[發明專利]確定填隙氧濃度的方法

有效

• 申請號: 201280028979.2
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN103620394A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 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: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;G01N27/04;H01L21/66
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邱軍

技術領域

本發明涉及確定p型摻雜半導體樣品的填隙氧濃度的方法。

背景技術

旨在用于微電子工業或用于光伏應用的硅基板包含氧。當它們為沉淀物形式時，氧原子通常占據了晶格中的填隙位置。在通過提拉法(Czochralski?method)獲得的單晶硅的情況下，或者在太陽能級多晶硅(solar-grade?polysilicon)的情況下，填隙氧濃度在10¹⁷和2.10¹⁸原子／cm³之間變化.

填隙氧(O_i)在硅的機械和電特性上具有很大影響。特別是，在200℃和500℃之間的溫度范圍，氧形成沉淀物，稱為熱雙施體(Thermal?Double?Donors，TDD)，其改變了材料的電特性。在較高的溫度下，氧形成能捕獲硅中存在的金屬雜質的其它沉淀物。因此可獲得吸氣效果(getter?effect)。此外，通過阻擋制造工藝引起的位錯(dislocation)，氧改善基板的機械特性。

對于光伏應用，高氧濃度導致照明下的性能下降，尤其是包含摻雜硼(B)的硅的光伏電池的轉換效率的下降。

因此，知曉基板內的填隙氧濃度和分布顯得很重要，以局部確定氧在硅的電特性和機械特性上的影響。然后，這樣的信息能優化結晶或裝置制造方法。

樣品的氧濃度按慣例由傅里葉變換紅外光譜學確定。然而，該技術很慢且缺乏精度。它還要求樣品具有至少200μm的厚度和樣品表面的制備。

文章“Characterization?of?the?oxygen?distribution?in?Czochralski?silicon?using?hydrogen-enhanced?thermal?donor?formation”(A.G.Ulyashin等，Materials?Science?and?Engineering?B73124-129，2000)描述了用于確定氧濃度的另一個技術。

該技術基于形成熱施體TDD。氫等離子體增強熱處理應用于P型樣品以形成PN結。然后，樣品中PN結的深度通過擴散電阻探針(SRP)測量或者電容-電壓(C-V)測量確定。然后，從PN結的深度計算熱施體濃度。數學模型能從熱施體濃度確定氧濃度。

所用的特征化方法與FTIR一樣要求樣品的制備。SRP特征化要求使樣品漸變尺寸以完全沿著樣品的深度建立電阻曲線(resistance?profile)。C-V特征化采用在樣品表面的金屬接觸。這樣的接觸在不損害或者污染樣品材料的情況下難以去除。

由于這樣的特征化方法的復雜性，上述文章的測量技術很慢且難以應用于微電子和光伏的基板。

此外，一旦已經執行了測量，基板的制備和氫化使該基板不能再使用。

發明內容

因此，存在提供實施快速且簡單的方法，能確定由IV族p型半導體材料制造的樣品的填隙氧濃度的需求。

該樣品包括受體型摻雜劑雜質且具有初始電荷載流子濃度和初始電阻系數，該需求傾向于由下面的步驟滿足：

a)使樣品經受熱處理以形成熱施體，其形成施體型摻雜劑雜質；

b)確定獲得雜質補償的半導體材料所需熱處理的持續時間；

c)由電荷載流子濃度確定補償的半導體材料的樣品的熱施體濃度；以及

d)由熱施體濃度和熱處理的持續時間確定填隙氧濃度。

在確定填隙氧濃度后，進一步提供在大于或等于650℃的溫度的熱處理步驟以將樣品恢復到其初始狀態中。

附圖說明

從下面特定實施例的描述，其它的優點和特征將變得更加清楚易懂，特定實施例被提供僅用于非限定示例的目的且通過附圖示出，附圖中：

圖1示出了根據本發明確定填隙氧濃度C_o的方法的步驟；

圖2示出了根據圖1的退火步驟F1的實施例；

圖3示出了根據圖1的退火步驟F1的替代實施例；

圖4示出了對于填隙氧濃度C_o的不同值，根據退火持續時間t的熱施體濃度N_TDD的曲線圖；以及

圖5示出了用于確定圖1的填隙氧濃度C_o的方法的附加步驟。

具體實施方式

在p型摻雜的硅基板中，自由電荷載流子是空穴。它們的數量取決于硅中注入的摻雜劑雜質的濃度N_A，摻雜劑雜質通常為硼原子(B)。這樣的原子稱為電子受體。