專利名稱：測(cè)繪氧濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠測(cè)繪半導(dǎo)體樣品的氧濃度的方法。
背景技術(shù)：
旨在用于微電子工業(yè)或用于光伏應(yīng)用的硅基板通常包含氧。當(dāng)氧原子不是沉淀物形式時(shí)，他們占據(jù)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(yáng)能級(jí)多晶硅的情況下，氧濃度在IO17個(gè)原子/cm3和2 X IO18個(gè)原子/cm3之間變化。間隙氧(Oi)對(duì)于硅的機(jī)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(chǎn)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(zhì)的另一種沉淀物。因此，可獲得吸氣效應(yīng)。此外，通過阻擋由制造工藝引起的位錯(cuò)，氧改善了基板的機(jī)械性能。對(duì)于光伏應(yīng)用，高氧濃度會(huì)導(dǎo)致性能降低，特別會(huì)使基于硼(B)摻雜的硅的光伏電池的轉(zhuǎn)換率降低。因此，為了從局部確定氧對(duì)硅的電氣性能和機(jī)械性能的影響，知道基板內(nèi)的氧分布十分重要。這樣，該信息還能優(yōu)化結(jié)晶或裝置的制造方法。樣品的氧濃度常規(guī)上由傅里葉變換紅外(FTIR)光譜確定。然而，該技術(shù)速度慢且缺少精確性。該技術(shù)還要求制備樣品表面。標(biāo)題為 “Characterization of the oxygen distribution in Czochralskisilicon using hydrogen-enhanced thermal donor formation” (A.G.Ulyashin etal., Materials Science and Engineering B73124-129, 2000)的文章描述了確定氧濃度的另一種技術(shù)。該技術(shù)基于TDD熱施主的形成。將氫等離子體增強(qiáng)熱處理應(yīng)用于P型樣品以形成p-n結(jié)。然后，樣品中p-n結(jié)的深度由SRP型(擴(kuò)展電阻探針)電阻測(cè)量或C-V(電容-電壓)電容測(cè)量確定。然后，由P-n結(jié)的深度計(jì)算該熱施主濃度。通過數(shù)學(xué)模型由熱施主濃度確定氧濃度。正如FTIR—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(gè)樣品深度的電阻分布。用C-V表征時(shí)需要在樣品表面處采用金屬觸點(diǎn)。在不損壞或不污染樣品的情況下，難以去除這樣的觸點(diǎn)。由于這些表征方法較復(fù)雜，上述文章中的測(cè)量技術(shù)不僅速度慢且難以應(yīng)用于微電子和光伏產(chǎn)業(yè)的基板。此外，由于對(duì)基板的制備和氫化使其在測(cè)量結(jié)束后不可能再被使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要提供一種快速且易于執(zhí)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(jīng)受熱處理以形成熱施主，b)測(cè)量樣品區(qū)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(Ntdd)的離子化摻雜雜質(zhì)濃度，依據(jù)離子化摻雜雜質(zhì)濃度(Na、Nd)表示的電荷載流子遷移率(μ )的關(guān)系式，和-所測(cè)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(fù)樣品的初始狀態(tài)。


通過下面對(duì)本發(fā)明特定實(shí)施例的描述，本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將更加清楚易懂，本發(fā)明的特定實(shí)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(jù)本發(fā)明的確定氧濃度C。的方法的各步驟；圖2表示對(duì)于氧濃度C。的 不同數(shù)值，熱施主濃度Ntdd隨著熱處理持續(xù)時(shí)間t變化的圖表；圖3表示對(duì)于η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(xù)時(shí)間t隨初始電阻率P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。的測(cè)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(shù)值。
具體實(shí)施例方式提供一種能通過測(cè)量電阻率P確定硅基板的氧濃度C。的方法。實(shí)際上，電阻率是受到源于氧而產(chǎn)生的熱施主(TDD)的影響的其中一個(gè)電氣參數(shù)。電阻率隨兩個(gè)參數(shù)而變化:自由電荷載流子的濃度m和這些載流子的遷移率μ。其一般表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.一種通過熱施主濃度(Ntdd)確定由半導(dǎo)體材料制成的樣品的氧濃度(Ctj)的方法，包括如下步驟: a)使所述樣品經(jīng)受熱處理以形成熱施主(TDD)(Fl), 其特征在于，該方法還包括如下步驟: b)測(cè)量所述樣品的一區(qū)域中的電阻率(P) (F2)， c)通過以下確定所述熱施主濃度(Ntdd)(F3): -通過添加四倍于所述熱施主濃度(Ntdd)的離子化摻雜雜質(zhì)濃度，依據(jù)離子化摻雜雜質(zhì)濃度(Na、Nd)表示的電荷載流子遷移率(μ )的關(guān)系式，和 -所測(cè)量的電阻率值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，表示遷移率的關(guān)系式被寫成
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該熱處理的持續(xù)時(shí)間(t)為使該樣品的電阻率(P )相對(duì)于其初始值變化至少10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該熱處理的持續(xù)時(shí)間(t)的范圍在I分鐘和1000分鐘之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法初始包括在大于或等于650°C的溫度下的熱處理的步驟(F0)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該方法包括通過電阻率測(cè)量確定該樣品的摻雜雜質(zhì)濃度(Na、Nd) (F0’)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括在已經(jīng)確定氧濃度(C。)之后，在大于或等于650° C的溫度下的熱處理的步驟(F5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在該樣品的數(shù)個(gè)區(qū)域中重復(fù)步驟b)和步驟c)以執(zhí)行測(cè)繪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定半導(dǎo)體材料的樣品的氧濃度的方法，所述方法包括熱處理樣品的步驟(F1)以形成熱施主；測(cè)量樣品的一個(gè)區(qū)域中的電阻率(F2)；從通過添加四倍于熱施主濃度的摻雜雜質(zhì)濃度、根據(jù)離子化摻雜雜質(zhì)濃度表示的電荷載流子遷移率的關(guān)系式并且從所測(cè)量的電阻率值，確定熱施主濃度(F3)。該方法還包括通過熱施主濃度確定氧濃度(F4)。
文檔編號(hào)G01N27/04GK103189740SQ201180052914
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者J.維爾曼, S.杜博伊斯, N.恩加爾波特 申請(qǐng)人:原子能和代替能源委員會(huì)