DE112013006678T5

DE112013006678T5 - Verfahren zur Messung der Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats

Info

Publication number: DE112013006678T5
Application number: DE112013006678.5T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takeno
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-10-29
Also published as: JP6080101B2; US9530702B2; CN104871302B; TWI525729B; TW201436077A; WO2014125751A1; CN104871302A; US20160005664A1; KR20150117249A; KR102038325B1; JP2014157889A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats bereitgestellt, das Metallkontaminationen und Kristalldefekte in einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumsubstrats und in einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit hoher Genauigkeit bestimmen kann. Das Verfahren umfasst: Messen einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats, nachdem eine Oberfläche des Siliziumsubstrats einer chemischen Passivierung unterworfen wurde; und Durchführen einer UV-Schutzbearbeitung, um wenigstens das Siliziumsubstrat für die Dauer der chemischen Passivierungsbearbeitung bis zu dem Zeitpunkt der Beendigung der Messung der Rekombinationslebensdauer vor UV-Strahlen zu schützen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats mit hoher Genauigkeit, um eine Metallkontamination und Kristalldefekte in einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumsubstrats oder einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zu bestimmen.
Technischer Hintergrund
Die Messung einer Rekombinationslebensdauer mittels Mikrowellen-Photoleitfähigkeitszerfall-Verfahren (μ-PCD-Verfahren) ist als Verfahren zur Bestimmung von Metallkontaminationen in einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumsubstrats oder einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung weit verbreitet. Gemäß dem μ-PCD-Verfahren wird zunächst ein Wafer mit Lichtimpulsen, die eine höhere Energie als die einer Bandlücke eines Silizium-Einkristalls aufweisen, zur Erzeugung eines Überschusses an Ladungsträgern bestrahlt. Der erzeugte Ladungsträgerüberschuss erhöht die Leitfähigkeit des Wafers und verschwindet danach aufgrund der Rekombination mit der Zeit, mit dem Ergebnis, dass die Leitfähigkeit abnimmt. Diese Änderung wird als eine Änderung der reflektierten Mikrowellenleistung mit der Zeit erfasst und analysiert, so dass die Rekombinationslebensdauer bestimmt werden kann. Die Rekombinationslebensdauer verkürzt sich, wenn Metallverunreinigungen und Defekte, die eine Ebene als Rekombinationszentrum in einem verbotenen Band bilden, vorhanden sind. Daher können die Metallverunreinigungen, Kristalldefekte und dergleichen in dem Wafer durch Messen der Rekombinationslebensdauer bewertet werden (beispielsweise Nicht-Patentdokument 1).
In dem Fall, in dem eine zu untersuchende Probe die Form eines Wafers aufweist, verschwindet der Ladungsträgerüberschuss, der durch die Lichtimpulse erzeugt wird, nicht nur auf Grund der Rekombination in dem Wafer, sondern diffundiert auch zu einer Vorderfläche und einer Rückfläche des Wafers, um mittels Oberflächenrekombination zu schwinden. Somit ist es zur Bewertung der Metallkontamination und der Kristalldefekte im Wafer notwendig, die Oberflächenrekombination an der Vorderfläche und der Rückfläche zu unterdrücken. Als ein Verfahren zur Unterdrückung der Oberflächenrekombination wurden im Allgemeinen eine Wärmeoxidationsbehandlung (Oxidationsfilmpassivierung) und eine Behandlung mit Elektrolytlösung (chemisches Passivierungsverfahren, das auch als ”CP-Verfahren” bezeichnet wird) verwendet. Bei der Oxidationsfilmpassivierung muss darauf geachtet werden, dass keine Metallverunreinigungen und Kristalldefekte in einem Wärmebehandlungsschritt zum Bilden eines Oxidationsfilms erzeugt werden. Daher wird im Fall der Bewertung der Metallverunreinigungen in anderen Wärmebehandlungsöfen als einem Oxidationsofen, wie beispielsweise einem Epitaxie-Wachstumsofen zur Herstellung eines Epitaxie-Wafers, die chemische Passivierung verwendet.
Als eine Lösung für das chemische Passivierungsverfahren sind eine alkoholische Jodlösung (siehe zum Beispiel Nicht-Patentdokument 2) und eine alkoholische Chinhydron-Lösung (siehe zum Beispiel Patentdokument 1) bekannt. Im Falle der alkoholischen Chinhydron-Lösung, braucht es Zeit bis sich die Oberflächenpassivierungseffekte stabilisieren (siehe beispielsweise Nicht-Patentdokument 3). Daher wird in dem Fall, bei dem so schnell wie möglich Bewertungsergebnisse über die Metallkontamination erhalten werden sollen, wird die alkoholische Jodlösung verwendet.
Doch tritt bei der chemischen Passivierungsbearbeitung unter Verwendung der alkoholischen Jodlösung das Problem auf, dass nach der Bearbeitung ein Messwert mit der Zeit abnimmt und sich somit der Messwert ändert. Zur Lösung dieses Problem wird in Patentdokument 2 ein Verfahren zum Korrigieren eines Messwertes unter Verwendung einer Korrekturformel, die einen Korrekturwert zum Korrigieren einer Änderung im Messwert mit der Zeit als Funktion der Zeit ausdrückt, offenbart. Jedoch weist dieses Verfahren das Problem auf, dass dafür die Änderung einer Rekombinationslebensdauer mit der Zeit gemessen werden muss und ist daher arbeitsintensiv und zeitaufwendig.
Hinsichtlich der steigenden Leistungsanforderung einer Halbleitervorrichtung wirkt sich selbst eine geringe Menge an Metallverunreinigungen nachteilig auf die Leistung der Vorrichtung aus, und somit besteht eine wesentliche Aufgabe darin, die Metallkontamination zu verringern. Insbesondere in Bildgebungselementen, wie beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) und einen CMOS-Bildsensor (CIS), werden schwache weiße Stelle, Dunkelstrom und dergleichen zusammen mit der Verbesserung der Lichtempfangsempfindlichkeit und Auflösung zu einem Problem, und es besteht die Gefahr, dass sich eine geringe Menge an Metallverunreinigungen nachteilig auf die Bildgebungselemente auswirken. Daher ist in einem Epitaxie-Wafer, der allgemein als Substrat für ein Bildgebungselement verwendet wird, äußerst wünschenswert, nicht nur die Metallverunreinigungen in einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, sondern auch die Metallverunreinigungen in einem Verfahren zur Herstellung des Epitaxie-Wafers zu reduzieren.
Zur Verringerung der Metallverunreinigungen in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumsubstrats oder dem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer geringen Metallverunreinigungsmenge mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit benötigt. Ferner hängt auch die Herstellung bzw. die Nicht-Herstellung von Produkten von den Ergebnissen ab, die durch die Bestimmung der Metallkontamination erhalten wurden, und daher ist es erforderlich, die Auswertungsergebnisse so schnell wie möglich zu erhalten.
Stand der Technik Dokumente
Patentdokument

Patentdokument 1: JP 2002-329692 A
Patentdokument 2: JP 2010-192809 A

Nicht-Patentdokument

Nicht-Patentdokument 1: JEIDA-53-1997 ”Test method for recombination lifetime in silicon wafers by measurement of photoconductivity decay by microwave reflectance”
Nichtpatentdokument 2: TS Horanyi et al, Appl. Surf. Sci. 63 (1993) 306.
Nichtpatentdokument 3: H. Takato et al, Jpn. J. Appl. Phys. 41 (2002) L870.

Zusammenfassung der Erfindung
Die durch die Erfindung zu lösenden Probleme
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der zuvor erwähnten Probleme aus dem Stand der Technik konzipiert, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats bereitzustellen, das Metallkontaminationen und Kristalldefekte in einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumsubstrats und in einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bestimmen kann.
Mittel zur Lösung der Probleme
Zur Lösung der oben erwähnten Probleme umfasst ein Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung: Messen einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats, nachdem eine Oberfläche des Siliziumsubstrats einer chemischen Passivierungsbearbeitung unterworfen wurde; und Durchführen einer UV-Schutzbehandlung, um wenigstens das Siliziumsubstrat für die Dauer der chemischen Passivierungsbearbeitung bis zu dem Zeitpunkt der Beendigung der Messung der Rekombinationslebensdauer vor UV-Strahlen zu schützen.
Wird, wie zuvor beschrieben, wenigstens das Siliziumsubstrat für die Dauer der chemischen Passivierungsbearbeitung bis zu dem Zeitpunkt der Beendigung der Messung der Rekombinationslebensdauer der UV-Schutzbehandlung zum Schutz des Siliziumsubstrats vor UV-Strahlen unterworfen, kann eine Veränderung im Messwert mit der Zeit unmittelbar nach der chemischen Passivierungsbearbeitung verringert und somit die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
In diesem Fall kann die UV-Schutzbearbeitung durch Durchführen der chemischen Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in einer lichtgeschützten Umgebung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Siliziumsubstrat in der lichtgeschützten Umgebung, wie beispielsweise einem dunklen Raum, vor UV-Strahlen geschützt werden, und somit kann eine Änderung des Messwertes mit der Zeit unmittelbar nach der chemischen Passivierungsbearbeitung verringert und die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Ferner wird vorzugsweise die UV-Schutzbearbeitung durch Durchführen der chemischen Passivierung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in einer Umgebung durchgeführt, in der die UV-Strahlung vermindert wird. Die Umgebung mit verminderter UV-Strahlung umfasst hier eine Umgebung, in der UV-Strahlen verringert werden, sowie eine Umgebung, in der UV-Strahlen entfernt werden, oder eine Umgebung, in der UV-Strahlen abgeblockt werden. Zum Beispiel kann das Siliziumsubstrat in einer Umgebung mit verminderter UV-Strahlung, wie zum Beispiel in einem gelben Raum, vor UV-Strahlen geschützt werden, und somit kann eine Veränderung des Messwertes mit der Zeit unmittelbar nach der chemischen Passivierungsbearbeitung im gleichen Maße wie im Fall der lichtgeschützten Umgebung verringert und die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Ferner kann die chemische Passivierungsbearbeitung durch Aufbewahren des Siliziumsubstrats in einem Beutel oder einem Behälter, der aus einem Kunstharzmaterial gebildet ist, das die UV-Strahlen verringert, um das Siliziumsubstrat in einer Lösung zur chemischen Passivierung einzutauchen, durchgeführt werden, um dadurch die Rekombinationslebensdauer zu messen.
Wird das Siliziumsubstrat, wie zuvor beschrieben, in dem Beutel oder dem Behälter, der aus einem Kunstharzmaterial gebildet ist, das die UV-Strahlen verringert, aufbewahrt, können die chemische Passivierung und die Messung der Rekombinationslebensdauer unter der gleichen Bedingung wie in der Umgebung mit verminderter UV-Strahlung durchgeführt werden. Daher kann eine Änderung im Messwert mit der Zeit unmittelbar nach der chemischen Passivierungsbearbeitung in demselben Maße wie im Fall der lichtgeschützten Umgebung reduziert und die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Als Kunstharz kann Polyethylen oder Polypropylen verwendet werden. Ferner kann als Beutel oder Behälter aus Kunstharzmaterial, das die UV-Strahlen vermindert, ein handelsüblicher Beutel oder Behälter aus Kunstharz, der UV-Strahlen verringert, verwendet werden.
Ferner wird die chemische Passivierungsbearbeitung vorzugsweise durch Verwenden einer alkoholischen Jodlösung durchgeführt.
Wie zuvor beschrieben, weist die chemische Passivierungsbearbeitung unter Verwendung der alkoholischen Jodlösung einen hohen Passivierungseffekt auf und ermöglicht eine schnelle Stabilisierung des Passivierungseffekts nach der Bearbeitung, sodass die Rekombinationslebensdauer schnell gemessen werden kann.
Ferner wird die Rekombinationslebensdauer vorzugsweise mittels Mikrowellen-Photoleitfähigkeitszerfall-Verfahren (μ-PCD-Verfahren) gemessen. Mit dem μ-PCD-Verfahren ist die Rekombinationslebensdauer des Siliziumsubstrats, das der chemischen Passivierung unterzogen wurde, auf einfache Weise messbar.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß dem Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrat der vorliegenden Erfindung, kann die Änderung des Messwertes mit der Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung reduziert und somit die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Somit kann in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumsubstrats oder dem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung die Metallkontamination mit hohem Ansprechvermögen und hoher Genauigkeit schnell bestimmt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Beispiel 1.
2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtdurchlässigkeit eines Polyethylen-Beutels in Beispiel 1.
3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Beispiel 2.
4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und eine Lichtdurchlässigkeit eines Polyethylen-Beutels, der eine verringerte UV-Strahlung aufweist, in Beispiel 2.
5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Beispiel 3.
6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtdurchlässigkeit eines Polyesterfilms (Mylar) in Beispiel 3.
7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Vergleichsbeispiel 1.
8 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Vergleichsbeispiel 2.
9 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und eine Lichtdurchlässigkeit eines Polyethylen-Terephthalat-Beutels in Vergleichsbeispiel 2.
10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Beispiel 4.
11 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung und einem Rekombinationslebensdauer-Relativwert in Vergleichsbeispiel 3.
Ausführungsformen der Erfindung
Bei der Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats werden im Falle der chemischen Passivierung unter Verwendung einer alkoholischen Jodlösung, die zur Oberflächenpassivierungsbearbeitung weitgehend verwendet worden ist, zunächst freie Bindungen (engl. dangling bond) auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats mit Iod aufgelöst, wobei zu diesem Zeitpunkt ein Messwert der Rekombinationslebensdauer einen Höchstwert annimmt. Danach wird, nach Ablauf der Zeit, das Jod entfernt und durch eine Alkoxygruppe ersetzt, da die Alkoxygruppe eine nukleophile Substitutionsreaktion in der Lösung aufweist. Es wird angenommen, dass die Oberflächenpassivierungseffekt beim Ablauf dieser chemischen Reaktion nachlässt, so dass der Messwert abnimmt. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass Licht die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion beeinflusst und die chemische Reaktion durch Lichtabschirmung unterdrückt wird, um die Änderung im Messwert mit der Zeit zu verringern. Ferner hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass durch Vermindern der UV-Strahlen im Licht, die eine kurze Wellenlänge aufweisen, eine Änderung im Messwert mit der Zeit im gleichen Maße wie bei der Lichtabschirmung verringert werden kann, wodurch die vorliegende Erfindung erreicht wird.
Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist.
Zunächst wird ein zu bewertendes Siliziumsubstrat hergestellt. Es gibt keine besondere Beschränkung für ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumsubstrats der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem die Metallkontamination und die Kristalldefekte in dem Schritt zum Wachsen eines Silizium-Einkristalls bestimmt werden sollen, ein zu bewertendes Siliziumsubstrat hergestellt werden, indem ein Wafer aus dem Silizium-Einkristall geschnitten und der geschnittene Wafer einem chemischen Ätzschritt unterzogen wird, um die durch das Schneiden entstandene Beschädigung zu beseitigen. Ferner kann in dem Fall, bei dem Metallverunreinigungen in einem Epitaxie-Wachstumsofen bestimmt werden sollen, ein zu bewertendes Siliziumsubstrat durch Aufwachsen einer Epitaxieschicht auf einem Siliziumsubstrat in dem Epitaxie-Wachstumsofen hergestellt werden. Alternativ kann ein zu bewertendes Siliziumsubstrat auch hergestellt werden, indem ein Siliziumsubstrat lediglich einer Wärmebehandlung, ohne Aufwachsen einer Epitaxieschicht auf dem Siliziumsubstrat, unterzogen wird.
In dem Fall, bei dem sich ein natürlicher Oxidationsfilm auf der Oberfläche des hergestellten Siliziumsubstrats bildet, wird der natürliche Oxidationsfilm vor der chemischen Passivierungsbearbeitung mit einer Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt.
Als nächstes wird das Siliziumsubstrat in einer Umgebung, in der das Siliziumsubstrat vor UV-Strahlen geschützt wird, einer chemischen Passivierungsbearbeitung unterzogen, um die Oberflächenrekombination des Siliziumsubstrats zu unterdrücken. Die chemische Passivierungsbearbeitung kann durch die Verwendung einer alkoholischen Jodlösung, wie beispielsweise eine Iod-Ethanol-Lösung, durchgeführt werden. Anschließend wird in einer Umgebung, in der das einer chemischen Passivierungsbearbeitung unterzogene Siliziumsubstrat vor UV-Strahlen geschützt wird, eine Rekombinationslebensdauer gemessen. Die Rekombinationslebensdauer kann mittels Mikrowellen-Photoleitfähigkeitszerfall-Verfahren (μ-PCD-Verfahren) gemessen werden. Als Messbedingung in dem μ-PCD-Verfahren kann eine allgemein verwendete Bedingung angenommen werden, und die Rekombinationslebensdauer kann beispielsweise unter einer in Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Bedingung gemessen werden. Als Messgerät kann ein handelsübliches Gerät verwendet werden.
Wird somit die chemische Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in der Umgebung, in der das Siliziumsubstrat vor UV-Strahlen geschützt wird, durchgeführt, kann eine Änderung im Messwert mit der Zeit direkt nach der chemischen Passivierungsbearbeitung verringert und die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Um das Siliziumsubstrat vor UV-Strahlen zu schützen, kann die chemische Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in einer lichtgeschützten Umgebung durchgeführt werden. Als lichtgeschützten Umgebung kann beispielsweise der gesamte Raum oder lediglich ein Betriebsbereich vor Licht geschützt werden.
Um das Siliziumsubstrat vor UV-Strahlen schützen, kann die chemische Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer ferner in einer Umgebung mit verminderter UV-Strahlung durchgeführt werden. Als Umgebung, in der die UV-Strahlen vermindert sind, kann beispielsweise ein gelber Raum verwendet werden. Da es äußerst schwierig ist, einen Vorgang in der lichtgeschützten Umgebung durchzuführen, und es einfacher ist, einen Vorgang in der Umgebung mit verminderter UV-Strahlung durchzuführen, wird vorzugsweise die Umgebung, die eine verminderte UV-Strahlung aufweist, verwendet.
Um ferner das Siliziumsubstrat vor UV-Strahlen zu schützen, wird das Siliziumsubstrat in einem Beutel oder einem Behälter aus einem Kunstharzmaterial, das die UV-Strahlung vermindert, aufbewahrt, und eine Lösung zur chemischen Passivierung wird in den Beutel oder den Behälter eingebracht, um die chemische Passivierung durchzuführen. Somit kann die Rekombinationslebensdauer gemessen werden. Als Kunstharz kann Polyethylen oder Polypropylen verwendet werden.
Wie zuvor beschrieben, können durch Aufbewahren des Siliziumsubstrats in dem Beutel oder dem Behälter aus Kunstharzmaterial, das die UV-Strahlung verringert, die chemische Passivierungsbearbeitung und die Messung der Rekombinationslebensdauer auf einfache Weise durchgeführt werden, ohne dass ein dunkler Raum, ein gelber Raum oder dergleichen erneut vorbereitet werden muss.
Beispiele
Im Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele detaillierter beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Zuerst wird ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einem P-Leitfähigkeitstyp, einem spezifischen Widerstand von etwa 10 Ω·cm, und einer Sauerstoffkonzentration von ungefähr 15 ppma (JEITA) wurde mittels Czochralski-Verfahren gezüchtet. Der Durchmesser des Silizium-Einkristall-Ingots beträgt 200 mm und dessen Kristallachsenorientierung <100>. Dann wurde durch ein Wafer-Standardherstellungsverfahren ein hochglanzpoliertes Siliziumsubstrat aus dem Silizium-Einkristall-Ingot hergestellt.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einer Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt, und anschließend wurde das Siliziumsubstrat in einem lichtgeschützten dunklen Raum unter Verwendung einer Iod-Ethanol-Lösung einer chemischen Passivierungsbearbeitung unterzogen. In diesem Fall wurde die chemische Passivierungsbearbeitung durch Aufbewahren des Siliziumsubstrats in dem gleichen transparenten Polyethylen-Beutel (ungefähr 0,1 mm Dicke) mit einer hohen UV-Durchlässigkeit wie in Vergleichsbeispiel 1, das im Nachfolgenden beschrieben wird, und Einbringen einer Iod-Ethanol-Lösung in den Polyethylen-Beutel durchgeführt. Dann wurde mittels μ-PCD-Verfahren eine Rekombinationslebensdauer in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Zur Messung der Rekombinationslebensdauer wurde die Lebensdauermessvorrichtung ”WT-2000” von Semilab Co. Ltd. verwendet. Ein Pulslaser zur Anregung von Ladungsträgern wurde auf eine Wellenlänge von 904 nm, eine Impulsbreite von 200 ns, eine Ladungsträger-Injektionsmenge von 1,2E13/cm² und eine Mikrowellenfrequenz von etwa 10 GHz eingestellt. Um eine zeitliche Änderung im Messwert der Rekombinationslebensdauer zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während die Messung wiederholt durchgeführt wurde, wurde das Siliziumsubstrat in der lichtgeschützten Vorrichtung aufbewahrt. Ferner wurde der transparente Polyethylen-Beutel hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit mit einem Spektrophotometer (Hitachi-Spektralphotometer ”U-3000”) gemessen.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 1 gezeigt. In einem Diagramm der 1 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierung Verarbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar. Der Absolutwert des Anfangsmesswertes beträgt in etwa 1.800 μs, der auch auf die Beispiele 2 und 3 und die Vergleichsbeispiele 1 und 2, die nachstehend beschrieben werden, angewendet wurde. Ferner sind die Messergebnisse einer Lichtdurchlässigkeit in 2 gezeigt. In einem Diagramm der 2 stellt die horizontale Achse die Lichtwellenlänge und die vertikale Achse die Lichtdurchlässigkeit dar.
Wie in 1 gezeigt, liegt eine Verringerung des Messwertes bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung innerhalb von 10%. Ferner wies der in 2 gezeigte transparente Polyethylen-Beutel, der in diesem Beispiel verwendet wurde, eine Lichtdurchlässigkeit von einigen zehn% bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger auf, die somit höher ist als die eines Polyethylen-Beutel mit verminderter UV-Strahlung, der in Beispiel 2 verwendet wurde und nachstehend beschrieben wird. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit im Vergleich zu den nachstehend beschriebenen Vergleichsbeispielen verringert werden kann, indem die chemische Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in einer lichtgeschützten Umgebung durchgeführt wird.
(Beispiel 2)
Es wurde ein aus dem gleichen Silizium-Einkristall-Ingot wie in Beispiel 1 hergestelltes Siliziumsubstrat gebildet.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einer Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Danach wurde das Siliziumsubstrat in einem handelsüblichen Polyethylen-Beutel, der die UV-Strahlung vermindert (halbtransparent braun, Dicke: etwa 0,1 mm, hergestellt von Aso Co., Ltd.), aufbewahrt und eine Iod-Ethanol-Lösung in den Polyethylen-Beutel, der die UV-Strahlung vermindert, eingespritzt. Somit wurde das Siliziumsubstrat der chemischen Passivierungsbearbeitung unterzogen. Dann wurde eine Rekombinationslebensdauer mittels μ PKD-Verfahren in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Die Messbedingung der Rekombinationslebensdauer ist gleich der von Beispiel 1. Um eine Änderung im Messwert der Rekombinationslebensdauer mit der Zeit zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während die chemische Passivierungsbearbeitung durchgeführt wurde und die Messung wiederholt durchgeführt wurde, wurde der Polyethylen-Beutel, der die UV-Strahlung vermindert, unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx angeordnet. Ferner wurde der Polyethylen-Beutel mit verringerter UV-Strahlung hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit mit einem Spektrophotometer gemessen.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 3 gezeigt. In einem Diagramm der 3 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar. Ferner sind die Messergebnisse einer Lichtdurchlässigkeit in 4 gezeigt. In einem Diagramm der 4 stellt die horizontale Achse die Lichtwellenlängen und die vertikale Achse eine Lichtdurchlässigkeit dar.
Wie in 3 gezeigt, lag eine Verringerung des Messwertes bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung innerhalb von 10%. Ferner wies der in 4 gezeigte Polyethylen-Beutel, der die UV-Strahlung vermindert, der in diesem Beispiel verwendet wurde, eine Lichtdurchlässigkeit von weniger als 0,1% bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger auf.
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit im gleichen Maße wie im Fall der Lichtabschirmung in Beispiel 1 verringert werden kann, indem das Siliziumsubstrat in dem Polyethylen-Beutel aus dem Material, der die UV-Strahlung vermindert, aufbewahrt und die chemischen Passivierungsbearbeitung, gefolgt von der Messung der Rekombinationslebensdauer, durchgeführt wird.
(Beispiel 3)
Es wurde ein aus dem gleichen Silizium-Einkristall-Ingot wie in Beispiel 1 hergestelltes Siliziumsubstrat gebildet.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einem Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Danach wurde das Siliziumsubstrat in dem gleichen transparenten Polyethylen-Beutel mit einer hohen UV-Durchlässigkeit wie in Beispiel 1 aufbewahrt und der Polyethylen-Beutel wurde mit einem Polyesterfilm (Mylar-Film) bedeckt (halbtransparent gelb). Dann wurde eine Iod-Ethanol-Lösung in den Polyethylen-Beutel eingespritzt. Somit wurde das Siliziumsubstrat der chemischen Passivierungsbearbeitung unterzogen. Dann wurde eine Rekombinationslebensdauer mittels μ-PCD-Verfahren in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Die Messbedingung der Rekombinationslebensdauer ist gleich wie die in Beispiel 1. Um eine Änderung des Messwertes der Rekombinationslebensdauer mit der Zeit zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während die chemische Passivierungsbearbeitung durchgeführt sowie die Messung wiederholt durchgeführt wurde, wurde der transparente Polyethylen-Beutel mit dem Mylar-Film unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx angeordnet. Ferner wurde der Mylar-Film hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit mit einem Spektrophotometer gemessen.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 5 gezeigt. In einem Diagramm der 5 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar. Ferner sind die Messergebnisse einer Lichtdurchlässigkeit in 6 gezeigt. In einem Diagramm der 6 stellt die horizontale Achse die Lichtwellenlänge und die vertikale Achse die Lichtdurchlässigkeit dar.
Wie in 5 gezeigt, lag die Verringerung des Messwertes bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung innerhalb von 10%. Ferner wies der in 6 gezeigte Mylar-Film, der in diesem Beispiel verwendet wurde, eine Lichtdurchlässigkeit von weniger als 0,1% bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger auf.
Das heißt, dass das Siliziumsubstrat durch Bedecken des transparenten Polyethylen-Beutels mit hoher UV-Durchlässigkeit mit dem Mylar-Film, der eine geringe UV-Durchlässigkeit aufweist, gegen UV-Strahlung geschützt wird.
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit im gleichen Maße wie im Fall der Lichtabschirmung in Beispiel 1 verringert werden kann, indem die chemische Passivierungsbearbeitung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem das Siliziumsubstrat vor UV-Strahlung geschützt und anschließend die Messung der Rekombinationslebensdauer durchgeführt wird.
(Vergleichsbeispiel 1)
Es wurde ein aus dem gleichen Silizium-Einkristall-Ingot wie in Beispiel 1 hergestelltes Siliziumsubstrat gebildet.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einem Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Danach wurde das Siliziumsubstrat unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx einer chemischen Passivierungsbearbeitung unter Verwendung einer Iod-Ethanol-Lösung unterzogen. In diesem Fall wurde die chemische Passivierungsbearbeitung durch Aufbewahren des Siliziumsubstrats in dem gleichen transparenten Polyethylen-Beutel mit einer hohen UV-Durchlässigkeit wie in Beispiel 1 und Einbringen einer Iod-Ethanol-Lösung in den transparenten Polyethylen-Beutel durchgeführt. Dann wurde eine Rekombinationslebensdauer mittels μ-PCD-Verfahren in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Die Messbedingung der Rekombinationslebensdauer ist gleich der in Beispiel 1. Um eine Änderung des Messwertes der Rekombinationslebensdauer mit der Zeit zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während der wiederholten Durchführung der Messung wurde der transparente Polyethylen-Beutel unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx angeordnet.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 7 gezeigt. In einem Diagramm der 7 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar.
Wie in 7 gezeigt, lag eine Verringerung des Messwertes bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung bei etwa 25%, woraus ersichtlich ist, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit größer als im Fall der Beispiele 1 bis 3 ist. Der in diesem Vergleichsbeispiel verwendete transparente Polyethylen-Beutel wies eine in 2 gezeigte Lichtdurchlässigkeit und eine Lichtdurchlässigkeit von mehreren zehn% bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger auf.
(Vergleichsbeispiel 2)
Es wurde ein aus dem gleichen Silizium-Einkristall-Ingot wie in Beispiel 1 hergestelltes Siliziumsubstrat gebildet.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einem Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Danach wurde das Siliziumsubstrat unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx einer chemischen Passivierungsbearbeitung durch die Verwendung einer Iod-Ethanol-Lösung unterzogen. In diesem Fall wurde die chemische Passivierungsbearbeitung durch Aufbewahren des Siliziumsubstrats in einem transparenten Polyethylenterephthalat-Beutel (PET, Dicke ca. 0,03 mm) mit einer hohen UV-Durchlässigkeit und Injizieren einer Iod-Ethanol-Lösung in den Polyethylenterephthalat-Beutel durchgeführt. Dann wurde eine Rekombinationslebensdauer mittels μ-PCD-Verfahren in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Um eine Änderung des Messwertes der Rekombinationslebensdauer mit der Zeit zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während der wiederholten Messung wurde der Polyethylenterephthalat-Beutel unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx angeordnet. Ferner wurde der transparente PET-Beutel hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit mit einem Spektrophotometer gemessen.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 8 gezeigt. In einem Diagramm der 8 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar. Ferner sind die Messergebnisse einer Lichtdurchlässigkeit in 9 gezeigt ist. In einem Diagramm der 9 stellt die horizontale Achse die Lichtwellenlänge und die vertikale Achse die Lichtdurchlässigkeit dar.
Wie in 8 gezeigt, betrug eine Verringerung des Messwertes bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung etwa 50% oder mehr, und somit ist ersichtlich, dass eine Änderung des Messwerts mit der Zeit größer ist als im Fall der Beispiele 1 bis 3. Ferner wies der in 9 gezeigte transparente PET-Beutel, der in diesem Vergleichsbeispiel verwendet wurde, eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 70% bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger auf, die somit höher als die von Vergleichsbeispiel 1 ist. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass, wenn die Lichtdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger groß wird, eine Änderung des Messwertes mit der Zeit zunimmt.
(Beispiel 4)
Ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einem P-Leitfähigkeitstyp, einem spezifischen Widerstand von etwa 60 Ω·cm und einer Sauerstoffkonzentration von ungefähr 10 ppma (JEITA) wurde mittels Czochralski-Verfahren gezüchtet. Der Durchmesser des Silizium-Einkristall-Ingots beträgt 200 mm und dessen Kristallachsenorientierung <100>. Dann wurde mittels Wafer-Standardherstellungsverfahren ein hochglanzpoliertes Siliziumsubstrat aus dem Silizium-Einkristall-Ingot hergestellt.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einem Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Danach wurde das Siliziumsubstrat in dem gleichen Polyethylen-Beutel, der die UV-Strahlung verringert, wie in Beispiel 2 gezeigt, aufbewahrt und eine Iod-Ethanol-Lösung in den Polyethylen-Beutel, der die UV-Strahlung verringert, injiziert. Somit wurde das Siliziumsubstrat der chemischen Passivierungsbearbeitung unterzogen. Dann wurde eine Rekombinationslebensdauer mittels μ-PCD-Verfahren in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Die Messbedingung der Rekombinationslebensdauer ist gleich wie die in Beispiel 1. Um eine Änderung des Messwertes der Rekombinationslebensdauer mit der Zeit zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während der Durchführung der chemischen Passivierung und der wiederholten Messung, wurde der Polyethylen-Beutel mit verminderter UV-Strahlung unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx angeordnet.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 10 gezeigt. In einem Diagramm der 10 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar. Der Absolutwert des Anfangsmessungswertes beträgt in etwa 4.200 μs, der auch auf das Vergleichsbeispiel 3, das nachstehend beschrieben wird, verwendet wurde.
Wie in 10 gezeigt, verringert sich der Messwert selbst bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung kaum. Es wird angenommen, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit aufgrund des hohen spezifischen Widerstands des Siliziumsubstrats kleiner als in Beispiel 2 ist. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit verglichen mit dem im Nachfolgenden beschriebenen Vergleichsbeispiel 3 verringert werden kann, indem das Siliziumsubstrat in dem Polyethylen-Beutel aus dem Material mit verringerter UV-Strahlung aufbewahrt und die chemische Passivierungsbearbeitung durchgeführt wird, und anschließend die Messung der Rekombinationslebensdauer ausgeführt wird.
(Vergleichsbeispiel 3)
Es wurde ein aus dem gleichen Silizium-Einkristall-Ingot wie in Beispiel 4 hergestelltes Siliziumsubstrat gebildet.
Als nächstes wurde ein natürlicher Oxidationsfilm auf dem hergestellten Siliziumsubstrat mit einer Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Danach wurde das Siliziumsubstrat unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx einer chemischen Passivierungsbearbeitung unter Verwendung einer Iod-Ethanol-Lösung unterzogen. In diesem Fall wurde die chemische Passivierung durch Aufbewahren des Siliziumsubstrats in dem gleichen transparenten Polyethylen-Beutel mit einer hohen UV-Durchlässigkeit wie in Beispiel 1 und Einbringen einer Iod-Ethanol-Lösung in den transparenten Polyethylen-Beutel durchgeführt. Dann wurde eine Rekombinationslebensdauer mittels μ-PCD-Verfahren in einer lichtgeschützten Vorrichtung gemessen. Die Messbedingung der Rekombinationslebensdauer ist gleich der von Beispiel 1. Um eine Änderung im Messwert der Rekombinationslebensdauer mit der Zeit zu überprüfen, wurde die Messung in beliebigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Während die Messung wiederholt durchgeführt wurde, wurde der transparente Polyethylen-Beutel unter einer Fluoreszenzlampe von etwa 400 lx angeordnet.
Die Messergebnisse der Rekombinationslebensdauer sind in 11 gezeigt. In einem Diagramm der 11 stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach der chemischen Passivierungsbearbeitung dar, und die vertikale Achse stellt einen Relativwert eines Messwertes in dem Fall, in dem ein Rekombinationslebensdauer-Anfangsmesswert von 1 angenommen wird, dar.
Wie in 11 gezeigt, beträgt eine Verringerung des Messwertes bei einer verstrichenen Zeit von 60 Minuten nach der chemischen Passivierungsbearbeitung etwa 10%, und daher sollte verstanden werden, dass eine Änderung des Messwertes mit der Zeit größer als im Fall von Beispiel 4 ist. Der in diesem Vergleichsbeispiel verwendete transparente Polyethylen-Beutel weist eine Lichtdurchlässigkeit wie in 2 und eine Lichtdurchlässigkeit von mehreren zehn% bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm oder weniger auf.
Aus den oben erwähnten Ergebnissen der Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurde festgestellt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung eine zeitliche Änderung im Messwert der Rekombinationslebensdauer nach der chemischen Passivierung reduziert und die Rekombinationslebensdauer mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform dient nur der Erklärung, und jede andere Ausführungsform mit einem Aufbau, der im Wesentlichen dem in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzept entspricht und ähnliche Wirkungen und Effekte erzielt, liegt im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.

Claims

Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats, nachdem eine Oberfläche des Siliziumsubstrats einer chemischen Passivierungsbearbeitung unterworfen wurde; und Durchführen einer UV-Schutzbearbeitung, um wenigstens das Siliziumsubstrat für die Dauer der chemischen Passivierungsbearbeitung bis zu dem Zeitpunkt der Beendigung der Messung der Rekombinationslebensdauer vor UV-Strahlen zu schützen.
Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats nach Anspruch 1, wobei die UV-Schutzbearbeitung durch Ausführen der chemischen Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in einer lichtgeschützten Umgebung durchgeführt wird.
Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats nach Anspruch 1, wobei die UV-Schutzbearbeitung durch Ausführen der chemischen Passivierungsbearbeitung zur Messung der Rekombinationslebensdauer in einer Umgebung durchgeführt wird, in der die UV-Strahlung verringert ist.
Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die chemische Passivierungsbearbeitung durch Anordnen des Siliziumsubstrats in einem Beutel oder einem Behälter aus einem Kunstharzmaterial das die UV-Strahlung verringert, durchgeführt wird, um das Siliziumsubstrat in eine Lösung für die chemische Passivierung einzutauchen, um somit die Rekombinationslebensdauer zu messen.
Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die chemische Passivierung durch die Verwendung einer alkoholischen Jodlösung durchgeführt wird.
Verfahren zur Messung einer Rekombinationslebensdauer eines Siliziumsubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rekombinationslebensdauer mittels Mikrowellen-Photoleitfähigkeitszerfall-Verfahren gemessen wird.