多晶硅高空间分辨在线计量学

少数载流子寿命的无损测量技术已相当成熟，并被广泛应用于晶体硅工艺控制及缺陷表征。借助我们的MDPinline设备，能够以迄今无与伦比的空间分辨率、灵敏度和测量速度组合，对少数载流子寿命进行成像。 MDP在线测量设备可在不到一秒的时间内，以2.8毫米的分辨率完成整片晶圆（最大156×156毫米）的映射

在测量原始晶圆时，必须考虑到，所测量的并非实际体寿命，而是由表面和体复合组成的有效寿命。

因此，厚度为 200 μm 的原生晶圆的测量寿命仅限于约 2.3 μs。然而，如果体寿命非常小，它将主导有效寿命，从而可以识别出低质量。 图 1 显示了铸锭边缘处刚生成的多晶晶圆的寿命图。由于与坩埚接触，质量较差的边缘部分很容易与质量较好的部分区分开来。

材料分类

MDP在线检测设备能够将晶圆分为多达15个质量等级。为此，该设备会综合考虑多种特征参数，例如算术平均值、谐波平均值、J. Isenberg平均值、中位数和标准差。 需注意，有效寿命与太阳能电池效率之间并不存在直接关联，因为电池工艺对晶锭中不同区域的影响各异。为该设备开发的软件系统还能测定多种工艺相关参数，并识别晶圆边缘的低质量区域。 通过结合平均寿命和标准差，可以对材料质量进行非常有效的分类。图2展示了来自锭体底部、中部和顶部的三片晶圆的示例性分类。甚至可以区分锭体底部和顶部的晶圆。 底部晶圆通常具有更高的氧含量和缺陷浓度，导致平均寿命较低。顶部晶圆的寿命往往较低，这是由于金属杂质、高氮和碳浓度以及SiC、Si3N4的分离和其他结晶缺陷所致。

晶体缺陷的监测与识别

为监测和识别晶体缺陷，我们开展了一项广泛的研究，对具有特殊缺陷分布的特定晶圆进行了测量。在此研究中，确定了不同晶体缺陷的特征结果。最常见的缺陷之一是Si3N4和SiC偏析，它们会导致太阳能电池中的旁路。 在MDP寿命图中，这些缺陷会导致极高的不均匀性，且寿命低于0.2 μs的像素占比很高。第二种最常见的晶体缺陷是晶圆中的微晶结构。这些结构会导致寿命极低，同时伴随较低的不均匀性。 结合裂纹检测仪，可识别这些微晶硅片，并将其与含有偏析的硅片区分开来。

炉内监测

另一个有用的应用是监测炉体特性。可检测生长过程中的异常情况，并优化炉体性能。图4和图5展示了上述潜在应用的两个实例。

图4绘制了在不同炉中生长的5个锭的平均数据与锭高之间的关系曲线。显然，不同的炉内特性会导致锭体底部和顶部的斜率不同。 例如，炉2与炉5在底部斜率上差异约为30%，而炉2与炉4在顶部斜率上的差异约为50%。利用这些信息，可以对炉子进行优化。

图5展示了某晶体学参数的丰度分布，该参数是材料质量的特征指标。数值越高表明质量越低，反之亦然。图中展示了不同生产周次晶圆中该参数的丰度分布。本次共分析了数千片晶圆。 第4周晶圆中，晶体参数值较高的比例较高。显然，原料中存在污染物，或者有某些因素影响了生长过程，这些情况均可通过MDP测量检测出来。通过这种方式，可以追溯问题的根源，从而高效地消除问题。

其他案例研究中展示了该技术在晶锭领域的更多应用。

对刚生长完成的晶圆和晶锭进行在线映射，是生产早期检测结晶缺陷等问题的多功能工具。借助MDPingot和MDPinline等MDP工具，可实现每秒最多检测一片晶圆的完整电学表征。 除了有效少数载流子寿命外，还测量了电阻率。通过对每片晶圆进行这些检测，可以实现多种应用，例如工艺控制、良率与工艺改进，以及任何新生产线或工艺的快速投产。 在线应用中，这为产品和生产工艺的高效优化以及良率的提升开辟了全新的可能性。

更多信息请参阅：
[1] K. Dornich, N. Schüler, D. Mittelstrass, A. Krause, B. Gründig-Wendrock, K. Niemietz, J.R. Niklas，《第24届汉堡光伏科学会议（PVSEC）论文集》（2009），即将出版