV，也称作线性状态，其中V〈kT/q)下p-n结导电率的测量，所述反向偏压未高到足以在广泛范围的反向偏压(例如，所施加偏压范 围0到-30V)中监控GalnN LED结构中的泄漏电流。
[0007] 用于泄漏测量的其它技术（例如第2013/0046496号美国专利申请案、第2013/ 0043875号美国专利申请案及第7，679,381号美国专利中揭示的技术)使用弹簧负载探针以 提供电流对电压特性（I-V曲线）的测量。这些技术的主要缺点中的一者与缺少考虑大幅取 决于P-n结层的薄层电阻的横向电流的任何方法有关。此是重要的，因为横向电流导致尤其 在反向偏压下电流密度的降低。在未知电流散布的情况下，电流密度是未知的。这些技术的 其它缺点包含归因于接触电阻的严重测量假象以及难以接触生长在电介质衬底(例如蓝宝 石)上的p-n结的底层。
[0008] 其中存在对用于在p-n结的反向以及正向偏压条件下准确测量及映射电流对电压 特性而无前述提及的缺陷的系统及方法的需要。
【发明内容】
[0009] 本发明涉及一种设备。所述设备包含:第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层 的表面建立电连接。由所述第一探针建立的电连接覆盖经优化以最小化横向电流的所述P-n结的所述第一层的所述表面的区域。所述设备还包含:第二探针，其经配置用于接触所述 p-n结；及测量单元，其电连接到所述第一探针及所述第二探针。所述测量单元经配置用于 测量以下各者中的至少一者：当激励所述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二 探针之间的电压及介于所述第一与所述第二探针之间的电流。
[0010] 本发明的又一实施例涉及一种设备。所述设备包含:第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接;及第二探针，其经配置用于接触所述p-n结。所述设备还包 含：多个电压测量探针，其经配置用于测量表面电压降；及防护回路，其经配置用于防止来 自所述第一探针的横向电流，其中可基于所述经测量表面电压降调整以下各者中的至少一 者:施加于所述防护回路的电压及电流。所述设备进一步包含测量单元，其电连接到所述第 一探针及所述第二探针，所述测量单元经配置用于测量以下各者中的至少一者：当激励所 述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二探针之间的电压及介于所述第一与所 述第二探针之间的电流。
[0011] 本发明的额外实施例涉及一种设备。所述设备包含:第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接;及第二探针，其经配置用于接触所述p-n结。所述设备还包 含多个电压测量探针，其经配置用于在激励所述第一及所述第二探针时测量与所述第一探 针相距不同距离处的表面电压。所述设备进一步包含:至少一个额外探针，其经配置用于促 进所述P-n结的所述第一层的薄层电阻的测量;及测量单元，其经配置用于基于与所述第一 探针相距不同距离处的所述经测量表面电压及所述经测量薄层电阻计算所述第一探针附 近的横向电流。
[0012] 本发明的额外实施例涉及一种方法。所述方法包含:激励连接到p-n结的第一探针 与第二探针之间的电流;当激励所述第一及所述第二探针时测量与所述第一探针相距不同 距离处的表面电压;测量所述p-n结的第一层的薄层电阻;及基于与所述第一探针相距不同 距离处的所述经测量表面电压及所述经测量薄层电阻计算所述第一探针附近的横向电流。
[0013] 本发明的额外实施例涉及一种方法。此方法包含:激励连接到p-n结的第一探针与 第二探针之间的电流J;使用定位为与所述第一探针相距第一距离的第一电压测量探针测 量表面电压h，所述第一电压测量探针具有半径R prcib(3l;使用定位为与所述第一探针相距第 二距离的第二电压测量探针测量表面电压V2,所述第二电压测量探针具有半径R prcibe2;及基 于所述电流J、所述表面电压V:、所述表面电压V2、所述半径IV。^及所述半径R pr^2计算所述 p-n结的薄层电阻。
[0014] 应理解，前述一般描述及以下详细描述两者都仅为示范性及解释性的，且不一定 限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的【附图说明】本发明的标的物。所述 描述及图式一起用以解释本发明的原理。
【附图说明】
[0015] 所属领域的技术人员通过参考附图可更好地理解本发明的众多优点，其中：
[0016] 图1是描绘P-n结中的横向电流散布的示意图；
[0017]图2是描绘根据本发明的实施例的用于控制横向电流的技术的示意图；
[0018] 图3是描绘泄漏电流的分布密度与探针半径之间的关系的示意图；
[0019] 图4是描绘测量设备的框图；
[0020] 图5是描绘大面积探针的俯视图的示意图；
[0021] 图6是描绘施加于图5中所示的大面积探针的电压/电流的示意图；
[0022] 图7是描绘环绕大面积探针的防护回路的示意图；
[0023] 图8是描绘施加于如图7中所示的大面积探针及防护回路的电压/电流的示意图；
[0024] 图9是描绘实施防护回路的情况下泄漏电流的分布密度与探针半径之间的关系的 示意图；
[0025] 图10是描绘用于获得p-n结的I-V曲线的方法的流程图；
[0026] 图11是描绘表面电压差的测量的示意图；
[0027] 图12是位于主要探针与防护回路之间的电压测量探针的俯视图；
[0028] 图13是位于主要探针与防护回路之间的不同类型的电压测量探针的俯视图；
[0029] 图14是描绘用于在考虑表面电压差的情况下获得p-n结的I-V曲线的方法的流程 图；
[0030]图15是描绘位于主要探针内的电压测量探针的示意图；
[0031] 图16是描绘电压测量探针及主要探针的俯视图的示意图；
[0032] 图17是描绘用于在考虑主要探针内测量的表面电压的情况下获得p-n结的I-V曲 线的方法的流程图；
[0033] 图18是描绘用于在考虑主要探针内测量的表面电压的情况下获得p-n结的I-V曲 线的另一方法的流程图；
[0034] 图19是描绘定位于主要探针内的非接触式电压测量探针的示意图；
[0035] 图20是描绘用于获得p-n结的I-V曲线的方法的流程图，其中电流源是AC源；
[0036] 图21是描绘定位于主要探针内的电压测量探针与防护回路的组合的示意图；
[0037] 图22是描绘定位于主要探针内的电压测量探针、防护回路及位于主要探针与防护 回路之间的多个电压测量探针的组合的示意图；
[0038] 图23是描绘定位于主要探针内的电压测量探针、防护回路及位于主要探针与防护 回路之间的一个额外电压测量探针的组合的示意图；
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