JP2002280431A - nタイプウェーハの少数キャリア拡散長測定法 - Google Patents

nタイプウェーハの少数キャリア拡散長測定法

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JP2002280431A
JP2002280431A JP2001074845A JP2001074845A JP2002280431A JP 2002280431 A JP2002280431 A JP 2002280431A JP 2001074845 A JP2001074845 A JP 2001074845A JP 2001074845 A JP2001074845 A JP 2001074845A JP 2002280431 A JP2002280431 A JP 2002280431A
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silicon wafer
wafer
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light
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Yukio Nagahata
幸雄 永畑
Ryuji Takeda
隆二 竹田
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Coorstek KK
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Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、簡便で精度の高い少数キャリアの
拡散長を測定する方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 抵抗率が0.1〜50Ωcmのnタイプ
シリコンウェーハを、0.001〜10ppmのAl塩
を添加した弱酸化性水溶液に、30秒〜20分間浸漬し
た後、図1の装置を用いてSPV法を用いて光電圧を測
定することを特徴とするnタイプウェーハの少数キャリ
ア拡散長測定法であり、特に上記Al塩を添加した弱酸
化性水溶液が、Al(NOを添加したSC−1溶
液である場合に最も望ましい結果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、nタイプウェーハ
の少数キャリア拡散長を、SPV法を用いて測定する方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコンウェハの少数キャリア拡
散長を測定する方法として、SPV法が知られている。
この方法は、シリコンウェハ表面へ光を照射することに
よって、シリコンウェハ内部に生成した過剰少数キャリ
アが、ウェハ表層部に存在する空乏層の電界によりウェ
ハ表面に移動し、その結果発生する表面光電圧(Sur
face Photovoltage:SPV)を測定
するものである。実際の測定においては、数波長の光を
別個にシリコンウェハ表面に照射し、それぞれの波長に
ついて、SPV値を測定する。そして、照射した光の浸
透深さと発生したSPVの値との関係から、少数キャリ
ア拡散長を求めるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
SPV法によって、少数キャリア拡散長を測定するに
は、シリコンウェハ表面に空乏層ができている必要があ
る。通常は、この条件を満足していれば他に特別な表面
処理は必要ないが、サンプルのシリコンウェハによって
はSPV信号が小さく、測定ができない場合がある。こ
の場合、そのサンプルがnタイプシリコンウェハであれ
ば、サンプルのシリコンウェハをH溶液中で煮沸
処理したり,SC−1(過酸化水素とアンモニアを純水
に溶解した水溶液)で洗浄を行うことによって、測定が
可能になるとされている。しかし、実際にH溶液
中での煮沸やSC−1洗浄を行っても、空乏層の電界が
小さい場合や低抵抗のウェハの場合には、十分な測定が
不可能である。
【0004】また、他の表面処理方法として、サンプル
のシリコンウェハ表面に7nm以上の酸化膜を形成した
後、マイナスのコロナチャージを帯電させる方法もあ
る。しかし、この方法によれば、シリコンウェハ表面へ
の酸化処理が必要なため、手間がかかる上、酸化時にウ
ェハが汚染を受ける可能性もある。しかもコロナチャー
ジを帯電させるための装置も必要である。本発明は、上
記従来公知の測定方法における上記の問題点を改善し、
簡便で精度の高い少数キャリアの拡散長を測定する方法
を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、抵抗率が0.
1〜50Ωcmのnタイプシリコンウェーハを、0.0
01〜10ppmのAl塩を添加した弱酸化性水溶液
に、30秒〜20分間浸漬した後、SPV法を用いて光
電圧を測定することを特徴とするnタイプウェーハの少
数キャリア拡散長測定法である。
【0006】上記Al塩を添加した弱酸化性水溶液とし
ては、Al(NOを添加したSC−1溶液である
ことが望ましい。
【0007】次に、本発明の測定方法の原理を説明す
る。シリコンウェハを弱酸化性水溶液に浸漬すると、シ
リコンウェハ表面に自然酸化膜が形成される。そして、
生成した自然酸化膜は、弱酸化性水溶液中に存在する不
純物が取り込まれるが、添加したAl塩からのAl元素
が存在するため、マイナスの電荷を有することになり、
ウェハの表層部に大きな空乏層ができる。すなわち、本
発明の場合、処理液中にAlイオンが存在することか
ら、Al金属元素が、シリコンウェハ表面酸化膜に取り
込まれ、AlSiOの形で存在しマイナスの電荷として
働くことになって、大きな空乏層が形成されることにな
る。
【0008】そして、本発明によってシリコンウェハ表
面を弱酸化性水溶液処理した場合と、この処理を施さな
い場合とを比較した表面空乏層の形成を模式的に示す図
2に見られるように、この空乏層の影響により、シリコ
ンウェハ表面に光が照射されると過剰少数キャリアが発
生し、この過剰少数キャリアがウェハ表面へ有効に移動
されることになり、SPV信号強度が増幅されることに
なる。
【0009】その結果、各波長の光の浸透深さに対して
の各波長で発生するSPV値との関係を示す図3から明
らかなように、各波長の光を照射した時に発生するSP
V値を測定する際のS/N比が向上し、SPVプロット
の直線性が良好になるため、安定した拡散長を測定する
ことが可能となる。
【0010】シリコンウェハがnタイプの場合には、こ
の自然酸化膜の直下に形成される空乏層に特定波長の光
を照射すると、その波長の光の浸透深さ領域に存在する
金属不純物元素の量に比例した光電圧が発生する。そこ
で、この光電圧を測定することによって、特定の深さの
領域に存在する不純物元素の濃度を算出することができ
る。
【0011】上記、本発明においては、弱酸化性水溶液
としては、例えば前述の過酸化水素、アンモニアの純水
溶液であるSC−1を用いることができる。ここでSC
−1を用いたのは、以下の理由による。すなわち、ウェ
ハ面内均一に、SC−1洗浄に添加した金属原子を含ん
だケミカル酸化膜を形成できるためである。また、サン
プルとなるシリコンウェハにおいて、抵抗率として0.
1〜50Ωcmのものが最も好ましい。本発明におい
て、この抵抗率の範囲のものを選択するのは、抵抗率が
上記範囲を上回った場合には、空乏層幅が、最も波長が
短い光の侵入深さよりも大きくなり、SPVプロットの
直線性が損なわれる問題が発生して測定が困難となり、
逆に上記範囲を下回った場合、空乏層の電界が小さく、
SPVが発生しなくなり測定が困難となるからである。
【0012】また、サンプルとなるシリコンウェハとし
ては、酸素濃度として0.5〜2.0×1018/cc
のものを用いることが好ましい。
【0013】また、弱酸化性水溶液に添加するAl塩と
しては、例えばAl(NOを用いることができ
る。本発明においては特にAl(NOが選択した
のは、この物質が、原子吸光分析用の標準用液として販
売されており、不純物が少ないものだからであり、この
ような特徴を有する物質であれば、上記物質に置き換え
て使用することもできる。この例としては、AlCl
等があげられる。また、弱酸化性水溶液へのAl塩の添
加量としては、0.001〜10ppmの範囲が望まし
く、添加量が上記範囲を上回った場合、SPV値が大き
くなりすぎてしまうため、得られる拡散長の値が、本来
よりも高い値となってしまう問題が発生して好ましくな
く、一方、下回った場合は、空乏層を増加させる効果が
小さく、測定誤差が大きくなる問題が発生して好ましく
ない。
【0014】さらに、サンプルであるシリコンウェハの
弱酸化性水溶液への浸漬時間としては、30秒から20
分間の範囲が好ましい。浸漬時間がこの範囲より短い
と、Al原子を含んだケミカル酸化膜が十分に形成され
ない問題があり好ましくない。逆に上記範囲より長い
と、処理時間が長くなるだけで得られる効果は変わらな
く、これも好ましくない。シリコンウェハを浸漬する弱
酸化性水溶液の温度は、室温で用いられるが、沸騰ない
し氷結しない温度の範囲であれば使用可能である。
【0015】本発明では、上記の方法によって得られた
光電圧測定値から、次の手順によって拡散長を求めるこ
とができる。SPV値(ΔV)と照射光の侵入深さ(α
−1)には、次の関係がある。 Φeff/ΔV=A(S+D/L)(1+α−1*1/
L) 拡散長の測定時、ΦeffおよびA(S+D/L)の部
分は一定と考えてよいので、各波長の侵入深さ(α−
1)に対して、Φeff/ΔVをプロットすると、Φe
ff/ΔV=0となるα−1の値が拡散長Lとなる。
【0016】なお、本発明では、表面処理に添加元素と
してAlを用いるため、表面処理によってウェハを汚染
し、拡散長値を変えてしまう可能性が考えられる。しか
し、室温でのSi中のAlの拡散速度は非常に遅いた
め、ウェハ内部に拡散する可能性は極めて低い。従っ
て、本発明による拡散長値を算出するにあたってAl元
素の存在を考慮する必要は無い。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の測定
方法において用いられる光電圧測定装置について説明す
る。図1が、本発明で用いることのできる光電圧測定装
置である。図において、表面に弱酸化性水溶液処理によ
って自然酸化膜2が生成したシリコンウェハ1を、金属
電極からなる試料台4上に載せ、シリコンウェハ1の上
方には適当な間隔を置いて、ガラス板5aの表裏に透明
電極5b、5cを形成してなる透明な測定電極5を対向
配置させ、測定電極5の上方からウェハ1の表面に光ビ
ームを断続的に照射させるようになっている。そしてこ
の装置においては照射する光の波長は自在に変更可能と
なっている。この装置においては、測定電極5とウェハ
1との間に容量が形成されており、光ビームがウェハに
照射されると、透明電極5bと金属電極4との間に、基
板表面の空乏層の広がりに応じた光電圧が発生するの
で、これを電圧測定器6で測定することによって、SP
V値を測定することができる。
【0018】この装置を用いてサンプルであるシリコン
ウェハを測定する最も好ましい方法は以下の通りであ
る。まず、サンプルとなるシリコンウェハを、Al(N
を0.001〜10ppmの範囲で添加した
弱酸化性水溶液であるSC−1中に浸漬する。この際の
弱酸化性水溶液の温度を65℃とし、10分間、弱酸化
性溶液に浸漬したシリコンウェハを取り出し、室温にて
乾燥した後、図1に見られる測定装置にセットする。装
置の上方から、ハロゲンランプの光源を用い光度101
2〜1014フォトン/cm2・secで、波長0.8
μmの光をパルス状に照射した後、電圧計6で光電圧を
測定する。次いで、光の波長を1μmに変更して、同様
に光電圧を測定する。以下同様にして、所要の波長の光
を用いて光電圧を測定する。
【0019】
【実施例】抵抗率1.7Ωcm、酸素濃度14×10
17atoms/ccのnタイプCZ−Si(100)
ウェハに対して強制的にFe汚染を施した。このサンプ
ルシリコンウェハを、1ppmのAl(NOを添
加した温度65℃のSC−1溶液に600秒間浸漬し、
シリコンウェハ表面に1.5nmの自然酸化膜を形成し
た。このサンプルであるシリコンウェハを図1に示す測
定装置にセットし、波長0.8μmの光を照射したとこ
ろ、4mVの光電圧が観測された。また、波長を1μm
に変更して同様に測定したところ、1mVの光電圧が観
測された。
【0020】上記の実施例の結果を基に、強制汚染した
シリコンウェハ中のFe元素の濃度と少数キャリア拡散
長との関係を図3に示す。また、図4には、表面処理な
しで測定できなかったウェハについて測定した少数キャ
リア拡散長を示している。図3より、Fe濃度の増加と
ともに小数キャリア拡散長が低下していることがわか
る。また、図4から、強制Fe汚染を行っていないウェ
ハについては、本発明による方法と、本発明による方法
を用いないで測定した小数キャリア拡散長が、ほぼ同じ
値を示していることがわかる。これにより、ウェハの金
属汚染量の大小に関わらず、本発明による方法を用いる
ことにより、正しい少数キャリア拡散長の測定が可能で
あることを確認できた。
【0021】
【発明の効果】従来、nタイプウェハの表面処理は、不
十分な効果しか得られないもの、または、酸化処理が必
要なもののみであったが、本発明を用いることにより、
nタイプウェハについて、簡便に、少数キャリア拡散長
の測定を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の測定方法において用いることのでき
る光電圧測定装置の概略図。
【図2】 シリコンウェハ表面のアルミニウム処理によ
って生ずる空乏層拡大効果を説明するための図。
【図3】 本発明のアルミニウム処理によるSPV値プ
ロット直線性を示す図。
【図4】 シリコンウェハ中のFe濃度と小数キャリア
拡散長の関係を示す図。
【図5】 アルミニウム処理の有無による拡散長測定値
の比較を示す図。
【符号の説明】
1・・・シリコンウェハ 2・・・自然酸化膜 3・・・空乏層 4・・・金属電極 5a・・・ガラス板 5b、5c・・・透明電極 6・・・電圧計

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】抵抗率が0.1〜50Ωcmのnタイプシ
    リコンウェーハを、0.001〜10ppmのAl塩を
    添加した弱酸化性水溶液に、30秒〜20分間浸漬した
    後、SPV法を用いて光電圧を測定することを特徴とす
    るnタイプウェーハの少数キャリア拡散長測定法
  2. 【請求項2】上記Al塩を添加した弱酸化性水溶液が、
    Al(NOを添加したSC−1溶液であることを
    特徴とする請求項1に記載のnタイプウェーハの少数キ
    ャリア拡散長測定法
JP2001074845A 2001-03-15 2001-03-15 nタイプウェーハの少数キャリア拡散長測定法 Withdrawn JP2002280431A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005217131A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Kyocera Corp 太陽電池およびこれを用いた太陽電池モジュール
JP2011238656A (ja) * 2010-05-06 2011-11-24 Shin Etsu Handotai Co Ltd 金属汚染評価用シリコンウエーハ及び金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法
JP2013051330A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Covalent Silicon Co Ltd n型シリコンウェハの少数キャリア拡散長測定の前処理方法

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