半導(dǎo)體晶片中摻雜變化的光致發(fā)光成像的制作方法
【專利摘要】基于光致發(fā)光的方法被提出用于促進(jìn)具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的光伏電池的制造中金屬化期間的晶片對準(zhǔn)，且特別是用于在金屬化之前使選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)可視化。在優(yōu)選的形式中，該方法是在線進(jìn)行的，其中選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)形成后檢查每個晶片以識別其位置或取向。所獲得的信息也可被用于從流程線放棄有缺陷的晶片或識別系統(tǒng)故障或形成圖案化發(fā)射極結(jié)構(gòu)的處理的不準(zhǔn)確。另外，每個晶片可通過金屬化之后的光致發(fā)光成像進(jìn)行檢查，以確定金屬接觸是否已被正確地定位在該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)上。金屬化后所獲得的信息也可被用于提供反饋到上游的處理步驟。
【專利說明】半導(dǎo)體晶片中摻雜變化的光致發(fā)光成像
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及識別半導(dǎo)體晶片中摻雜變化的系統(tǒng)和方法，并且具體涉及在光伏電池制造中的金屬化之前確定半導(dǎo)體晶片上選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向的系統(tǒng)和方法。然而，本發(fā)明并不限于這種特定領(lǐng)域的使用。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請要求于2011年8月12日提交的澳大利亞臨時專利申請第2011903226號的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0004]貫穿本說明書對現(xiàn)有技術(shù)的任何討論絕不應(yīng)被視為對此現(xiàn)有技術(shù)是廣泛已知或形成本領(lǐng)域中常見的一般知識的部分的認(rèn)可。
[0005]晶體半導(dǎo)體的光伏(PV)電池一般具有在前表面正下方的pn結(jié)(pn-junction),通常通過與半導(dǎo)體材料的背景摻雜極性相反的摻雜劑的內(nèi)擴(kuò)散(in-diffusion)形成。除了創(chuàng)建Pn結(jié)，合成的‘發(fā)射極層’還用來輸送電荷載流子至并進(jìn)入前表面上的金屬手指接觸。大部分市售的PV電池是基于摻硼(P型)的多晶體硅晶片，具有由磷熱擴(kuò)散進(jìn)入表面形成的n++型層。然而，通常高度摻雜的發(fā)射極層具有低的載流子壽命并吸收顯著比例的太陽光譜的高能量(UV和藍(lán)光)部分 ，從而造成按絕對值計算約1%的電池效率的降低(例如從18%至17%)。因此，對于高效率的電池，期望在除將沉積金屬線的區(qū)域外的所有區(qū)域中以選擇性方式輕摻雜的(為了降低藍(lán)光響應(yīng)損失)形成發(fā)射極層。此外，輕摻雜的發(fā)射極區(qū)一般具有較低的發(fā)射極飽和電流，這與標(biāo)準(zhǔn)的高摻雜均勻發(fā)射極相比增加了電池的開路電壓。
[0006]許多技術(shù)是因在硅晶片的表面內(nèi)或表面上形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)而眾所周知的。在一種技術(shù)中，含磷的糊劑被噴墨印刷在P型硅表面，然后進(jìn)行熱擴(kuò)散。在美國專利號7910393內(nèi)所描述的另一種技術(shù)中，摻雜的納米顆粒硅墨被絲網(wǎng)印刷和結(jié)晶以形成高摻雜層。一些其它的技術(shù)通過使用激光的局部擴(kuò)散(如美國專利號6429037和公開的美國專利申請?zhí)?010/0144079A1中所描述的)，或通過掩蔽離子注入(公開的美國專利申請?zhí)?2010/0297782A1)而形成選擇性發(fā)射極。在 T.Lauermann 等人 ^InSECT:An InlineSelective Emitter Concept with High Efficiencies at Competitive Process CostsImproved with Inkjet Masking Technology’，24th European Photovoltaic Solar EnergyConference (第 24 屆歐洲光伏太陽能大會)，21-25September2009 (2009 年 9 月 21-25日)，Hamburg, Germany (德國)，ρρ.1767-1770內(nèi)所描述的另一種技術(shù)中，耐腐蝕性臘的圖案被油墨噴射到摻磷的表面層上，且在除去蠟之前無保護(hù)的表面層部分被蝕刻掉。
[0007]如圖1A和圖1B中示意性所示，一旦在硅晶片4的表面上形成圖案化的發(fā)射極結(jié)構(gòu)2，則沉積金屬指狀物6和母線8，該沉積常通過絲網(wǎng)印刷進(jìn)行，接著進(jìn)行接觸點火(contact firing)以完成PV電池的制造。如圖1B所示,金屬線6、8需要在圖案化發(fā)射極結(jié)構(gòu)2的頂部上形成，否則，接觸的電阻將會過高，而顯著降低了 PV電池的效率；金屬接觸錯位對幾個PV電池參數(shù)的影響已在A.Meisel等人‘ Impact of metal contact misalignmentin silicon ink selective emitter solar Cellsj, 35th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference (第 35 屆 IEEE 光伏專家會議)，20_25June2010 (2010 年 6 月 20-25日)，Hawaii, USA (美國)，pp.1456-1460中被報道。然而，在至少一些選擇性發(fā)射極技術(shù)中，因為組成變化是不可見的且在表面外觀上具有最小的表面凹凸或其他可見變化，所以如果可能的話圖案化的發(fā)射極結(jié)構(gòu)難以辨別。在這種情況下，金屬化絲網(wǎng)漏印機(jī)必須依靠方法諸如用于樣本對準(zhǔn)的機(jī)械停止以及，如圖1B所示，個別的高摻雜發(fā)射極區(qū)10總是過大以提供對準(zhǔn)公差。例如，發(fā)射極線可為350μπι寬，以容納150μπι寬的金屬指狀物。然而，不論絲網(wǎng)漏印機(jī)的空間精度，如果圖案化的發(fā)射極結(jié)構(gòu)在第一地點顯著錯位，例如如果晶片未正確定向或在發(fā)射極圖案化過程中移動，那么金屬接觸將被沉積在錯誤地點而導(dǎo)致放棄電池或至少效率上的損失。一些當(dāng)前選擇性發(fā)射極方法的第二個問題是過大的發(fā)射極線中的藍(lán)光吸收和發(fā)射極重組；如果對準(zhǔn)公差可隨著減少或消除，PV電池的效率可被推到甚至更聞。
[0008]因此，需要改進(jìn)制造選擇性發(fā)射極PV電池的方法。特別地，在至少一些選擇性發(fā)射極PV電池的制造技術(shù)中需要在選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的金屬化過程中促進(jìn)晶片對準(zhǔn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是克服或改善至少一個現(xiàn)有技術(shù)的缺點，或提供有用的替代物。優(yōu)選形式下的本發(fā)明的目的是提供光伏電池制造中的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的金屬化過程中促進(jìn)晶片對準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了識別半導(dǎo)體材料中摻雜變化的方法，所述方法包括以下步驟:
[0011](a)用適于從所述材料產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述材料；
[0012](b)獲取從所述材料發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；以及
[0013](c)基于所述圖像中的差別識別所述摻雜變化。
[0014]優(yōu)選地,該差別包括強(qiáng)度對比度(intensity contrast)。或者,該差別包括波長變化。
[0015]在一個優(yōu)選形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(d)在材料上形成指示所識別的摻雜變化的一個或多個光學(xué)可見標(biāo)記。在一個替代形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(e)確定所識別的摻雜變化和材料上一個或多個光學(xué)可見標(biāo)記之間的相對位置。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(f)利用所識別的摻雜變化或光學(xué)可見標(biāo)記來對準(zhǔn)該材料，用于制造來自該材料的器件中的后續(xù)步驟。在一個優(yōu)選形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(g)處理該圖像以獲得該材料中有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(h)利用所識別的摻雜變化或有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息，來放棄(拒絕，reject)該材料或來調(diào)整產(chǎn)生摻雜變化的處理步驟的參數(shù)。
[0016]優(yōu)選地,該方法被用于識別摻雜變化，該摻雜變化包括在材料的表面中或表面上形成的不同摻雜區(qū)的圖案的位置或取向。更優(yōu)選地，不同摻雜區(qū)是在被照射和成像的材料的表面中或表面上。在優(yōu)選的形式中，不同摻雜區(qū)包含材料中的與背景摻雜劑極性相反的摻雜劑。在優(yōu)選的實施方式中，該方法被應(yīng)用到包括單晶或多晶硅晶片的材料或光伏電池中。在某些形式中，該圖像從材料的子區(qū)域獲取。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了識別半導(dǎo)體晶片上選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟:
[0018](a)用適于從所述晶片產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述晶片；
[0019](b)獲取從所述晶片發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；以及
[0020](C)基于所述圖像中的差別識別所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向。
[0021]優(yōu)選地，該差別包括強(qiáng)度對比度。優(yōu)選地，該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)是在被照射和成像的晶片的表面中或表面上。在一個優(yōu)選形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(d)處理該圖像以獲得晶片中有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(e)利用所識別的該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向，或有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息，來調(diào)整產(chǎn)生該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的處理步驟的參數(shù)。在一個優(yōu)選形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(f)在晶片上形成指示該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向的一個或更多光學(xué)可見標(biāo)記。在一個替代形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(g)確定該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)和材料上一個或更多光學(xué)可見標(biāo)記之間的相對位置。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(h)利用所識別的該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向，或該光學(xué)可見標(biāo)記，來對準(zhǔn)該晶片，以用于隨后的金屬化步驟或用于促進(jìn)隨后的金屬化步驟的步驟。該方法可進(jìn)一步包括以下步驟:(j)在金屬化步驟后獲取該晶片的光致發(fā)光圖像。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了制造選擇性發(fā)射極光伏電池的方法，所述方法包括以下步驟:
[0023](a)用適于從所述晶片產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射半導(dǎo)體晶片，所述晶片具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)；
[0024](b)獲取從所述晶片發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；
[0025](c)基于所述圖像中的差別識別所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向；以及
[0026](d)利用所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向來對準(zhǔn)所述晶片，以用于隨后的金屬化步驟或用于促進(jìn)隨后的金屬化步驟的步驟。
[0027]優(yōu)選地，該差別包括亮度對比。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了在生產(chǎn)選擇性發(fā)射極光伏電池的生產(chǎn)線中為金屬化步驟或為促進(jìn)金屬化步驟的步驟而對準(zhǔn)半導(dǎo)體晶片的方法，所述晶片具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟:
[0029](a)用適于從所述晶片產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述晶片；
[0030](b)獲取從所述晶片發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；
[0031](c)基于所述圖像中的差別識別所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向；以及
[0032](d)利用所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向來對準(zhǔn)所述晶片，以用于所述金屬化步驟或用于促進(jìn)所述金屬化步驟的步驟。
[0033]優(yōu)選地，該差別包括亮度對比。優(yōu)選低，該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)是在該被照射和成像的晶片的表面中或表面上。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了監(jiān)測產(chǎn)生半導(dǎo)體材料中摻雜變化的過程的方法，所述方法包括以下步驟:
[0035](a)用適于從所述材料產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述材料；[0036](b)獲取從所述材料發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；以及
[0037](c)基于所述圖像中的差別識別所述過程產(chǎn)生的摻雜變化。
[0038]優(yōu)選地，該差別包括強(qiáng)度對比度?；蛘?，該差別包括波長變化。
[0039]在一個優(yōu)選形式中，當(dāng)正在產(chǎn)生摻雜變化時執(zhí)行該方法。在另一優(yōu)選形式中，該方法被用于監(jiān)測在該材料的表面中或表面上的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的形成。該圖像可從該材料的子區(qū)域獲取。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了識別在半導(dǎo)體材料后表面上的金屬圖案的方法，所述方法包括以下步驟:
[0041](a)用適于從所述材料產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述材料的前表面；
[0042](b)獲取從所述材料發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；和
[0043](c)基于所述圖像中的強(qiáng)度對比度識別所述金屬圖案的位置或取向。
[0044]優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(d)基于該圖像中的差別識別該材料中的摻雜變化。優(yōu)選地該差別包括強(qiáng)度對比度。在一個優(yōu)選形式中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:(e)確定該金屬圖案和摻雜變化的相對位置。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的第七個方面，提供了當(dāng)使用時執(zhí)行根據(jù)方面一至六中的任一項所述的方法的系統(tǒng)。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了包括具有計算機(jī)可讀程序代碼的計算機(jī)可用介質(zhì)的制品，該計算機(jī)可讀程序代碼經(jīng)配置以執(zhí)行根據(jù)方面一至六中的任一項所述的方法，或操作根據(jù)第七方面所述的系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]從隨后的示例性實施方式的描述和所附的權(quán)利要求書中，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的益處和優(yōu)勢對于本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員將會變得顯而易見，其中:
[0048]圖1A不出了具有圖案化發(fā)射極結(jié)構(gòu)的娃晶片的不意性俯視圖；
[0049]圖1B示出了具有沉積在圖案化發(fā)射極結(jié)構(gòu)上的金屬線的硅晶片的示意性俯視圖；
[0050]圖2示出了在前表面上具有磷摻雜的圖案化發(fā)射極結(jié)構(gòu)的P型單晶硅晶片的PL圖像；
[0051]圖3示出了在前表面上具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)和金屬接觸的完整PV電池的PL圖像；
[0052]圖4示出了用于娃晶片PL成像的區(qū)域成像(area-1maging)系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；
[0053]圖5示出了用于娃晶片PL成像的線掃描(line-scanning)系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；
[0054]圖6示出了以線掃描方式獲取的前表面上具有磷摻雜的圖案化發(fā)射極結(jié)構(gòu)的P型單晶娃晶片的PL圖像；以及
[0055]圖7示出了與圖6中晶片相同的晶片的PL圖像，但伴隨晶片翻轉(zhuǎn)，以便該發(fā)射極結(jié)構(gòu)在后表面上。
【具體實施方式】[0056]現(xiàn)在將僅通過實施例并參考附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0057]光致發(fā)光(PL)成像被認(rèn)為是一種快速和方便的表征半導(dǎo)體樣本如娃磚、晶片和薄膜，以及特別是制造過程中和制造后的娃基PV電池的技術(shù)。如T.Trupke等人‘Progresswith Luminescence Imaging for the Characterisation of Silicon Wafers and SolarCells，, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference (第 22 屆歐洲光伏太陽能會議)，Milan (米蘭)，September2007 (2007年9月)中所探討,來自娃樣本的PL發(fā)射可提供有關(guān)許多材料和與PV電池性能相關(guān)的電子參數(shù)的信息，包括少數(shù)載流子擴(kuò)散長度、少數(shù)載流子壽命、串聯(lián)電阻、分流器、雜質(zhì)、位錯和裂紋。來自硅的PL發(fā)射主要由在波長范圍900至1300nm內(nèi)的帶間復(fù)合(band-to-band recombination)產(chǎn)生,雖然在更長波長下發(fā)射也可由缺陷如位錯中發(fā)生。進(jìn)行硅和其它半導(dǎo)體材料的PL成像的合適裝置和方法在公開的 PCT 專利申請?zhí)?W02007/041758A1、W02011/079353A1 和 W02011/079354A1 中被描述，其內(nèi)容以參考方式并入本文。
[0058]在最簡單的形式中，半導(dǎo)體材料的PL成像涉及用選擇從該材料產(chǎn)生PL的光(通常高于產(chǎn)生帶間PL的帶隙(band-gap)光)照射該材料的大部分或全部表面,并獲取或捕捉響應(yīng)于照射發(fā)射的PL圖像。如果需要，然后該圖像可被處理以加亮或獲得感興趣的一個或更多特征的尺寸。
[0059]當(dāng)在具有預(yù)先圖案化的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的PV晶片上沉積金屬指狀物和母線時，將有益于能夠識別哪里是高摻雜區(qū)，且優(yōu)選在生產(chǎn)線的速度下這樣做，以確保該金屬被沉積在正確的位置。然而，因為選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)是簡單的組成變化的圖案，常具有很少或沒有表面凹凸，所以光學(xué)成像不能總是辨別PV電池前體上的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向。然而，如圖2所示的光致發(fā)光圖像所證明的，在單晶硅晶片前表面上的磷摻雜的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)通過近IR照射產(chǎn)生的帶間PL (band-to-band)的強(qiáng)度的橫向變化被清楚地揭示。值得注意的是，此晶片上的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)不可被光學(xué)地辨別。
[0060]PL成像揭示選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向的能力預(yù)計在許多方面對PV電池制造商是有價值的:
[0061 ] (I)PL成像可以以前饋方式使用，可選地具有沉積用于機(jī)器視覺系統(tǒng)的一些形式的光學(xué)可見標(biāo)記(例如對準(zhǔn)標(biāo)記或基準(zhǔn)點)的附加步驟，以確保晶片被正確地對準(zhǔn)用于隨后的金屬化步驟，例如絲網(wǎng)印刷。在優(yōu)選的實施方式中，這些對準(zhǔn)標(biāo)記將指示該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向，并且可通過例如印刷或激光劃片(laser scribing)來形成。在其它實施方式中，例如，在對準(zhǔn)標(biāo)記已經(jīng)存在于樣本晶片上的情況下，引導(dǎo)選擇性發(fā)射極圖案化過程，選擇性發(fā)射極和對準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置信息被計算并前饋至絲網(wǎng)印刷機(jī)。如果選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)被簡單地輕微錯位，例如因為晶片在發(fā)射極圖案化步驟中位置錯誤，該晶片對準(zhǔn)可在金屬化之前被調(diào)整，從而有效地再利用(salvaging)該電池。在另一方面,如果檢測到嚴(yán)重的發(fā)射極圖案化錯誤諸如不完整的印刷，或不可重新定向晶片，那么可至少在金屬化之前檢測和放棄該故障晶片，從而節(jié)約處理資源。在一個密切相關(guān)的實施方式中，關(guān)于選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向的PL衍生信息被用于引導(dǎo)促進(jìn)后續(xù)金屬化的處理步驟。例如，在一個選擇性發(fā)射極處理中，氮化娃被用作電鍍掩模(plating mask),該電鍍掩模具體通過激光燒蝕圖案化的氮化硅，以允許在電鍍液沉積在選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)上。
[0062](2)如果在晶片的所有或顯著部分檢測到發(fā)射極圖案化錯誤，這將表明發(fā)射極圖案化處理有問題而能夠采取糾正措施，從而節(jié)省晶片以及處理資源。
[0063](3)PL圖像也可在金屬化后獲取，以確保金屬接觸已被正確地沉積在摻雜區(qū)上。圖3示出了完整多晶硅PV電池的PL圖像，揭示了母線8在選擇性發(fā)射極區(qū)10內(nèi)的正確沉積。該PL圖像還示出了指示位錯集群(dislocation clusters)的一些復(fù)雜的低PL強(qiáng)度區(qū)12。其中金屬接觸沒有被正確沉積的電池可在較早階段被放棄，即在電池生產(chǎn)的最后ι-v測試階段處注意到低效率之前，而且關(guān)于不足的對準(zhǔn)精度的信息可被反饋到金屬化過程。后金屬化(post-metallisation)成像也可被用于檢測金屬化過程中的系統(tǒng)偏移(drift),例如通過印刷絲網(wǎng)的變形或拉伸引起的系統(tǒng)偏移。
[0064](4)通過使在金屬化階段能精確對準(zhǔn)，降低高摻雜發(fā)射線的寬度應(yīng)該是可以的，從而減少了藍(lán)光吸收并提高了整體電池效率。
[0065](5)發(fā)射極形成或金屬化步驟之后獲取的PL圖像，可以與這些處理步驟之前獲取的圖像比較，可揭示在這些步驟過程中誘發(fā)的其他缺陷，特別是裂紋，使有缺陷的電池能夠被放棄。在大量樣本中，裂紋將表明一個或其他處理步驟有問題，從而允許采取糾正措施?？蓪V電池制造有意義的其他缺陷包括位錯和低載流子壽命材料的區(qū)域。
[0066]在某些實施方式中，PL圖像是用‘區(qū)域成像’系統(tǒng)獲取的，其中，如圖4中的示意性側(cè)視圖所示，用適于從晶片材料，例如從一個或更多激光或LED光源20，產(chǎn)生光致發(fā)光18的光16照射具有在前表面14中或其上形成的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的硅晶片4的全部面積，且例如，如在上述公開的PCT專利申請?zhí)朩02007/041758A1中所描述，該晶片的PL圖像以區(qū)域照相機(jī)諸如硅CCD照相機(jī)22的單次曝光而獲得。在圖2和3中所示的PL圖像以這種方式獲取。區(qū)域成像非常適合于“離線(off-line)”應(yīng)用，例如故障探測(trouble-shooting)有缺陷的晶片或當(dāng)測試新的處理站時?；蛘撸缭谏鲜龉_的PCT專利申請?zhí)朩02011/079353A1中所描述，該區(qū)域成像方法可適合于PV電池線上的晶片的‘在線’檢查，其目前以上達(dá)至每小時3，600晶片的速度通過使每個晶片瞬間停止或，更優(yōu)選地，使用足夠短的和強(qiáng)烈的照射，例如來自閃光燈的脈沖來運行，以使圖像模糊最小化。在上述公開的PCT專利申請?zhí)朩02011/079354A1中描述的適合于在線檢查的替代實施方式中，晶片用線掃描(line-scanning)系統(tǒng)成像。如圖5中的示意性側(cè)視圖所示,例如用線性光源諸如LED陣列26和PL18逐行照射在傳輸帶24的系統(tǒng)上運動中的硅晶片4，該PL18用線陣相機(jī)(line camera)或時間延遲積分(time delay integration) (TDI)相機(jī)28逐行(line-by-line)成像。應(yīng)注意的是，因為任何線性光源都具有有限的寬度，因此照射線被認(rèn)為是被照射的區(qū)域。穿過樣本的PL發(fā)射也可以逐點的方式用穿過樣本表面掃描的小區(qū)域激發(fā)光束(例如聚焦的激光束)映射，在這種情況下，簡單的光檢測器可被用于從每個點檢測PL發(fā)射。
[0067]一般而言，PL成像系統(tǒng)還可包括光束成形光學(xué)元件30、激發(fā)路徑中的短通濾波器32和均化器(h0m0geniser)34、成像路徑中的采集光學(xué)元件36和長通濾波器38，以及被編程以控制該激發(fā)光源和相機(jī)并處理所獲取PL圖像的計算機(jī)40。在具有TDI相機(jī)的線掃描系統(tǒng)中，該計算機(jī)也可使相機(jī)詢問與晶片運動42同步。
[0068]在其它實施方式中，PL圖像可從晶片的一個或更多特定子區(qū)域中獲取，例如檢查該選擇性發(fā)射極圖案的選定部分。在某些實施方式中，當(dāng)整個晶片以正常分辨率成像時，晶片的一個或多個特定子區(qū)域可以更高的空間分辨率成像。在某些實施方式中，含有一部分選擇性發(fā)射極圖案和，可選地，如果存在的話一個或多個對準(zhǔn)標(biāo)記的一個或更多子區(qū)域，可以被高空間分辨率成像，且整個選擇性發(fā)射極圖案的取向和位置可從這些圖像推斷。
[0069]圖6示出了用硅TDI相機(jī)以線掃描方式獲取的前表面上具有摻磷的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的單晶娃晶片的PL圖像。該晶片在具有10個太陽強(qiáng)度(intensity oflOSuns)的8mm寬的近-1R激發(fā)光的線下以200mm/s被掃描。類似于圖2中所示的靜態(tài)PL圖像，該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)被明顯地揭露出來。
[0070]圖7示出了與圖6中所示樣本相同的樣本的PL圖像，除了在晶片已被翻轉(zhuǎn)以便施加照射到該晶片以及形成從與之上具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的表面相反的表面獲取的圖像的情況之外。較慢的25mm/s的線掃描速度被用于抵消通過與擴(kuò)散前表面相比未鈍化(unpassivated)后表面的較高的非輻射表面復(fù)合率引起的減小PL強(qiáng)度。盡管該選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)不是與圖6圖像中的一樣清晰，但顯而易見的是，PL成像具有“看穿”晶片的能力，以揭示后表面上的不同摻雜區(qū)。類似地，我們預(yù)期，PL成像將能夠揭示可通過例如離子注入形成的硅樣本表面之下的不同摻雜區(qū)，所提供的材料的載流子壽命對光生(photo-generated)載流子在重組之前擴(kuò)散穿過該晶片到不同摻雜區(qū)是足夠的。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在硅晶片后表面上的金屬化圖案也可使用PL成像來揭示。
[0071]對于圖2、圖3、圖6和圖7中所不的PL圖像，照射晶片并從相同的表面獲取圖像。如在上述公開的PCT專利申請?zhí)朩02007/041758A1中所描述，也可以從相對側(cè)照射和成像樣本，例如通過照射后表面和成像前表面或反之亦然。一般而言，選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)或組分或摻雜變化的一些其它模式通過PL成像應(yīng)該是可檢測的，而不論被照射和成像的表面。
[0072]在上文參照圖7證明的PL成像看穿或看進(jìn)半導(dǎo)體晶片的能力具有半導(dǎo)體器件的制造或檢查中的潛在應(yīng)用，該半導(dǎo)體器件在后表面上或同時在前表面和后表面上具有金屬化圖案或摻雜圖案。我們注意到，在后表面上的金屬化圖案可用PL成像辨別，雖然類似的功能是通過利用波長足以穿透晶片的IR波長的光學(xué)成像提供的，但可存在將有益于能夠識別晶片后表面上的金屬化圖案和摻雜圖案兩者的情況，例如確定它們的相對位置。類似地，其可有益于能夠識別晶片后表面上的金屬化圖案和晶片前表面上的摻雜圖案。例如，某些高效率的PV電池，諸如金屬繞通型(metal wrap-through) (MWT)、發(fā)射極繞通型(emitter wrap-through) (EWT)電池在一個或兩個表面上具有金屬或發(fā)射極結(jié)構(gòu)。另一種可用于揭示PV電池后表面上的金屬化圖案的情況是在模塊組裝過程中設(shè)置標(biāo)記(tabbing)。
[0073]將觀察到，在上文討論的PL圖像中選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)(高磷摻雜)和周圍輕摻雜硅之間的對比度不一致。高磷摻雜區(qū)顯示出比圖2和圖6(前表面上的選擇性發(fā)射極，在金屬化之前)中的周圍輕摻雜硅更亮，但在圖3 (前表面上的選擇性發(fā)射極，在金屬化之后)和圖7 (后表面上的選擇性發(fā)射極，在金屬化之前)中更暗。其原因尚不清楚。通常人們期望磷摻雜會減少硅的少數(shù)載流子壽命，以便更重?fù)诫s區(qū)域?qū)⒕哂休^低的PL信號，與圖3和圖7中觀察到的對比度一致。然而，可能有競爭性的影響；例如鈍化、發(fā)射極圖案化或金屬化處理可改變前表面材料的一些性能，例如載流子壽命或質(zhì)地，這可影響從該表面逸出的PL量。不同對比度圖案的確切原因基本上是不重要的，因為本發(fā)明的基于PL的(PL-based)方法僅需要在來自選擇性發(fā)射極區(qū)的PL信號和周圍材料之間的可辨別的差別。
[0074]前述實施方式已經(jīng)描述了作為識別半導(dǎo)體材料中摻雜變化的差別的PL強(qiáng)度對比度的使用。然而，基于檢測到的PL發(fā)射的波長范圍，配備有某個波長選擇性的形式，諸如單色器或一個或更多光學(xué)濾波器，例如短通、長通或帶通濾波器的PL成像系統(tǒng)可在某些情況下能夠區(qū)分摻雜變化，例如不同摻雜區(qū)。例如，此波長范圍可受到與摻雜變化相關(guān)的帶隙或再吸收(re-absorption)中的改變影響，從而創(chuàng)造可測量的差別。雖然檢測到的PL波長中的變化被期望對于P-型硅晶片中的磷摻雜選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的特定情況是小的，但是可存在摻雜劑和半導(dǎo)體材料的其它組合，例如用于LED和激光二極管中的直接帶隙半導(dǎo)體，其中摻雜變化顯著影響PL發(fā)射波長。其他PL信號中可測量的差異，諸如衰減壽命，也可表明半導(dǎo)體材料中的摻雜變化。
[0075]因為PL成像對硅中摻雜級(doping level)的變化靈敏，所以其也可被用于監(jiān)測修改摻雜級，諸如重?fù)诫s發(fā)射極層的局部回蝕(etch-back)以產(chǎn)生圖案化的發(fā)射極結(jié)構(gòu)的PV電池工藝步驟。例如，一旦PL強(qiáng)度對比度達(dá)到預(yù)定水平，該回蝕過程可被停止。在這方面，我們注意到，嚴(yán)格地說，被測量的不是來自摻雜層本身的PL，而是該摻雜層具有的對材料中有效載流子壽命的影響，例如通過場效應(yīng)表面鈍化或改變載流子復(fù)合率的某個其它效應(yīng)測量。
[0076]主要在具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的基于晶片的PV電池和電池前體方面描述了本發(fā)明，但并不限于此。例如，其可適用于由硅或從中可產(chǎn)生光致發(fā)光的一些其它半導(dǎo)體材料組成的具有圖案化摻雜區(qū)的其它器件，諸如微電子器件。對于具有電接觸的元件，也可以使用電致發(fā)光成像識別摻雜變化。
[0077]雖然特別參考某些優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是在下述權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，可實現(xiàn)對本發(fā)明的變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于識別半導(dǎo)體材料中摻雜變化的方法，所述方法包括以下步驟: Ca)用適于從所述材料產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述材料； (b)獲取從所述材料發(fā)出的所述光致發(fā)光的圖像；以及 (c)基于所述圖像中的差別識別所述摻雜變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述差別包括強(qiáng)度對比度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述差別包括波長變化。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:Cd)在所述材料上形成指示所識別的摻雜變化的一個或多個光學(xué)可見標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(e)確定所識別的摻雜變化和所述材料上一個或多個光學(xué)可見標(biāo)記之間的相對位置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(f)利用所識別的摻雜變化或所述光學(xué)可見標(biāo)記來對準(zhǔn)所述材料，用于來自所述材料的器件制造中的隨后步驟。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(g)處理所述圖像以獲得所述材料中有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(h)利用所識別的摻雜變化或所述有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息，來放棄所述材料或來調(diào)整產(chǎn)生所述摻雜變化的處理步驟的參數(shù)。
9.根據(jù)前述 權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法被用于識別摻雜變化，所述摻雜變化包括在所述材料的表面中或表面上形成的不同摻雜區(qū)的圖案的位置或取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述不同摻雜區(qū)在被照射和成像的所述材料的表面中或表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述不同摻雜區(qū)包含所述材料中的與背景摻雜劑極性相反的摻雜劑。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法被應(yīng)用到包括單晶或多晶硅晶片的材料或光伏電池中。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述圖像從所述材料的子區(qū)域獲取。
14.一種用于識別半導(dǎo)體晶片上選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟: Ca)用適于從所述晶片產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述晶片； (b)獲取從所述晶片發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；以及 (C)基于所述圖像中的差別識別所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述差別包括強(qiáng)度對比度。
16.根據(jù)權(quán)利14或權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)在被照射和成像的所述晶片的表面中或表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(d)處理所述圖像以獲得所述晶片中有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(e)利用所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向，或所述有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息，來調(diào)整產(chǎn)生所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的處理步驟的參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(f)在所述晶片上形成指示所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向的一個或多個光學(xué)可見標(biāo)記。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(g)確定所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)和所述材料上一個或多個光學(xué)可見標(biāo)記之間的相對位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(h)利用所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向，或所述光學(xué)可見標(biāo)記，來對準(zhǔn)所述晶片以用于隨后的金屬化步驟或用于促進(jìn)隨后的金屬化步驟的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21中所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(j)在所述金屬化步驟后獲取所述晶片的光致發(fā)光圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的方法，其中，所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向，或所述有關(guān)位錯、裂紋或低載流子壽命區(qū)的信息被用來放棄所述晶片。
24.根據(jù)權(quán)利要求14至23中任一項所述的方法，其中，所述方法被應(yīng)用于單晶或多晶娃晶片。
25.根據(jù)權(quán)利要求14至24中任一項所述的方法，其中，所述圖像從所述晶片的子區(qū)域獲取。
26.一種用于制造選擇性發(fā)射極光伏電池的方法，所述方法包括以下步驟: (a)用適于從所述晶片產(chǎn)生光`致發(fā)光的激發(fā)光照射半導(dǎo)體晶片，所述晶片具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)； (b)獲取從所述晶片發(fā)出的所述光致發(fā)光的圖像； (C)基于所述圖像中的差別識別所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向；以及Cd)利用所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向來對準(zhǔn)所述晶片，以用于隨后的金屬化步驟或用于促進(jìn)隨后的金屬化步驟的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述差別包括強(qiáng)度對比度。
28.—種在生產(chǎn)選擇性發(fā)射極光伏電池的生產(chǎn)線中用于金屬化步驟或用于促進(jìn)金屬化步驟的步驟的對準(zhǔn)半導(dǎo)體晶片的方法，所述晶片具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟: Ca)用適于從所述晶片產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述晶片； (b)獲取從所述晶片發(fā)出的所述光致發(fā)光的圖像； (C)基于所述圖像中的差別識別所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向；以及Cd)利用所識別的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的位置或取向來對準(zhǔn)所述晶片，以用于所述金屬化步驟或用于促進(jìn)所述金屬化步驟的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述差別包括強(qiáng)度對比度。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)在被照射和成像的所述晶片的表面中或表面上。
31.根據(jù)權(quán)利要求28至30中任一項所述的方法，其中，所述圖像從所述晶片的子區(qū)域獲取。
32.一種用于監(jiān)測產(chǎn)生半導(dǎo)體材料中摻雜變化的過程的方法，所述方法包括以下步驟:(a)用適于從所述材料產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述材料； (b)獲取從所述材料發(fā)出的所述光致發(fā)光的圖像；以及 (c)基于所述圖像中的差別識別所述過程產(chǎn)生的摻雜變化。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述差別包括強(qiáng)度對比度。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述差別包括波長變化。
35.根據(jù)權(quán)利要求32至34中任一項所述的方法，其中，在產(chǎn)生所述摻雜變化時執(zhí)行所述方法。
36.根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項所述的方法，用于監(jiān)測在所述材料的表面中或表面上的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求32至36中任一項所述的方法，其中，所述圖像可從所述材料的子區(qū)域獲取。
38.一種用于識別在半導(dǎo)體材料后表面上的金屬圖案的方法，所述方法包括以下步驟: (a)用適于從所述材料產(chǎn)生光致發(fā)光的激發(fā)光照射所述材料的前表面； (b)獲取從所述材料發(fā)出的光致發(fā)光的圖像；以及 (C)基于所述圖像中的強(qiáng)度對比度識別所述金屬圖案的位置或取向。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(d)基于所述圖像中的差別識別所述材料中的摻雜變化。
40.根據(jù)權(quán)利要求39述的方法，其中，所述差別包括強(qiáng)度對比度。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或權(quán)利要求40所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:(e)確定所述金屬圖案和所述摻雜變化的相對位置。
42.根據(jù)權(quán)利要求38至41中任一項所述的方法，其中，所述圖像從所述晶片的子區(qū)域獲取。
43.一種當(dāng)使用時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至42中任一項所述的方法的系統(tǒng)。
44.一種包括具有計算機(jī)可讀程序代碼的計算機(jī)可用介質(zhì)的制品，所述計算機(jī)可讀程序代碼經(jīng)配置以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至42中任一項所述的方法，或操作根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)。
【文檔編號】G01N21/64GK103874918SQ201280050566
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月12日
【發(fā)明者】約爾根·韋伯 申請人:Bt成像股份有限公司