[發明專利]測繪氧濃度的方法

有效

• 申請號: 201180052914.7
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN103189740A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: J.維爾曼;S.杜博伊斯;N.恩加爾波特
• 申請（專利權）人: 原子能和代替能源委員會
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邱軍

技術領域

本發明涉及能夠測繪半導體樣品的氧濃度的方法。

背景技術

旨在用于微電子工業或用于光伏應用的硅基板通常包含氧。當氧原子不是沉淀物形式時，他們占據了晶格中的間隙位置。在通過丘克拉斯基（Czochralski）法獲得單晶硅的情況下，或在太陽能級多晶硅的情況下，氧濃度在10¹⁷個原子/cm³和2×10¹⁸個原子/cm³之間變化。

間隙氧（O_i）對于硅的機械性能和電氣性能具有重大影響。特別是，在350°C和500°C之間的溫度范圍，氧形成稱作為熱雙施主（TDD）的沉淀物，該沉淀物通過產生自由電子改變了材料的電氣性能。在更高溫度下，氧形成可誘捕存在于硅中的金屬雜質的另一種沉淀物。因此，可獲得吸氣效應。此外，通過阻擋由制造工藝引起的位錯，氧改善了基板的機械性能。

對于光伏應用，高氧濃度會導致性能降低，特別會使基于硼（B）摻雜的硅的光伏電池的轉換率降低。

因此，為了從局部確定氧對硅的電氣性能和機械性能的影響，知道基板內的氧分布十分重要。這樣，該信息還能優化結晶或裝置的制造方法。

樣品的氧濃度常規上由傅里葉變換紅外（FTIR）光譜確定。然而，該技術速度慢且缺少精確性。該技術還要求制備樣品表面。

標題為“Characterization?of?the?oxygen?distribution?in?Czochralski?silicon?using?hydrogen-enhanced?thermal?donor?formation”（A.G.Ulyashin?et?al.,Materials?Science?and?Engineering?B73124-129,2000）的文章描述了確定氧濃度的另一種技術。

該技術基于TDD熱施主的形成。將氫等離子體增強熱處理應用于p型樣品以形成p-n結。然后，樣品中p-n結的深度由SRP型（擴展電阻探針）電阻測量或C-V（電容-電壓）電容測量確定。然后，由p-n結的深度計算該熱施主濃度。通過數學模型由熱施主濃度確定氧濃度。

正如FTIR一樣，使用的這些表征方法需要制備樣品。SRP表征要求斜切樣品以建立貫穿整個樣品深度的電阻分布。用C-V表征時需要在樣品表面處采用金屬觸點。在不損壞或不污染樣品的情況下，難以去除這樣的觸點。

由于這些表征方法較復雜，上述文章中的測量技術不僅速度慢且難以應用于微電子和光伏產業的基板。

此外，由于對基板的制備和氫化使其在測量結束后不可能再被使用。

發明內容

因此，需要提供一種快速且易于執行的能通過熱施主濃度確定氧濃度的方法。

以下步驟傾向于滿足該需求：

a）使樣品經受熱處理以形成熱施主，

b）測量樣品區域中的電阻率，

c）通過以下確定熱施主濃度：

-通過添加四倍于所述熱施主濃度（N_TDD）的離子化摻雜雜質濃度，依據離子化摻雜雜質濃度（N_A、N_D）表示的電荷載流子遷移率（μ）的關系式，和

-所測量的電阻率的值。

在確定氧濃度之后，還提供了在大于或等于650°C的溫度下的熱處理步驟以恢復樣品的初始狀態。

附圖說明

通過下面對本發明特定實施例的描述，本發明其它的優點和特征將更加清楚易懂，本發明的特定實施例僅為非限定示例的目的且表示在附圖中，其中：

圖1表示根據本發明的確定氧濃度C_o的方法的各步驟；

圖2表示對于氧濃度C_o的不同數值，熱施主濃度N_TDD隨著熱處理持續時間t變化的圖表；

圖3表示對于n型基板和p型基板，需要獲得電阻率10%變化所需的熱處理持續時間t隨初始電阻率ρ的變化；

圖4表示圖1的確定方法的附加步驟；

圖5表示通過圖1的方法獲得的氧濃度C_o的測繪；以及

圖6表示相比于圖5，通過紅外光譜（FTIR）獲得的氧濃度的數值。

具體實施方式

提供一種能通過測量電阻率ρ確定硅基板的氧濃度C_o的方法。實際上，電阻率是受到源于氧而產生的熱施主（TDD）的影響的其中一個電氣參數。