CN103874918A - 半导体晶片中掺杂变化的光致发光成像 - Google Patents

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Abstract

基于光致发光的方法被提出用于促进具有选择性发射极结构的光伏电池的制造中金属化期间的晶片对准，且特别是用于在金属化之前使选择性发射极结构可视化。在优选的形式中，该方法是在线进行的，其中选择性发射极结构形成后检查每个晶片以识别其位置或取向。所获得的信息也可被用于从流程线放弃有缺陷的晶片或识别系统故障或形成图案化发射极结构的处理的不准确。另外，每个晶片可通过金属化之后的光致发光成像进行检查，以确定金属接触是否已被正确地定位在该选择性发射极结构上。金属化后所获得的信息也可被用于提供反馈到上游的处理步骤。

Description

半导体晶片中掺杂变化的光致发光成像
技术领域
本发明涉及识别半导体晶片中掺杂变化的系统和方法，并且具体涉及在光伏电池制造中的金属化之前确定半导体晶片上选择性发射极结构的位置或取向的系统和方法。然而，本发明并不限于这种特定领域的使用。
相关申请
本申请要求于2011年8月12日提交的澳大利亚临时专利申请第2011903226号的优先权，其内容通过引用并入本文。
背景技术
贯穿本说明书对现有技术的任何讨论绝不应被视为对此现有技术是广泛已知或形成本领域中常见的一般知识的部分的认可。
晶体半导体的光伏（PV）电池一般具有在前表面正下方的pn结（pn-junction），通常通过与半导体材料的背景掺杂极性相反的掺杂剂的内扩散（in-diffusion）形成。除了创建pn结，合成的‘发射极层’还用来输送电荷载流子至并进入前表面上的金属手指接触。大部分市售的PV电池是基于掺硼（p型）的多晶体硅晶片，具有由磷热扩散进入表面形成的n+ +型层。然而，通常高度掺杂的发射极层具有低的载流子寿命并吸收显著比例的太阳光谱的高能量（UV和蓝光）部分，从而造成按绝对值计算约1%的电池效率的降低（例如从18%至17%）。因此，对于高效率的电池，期望在除将沉积金属线的区域外的所有区域中以选择性方式轻掺杂的（为了降低蓝光响应损失）形成发射极层。此外，轻掺杂的发射极区一般具有较低的发射极饱和电流，这与标准的高掺杂均匀发射极相比增加了电池的开路电压。
许多技术是因在硅晶片的表面内或表面上形成选择性发射极结构而众所周知的。在一种技术中，含磷的糊剂被喷墨印刷在p型硅表面，然后进行热扩散。在美国专利号7910393内所描述的另一种技术中，掺杂的纳米颗粒硅墨被丝网印刷和结晶以形成高掺杂层。一些其它的技术通过使用激光的局部扩散（如美国专利号6429037和公开的美国专利申请号2010/0144079A1中所描述的），或通过掩蔽离子注入（公开的美国专利申请号2010/0297782A1）而形成选择性发射极。在T.Lauermann等人‘InSECT:An Inline Selective Emitter Concept with High Efficiencies at CompetitiveProcess Costs Improved with Inkjet Masking Technology’,24th EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference（第24届欧洲光伏太阳能大会）,21-25September2009（2009年9月21-25日）,Hamburg,Germany（德国）,pp.1767-1770内所描述的另一种技术中，耐腐蚀性蜡的图案被油墨喷射到掺磷的表面层上，且在除去蜡之前无保护的表面层部分被蚀刻掉。
如图1A和图1B中示意性所示，一旦在硅晶片4的表面上形成图案化的发射极结构2，则沉积金属指状物6和母线8，该沉积常通过丝网印刷进行，接着进行接触点火（contact firing）以完成PV电池的制造。如图1B所示，金属线6、8需要在图案化发射极结构2的顶部上形成，否则，接触的电阻将会过高，而显著降低了PV电池的效率；金属接触错位对几个PV电池参数的影响已在A.Meisel等人‘Impact of metal contactmisalignment in silicon ink selective emitter solar cells’,35th IEEEPhotovoltaic Specialists Conference（第35届IEEE光伏专家会议）,20-25June2010（2010年6月20-25日）,Hawaii,USA（美国）,pp.1456-1460中被报道。然而，在至少一些选择性发射极技术中，因为组成变化是不可见的且在表面外观上具有最小的表面凹凸或其他可见变化，所以如果可能的话图案化的发射极结构难以辨别。在这种情况下，金属化丝网漏印机必须依靠方法诸如用于样本对准的机械停止以及，如图1B所示，个别的高掺杂发射极区10总是过大以提供对准公差。例如，发射极线可为350μm宽，以容纳150μm宽的金属指状物。然而，不论丝网漏印机的空间精度，如果图案化的发射极结构在第一地点显著错位，例如如果晶片未正确定向或在发射极图案化过程中移动，那么金属接触将被沉积在错误地点而导致放弃电池或至少效率上的损失。一些当前选择性发射极方法的第二个问题是过大的发射极线中的蓝光吸收和发射极重组；如果对准公差可随着减少或消除，PV电池的效率可被推到甚至更高。
因此，需要改进制造选择性发射极PV电池的方法。特别地，在至少一些选择性发射极PV电池的制造技术中需要在选择性发射极结构的金属化过程中促进晶片对准的方法。
发明内容
本发明的目的是克服或改善至少一个现有技术的缺点，或提供有用的替代物。优选形式下的本发明的目的是提供光伏电池制造中的选择性发射极结构的金属化过程中促进晶片对准的系统和方法。
根据本发明的第一方面，提供了识别半导体材料中掺杂变化的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述材料产生光致发光的激发光照射所述材料；
（b）获取从所述材料发出的光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的差别识别所述掺杂变化。
优选地，该差别包括强度对比度（intensity contrast）。或者，该差别包括波长变化。
在一个优选形式中，该方法进一步包括以下步骤：（d）在材料上形成指示所识别的掺杂变化的一个或多个光学可见标记。在一个替代形式中，该方法进一步包括以下步骤：（e）确定所识别的掺杂变化和材料上一个或多个光学可见标记之间的相对位置。优选地，该方法进一步包括以下步骤：（f）利用所识别的掺杂变化或光学可见标记来对准该材料，用于制造来自该材料的器件中的后续步骤。在一个优选形式中，该方法进一步包括以下步骤：（g）处理该图像以获得该材料中有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息。优选地，该方法进一步包括以下步骤：（h）利用所识别的掺杂变化或有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息，来放弃（拒绝，reject）该材料或来调整产生掺杂变化的处理步骤的参数。
优选地，该方法被用于识别掺杂变化，该掺杂变化包括在材料的表面中或表面上形成的不同掺杂区的图案的位置或取向。更优选地，不同掺杂区是在被照射和成像的材料的表面中或表面上。在优选的形式中，不同掺杂区包含材料中的与背景掺杂剂极性相反的掺杂剂。在优选的实施方式中，该方法被应用到包括单晶或多晶硅晶片的材料或光伏电池中。在某些形式中，该图像从材料的子区域获取。
根据本发明的第二方面，提供了识别半导体晶片上选择性发射极结构的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述晶片产生光致发光的激发光照射所述晶片；
（b）获取从所述晶片发出的光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的差别识别所述选择性发射极结构的位置或取向。
优选地，该差别包括强度对比度。优选地，该选择性发射极结构是在被照射和成像的晶片的表面中或表面上。在一个优选形式中，该方法进一步包括以下步骤：（d）处理该图像以获得晶片中有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息。优选地，该方法进一步包括以下步骤：（e）利用所识别的该选择性发射极结构的位置或取向，或有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息，来调整产生该选择性发射极结构的处理步骤的参数。在一个优选形式中，该方法进一步包括以下步骤：（f）在晶片上形成指示该选择性发射极结构的位置或取向的一个或更多光学可见标记。在一个替代形式中，该方法进一步包括以下步骤：（g）确定该选择性发射极结构和材料上一个或更多光学可见标记之间的相对位置。优选地，该方法进一步包括以下步骤：（h）利用所识别的该选择性发射极结构的位置或取向，或该光学可见标记，来对准该晶片，以用于随后的金属化步骤或用于促进随后的金属化步骤的步骤。该方法可进一步包括以下步骤：（j）在金属化步骤后获取该晶片的光致发光图像。
根据本发明的第三方面，提供了制造选择性发射极光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述晶片产生光致发光的激发光照射半导体晶片，所述晶片具有选择性发射极结构；
（b）获取从所述晶片发出的光致发光的图像；
（c）基于所述图像中的差别识别所述选择性发射极结构的位置或取向；以及
（d）利用所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向来对准所述晶片，以用于随后的金属化步骤或用于促进随后的金属化步骤的步骤。
优选地，该差别包括亮度对比。
根据本发明的第四方面，提供了在生产选择性发射极光伏电池的生产线中为金属化步骤或为促进金属化步骤的步骤而对准半导体晶片的方法，所述晶片具有选择性发射极结构，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述晶片产生光致发光的激发光照射所述晶片；
（b）获取从所述晶片发出的光致发光的图像；
（c）基于所述图像中的差别识别所述选择性发射极结构的位置或取向；以及
（d）利用所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向来对准所述晶片，以用于所述金属化步骤或用于促进所述金属化步骤的步骤。
优选地，该差别包括亮度对比。优选低，该选择性发射极结构是在该被照射和成像的晶片的表面中或表面上。
根据本发明的第五方面，提供了监测产生半导体材料中掺杂变化的过程的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述材料产生光致发光的激发光照射所述材料；
（b）获取从所述材料发出的光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的差别识别所述过程产生的掺杂变化。
优选地，该差别包括强度对比度。或者，该差别包括波长变化。
在一个优选形式中，当正在产生掺杂变化时执行该方法。在另一优选形式中，该方法被用于监测在该材料的表面中或表面上的选择性发射极结构的形成。该图像可从该材料的子区域获取。
根据本发明的第六方面，提供了识别在半导体材料后表面上的金属图案的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述材料产生光致发光的激发光照射所述材料的前表面；
（b）获取从所述材料发出的光致发光的图像；和
（c）基于所述图像中的强度对比度识别所述金属图案的位置或取向。
优选地，该方法进一步包括以下步骤：（d）基于该图像中的差别识别该材料中的掺杂变化。优选地该差别包括强度对比度。在一个优选形式中，该方法进一步包括以下步骤：（e）确定该金属图案和掺杂变化的相对位置。
根据本发明的第七个方面，提供了当使用时执行根据方面一至六中的任一项所述的方法的系统。
根据本发明的第八方面，提供了包括具有计算机可读程序代码的计算机可用介质的制品，该计算机可读程序代码经配置以执行根据方面一至六中的任一项所述的方法，或操作根据第七方面所述的系统。
附图说明
从随后的示例性实施方式的描述和所附的权利要求书中，并结合附图，本发明的益处和优势对于本发明所涉及领域的技术人员将会变得显而易见，其中：
图1A示出了具有图案化发射极结构的硅晶片的示意性俯视图；
图1B示出了具有沉积在图案化发射极结构上的金属线的硅晶片的示意性俯视图；
图2示出了在前表面上具有磷掺杂的图案化发射极结构的p型单晶硅晶片的PL图像；
图3示出了在前表面上具有选择性发射极结构和金属接触的完整PV电池的PL图像；
图4示出了用于硅晶片PL成像的区域成像（area-imaging）系统的示意性侧视图；
图5示出了用于硅晶片PL成像的线扫描（line-scanning）系统的示意性侧视图；
图6示出了以线扫描方式获取的前表面上具有磷掺杂的图案化发射极结构的p型单晶硅晶片的PL图像；以及
图7示出了与图6中晶片相同的晶片的PL图像，但伴随晶片翻转，以便该发射极结构在后表面上。
具体实施方式
现在将仅通过实施例并参考附图，描述本发明的优选实施方式。
光致发光（PL）成像被认为是一种快速和方便的表征半导体样本如硅砖、晶片和薄膜，以及特别是制造过程中和制造后的硅基PV电池的技术。如T.Trupke等人‘Progress with Luminescence Imaging for theCharacterisation of Silicon Wafers and Solar Cells’,22nd EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference（第22届欧洲光伏太阳能会议）,Milan（米兰）,September2007（2007年9月）中所探讨，来自硅样本的PL发射可提供有关许多材料和与PV电池性能相关的电子参数的信息，包括少数载流子扩散长度、少数载流子寿命、串联电阻、分流器、杂质、位错和裂纹。来自硅的PL发射主要由在波长范围900至1300nm内的带间复合（band-to-band recombination）产生，虽然在更长波长下发射也可由缺陷如位错中发生。进行硅和其它半导体材料的PL成像的合适装置和方法在公开的PCT专利申请号WO2007/041758A1、WO2011/079353A1和WO2011/079354A1中被描述，其内容以参考方式并入本文。
在最简单的形式中，半导体材料的PL成像涉及用选择从该材料产生PL的光（通常高于产生带间PL的带隙（band-gap）光）照射该材料的大部分或全部表面，并获取或捕捉响应于照射发射的PL图像。如果需要，然后该图像可被处理以加亮或获得感兴趣的一个或更多特征的尺寸。
当在具有预先图案化的选择性发射极结构的PV晶片上沉积金属指状物和母线时，将有益于能够识别哪里是高掺杂区，且优选在生产线的速度下这样做，以确保该金属被沉积在正确的位置。然而，因为选择性发射极结构是简单的组成变化的图案，常具有很少或没有表面凹凸，所以光学成像不能总是辨别PV电池前体上的选择性发射极结构的位置或取向。然而，如图2所示的光致发光图像所证明的，在单晶硅晶片前表面上的磷掺杂的选择性发射极结构通过近IR照射产生的带间PL（band-to-band）的强度的横向变化被清楚地揭示。值得注意的是，此晶片上的选择性发射极结构不可被光学地辨别。
PL成像揭示选择性发射极结构的位置或取向的能力预计在许多方面对PV电池制造商是有价值的：
（1）PL成像可以以前馈方式使用，可选地具有沉积用于机器视觉系统的一些形式的光学可见标记（例如对准标记或基准点）的附加步骤，以确保晶片被正确地对准用于随后的金属化步骤，例如丝网印刷。在优选的实施方式中，这些对准标记将指示该选择性发射极结构的位置或取向，并且可通过例如印刷或激光划片（laser scribing）来形成。在其它实施方式中，例如，在对准标记已经存在于样本晶片上的情况下，引导选择性发射极图案化过程，选择性发射极和对准标记之间的相对位置信息被计算并前馈至丝网印刷机。如果选择性发射极结构被简单地轻微错位，例如因为晶片在发射极图案化步骤中位置错误，该晶片对准可在金属化之前被调整，从而有效地再利用（salvaging）该电池。在另一方面，如果检测到严重的发射极图案化错误诸如不完整的印刷，或不可重新定向晶片，那么可至少在金属化之前检测和放弃该故障晶片，从而节约处理资源。在一个密切相关的实施方式中，关于选择性发射极结构的位置或取向的PL衍生信息被用于引导促进后续金属化的处理步骤。例如，在一个选择性发射极处理中，氮化硅被用作电镀掩模（plating mask），该电镀掩模具体通过激光烧蚀图案化的氮化硅，以允许在电镀液沉积在选择性发射极结构上。
（2）如果在晶片的所有或显著部分检测到发射极图案化错误，这将表明发射极图案化处理有问题而能够采取纠正措施，从而节省晶片以及处理资源。
（3）PL图像也可在金属化后获取，以确保金属接触已被正确地沉积在掺杂区上。图3示出了完整多晶硅PV电池的PL图像，揭示了母线8在选择性发射极区10内的正确沉积。该PL图像还示出了指示位错集群（dislocation clusters）的一些复杂的低PL强度区12。其中金属接触没有被正确沉积的电池可在较早阶段被放弃，即在电池生产的最后I-V测试阶段处注意到低效率之前，而且关于不足的对准精度的信息可被反馈到金属化过程。后金属化（post-metallisation）成像也可被用于检测金属化过程中的系统偏移（drift），例如通过印刷丝网的变形或拉伸引起的系统偏移。
（4）通过使在金属化阶段能精确对准，降低高掺杂发射线的宽度应该是可以的，从而减少了蓝光吸收并提高了整体电池效率。
（5）发射极形成或金属化步骤之后获取的PL图像，可以与这些处理步骤之前获取的图像比较，可揭示在这些步骤过程中诱发的其他缺陷，特别是裂纹，使有缺陷的电池能够被放弃。在大量样本中，裂纹将表明一个或其他处理步骤有问题，从而允许采取纠正措施。可对PV电池制造有意义的其他缺陷包括位错和低载流子寿命材料的区域。
在某些实施方式中，PL图像是用‘区域成像’系统获取的，其中，如图4中的示意性侧视图所示，用适于从晶片材料，例如从一个或更多激光或LED光源20，产生光致发光18的光16照射具有在前表面14中或其上形成的选择性发射极结构的硅晶片4的全部面积，且例如，如在上述公开的PCT专利申请号WO2007/041758A1中所描述，该晶片的PL图像以区域照相机诸如硅CCD照相机22的单次曝光而获得。在图2和3中所示的PL图像以这种方式获取。区域成像非常适合于“离线（off-line）”应用，例如故障探测（trouble-shooting）有缺陷的晶片或当测试新的处理站时。或者，如在上述公开的PCT专利申请号WO2011/079353A1中所描述，该区域成像方法可适合于PV电池线上的晶片的‘在线’检查，其目前以上达至每小时3,600晶片的速度通过使每个晶片瞬间停止或，更优选地，使用足够短的和强烈的照射，例如来自闪光灯的脉冲来运行，以使图像模糊最小化。在上述公开的PCT专利申请号WO2011/079354A1中描述的适合于在线检查的替代实施方式中，晶片用线扫描（line-scanning）系统成像。如图5中的示意性侧视图所示，例如用线性光源诸如LED阵列26和PL18逐行照射在传输带24的系统上运动中的硅晶片4，该PL18用线阵相机（line camera）或时间延迟积分（time delay integration）（TDI）相机28逐行（line-by-line）成像。应注意的是，因为任何线性光源都具有有限的宽度，因此照射线被认为是被照射的区域。穿过样本的PL发射也可以逐点的方式用穿过样本表面扫描的小区域激发光束（例如聚焦的激光束）映射，在这种情况下，简单的光检测器可被用于从每个点检测PL发射。
一般而言，PL成像系统还可包括光束成形光学元件30、激发路径中的短通滤波器32和均化器（homogeniser）34、成像路径中的采集光学元件36和长通滤波器38，以及被编程以控制该激发光源和相机并处理所获取PL图像的计算机40。在具有TDI相机的线扫描系统中，该计算机也可使相机询问与晶片运动42同步。
在其它实施方式中，PL图像可从晶片的一个或更多特定子区域中获取，例如检查该选择性发射极图案的选定部分。在某些实施方式中，当整个晶片以正常分辨率成像时，晶片的一个或多个特定子区域可以更高的空间分辨率成像。在某些实施方式中，含有一部分选择性发射极图案和，可选地，如果存在的话一个或多个对准标记的一个或更多子区域，可以被高空间分辨率成像，且整个选择性发射极图案的取向和位置可从这些图像推断。
图6示出了用硅TDI相机以线扫描方式获取的前表面上具有掺磷的选择性发射极结构的单晶硅晶片的PL图像。该晶片在具有10个太阳强度（intensity of10Suns）的8mm宽的近-IR激发光的线下以200mm/s被扫描。类似于图2中所示的静态PL图像，该选择性发射极结构被明显地揭露出来。
图7示出了与图6中所示样本相同的样本的PL图像，除了在晶片已被翻转以便施加照射到该晶片以及形成从与之上具有选择性发射极结构的表面相反的表面获取的图像的情况之外。较慢的25mm/s的线扫描速度被用于抵消通过与扩散前表面相比未钝化（unpassivated）后表面的较高的非辐射表面复合率引起的减小PL强度。尽管该选择性发射极结构不是与图6图像中的一样清晰，但显而易见的是，PL成像具有“看穿”晶片的能力，以揭示后表面上的不同掺杂区。类似地，我们预期，PL成像将能够揭示可通过例如离子注入形成的硅样本表面之下的不同掺杂区，所提供的材料的载流子寿命对光生（photo-generated）载流子在重组之前扩散穿过该晶片到不同掺杂区是足够的。我们已经发现，在硅晶片后表面上的金属化图案也可使用PL成像来揭示。
对于图2、图3、图6和图7中所示的PL图像，照射晶片并从相同的表面获取图像。如在上述公开的PCT专利申请号WO2007/041758A1中所描述，也可以从相对侧照射和成像样本，例如通过照射后表面和成像前表面或反之亦然。一般而言，选择性发射极结构或组分或掺杂变化的一些其它模式通过PL成像应该是可检测的，而不论被照射和成像的表面。
在上文参照图7证明的PL成像看穿或看进半导体晶片的能力具有半导体器件的制造或检查中的潜在应用，该半导体器件在后表面上或同时在前表面和后表面上具有金属化图案或掺杂图案。我们注意到，在后表面上的金属化图案可用PL成像辨别，虽然类似的功能是通过利用波长足以穿透晶片的IR波长的光学成像提供的，但可存在将有益于能够识别晶片后表面上的金属化图案和掺杂图案两者的情况，例如确定它们的相对位置。类似地，其可有益于能够识别晶片后表面上的金属化图案和晶片前表面上的掺杂图案。例如，某些高效率的PV电池，诸如金属绕通型（metalwrap-through）（MWT）、发射极绕通型（emitter wrap-through）（EWT）电池在一个或两个表面上具有金属或发射极结构。另一种可用于揭示PV电池后表面上的金属化图案的情况是在模块组装过程中设置标记（tabbing）。
将观察到，在上文讨论的PL图像中选择性发射极结构（高磷掺杂）和周围轻掺杂硅之间的对比度不一致。高磷掺杂区显示出比图2和图6（前表面上的选择性发射极，在金属化之前）中的周围轻掺杂硅更亮，但在图3（前表面上的选择性发射极，在金属化之后）和图7（后表面上的选择性发射极，在金属化之前）中更暗。其原因尚不清楚。通常人们期望磷掺杂会减少硅的少数载流子寿命，以便更重掺杂区域将具有较低的PL信号，与图3和图7中观察到的对比度一致。然而，可能有竞争性的影响；例如钝化、发射极图案化或金属化处理可改变前表面材料的一些性能，例如载流子寿命或质地，这可影响从该表面逸出的PL量。不同对比度图案的确切原因基本上是不重要的，因为本发明的基于PL的（PL-based）方法仅需要在来自选择性发射极区的PL信号和周围材料之间的可辨别的差别。
前述实施方式已经描述了作为识别半导体材料中掺杂变化的差别的PL强度对比度的使用。然而，基于检测到的PL发射的波长范围，配备有某个波长选择性的形式，诸如单色器或一个或更多光学滤波器，例如短通、长通或带通滤波器的PL成像系统可在某些情况下能够区分掺杂变化，例如不同掺杂区。例如，此波长范围可受到与掺杂变化相关的带隙或再吸收（re-absorption）中的改变影响，从而创造可测量的差别。虽然检测到的PL波长中的变化被期望对于p-型硅晶片中的磷掺杂选择性发射极结构的特定情况是小的，但是可存在掺杂剂和半导体材料的其它组合，例如用于LED和激光二极管中的直接带隙半导体，其中掺杂变化显著影响PL发射波长。其他PL信号中可测量的差异，诸如衰减寿命，也可表明半导体材料中的掺杂变化。
因为PL成像对硅中掺杂级（doping level）的变化灵敏，所以其也可被用于监测修改掺杂级，诸如重掺杂发射极层的局部回蚀（etch-back）以产生图案化的发射极结构的PV电池工艺步骤。例如，一旦PL强度对比度达到预定水平，该回蚀过程可被停止。在这方面，我们注意到，严格地说，被测量的不是来自掺杂层本身的PL，而是该掺杂层具有的对材料中有效载流子寿命的影响，例如通过场效应表面钝化或改变载流子复合率的某个其它效应测量。
主要在具有选择性发射极结构的基于晶片的PV电池和电池前体方面描述了本发明，但并不限于此。例如，其可适用于由硅或从中可产生光致发光的一些其它半导体材料组成的具有图案化掺杂区的其它器件，诸如微电子器件。对于具有电接触的元件，也可以使用电致发光成像识别掺杂变化。
虽然特别参考某些优选实施方式对本发明进行了描述，但是在下述权利要求的精神和范围内，可实现对本发明的变化和修改。

Claims (44)

1.一种用于识别半导体材料中掺杂变化的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述材料产生光致发光的激发光照射所述材料；
（b）获取从所述材料发出的所述光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的差别识别所述掺杂变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述差别包括强度对比度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述差别包括波长变化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（d）在所述材料上形成指示所识别的掺杂变化的一个或多个光学可见标记。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（e）确定所识别的掺杂变化和所述材料上一个或多个光学可见标记之间的相对位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（f）利用所识别的掺杂变化或所述光学可见标记来对准所述材料，用于来自所述材料的器件制造中的随后步骤。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（g）处理所述图像以获得所述材料中有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（h）利用所识别的掺杂变化或所述有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息，来放弃所述材料或来调整产生所述掺杂变化的处理步骤的参数。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法被用于识别掺杂变化，所述掺杂变化包括在所述材料的表面中或表面上形成的不同掺杂区的图案的位置或取向。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述不同掺杂区在被照射和成像的所述材料的表面中或表面上。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，所述不同掺杂区包含所述材料中的与背景掺杂剂极性相反的掺杂剂。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法被应用到包括单晶或多晶硅晶片的材料或光伏电池中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述图像从所述材料的子区域获取。
14.一种用于识别半导体晶片上选择性发射极结构的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述晶片产生光致发光的激发光照射所述晶片；
（b）获取从所述晶片发出的光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的差别识别所述选择性发射极结构的位置或取向。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述差别包括强度对比度。
16.根据权利14或权利要求15所述的方法，其中，所述选择性发射极结构在被照射和成像的所述晶片的表面中或表面上。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（d）处理所述图像以获得所述晶片中有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（e）利用所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向，或所述有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息，来调整产生所述选择性发射极结构的处理步骤的参数。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（f）在所述晶片上形成指示所述选择性发射极结构的位置或取向的一个或多个光学可见标记。
20.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（g）确定所述选择性发射极结构和所述材料上一个或多个光学可见标记之间的相对位置。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：（h）利用所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向，或所述光学可见标记，来对准所述晶片以用于随后的金属化步骤或用于促进随后的金属化步骤的步骤。
22.根据权利要求21中所述的方法，进一步包括以下步骤：（j）在所述金属化步骤后获取所述晶片的光致发光图像。
23.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向，或所述有关位错、裂纹或低载流子寿命区的信息被用来放弃所述晶片。
24.根据权利要求14至23中任一项所述的方法，其中，所述方法被应用于单晶或多晶硅晶片。
25.根据权利要求14至24中任一项所述的方法，其中，所述图像从所述晶片的子区域获取。
26.一种用于制造选择性发射极光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述晶片产生光致发光的激发光照射半导体晶片，所述晶片具有选择性发射极结构；
（b）获取从所述晶片发出的所述光致发光的图像；
（c）基于所述图像中的差别识别所述选择性发射极结构的位置或取向；以及
（d）利用所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向来对准所述晶片，以用于随后的金属化步骤或用于促进随后的金属化步骤的步骤。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述差别包括强度对比度。
28.一种在生产选择性发射极光伏电池的生产线中用于金属化步骤或用于促进金属化步骤的步骤的对准半导体晶片的方法，所述晶片具有选择性发射极结构，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述晶片产生光致发光的激发光照射所述晶片；
（b）获取从所述晶片发出的所述光致发光的图像；
（c）基于所述图像中的差别识别所述选择性发射极结构的位置或取向；以及
（d）利用所识别的所述选择性发射极结构的位置或取向来对准所述晶片，以用于所述金属化步骤或用于促进所述金属化步骤的步骤。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述差别包括强度对比度。
30.根据权利要求28或权利要求29所述的方法，其中，所述选择性发射极结构在被照射和成像的所述晶片的表面中或表面上。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其中，所述图像从所述晶片的子区域获取。
32.一种用于监测产生半导体材料中掺杂变化的过程的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述材料产生光致发光的激发光照射所述材料；
（b）获取从所述材料发出的所述光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的差别识别所述过程产生的掺杂变化。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述差别包括强度对比度。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述差别包括波长变化。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的方法，其中，在产生所述掺杂变化时执行所述方法。
36.根据权利要求32至35中任一项所述的方法，用于监测在所述材料的表面中或表面上的选择性发射极结构的形成。
37.根据权利要求32至36中任一项所述的方法，其中，所述图像可从所述材料的子区域获取。
38.一种用于识别在半导体材料后表面上的金属图案的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）用适于从所述材料产生光致发光的激发光照射所述材料的前表面；
（b）获取从所述材料发出的光致发光的图像；以及
（c）基于所述图像中的强度对比度识别所述金属图案的位置或取向。
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括以下步骤：（d）基于所述图像中的差别识别所述材料中的掺杂变化。
40.根据权利要求39述的方法，其中，所述差别包括强度对比度。
41.根据权利要求39或权利要求40所述的方法，进一步包括以下步骤：（e）确定所述金属图案和所述掺杂变化的相对位置。
42.根据权利要求38至41中任一项所述的方法，其中，所述图像从所述晶片的子区域获取。
43.一种当使用时执行根据权利要求1至42中任一项所述的方法的系统。
44.一种包括具有计算机可读程序代码的计算机可用介质的制品，所述计算机可读程序代码经配置以执行根据权利要求1至42中任一项所述的方法，或操作根据权利要求43所述的系统。
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