[发明专利]用于验证半导体晶锭热史的方法

说明书

本发明涉及用于验证通过结晶工艺的模拟获得的半导体晶锭的热史的实验方法。该方法包括以下步骤：a)测量半导体晶锭的部分中的间隙氧浓度；b)根据间隙氧浓度的测量值和半导体晶锭的部分中的热史，计算在结晶工艺期间形成的热施主浓度的理论值；c)测量半导体晶锭的部分中的热施主浓度的实验值；以及d)比较热施主浓度的理论值和实验值。

技术领域

本发明涉及半导体晶锭结晶工艺，更具体地涉及用于实验地验证通过结晶工艺的模拟获得的半导体晶锭的热史的方法或工艺。

背景技术

高效率光伏电池大部分是由源自切克劳斯基(Czochralski,Cz)单晶硅晶锭的晶片制造的。尽管因其高电子性能而闻名，特别是在载流子的寿命方面，CZ硅不能免除缺陷和杂质。氧构成CZ硅的主要杂质，并且在晶格中的间隙位置中是原子的形式。在CZ硅的缺陷之中，特别地可以提到的是氧沉淀物、氧空位和热施主。热施主是在350℃至550℃之间所包括的温度下形成，并且通过产生自由电子影响材料的电特性的团聚体(基于氧)。

为了优化CZ硅晶锭的生产速率和质量两者，晶锭制造商依靠使得有可能模拟切克劳斯基结晶工艺的计算机工具。由于这些模拟，例如，可以知道在结晶的给定时刻，晶锭的每个部分中的温度以及在结晶期间的其演化。这种演化，通常称为“热史”，对在晶锭的所考虑的部分中的结晶期间中形成的缺陷的量具有很大的影响。晶锭的热史作为许多参数的函数而变化，这些参数例如是晶锭的所考虑的部分所位于的相对高度(也称为“凝固分数”)、构成结晶炉的部件的几何形状和材料、拉伸晶锭的速率以及由炉的电阻递送的功率。

晶锭的热模拟依靠复杂的物理模型。例如，如果计算算法未充分收敛或者网格的定义太低，则这些模型可能导致热史的错误值。

为了确保模拟结果的相关性，并且如果需要测量模型的精确度，有必要通过将计算的热史与晶锭的温度测量值进行比较来进行实验验证。然而，由于晶锭的旋转、晶锭的平移位移以及在炉内占主导的非常高的温度(1400℃)，测量晶锭在制造期间的热史是困难的。

文献[“通过三个不同模型和与实验结果进行比较的切克劳斯基硅生长工艺的热模拟(“Thermal simulation of the Czochralski silicon grow process by threedifferent models and comparison with experimental results”)”，E.Dornberger等，晶体生长杂志(Journal of Crystal Growth)180，1997年461-467页]描述了实验验证CZ硅晶锭的热史的方法。首先遵循给定的拉伸配方，拉伸不同长度的若干晶锭。然后，晶锭配备有热电偶并依次安装在结晶炉中。在炉子已经达到设定温度之后，将每个晶锭放置成与硅熔体接触，在设定温度，正常地发生晶锭的拉伸。接下来，在达到平衡状态后，借助于热电偶测量晶锭中的温度。

此用于验证热史的方法是耗时的，因为其需要预先制造用于每一拉伸配方的不同长度(这些长度对应于模拟结晶工艺的不同时刻)的晶锭。此外，它不代表切克劳斯基结晶工艺，因为在测量温度的步骤期间，晶锭不被旋转驱动(由于热电偶的布线)。最后，由于在测量步骤期间不发生结晶，因此晶锭不会消散凝固潜热，这可能大大影响晶锭中测量的温度。然后所计算的热史和温度测量值难以比较。

发明内容

因此，需要一种简单且快速实施的方法，以便可靠地验证(或无效)半导体晶锭的热史，该热史已经通过结晶工艺的模拟获得。

根据本发明，通过提供包括以下步骤的验证方法趋向于满足该需要：

a)测量半导体晶锭的部分中的间隙氧浓度；

b)根据间隙氧浓度的测量值和半导体晶锭的部分中的热史，计算在结晶工艺期间形成的热施主浓度的理论值；

c)测量半导体晶锭的部分中的热施主浓度的实验值；以及

d)比较热施主浓度的理论值和实验值。