소수 캐리어 수명의 비파괴 측정 기술은 이미 확립되어 있으며, 결정질 실리콘의 공정 제어 및 결함 특성 분석에 널리 활용되고 있습니다. 당사의 MDPinline 장비를 사용하면, 지금까지 그 어떤 장비도 따라올 수 없는 공간 분해능, 감도 및 측정 속도의 조합을 통해 소수 캐리어 수명을 매핑할 수 있습니다. MDP 인라인 장비는 1초 미만의 시간 내에 2.8mm에서 최대 (156 x 156mm) 해상도로 웨이퍼 전체 맵을 생성할 수 있습니다.
원료 웨이퍼를 측정할 때는 실제 벌크 수명이 아닌, 표면 및 벌크 재결합으로 구성된 유효 수명이 측정된다는 점을 고려해야 합니다.
따라서 두께 200 μm의 성장 직후 웨이퍼에서 측정된 수명은 약 2.3 μs로 제한됩니다. 그러나 벌크 수명이 매우 짧으면 유효 수명을 압도하게 되어, 낮은 품질을 식별할 수 있습니다. 그림 1은 주조 엣지 부분의 성장 직후 다결정 웨이퍼에 대한 수명 맵을 보여줍니다. 도가니와의 접촉으로 인해 품질이 낮은 엣지 부분은 품질이 더 좋은 부분과 쉽게 구별할 수 있습니다.
자료 분류
MDP 인라인 장비는 웨이퍼를 최대 15개의 품질 등급으로 분류할 수 있습니다. 이를 위해 산술 평균, 조화 평균, J. Isenberg 방식에 따른 평균, 중앙값, 표준편차 등 다양한 특성 파라미터가 고려됩니다. 단, 잉곳 내 특정 영역에 서로 다른 영향을 미치는 셀 공정 특성으로 인해, 유효 수명과 태양전지 효율 간에는 직접적인 상관관계가 존재하지 않습니다. 이 툴을 위해 개발된 소프트웨어는 다양한 공정 관련 매개변수와 웨이퍼의 저품질 에지 영역을 판별합니다. 수명 평균값과 표준 편차를 결합함으로써 재료 품질을 매우 정확하게 분류할 수 있습니다. 그림 2는 잉곳의 하단, 중간, 상단 부분에서 채취한 세 개의 웨이퍼에 대한 분류 예시를 보여줍니다. 심지어 잉곳의 하단 부분과 상단 부분에서 나온 웨이퍼를 구분하는 것도 가능합니다. 하단부 웨이퍼는 산소 및 결함 농도가 높은 경우가 많아 평균 수명이 더 짧습니다. 상단부 웨이퍼는 금속 불순물, 높은 질소 및 탄소 농도, SiC, Si3N4의 분리 현상 및 기타 결정화 결함으로 인해 수명이 짧은 경우가 많습니다.
결정 결함의 모니터링 및 식별
결정 결함의 모니터링 및 식별을 위해, 특수한 결함 배열을 가진 특정 웨이퍼를 측정하는 광범위한 연구가 수행되었습니다. 이 연구를 통해 다양한 결정학적 결함에 대한 특징적인 결과가 도출되었습니다. 가장 흔한 결함 중 하나는 Si3N4 및 SiC 분리물로, 이는 태양전지 내 단락을 유발합니다. MDP 수명 맵에서 이러한 결함은 매우 높은 불균일성과 0.2 μs 미만의 수명을 가진 픽셀 비율을 초래합니다. 두 번째로 많이 발견되는 결정 결함은 웨이퍼 내의 미세결정 구조입니다. 이러한 구조는 낮은 불균일성과 함께 매우 낮은 수명을 유발합니다. 균열 검사기와 결합하여 이러한 미세결정질 웨이퍼를 식별하고 분리물이 포함된 웨이퍼와 구별할 수 있습니다.
로 모니터링
또 다른 유용한 응용 분야는 용광로 특성 모니터링입니다. 이를 통해 성장 공정의 문제를 감지하고 용광로 특성을 최적화할 수 있습니다. 그림 4와 5는 앞서 언급한 가능한 응용 사례 두 가지를 보여줍니다.
그림 4에서는 서로 다른 용광로에서 성장된 5개의 잉곳에 대한 평균값을 잉곳 높이에 대해 그래프로 나타냈습니다. 용광로 특성의 차이로 인해 잉곳의 하단부와 상단부에서 서로 다른 경사도가 나타남이 분명해집니다. 예를 들어, 용광로 2와 5는 하단 경사도에서 약 30% 차이를 보이며, 용광로 2와 4는 상단 경사도에서 약 50% 차이를 보입니다. 이러한 정보를 바탕으로 용광로를 최적화할 수 있습니다.
그림 5는 재료 품질을 나타내는 결정학적 매개변수의 분포를 보여줍니다. 값이 높을수록 품질이 낮음을, 반대로 값이 낮을수록 품질이 높음을 의미합니다. 이 매개변수의 분포는 생산 주별 웨이퍼에 대해 표시되었습니다. 수천 개의 웨이퍼가 분석되었습니다. 4주차에는 결정학적 매개변수 값이 높은 웨이퍼의 비율이 더 높게 나타납니다. 원료에 오염 물질이 혼입되었거나 성장 공정에 영향을 미치는 요인이 있는 것으로 보이며, 이는 MDP 측정을 통해 감지할 수 있습니다. 이러한 방식으로 문제의 원인을 추적하여 효율적으로 해결할 수 있습니다.
잉곳에 대한 추가적인 적용 사례는 다른 사례 연구에서 확인할 수 있습니다.
성장 직후의 웨이퍼 및 잉곳에 대한 인라인 매핑은 생산 공정 초기에 결정화 결함 등을 탐지하는 데 유용한 도구입니다. MDPingot 및 MDPinline과 같은 MDP 도구를 사용하면 초당 최대 1개의 웨이퍼에 대해 완전한 전기적 특성 분석이 가능합니다. 유효 소수 캐리어 수명과 함께 저항률도 측정됩니다. 각 개별 웨이퍼에 대한 이러한 조사를 통해 공정 제어, 수율 및 공정 개선은 물론, 새로운 생산 라인이나 공정의 신속한 가동 등 매우 다양한 응용이 가능합니다. 인라인 적용 시, 이는 수율 향상과 더불어 제품 및 생산 공정의 고효율 최적화를 향한 광범위한 새로운 가능성을 열어줍니다.
자세한 내용은 다음을 참조하십시오:
[1] K. Dornich, N. Schüler, D. Mittelstrass, A. Krause, B. Gründig-Wendrock, K. Niemietz, J.R. Niklas, 제24회 PVSEC 함부르크 학술대회 논문집 (2009) (출간 예정)
Lifetime map of a mc-Si wafer from the edge of a cast ingot
Exemplary classification of three wafers of bottom (a), the middle (b) and top(c) of an ingot.
Si3N4 and SiC segregates (a); microcrystalline wafer (b)
average versus ingot height for 5 ingots grown in different furnaces | histogram of the crystallographic parameter of different weeks
관련 솔루션 및 산업: 에피택셜 레이어 및 박막
