[發(fā)明專利]用于測量從半導(dǎo)體材料反射的輻射的水平以用于測量半導(dǎo)體材料的摻雜物含量的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580059150.2
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN107112255B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯蒂芬·沃倫·布萊恩
• 申請（專利權(quán)）人: 奧羅拉太陽能科技（加拿大）公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01J3/433;H01L31/18;H01L33/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李丙林;王玉桂

一種通過以下來非接觸地測量半導(dǎo)體材料的摻雜物含量的系統(tǒng)和方法：將離開材料的紅外(IR)輻射反射到積分球中以散射所接收的輻射，并使部分的輻射穿過不同波長范圍的帶通濾波器，比較穿過每個濾波器的能級，并且通過參照由用于該系統(tǒng)的已知晶圓摻雜物含量制成的相關(guān)曲線來計算摻雜物含量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件的一層或多層中摻雜物含量的測量，并且涉及與商業(yè)制造線相關(guān)聯(lián)的這種器件(諸如用于光伏(PV)太陽能電池、LED和采用擴散(散布)的、植入的或外延地沉積的摻雜層的任何其他半導(dǎo)體器件)的摻雜物(摻雜劑)含量的非接觸測量的系統(tǒng)和方法。

更具體地，本發(fā)明涉及用于通過以合適的角度指引(引導(dǎo))半導(dǎo)體材料處的源輻射并且用如本文中修改的積分球收集所反射的輻射來測量從半導(dǎo)體材料反射的輻射水平(level，程度/等級)以用于測量半導(dǎo)體材料中摻雜物含量的方法和系統(tǒng)，其中積分球作為之前在發(fā)表的美國專利8829442中描述的測量系統(tǒng)的一部分。用于非瞄準(準直)紅外輻射源的替代的實施方案提供了準直器(其可以是導(dǎo)管或者光管)，用于以合適的角度指引源輻射。

背景技術(shù)

作為背景，我們將描述晶體硅(c-Si)PV電池制造過程(工藝)以及半導(dǎo)體LED的制造過程。

為了制作c-Si PV電池，硅晶圓在電池制造線中要經(jīng)受一系列的處理步驟。每個引入的晶圓均被輕微地大體積摻雜(即到處擴散)有創(chuàng)建“自由載流子”(半導(dǎo)體用語)的原子，該原子是施主(創(chuàng)建了n型晶圓)或者是受主(創(chuàng)建了p型晶圓)。第一步(在引入檢查以拋棄缺陷晶圓或者將晶圓分類成多種之后)旨在讓晶圓通過濕法化學(xué)蝕刻處理來移除鋸痕以及其他的表面缺陷和污染物。然后將每個晶圓均各向同性地紋理化(texture，制絨)(另一種濕法處理)以微觀地使其表面粗糙化，從而增強其捕獲入射光子的能力。在紋理化之后，然后晶圓以從晶圓的表面延伸的非常薄的層的形式摻雜有與大體積摻雜物具有相反類型的、創(chuàng)建“自由載流子”(半導(dǎo)體用語)的化學(xué)品。在當前的實踐中，這種摻雜可能通過以下兩種方法中的一種方法來發(fā)生-“在線(內(nèi)聯(lián))”方法或“分批”方法。在線法將摻雜物化學(xué)品沉積在晶圓的頂部表面上，通常以液態(tài)形式承載。(在磷摻雜物的情況下，該載體最常見的為磷酸)。然后干燥經(jīng)沉積的摻雜物載體并且然后使生成的產(chǎn)品擴散(使用高溫爐)到每個晶圓中，以形成當暴露在陽光中時允許晶圓產(chǎn)生電力的半導(dǎo)體結(jié)。在這種在線方法中，通過執(zhí)行這些步驟的設(shè)備連續(xù)地運送晶圓，該設(shè)備典型地包括用以施加液態(tài)載體的第一“摻雜物”機器，然后是用以干燥載體的“干燥”機器，從而使摻雜物化學(xué)品留在表面上，以及第三機器，使摻雜物擴散到晶片中的內(nèi)聯(lián)擴散爐。在分批方法中，晶圓被裝載到盒子(最常見的由石英制成并且在半導(dǎo)體用語中被稱為“舟”(boat))中，該盒子被插入“管式”擴散爐中，然后密封該爐，并且同時將晶圓暴露于氣態(tài)形式的摻雜物載體(最常見的為氯化磷酰)且然后被加熱以使摻雜物擴散到晶圓中。然后將該晶圓從爐中移除，從舟中卸載并且移動至制造線的下一部分。在兩種方法中，引入的摻雜物的量、擴散過程花費的時間以及擴散過程的溫度決定了第二摻雜物的深度的滲透深度以及第二摻雜物的深度的濃度。而且，第二摻雜物通過擴散過程的性質(zhì)被引入并擴散到晶圓的所有表面中。需要注意的是，從此處開始，除非特別說明，否則“摻雜物”涉及引入到大體積摻雜的晶圓的表面上的該第二摻雜物。然后每個晶圓均再次被濕法蝕刻以移除磷硅酸鹽玻璃或硼硅酸鹽玻璃(也稱為PSG或BSG，摻雜物擴散步驟的副產(chǎn)物)，并且可以被蝕刻以形成圖案或移除“背”側(cè)上的所有摻雜物或一部分摻雜物，以防止并聯(lián)(分流)。在該步驟之后，將涂層(最常見為氮化硅)施加至晶圓的頂部表面，以減少反射并且鈍化表面。通常使用等離子體增強化學(xué)蒸汽沉積設(shè)備來施加該涂層。在此之后，晶圓具有在其頂部和底部表面上印刷的金屬接觸(觸點，接觸部，contact)，其中頂部接觸圖案被設(shè)計成最小化對暴露于硅材料的光的干擾，同時提供對流出晶圓的電流具有最小阻抗的路徑。干燥這些金屬接觸(其以金屬漿的形式被印刷)，并且然后使用爐將這些金屬接觸擴散到晶圓中。在此之后，如果在晶圓的背側(cè)上的摻雜物的一部分沒有在先前被完全或部分地移除，則使用激光或機械設(shè)備在晶圓的外邊界周圍切割凹槽，以防止并聯(lián)(分流)。最終，對晶圓(其現(xiàn)在是成品PV電池)進行測試和分檔。