检查半导体材料的方法与分析半导体材料的方法和系统技术方案

本申请涉及检查半导体材料的方法与分析半导体材料的方法和系统。一种用于分析包括发射极和基极的半导体材料的线扫描方法，包括以下步骤：利用来自光源的第一照射来照射材料的第一部分，第一照射适于从材料产生光致发光响应；利用图像采集装置检测从材料的第二部分发射的光致发光，其中，第一部分和第二部分至少部分地重叠；跨越材料的区域扫描第一部分和第二部分；以及询问图像采集装置以获取从材料的总的扫描区域发射的光致发光的第一图像，其中，第一照射的强度被选择为使得存在从第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。

Methods and Systems for Inspecting Semiconductor Materials and Analyzing Semiconductor Materials

This application relates to methods and systems for inspecting and analyzing semiconductor materials. A line scanning method for analyzing semiconductor materials including emitters and base electrodes includes the following steps: irradiating the first part of the material with a first illumination from a light source, the first illumination is suitable for generating a photoluminescence response from the material; and detecting the photoluminescence emitted from the second part of the material with an image acquisition device, in which the first part and the second part are at least part. Ground overlap; area scanning across the material for the first and second parts; and inquiring the image acquisition device to obtain a first image of photoluminescence emitted from the overall scanning area of the material, where the intensity of the first irradiation is selected to cause a significant transverse flow of photogenerated charge carriers exiting from the first part.

【技术实现步骤摘要】
检查半导体材料的方法与分析半导体材料的方法和系统本申请是申请号为2013800359766，申请日为2013年7月5日，专利技术创造名称为“检查半导体晶片的方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2012年7月6日提交的澳大利亚临时专利申请号2012902891的优先权，将其内容通过引用结合于此。
本专利技术涉及用于检查半导体晶片，特别地涉及使用空间分辨光致发光技术检查硅晶片的方法和系统。已经开发本专利技术以主要用于检查光伏电池和电磁前体且将参考本申请在下文进行描述。然而，将理解，本专利技术不限于该特定使用领域。
技术介绍
对贯穿本说明书的现有技术的任何讨论绝不应被认为是承认这种现有技术是广泛公知的或形成本领域的公知常识的一部分。例如使用在题为“MethodandSystemforInspectingIndirectBandgapSemiconductorStructure”的公布的PCT专利申请号WO2007/041758A1(将其通过引用结合于此)中公开的装置和方法执行的光致发光(PL)成像已显示对于表征硅材料和装置并且特别是基于硅晶片的光伏(PV)电池是有价值的。如图1中示意性示出的，由从具有来自上述带隙光8的源6的大面积光子激发的半导体材料的样品4产生的光致发光2经由收集光学装置12由图像采集装置10(诸如相机或CCD阵列)成像，其中系统优选地包括均质光学件14以改进大面积激发的均匀性以及在相机的前面的长通滤波器16以阻止杂散激发光。系统还可包括一个或多个滤波器18以选择光致激发的波长范围。利用相对薄的样品且在PV电池的后表面的金属化之前，还可以在样品4的相对侧具有光源6和相机10，如图2所示，在这种情况下，样品本身可用作长通滤波器。然而如果反射离开例如其他部件的大量杂散激发光到达相机，则可仍然需要长通滤波器16。无论哪种方式，可从样品获取一个或多个PL图像并利用使用例如在公布的PCT专利申请号WO2008/014537A1、WO2009/026661A1和WO2009/121133A1中公开的技术的计算机20来分析，以获得关于多个样品性能的平均或空间分辨值(spatiallyresolvedvalue)(除其他之外，其包括少子扩散长度、少子寿命、错位(dislocation)缺陷、杂质和分流)或者关于裂缝发生或生长的信息。对于易碎样品(诸如硅晶片)重要的是，PL成像技术是非接触式的。早期的商业系统被设计用于实验室使用，其中10s量级的总测量时间是可接受的，而最近的创新已经引起线扫描系统，其中在不中断它们沿生产线(productionline)的运动的情况下，晶片可被照射和成像。如图3的侧视图中示意性示出的，线扫描系统通常包括：光束成形光学件22，其用于将激发光8引导到半导体材料4的样品上；以及收集光学件12，其用于将所发射的光致发光2成像到图像采集装置24上，诸如线阵相机以及根据需要的各种其他部件(均质化光学件14、长通滤波器16、激发滤波器18和计算机20)，类似于图1的系统。样品在这种情况下从左至右移动通过传输带26或辊(roller)等上的测量区域，如由箭头28所指示的，从而跨越样品扫描照射部分30和成像部分32，且线阵相机由询问模块(其可以是计算机20的一部分或在其控制下)询问以建立样品的大幅区域的PL图像。照射和成像子系统可例如被配置为使得总的扫描面积(即“大幅区域”)对应于样品的一个表面的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。优选地照射和成像子系统被配置为使得照射和成像部分30、32跨越如图3A所示的样品4，使得能够检查样品的一个表面的整个区域。照射和成像部分30、32通常被定位成多多少少地垂直于运动28的方向，如图3A所示。本领域中也已知使用时间延迟集成(integration)(TDI)相机，而不是线阵相机作为图像采集装置来用于检测线扫描系统中的光致发光。TDI相机可被看作是线阵相机的集成阵列，例如单个芯片上的1024、2048、4096或8192个像素的96或128行，通常使用与常规线阵或面阵相机中相同的硅CCD技术。TDI相机非常适合用于获取移动样品的图像，其中运动的方向垂直于像素行；当样品移动时，来自检测信号的电荷被传输到下一个像素行并被累积，其中电荷传输和样品移动同步。因此，具有N个像素行的TDI相机测量来自样品的给定部分的信号N次，从而对于相同的总测量时间，与线阵相机相比，将信噪比提高√N至N的因数，这取决于主要噪声源。类似于图2中所示的配置，线扫描系统可被设计为在样品的相对侧具有光源和图像采集装置。高串联电阻的局部区域(即串联电阻问题)是PV电池故障或不期望的低效率(通常由阻碍电荷载流子的传输的缺陷造成)的共同模式。这种缺陷可例如包括金属接触结构的断裂、金属指状物或后接触件和相应硅表面之间的高接触电阻以及硅中的裂缝。已经提出几种基于发光的技术(例如在公布的美国专利申请号2009/0206287A1、2011/0012636A1和2012/0113415A1中公开的)，以获取PV电池或电池前体的所谓串联电阻图像，其中过度串联电阻的局部区域经由较高或较低发光强度的区域识别。然而，这些技术需要采集两个或更多个发光图像或需要电接触电池，或者两者，且并不是理想地适合于离开生产线的PV电池(其目前可在高达每小时1800或甚至3600晶片下运行)的快速检查。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个，或者提供一种有用的替代方案。为优选形式的本专利技术的目的是提供用于表征硅晶片或者部分或完全制造的光伏电池的改进方法。为另一优选形式的本专利技术的目的是提供用于获取光伏电池的串联电阻图像的改进方法。根据本专利技术的第一方面，提供了用于分析包括发射极和基极的半导体材料的方法，所述方法包括以下步骤：利用来自光源的适于从所述材料产生光致发光响应的第一照射来照射所述材料的第一部分；利用图像采集装置检测从所述材料的第二部分发射的光致发光，其中，所述第一部分和第二部分至少部分地重叠；跨越所述材料的大幅区域(substantialarea)扫描所述第一部分和第二部分；以及询问所述图像采集装置以获取从所述大幅区域发射的光致发光的第一图像，其中，所述第一照射的强度被选择为使得存在从所述第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。根据本专利技术的第二方面，提供了用于分析包括发射极和基极的半导体材料的方法，所述方法包括以下步骤：利用来自光源的适于从所述材料产生光致发光响应的第一照射来照射所述材料的第一部分；利用图像采集装置检测从所述材料的第二部分发射的光致发光，其中，所述第一部分和第二部分不重叠；跨越所述材料的大幅区域扫描所述第一部分和第二部分；以及询问所述图像采集装置以获取从所述大幅区域发射的光致发光的第一图像，其中，所述第一照射的强度被选择为使得存在从所述第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。第一和第二方面的方法共享多个改进。优选地，该方法进一步包括解译(interpret)第一图像以识别在大幅区域中阻碍载流子传输的缺陷的步骤。该方法优选地应用于从由以下项所组成的组中选择的半导体材料：光伏电池；部分金属化光伏电池前体；在基极上具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析包括发射极和基极的半导体材料的线扫描方法，所述方法包括以下步骤：利用来自光源的第一照射来照射所述材料的第一部分，所述第一照射适于从所述材料产生光致发光响应；利用图像采集装置检测从所述材料的第二部分发射的光致发光，其中，所述第一部分和所述第二部分至少部分地重叠；跨越所述材料的区域扫描所述第一部分和所述第二部分；以及询问所述图像采集装置以获取从所述材料的总的扫描区域发射的光致发光的第一图像，其中，所述第一照射的强度被选择为使得存在从所述第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。

【技术特征摘要】
2012.07.06 AU 20129028911.一种用于分析包括发射极和基极的半导体材料的线扫描方法，所述方法包括以下步骤：利用来自光源的第一照射来照射所述材料的第一部分，所述第一照射适于从所述材料产生光致发光响应；利用图像采集装置检测从所述材料的第二部分发射的光致发光，其中，所述第一部分和所述第二部分至少部分地重叠；跨越所述材料的区域扫描所述第一部分和所述第二部分；以及询问所述图像采集装置以获取从所述材料的总的扫描区域发射的光致发光的第一图像，其中，所述第一照射的强度被选择为使得存在从所述第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。2.一种用于分析包括发射极和基极的半导体材料的线扫描方法，所述方法包括以下步骤：利用来自光源的第一照射来照射所述材料的第一部分，所述第一照射适于从所述材料产生光致发光响应；利用图像采集装置检测从所述材料的第二部分发射的光致发光，其中，所述第一部分和所述第二部分不重叠；跨越所述材料的区域扫描所述第一部分和所述第二部分；以及询问所述图像采集装置以获取从所述材料的总的扫描区域发射的光致发光的第一图像，其中，所述第一照射的强度被选择为使得存在从所述第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括解译所述第一图像以识别在所述总的扫描区域中阻碍载流子传输的缺陷的步骤。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法被应用于从由以下项所组成的组中选择的半导体材料：光伏电池；部分金属化光伏电池前体；在基极上具有发射极层的光伏电池前体；以及在基极上具有选择性发射极层的光伏电池前体。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一照射的强度被选择为使得从所述第一部分出来的光生电荷载流子的横向流动速率是所述光产生速率的至少10％。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一照射的强度被选择为使得从所述第一部分出来的光生电荷载流子的横向流动速率是所述光产生速率的至少50％。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一照射的强度被选择为使得从所述第一部分出来的光生电荷载流子的横向流动速率是所述光产生速率的至少80％。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述扫描步骤包括相对于所述光源和所述图像采集装置移动所述材料。9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述总的扫描区域对应于所述半导体材料的整个表面。10.一种用于分析包括发射极和基极的半导体材料的线扫描系统，所述系统包括：光源，被适配为利用适于从所述材料产生光致发光响应的第一照射来照射所述材料的第一部分；图像采集装置，被适配为检测从所述材料的第二部分发射的光致发光，其中，所述第一部分和所述第二部分至少部分地重叠；机构，用于跨越所述材料的区域扫描所述第一部分和所述第二部分；以及询问模块，用于询问所述图像采集装置以获取从所述材料的总的扫描区域发射的光致发光的第一图像，其中，所述第一照射的强度被选择为使得存在从所述第一部分出来的光生电荷载流子的显著横向流动。11.一种用于分析包括发射极和基极的半导体材料的线扫描系统，所述系统包括：光源，被适配为利用适于从...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕·特鲁普克，约尔根·韦伯，
申请(专利权)人：BT成像股份有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU