JP4344861B2 - 半導体基板の表面処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板の表面を不活性化させるための表面処理方法に関する。
集積回路の微細化に伴い、シリコン基板の特性評価は重要になっている。また、太陽電池では、キャリアのライフタイムや拡散長等が変換効率に大きな影響を与えるため、それらの評価は不可欠のものとなっている。しかし、シリコン基板などの半導体基板のキャリアライフタイム測定や表面光起電力法を用いたキャリアの拡散長測定は、シリコン基板の表面処理方法によって測定結果が大きく変わるため、測定に適した表面処理方法が必要となっている。
また従来のヨウ素/メタノール溶液やフッ酸溶液では、不活性化が十分でなかったり、ライフタイムの値が経時変化を起こし時間とともに低下してしまうという不安定性があった。
また従来のヨウ素/メタノール溶液やフッ酸溶液では、不活性化が十分でなかったり、ライフタイムの値が経時変化を起こし時間とともに低下してしまうという不安定性があった。
この改善方法として、キンヒドロン溶液を用いた表面不活性化方法及び表面が不活性化された基板が提案されている。この方法によれば、時間に依存しない安定した不活性化表面が得られ、特に、キャリアのライフタイム測定や拡散長測定において有効な技術である。
しかしながら、この方法を用いた場合、表面が十分不活化されるまでに時間がかかってしまう、あるいは、短時間で行おうとすると、不活性化が不十分になるという問題があった。
特開２００２−３２９６９２号公報
しかしながら、この方法を用いた場合、表面が十分不活化されるまでに時間がかかってしまう、あるいは、短時間で行おうとすると、不活性化が不十分になるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、半導体基板表面を短時間で、より不活性にすることのできる表面処理方法を開発することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、半導体基板表面を短時間で、より不活性にするため、半導体基板表面をフッ酸溶液により水素終端した後、キンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノンから選ばれた１種以上の化合物を含む溶液中で、半導体基板に光を照射することにより、半導体基板表面を不活性化させることを主要な特徴とする。
本発明では、キンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノンから選ばれた１種以上の化合物を含む溶液に浸されたシリコン基板などの半導体基板に光を照射することにより、光を照射しない場合に比べて、より一層、半導体基板表面を不活性化させることができる。これによって、より正確なライフタイムや拡散長の評価が可能となる。
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明による表面不活性化方法では、シリコン基板などの半導体基板を、キンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノンから選ばれた１種以上の化合物を含む溶液に浸し、それに光を照射することで基板表面をより不活性化させる。
半導体基板としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、炭化シリコン基板などや、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化シリコンなど各種材料をシリコン基板上に堆積させたシリコン基板といった複数の材質を組み合わせた基板など、適宜の材質の基板を用いることができる。さらに半導体基板として、ｐ型、n型等の適宜の導電型、適宜の厚さ、不純物濃度、結晶方位、比抵抗、さらにフローティングゾーン方法等の各種製法によるものなどあらゆるものを用いることができる。
本発明による表面不活性化方法では、シリコン基板などの半導体基板を、キンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノンから選ばれた１種以上の化合物を含む溶液に浸し、それに光を照射することで基板表面をより不活性化させる。
半導体基板としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、炭化シリコン基板などや、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化シリコンなど各種材料をシリコン基板上に堆積させたシリコン基板といった複数の材質を組み合わせた基板など、適宜の材質の基板を用いることができる。さらに半導体基板として、ｐ型、n型等の適宜の導電型、適宜の厚さ、不純物濃度、結晶方位、比抵抗、さらにフローティングゾーン方法等の各種製法によるものなどあらゆるものを用いることができる。
ここで溶液は、有機溶媒又は水の片方あるいはその両方を含む。有機溶媒はたとえばメタノールやエタノールなどのアルコール類、エーテル類、ベンゼン類のいずれか又は複数を含むことができる。
溶液中のキンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノン濃度は、０．００１mol/Lから０．５mol/Lの範囲、好ましくは０．００５mol/Lから０．１mol/Lの範囲である。
溶液中のキンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノン濃度は、０．００１mol/Lから０．５mol/Lの範囲、好ましくは０．００５mol/Lから０．１mol/Lの範囲である。
キンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノンから選ばれた１種以上の化合物を含む溶液に浸した半導体基板に照射する光は、ハロゲンランプによるハロゲン光を利用して、半導体基板の全体あるいはその一部に照射した。
本発明に用いる光は、ハロゲン光のみに限定されず、波長が、２００nmから１０００nmの範囲の一部又は全部を含むものであればよい。さらに照射光の強度は、１ｍW/cm2から２０mW/cm2の範囲にあることが望ましい。
本発明に用いる光は、ハロゲン光のみに限定されず、波長が、２００nmから１０００nmの範囲の一部又は全部を含むものであればよい。さらに照射光の強度は、１ｍW/cm2から２０mW/cm2の範囲にあることが望ましい。
次に一例として、キンヒドロンによる表面不活性化処理を適用した場合のシリコン基板のライフタイム測定について解説する。表面不活性化の程度はライフタイム値の大小によって評価することが可能である。表面不活性化によるライフタイム測定の手順は下記のとおりである。
まずシリコン基板を洗浄し、フッ酸溶液により表面を水素終端する。この基板を透明な袋又は容器に入れ、次に、その中にキンヒドロンとメタノールの混合溶液（濃度０．０１mol/L）を入れ、シリコン基板の表面が上記キンヒドロン/メタノール溶液で覆われるようにする。その後、溶液が漏れないように、袋又は容器をシールする。この試料に、外部からハロゲン光を照射し基板表面の不活性化を促進させる。そして、この試料を袋又は容器から取り出すか、あるいは、袋又は容器に入れたままライフタイム測定装置に装着してライフタイム測定を行った。
図1に各種表面処理を行ったシリコン基板のライフタイム値の比較を示す。同図において、Si Waferは、シリコン基板に何も処理をしていないウェハー、ＨＦは、このウェハーに５％のフッ酸処理をしたウェハー、ＱＭは、このウェハーに０．０１mol/Lのキンヒドロン/メタノールによる表面処理（5分間・15mW/cm２の光照射あり）を施した後、袋から取り出し、さらにメタノールで洗浄したウェハーである。また、QM(dark)は、５％のフッ酸処理後、０．０１mol/Lのキンヒドロン/メタノールによる表面処理（光照射なし）を施したウェハーである。このウェハーは袋から出さずにライフタイムを測定した。QM(15mW/cm２)は、５％のフッ酸処理後、０．０１mol/Lのキンヒドロン/メタノールによる表面処理（5分間・15mW/cm２の光照射あり）を施したウェハーである。このウェハーも袋から出さずにライフタイムを測定した。
以上の測定結果から、ウェハーの状態のまま測定した場合では、フッ酸処理のみの場合に比べて、キンヒドロン/メタノールによる表面処理の方が高いライフタイム値が得られており、シリコン表面がより不活性化していることが分かる。
また、ウェハーを袋に入れたままライフタイム測定をした場合においては、光照射をした場合は、しない場合に比べてライフタイム値が大きく、表面の不活性化が促進されていることが分かる。
なお本実施例では、キンヒドロンを溶解させた溶液を例示したが、キンヒドロンは、溶液中で一部又は全部がヒドロキノン、セミキノン、キノンに解離しており、ヒドロキノン、セミキノン又はキノンを溶解させた処理溶液においてもキンヒドロンと同様の溶液が得られるため、キンヒドロンと同様の表面処理効果が得られる。
さらに、これらを２種類以上溶解させた表面処理溶液においても同様の結果が得られる。
また、ウェハーを袋に入れたままライフタイム測定をした場合においては、光照射をした場合は、しない場合に比べてライフタイム値が大きく、表面の不活性化が促進されていることが分かる。
なお本実施例では、キンヒドロンを溶解させた溶液を例示したが、キンヒドロンは、溶液中で一部又は全部がヒドロキノン、セミキノン、キノンに解離しており、ヒドロキノン、セミキノン又はキノンを溶解させた処理溶液においてもキンヒドロンと同様の溶液が得られるため、キンヒドロンと同様の表面処理効果が得られる。
さらに、これらを２種類以上溶解させた表面処理溶液においても同様の結果が得られる。
マイクロ波光導電減衰法などの各種ライフタイム測定方法を用いたライフタイム測定や、表面光電圧法などを用いた拡散長測定など、各種半導体基板評価や半導体デバイス作製時の基板処理方法として採用可能である。
Claims (3)
- 半導体基板表面をフッ酸溶液により水素終端した後、キンヒドロン、ヒドロキノン、セミキノン及びキノンから選ばれた１種以上の化合物を含む溶液中で、半導体基板に光を照射することを特徴とする半導体基板の表面不活性化処理方法。
- 上記溶液は、有機溶媒及び／又は水を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の表面不活性化処理方法。
- 照射する光は、波長が、２００nmから１０００nmの範囲の一部又は全部を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体基板の表面不活性化処理方法。
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|---|---|---|---|---|
| WO2012017703A1 (ja) * | 2010-08-05 | 2012-02-09 | 三菱電機株式会社 | 光電変換装置の製造方法 |
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