[发明专利]确定填隙氧浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及确定p型掺杂半导体样品的填隙氧浓度的方法。

背景技术

旨在用于微电子工业或用于光伏应用的硅基板包含氧。当它们为沉淀物形式时，氧原子通常占据了晶格中的填隙位置。在通过提拉法(Czochralski method)获得的单晶硅的情况下，或者在太阳能级多晶硅(solar-grade polysilicon)的情况下，填隙氧浓度在10¹⁷和2.10¹⁸原子／cm³之间变化.

填隙氧(O_i)在硅的机械和电特性上具有很大影响。特别是，在200℃和500℃之间的温度范围，氧形成沉淀物，称为热双施体(Thermal Double Donors，TDD)，其改变了材料的电特性。在较高的温度下，氧形成能捕获硅中存在的金属杂质的其它沉淀物。因此可获得吸气效果(getter effect)。此外，通过阻挡制造工艺引起的位错(dislocation)，氧改善基板的机械特性。

对于光伏应用，高氧浓度导致照明下的性能下降，尤其是包含掺杂硼(B)的硅的光伏电池的转换效率的下降。

因此，知晓基板内的填隙氧浓度和分布显得很重要，以局部确定氧在硅的电特性和机械特性上的影响。然后，这样的信息能优化结晶或装置制造方法。

样品的氧浓度按惯例由傅里叶变换红外光谱学确定。然而，该技术很慢且缺乏精度。它还要求样品具有至少200μm的厚度和样品表面的制备。

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)描述了用于确定氧浓度的另一个技术。

该技术基于形成热施体TDD。氢等离子体增强热处理应用于P型样品以形成PN结。然后，样品中PN结的深度通过扩散电阻探针(SRP)测量或者电容-电压(C-V)测量确定。然后，从PN结的深度计算热施体浓度。数学模型能从热施体浓度确定氧浓度。

所用的特征化方法与FTIR一样要求样品的制备。SRP特征化要求使样品渐变尺寸以完全沿着样品的深度建立电阻曲线(resistance profile)。C-V特征化采用在样品表面的金属接触。这样的接触在不损害或者污染样品材料的情况下难以去除。

由于这样的特征化方法的复杂性，上述文章的测量技术很慢且难以应用于微电子和光伏的基板。

此外，一旦已经执行了测量，基板的制备和氢化使该基板不能再使用。

发明内容

因此，存在提供实施快速且简单的方法，能确定由IV族p型半导体材料制造的样品的填隙氧浓度的需求。

该样品包括受体型掺杂剂杂质且具有初始电荷载流子浓度和初始电阻系数，该需求倾向于由下面的步骤满足：

a)使样品经受热处理以形成热施体，其形成施体型掺杂剂杂质；

b)确定获得杂质补偿的半导体材料所需热处理的持续时间；

c)由电荷载流子浓度确定补偿的半导体材料的样品的热施体浓度；以及

d)由热施体浓度和热处理的持续时间确定填隙氧浓度。

在确定填隙氧浓度后，进一步提供在大于或等于650℃的温度的热处理步骤以将样品恢复到其初始状态中。

附图说明

从下面特定实施例的描述，其它的优点和特征将变得更加清楚易懂，特定实施例被提供仅用于非限定示例的目的且通过附图示出，附图中：

图1示出了根据本发明确定填隙氧浓度C_o的方法的步骤；

图2示出了根据图1的退火步骤F1的实施例；

图3示出了根据图1的退火步骤F1的替代实施例；

图4示出了对于填隙氧浓度C_o的不同值，根据退火持续时间t的热施体浓度N_TDD的曲线图；以及

图5示出了用于确定图1的填隙氧浓度C_o的方法的附加步骤。

具体实施方式

在p型掺杂的硅基板中，自由电荷载流子是空穴。它们的数量取决于硅中注入的掺杂剂杂质的浓度N_A，掺杂剂杂质通常为硼原子(B)。这样的原子称为电子受体。