[发明专利]一种半导体硅材料中少数载流子寿命的测试方法

说明书

本发明涉及半导体材料测试技术领域，具体涉及一种半导体硅材料中少数载流子寿命的测试方法，在待测试硅材料表面提供一个短波长的稳定光照,使之在硅材料中形成一个有利于阻滞在硅材料体内产生的非平衡少子向硅材料表面扩散的少数载流子分布。测试时使用一束测试光脉冲，在硅材料的体内激发非平衡少数载流子，当测试光脉冲结束后，记录硅材料附加电导率的衰减，以此反映硅材料体内非平衡少数载流子的衰减，经计算得出硅材料中的非平衡少数载流子的复合寿命值τ。该方法的优点：有利于阻止在硅材料体内产生的非平衡少子向硅材料表面的扩散，减少硅材料表面复合对测试结果的影响，待测的硅材料事先无需处理，测试速度快，并有满意的测试准确度。

技术领域

本发明涉及载流子寿命测试技术领域，具体涉及一种半导体硅材料中少数载流子寿命的测试方法。

背景技术

非平衡少子寿命测试是当今半导体工业和光伏工业获得硅晶体中缺陷、杂质信息的有效手段之一。在行业中，也常常将硅材料的非平衡少子寿命指标作为材料和器件制备过程清洁程度的监测指标。我们测量半导体硅材料的非平衡少子寿命，希望得到与硅材料真实的体内非平衡少子寿命τ_b相接近的测量值τ_F，而不是一个受材料表面非平衡少子寿命τ_s影响很大的测量值τ_F。因为只有τ_b才能真正反映半导体材料的内在质量，而表面非平衡少子寿命τ_s只能反映样品的表面状态，τ_s是随硅材料表面状态变化而变化的变数。

硅片具有较大的表面积和较小的厚度，本发明在硅片少子寿命测量中具有特殊的意义，为了叙述方便起见，以下仅以硅片为例。其结果对于其它形状的硅材料是相同的。

通过仪器测量出的非平衡少子寿命值τ_F称为表观寿命，它与样品硅片体内非平衡少子寿命τ_b及表面寿命τ_s间存在如下关系：，式中材料表面非平衡少子寿命τ_s取决于在半导体硅片体内产生的非平衡少子扩散到硅片表面平均所需要的时间τ_diff和非平衡少子在硅片表面复合所需要的时间τ_sp即，τ_s＝τ_diff+τ_sp。

在硅片测试中，上式，其中，l反映的是半导体硅片体内产生的非平衡少子扩散至硅片表面的距离，D表示非平衡少子的扩散系数，s表示非平衡少子的表面复合速度，在有些情况下，如果l较小或s较大，则在测试中会出现τ_s值与τ_b值在同一数量级，甚至τ_s值小于τ_b值时的情况，这时τ_s对于我们得到比较准确的τ_b测量结果的干扰是巨大的。

现有的晶体硅非平衡少子寿命的测试多采用光电导衰减法，与其他测试方法比较，光电导衰减法一般不需要制备特殊的测试样品和接触电极，便于做为器件和材料制备过程的质量监控手段和材料交易的质量验收标准测试方法。但是现有的测试方法，τ_F有时不能足够正确地反映τ_b，比如当测试硅片的厚度较薄(l值较小)、τ_b较大时，便会发生这种情况。

为了使测试值τ_F比较正确地反映晶体硅片体内的少子寿命τ_b，现有技术是通过对硅片表面的处理，使硅片表面复合速度处于某种已知的状态，然后根据测试结果，推算出硅片体内的少子寿命τ_b。对硅片表面的处理可以是通过喷砂打毛得到一个高复合速率的表面，或者通过硅片的表面钝化，得到一个低复合速率的表面。具体的做法可以是将硅片浸入HF、碘酒,或者在硅片表面制备一层钝化层，如薄层氧化硅等。