用于验证半导体晶锭热史的方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于验证半导体晶锭热史的方法
本专利技术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。
技术介绍
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(“ThermalsimulationoftheCzochralskisilicongrowprocessbythreedifferentmodelsandcomparisonwithexperimentalresults”)”，E.Dornberger等，晶体生长杂志(JournalofCrystalGrowth)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。
技术实现思路
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。根据本专利技术，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。热施主是在结晶期间在350℃至500℃之间形成的氧基缺陷，并且其浓度构成晶锭热史的标记。因此，不是直接比较晶锭中的温度值，根据本专利技术的验证方法执行热施主浓度的理论值和实验值之间的比较，热施主浓度的理论值源自模拟的热史。与现有技术的方法不同，根据本专利技术的验证方法不需要原位测量，即在结晶炉内的测量。实际上，间隙氧浓度和热施主浓度可以在晶锭从炉子取出之后测量，因此比结晶期间的温度简单得多。因此，晶锭的制造不受根据本专利技术的验证方法的影响，这使得可以获得忠实于所采用的结晶工艺的结果。在本专利技术的优选实施方式中，热施主浓度的理论值的计算包括以下操作：-建立描述半导体晶锭的部分中的热史(或热史代表)的至少一个经验表达式；-通过将利用所述至少一个经验表达式计算的温度与每个时间步长相关联，将半导体晶锭的部分中的热史离散成连续的时间步长；-针对其中相关联的温度包含在350℃至550℃之间的每个时间步长，计算在所述时间步长期间形成的热施主的含量；以及-根据在连续时间步长期间形成的热施主的含量，计算热施主浓度的理论值。该计算模式使得可以精确确定在结晶工艺期间形成的热施主浓度(在350℃至550℃之间)，同时考虑半导体晶锭的部分中的确切温度分布。根据该优选实施方式的发展，热施主浓度的理论值的计算通过迭代进行，并且对于每个时间步长，包括以下操作：-将在所述时间步长期间形成的热施主的含量与在前一时间步长时存在于半导体材料中的热施主的含量求和；-将在与所述时间步长相关联的温度下的最大热施主浓度与所述的和进行比较；-当所述的和小于最大热施主浓度时，将在所述时间步长时的半导体材料中的热施主含量固定为等于所述和；以及-当所述的和大于最大热施主浓度时，将在所述时间步长时的半导体材料中存在的热施主的含量固定为等于最大热施主浓度。优选地，在所述时间步长ΔTn期间形成的热施主的含量Δ[DT]n使用以下关系式计算：Δ[DT]n＝ΔTn*a*Di(Tn)*[Oi]4*m(Tn)-2其中，a是常数，Tn是与所述时间步长ΔTn相关联的温度，Di(Tn)是氧在温度Tn下的扩散系数，并且m(Tn)是自由电子在温度Tn下的浓度。有利地，借助于两个二次多项式来描述半导体晶锭的部分中的热史。针对沿半导体晶锭分布的不同部分，可以完成根据本专利技术的验证方法的步骤a)至d)，以便验证整个晶锭的热模拟，而不仅仅是部分。这些不同部分优选地包括半导体晶锭的被称为头部的上端和被称为尾部的下端。它们的数量有利地大于或等于5。附图说明参照附图，本专利技术的其他特征和优点将从以下出于指示目的并且绝非限制地给出的说明中变得清楚，其中：-图1表示根据本专利技术的用于验证热史的方法的步骤S1至S4；以及-图2示出了通过晶锭结晶工艺的模拟获得的半导体晶锭的部分的热史的示例，以及通过两个多项式函数拟合该热史的步骤的结果。为了更清楚，在所有附图中相同或相似的元件由相同的附图标记进行标记。具体实施方式在以下说明中，“热史”表示在晶锭的结晶期间，半导体晶锭的部分的温度演化。部分优选地对应于半导体晶锭的薄片，该薄片垂直于晶锭的纵向轴线(或拉伸轴线)定向，且其厚度可根据其在晶锭中的位置而变化。晶锭的部分或薄片的位置被称为“相对高度”，并且通常表达为晶锭的总高度的百分比。晶锭的每个部分具有特定的热史，这可通过结晶工艺的模拟来计算。所有这些热史使得可以重建半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种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：/na)测量半导体晶锭的部分中的间隙氧浓度([Oi])，(S1)；/nb)根据间隙氧浓度([Oi])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([DT]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 FR FR17622821.一种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([Oi])，(S1)；
b)根据间隙氧浓度([Oi])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([DT]th)，(S2)；
c)测量半导体晶锭的部分中的热施主浓度的实验值([DT]exp)，(S3)；以及
d)比较热施主浓度的理论值([DT]th)和实验值([DT]exp)，(S4)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中热施主浓度的理论值([DT]th)的计算包括以下操作：
-建立描述半导体晶锭的部分中的热史的至少一个经验表达式(T(t))；
-通过将利用所述至少一个经验表达式计算的温度(Tn)与每个时间步长(ΔTn)相关联，将半导体晶锭的部分中的热史离散成连续的时间步长(ΔTn)；
-针对其中相关联的温度(Tn)包含在350℃至550℃之间的每个时间步长，计算在所述时间步长期间形成的热施主的含量(Δ[DT]n)；以及
-根据在连续的时间步长期间形成的热施主的含量，计算热施主浓度的理论值([DT]th)。


3.根据权利要求2所述的方法，其中热施主浓度的理论值([DT]th)的计算通过迭代进行，并且对于每个时间步长(ΔTn)包括以下操作：
-将在所述时间步长期间形成的热施...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔迪·韦尔曼，威尔弗里德·法夫尔，埃莱诺雷·勒蒂，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR