测量半导体层掺杂剂含量的非接触系统技术方案

一种半导体材料的掺杂剂含量的非接触测量的系统和方法，通过将红外辐射（IR）反射出材料并将辐射分裂成两束，将每个光束通过不同波长范围的通带滤波器，比较通过每个滤波器的能量的级别并通过参照根据用于该系统的已知晶片掺杂剂含量做出的相关曲线计算掺杂剂含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及半导体设备的一个或多个层中的掺杂剂含量的测量，更具体地涉及在关联的商业生产线中的这种设备(例如光电(PV)太阳能电池、LED和采用扩散、注入或外延沉积的掺杂层的其他半导体设备)的掺杂剂含量的非接触测量的系统和方法。
技术介绍
作为背景，我们将描述晶体硅(c-Si) PV电池制造过程和半导体LED制造过程。为了制造c-Si PV电池，硅晶片在电池生产线经受一系列加工步骤。每个引入的晶片被略微体掺杂(即，扩散)有产生“正电位能”(η型晶片)或“负电位能”(P型晶片)的“自由载波”的原子。第一步骤(对废弃的有缺陷的晶片输入检查或将晶片分成多个)之后，将晶片通过湿式化学蚀刻加工以移除原标记和其他表面缺陷和污染。每个晶片于是被各向构造(另一湿加工)以将其表面精微地弄糙，增强其捕获进入光子的能力。在构造之后，晶片于是在晶片的表面上的层中被掺杂有对于体掺杂产生相反电位能的“自由载体”(在半导体用法中)的化学制品。在当前实践中，该掺杂可发生在下列方法中的一种中“内联”方法和“批”方法。内联方法将掺杂化学制品沉积在晶片的顶表面上，通常以液体形式承载。(在磷掺杂剂的情况下，该载体通常为磷酸)。沉积掺杂剂载体于是被干燥，因而产生的产品于是被扩散(利用高温炉)到每个晶片中以形成当暴露到阳光时允许晶片产生电的半导体连接。在该内联方法中，晶片通过执行这些步骤的装置被连续地传送，其典型地由首先，喷涂该液态载体的“掺杂”机器；然后，干燥载体的“干燥”机器，将掺杂化学制品留在表面上；第三机器，将掺杂剂扩散到晶片的内联扩散炉。在批方法中，晶片被装载到盒子中(通常由石英制成并在半导体领域成为“船(boat)”)，该盒子被插入到“管”扩散炉中，然后被密封，晶片同时以气态形式暴露到掺杂剂载体(氯化磷酰)并被加热以将掺杂剂扩散到晶片中。晶体然后被从炉中移除，从船卸载并移动到生产线的下一部分。在两种方法中，引入掺杂剂的量、花费在扩散过程的时间以及扩散过程的温度确定被第二掺杂剂的深度所穿透深度和浓度。同样，第二掺杂剂，通过 扩散过程引入并扩散到晶片的所有表面中。注意从这点向前，“掺杂剂”指引入到体掺杂晶片的表面上的第二掺杂剂，除非特别说明。每个晶片于是被再次湿蚀刻以移除硅酸磷玻璃(也成为PSG，掺杂扩散步骤的副产物)并可蚀刻为图案或移除在“后”侧上的掺杂剂的一部分或全部以防止分路。该步骤之后，涂层(最通俗氯化硅)被喷涂到晶片的顶表面以减少反射和钝化表面。该涂层通常利用等离子体加强化学蒸发沉积装置喷涂。在这之后，晶片具有音质在其顶表面和底表面上的金属接触物质，其中顶部接触图案被设计为与暴露到Si材料的光最小干扰，同时提供流出晶片的最小电阻路径。这些金属接触物质(其以金属贴的形式印制)被干燥并然后利用炉被扩散到晶片中。在这之后，如果掺杂剂在晶片的后部的一部分没有完全或部分移除，激光或机械设备被用于围绕晶片的外部周界切割槽以防止分流。最终，晶片(限制为完工的PV电池)被测试并分级.掺杂剂浓度，作为它们在晶片体积内分布的函数，在确定因而产生的PV电池的量子效率和其他电特性时起中心作用。因此，PV电池生产过程内与被扩散到晶片中的掺杂剂的质量和分配有关的步骤极为重要。特别地，这些步骤为(a)由晶片制造商供应的原晶片的初始“基”掺杂(在目前大多数情况下，原晶片使用硼正掺杂)；和6)晶片的外部区域的稍后掺杂(在目前大多数情况下，原晶片使用磷负掺杂)。第二掺杂步骤形成已知的“发射器(emitter)”。我们将使用术语“基”指示原晶片掺杂，术语“发射器”指示由第二掺杂步骤产生的半导体形式。为了确保发射器形成过程在期望的说明书中，某些测量被执行，提供原晶片基掺杂浓度和发射器掺杂浓度。在目前实践中，光伏(PV)晶片经常被手工检测或通过在PV电池生产过程中在各个间隔处的使用可见光谱工业摄像机的单点可见观察设备检测。除了原材料验收阶段(在生产线的开始)和最终检测和分级(在生产线的最终)，晶片的连续内联测量通常在范围和覆盖上受限，外联不连续取样代替使用，特别用于不服从可见光谱工业摄像机技术询问的检测特性。当使用外联取样时，在取样的实践间隔中，数百个晶片能通过生产过程中有利的步骤。这种情况在确定掺杂剂在PV晶片内的喷涂、浓度和分配的加工步骤是是普遍的，因此这些步骤目前不好控制，限制PV电池生产工厂的验收完工产品的产量。为了提高产量，本行业正寻求一种理想的在100%晶片上执行连续内联测量，以便更好地控制影响PV晶片中掺杂剂浓度和分配的步骤。除了上面描述的已经完全建立的商业PV电池结构和生产工程，一些创新的PV电池结构和关联的生产过程现在正引入商业产品。这些包括选择的发射器电池(emittercells)、发射器穿孔卷绕电池(emitter wrap-through cells)和交叉背接触太阳能电池(IBC电池)。选择的发射器电池使发射器掺杂剂浓度不同以在前侧金属接触(意味着在这些区域相对少地掺杂)的紧旁边实现最佳导电效率，同时在这些接触(意味着在这些区域相对少地掺杂)限制不期望的载波重组合。发射器穿孔卷绕电池和IBC电池消除通过将发射器和基底接触防止在电池后部上引起图像损失(shading loss)。在此描述的本专利技术可用于这些PV电池几何以及上面描述的更普通的前-接触和后-接触几何的掺杂剂含量的测量。半导体发光二极管(在后面简称为“LED”)执行与PV电池相反的功能。取代吸收光子以产生电，LED使用点发射光子(被称为电致发光现象)。在LED生产中，晶片由诸如兰宝石的中性基底组成。与PV电池生产比较，晶片被剖光而不是表面织纹，每个晶片包含多个LED，用于产生半导体的掺杂剂被沉积为晶片的表面上的外延层，而不是通过PV电池制造中使用的扩散过程而扩散。虽然存在这些结构和生产差异，但是这些掺杂剂层可通过在本专利技术中描述的相同的方法检查。从这点出发，为了简化和清楚，PV电池结构将被描述为不将本专利技术的申请限制到其他掺杂半导体机构中。在PV电池生产中，大量已有和创新的技术已经用于发射器掺杂的内联测量，但是都具有严重的局限性。为了测量扩散的掺杂剂，它们为扩散长度的表面光伏(SPV)测量、薄层电阻的涡流测量和用于测量在德国Fraunhofer太阳能研究院开发的薄层电阻测量的红外方法(J.1senberg, D. Biro和W. Warta “通过红外方法快速、无接触且空间解决测量薄层电阻”，Prog. Photovolt:Res. Appl. 2004; 12-539-552)。据我们所知，不存在用于测量湿掺杂剂载波膜的测量方法。SPV测量已经在用于测量扩散长度的实验室中使用(在重新组合以实现平衡载波浓度之前，在体半导体中过量载波平均行进多远)。例如D. K. Schroder，“表面电压和表面光电压”历史，理论与应用〃，Meas. Sc1. Technol. 12R16—R31，2001。SPV测量典型地通过将晶片放置在地线上(虽然不具有后部传感器板的非接触方法是可能的)并将电容性探头放置在样品之上而执行。因为该测量是电容性的，但是测量区域非常有限，最大的避开距离极其小，对于晶片弓或垂直移动具有较小容差。同样，在传送器供给制造操作下，由于受限的避开距离，因此，如果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.03 US 61/282,9891.一种用于测量半导体材料的掺杂剂含量的非接触系统，包括 a、红外线辐射源，被构造为将红外线辐射聚焦到所述材料的点上； b、调制器，用于在所述辐射到达所述材料之前调制来自所述源的所述辐射； C、第一透镜，被定位为收集从所述材料反射的所述辐射并聚焦所述辐射； d、第一带通滤波器，被定位为接收来自所述第一透镜的所述辐射，所述第一滤波器被构造为将波长范围的所述辐射通过所述过滤器并反射所述辐射的平衡； e、第二带通滤波器，被定位为接收反射出所述第一滤波器的所述辐射，所述第二滤波器被构造为将波长范围的所述辐射通过所述第二滤波器并被构造为使得所述波长范围不同于被所述第一滤波器通过的所述波长范围； f、第一辐射检测器，被定位为接收通过所述第一带通滤波器的所述辐射被被构造为确定第一级别的能量； g、第二辐射检测器，被定位为接收通过所述第二带通滤波器的所述辐射并被构造为确定第二级别的能量； h、计算器，被构造为利用相关曲线比较所述第一级别和第二级别并返回掺杂剂含量值，基于到达用于具有已知不同级别的掺杂剂含量的一系列相同的所述半导体材料的所述两个传感器的能量的级别的比较，所述相关曲线与所述半导体材料的所述掺杂剂含量有关。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括在所述调制器与所述晶片之间的聚焦设备，以将所述辐射聚焦到所述材料的所述点上，所述聚焦设备选自组 a、抛物面反射器； b、可调节反射器； C、椭圆反射器； d、抛物面透镜； e、光学透镜。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述调制器选自组 a、使用高速切割转轮的调制器； b、使用脉冲调制的所述源的调制器； c、使用调频的所述源的调制器。4.根据权利要求1所述的系统,其中所述半导体材料选自组 a、掺杂硅材料； b、未掺杂娃材料； C、掺杂锗材料； d、未掺杂锗材料； e、掺杂铟材料； f、未掺杂铟材料； g、与招、硼、镓、磷化铟、砷、铺元素组合的掺杂或不惨杂娃或锗材料； h、在基底上有上述材料的任意组成的薄膜，该薄膜可为半导体，或可为非导电材料。5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括定位为接收通过所述第二带通滤波器的所述辐射并被构造为将所述辐射聚焦在所述第一检测器上的第二透镜。6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括定位为接收通过所述第一带通滤波器的所述辐射并被构造为将所述辐射聚焦在所述第二检测器上的第三透镜。7.根据权利要求5所述的系统，进一步包括定位为接收通过所述第一带通滤波器的所述辐射并被构造为将所述辐射聚焦在所述第二检测器上的第三透镜。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述辐射源为激光。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述辐射源为宽带红外辐射。10.根据权利要求1所述的系统，其中每个带通滤波器的所述通带为50纳米到500纳米之间。11.根据权利要求1所述的系统，其中对于一个滤波器的所述通带的中心为I到20微米之间。12.根据权利要求1所述的系统，其中对于所述第二滤波器的所述通带的中心波长为I到20微米之间且不同于所述第一滤波器的所述通带的中心波长。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一滤波器与所述第二滤波器的中心波长之差在I到10微米之间。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一滤波器与所述第二滤波器的中心波长之差为2微米。15.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一滤波器的中心波长被设定为8.06微米，所述第二滤波器的中心波长被设定为10. 5微米，其中每个滤波器具有200到400微米之间的通带宽度。16.根据权利要求1所述的系统，其中一个带通滤波器具有包括+/-125纳米的通带的大约8微米中心通带，另一个带通滤波器具有包括+/-175纳米的通带的大约...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·迈克尔·希文，戈登·马修·迪恩斯，肯尼思·卡迪恩，史蒂芬·沃伦·布莱恩，
申请(专利权)人：奥罗拉控制技术有限公司，
类型：
国别省市：