用于确定半导体样本的热施主浓度的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定由半导体材料制成的测试样本的热施主浓度([TD]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定半导体样本的热施主浓度的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于确定半导体样本(例如，用于制造光伏电池的提拉法(Czochralski)硅晶片)的热施主浓度的方法，以及涉及一种用于分选半导体晶片的方法。

技术介绍

[0002]据评估，10％至20％的商用提拉法(Czochralski)单晶硅(Cz
‑
Si)晶片与高效光伏装置的制造不兼容。特别地，对于硅异质结(SHJ)和硅同质结(SHMJ)太阳能电池，从Cz
‑
Si晶锭顶部采样的晶片含有限制载流子寿命并且导致效率降低高达4％绝对值的缺陷。这些缺陷主要是热施主和氧化物沉淀。
[0003]热施主是在350℃和500℃之间，在晶锭冷却过程中形成的小氧簇。在晶体生长结束时晶锭的热施主浓度(以下简称“[TD]”)由间隙氧浓度以及晶锭的冷却速度所决定。
[0004]通常，通过在高于600℃的温度下退火来破坏热施主。SHJ太阳能电池的制造工艺是一种低温(低于250℃)工艺，热施主在SHJ太阳能电池的制造过程中并未被消除，并且因此限制了这些电池的性能，特别是效率。对于SHMJ太阳能电池并非如此，因为其制造工艺包括破坏热施主的高温步骤(高于600℃)。然而，由于这些高温步骤，存在于富含热施主的晶片(从晶锭顶部切片)中的氧化物沉淀核可能以氧化硅沉淀的形式生长。这些氧化物沉淀限制了SHMJ太阳能电池的效率，就像热施主在SHJ电池中所做的那样。
[0005]在“原切割(as
‑
cut)”(或“原样(asr/>‑
received)”)状态下具有高热施主浓度的硅晶片将很可能具有高氧化物沉淀密度。因此，非常有必要知晓原切割晶片的热施主浓度，以便在晶片进入高效太阳能电池的制造工艺之前评估晶片的质量。
[0006]专利FR 3009380公开了一种通过两次电阻率测量，确定CZ
‑
Si晶片的热施主浓度[TD]的方法，一次在快速热退火(优选地高于600℃)之前，另一次在退火之后。这种方法在生产能力方面符合行业要求。然而，退火步骤很昂贵，并且必须特别注意保存晶片的质量(例如中性气氛)。
[0007]国际申请WO2018/046855公开了一种基于被确定用于每个晶片的体载流子寿命值来分选处于原切割状态的CZ硅晶片的方法。该方法依赖于使用光致发光间接地评估晶片中心处的热施主浓度[TD]。在照射晶片中心后测量的光致发光强度与多数自由载流子浓度(在n型硅中标记“n”，在p型硅中标记“p”)成正比，这受热施主存在的影响。因此，该方法包括使用光致发光测量多数自由载流子浓度n/p的步骤，以及根据该多数自由载流子浓度n/p确定热施主浓度[TD]的步骤。
[0008]多数自由载流子浓度n/p与热施主浓度[TD]不成正比，并且还随(有意引入的)施主掺杂剂浓度N
D
或(有意引入的)受体掺杂剂浓度N
A
而变化。为了计算术语[TD]，通过两次假设，根据对在晶片边缘的光致发光信号的测量，确定了晶片中心处的掺杂剂浓度N
D
/N
A
。第一假设是由于在晶片边缘的低氧浓度，在晶片边缘不存在热施主。第二假设是掺杂剂浓度N
D
/N
A
在晶片上为空间均匀的，使得在晶片中心处的N
D
/N
A
值可被设置为等于在晶片边缘处测量的N
D
/N
A
值。
[0009]这些假设可导致在评估掺杂剂浓度N
D
/N
A
时的重大误差(高达30％)，并且因此导致在确定热施主浓度[TD]时的类似误差。事实上，根据Broisch等人在文件【“A new method for the determination of the dopant
‑
related base resistivity despite the presence of thermal donors”,IEEE Journal of Photovoltaics,Vol.5,No.1,2015(尽管存在热施主，测定掺杂剂相关基电阻率的新方法”，IEEE光伏杂志，第5卷，第1期，2015年)】，热施主可能仍以可测量的量存在于晶片边缘。此外，掺杂剂浓度N
D
/N
A
在晶片的对角线上可能变化超过20％。

技术实现思路

[0010]因此，需要提供一种用于在半导体样本，例如提拉法(Czochralski)硅晶片中量化热施主量的准确、廉价和无损的方法。
[0011]根据本专利技术的第一方面，通过提供一种用于确定由半导体材料制成的测试样本的热施主浓度的方法满足了该需求，所述方法包括以下步骤：
[0012]‑
提供一种由相同半导体材料制成且具有已知热施主浓度的基准样本；
[0013]‑
针对包含在0.65eV和0.8eV之间的至少一个光子能，用光致发光工具测量所述基准样本的光致发光信号，所述基准样本的光致发光信号在0.65eV至0.8eV的光子能范围之间具有强度峰值；
[0014]‑
根据所述基准样本的光致发光信号，确定在热施主浓度和表示强度峰值的参数之间的实验关系；
[0015]‑
针对包含在0.65eV和0.8eV之间的至少一个光子能，用光致发光工具测量所述测试样本的光致发光信号；
[0016]‑
根据所述测试样本的光致发光信号确定所述参数的特定值；以及
[0017]‑
通过使用所述实验关系，根据所述参数的特定值确定测试样本的热施主浓度。
[0018]通过使用光致发光技术以及在热施主浓度和光致发光信号的强度峰值之间的实验关系，可很容易和准确地确定测试样本的热施主浓度。事实上，该实验关系(或“校准定律”)允许根据测试样本的光致发光信号直接地评估热施主浓度，而不假设热施主或其他掺杂剂在晶片中的分布。此外，光致发光是一种与太阳能电池生产的生产能力要求兼容的快速和准确的表征技术。
[0019]在本表征方法的一个实施例中，表示强度峰值的参数是被获得用于包含在0.65eV和0.8eV之间，优选地在0.70eV和0.75eV之间的一个光子能的光致发光信号强度。
[0020]在另一实施例中，所述参数是光致发光信号强度在0.65eV至0.8eV的光子能范围的至少一部分上的积分。
[0021]根据本专利技术第一方面的方法也可具有一个或多个单独地或根据其任何技术上可能组合考虑的以下特征：
[0022]‑
在所述热施主浓度与表示强度峰值的参数之间的实验关系为线性的；并且
[0023]‑
所述基准样本具有大于5
×
10
14
cm
‑3的已知热施主浓度。
[0024]本专利技术的第二方面涉及一种用于分选处于原切割状态或表面成形状态的晶片的方法，所述晶片由半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定由半导体材料制成的测试样本的热施主浓度([TD]
test
)的方法，包括以下步骤：
‑
提供(S11)由相同半导体材料制成且具有已知热施主浓度([TD]
ref
)的基准样本；
‑
针对包含在0.65eV和0.8eV之间的至少一个光子能，用光致发光工具测量(S12)所述基准样本的光致发光信号，所述基准样本的光致发光信号在0.65eV至0.8eV的光子能范围之间具有强度峰值(P1)；
‑
根据所述基准样本的光致发光信号，确定(S13)在热施主浓度([TD])和表示强度峰值的参数之间的实验关系；
‑
针对包含在0.65eV和0.8eV之间的至少一个光子能，用光致发光工具测量(S14)所述测试样本的光致发光信号；
‑
根据所述测试样本的光致发光信号确定(S15)所述参数的特定值；以及
‑
通过使用所述实验关系，根据所述参数的特定值确定(S15)测试样本的热施主浓度([TD]
test
)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述实验关系为线性的。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述参数是被获得用于在0.65eV和0.8eV之间的一个光子能的光致发光信号强度，优选地在0.70eV和0.75eV之间。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述参数是光致发光信号强度在0.65eV至0.8eV的光子能范围的至少一部分上的积分。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其中，所述基准样本具有大于5
×
10
14
cm
‑3的已知热施主浓度([TD]
ref
)。6.一种用于分选处于原切割状态或表面形成状态的晶片的方法，所述晶片由半导体材料制成，所述方法包括以下步骤：
‑
提供(S11)由相同半导体材料制成并且具有已知热施主浓度([TD]
ref
)的基准样本；
‑
针对包含在0.65eV和0.8eV之间的至少一个光子能，用光致发光工具测量(S12)所述基准样本的光致发光信号，所述基准样本的光致发光信号在0.65eV至0.8eV的光子能范围中具有第一强度峰值(P1)；
‑
根据所述基准样本的光致发光信号，确定(S13)在热施主浓度([TD])与表...

【专利技术属性】
技术研发人员：托比约恩，
申请(专利权)人：挪威生命科学大学，
类型：发明
国别省市：