FR3059820B1 - TEMPERATURE MEASURING METHOD - Google Patents
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Abstract
La présente invention Procédé comportant au moins les étapes consistant à : a) disposer d'une plaquette de silicium cristallin, puis à b) réaliser un recuit thermique par chauffage d'une zone de ladite plaquette au moyen d'un dispositif de recuit thermique rapide, en particulier statique ou à passage, la température de consigne dudit dispositif étant fixée à une valeur T1, puis refroidissement ladite zone, puis à c) déterminer la température volumique à laquelle ladite zone a été chauffée à l'étape b) à partir d'au moins deux mesures d'une propriété électrique réalisées en ladite zone à deux instants distincts, lesdites mesures caractérisant la variation, au cours de l'étape b), de la concentration volumique et/ou de la taille d'au moins un défaut traceur contenu dans ladite zone, chacune desdites mesures étant réalisée à une température inférieure à la température de consigne T1.The present invention A method comprising at least the steps of: a) providing a crystalline silicon wafer, then b) performing thermal annealing by heating an area of said wafer by means of a rapid thermal annealing device , in particular static or passing, the set temperature of said device being set at a value T1, then cooling said zone, then c) determine the volume temperature at which said zone was heated in step b) from at least two measurements of an electrical property made in said zone at two distinct instants, said measurements characterizing the variation, during step b), of the volume concentration and / or the size of at least one defect; tracer contained in said zone, each of said measurements being performed at a temperature below the set temperature T1.
Description
La présente invention concerne la caractérisation de la température en volume d’une plaquette de silicium cristallin, notamment destinée à des applications photovoltaïques, lors d’un traitement thermique de recuit, dit aussi recuit thermique rapide, dans l’enceinte d’un dispositif de recuit thermique rapide, généralement appelé dispositif RTP, acronyme anglais de « Rapid Thermal Annealing ».
Les dispositifs RTP sont notamment caractérisés par leur vitesse de montée et de descente en température élevée, typiquement supérieure à 20 °C.s'1. Ils sont généralement utilisés dans les domaines de la microélectronique et des applications photovoltaïques pour annihiler, lors d’un recuit thermique rapide, des défauts présents au sein de plaquettes de silicium cristallin qui en dégradent les propriétés électriques. Par adaptation spécifique de la température de consigne du dispositif au défaut cristallin à annihiler, un recuit thermique rapide d’une plaquette de silicium au sein d’un tel dispositif résulte, par exemple, en la dissolution de germes ou de précipités à base d’oxygène ou en l’annihilation de donneurs thermiques. Un recuit thermique rapide dans un dispositif RTP peut, au contraire, être mis à profit pour activer des dopants implantés au sein de la plaquette. Il peut encore être mis en œuvre pour fritter par exemple des pâtes de sérigraphies ou des reprises de contact d’une cellule photovoltaïque, disposées sur la plaquette.
Un dispositif RTP peut être « statique », c’est-à-dire que la plaquette une fois disposée dans l’enceinte du dispositif reste immobile au cours du recuit thermique rapide. En variante, il peut être dénommé «à passage», c’est-à-dire que la plaquette, généralement disposée sur un tapis, défile et est mobile dans l’enceinte.
Les moyens de chauffage d’un dispositif RTP sont généralement des lampes, par exemple émettant dans l’infrarouge, de type halogène notamment, et comportant un filament de tungstène. Le chauffage d’une plaquette introduite dans l’enceinte du dispositif RTP résulte alors de l’interaction du rayonnement émis par les lampes avec la plaquette. Les mécanismes physiques au sein de la plaquette contribuant à l’augmentation de la température de la plaquette sont divers. Par exemple, pour un chauffage au moyen de lampes infra rouge, ils comprennent notamment l’absorption du rayonnement par les porteurs libres, la recombinaison des paires électrons-trous et la thermalisation.
Les variations locales d’épaisseur d’une plaquette, la présence d’une texturisation en sa surface, la variation de l’état de surface en différentes zones de la plaquette, la présence d’une couche diffusée, le niveau de dopage, la composition de la plaquette peuvent influencer significativement localement la température de la plaquette. En outre, d’autres paramètres, par exemple la position et l’orientation des moyens de chauffage par rapport à la plaquette disposée dans l’enceinte, la durée de passage de la plaquette dans l’enceinte ainsi que la forme de l’enceinte, peuvent significativement modifier la température de différentes zones de la plaquette. En d’autres termes, la température est généralement distribuée de manière hétérogène dans la plaquette au cours d’un recuit thermique rapide.
En outre, lorsque l’utilisateur souhaite effectuer un traitement thermique de recuit d’une plaquette, il règle le dispositif de recuit RTP à une température de consigne Ti. Il sait cependant qu’il doit s’attendre à ce que la température en une zone de la plaquette soit généralement différente de ladite température Ti et soit aussi généralement différente d’une autre zone de la plaquette. Il apparaît donc difficile de maîtriser la température des plaquettes, et encore plus de maintenir une température homogène sur toute la plaquette au cours du recuit thermique rapide.
Différentes techniques sont connues pour mesurer la température d’une plaquette lors d’un recuit thermique rapide.
Un thermocouple de type chromel-alumel peut être disposé en surface de la plaquette. Cependant, il supporte mal plusieurs recuits thermiques rapides. En outre, il est difficile d’obtenir une mesure reproductible en raison des difficultés de réalisation d’un contact de qualité entre le thermocouple et la plaquette de silicium. En outre, la mise en œuvre de thermocouples s’avère délicate dès lors qu’il est envisagé de cartographier la distribution de température sur une face d’une plaquette. Elle est encore plus difficile à mettre en œuvre lorsque le dispositif RTP est à passage. Il existe sur le marché des systèmes dits « à cassette » intégrant une plaquette de référence relativement similaire à celle à recuire thermiquement et doté de plusieurs thermocouples. Cependant, l’information donnée par ces systèmes n’a de valeur que pour des plaquettes à recuire présentant le même état de surface et exactement les mêmes dimensions, notamment l’épaisseur, que la plaquette de référence. Enfin, un thermocouple ne mesure que la surface de la plaquette et non la température volumique de la plaquette.
Les recuits thermiques rapides étant généralement de courte durée, la chaleur apportée par les moyens de chauffage n’a pas suffisamment de temps pour diffuser dans toute l’épaisseur de la plaquette, si bien que la température en surface de la plaquette peut être différente de la température en volume, par exemple à mi épaisseur de la plaquette.
Une autre technique de mesure connue consiste à mettre en œuvre un pyromètre, ce qui s’avère là aussi difficile dans le cas d’un dispositif RTP à passage. Cette technique de mesure nécessite de connaître l’émissivité de la plaquette, qui est dépendante de ses propriétés de surface, notamment de la présence de couches diélectriques ou de forts dopages en surface de la plaquette, ou d’une texturation de la surface de la plaquette. Cependant, l’émissivité est une propriété thermique difficile à mesurer avec précision. Par ailleurs, la mesure par pyromètre est représentative de la température de surface de la plaquette. Enfin, elle est difficile à mettre en œuvre pour accéder à la distribution de la température de surface de la plaquette.
Il est encore possible de mesurer a posteriori, c’est-à-dire après que la plaquette ait été traitée thermiquement, la température en surface d’un échantillon. Un exemple de cette technique est détaillée dans « Rapid thermal processing Systems : a review with emphasis on température control », F. Roozeboom and N. Parekh, Journal of Vaccum Science and Technology B, Vol. 8, no. 6, pages 1249-1259, 1990. Il nécessite de caractériser les évolutions de propriété de surface avant et après traitement thermique. En particulier, l’oxydation de surface et l’activation d’un dopant implanté au sein du silicium sont des mécanismes physiques dépendants de la température. En mesurant la variation locale d’épaisseur de la couche d’oxyde en surface ou la variation locale de la résistivité de surface de la plaquette, il est possible de déterminer la température de surface de la plaquette cours du traitement thermique de recuit. Cette technique est bien adaptée à la cartographie des températures sur la face d’une plaquette. Cependant, tout comme les techniques connues et décrites ci-dessus, il n’est possible d’accéder qu’à la température de surface de la plaquette. Par ailleurs, la technique de mesure a posteriori évoquée par Roozeboom et al. ne permet pas de mesurer une température inférieure à 600°C. Une autre technique a posteriori est mentionnée par Roozeboom à cet effet dans le même article, consistant à caractériser l’évolution de propriétés d’alliages intermétalliques. Cependant, elle ne peut être mise en œuvre dans un dispositif RTP, car elle entraîne une pollution de l’enceinte du dispositif par contamination par des métaux polluants.
Il existe donc un besoin pour un procédé permettant de mesurer plus précisément la température d’une plaquette recuite thermiquement dans un dispositif RTP, notamment de façon à configurer le dispositif RTP de sorte que la température de la plaquette au cours du recuit thermique soit distribuée de façon homogène.
Ce besoin est satisfait par l’invention, au moyen d’un procédé comportant au moins les étapes consistant à a) disposer d’une plaquette de silicium cristallin, puis à b) réaliser un recuit thermique par chauffage d’une zone de ladite plaquette au moyen d’un dispositif de recuit thermique rapide, en particulier statique ou à passage, la température de consigne dudit dispositif étant fixée à une valeur Ti, puis refroidissement ladite zone, puis à c) déterminer la température volumique à laquelle ladite zone a été chauffée à l’étape b) à partir d’au moins deux mesures d’une propriété électrique réalisées en ladite zone à deux instants distincts, lesdites mesures caractérisant la variation, au cours de l’étape b), de la concentration volumique et/ou de la taille d’au moins un défaut traceur contenu dans ladite zone, chacune desdites mesures étant réalisée à une température inférieure à la température de consigne Τμ
Par température « volumique » d’une zone, on entend la température d’une zone s’étendant dans le corps de la plaquette sur plus de 5 pm sous la surface.
Par ailleurs, sauf indication contraire, par la suite, par « concentration » d’une espèce, on considère une concentration volumique de l’espèce, i.e. le nombre d’atomes de l’espèce dans le volume considéré, par exemple le volume de la zone ou le volume de la plaquette.
La température de « consigne » du dispositif de recuit thermique rapide est la température fixée par l’utilisateur, préalablement ou au cours du recuit thermique, que l’enceinte dudit dispositif vise à atteindre et suivre au cours du recuit thermique.
Avantageusement, le procédé selon l’invention fournit une mesure de la température du volume de la zone de la plaquette, et pas seulement de sa surface comme les procédés de l’art antérieur. Il caractérise ainsi plus précisément l’histoire thermique de la zone au cours du recuit thermique que les procédés de l’art antérieur. Par ailleurs, le procédé n’est pas intrusif, en ce sens où il ne nécessite pas l’installation d’appareillage de mesure supplémentaire, tel qu’un thermocouple, dans le dispositif RTP. Notamment, la cartographie de la distribution des températures de la plaquette est facilitée. En outre, en choisissant le défaut traceur en fonction de la température de consigne du dispositif RTP, il est possible de mesurer une température sur une pluralité de plages de températures se recouvrant au moins partiellement les unes aux autres, allant ainsi d’une température minimale de 150°C jusqu’à une température maximale de 1350°C. Enfin, le procédé est particulièrement souple d’utilisation. Notamment, comme cela sera détaillé par la suite, dans certains modes de mise en œuvre, la détermination de la température volumique peut être réalisée au moyen de plaquettes de référence identiques aux plaquettes qui sont à recuire dans des quantités industrielles. La mesure peut ainsi être effectuée à moindre frais.
Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, la variation de concentration volumique du défaut traceur dans la zone de la plaquette résulte par exemple de l’agglomération d’une impureté sous la forme d’amas ou le long de défauts cristallins étendus comme des dislocations, de la précipitation de l’impureté, ou au contraire de la dissolution de précipités comportant l’impureté, de la formation ou de la dissociation d’un complexe comportant l’impureté, du passage de l’impureté d’une position interstitielle à une position substitutionnelle, ou vice versa, dans le réseau cristallin du silicium. L’invention concerne encore une méthode pour configurer le recuit thermique d’une zone d’une plaquette de silicium cristallin, la méthode comportant les étapes successives suivantes consistant à : i) disposer d’une première plaquette de silicium cristallin, ii) déterminer la température volumique en ladite zone de la première plaquette au moyen du procédé selon l’invention, dans lequel le recuit thermique à l’étape b) est conduit avec un ensemble de paramètres de conduite comportant la température de consigne du dispositif de recuit thermique rapide, iii) calculer un écart absolu entre la température volumique en la zone de la première plaquette de silicium et une température prédéterminée, différente ou de préférence égale à la température de consigne, iv) modifier l’ensemble de paramètres de conduite de telle sorte que, lorsque l’on détermine la température volumique en une zone d’une deuxième plaquette de silicium au moyen du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le chauffage à l’étape b) est conduit avec l’ensemble de paramètres modifié, l’écart absolu entre la température volumique de la zone de la deuxième plaquette et la température prédéterminée est inférieur à l’écart absolu calculé à l’étape iii), la zone de la deuxième plaquette étant disposée dans la même position que la zone de la première plaquette relativement au dispositif de recuit thermique rapide lors des recuits thermiques respectifs.
Ainsi, par configuration du dispositif RTP au moyen de la méthode selon l’invention, une distribution souhaitée, de préférence sensiblement homogène, de la température de la plaquette peut être obtenue. De préférence, à l’étape i), la plaquette de silicium comporte au moins une des caractéristiques de la plaquette du procédé selon l’invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à la lecture du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un graphique extrait de l’article Y. Tokuda, J. Appl. Phys. 66, 3651 (1989), - la figure 2 illustre schématiquement la dissolution d’un précipité, - la figure 3 est une cartographie de la distribution en 81 zones distinctes de la concentration en oxygène interstitiel, en cm’3, d’une plaquette de silicium selon un exemple de mise en œuvre du procédé, et - la figure 4 est une cartographie de la distribution en 81 zones distinctes de la température volumique, en degrés Celsius, d’une plaquette de silicium selon un exemple de mise en œuvre du procédé. A l’étape a) du procédé selon l’invention, on dispose d’une plaquette de silicium cristallin.
La plaquette présente deux faces séparées par Γ épaisseur de la plaquette. De préférence, la plaquette présente une forme de pavé, de préférence droit. De préférence, la largeur et/ou la longueur de la plaquette sont supérieures à 1 cm et/ou inférieures à 50 cm. Par exemple, la plaquette est un pavé à base carrée. De préférence, l’épaisseur de la plaquette est supérieure à 5 pm et/ou inférieure à 1 cm.
La plaquette est constituée de silicium cristallin, c’est dire que la teneur en masse de silicium sous forme cristalline de la plaquette, exprimée sur la base de la masse de plaquette, est supérieure à 99,9 %, de préférence supérieure à 99,99 %.
De préférence, et plus particulièrement dans l’un quelconque des premier, deuxième, troisième et quatrième modes spécifiques de mise en œuvre du procédé qui seront décrits par la suite, la plaquette comporte une portion monocristalline, représentant de préférence plus de 99% de la masse de la plaquette. De préférence, la portion monocristalline s’étend de part et d’autre de l’épaisseur de la plaquette. De préférence la plaquette est entièrement monocristalline.
Dans une variante, la plaquette peut être entièrement polycristalline.
Préalablement à l’étape b), le silicium cristallin de la plaquette peut comporter le défaut traceur. En variante, préalablement à l’étape b), le silicium cristallin de la plaquette peut être exempt du défaut traceur.
Le défaut traceur est notamment défini en ce que, dans la zone de la plaquette considérée, une variation de sa concentration volumique et/ou de sa taille, par exemple dans le cas où le défaut traceur est un précipité, résultant de la variation de température induite par le chauffage à l’étape b), conduit à une modification d’une propriété électrique en ladite zone. Autrement dit, pour un type spécifique de défaut traceur, au moins une propriété électrique peut être mesurée pour caractériser la variation de concentration du défaut traceur au cours de l’étape b) de recuit thermique.
De préférence, les deux mesures de la propriété électrique réalisées en ladite zone à deux instants distincts caractérisent la variation, au cours de l’étape b), de la concentration volumique du défaut traceur.
De préférence, la propriété électrique est choisie parmi la résistivité électrique, la durée de vie de porteurs de charge, une intensité de photoluminescence, une densité de porteurs de charge, notamment la densité de porteurs de charge libres majoritaires, et une mobilité des porteurs de charge. La propriété électrique est notamment mesurable sur le volume entier de la zone.
Par exemple, la propriété électrique est la résistivité électrique et peut être mesurée par une méthode choisie parmi la méthode des quatre pointes, les courants de Foucault et l’imagerie des densités de porteurs (ou carrier density imaging en anglais). En variante, la propriété électrique est la durée de vie des porteurs de charge et peut être mesurée et optionnellement cartographiée par photoluminescence ou au moyen de la méthode dite « micro wave photoconductance decay » (aussi dénommée « gW-PCD »), à l’aide d’un dispositif tel que commercialisé par la société SEMILAB.
Dans un mode de mise en œuvre particulier, la plaquette peut comporter des premier et deuxième défauts traceurs différents l’un de l’autre, dont les variations respectives de concentrations volumiques et/ou de taille, par exemple dans le cas où l’un des défauts traceurs est un précipité, sont caractérisables par au moins une mesure de première et deuxième propriétés électriques respectives en ladite zone. Les première et deuxième propriétés électriques peuvent être différentes ou identiques.
Les dimensions de la zone de la plaquette peuvent notamment être liées à la précision spatiale de la méthode de mesure de la propriété électrique. De préférence, la zone s’étend sur toute l’épaisseur de la plaquette. Ainsi, la température volumique de la zone caractérise tout le volume de ladite zone et peut donc différer notablement de la température de surface de ladite zone. Par ailleurs, la zone peut présenter dans une section parallèle à une face de la plaquette, une aire comprise entre 1 pm2 et 4 cm2. Dans une variante, la zone peut occuper tout le volume de la plaquette.
Par ailleurs, à l’étape b), au moins deux zones distinctes de la plaquette peuvent être chauffées puis refroidies. Lesdites zones distinctes peuvent former un motif régulier s’étendant selon la longueur et/ou la largeur de la plaquette, et notamment être adjacentes. Chaque zone i du motif peut ainsi être référencée par une position (xi;yi;zi) définie relativement à un repère lié à la plaquette. En déterminant ensuite à l’étape c) la température volumique T1 de chaque zone i, une cartographie de la distribution des températures volumiques desdites zones peut être établie, la température de la zone i étant attribuée à la position (xi;yi;zi) de ladite zone. D’une façon particulièrement préférée, le défaut traceur comporte, de préférence consiste en, un défaut cristallin du silicium. Le défaut cristallin peut être ponctuel ou se présenter sous la forme d’un amas, par exemple un donneur thermique, ou un précipité.
Le défaut cristallin peut être intrinsèque au silicium, et en particulier être un défaut ponctuel. Par exemple, le défaut cristallin est une lacune ou un atome de silicium en position auto-interstitielle. Il peut être un défaut linéaire, par exemple une dislocation. Il peut encore se présenter sous la forme d’un amas formé de lacunes.
Par espèce « interstitielle », on considère que l’espèce est en position interstitielle dans le réseau cristallin du silicium.
En variante, le défaut cristallin peut être extrinsèque au silicium, c’est-à-dire au moins partiellement, notamment entièrement, formé d’une espèce chimique différente du silicium. De préférence alors, le défaut cristallin comporte une espèce chimique choisie parmi l’oxygène, le carbone, l’azote, le fer, le cuivre, le chrome et leurs mélanges. Le défaut cristallin peut être ponctuel, par exemple un atome de l’espèce chimique en solution solide dans le réseau cristallin du silicium. En variante, il peut se présenter sous la forme d’un amas, par exemple d’un donneur thermique à base d’oxygène, ou d’un précipité, notamment métallique, par exemple en un métal choisi parmi le fer, le chrome ou le cuivre.
Dans une autre variante, le défaut traceur peut comporter un défaut cristallin intrinsèque et un défaut cristallin extrinsèque. A titre illustratif, le défaut traceur peut être formé d’une dislocation et d’un atome métallique, par exemple être une dislocation décorée par des siliciures de fer.
De préférence, la concentration moyenne du défaut traceur dans la plaquette, préalablement ou postérieurement à l’étape b), est comprise entre 108 et 1017 cm'3. Comme cela apparaîtra par la suite, une telle concentration moyenne favorise la mesure de la variation de concentration volumique du défaut traceur.
Par ailleurs, notamment lorsqu’à l’étape c) on effectue les mesures pour caractériser la diminution de la concentration volumique en défaut traceur, une étape de traitement préalable à l’étape b) consistant à augmenter la concentration volumique en défaut traceur de ladite zone de la plaquette peut être mise en œuvre.
En particulier, lorsque le défaut traceur comporte un défaut cristallin extrinsèque, préalablement à l’étape b), une substance peut être introduite en surface de la plaquette par implantation ionique et/ou par dépôt d’une solution comportant la substance, la substance étant choisie de manière à obtenir la formation, dans le silicium cristallin de la plaquette, d’au moins un défaut cristallin comportant ladite espèce chimique. De préférence, cette étape est suivie par une étape de cuisson à une température supérieure à 600°C. De cette façon, la concentration volumique moyenne du défaut traceur est augmentée, ce qui facilite la caractérisation de sa variation par mesure de la propriété électrique adaptée.
Dans une variante, la plaquette à l’étape a) est obtenue par découpe d’un lingot préparé par un procédé comportant une étape de fusion d’une charge de départ pour obtenir un bain liquide en fusion, et une substance est introduite dans la charge de départ et/ou dans le bain liquide, la substance étant choisie de manière à obtenir la formation, dans le silicium cristallin de la plaquette, d’au moins un défaut cristallin comportant ladite espèce chimique. Avantageusement, aucune étape de traitement préalable n’est alors nécessaire avant d’effectuer l’étape b) pour augmenter la concentration moyenne en défaut traceur.
Comme cela a été décrit précédemment, le défaut traceur est choisi en fonction de la température de consigne Ti du dispositif de recuit thermique rapide choisie par l’utilisateur, et de l’aptitude de la concentration en défaut traceur et/ou de la taille du défaut traceur (par exemple dans le cas où le défaut traceur est un précipité) à varier entre les températures auxquelles les au moins deux mesures sont réalisées.
Le dispositif de recuit thermique rapide, dénommé aussi par la suite dispositif RTP peut être un four à lampes, par exemple infrarouges ou éventuellement un four à chauffage par conduction. Il peut présenter une vitesse de montée en température à la température de consigne et/ou une vitesse de refroidissement à température ambiante supérieure à .5 °C.s'1, voire supérieure à 10°C.s'1.
De préférence, au cours de l’étape b), la température de consigne Ti du dispositif de recuit thermique rapide est comprise entre 150°C et 1350°C, et, de préférence, la zone est maintenue dans le dispositif de recuit thermique à ladite température de consigne Ti pendant une durée comprise entre 1 seconde et 30 minutes, de préférence inférieure ou égale à 1 minute.
Les au moins deux mesures sont réalisées chacune à une température inférieure à la température de consigne Ti, de préférence inférieure d’au moins 100°C à la température de consigne. De préférence, au moins une, de préférence chacune des au moins deux mesures est effectuée à une température inférieure ou égale à 30°C.
Avant l’étape b) de recuit thermique, la température To de la plaquette est inférieure à la température de consigne T. De préférence, la température To est comprise entre 10°C et 40°C. Après refroidissement en fin d’étape b), la température T2 de la plaquette est inférieure à la température de consigne T. De préférence, la température T2 est comprise entre 10°C et 40°C, et par exemple égale à la température To. A l’étape c), on peut déterminer pour au moins deux zones différentes de la plaquette, les températures volumiques auxquelles lesdites zones ont été chauffées à l’étape b), à partir d’au moins deux séries de mesures réalisées à des instants distincts, chaque série de mesure comportant au moins deux mesures réalisées respectivement en les deux zones. A l’étape c), les mesures peuvent caractériser la diminution ou l’augmentation de la concentration volumique du traceur et/ou de la taille du défaut traceur en ladite zone au cours de l’étape b).
De préférence, à l’étape c), la température volumique est en outre déterminée au moyen de la durée du recuit thermique.
Dans un mode de mise en œuvre préféré, le procédé comporte, postérieurement à l’étape c), une étape d) de cartographie, en surface de la plaquette, de la distribution des températures volumiques en les au moins deux zones distinctes de la plaquette.
Il est décrit ci-dessous différents modes de mise en œuvre non limitatifs de l’invention.
Dans un premier mode de mise en œuvre spécifique du procédé: la plaquette comporte du bore et du chrome, la température de consigne Ti du dispositif de recuit thermique rapide à l’étape b) est comprise entre 150°C et 350°C, la propriété électrique est la durée de vie des porteurs de charge, et le défaut traceur est le chrome en position interstitielle, non associé avec le bore, dans le réseau cristallin du silicium.
De préférence, la concentration en chrome de la plaquette préalablement à l’étape b) est telle que les atomes de chrome forment une solution solide dans le silicium cristallin. Les atomes de chrome en solution solide dans le silicium cristallin sont généralement disposés en position interstitielle dans le réseau cristallin. Dans le cas où le silicium est dopé par du bore, les atomes de chrome en position interstitielle diffusent dans ledit réseau cristallin et forment des paires chrome-bore, dénommées aussi paires CrB, avec les atomes de bore en solution solide dans ledit réseau. Les paires CrB forment une solution solide dans le réseau cristallin du silicium. Les paires CrB peuvent notamment se former à température ambiante, par exemple à 25°C. A l’étape b) de recuit thermique, un chauffage à une température comprise entre 150°C et 350°C résulte en une dissociation partielle, voire totale des paires CrB présentes dans la plaquette. Par ailleurs, comme cela est bien connu et contrairement à la paire fer-bore pouvant se former aussi dans une plaquette de silicium cristallin, la cinétique de dissocation des paires CrB n’est pas influencée par l’éclairement de la plaquette. On entend par « éclairement », un rayonnment monochromatique, ou polychromatique, dans la gamme de longueur d’onde comprise entre 200 nm et 3 pm.
Ainsi, en définissant par [Cr]a la concentration d’atomes de chrome en solution solide, [Cr]i la concentration d’atomes de chrome en position interstitielle, non associés avec le bore, et [CrB] la concentration en paires chrome bore en solution solide dans le réseau cristallin du volume de la zone de la plaquette de silicium, à tout instant, l’égalité de formule (1) suivante est assurée :
(1)
Par ailleurs, il est bien connu qu’au cours d’un recuit thermique, après avoir laissé suffisamment de temps la plaquette à température ambiante pour former toutes les paires FeB, que la concentration d’atomes de chrome en position interstitielle évolue en fonction de la température selon l’équation de formule (2) suivante :
(2) où t correspond à la durée du recuit thermique et τ est une constante de temps, qui varie dans le silicium cristallin en fonction de la température volumique Tv de la zone de la plaquette, selon l’équation de formule (3) suivante :
(3) dans laquelle C est une constante, Ea est une énergie d’activation et kB est la constante de Bolzmann.
Dans le cas où plusieurs étapes b) de recuit thermique sont consécutivement réalisées, la durée t de l’équation (1) correspond à la somme des durées individuelles de chaque étape de recuit thermique.
Par ailleurs, les propriétés recombinantes du chrome en position interstitielle et des paires chrome bore dans le silicium cristallin sont bien connues de l’homme du métier, notamment les niveaux en énergie introduits dans la bande interdite du silicium, les sections efficaces de capture pour les électrons et les trous. En effectuant au moins deux, et de manière particulièrement préférée au moins trois, voire uniquement trois mesures de durée de vie des porteurs de charge en ladite zone de la plaquette, et au moyen de la statistique de Shockley-Read-Hall bien connue de l’homme du métier, il est possible de déterminer le rapport -—y- pour différents états de la plaquette comportant l’état de la
plaquette suite à l’étape b). La variation de la concentration en défaut traceur de ladite zone, le cas échéant de la concentration en chrome en position interstitielle [Cr]j aux instants distincts de mesures peut ainsi être obtenue, et la température volumique de la zone de la plaquette peut alors être déterminée.
De préférence, la plaquette, préalablement à l’étape b), comporte de l’oxygène dans une concentration moyenne inférieure à 3xl017 cm'3. En particulier, de manière préférée, de sorte à contenir une telle concentration moyenne en oxygène, la plaquette est obtenue par un procédé de fabrication mettant en œuvre la technique de la zone fondue. Une telle plaquette est généralement dénommée plaquette « float zone ». En variante, la plaquette, préalablement à l’étape b), comporte de l’oxygène dans une concentration moyenne supérieure à 3xl017 cm'3 et la résistivité électrique moyenne de la plaquette, préalablement à l’étape b), est supérieure à 10 Q.cm. De cette façon, l’activation des [Cr] complexes bore-oxygène n’interféra pas avec la détermination du rapport -—4-, lArJ d
De préférence, la concentration moyenne totale en chrome de la plaquette à l’étape a) est comprise entre 109 cm'3 et 1014 cm'3 et/ou la concentration moyenne en bore 14 3 17 3 est comprise entre 10 cm' et 10 cm' . En particulier, il est préférable que le bore et/ou le chrome soient répartis de manière homogène dans la plaquette, préalablement à l’étape b). La détermination de la température volumique s’en trouve améliorée.
Le bore peut être introduit dans la plaquette préalablement à l’étape b) de de façon préférentielle au cours de la cristallisation des lingots, en utilisant une charge de silicium contenant du bore.
Le chrome est une impureté contaminant le silicium. L’homme du métier sait mettre en œuvre des méthodes pour introduire volontairement une plaquette de silicium cristallin avec du chrome. Par exemple, lorsque la plaquette de silicium est obtenue par découpe d’un lingot de silicium obtenu par solidification d’une bain liquide résultant de la fusion d’une charge de départ, comme décrit ci-dessus, le chrome peut être introduit dans la charge de départ ou dans le bain liquide en fusion, sous la forme d’une substance comportant ou consistant en du chrome. En variante ou additionnellement, le chrome peut être introduit dans la plaquette, par exemple en contaminant une ou plusieurs des faces de la plaquette au moyen d’une méthode telle que l’implantation ionique, ou par dépôt d’une couche, par exemple par enduction centrifuge (« spin coating » en anglais), sur au moins l’une des dites faces d’une solution enrichie d’une substance comportant ou consistant en du chrome. De préférence, le dépôt de la solution est suivi d’une étape de recuit, de préférence à une température comprise entre 500°C et 1000°C, par exemple égale à 800°C, de sorte à favoriser la diffusion du chrome dans le silicium cristallin, en migrant de la surface vers le volume. De préférence, ladite étape de recuit est suivie d’une étape comprenant la suppression, par exemple par abrasion ou attaque chimique, de la couche déposée en surface de la plaquette, et le cas échéant d’une couche superficielle de la plaquette, de préférence d’épaisseur inférieure à 20 pm.
Dans le but d’assurer une vitesse de recombinaison superficielle des paires chrome-bore inférieure à 103 cm. s'1, au moins une des faces, en particulier les deux faces de la plaquette peuvent être électriquement passivées par dépôt et/ou croissance d’au moins une couche diélectrique, de préférence formée d’un matériau choisi parmi le nitrure de silicium hydrogéné et l’oxyde de silicium. Par ailleurs, afin d’éviter au cours du refroidissement en fin d’étape b) de recuit thermique que les atomes de chrome en position interstitielle ne se combinent trop rapidement avec les atomes de bore et forment des paires chrome bore, une trempe de la plaquette, par exemple par immersion de la plaquette dans un bain d’eau glacée, peut être effectuée.
Comme cela a déjà été décrit ci-dessus, d’une façon particulièrement préférée, à l’étape c), on détermine la température volumique à laquelle ladite zone a été chauffée à l’étape b) à partir d’au moins trois mesures d’une propriété électrique réalisées dans la zone de la plaquette à trois instants respectifs distincts. De cette façon, on améliore la précision de la détermination de la température volumique.
De préférence, les trois mesures comprennent : - une première mesure effectuée préalablement ou postérieurement à l’étape b), de préférence la plaquette ayant été maintenue à une température comprise entre 20°C et 30°C pendant au moins deux jours, voire pendant au moins dix jours préalablement à ladite première mesure ; ainsi, plus de 99%, voire plus de 99,9% en nombre des atomes de chrome en solution solide dans le silicium sont associés à des atomes de bore pour former des paires chrome-bore ; - une deuxième mesure effectuée après le traitement thermique de l’étape b), de préférence dans un délai, courant à partir de la sortie de la zone du dispositif de recuit thermique rapide, inférieur à 5 minutes, ladite zone ayant de préférence été portée après sa sortie du dispositif de recuit thermique rapide à une température inférieure à 0°C, de préférence inférieure à -20°C, préalablement à la deuxième mesure ; de cette façon, la mesure est réalisée avant que les atomes de chrome en position interstitielle issus de la dissociation des paires chrome bore au cours de l’étape b) de recuit thermique n’aient eu le temps de se recombiner avec des atomes de chrome pour former de nouvelles paires chrome bore ; - une troisième mesure effectuée après la deuxième mesure, de préférence après un délai, courant à partir de la sortie de la zone du dispositif de recuit thermique rapide, suffisant pour que la zone comporte moins de 5%, de préférence moins de 1% de paires chrome-bore, de préférence après un chauffage de la zone, notamment dans un four statique, à une température comprise entre 100°C et 450°C, par exemple égale à 250°C, pendant une durée comprise entre 10 minutes et 240 minutes, par exemple égale à 60 minutes, suivie d’une trempe, par exemple dans de l’eau à une température inférieure à 5°C.
De préférence, la première mesure est effectuée postérieurement à l’étape b) et postérieurement à la troisième mesure. Il est alors préférable que le délai entre la fin de la troisième mesure et le début de la première mesure soit supérieur à un jour, de préférence supérieur à deux jours, voire de préférence supérieur à dix jours.
Dans un deuxième mode de mise en œuvre spécifique du procédé: la plaquette comporte de l’oxygène, de préférence dans une concentration moyenne supérieure à 1017 cm'3, la température de consigne Ti du dispositif de recuit thermique rapide à l’étape b) est comprise entre 350°C et 550°C, la propriété électrique est la résistivité électrique, et le défaut traceur est un donneur thermique à base d’oxygène.
De préférence, la concentration moyenne en donneur thermique à base d’oxygène de la plaquette préalablement à l’étape b) de recuit thermique est inférieure à 1014 cm'3. L’étape b) de recuit thermique peut être effectuée sous atmosphère réductrice.
Lorsqu’une plaquette comportant de l’oxygène est chauffée à une température comprise entre 350°C et 550°C, des amas comportant plusieurs atomes d’oxygène se forment. De tels amas, généralement d’une taille inférieure à 5 nm, dénommés donneurs thermiques à base d’oxygène, libèrent des électrons, ce qui résulte en une modification de la résistivité de la plaquette. Les inventeurs ont pu vérifier que la cinétique de formation des donneurs thermiques à base d’oxygène n’est pas influencée par l’éclairement de la plaquette, pour une température donnée.
De préférence les deux mesures de résistivité électrique sont réalisées respectivement préalablement et postérieurement à l’étape b). Dans le silicium cristallin exempt de dopants tels que le bore ou le phosphore, il est connu que la résistivité électrique p d’une zone est reliée à la concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène [DT] de ladite zone par l’équation de formule (4) suivante :
(4) dans laquelle q et μ sont respectivement la charge élémentaire et la mobilité des charges libres majoritaires. Lorsque la résistivité est mesurée préalablement et postérieurement à l’étape b), la variation de concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène entre les deux mesures [DT]rec, correspondant à la concentration de donneurs thermiques créés au cours de l’étape b), est exprimée selon l’équation de formule (5) suivante :
(5) dans laquelle pr, μ± , respectivement p2, T2 sont la résistivité électrique et la mobilité des charges libres majoritaires mesurée et calculée avant, respectivement après l’étape de recuit thermique rapide, μ peut être calculée via l’utilisation du modèle classique d’Arora. et.
De préférence, selon le deuxième mode de mise en œuvre du procédé, la durée du recuit thermique à l’étape b) est comprise entre 1 seconde et 30 minutes. Dans une variante, notamment lorsque le dispositif RTP est à passage et la durée de passage de la zone de la plaquette dans l’enceinte du dispositif est inférieure à la durée de traitement thermique rapide souhaitée, plusieurs étapes b) successives de chauffage et refroidissement identiques peuvent être effectuées de sorte à ce que la somme des durées des étapes b) successives soient au moins égale à la durée de recuit thermique souhaitée.
En particulier, plusieurs étapes b) peuvent être réalisées successivement, de sorte à augmenter significativement la concentration en donneurs thermiques de la plaquette pour améliorer la qualité de la mesure de résistivité électrique, la cinétique de formation des donneurs thermiques pouvant être relativement lente au regard de la durée de passage d’une plaquette dans l’enceinte du dispositif RTP.
De préférence, préalablement à l’étape c), la concentration en oxygène interstitiel d’une plaquette additionnelle identique à la plaquette dont la zone est chauffée à l’étape b) est mesurée. Par exemple, deux plaquettes découpées dans un lingot, par exemple Cz, et correspondant dans le lingot à deux portions adjacentes sont considérées comme identiques.
De préférence, la concentration en oxygène interstitiel est mesurée en une zone de la plaquette additionnelle disposée au même endroit relativement à la plaquette additionnelle que la zone de la plaquette chauffée à l’étape b).
La concentration volumique en donneurs thermiques formés au cours d’un traitement thermique [DT]rec d’une zone d’une plaquette, tel qu’un recuit thermique rapide selon l’étape b) du procédé, dépend de la température du traitement thermique et de la concentration en oxygène interstitiel de ladite zone préalablement au traitement thermique. En particulier, elle peut être exprimée par l’équation de formule (6) établie par K. Wada et al. dans l’article « United model for formation kinetics of oxygen thermal donors in Silicon », Physical Review B, vol. 30, pages 5884-5895, 1984.
(6) dans laquelle a, b et /9 sont des constantes dont les valeurs sont définies dans l’article, [Oj est la concentration en oxygène de la zone au début de l’étape b) de recuit thermique rapide, t est la durée de recuit thermique et n(Tv) est la densité électronique de la zone, à la température Tv à laquelle ladite zone est chauffée lors de l’étape b), la durée t correspond à la durée de l’étape b) quand une unique étape b) est réalisée ou à la somme des durées des étapes b) consécutives réalisées à température de consigne Ti, le cas échéant. A partir de l’équation de formule (6), de la connaissance de la durée du recuit thermique, de la variation de concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène de la zone, et de la concentration en en oxygène de la zone au début de l’étape b) de recuit thermique rapide, la température de ladite zone à l’étape b) peut ainsi être déterminée. Plus précisément la température Tv de ladite zone à l’étape b) est calculée connaissant n(Tv), aisément à partir du bilan des charges, comme décrit dans l’article de K. Wada précité.
De préférence, à l’étape a), la plaquette est obtenue par découpe d’un lingot obtenu par un procédé comportant une étape de tirage Czochralski. La mise en œuvre d’une étape de tirage Czochralski induit une concentration élevée en oxygène dans la plaquette, généralement supérieure à 1017 cm'3.
Par ailleurs, le deuxième mode de mise en œuvre du procédé n’est pas limité à des plaquettes dont au moins une des faces est spécifiquement préparée. Par exemple, au moins une face de la plaquette peut être polie ou présenter des traces de la découpe du lingot dont elle provient, ou être texturée.
Dans une variante du deuxième mode de mise en œuvre, la plaquette peut contenir un dopant tel que le bore et/ou le phosphore. Les équations (4) et (5) sont alors adaptées pour prendre en compte la contribution du ou des dopants aux densités de charges libres majoritaires. La concentration en dopant peut être par exemple mesurée sur une plaquette additionnelle, identique à la plaquette mise en œuvre à l’étape a), au moyen d’un outil de caractérisation tel qu’Oxymap.
Selon un troisième mode de mise en œuvre spécifique du procédé : la plaquette comporte de l’oxygène, de préférence dans une concentration moyenne supérieure à 1017 cm'3, la température de consigne Ti du dispositif de recuit thermique rapide à l’étape b) est comprise entre 550°C et 850°C, la propriété électrique est la résistivité électrique, et le défaut traceur est un donneur thermique à base d’oxygène.
Lorsqu’une plaquette de silicium comportant des donneurs thermiques à base d’oxygène est chauffée à une température comprise entre 550°C et 850°C, lesdits donneurs thermiques sont progressivement annihilés sous l’effet de la température.
De préférence, l’étape b) de recuit thermique est effectuée sous atmosphère réductrice.
De préférence, la concentration moyenne en donneur thermique à base d’oxygène de la plaquette préalablement à l’étape b) est supérieure à 1014 cm'3. Une concentration moyenne élevée en donneurs thermiques préalablement à l’étape b) a pour effet d’améliorer la précision de la détermination de la température volumique de la zone sur laquelle la mesure de la propriété électrique est réalisée.
De préférence, préalablement à l’étape b), la plaquette est obtenue par découpe d’un lingot Cz. Des donneurs thermiques à base d’oxygène sont formés au cours de l’étape de refroidissement du procédé de fabrication du lingot Cz. De préférence, la découpe est réalisée dans la partie supérieure du lingot Cz, à proximité de l’extrémité du lingot ayant été au contact du germe de tirage. De telles plaquettes présentent une concentration moyenne élevée en donneurs thermiques à base d’oxygène.
En variante ou additionnellement, pour augmenter la concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène, préalablement à l’étape b), la plaquette peut être recuite à une température comprise entre 400°C et 500°C pendant une durée supérieure à cinq heures, de préférence supérieure à dix heures, voire supérieure à vingt heures.
De préférence, les deux mesures de résistivité électriques sont réalisées respectivement préalablement et postérieurement à l’étape b). Au moyen de l’équation de formule (5), en considérant que la plaquette ne comporte pas de dopants autres que les donneurs thermiques, la variation de la concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène est obtenue. Dans le cas présent, contrairement au deuxième mode de mise en œuvre du procédé, ladite variation correspond à une diminution de la concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène par annihilation au cours de l’étape b).
Par ailleurs, dans une variante, la plaquette peut comporter en outre un dopant choisi parmi le bore, le phosphore, un autre élément des colonnes III et V de la classification périodique des éléments et leurs mélanges. De préférence alors, le procédé comporte une étape entre l’étape b) et l’étape c) consistant à recuire ladite zone à une température comprise entre 600 °C et 1000°C et pendant une durée comprise entre 1 minute et 60 minutes, par exemple pendant 15 minutes à 750°C. Ainsi, plus de 99,9% en nombre des donneurs thermiques sont annihilés par rapport à leur concentration avant réalisation de l’étape b). De cette façon, à partir d’une troisième mesure de résistivité en ladite zone, la concentration en dopant dans ladite zone est déterminée, ce qui permet d’affiner la détermination de la variation de la concentration en donneurs thermiques à base d’oxygène. En variante, la concentration en dopant peut être mesurée sur une plaquette additionnelle, identique à la plaquette mise en œuvre à l’étape a), au moyen d’un outil de caractérisation tel qu’Oxymap.
Dans une autre variante, la plaquette comporte moins de 1013 cm'3 d’un dopant choisi parmi le bore, le phosphore, un autre élément des colonnes III et V de la classification périodique des éléments et leurs mélanges. De préférence, la plaquette est substantiellement exempte dudit dopant. A partir de la variation de la concentration en donneur thermique à base d’oxygène dans ladite zone et de la durée de recuit thermique à l’étape b), la température volumique de ladite zone peut être déterminée, au moyen d’abaques. Par exemple l’article Y. Tokuda, J. Appl. Phys. 66, 3651 (1989) indique, comme cela est illustré sur le graphique 5 de la figure 1 pour une durée spécifique à une température donnée, la fraction non annihilée de donneurs thermiques 10, c’est-à-dire le rapport entre la concentration en donneurs thermiques avant recuit thermique sur la concentration en donneurs thermiques après recuit thermique, en fonction de la température de recuit thermique 15.
Par ailleurs, le troisième mode de mise en œuvre du procédé n’est pas limité à des plaquettes dont au moins une des faces est spécifiquement préparée pour la mise en œuvre du procédé. Par exemple, au moins une face de la plaquette peut être polie ou présenter des traces de la découpe du lingot dont elle provient, ou être texturée.
Selon un quatrième mode de mise en œuvre spécifique du procédé : la plaquette est de type p, la température de consigne Ti du dispositif de recuit thermique rapide à l’étape b) est comprise entre 600°C et 1350°C, la propriété électrique est la durée de vie des porteurs de charge, et le défaut traceur comporte au moins une espèce chimique en solution solide, l’espèce chimique étant choisie parmi le fer, le cuivre, le chrome et leurs mélanges.
Lorsqu’une plaquette de silicium comportant des précipités à base de ladite espèce chimique est chauffée à une température comprise entre 600°C et 1350°C, comme illustré sur la figure 2 pour différentes températures croissantes (figures 2a à 2c), les précipités 20 sont progressivement dissous et l’espèce chimique dissoute 25 forme une solution solide dans le réseau cristallin du silicium 30. L’importance de la dissolution d’un précipité dans la zone de la plaquette est dépendante de la température volumique et de la durée de recuit thermique de la zone.
Par mesure de la variation de la concentration en ladite espèce chimique en solution solide suite à l’étape b) de recuit thermique, la température volumique de ladite zone à l’étape b) peut être déterminée. Avantageusement, la concentration en l’espèce chimique en solution solide dans ladite zone peut aisément être caractérisée au moyen d’une ou plusieurs mesures de durée de vie des porteurs de charges. Par exemple : - lorsque l’espèce chimique est le fer, la caractérisation de la concentration en fer en solution solide en mettant en œuvre la méthode détaillée dans « Iron détection in crystalline Silicon by carrier lifetime measurments for arbitrary injection and doping », D.H. Macdonald, L.J. Geerligs and A. Azzizi, Journal of Applied Physics, 95(3), 1021-1028 (2004), - lorsque l’espèce chimique est le chrome, la caractérisation de la concentration en chrome en solution solide en mettant en œuvre la méthode détaillée dans « Détermination at 300 K of the hole capture cross section of chromium-boron pairs in p-type Silicon », S. Dubois, O. Palais and P.J. Ribeyron, Applied Physics Letters, 89(23), 2112 (2006), et - lorsque l’espèce chimique est le cuivre, la caractérisation de la concentration en cuivre en solution solide en mettant en œuvre la méthode détaillée dans « Sensitive copper détection in P-type CZ Silicon using pPCD », H. Vàinôlà, M. Yli-Koski, A. Haarahiltunen et J. Sinkkonen, Journal of the Electrochemical Society, 150(12), G790-G794 (2006).
Par ailleurs, à partir de données expérimentales, telles qu’une abaque, ou d’un modèle prédictif reliant une distribution initiale de précipités dans le silicium cristallin, caractérisée par exemple par la taille et la densité des précipités, à une durée de recuit thermique, la relation univoque entre la variation de concentration en défaut traceur de la zone et la température volumique de ladite zone peut être déterminée.
Les deux mesures de durée de vie des porteurs de charge peuvent être réalisées respectivement préalablement et postérieurement à l’étape b). En variante, les deux mesures peuvent être réalisées postérieurement à l’étape b), à deux instants distincts. Entre lesdits deux instants, des étapes de recuit ou d’éclairement prolongés peuvent intervenir, modifiant l’état chimique de l’espèce chimique ou sa distribution spatiale dans le réseau cristallin, et facilitant la détermination de la concentration en solution solide de l’espèce chimique juste après l’étape b).
De préférence, selon la plaquette comporte du bore, de préférence dans une concentration moyenne comprise entre 10 cm' et 10 cm' . De préférence, le bore est distribué de manière homogène dans la plaquette. Une telle concentration moyenne en bore facilite notamment la détermination des concentrations en fer ou en chrome en solutions solides.
De préférence, la plaquette préalablement à l’étape b) présente une résistivité électrique moyenne supérieure à 10 Q.cm. Ainsi, les interactions entre le bore et l’oxygène qui peut être présent dans la plaquette sont limitées.
Par ailleurs, et notamment dans le cas où la plaquette est monocristalline, de préférence la plaquette comporte des micro défauts volumiques, la concentration en micro défauts volumiques étant supérieure à 109 cm'3. Une telle concentration facilite les effets de précipitation de l’espèce chimique dans le silicium cristallin. En outre, lorsque l’espèce chimique comporte, de préférence consiste en du cuivre, la concentration en micro défauts volumique précitée facilite la mesure de la variation de la concentration en cuivre en solution solide. Un micro défaut volumique, aussi dénommé BMD pour « Bulk Micro Default » en anglais, présentant une taille généralement comprise entre 2 et 3 nm, et consiste en un précipité d’oxygène. Un micro défaut volumique présente une taille plus élevée et une teneur en oxygène plus élevée qu’un donneur thermique à base d’oxygène.
De préférence, les micro défauts volumiques sont répartis de manière homogène dans la plaquette. On améliore de cette façon la précipitation de l’espèce chimique dans la plaquette, ce qui permet de faciliter la détermination de la température volumique en différentes zones de la plaquette.
De préférence, l’espèce chimique est le cuivre ou le chrome ou le fer.
Le chrome, le cuivre et le fer sont des impuretés contaminant le silicium. L’homme du métier sait mettre en œuvre des méthodes pour introduire volontairement dans une plaquette de silicium cristallin l’un de ces métaux. Par exemple, lorsque la plaquette de silicium est obtenue par découpe d’un lingot de silicium obtenu par solidification d’une masse en fusion résultant de la fusion d’une charge de départ, une substance comportant ou consistant en l’espèce chimique peut être introduite dans la charge de départ ou dans la masse en fusion. En variante ou en plus, la substance peut être introduite dans la plaquette, par exemple en contaminant une ou plusieurs des faces de la plaquette au moyen d’une méthode telle que l’implantation ionique, ou par dépôt d’une couche, par exemple par enduction centrifuge (« spin coating » en anglais), sur au moins l’une des dites faces d’une solution enrichie de la substance. De préférence, le dépôt de la solution est suivi d’une étape de recuit, de préférence à une température comprise entre 400 et 1100°C, par exemple égale à 600°C, pendant une durée supérieure à 1 minute et de préférence inférieure à 180 minutes, de sorte à favoriser la diffusion de l’espèce chimique dans le silicium cristallin, en migrant de la surface vers le volume. De préférence, ladite étape de recuit est suivie d’une étape comprenant la suppression, par exemple par abrasion ou par attaque chimique, de la couche déposée en surface de la plaquette, et le cas échéant d’une couche superficielle de la plaquette, de préférence d’épaisseur inférieure à 20 pm.
De préférence, à l’issue de l’étape de traitement thermique décrite au paragraphe précédent, la plaquette est de préférence refroidie à une vitesse de refroidissement inférieure à 1 K.s'1, encore plus préférentiellement inférieure à 0,1 K.s'1. Dans la variante où la plaquette est obtenue par découpe d’un lingot Cz, il est préférable que la vitesse de refroidissement du lingot en fin de solidification dirigée soit inférieure 1 K.s'1, encore plus préférentiellement inférieure à 0,1 K.s'1. Une telle vitesse de refroidissement lente favorise la formation de précipités comportant l’espèce chimique dans la plaquette.
De préférence, préalablement à l’étape b), l’espèce chimique est distribuée de manière homogène dans le volume de la plaquette. De préférence, notamment afin de mesurer efficacement la durée de vie des porteurs de charge, au moins une et notamment les deux faces de la plaquette sont passivées par dépôt et/ou croissance d’au moins une couche diélectrique, de préférence formée d’un matériau choisi parmi le nitrure de silicium hydrogéné et l’oxyde de silicium. De préférence préalablement à la réalisation de la passivation, la au moins une surface de la plaquette est décapée par attaque chimique ou par abrasion mécanique.
Comme décrit précédemment, l’invention concerne encore une méthode pour configurer le recuit thermique d’une zone d’une plaquette de silicium cristallin.
De préférence, la première plaquette et la deuxième plaquette sont en silicium monocristallin, et présentent de préférence la même concentration moyenne en défauts cristallins et/ou en impuretés.
De préférence, le défaut traceur de la première plaquette et/ou le défaut traceur de la deuxième plaquette sont tels que décrits précédemment.
De préférence, l’ensemble de paramètres comporte, outre la température de consigne du dispositif de recuit thermique rapide, au moins un paramètre choisi parmi la position d’un moyen de chauffage, par exemple une lampe à infrarouges, relativement à un bâti du dispositif de chauffage, la puissance de chauffage du moyen de chauffage, les propriétés thermiques d’au moins un matériau constituant la zone de chauffe, le nombre et la position des éléments thermiquement isolants ou conducteurs du dispositif de recuit thermique rapide.
Exemple
Une portion d’un lingot Cz fabriqué par le procédé de tirage Czochralski est découpée en deux plaquettes adjacentes de silicium monocristallin. Les deux plaquettes présentent ainsi substantiellement les mêmes caractéristiques.
Préalablement à la découpe, un repère est associé à chaque plaquette, de sorte à référencer par une position x,y,z une zone de la plaquette. Les repères sont définis de telle sorte que les axes principaux respectifs des repères des deux plaquettes sont parallèles les uns aux autres et que les centres desdits repères, avant découpe des plaquettes du lingot, sont disposés le long d’une droite parallèle à l’axe de croissance du lingot.
Ainsi il peut être considéré qu’une propriété, par exemple une concentration ou une durée de vie des porteurs de charges, mesurée une zone de la première plaquette de position x,y,z relativement au repère de la première plaquette est identique à la propriété de la zone de même position relativement au repère de la deuxième plaquette.
Les deux plaquettes présentent des dimensions identiques. Chaque plaquette présente une longueur, une largeur et une épaisseur respectivement égales à 156 mm , 156 mm et 0,2 mm. La résistivité électrique moyenne de chaque plaquette, mesurée au moyen d’un dispositif 4-pointes tel que commercialisé par la société NAPSON, est de 18 Q.cm.
Chaque plaquette est dopée uniquement par des donneurs thermiques à base d’oxygène qui se sont développés dans le silicium au cours du refroidissement du lingot. Aucun autre dopage n’est réalisé sur les deux plaquettes.
La concentration en oxygène en position interstitielle est mesurée sur une des deux plaquettes, en 81 zones distinctes réparties selon un maillage carré de 9x9 zones, au moyen de la technique Oxymap développée et commercialisé par AET TECHNOLOGIES, et détaillée dans l’article «A fast and easily implemented Method for interstitial oxygen concentration mapping through the activation of thermal donors in Silicon », J. Veirman, S. Dubois, N. Enjalbert et M. Lemiti, Energy Procedia, 8, 41-46 (2011). Chaque zone de la première plaquette s’étend sur toute l’épaisseur de la plaquette.
Une cartographie 35, telle qu’illustrée sur la figure 3, représentant en surface de la plaquette, la distribution de la concentration en oxygène en position interstitielle, est alors établie. Comme cela est observé, la concentration en oxygène interstitiel varie entre environ 6,0xl017 cm'3 et environ 9,5xl017 cm'3.
Il est observé sur la figure 3 que la concentration volumique 40 en oxygène interstitiel décroît du centre vers le bord de la plaquette, ce qui est classique pour une plaquette issue d’un lingot Cz.
Les résistivités électriques de 81 zones de la deuxième plaquette sont mesurées au moyen de la méthode de mesure des quatre pointes avant réalisation d’un recuit thermique. Chacune des 81 zones de la deuxième plaquette présente la même position dans la deuxième plaquette, qu’une des 81 zones de la première plaquette relativement au repère de la première plaquette.
La deuxième plaquette est ensuite chauffée dans un four RTP à passage doté de lampes infrarouges. Toutes les zones de chauffage du four ont été réglées à la même température de consigne de 400°C afin de générer des donneurs thermiques à base d’oxygène. La deuxième plaquette est disposée sur un tapis défilant à travers l’enceinte du four à une vitesse de 1,1 m.s'1. Ainsi, la durée de passage dans le four RTP est de 2 minutes et 4 secondes. De sorte à générer un nombre suffisant de donneurs thermiques, la deuxième plaquette subit en tout consécutivement six passages dans le four RTP dans les mêmes conditions.
Afin d’éviter la survenue classique de pics de température liés à la stabilisation en température lors de l’entrée dans l’enceinte des premières plaquettes défilant dans un four à passage, quinze plaquettes postiches défilent préalablement à chacun des six passages de la deuxième plaquette.
Après le dernier passage dans le four RTP, la deuxième plaquette est refroidie. Les résistivités électriques des 81 zones de la deuxième plaquette sont à nouveau mesurées.
Pour chaque zone de la deuxième plaquette, au moyen des équations de formules (5) et (6), la température volumique de chaque zone de la deuxième plaquette est déterminée et une cartographie 45 est établie, représentée sur la figure 4, illustrant en surface de la deuxième plaquette la distribution des températures volumiques 55 dans l’épaisseur de la plaquette.
Comme cela est observé sur la figure 4, alors que la température de consigne du four RTP est fixée à 400°C, la température volumique de la plaquette varie suivant la zone considérée entre environ 320°C et environ 390°C. En outre, la partie frontale de la plaquette, qui entre dans la four RTP à passage en premier présente des zones dans lesquelles la température moyenne est plus élevée, d’environ 50°C que la partie arrière, entrant dans le four en dernier.
Ainsi, le procédé selon l’invention fournit une mesure précise, aussi bien en matière de distribution spatiale qu’en matière de valeur de la température volumique d’une plaquette au cours d’un recuit thermique rapide dans un dispositif RTP.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits. Par exemple, le procédé peut être mis en œuvre avec des produits de forme variée en lieu et place d’une plaquette. Le procédé peut être mis en œuvre pour d’autres matériaux que le silicium constitutif de la plaquette, par exemple le germanium cristallin. Par ailleurs, d’autres défauts traceurs peuvent être envisagés, dès lors que la variation de concentration du défaut traceur résulte d’une modification de l’état d’une impureté dont la cinétique de modification est plus faiblement dépendante de la concentration de porteurs photogénérés, pour une température donnée, que de la température.
The present invention relates to the characterization of the volume temperature of a crystalline silicon wafer, in particular intended for photovoltaic applications, during an annealing heat treatment, also called rapid thermal annealing, in the enclosure of a device for Rapid thermal annealing, commonly referred to as RTP, the acronym for Rapid Thermal Annealing.
RTP devices are characterized in particular by their rate of rise and fall in high temperature, typically greater than 20 ° C.s'1. They are generally used in the fields of microelectronics and photovoltaic applications to annihilate, during rapid thermal annealing, defects present in crystalline silicon wafers which degrade their electrical properties. By specific adaptation of the target temperature of the device to the crystalline defect to be annihilated, a rapid thermal annealing of a silicon wafer within such a device results, for example, in the dissolution of germs or precipitates based on oxygen or annihilation of thermal donors. Rapid thermal annealing in a RTP device may, on the contrary, be used to activate dopants implanted within the wafer. It can still be used to sinter for example screen printing pastes or contact resets of a photovoltaic cell, arranged on the wafer.
An RTP device may be "static", that is to say that the wafer once disposed in the enclosure of the device remains stationary during rapid thermal annealing. Alternatively, it may be called "pass", that is to say that the wafer, usually arranged on a carpet, scrolls and is movable in the enclosure.
The means for heating an RTP device are generally lamps, for example emitting in the infrared, of halogen type in particular, and comprising a tungsten filament. The heating of a wafer introduced into the enclosure of the device RTP then results from the interaction of the radiation emitted by the lamps with the wafer. The physical mechanisms within the wafer contributing to the increase of the temperature of the wafer are various. For example, for heating using infrared lamps, they include in particular the absorption of radiation by the free carriers, the recombination of the electron-hole pairs and the thermalization.
Local variations in the thickness of a wafer, the presence of a texturization on its surface, the variation of the surface state in different areas of the wafer, the presence of a diffused layer, the level of doping, the composition of the wafer can significantly influence the local temperature of the wafer. In addition, other parameters, for example the position and the orientation of the heating means relative to the wafer disposed in the enclosure, the duration of passage of the wafer in the enclosure and the shape of the enclosure , can significantly change the temperature of different areas of the wafer. In other words, the temperature is generally distributed heterogeneously in the wafer during rapid thermal annealing.
In addition, when the user wishes to perform annealing heat treatment of a wafer, he sets the annealing device RTP at a set temperature Ti. He knows, however, that he must expect that the temperature in one area of the wafer is generally different from said temperature Ti and is also generally different from another area of the wafer. It therefore appears difficult to control the temperature of the wafers, and even more to maintain a uniform temperature throughout the wafer during rapid thermal annealing.
Various techniques are known for measuring the temperature of a wafer during rapid thermal annealing.
A thermocouple chromel-alumel type may be disposed on the surface of the wafer. However, it does not support many fast thermal anneals. In addition, it is difficult to obtain a reproducible measurement because of the difficulties of achieving a quality contact between the thermocouple and the silicon wafer. In addition, the implementation of thermocouples is tricky since it is planned to map the temperature distribution on a face of a wafer. It is even more difficult to implement when the RTP device is in transit. There are on the market so-called "cassette" systems incorporating a reference plate relatively similar to that to be thermally annealed and equipped with several thermocouples. However, the information given by these systems has value only for annealing wafers having the same surface state and exactly the same dimensions, in particular the thickness, as the reference wafer. Finally, a thermocouple measures only the surface of the wafer and not the volume temperature of the wafer.
Fast thermal annealing being generally short-lived, the heat provided by the heating means does not have sufficient time to diffuse throughout the thickness of the wafer, so that the surface temperature of the wafer may be different from the temperature in volume, for example half thickness of the wafer.
Another known measurement technique is to implement a pyrometer, which is also difficult in the case of a RTP device passage. This measurement technique requires knowing the emissivity of the wafer, which is dependent on its surface properties, in particular the presence of dielectric layers or strong doping on the surface of the wafer, or texturing of the surface of the wafer. wafer. However, emissivity is a thermal property difficult to measure accurately. In addition, the measurement by pyrometer is representative of the surface temperature of the wafer. Finally, it is difficult to implement to access the distribution of the surface temperature of the wafer.
It is still possible to measure a posteriori, that is to say after the wafer has been heat-treated, the surface temperature of a sample. An example of this technique is detailed in "Rapid Thermal Processing Systems," F. Roozeboom and N. Parekh, Journal of Vaccum Science and Technology B, Vol. 8, no. 6, pages 1249-1259, 1990. It requires characterizing surface property evolutions before and after heat treatment. In particular, the surface oxidation and the activation of a dopant implanted within the silicon are physical mechanisms dependent on the temperature. By measuring the local variation in the thickness of the surface oxide layer or the local variation of the surface resistivity of the wafer, it is possible to determine the surface temperature of the wafer during the annealing heat treatment. This technique is well suited to mapping temperatures on the face of a wafer. However, just like the techniques known and described above, it is possible to access only the surface temperature of the wafer. Moreover, the technique of posterior measurement evoked by Roozeboom et al. does not measure a temperature below 600 ° C. Another posterior technique is mentioned by Roozeboom for this purpose in the same article, consisting in characterizing the evolution of properties of intermetallic alloys. However, it can not be implemented in a RTP device because it causes pollution of the enclosure of the device by contamination with polluting metals.
There is therefore a need for a method for measuring more accurately the temperature of a thermally annealed wafer in an RTP device, in particular so as to configure the RTP device so that the wafer temperature during thermal annealing is distributed from homogeneous way.
This need is satisfied by the invention, by means of a method comprising at least the steps of a) having a crystalline silicon wafer, then b) performing thermal annealing by heating an area of said wafer by means of a rapid thermal annealing device, in particular static or through, the set temperature of said device being set at a value Ti, then cooling said zone, then c) determining the volume temperature at which said zone has been heated in step b) from at least two measurements of an electrical property made in said zone at two distinct times, said measurements characterizing the variation, during step b), of the volume concentration and / or the size of at least one tracer fault contained in said zone, each of said measurements being performed at a temperature below the set temperature Τμ
By "volume" temperature of an area is meant the temperature of an area extending in the body of the wafer over 5 μm below the surface.
In addition, unless otherwise indicated, by "concentration" of a species, a volume concentration of the species, ie the number of atoms of the species in the volume considered, for example the volume of the species, is considered. the area or volume of the wafer.
The "set point" temperature of the rapid thermal annealing device is the temperature set by the user, before or during thermal annealing, that the enclosure of said device aims to reach and follow during thermal annealing.
Advantageously, the method according to the invention provides a measurement of the temperature of the volume of the area of the wafer, and not only of its surface as the methods of the prior art. It thus more precisely characterizes the thermal history of the zone during thermal annealing than the processes of the prior art. Furthermore, the method is not intrusive, in that it does not require the installation of additional measuring equipment, such as a thermocouple, in the RTP device. In particular, the mapping of the temperature distribution of the wafer is facilitated. In addition, by choosing the tracer fault as a function of the set temperature of the RTP device, it is possible to measure a temperature over a plurality of temperature ranges overlapping at least partially with each other, thus ranging from a minimum temperature from 150 ° C to a maximum temperature of 1350 ° C. Finally, the process is particularly versatile in use. In particular, as will be detailed later, in some embodiments, the determination of the volume temperature can be performed by means of reference platelets identical to platelets which are to be annealed in industrial quantities. The measurement can thus be carried out at a lower cost.
As will be described in more detail below, the variation in the volume concentration of the tracer defect in the area of the wafer results, for example, from the agglomeration of an impurity in the form of clusters or along extensive crystalline defects such as dislocations, precipitation of the impurity, or on the contrary of the dissolution of precipitates comprising the impurity, the formation or the dissociation of a complex comprising the impurity, the passage of the impurity from a position interstitial to a substitutional position, or vice versa, in the crystal lattice of silicon. The invention further relates to a method for configuring thermal annealing of an area of a crystalline silicon wafer, the method comprising the following successive steps of: i) providing a first crystalline silicon wafer, ii) determining the volume temperature in said zone of the first wafer by means of the method according to the invention, in which the thermal annealing in step b) is carried out with a set of driving parameters comprising the set temperature of the rapid thermal annealing device, iii) calculating an absolute difference between the volume temperature in the area of the first silicon wafer and a predetermined temperature, different from or preferably equal to the set temperature, iv) modifying the set of driving parameters so that, when determining the volume temperature in an area of a second silicon wafer using the method according to which As in any preceding claim wherein the heating in step b) is conducted with the modified set of parameters, the absolute difference between the volume temperature of the area of the second wafer and the predetermined temperature is less than the absolute difference. calculated in step iii), the area of the second wafer being disposed in the same position as the area of the first wafer relative to the rapid thermal annealing device during the respective thermal annealing.
Thus, by configuring the RTP device by means of the method according to the invention, a desired distribution, preferably substantially uniform, of the temperature of the wafer can be obtained. Preferably, in step i), the silicon wafer comprises at least one of the characteristics of the wafer of the method according to the invention. Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the detailed description which follows and on reading the appended drawing in which: FIG. 1 is a graph extracted from article Y. Tokuda, J. Appl. Phys. 66, 3651 (1989); FIG. 2 diagrammatically illustrates the dissolution of a precipitate; FIG. 3 is a map of the distribution in 81 distinct zones of the interstitial oxygen concentration, in cm 3, of a plate. of silicon according to an example of implementation of the method, and - Figure 4 is a map of the distribution in 81 distinct zones of the volume temperature, in degrees Celsius, of a silicon wafer according to an example of implementation of the process. In step a) of the process according to the invention, a crystalline silicon wafer is available.
The wafer has two faces separated by Γ thickness of the wafer. Preferably, the wafer has a cobblestone shape, preferably straight. Preferably, the width and / or the length of the wafer are greater than 1 cm and / or less than 50 cm. For example, the wafer is a square-based pad. Preferably, the thickness of the wafer is greater than 5 μm and / or less than 1 cm.
The wafer is made of crystalline silicon, that is to say that the mass content of silicon in crystalline form of the wafer, expressed on the basis of the wafer weight, is greater than 99.9%, preferably greater than 99, 99%.
Preferably, and more particularly in any one of the first, second, third and fourth specific modes of implementation of the method which will be described later, the wafer comprises a monocrystalline portion, preferably representing more than 99% of the mass of the wafer. Preferably, the monocrystalline portion extends on either side of the thickness of the wafer. Preferably the wafer is entirely monocrystalline.
In a variant, the wafer may be entirely polycrystalline.
Prior to step b), the crystalline silicon of the wafer may comprise the tracer defect. Alternatively, prior to step b), the crystalline silicon of the wafer may be free of the tracer defect.
The tracer defect is defined in particular that, in the area of the wafer considered, a variation of its volume concentration and / or its size, for example in the case where the tracer defect is a precipitate, resulting from the temperature variation. induced by the heating in step b), leads to a modification of an electrical property in said zone. In other words, for a specific type of tracer defect, at least one electrical property can be measured to characterize the concentration variation of the tracer defect during the thermal annealing step b).
Preferably, the two measurements of the electrical property carried out in said zone at two distinct times characterize the variation, during step b), of the volume concentration of the tracer defect.
Preferably, the electrical property is chosen from electrical resistivity, charge carrier lifetime, a photoluminescence intensity, a charge carrier density, especially the density of free charge carriers, and a mobility of charge carriers. charge. The electrical property is in particular measurable over the entire volume of the zone.
For example, the electrical property is the electrical resistivity and can be measured by a method chosen from the four-point method, the eddy currents and the carrier density imaging. As a variant, the electrical property is the lifetime of the charge carriers and can be measured and optionally mapped by photoluminescence or by means of the so-called "micro wave photoconductance decay" method (also known as "gW-PCD"). using a device as marketed by the company SEMILAB.
In a particular embodiment, the wafer may comprise first and second tracer defects different from one another, the respective volume and / or size concentration variations, for example in the case where one tracer defects is a precipitate, are characterized by at least one measurement of first and second respective electrical properties in said area. The first and second electrical properties may be different or identical.
The dimensions of the area of the wafer may in particular be related to the spatial accuracy of the method of measuring the electrical property. Preferably, the area extends over the entire thickness of the wafer. Thus, the volume temperature of the zone characterizes the entire volume of said zone and can therefore differ significantly from the surface temperature of said zone. Moreover, the zone may have in a section parallel to one face of the wafer, an area of between 1 pm 2 and 4 cm 2. In a variant, the zone can occupy the entire volume of the wafer.
Furthermore, in step b), at least two distinct zones of the wafer can be heated and then cooled. Said distinct areas may form a regular pattern extending along the length and / or the width of the wafer, and in particular be adjacent. Each zone i of the pattern can thus be referenced by a position (xi; yi; zi) defined relative to a reference linked to the wafer. By then determining in step c) the volume temperature T1 of each zone i, a map of the distribution of the volume temperatures of said zones can be established, the temperature of the zone i being assigned to the position (xi; yi; zi). of said zone. In a particularly preferred manner, the tracer defect comprises, preferably consists of, a crystalline defect of the silicon. The crystalline defect can be punctual or be in the form of a cluster, for example a thermal donor, or a precipitate.
The crystalline defect can be intrinsic to silicon, and in particular be a point defect. For example, the crystalline defect is a gap or a silicon atom in a self-interstitial position. It can be a linear defect, for example a dislocation. It can still be in the form of a cluster of gaps.
By "interstitial" species, it is considered that the species is in an interstitial position in the crystalline lattice of silicon.
As a variant, the crystalline defect can be extrinsic to silicon, that is to say at least partially, in particular entirely, formed of a chemical species different from silicon. Preferably then, the crystalline defect comprises a chemical species selected from oxygen, carbon, nitrogen, iron, copper, chromium and mixtures thereof. The crystalline defect may be punctual, for example an atom of the chemical species in solid solution in the crystalline lattice of silicon. As a variant, it may be in the form of a cluster, for example an oxygen-based thermal donor, or a precipitate, in particular a metal precipitate, for example a metal chosen from iron, chromium or the copper.
In another variant, the tracer defect may comprise an intrinsic crystalline defect and an extrinsic crystalline defect. By way of illustration, the tracer defect may be formed of a dislocation and a metal atom, for example a dislocation decorated with iron silicides.
Preferably, the average concentration of the tracer defect in the wafer, before or after step b), is between 108 and 1017 cm-3. As will become apparent later, such an average concentration favors the measurement of the volume concentration variation of the tracer defect.
Moreover, especially when in step c) the measurements are carried out to characterize the reduction in the tracer defect volume concentration, a pretreatment step in step b) of increasing the tracer default volumetric concentration of said platelet area can be implemented.
In particular, when the tracer defect has an extrinsic crystalline defect, prior to step b), a substance can be introduced onto the surface of the wafer by ion implantation and / or by depositing a solution containing the substance, the substance being chosen so as to obtain the formation, in the crystalline silicon of the wafer, of at least one crystalline defect comprising said chemical species. Preferably, this step is followed by a firing step at a temperature above 600 ° C. In this way, the average volume concentration of the tracer defect is increased, which facilitates the characterization of its variation by measuring the appropriate electrical property.
In a variant, the wafer in step a) is obtained by cutting an ingot prepared by a process comprising a step of melting a feedstock to obtain a molten liquid bath, and a substance is introduced into the starting charge and / or in the liquid bath, the substance being chosen so as to obtain the formation, in the crystalline silicon of the wafer, of at least one crystalline defect comprising said chemical species. Advantageously, no prior treatment step is then necessary before performing step b) to increase the tracer default average concentration.
As described above, the tracer defect is chosen as a function of the set temperature Ti of the rapid thermal annealing device chosen by the user, and the tracer defect concentration ability and / or the size of the tracer. tracer defect (for example in the case where the tracer defect is a precipitate) to vary between the temperatures at which the at least two measurements are made.
The rapid thermal annealing device, hereinafter also referred to as the RTP device, may be a lamp oven, for example an infrared oven or possibly a conduction heating oven. It may have a temperature rise rate at the set temperature and / or a cooling rate at room temperature greater than .5 ° C.s'1, or even greater than 10 ° C.s'1.
Preferably, during step b), the set temperature Ti of the rapid thermal annealing device is between 150 ° C. and 1350 ° C., and, preferably, the zone is maintained in the thermal annealing device. said set temperature Ti for a period of between 1 second and 30 minutes, preferably less than or equal to 1 minute.
The at least two measurements are each carried out at a temperature below the set temperature T 1, preferably at least 100 ° C lower than the set temperature. Preferably, at least one, preferably each, of the at least two measurements is carried out at a temperature of less than or equal to 30 ° C.
Before the thermal annealing step b), the temperature To of the wafer is lower than the set temperature T. Preferably, the temperature To is between 10 ° C. and 40 ° C. After cooling at the end of step b), the temperature T2 of the wafer is lower than the set temperature T. Preferably, the temperature T2 is between 10 ° C and 40 ° C, and for example equal to the temperature To In step c), for at least two different zones of the wafer, the volume temperatures at which said zones have been heated in step b) can be determined from at least two series of measurements taken at least once. separate instants, each measurement series comprising at least two measurements carried out respectively in the two zones. In step c), the measurements can characterize the decrease or increase in the tracer volume concentration and / or the size of the tracer defect in said zone during step b).
Preferably, in step c), the volume temperature is further determined by means of the duration of the thermal anneal.
In a preferred embodiment, the method comprises, after step c), a step d) of mapping, on the surface of the wafer, of the distribution of the volume temperatures in the at least two distinct areas of the wafer. .
It is described below various non-limiting embodiments of the invention.
In a first specific mode of implementation of the method: the wafer comprises boron and chromium, the set temperature Ti of the rapid thermal annealing device in step b) is between 150 ° C and 350 ° C, the Electrical property is the lifetime of charge carriers, and the tracer defect is chromium in interstitial position, not associated with boron, in the crystal lattice of silicon.
Preferably, the chromium concentration of the wafer prior to step b) is such that the chromium atoms form a solid solution in the crystalline silicon. Chromium atoms in solid solution in crystalline silicon are generally arranged in the interstitial position in the crystal lattice. In the case where the silicon is doped with boron, the interstitial chromium atoms diffuse into said crystal lattice and form chromium-boron pairs, also called CrB pairs, with boron atoms in solid solution in said lattice. The CrB pairs form a solid solution in the crystal lattice of silicon. The CrB pairs can in particular be formed at room temperature, for example at 25 ° C. In step b) of thermal annealing, heating at a temperature of between 150 ° C. and 350 ° C. results in a partial or complete dissociation of the CrB pairs present in the wafer. Moreover, as is well known and contrary to the iron-boron pair which can also be formed in a crystalline silicon wafer, the dissociation kinetics of the CrB pairs is not influenced by the illumination of the wafer. The term "illumination" means a monochromatic or polychromatic radiation in the wavelength range of between 200 nm and 3 μm.
Thus, by defining [Cr] a the concentration of chromium atoms in solid solution, [Cr] i the concentration of chromium atoms in interstitial position, not associated with boron, and [Cr] the concentration in chromium pairs boron in solid solution in the crystal lattice of the volume of the zone of the silicon wafer, at any instant, the following equality of formula (1) is ensured:
(1)
Moreover, it is well known that, during thermal annealing, after allowing the wafer sufficient time to form all the FeB pairs, the concentration of chromium atoms in the interstitial position changes as a function of the temperature according to the following equation of formula (2):
(2) where t corresponds to the duration of the thermal annealing and τ is a time constant, which varies in the crystalline silicon as a function of the volume temperature Tv of the wafer zone, according to the equation of formula (3) below :
(3) where C is a constant, Ea is an activation energy and kB is the Bolzmann constant.
In the case where several thermal annealing steps b) are consecutively carried out, the duration t of equation (1) corresponds to the sum of the individual durations of each thermal annealing step.
Furthermore, the recombinant properties of interstitial chromium and chromium boron pairs in crystalline silicon are well known to those skilled in the art, especially the energy levels introduced into the silicon bandgap, the capture cross sections for electrons and holes. By performing at least two, and most preferably at least three, if not only three, lifetime measurements of the charge carriers in said area of the wafer, and using the well-known Shockley-Read-Hall statistics of the skilled in the art, it is possible to determine the ratio --y- for different states of the wafer with the state of the
plate following step b). The variation of the tracer default concentration of said zone, where appropriate of the chromium concentration in the interstitial position [Cr] j at the distinct instants of measurements, can thus be obtained, and the volume temperature of the zone of the wafer can then be determined.
Preferably, the wafer, prior to step b), comprises oxygen in an average concentration of less than 3x10 7 cm -3. In particular, preferably, so as to contain such an average oxygen concentration, the wafer is obtained by a manufacturing method implementing the technique of the melted zone. Such a wafer is generally referred to as a "float zone" wafer. As a variant, the wafer, prior to step b), comprises oxygen in a mean concentration greater than 3 × 10 17 cm -3 and the average electrical resistivity of the wafer, prior to step b), is greater than 10 Q.cm. In this way, the activation of [Cr] boron-oxygen complexes did not interfere with the determination of the ratio --4-, lArJ d
Preferably, the total average chromium concentration of the wafer in step a) is between 109 cm3 and 1014 cm3 and / or the average boron concentration is between 10 cm3 and 10 cm3. cm '. In particular, it is preferable that boron and / or chromium are homogeneously distributed in the wafer, prior to step b). The determination of the volume temperature is improved.
Boron may be introduced into the wafer prior to step b) preferentially during the crystallization of the ingots, using a boron-containing silicon filler.
Chromium is an impurity contaminating silicon. Those skilled in the art can implement methods for voluntarily introducing a crystalline silicon wafer with chromium. For example, when the silicon wafer is obtained by cutting a silicon ingot obtained by solidification of a liquid bath resulting from the melting of a feedstock, as described above, the chromium can be introduced into the starting charge or in the molten liquid bath, in the form of a substance comprising or consisting of chromium. Alternatively or additionally, the chromium may be introduced into the wafer, for example by contaminating one or more of the wafer faces by means of a method such as ion implantation, or by deposition of a layer, for example by spin coating in at least one of said faces of a solution enriched with a substance comprising or consisting of chromium. Preferably, the deposition of the solution is followed by an annealing step, preferably at a temperature of between 500 ° C. and 1000 ° C., for example equal to 800 ° C., so as to promote the diffusion of chromium into the crystalline silicon, migrating from the surface to the volume. Preferably, said annealing step is followed by a step comprising removing, for example by abrasion or etching, the layer deposited on the surface of the wafer, and optionally a surface layer of the wafer, preferably less than 20 microns thick.
In order to ensure a superficial recombination rate of chromium-boron pairs of less than 103 cm. s1, at least one of the faces, in particular the two faces of the wafer may be electrically passivated by deposition and / or growth of at least one dielectric layer, preferably formed of a material selected from hydrogenated silicon nitride and silicon oxide. Moreover, in order to avoid during cooling at the end of the thermal annealing step b) that the chromium atoms in the interstitial position combine too rapidly with the boron atoms and form chromium boron pairs, a quenching of the platelet, for example by immersion of the wafer in an ice-water bath, can be performed.
As already described above, in a particularly preferred manner, in step c), the volume temperature at which said zone has been heated in step b) is determined from at least three measurements. of an electrical property made in the area of the wafer at three distinct respective times. In this way, the accuracy of the determination of the volume temperature is improved.
Preferably, the three measurements comprise: a first measurement carried out before or after step b), preferably the wafer having been kept at a temperature of between 20 ° C. and 30 ° C. for at least two days, or even during at least ten days prior to said first measurement; thus, more than 99% or more than 99.9% by number of the solid solution chromium atoms in silicon are associated with boron atoms to form chromium-boron pairs; a second measurement carried out after the heat treatment of step b), preferably within a time, running from the exit of the zone of the rapid thermal annealing device, less than 5 minutes, said zone having preferably been worn after it leaves the rapid thermal annealing device at a temperature below 0 ° C, preferably below -20 ° C, prior to the second measurement; in this way, the measurement is carried out before the chromium atoms in the interstitial position resulting from the dissociation of the chromium boron pairs during the thermal annealing step b) have had time to recombine with chromium atoms to form new pairs of chromium boron; a third measurement carried out after the second measurement, preferably after a delay, running from the exit of the zone of the rapid thermal annealing device, sufficient for the zone to comprise less than 5%, preferably less than 1% of chromium-boron pairs, preferably after a heating of the zone, in particular in a static oven, at a temperature of between 100 ° C. and 450 ° C., for example equal to 250 ° C., for a duration of between 10 minutes and 240 ° C. minutes, for example equal to 60 minutes, followed by quenching, for example in water at a temperature below 5 ° C.
Preferably, the first measurement is performed after step b) and after the third measurement. It is then preferable that the time between the end of the third measurement and the beginning of the first measurement is greater than one day, preferably greater than two days, or even preferably greater than ten days.
In a second specific embodiment of the method: the wafer comprises oxygen, preferably in a mean concentration greater than 1017 cm 3, the set temperature Ti of the rapid thermal annealing device in step b) is between 350 ° C and 550 ° C, the electrical property is the electrical resistivity, and the tracer defect is an oxygen-based heat donor.
Preferably, the average oxygen-based thermal donor concentration of the wafer prior to thermal annealing step b) is less than 1014 cm-3. The thermal annealing step b) can be carried out under a reducing atmosphere.
When a wafer with oxygen is heated to a temperature between 350 ° C and 550 ° C, clusters with several oxygen atoms are formed. Such clusters, generally less than 5 nm in size, called oxygen-based thermal donors, release electrons, resulting in a change in the resistivity of the wafer. The inventors have been able to verify that the kinetics of formation of the oxygen-based thermal donors is not influenced by the illumination of the wafer, for a given temperature.
Preferably, the two electrical resistivity measurements are carried out respectively before and after step b). In crystalline silicon free from dopants such as boron or phosphorus, it is known that the electrical resistivity p of a zone is related to the concentration of oxygen-based thermal donors [DT] of said zone by the equation of formula (4) below:
(4) in which q and μ are respectively the elementary charge and the mobility of the majority free charges. When the resistivity is measured before and after step b), the change in concentration of oxygen-based heat donors between the two measurements [DT] rec, corresponding to the concentration of thermal donors created during the step b), is expressed according to the following equation of formula (5):
(5) in which pr, μ ±, respectively p2, T2 are the electrical resistivity and the mobility of the majority free loads measured and calculated before, respectively after the rapid thermal annealing step, μ can be calculated via the use of the model Arora classic. and.
Preferably, according to the second mode of implementation of the method, the duration of the thermal annealing in step b) is between 1 second and 30 minutes. In a variant, especially when the RTP device is passing and the duration of passage of the wafer area in the chamber of the device is less than the desired rapid heat treatment time, several successive stages b) identical heating and cooling can be performed so that the sum of the durations of the successive steps b) are at least equal to the desired thermal annealing time.
In particular, several steps b) can be carried out successively, so as to significantly increase the concentration of thermal donors of the wafer to improve the quality of the electrical resistivity measurement, the kinetics of formation of the thermal donors can be relatively slow with regard to the duration of passage of a wafer in the enclosure of the RTP device.
Preferably, prior to step c), the interstitial oxygen concentration of an additional wafer identical to the wafer whose zone is heated in step b) is measured. For example, two plates cut in an ingot, for example Cz, and corresponding in the ingot to two adjacent portions are considered identical.
Preferably, the interstitial oxygen concentration is measured at an area of the additional wafer disposed at the same location relative to the wafer as the area of the wafer heated in step b).
The volume concentration of thermal donors formed during a thermal treatment [DT] rec of an area of a wafer, such as a rapid thermal annealing according to step b) of the process, depends on the temperature of the heat treatment and the interstitial oxygen concentration of said zone prior to the heat treatment. In particular, it can be expressed by the equation of formula (6) established by K. Wada et al. in the article "United model for training kinetics of oxygen thermal donors in Silicon", Physical Review B, vol. 30, pp. 5884-5895, 1984.
(6) wherein a, b and / 9 are constants whose values are defined in the article, [Oj is the oxygen concentration of the zone at the beginning of step b) rapid thermal annealing, t is the thermal annealing time and n (Tv) is the electronic density of the zone, at the temperature Tv at which said zone is heated during step b), the duration t corresponds to the duration of step b) when a single step b) is performed or the sum of the duration of steps b) consecutive performed at set temperature Ti, if necessary. From the equation of formula (6), of the knowledge of the duration of the thermal annealing, of the concentration variation of oxygen-based thermal donors of the zone, and of the oxygen concentration of the zone at beginning of step b) of rapid thermal annealing, the temperature of said zone in step b) can thus be determined. More precisely, the temperature Tv of said zone in step b) is calculated by knowing n (Tv), easily from the load balance, as described in the article by K. Wada mentioned above.
Preferably, in step a), the wafer is obtained by cutting an ingot obtained by a method comprising a Czochralski pulling step. The implementation of a Czochralski draw stage induces a high oxygen concentration in the wafer, generally greater than 1017 cm 3.
Moreover, the second mode of implementation of the method is not limited to platelets at least one of the faces is specifically prepared. For example, at least one face of the wafer may be polished or have traces of the cutting of the ingot from which it comes, or be textured.
In a variant of the second mode of implementation, the wafer may contain a dopant such as boron and / or phosphorus. Equations (4) and (5) are then adapted to take into account the contribution of the dopant (s) to the majority free charge densities. The dopant concentration may for example be measured on an additional wafer, identical to the wafer implemented in step a), by means of a characterization tool such as Oxymap.
According to a third specific embodiment of the method: the wafer comprises oxygen, preferably in a mean concentration greater than 1017 cm 3, the set temperature Ti of the rapid thermal annealing device in step b) is between 550 ° C and 850 ° C, the electrical property is the electrical resistivity, and the tracer defect is an oxygen-based heat donor.
When a silicon wafer comprising oxygen-based heat donors is heated to a temperature of between 550 ° C and 850 ° C, said thermal donors are progressively annihilated under the effect of temperature.
Preferably, the thermal annealing step b) is carried out under a reducing atmosphere.
Preferably, the average oxygen-based thermal donor concentration of the wafer prior to step b) is greater than 1014 cm-3. A high average concentration of thermal donors prior to step b) has the effect of improving the accuracy of the determination of the volume temperature of the zone on which the measurement of the electrical property is carried out.
Preferably, prior to step b), the wafer is obtained by cutting a Cz ingot. Oxygen-based thermal donors are formed during the cooling step of the Cz ingot manufacturing process. Preferably, the cut is made in the upper part of the ingot Cz, close to the end of the ingot having been in contact with the pulling seed. Such platelets have a high average concentration of oxygen-based heat donors.
Alternatively or additionally, to increase the concentration of oxygen-based heat donors, prior to step b), the wafer may be annealed at a temperature between 400 ° C and 500 ° C for a duration greater than five hours. preferably greater than ten hours, or even greater than twenty hours.
Preferably, the two electrical resistivity measurements are respectively carried out before and after step b). Using the equation of formula (5), considering that the wafer does not include dopants other than heat donors, the variation of the concentration of oxygen-based thermal donors is obtained. In the present case, unlike the second mode of implementation of the method, said variation corresponds to a decrease in the concentration of oxygen-based thermal donors by annihilation during step b).
Moreover, in one variant, the wafer may further comprise a dopant selected from boron, phosphorus, another element of columns III and V of the periodic table of elements and their mixtures. Preferably, the process comprises a step between step b) and step c) of annealing said zone at a temperature between 600 ° C and 1000 ° C and for a period of between 1 minute and 60 minutes, for example for 15 minutes at 750 ° C. Thus, more than 99.9% by number of thermal donors are annihilated with respect to their concentration before carrying out step b). In this way, from a third resistivity measurement in said zone, the dopant concentration in said zone is determined, which makes it possible to refine the determination of the variation of the oxygen-based thermal donor concentration. Alternatively, the dopant concentration can be measured on an additional wafer, identical to the wafer implemented in step a), by means of a characterization tool such as Oxymap.
In another variant, the wafer comprises less than 1013 cm 3 of a dopant selected from boron, phosphorus, another element of columns III and V of the periodic table of elements and their mixtures. Preferably, the wafer is substantially free of said dopant. From the variation of the oxygen-based thermal donor concentration in said zone and the thermal annealing time in step b), the volume temperature of said zone can be determined by means of abacuses. For example, article Y. Tokuda, J. Appl. Phys. 66, 3651 (1989) indicates, as illustrated in FIG. 5 of FIG. 1 for a specific duration at a given temperature, the non-annihilated fraction of thermal donors 10, that is to say the ratio between the concentration in thermal donors before thermal annealing on the concentration of thermal donors after thermal annealing, as a function of the thermal annealing temperature 15.
Moreover, the third mode of implementation of the method is not limited to wafers, at least one of the faces is specifically prepared for the implementation of the method. For example, at least one face of the wafer may be polished or have traces of the cutting of the ingot from which it comes, or be textured.
According to a fourth specific embodiment of the method: the wafer is of type p, the set temperature Ti of the rapid thermal annealing device in step b) is between 600 ° C. and 1350 ° C., the electrical property is the lifespan of the charge carriers, and the tracer defect comprises at least one chemical species in solid solution, the chemical species being selected from iron, copper, chromium and mixtures thereof.
When a silicon wafer having precipitates based on said chemical species is heated to a temperature between 600 ° C and 1350 ° C, as illustrated in Figure 2 for different increasing temperatures (Figures 2a to 2c), the precipitates 20 are gradually dissolved and the dissolved chemical species forms a solid solution in the crystalline lattice of silicon 30. The importance of the dissolution of a precipitate in the wafer zone is dependent on the volume temperature and the annealing time. thermal zone.
By measuring the variation of the concentration in said solid solution chemical species following the thermal annealing step b), the volume temperature of said zone in step b) can be determined. Advantageously, the concentration of the chemical species in solid solution in said zone can easily be characterized by means of one or more measurements of the lifetime of the charge carriers. For example: - when the chemical species is iron, the characterization of the concentration of iron in solid solution by implementing the method detailed in "Iron detection in crystalline Silicon by carrier lifetime measurments for arbitrary injection and doping", DH Macdonald , LJ Geerligs and A. Azzizi, Journal of Applied Physics, 95 (3), 1021-1028 (2004), - when the chemical species is chromium, the characterization of the chromium concentration in solid solution by implementing the detailed method in "Determination at 300 K of the hole capture cross section of chromium-boron peers in p-type Silicon", S. Dubois, O. Palais and PJ Ribeyron, Applied Physics Letters, 89 (23), 2112 (2006) and, when the chemical species is copper, the characterization of the copper concentration in solid solution by implementing the method detailed in "Sensitive Copper Detection in Silicon P-type CZ using pPCD", H. Vàinôlà, M. Yli-Koski, A. Haa rahiltunen and J. Sinkkonen, Journal of the Electrochemical Society, 150 (12), G790-G794 (2006).
Moreover, from experimental data, such as an abacus, or from a predictive model linking an initial distribution of precipitates in crystalline silicon, characterized for example by the size and density of the precipitates, to a thermal annealing time. the unequivocal relationship between the tracer defect concentration variation of the zone and the volume temperature of said zone can be determined.
The two measurements of the lifetime of the charge carriers can be carried out respectively before and after step b). Alternatively, the two measurements can be performed after step b) at two distinct times. Between said two instants, prolonged annealing or illumination steps can take place, modifying the chemical state of the chemical species or its spatial distribution in the crystal lattice, and facilitating the determination of the solid solution concentration of the species. chemical just after step b).
Preferably, the wafer comprises boron, preferably in a mean concentration of between 10 cm and 10 cm -1. Preferably, the boron is homogeneously distributed in the wafer. Such a mean concentration of boron facilitates in particular the determination of iron or chromium concentrations in solid solutions.
Preferably, the wafer prior to step b) has an average electrical resistivity greater than 10 Ω.cm. Thus, the interactions between boron and oxygen that may be present in the wafer are limited.
Moreover, and especially in the case where the wafer is monocrystalline, preferably the wafer has micro volume defects, the concentration of micro volume defects being greater than 109 cm 3. Such concentration facilitates the precipitation effects of the chemical species in crystalline silicon. In addition, when the chemical species comprises, preferably consists of copper, the aforementioned micro-volume volumic concentration facilitates the measurement of the variation of the copper concentration in solid solution. A micro volume defect, also called BMD for "Bulk Micro Default" in English, having a size generally between 2 and 3 nm, and consists of a precipitate of oxygen. A micro volume defect has a larger size and a higher oxygen content than an oxygen-based heat donor.
Preferably, the micro volume defects are distributed homogeneously in the wafer. In this way, the precipitation of the chemical species in the wafer is improved, which facilitates the determination of the volume temperature in different areas of the wafer.
Preferably, the chemical species is copper or chromium or iron.
Chromium, copper and iron are impurities contaminating silicon. Those skilled in the art can implement methods for voluntarily introducing into one crystalline silicon wafer one of these metals. For example, when the silicon wafer is obtained by cutting a silicon ingot obtained by solidification of a melt resulting from the melting of a feedstock, a substance comprising or consisting of the chemical species may be introduced into the feedstock or the melt. Alternatively or in addition, the substance may be introduced into the wafer, for example by contaminating one or more of the wafer faces by means of a method such as ion implantation, or by deposition of a layer, for example by spin coating in at least one of said faces of a solution enriched with the substance. Preferably, the deposition of the solution is followed by an annealing step, preferably at a temperature between 400 and 1100 ° C., for example equal to 600 ° C., for a duration greater than 1 minute and preferably less than 180 minutes, so as to promote the diffusion of the chemical species in the crystalline silicon, migrating from the surface to the volume. Preferably, said annealing step is followed by a step comprising the removal, for example by abrasion or etching, of the layer deposited on the surface of the wafer, and optionally a surface layer of the wafer, of preferably less than 20 microns thick.
Preferably, at the end of the heat treatment step described in the preceding paragraph, the wafer is preferably cooled to a cooling rate of less than 1 K.sup.-1, even more preferably less than 0.1 K.sub.s. '1. In the variant where the wafer is obtained by cutting an ingot Cz, it is preferable that the cooling rate of the ingot at the end of the directed solidification is less than 1 K.sup.-1, more preferably less than 0.1 K. s -1. Such a slow cooling rate promotes the formation of precipitates comprising the chemical species in the wafer.
Preferably, prior to step b), the chemical species is distributed homogeneously in the volume of the wafer. Preferably, especially in order to effectively measure the lifetime of the charge carriers, at least one and in particular both sides of the wafer are passivated by deposition and / or growth of at least one dielectric layer, preferably formed of a material selected from hydrogenated silicon nitride and silicon oxide. Preferably prior to carrying out the passivation, the at least one surface of the wafer is etched by chemical etching or mechanical abrasion.
As described above, the invention also relates to a method for configuring the thermal annealing of an area of a crystalline silicon wafer.
Preferably, the first wafer and the second wafer are of monocrystalline silicon, and preferably have the same average concentration of crystalline defects and / or impurities.
Preferably, the tracer defect of the first wafer and / or the tracer defect of the second wafer are as previously described.
Preferably, the set of parameters comprises, in addition to the set temperature of the rapid thermal annealing device, at least one parameter chosen from the position of a heating means, for example an infrared lamp, relative to a frame of the device. heating, the heating power of the heating means, the thermal properties of at least one material constituting the heating zone, the number and the position of the thermally insulating elements or conductors of the rapid thermal annealing device.
Example
A portion of a Cz ingot manufactured by the Czochralski drawing process is cut into two adjacent silicon monocrystalline wafers. The two wafers thus have substantially the same characteristics.
Prior to cutting, a marker is associated with each wafer, so as to reference by an x, y, z position an area of the wafer. The marks are defined such that the respective main axes of the marks of the two plates are parallel to each other and that the centers of said marks, before cutting the plates of the ingot, are arranged along a straight line parallel to the axis ingot growth.
Thus, it can be considered that a property, for example a concentration or a lifetime of the charge carriers, measured an area of the first position plate x, y, z relative to the reference of the first board is identical to the property of the zone of the same position relative to the reference of the second plate.
Both platelets have identical dimensions. Each wafer has a length, a width and a thickness respectively equal to 156 mm, 156 mm and 0.2 mm. The average electrical resistivity of each wafer, measured by means of a 4-tip device as marketed by NAPSON, is 18 Ω.cm.
Each wafer is doped solely by oxygen-based thermal donors that have developed in the silicon during cooling of the ingot. No other doping is performed on both platelets.
The concentration of oxygen in the interstitial position is measured on one of the two platelets, in 81 distinct zones distributed in a square mesh of 9 × 9 zones, by means of the Oxymap technique developed and marketed by AET TECHNOLOGIES, and detailed in the article "A fast Methodology for interstitial oxygen concentration mapping through the activation of thermal donors in Silicon ", J. Veirman, S. Dubois, N. Enjalbert and M. Lemiti, Energy Procedia, 8, 41-46 (2011). Each zone of the first wafer extends over the entire thickness of the wafer.
A map 35, as illustrated in FIG. 3, showing on the surface of the wafer, the distribution of the oxygen concentration in the interstitial position, is then established. As observed, the interstitial oxygen concentration ranges from about 6.0x10 7 cm -3 to about 9.5x10 7 cm -3.
It is observed in FIG. 3 that the volume concentration 40 in interstitial oxygen decreases from the center towards the edge of the wafer, which is conventional for a wafer issuing from a Cz ingot.
The electrical resistivities of 81 zones of the second wafer are measured using the method of measuring the four points before carrying out thermal annealing. Each of the 81 areas of the second wafer has the same position in the second wafer, as one of the 81 areas of the first wafer relative to the reference of the first wafer.
The second wafer is then heated in a pass-through RTP oven with infrared lamps. All furnace heating zones were set to the same set point temperature of 400 ° C to generate oxygen-based heat donors. The second plate is placed on a carpet passing through the enclosure of the oven at a speed of 1.1 m.s-1. Thus, the passage time in the RTP oven is 2 minutes and 4 seconds. In order to generate a sufficient number of thermal donors, the second wafer undergoes a total of six passages in the RTP furnace under the same conditions.
In order to avoid the conventional occurrence of temperature peaks related to temperature stabilization when entering the enclosure of the first plates passing in a passage oven, fifteen false plates pass before each of the six passages of the second plate .
After the last pass in the RTP oven, the second wafer is cooled. The electrical resistivities of the 81 areas of the second wafer are again measured.
For each zone of the second wafer, using equations of formulas (5) and (6), the volume temperature of each zone of the second wafer is determined and a map 45 is established, shown in FIG. of the second wafer the distribution of the volume temperatures 55 in the thickness of the wafer.
As seen in Fig. 4, while the set temperature of the RTP oven is set at 400 ° C, the wafer volume temperature varies depending on the area of interest from about 320 ° C to about 390 ° C. In addition, the front portion of the wafer, which enters the first-pass RTP oven, has areas in which the average temperature is higher, about 50 ° C than the back, entering the oven last.
Thus, the method according to the invention provides an accurate measurement, both in terms of spatial distribution and in terms of the value of the volume temperature of a wafer during a rapid thermal annealing in a RTP device.
Of course, the invention is not limited to the embodiments described. For example, the method can be implemented with products of various shapes instead of a wafer. The process can be implemented for other materials than the constituent silicon of the wafer, for example crystalline germanium. Moreover, other tracer defects may be envisaged, since the concentration variation of the tracer defect results from a modification of the state of an impurity whose kinetics of modification is more weakly dependent on the concentration of photogenerated carriers for a given temperature, only the temperature.
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