Es wird daher zunächst überprüft, ob und inwieweit ein Temperschritt die im Elektronenstrahl-verdampfer entstandenen Defekte einer Al2O3-passivierten Probe ausheilen kann. Dazu werden die in Abschnitt 4.4.2 verwendeten Probenα undβ verwendet, die nach der Metallisierung noch eine Lebensdauer vonτeff, α= 99µs beziehungsweiseτeff, β = 65µs aufweisen.
Probe α wird bei verschiedenen Temperaturen in einem Bereich zwischen 320 und 450 °C ku-muliert jeweils 30 Minuten in N2-Atmosphäre getempert. Nach jedem Temperschritt wird die Ladungsträgerlebensdauer der Probe sowohl durch Photoleitfähigkeitsmessungen (vgl. rote Kurve in Abb. 4.38) als auch ortsaufgelöst überprüft.
PDA Al
Abbildung 4.38:Ladungsträgerlebensdauern der Probenαundβ direkt nach dem Postdeposition-Anneal (PDA), nach der Bedampfung mit Al, nach den einzelnen Temperschritten bei unterschiedlichen Temperaturen sowie einige Tage nach dem letzten Temperschritt. Die Verbindungslinien dienen nur der Orientierung.
Durch die Metallisierung war die Lebensdauer in der Probe auf 2% ihres Wertes direkt nach dem Postdeposition-Anneal gefallen. Bereits nach einem 30-minütigen Temperschritt bei 320 °C erreicht sie wieder 81% des Postdeposition-Annealwertes. Durch einen weiteren Temperschritt bei 360 °C erhöht sich die Lebensdauer noch weiter und erreicht mit 88% der ursprünglichen Lebensdauer ihren höchsten Wert nach der Schädigung der Probe. Drei weitere Temperschritte bei 390 °C, 420 °C und 450 °C verringern die Lebensdauer wieder auf bis zu 21% des Ausgangswertes.
Danach wird die Probe keinem weiteren Prozessschritt unterzogen und lichtgeschützt aufbewahrt.
Bestimmt man bei einige Tage nach dem letzten Temperschritt von 450 °C erneut die Lebensdauer, so erhält man mit länger werdender Aufbewahrungsdauer ansteigende Werte. Nach 30 Tagen ist eine deutlich erhöhte Lebensdauer vonτeff = 3,03 ms erreicht. Dies entspricht einer Erholung auf
4.6 Untersuchung des Metallisierungsschadens Al2O3-passivierter Proben 95 72% des Ausgangswertes nach dem Postdeposition-Anneal und ergibt eine maximale effektive Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit vonSeff = 8,25 cm/s. Der Effekt tritt nach den 30 Tagen in Sättigung.
In der Abfolge der PL-Aufnahmen in Abbildung 4.39 ist das ortsaufgelöste Verhalten der Lebens-dauer in der Probe während des gesamten Prozesses zu erkennen. In der Aufnahme nach dem
(a)nach PDA (b) 360 °C (c) 390 °C
(d)420 °C (e) 450 °C (f)30 Tage später
Abbildung 4.39: Photolumineszenzaufnahmen der Al2O3-passivierten Lebensdauerprobeα nach den einzelnen 30-minütigen Temperschritten in N2-Atmosphäre sowie 30 Tage nach dem letzten Temperschritt (die Probe war während der Metallisierung zerbrochen). Die Aufnahme direkt nach dem Postdeposition-Anneal (PDA) ist zum Vergleich in (a) noch einmal gezeigt. Die Probe war während des Tempervorgangs in der abgebildeten Orientierung im Quarzglasrohr positioniert.
360 °C-Schritt ist eine ähnliche Lebensdauerverteilung wiederhergestellt, wie sie in der Aufnahme nach dem Postdeposition-Anneal (vgl. S. 79) zu beobachten war. Auch die leichte Abnahme des PL-Signals zur abgerundeten Seite hin ist wieder vorhanden. Allerdings sind kleinere Bereiche geringerer Lebensdauer mit einem Durchmesser von einigen Millimetern neu aufgetreten. Sie lassen sich durch die Temperschritte nicht ausheilen und wurden vermutlich durch lokale, irreparable Schädigung während der Elektronenstrahlverdampfung verursacht. Durch die Temperschritte bei immer höheren Temperaturen oberhalb der für die Lebensdauer optimalen 360 °C breitet sich der Bereich mit niedrigerem PL-Signal vom runden Scheibenrand immer mehr über die gesamte Probe aus.
Der 30 Tage später stattfindenden PL-Aufnahme kann eine Erholung des sich ausgebreiteten Bereichs niedrigen PL-Signals entnommen werden. Die Lebensdauer ist wieder homogen über die Probe verteilt und weist lediglich am runden Rand die bereits bekannte Abnahme auf. Die durch zu hohe Temperaturen verursachte Schädigung der Probe heilt sich somit nach einer gewissen Zeit von selbst wieder aus.
Präzisierung der optimalen Ausheiltemperatur
Es scheint demnach ein Temperaturfenster zu geben, innerhalb dessen die durch den Elektron-enstrahlverdampfer stark beeinträchtigte Lebensdauer nahezu vollständig wiederhergestellt werden kann. Um das Temperaturfenster genauer auf die optimale Temperatur zur Ausheilung der Schädi-gung „abzutasten“ und um den Einfluss der Annealdauer auf das Ausheilergebnis zu untersuchen, wird Probe β innerhalb des Temperaturbereichs von 320 °C bis 390 °C in kleineren Temperatur-intervallen kumuliert je 30 Minuten getempert.
Das Ergebnis der nach den einzelnen Temperschritten durchgeführten Photoleitfähigkeitsmes-sung zur Bestimmung der Lebensdauer ist als blaue Kurve in Abbildung 4.38 dargestellt. Die Untersuchung zeigt, dass Temperschritte bei Temperaturen zwischen 320 °C und 380 °C ein
„Plateau“ der Minoritätsladungsträgerlebensdauer verursachen, wenngleich die besten Resultate bei einer Temperatur zwischen 370 °C und 380 °C erzielt werden. Dort erreicht Probeβ100% ihres Ausgangswertes nach dem Postdeposition-Anneal. Zudem ist weniger die Dauer als die Temperatur des Tempervorgangs maßgeblich für dessen Ausheilwirkung. Denn Probeβ erreicht beispielsweise nach dem 390 °C-Temperschritt eine ähnliche Lebensdauer der Minoritätsladungsträger wie Probe α, obwohl sie zu diesem Zeitpunkt bereits doppelt so lange getempert wurde. Wie schon bei Probeα sind bei Probeβ ähnliche Bereiche niedrigerer Ladungsträgerlebensdauer zu erkennen, die durch die Temperschritte nicht verändert werden.
Bei erneutem Bestimmen der Ladungsträgerlebensdauer der Probe 30 Tage nach dem letzten Tem-perschritt erreicht Probeβ einen Wert vonτeff = 4,76 ms beziehungsweise Seff = 5,25 ms. Damit liegt derτeff-Wert sogar 15% oberhalb der Ausgangslebensdauer nach dem Postdeposition-Anneal.
Dies kann damit erklärt werden, dass Probeβ nur 10−20 °C oberhalb der als optimal bestimmten Ausheiltemperatur getempert wurde, wohingegen sich Probe α in einem Tempervorgang mit 70−80 °C darüber befand.
Schädigung und Ausheilung ungetemperter Proben
Der Ausheilvorgang des durch den Elektronenstrahlverdampfer verursachten Schadens wird nun mit einer Probe γ untersucht, die vor dem Metallisierungsschritt keinem Postdeposition-Anneal unterzogen, sondern „as-deposited“ metallisiert wird. Probeγ wird mit Ausnahme des Postdeposition-Anneal mit dem gleichen Prozess, der in Abbildung 4.19 auf Seite 78 veranschau-licht ist, hergestellt.
Die nach dem anschließenden Metallisieren bestimmte Lebensdauer beträgt 9µs. Dies sind weniger als 10% des entsprechenden Wertes von Probeα. Trotz der starken Schädigung im Elektronen-strahlverdampfer ist somit immer noch ein Unterschied in der Ladungsträgerlebensdauer von Proben zu erkennen, deren Al2O3-Passivierschicht durch einen Postdeposition-Anneal aktiviert wurde, und Proben, bei denen dieser Prozessschritt fehlt.
Anschließend wird Probe γ kumuliert denselben Temperschritten ausgesetzt wie Probeα und erneut jeweils die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger bestimmt. Es ergibt sich daraus der in Abbildung 4.40 dargestellte Verlauf, in dem auch Probeα zum Vergleich noch einmal gezeigt ist. Im Gegensatz zu Probeα erreicht Probeγ den maximalen Wert der Minoritätsladungsträger-lebensdauer erst bei 420 °C, was der üblichen Temperatur des Postdeposition-Anneal entspricht.
Bei höheren Annealtemperaturen verringert sich der Wert auch hier wieder.
Einige der PL-Aufnahmen, bei denen ortsaufgelöst die größten Unterschiede in der Lebensdauer-entwicklung erkennbar sind, sind in Abbildung 4.41 gezeigt. Das PL-Signal in der Aufnahme nach dem Metallisierungsschritt, welche nur Messartefakte aufweist, nimmt mit jedem Temperschritt bis 420 °C zu. Bei einer Temperatur von 450 °C nimmt der Bereich hoher Lebensdauer jedoch in Richtung des abgerundeten Randes ab.
Da die Probe wieder in der abgebildeten Orientierung getempert wurde, befand sich dieser Rand jedoch nicht im oberen Bereich des Quarzglasrohres, wie bei Probeα. Die bei allen drei Proben
4.6 Untersuchung des Metallisierungsschadens Al2O3-passivierter Proben 97
PDA Al
320 °C 340 °C
360 °C 370 °C
380 °C 390 °C
420 °C 450 °C
+ 30 Tage + 40 Tage
+ 50 Tage 0
1 2 3 4 5
τeff [ms]
P r o z e s s s c h r i t t
α γ
Abbildung 4.40:Ladungsträgerlebensdauern der Probenαundγ nach dem Postdeposition-Anneal (PDA), nach der Bedampfung mit Al, nach den Temperschritten bei unterschiedlichen Temperaturen sowie einige Tage nach dem letzten Temperschritt. Die Verbindungslinien dienen nur der Orientierung.
(a)nach Al (b) 450 °C (c)30 Tage später
Abbildung 4.41: Photolumineszenzaufnahmen der Al2O3-passivierten Lebensdauerprobeγ,(a) un-getempert nach der Metallisierung im Elektronenstrahlverdampfer und anschließender Entfernung des Al,(b) nach dem Temperschritt bei 450 °C und(c) 30 Tage nach dem letzten Temperschritt.
Die Probe war während des Tempervorgangs in der abgebildeten Orientierung im Quarzglasrohr positioniert.
festgestellte Abnahme der Lebensdauer zum abgerundeten Rand hin ist daher nicht auf die Orientierung im Quarzglasrohr zurückzuführen. Stattdessen ist zu vermuten, dass die Material-qualität am Rand der ursprünglichen großen Si-Scheibe (150 mm Durchmesser) leicht geringer ist. Bei Temperschritten zur Ausheilung des durch den Elektronenstrahlverdampfer verursachten Schadens breitet sich dieser Bereich immer mehr in der Probe aus, wenn Temperaturen höher als die Optimaltemperatur verwendet werden.
Auf die gleiche Art wie die anderen beiden Proben auch weist γ den nach 30 Tagen gesättigten Wiederausheilungseffekt auf.
Diskussion der Ursachen
Die vollflächige Verringerung der Ladungsträgerlebensdauer, die durch die Metallisierung im Elektronenstrahlverdampfer verursacht worden sein muss, kann auf eine Schädigung des Silizium-volumens oder auf eine verminderte Passivierqualität der Al2O3-Oberflächenpassivierschicht zurückgeführt werden.
Die Schädigung des Siliziumvolumens könnte auf die Entstehung von Defektzuständen
zurückge-führt werden, die durch die im Elektronenstrahlverdampfer emittierte Röntgenstrahlung erzeugt werden. Eine Schädigung des Siliziums an der Grenzfläche zur Al2O3-Schicht bietet ebenso zu-sätzliche Rekombinationszentren. Diese Schädigung würde sich an einer erhöhten Dichte von GrenzflächenzuständenDit bemerkbar machen.
Eine im Elektronenstrahlverdampfer stattfindende Veränderung der Al2O3-Passivierschicht selbst bestünde in der Beeinträchtigung der Feldeffektpassivierung durch eine Verringerung der Dichte fixer LadungenQf. Es kann auch zu der in Abschnitt 2.5.2 beschriebenen Erhöhung der Dichte von im Oxid gefangenen LadungenQot kommen, die ungleichmäßig im Oxidvolumen verteilt sind.
Eine solche Veränderung zum Beispiel der Größen Qf und Dit ist auf Umstrukturierungen der atomaren Bindungsverhältnisse im Silizium oder im Aluminiumoxid zurückzuführen (siehe dazu auch Abschn. 2.2.2). Die beobachtete Ausheilung des im Elektronenstrahlverdampfer entstandenen Metallisierungsschadens durch Tempern einerseits sowie die einige Tage nach der letzten Tempe-raturbehandlung messbare weitere Erhöhung der Ladungsträgerlebensdauer andererseits könnte somit von einer zumindest teilweise stattfindenden Zurückorientierung der Bindungsverhältnisse zum Zustand von vor der Metallisierung verursacht sein.
Die beschriebene Probenschädigung durch Prozesse im Elektronenstrahlverdampfer wurde bei Passivierschichten aus SiO2 bereits festgestellt. In [90] stellte sich heraus, dass die Emission von Röntgenstrahlung und der Beschuss mit energetischen geladenen Partikeln, die durch den Elektron-enstrahl im Verdampfer entstehen, eine Verringerung der Leistungsfähigkeit von SiO2-passivierten Solarzellen bewirken. Die Leistungsverringerung korrelierte mit einer starken Erhöhung der Grenz-flächenzustandsdichte. In [90] und [98] wurden Elektronen, die von verdampften Metallatomen gestreut werden, für die Schädigung im Elektronenstrahlverdampfer verantwortlich gemacht. Elek-tronen mit einer Energie im Bereich mehrerer Tausend ElekElek-tronenvolt könnten so die Oberfläche von Si-Scheiben schädigen.
Eine weitere Studie [99] führte die Schädigung der Si-SiO2-Grenzfläche auf einen merklichen Anstieg der GrenzflächenzustandsdichteDit in der Bandlückenmitte zurück. Thermisch bedampfte Proben erreichtenDit-Werte in der Größenordnung von 1011 cm−2eV−1 in der Bandlückenmit-te, wohingegen bei im Elektronenstrahlverdampfer metallisierten Proben Werte von mehr als 1012 cm−2eV−1 gemessen wurden. Ein Temperschritt der mit Al bedampften Proben reduzierte die entstandenen Defekte beider Bedampfungstechniken auf ein ähnlich niedriges Niveau in der Mitte des 1010 cm−2eV−1-Bereichs, wobei kein Unterschied zwischen verschiedenen Oxiddicken im Bereich zwischen 14 bis 105 nm zu beobachten war.
Ob ein Anstieg der Grenzflächenzustandsdichte auch für die Verringerung der Ladungsträger-lebensdauer in Al2O3-passivierten Si-Scheiben durch Prozesse im Elektronenstrahlverdampfer verantwortlich gemacht werden kann, soll durch die im nächsten Abschnitt unternommenen C-V-Untersuchungen geklärt werden.
4.6 Untersuchung des Metallisierungsschadens Al2O3-passivierter Proben 99 4.6.2 Lebensdauer- und C-V-Charakterisierung
Die Ursachen für die starke Beeinträchtigung der Lebensdauer von Ladungsträgern in Al2O3 -passivierten Si-Scheiben durch die Metallisierung im Elektronenstrahlverdampfer wird nun auf der Basis von C-V-Messungen, die mit Lebensdauermessungen verknüpft werden, näher untersucht.
Laserschaden ätzen
Um zusätzlich einen Vergleich zu Proben, die mit dem thermischen Verdampfer metallisiert wurden, anstellen zu können, werden hierfür den in Abschnitt 4.5.2 vergleichbare Proben hergestellt, allerdings mit einer im Elektronenstrahlverdampfer stattfindenden Metallisierung. Um Abhängigkeiten der Schädigung von der Dicke zu untersuchen, wird auf eine Probe 30 nm, auf eine andere 120 nm Al2O3 beidseitig abge-schieden. Zur Klärung des Einflusses der Annealatmosphäre findet der Postdeposition-Anneal in N2-Atmosphäre oder alternativ in atomarer H-Atmosphäre statt9. Zur späteren Korrelierung mit den Resultaten aus der C-V-Charakterisierung wird nach dem Postdeposition-Anneal die Ladungsträgerlebensdauer der Proben gemessen.
Nach dem Metallisierungsschritt im Elektronenstrahlverdampfer, bei dem der Rückseiten- und der Gatekontakt aufgebracht werden, und dem ohmschen Kontaktieren der Rückseite durch Lasern der LFCs kann die Messung der C-V-Kurven vorgenommen werden. Darauf folgen mehrere kumulierte Temperschritte bei unterschiedlichen Temperaturen zwischen 370 und 450 °C (Details s. Abb. 4.42). Nach jedem Teiltemperschritt soll erneut eine Korrelation zwischen Lebensdauer- und C-V-Messergebnissen hergestellt werden können. Dies ist, wie schon bei der Untersuchung in Abschnitt 4.5.3, mit einer kombinierten Lebensdauer-/C-V-Probe nicht möglich. Es wird daher jeweils eine Schwesterprobe zur Lebens-daueruntersuchung (vgl. Abb. 4.1) beziehungsweise zur Messung der C-V-Kurven (vgl. Abb. 4.3) hergestellt. Um die Vergleichbarkeit bei-der Proben zu gewährleisten, durchlaufen sie jeweils gemeinsam die einzelnen Herstellungsschritte. Nach Metallisierung und Kontaktierung der C-V-Probe werden beide Proben wieder gemeinsam dem jeweiligen Ausheil-Temperschritt unterzogen. Vor dem Metallisierungsschritt wird zusätzlich die Lebensdauer beider Proben auf Übereinstimmung über-prüft.
In Abbildung 4.43 ist der Verlauf der aus Photoleitfähigkeitsmessungen berechnetenτeff-Werte der untersuchten Lebensdauerproben dargestellt.
Beide Proben erreichen nach dem Postdeposition-Anneal ähnlich hohe Lebensdauerwerte vonτeff ≈9 ms. Bei einer Scheibendicke von 500µm entspricht dies einer maximalen effektiven Oberflächenrekombinationsge-schwindigkeit von nurSeff ≈2,8 cm/s. Besonders die mit 120 nm Al2O3
beschichtete und in Wasserstoff getemperte Probe erzielt einen noch niedrigerenSeff-Wert als den bei den entsprechenden Proben in Abschnitt 4.5.2 erreichten, der bei über 4 cm/s lag (vgl. S. 85).
Diese Unterschiede können auf Schwankungen der mittels PA-ALD aufgebrachten Al2O3-Schichten oder die Verwendung von Si-Material unterschiedlicher Reinheit zurückgeführt werden. Derartige Schwankungen verdeutlichen, dass die Lebensdauer- und die C-V-Schwesterprobe gemeinsam die jeweiligen Herstellungsschritte durchlaufen sollten und ihre Ladungsträgerlebensdauer nach dem
9 Die Untersuchung der beiden Schichtdicken in beiden Annealatmosphären ist aufgrund des Verlusts der entsprechenden Proben im Prozessverlauf nicht möglich.
Postdeposition-Anneal auf Übereinstimmung überprüft werden muss, um deren Vergleichbarkeit gewährleisten zu können. Der Unterschied der Lebensdauern der jeweiligen Schwesterproben in dieser Untersuchung liegt bei<3% und damit im Rahmen der Messungenauigkeit.
PDA Al 370°C 420°C 450°C
0 2 4 6 8 10
τ eff [ms]
P r o z e s s s c h r i t t
3 0 n m , N 2 1 2 0 n m , M I R H P
Abbildung 4.43:Minoritätsladungsträgerlebensdauern der Lebensdauerproben, beginnend mit dem Wert direkt nach dem Postdeposition-Anneal (PDA), dem Wert nach dem Metallisierungsschritt und Abätzen der Al-Schicht (Al) sowie den Ergebnissen nach den einzelnen Temperschritten. Blau dargestellte Werte: 30 nm Al2O3, PDA in N2-Atmosphäre. Rot dargestellte Werte: 120 nm Al2O3, PDA in MIRHP. Die Verbindungslinien dienen nur der Orientierung.
Nach der Metallisierung im Elektronenstrahlverdampfer und der Entfernung des Aluminiums erreichen beide Lebensdauerproben, wie schon in Abschnitt 4.4.2 beobachtet, τeff-Werte von weniger als 100µs. Durch Temperprozesse können sich die Ladungsträgerlebensdauern auf nahezu 6 ms erholen, was bei beiden Proben 65% des Ausgangswertes nach dem Postdeposition-Anneal entspricht. Eine Ausheilung des Metallisierungsschadens auf einen ähnlich hohen Anteil des Ausgangslebensdauerniveaus wie in Abschnitt 4.4.2 ist bei derart niedrigen Oberflächenrekombi-nationsgeschwindigkeiten nicht mehr zu beobachten. Dieses Maximum erreichen sie erst bei einer Temperatur von 420 °C anstatt bei den zuvor festgestellten 370 °C. Eine Ursache hierfür könnte erneut die unterschiedliche Reinheit des Materials sein. Das Absinken der Ladungsträgerlebens-dauer bei zu hohen Annealtemperaturen ist auch hier festzustellen.
In den PL-Aufnahmen der beiden Lebensdauerproben nach dem Postdeposition-Anneal sowie nach dem Ausheil-Temperschritt bei 420 °C lässt sich die schon aus Abschnitt 4.4.2 bekannte Entstehung vieler kleiner Bereiche mit niedrigerem PL-Signal erkennen. Allerdings kann die Position dieser Bereiche auf der Probe nicht auf die C-V-Schwesterprobe übertragen werden. Dies stellt einen weiteren Unsicherheitsfaktor für die Korrelation der Lebensdauermessungen mit den lokal stattfindenden C-V-Untersuchungen dar (vgl. Abschn. 4.3.2).
Eine C-V-Messung ist erst nach der Metallisierung und damit bei dieser Untersuchung erst nach der Schädigung der Probe möglich. Somit können die Ausgangswerte der verschiedenen elektrischen Eigenschaften nach dem Postdeposition-Anneal nicht bestimmt werden. Als einzige Vergleichsgröße dienen die in Abschnitt 4.5.2 ermittelten Werte der thermisch bedampften Proben.
Ein Vergleich mit diesen Werten ist allerdings fehlerbehaftet, da die Ausgangslebensdauerwerte der zwei entsprechenden Proben nach dem Postdeposition-Anneal nicht übereinstimmen.
In der Entwicklung der Dichte fixer Ladungen Qf in Abhängigkeit vom zuletzt durchgeführ-ten Prozessschritt (Abb. 4.44a) ist bei beiden Proben ein der Ladungsträgerlebensdauer sehr ähnlicher Verlauf zu erkennen. Dabei enthält die 30 nm dicke Al2O3-Schicht stets eine höhere Dichte fixer Ladungen als die 120 nm dicke. Dieses Verhältnis konnte schon bei den thermisch
4.6 Untersuchung des Metallisierungsschadens Al2O3-passivierter Proben 101 bedampften Proben nach dem Postdeposition-Anneal festgestellt werden (vgl. Abschn. 4.5.2).
Der dort bestimmteQf-Wert der 30 nm-Probe ist größer als alle in dieser Untersuchung durch Ausheil-Temperschritte erreichten. Dies steht auch in Korrelation zu den maximalen effektiven Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten aus beiden Untersuchungen. Hier erreicht die 30 nm-Probe durch den Temperschritt bei 420 °C einen minimalen Wert vonSeff = 4,2 cm/s, wohingegen der entsprechende Wert in Abschnitt 4.5.2 beiSeff = 3,1 cm/s liegt.
Al 370°C 420°C 450°C
Abbildung 4.44: (a)Dichte fixer LadungenQf und(b)GrenzflächenzustandsdichteDit der Al2O3 -passivierten C-V-Proben in Abhängigkeit vom zuletzt stattgefundenen Prozessschritt. Fehlende Werte können aufgrund fehlerhafter Messwerte (Leckströme) nicht angegeben werden. Die Verbindungslinien dienen nur der Orientierung.
Auch der Verlauf der in Abhängigkeit vom Prozessschritt dargestellten Grenzflächenzustandsdichte Dit (Abb. 4.44b) entspricht grob dem umgekehrten Verlauf der Ladungsträgerlebensdauer und kann diesen ergänzend erklären. Durch die verschiedenen Ausheil-Temperschritte nimmt der durch den Elektronenstrahlverdampfer verursachte, sehr hoheDit-Wert deutlich ab. Bei 420 °C erreicht die 30 nm-Probe einen ähnlichen Wert wie in Abschnitt 4.5.2 die entsprechende Probe direkt nach dem Postdeposition-Anneal. Die 120 nm-Probe erreicht bei dieser Temperatur sogar einen niedrigeren Wert.
Die 120 nm dicke Al2O3-Schicht beinhaltet zwar eine geringere Dichte fixer Ladungen als die 30 nm dicke Schicht, allerdings weist sie auch bei den meisten Prozessschritten eine geringere Grenzflächenzustandsdichte auf. Diese Kombination führt zu einer ähnlichen Ladungsträgerle-bensdauer beider Proben.
Die in der Literatur [90, 98, 99] beschriebene sehr hohe Grenzflächenzustandsdichte von SiO2 -passivierten Si-Scheiben, welche durch energetische Strahlung im Elektronenstrahlverdampfer zum Beispiel bei Aufdampfen von Al erzeugt wird (vgl. S. 98), ist ebenso bei einer Passivierung durch Al2O3 zu beobachten. Auch in dieser Untersuchung führt dies zu Grenzflächenzustandsdichten von über 1012 cm−2eV−1 oder sogar 1013cm−2eV−1. Durch einen Temperschritt bei SiO2 wurde eine Reduktion dieses Wertes auf ein Niveau in der Mitte des 1010 cm−2eV−1-Bereichs berichtet.
Bei Al2O3 ist dieser Wert nur bei der 120 nm dicken Schicht zu beobachten. Eine Abhängigkeit der Effekte von der Dicke der Passivierschicht ist daher, im Gegensatz zu den Beobachtungen bei SiO2, bei diesen ersten Untersuchungen an Al2O3-Schichten erkennbar.
5 Zusammenfassung
Ziel dieser Diplomarbeit war die Charakterisierung von plasmaunterstützt atomlagenweise abge-schiedenen (PA-ALD) Oberflächenpassivierschichten aus Aluminiumoxid (Al2O3). Diese basierte einerseits auf der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht und andererseits auf der Bestimmung der effektiven Ladungsträgerlebensdauer, die Aufschluss über die Passivierqualität gibt. Durch die Verknüpfung der Ergebnisse beider Charakterisierungsmethoden konnten Passivierschichten unterschiedlicher Qualität hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften der Al2O3-Schicht und ihrer Grenzfläche zur Siliziumscheibe erklärt werden.
Um eine direkte und möglichst fehlerfreie Korrelation dieser Eigenschaften zu erhalten, war zu-nächst die Entwicklung und Herstellung einer sogenannten kombinierten Lebensdauer-/C-V-Probe notwendig, mit der nach Bestimmung der Ladungsträgerlebensdauer und weiterer Bearbeitung derselben Probe eine anschließende Messung der Kapazität-Spannung-Charakteristik durchgeführt werden konnte.
Eine solche Probe erforderte die Herstellung eines ohmschen Kontakts auf deren Rückseite, der durch eine bis zu 120 nm dicke Isolatorschicht aus Aluminiumoxid hindurch geschaffen werden musste. Dies erfolgte durch das Einbrennen sogenannter Laser-Fired Contacts. Durch eine Op-timierung der dafür verwendeten Laserparameter konnte im gesamten, für die C-V-Messung relevanten Spannungsbereich eine ohmsche Stromdichte-Spannung-Kennlinie gemessen werden.
Beim Vergleich der C-V-Kurven der auf diese Weise hergestellten Probe mit einer herkömmlich verwendeten C-V-Probe mit nur vorderseitiger Passivierung stellte sich heraus, dass die rückseitige Kontaktherstellung mittels LFCs sogar besser funktionierte als die herkömmliche Variante mittels eines Temperschritts nach der Metallbeschichtung. Ferner konnte sichergestellt werden, dass die
Beim Vergleich der C-V-Kurven der auf diese Weise hergestellten Probe mit einer herkömmlich verwendeten C-V-Probe mit nur vorderseitiger Passivierung stellte sich heraus, dass die rückseitige Kontaktherstellung mittels LFCs sogar besser funktionierte als die herkömmliche Variante mittels eines Temperschritts nach der Metallbeschichtung. Ferner konnte sichergestellt werden, dass die