JP2015211114A - Semiconductor substrate manufacturing method - Google Patents

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Takashi Okimoto
聖 沖本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a semiconductor substrate manufacturing method which enables manufacturing of a semiconductor substrate with high yield.SOLUTION: A semiconductor substrate manufacturing method comprises: a step of diffusing phosphorous in a semiconductor substrate with a surface layer composed of silicon; a step (S101) of perform wet etching by a hydrofluoric acid-containing solution; a step (S103) of forming an oxide film by a wet oxidation treatment of the semiconductor substrate; a step (S104) of removing the oxide film by a hydrofluoric acid-containing solution; a step (S105) of performing rinse treatment on a surface of the semiconductor substrate; and a step (S106) of drying and dehydrating the surface of the semiconductor substrate after the step of the rinse treatment.

Description

本発明は、半導体基板の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate.

シリコン基板を用いた半導体デバイス、例えば太陽電池セルの製造工程において、pn接合を形成するための熱拡散工程がある。例えば、p型シリコン基板にリン拡散を行う場合には以下の方法がとられる。オキシ塩化リン(POCl3)蒸気の存在下で加熱してp型シリコン基板の表面にリンガラスを成膜し、このp型シリコン基板を熱酸化炉に投入し、リンガラスからリンをシリコン内へ熱拡散させることでp型シリコン基板表面にn型シリコン層となるリン拡散層を形成する。その際、リン拡散層の表面にはガラスを主成分とするリンガラスが成膜されており、リンガラスが残留しているとセル変換効率を低下させてしまうため、リンガラスを除去するための洗浄工程が必要となる。 There is a thermal diffusion process for forming a pn junction in a manufacturing process of a semiconductor device using a silicon substrate, for example, a solar battery cell. For example, when phosphorus diffusion is performed on a p-type silicon substrate, the following method is used. A phosphorus glass film is formed on the surface of a p-type silicon substrate by heating in the presence of phosphorous oxychloride (POCl 3 ) vapor, and this p-type silicon substrate is put into a thermal oxidation furnace, and phosphorus from the phosphorus glass into silicon A phosphorus diffusion layer that becomes an n-type silicon layer is formed on the surface of the p-type silicon substrate by thermal diffusion. At that time, phosphorous glass containing glass as a main component is formed on the surface of the phosphorous diffusion layer, and if phosphorous glass remains, cell conversion efficiency is lowered, so that phosphorous glass is removed. A cleaning process is required.

一般的に行われるリンガラスを除去するための洗浄工程は、初めに、フッ酸(HF)や混酸(HF/HNO3/H2SO4)等HFを含む溶液を用いたウェットエッチング処理によるリンガラスの除去、純水によるリンス処理、シリコン基板の水切り・乾燥処理から成る。特に太陽電池セルにおける水切り・乾燥処理は、タクト短縮・コスト削減のためスピン乾燥やIPA乾燥ではなく、上下左右方向からセルに向けて高温のエアーブロー(50℃〜200℃程度)を行う場合がある。 In general, a cleaning process for removing phosphorus glass is performed by first performing phosphorus by wet etching using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or mixed acid (HF / HNO 3 / H 2 SO 4 ). It consists of removing glass, rinsing with pure water, and draining and drying the silicon substrate. In particular, draining / drying processing in solar cells may be performed by high-temperature air blow (about 50 ° C. to 200 ° C.) from the top, bottom, left, and right directions to the cell instead of spin drying or IPA drying to reduce tact and cost is there.

このような水切り・乾燥処理では、水残りが生じ易く、水残りが発生した部分にウォーターマークが発生し易いという問題があった。ウォーターマークが発生すると、シリコン基板表面が白濁し外観不良となり歩留まり低下を招いたり、続いて行なわれる成膜工程で膜剥がれや膜質悪化などを起こす恐れがある。   In such draining / drying treatment, there is a problem that water remains easily, and a watermark is easily generated in a portion where the water remains. When the watermark is generated, the surface of the silicon substrate may become cloudy and the appearance may be deteriorated, resulting in a decrease in yield, or film peeling or film quality deterioration may be caused in a subsequent film forming process.

これらの問題を解決するために、例えば特許文献1では一般的な洗浄工程の後に、再度HFを含む溶液でウェットエッチング処理を実施する技術が開示されている。   In order to solve these problems, for example, Patent Document 1 discloses a technique of performing a wet etching process again with a solution containing HF after a general cleaning process.

特開平5-29292号公報JP-A-5-29292

しかしながら、上記従来の洗浄方法では、水切り・乾燥処理を行った際にウォーターマークが発生する場合があった。また、特許文献1の中では、そのウォーターマークは再度2回目のHF処理を実施することで除去が可能であるとされているが、水切り・乾燥処理で発生したウォーターマークは、2回目のHFを含む溶液によるウェットエッチングでは必ずしも除去出来ないことが分かった。また、2回目のHFを含む溶液でウェットエッチング処理を実施した後に、水切り・乾燥処理が必要であり、その際に新たにウォーターマークが発生する場合があり、歩留まりを低下させていた。   However, in the conventional cleaning method, a watermark may be generated when draining / drying is performed. Further, in Patent Document 1, it is said that the watermark can be removed by performing the second HF process again, but the watermark generated by the draining / drying process is the second HF. It turned out that it cannot necessarily remove by the wet etching by the solution containing this. Moreover, after performing the wet etching process with the solution containing HF for the second time, a draining / drying process is required, and a new watermark may be generated at that time, resulting in a decrease in yield.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体デバイスの品質向上、半導体基板を歩留まり良く作製することができる半導体基板の洗浄方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor substrate cleaning method capable of improving the quality of a semiconductor device and producing a semiconductor substrate with a high yield.

上述した課題を解決し、目的を達成するために本発明にかかる半導体基板の製造方法は、フッ酸を含む溶液によるウェットエッチング処理によりリンガラスを除去した後、ウェット酸化処理を実施し、フッ酸を含む溶液によるウェットエッチング処理で酸化膜を除去することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention includes removing phosphorous glass by a wet etching process using a solution containing hydrofluoric acid, then performing a wet oxidation process, The oxide film is removed by wet etching with a solution containing.

本発明によれば、リンガラス除去処理後にウェット酸化処理を実施し、その酸化膜を除去することでウォーターマークの発生を防ぐことができ、半導体デバイスの品質向上、外観不良による歩留まりの低下を防ぐことができるという効果を奏する。   According to the present invention, a wet oxidation process is performed after the phosphorus glass removal process, and the oxide film is removed to prevent the generation of watermarks, thereby preventing an improvement in quality of semiconductor devices and a decrease in yield due to poor appearance. There is an effect that can be.

図1は、実施の形態1にかかる半導体基板の製造方法におけるリンガラス除去工程を説明するためのフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart for explaining a phosphorus glass removing step in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the first embodiment. 図2(a)〜(d)は、実施の形態1にかかる半導体基板の製造工程を説明するための工程断面図である。2A to 2D are process cross-sectional views for explaining a semiconductor substrate manufacturing process according to the first embodiment. 図3は、実施の形態1にかかる半導体基板の製造工程で得られた半導体基板表面の電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is an electron micrograph of the surface of the semiconductor substrate obtained in the manufacturing process of the semiconductor substrate according to the first embodiment. 図4は、実施の形態3にかかる半導体基板の製造方法におけるリンガラス除去工程を説明するためのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for explaining a phosphorus glass removing step in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the third embodiment. 図5は、実施の形態3にかかる半導体基板の製造工程を説明するための工程断面図である。FIG. 5 is a process sectional view for explaining the process for manufacturing the semiconductor substrate according to the third embodiment. 図6(a)〜(b)は、実施の形態3にかかる半導体基板の製造工程を説明するための工程断面図である。6A to 6B are process cross-sectional views for explaining a semiconductor substrate manufacturing process according to the third embodiment. 図7は、比較例の半導体基板の製造方法におけるリンガラス除去工程を説明するためのフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart for explaining the phosphorus glass removing step in the method of manufacturing the semiconductor substrate of the comparative example. 図8(a)〜(d)は、比較例の半導体基板の製造工程を説明するための工程断面図である。8A to 8D are process cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor substrate of a comparative example. 図9(a)および(b)は、半導体基板の製造工程を説明するための半導体基板表面の電子顕微鏡写真である。FIGS. 9A and 9B are electron micrographs of the surface of the semiconductor substrate for explaining the manufacturing process of the semiconductor substrate.

以下に、本発明にかかる半導体基板の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。   Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.

実施の形態1.
本発明の半導体基板の製造方法の一例として、図1に、実施の形態1にかかる半導体基板の製造方法におけるリンガラス除去工程を説明するためのフローチャート、図2(a)〜(d)に工程断面図を示す。本実施の形態では半導体基板としてシリコン基板1を用いる。本実施の形態の半導体基板の製造方法は、半導体基板として例えばp型単結晶シリコン基板などのシリコン基板1にリン拡散層2を形成するための熱拡散処理後に実施するシリコン基板1の表面に形成されたリンガラス3の除去工程に関するものである。リン拡散層2の形成方法としては、シリコン基板1を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl3)や水素化リン(PH3)の存在下で加熱して熱拡散させることで、シリコン基板1の表層にリン拡散層2を形成する熱拡散処理あるいは、CVD法によりシリコン基板1の表面にリンガラス3を形成し、熱拡散させることでリン拡散層2を形成する熱拡散処理などがある。これらの方法のいずれにおいても熱拡散処理後の表面にはリンガラス3が形成され、このリンガラス3を除去する工程が必要となり、ウェットエッチング処理が実施される。
Embodiment 1 FIG.
As an example of the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, FIG. 1 is a flowchart for explaining a phosphorus glass removing step in the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first embodiment, and steps shown in FIGS. A cross-sectional view is shown. In the present embodiment, a silicon substrate 1 is used as a semiconductor substrate. The semiconductor substrate manufacturing method according to the present embodiment is formed on the surface of a silicon substrate 1 that is implemented after a thermal diffusion process for forming a phosphorus diffusion layer 2 on a silicon substrate 1 such as a p-type single crystal silicon substrate as a semiconductor substrate. This relates to the removal process of the phosphorous glass 3. As a method for forming the phosphorus diffusion layer 2, the silicon substrate 1 is put into a thermal oxidation furnace and heated in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) or phosphorus hydride (PH 3 ) to thermally diffuse the silicon. A thermal diffusion process for forming the phosphorus diffusion layer 2 on the surface layer of the substrate 1 or a thermal diffusion process for forming the phosphorus diffusion layer 2 by forming a phosphorus glass 3 on the surface of the silicon substrate 1 by CVD and thermally diffusing it. is there. In any of these methods, phosphorous glass 3 is formed on the surface after the thermal diffusion treatment, and a step of removing the phosphorous glass 3 is required, and wet etching treatment is performed.

本実施の形態の半導体基板の製造方法は、図1に示すように、このウェットエッチング処理(S101)後、水切り・乾燥(S106)に先立ち、ウェット酸化(S103)および、ウェットエッチング処理(S104)を実施するものである。ウェット酸化処理(S103)工程および酸化膜除去のためのウェットエッチング(S104)工程を追加することで、ウェットエッチング処理(S101)により、半導体基板表面に偏析したリンシリサイドを除去し、半導体基板表面の表面荒れに起因するウォーターマークを除去する。また、本実施の形態におけるウェット酸化処理とは、オゾン酸化水、過酸化水素水、または、60〜100℃純水に浸漬することで酸化膜を形成することをいうものとする。なお、ウェットエッチング処理(S101)および酸化膜除去のためのウェットエッチング(S104)には、純水を用いたリンス処理(S102),(S105)が実施される。   As shown in FIG. 1, the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present embodiment includes, after this wet etching process (S101), prior to draining and drying (S106), wet oxidation (S103) and wet etching process (S104). Is to implement. By adding a wet oxidation process (S103) process and a wet etching process (S104) process for removing the oxide film, the phosphorous silicide segregated on the semiconductor substrate surface is removed by the wet etching process (S101). Remove watermarks caused by surface roughness. In addition, the wet oxidation treatment in this embodiment means that an oxide film is formed by being immersed in ozone-oxidized water, hydrogen peroxide water, or pure water at 60 to 100 ° C. In the wet etching process (S101) and the wet etching (S104) for removing the oxide film, rinsing processes (S102) and (S105) using pure water are performed.

本実施の形態にかかる半導体基板の製造方法を詳細に説明するに先立ち、比較例として通例の製造方法について説明する。図7は、比較例のリンガラス除去工程のフローチャートである。図8は、各処理を実施した時の基板表面の状態を断面図で示す。まず初めに、リンガラス除去工程スタート時は、図8(a)に示すように、シリコン基板1上にはリンガラス3が形成されており、シリコン基板1内の表面部分にはリン拡散層2が形成されている。これに対し、図8(b)に示すようにフッ酸(HF)や混酸(HF/HNO3/H2SO4)等、HFを含む溶液を用いウェットエッチング処理を実施し(S001)、図8(b)に示すようにリンガラス3を除去する。次に、純水によるリンス処理を行う(S002)。次に、高温エアーをシリコン基板1へブローする(タクト短縮・コスト削減のためスピン乾燥やIPA乾燥ではなく、高温のエアー(50℃〜200℃程度)を上下左右方向からセルに向けてブローを行う)ことにより水切り・乾燥処理を行う(S006)。この時、図8(c)に示すようにシリコン基板1上の水残り4が発生した場合、図8(d)に示すように、シリコン基板1上にウォーターマーク5が形成される。 Prior to detailed description of the semiconductor substrate manufacturing method according to the present embodiment, a conventional manufacturing method will be described as a comparative example. FIG. 7 is a flowchart of the phosphorus glass removal process of the comparative example. FIG. 8 is a sectional view showing the state of the substrate surface when each treatment is performed. First, at the start of the phosphorus glass removing step, as shown in FIG. 8A, the phosphorus glass 3 is formed on the silicon substrate 1, and the phosphorus diffusion layer 2 is formed on the surface portion in the silicon substrate 1. Is formed. On the other hand, as shown in FIG. 8B, wet etching is performed using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or mixed acid (HF / HNO 3 / H 2 SO 4 ) (S001). As shown in FIG. 8B, the phosphorus glass 3 is removed. Next, rinsing with pure water is performed (S002). Next, blow high-temperature air to the silicon substrate 1 (not spin drying or IPA drying to reduce tact time and cost, but blow high-temperature air (about 50 ° C to 200 ° C) from the top, bottom, left, and right to the cell. Draining / drying treatment is performed (S006). At this time, when the remaining water 4 on the silicon substrate 1 is generated as shown in FIG. 8C, the watermark 5 is formed on the silicon substrate 1 as shown in FIG. 8D.

ここで、リン拡散層2の最表面のリン濃度が0.5〜2×1021cm-3のシリコン基板10枚に対して、従来のリンガラス除去工程のフローチャートに従い、リンガラス除去を実施した。図7のステップS001のウェットエッチング処理では、HF溶液に浸漬しリンガラス除去を行った。リンガラス除去工程後のウォーターマークの発生枚数は5枚(発生率50%)であった。ここで、図9(a)にウォーターマークの発生が無かったシリコン基板1表面、図9(b)にウォーターマークが発生したシリコン基板1表面の電子顕微鏡写真を示す。ウォーターマークの発生がなかったシリコン基板には表面荒れは無く、ウォーターマーク5が発生したシリコン基板1には数nm程度の表面荒れが観察された。 Here, phosphorus glass removal was performed on 10 silicon substrates having a phosphorus concentration of 0.5 to 2 × 10 21 cm −3 on the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2 in accordance with a flowchart of a conventional phosphorus glass removal process. . In the wet etching process of step S001 in FIG. 7, the phosphorus glass was removed by dipping in an HF solution. The number of watermarks generated after the phosphorus glass removal step was 5 (occurrence rate 50%). Here, FIG. 9A shows an electron micrograph of the surface of the silicon substrate 1 where no watermark was generated, and FIG. 9B shows the surface of the silicon substrate 1 where the watermark was generated. There was no surface roughness on the silicon substrate in which no watermark was generated, and surface roughness on the order of several nanometers was observed on the silicon substrate 1 in which the watermark 5 was generated.

一般的に、HF溶液に浸漬した後のシリコン基板表面には撥水性があり水切れが良いが、表面荒れが発生したシリコン基板は、水切り・乾燥処理時に水切れが悪く、シリコン基板上に水が残り易くなりウォーターマークが発生する原因となっていることが分かった。HF溶液によるウェットエッチング処理でシリコン基板の表面荒れが発生する原因として、リン拡散層2の最表面のリン濃度が1×1021cm-3以上の場合、図6(a)に示すように、リンガラス3とリン拡散層2の界面付近にSiとPの化合物であるリンシリサイド(SiP)6が偏析することが報告されている(phys. stat. sol. (b), 222 (2000), pp. 327−336)。この事実からも、リンシリサイド6はHFに溶解、リン拡散層2はHFにほとんど溶解しないため、図6(b) に示すようにウェットエッチング処理後のシリコン基板に表面荒れが発生したと考えられる。リンシリサイド6の厚さは0.5〜3nm程度とされており、ウェットエッチング処理後のシリコン基板に形成された表面荒れと一致する。また、今回の検討によると、リン拡散層2の最表面のリン濃度が0.5×1021cm-3のシリコン基板上でもウェットエッチング処理後のシリコン基板に表面荒れが発生しており、リン拡散層2の最表面のリン濃度が0.5×1021cm-3以上の場合、リンガラス3とリン拡散層2の界面付近にリンシリサイド6の偏析が発生していると考えられる。 In general, the surface of a silicon substrate immersed in an HF solution has water repellency and good drainage. However, a silicon substrate with a rough surface has poor drainage during draining / drying treatment, and water remains on the silicon substrate. It became easy and it became clear that it was the cause of the generation of the watermark. As a cause of the surface roughness of the silicon substrate caused by the wet etching process using the HF solution, when the phosphorus concentration on the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2 is 1 × 10 21 cm −3 or more, as shown in FIG. It has been reported that phosphorus silicide (SiP) 6 which is a compound of Si and P is segregated near the interface between the phosphorus glass 3 and the phosphorus diffusion layer 2 (phys. Stat. Sol. (B), 222 (2000), pp. 327-336). From this fact, it is considered that the surface roughness occurred on the silicon substrate after the wet etching process as shown in FIG. 6B because the phosphorus silicide 6 was dissolved in HF and the phosphorus diffusion layer 2 was hardly dissolved in HF. . The thickness of the phosphide silicide 6 is about 0.5 to 3 nm, which coincides with the surface roughness formed on the silicon substrate after the wet etching process. Further, according to this study, even on a silicon substrate having a phosphorus concentration of 0.5 × 10 21 cm −3 on the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2, surface roughness occurs in the silicon substrate after the wet etching process. When the phosphorus concentration on the outermost surface of the diffusion layer 2 is 0.5 × 10 21 cm −3 or more, it is considered that segregation of the phosphorus silicide 6 occurs near the interface between the phosphorus glass 3 and the phosphorus diffusion layer 2.

シリコン基板1の表面荒れを抑制するには、ウェットエッチング処理時に、HF溶液のHF濃度を薄くする、またはHF溶液への浸漬時間を短縮しリンシリサイド6のエッチング量を低減させることでも可能である。しかしながら、HF溶液のHF濃度、浸漬時間が足りない場合には、表面荒れが発生していなくてもシリコン基板表面の撥水性が低下し、水切り・乾燥処理時に水切れが悪くなるため、ウォーターマークが発生し易くなる。よって、ウォーターマークの発生を抑制し外観不良による歩留まりの低下を防ぐには、シリコン基板の表面に発生する表面荒れを抑制し、HFを含む溶液によるウェットエッチング処理を一定濃度、一定時間行い、水切り・乾燥処理時の水切れを良くする必要がある。   In order to suppress the surface roughness of the silicon substrate 1, it is possible to reduce the etching amount of the phosphor silicide 6 by reducing the HF concentration of the HF solution or shortening the immersion time in the HF solution during the wet etching process. . However, when the HF concentration of the HF solution and the immersion time are insufficient, the water repellency of the silicon substrate surface is lowered even if the surface is not roughened, and the water breakage becomes worse during the draining / drying process. It tends to occur. Therefore, in order to suppress the generation of watermarks and prevent the yield from being deteriorated due to poor appearance, the surface roughness generated on the surface of the silicon substrate is suppressed, the wet etching process using a solution containing HF is performed at a constant concentration for a predetermined time,・ It is necessary to improve drainage during the drying process.

また、以下に示す本実施の形態1〜3ではリン拡散層の最表面のリン濃度がシリコン基板全面に渡って0.5×1021cm-3以上の場合の例を示すが、例えば太陽電池セルにおいてセレクティブエミッタ構造と呼ばれるシリコン基板の一部だけリン拡散層の最表面のリン濃度が0.5×1021cm-3以上となるような構造に対しても、本実施の形態に示す処理方法が適用可能である。以下、各実施の形態の半導体装置の製造方法について詳細に説明する。 In the following first to third embodiments, an example in which the phosphorous concentration of the outermost surface of the phosphorous diffusion layer is 0.5 × 10 21 cm −3 or more over the entire surface of the silicon substrate will be described. The processing shown in this embodiment is also applied to a structure in which the phosphorus concentration on the outermost surface of the phosphorus diffusion layer is 0.5 × 10 21 cm −3 or more in a part of a silicon substrate called a selective emitter structure in the cell. The method is applicable. Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device of each embodiment will be described in detail.

(実施の形態1)
本実施の形態1にかかる半導体基板の製造方法で、リンガラス除去工程のフローチャートを図1に示す。また、図2(a)〜(d)は、本実施の形態にかかるリンガラス除去工程における各処理を実施した時の基板表面の状態を断面図で示す。まず初めに、リンガラス除去工程スタート時は、図2(a)に示すように、シリコン基板1上にはリンガラス3が形成されており、シリコン基板1内の表面部分にはリン拡散層2が形成されており、リン拡散層2の最表面のリン濃度が0.5×1021cm-3以上の場合、リン拡散層2の最表面にはリンシリサイド6が形成されている。本実施の形態では、フッ酸(HF)や混酸(HF/HNO3/H2SO4))等HFを含む溶液を用いウェットエッチング処理(S101)を実施し、図2(b)に示すようにリンガラス3のみを除去する。次に、純水によるリンス処理を行う(S102)。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a flowchart of a phosphorus glass removing process in the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first embodiment. 2A to 2D are sectional views showing the state of the substrate surface when each treatment in the phosphorus glass removing step according to the present embodiment is performed. First, at the start of the phosphorus glass removing process, as shown in FIG. 2A, the phosphorus glass 3 is formed on the silicon substrate 1, and the phosphorus diffusion layer 2 is formed on the surface portion in the silicon substrate 1. When the phosphorus concentration on the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2 is 0.5 × 10 21 cm −3 or more, the phosphorus silicide 6 is formed on the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2. In this embodiment, wet etching (S101) is performed using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or mixed acid (HF / HNO 3 / H 2 SO 4 )), as shown in FIG. Only the phosphorus glass 3 is removed. Next, rinsing with pure water is performed (S102).

次に、ウェット酸化処理(S103)を実施し、図2(c)に示すようにリン拡散層2の表面を酸化し、表面酸化層7を形成する。本実施の形態においてウェット酸化処理とは、オゾン水や過酸化水素水に浸漬する処理である。   Next, wet oxidation treatment (S103) is performed to oxidize the surface of the phosphorous diffusion layer 2 as shown in FIG. In the present embodiment, the wet oxidation process is a process of immersing in ozone water or hydrogen peroxide water.

次に、HFを含む溶液を用い酸化膜除去処理を実施する(S104)。本実施の形態における酸化膜除去処理では、ウェット酸化処理によりリン拡散層2の最表面が酸化されて表面酸化層7となっており、図2(d)に示すようにHFを含む溶液を用いたウェットエッチング処理を行った際にリンシリサイド6と同時に表面酸化層7も除去できるため、シリコン基板の表面荒れを抑制することができる。また、ウェットエッチング処理で除去する表面酸化層7の厚さはリン拡散層2の表面から0.5〜3nmであるのが好ましい。表面酸化層7の厚さが0.5nm以下の場合は、リンシリサイド6が偏析する厚さより薄いために、表面荒れの抑制効果が低下する。一方、表面酸化層7の厚さが3nm以上の場合は、表面荒れは抑制できるが、所望のリン拡散層2の濃度分布が得られなくなってしまう。   Next, an oxide film removal process is performed using a solution containing HF (S104). In the oxide film removal process in the present embodiment, the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2 is oxidized by the wet oxidation process to form the surface oxide layer 7, and a solution containing HF is used as shown in FIG. Since the surface oxide layer 7 can be removed simultaneously with the phosphorous silicide 6 when the wet etching process is performed, the surface roughness of the silicon substrate can be suppressed. The thickness of the surface oxide layer 7 removed by the wet etching process is preferably 0.5 to 3 nm from the surface of the phosphorus diffusion layer 2. In the case where the thickness of the surface oxide layer 7 is 0.5 nm or less, since the thickness of the phosphor silicide 6 is smaller than the segregation thickness, the effect of suppressing the surface roughness is lowered. On the other hand, when the thickness of the surface oxide layer 7 is 3 nm or more, surface roughness can be suppressed, but a desired concentration distribution of the phosphorus diffusion layer 2 cannot be obtained.

次に、純水によるリンス処理(S105)を行った後、水切り・乾燥処理(S106)を行う。この水切り・乾燥処理は高温エアーをシリコン基板1へブローすることにより行う。   Next, after rinsing with pure water (S105), draining and drying (S106) are performed. This draining / drying process is performed by blowing hot air to the silicon substrate 1.

ここで、リン拡散層2の最表面のリン濃度が0.5〜2×1021cm-3の半導体基板10枚に対して、本実施の形態で示すリンガラス除去工程のフローチャートに従い、リンガラス除去を実施した。ウェットエッチング処理(S101)ではHF溶液に浸漬し、リンガラスのみを除去する。HF溶液のHF濃度、浸漬時間はリンガラスのみを除去する条件で、任意に変更することができる。 Here, according to the flowchart of the phosphorus glass removing process shown in the present embodiment, the phosphorus glass is applied to 10 semiconductor substrates having a phosphorus concentration of the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2 of 0.5 to 2 × 10 21 cm −3. Removal was performed. In the wet etching process (S101), the substrate is immersed in an HF solution to remove only the phosphor glass. The HF concentration and immersion time of the HF solution can be arbitrarily changed under the condition that only the phosphor glass is removed.

次に、リンス処理(S102)、ウェット酸化処理(S103)は25℃の過酸化水素水H22:H2O=1:10に5分間浸漬、酸化膜除去処理ではHF溶液に浸漬し、酸化膜を除去、シリコン基板表面が撥水性となるまで処理を実施する。HF溶液のHF濃度、浸漬時間は酸化膜を除去し、シリコン基板表面が撥水性となる条件で、任意に変更することができる。 Next, rinse treatment (S102) and wet oxidation treatment (S103) are immersed in hydrogen peroxide water H 2 O 2 : H 2 O = 1: 10 at 25 ° C. for 5 minutes, and oxide film removal treatment is immersed in an HF solution. The treatment is performed until the oxide film is removed and the surface of the silicon substrate becomes water repellent. The HF concentration and immersion time of the HF solution can be arbitrarily changed under the condition that the oxide film is removed and the surface of the silicon substrate becomes water repellent.

その後、リンス処理(S105)、水切り・乾燥処理(S106)を行った。その結果、図3に示すようにウォーターマークはみられなかった。これはシリコン基板の表面荒れが抑制され、シリコン基板上の水切れが良くなることでウォーターマークの発生率は0%となったものと考えられる。   Then, rinse treatment (S105) and draining / drying treatment (S106) were performed. As a result, no watermark was seen as shown in FIG. This is considered to be because the surface roughness of the silicon substrate is suppressed and the water drainage on the silicon substrate is improved, so that the watermark generation rate is 0%.

以上のように、本実施の形態では、リン拡散層の最表面0.5〜3nmに偏析するリンシリサイド部分以外の、リン拡散層を酸化し、フッ化水素を含む溶液で酸化膜を除去する工程を付加している。これにより、シリコン基板の表面荒れを防止し水切れを良くすることで水切り・乾燥処理時に発生するウォーターマークの発生を抑制することができる。表面酸化層7の厚さが0.5nm以下の場合は、リンシリサイド6が偏析する厚さより薄いために、表面荒れの抑制効果が低下する。一方、表面酸化層7の厚さが3nm以上の場合は、表面荒れは抑制できるが、所望のリン拡散層2の濃度分布が得られなくなってしまう。   As described above, in the present embodiment, the phosphorus diffusion layer other than the phosphorus silicide portion segregated to the outermost surface of the phosphorus diffusion layer of 0.5 to 3 nm is oxidized, and the oxide film is removed with a solution containing hydrogen fluoride. A process is added. Thereby, generation | occurrence | production of the watermark which generate | occur | produces at the time of draining / drying process can be suppressed by preventing the surface roughness of a silicon substrate and improving water drainage. In the case where the thickness of the surface oxide layer 7 is 0.5 nm or less, since the thickness of the phosphor silicide 6 is smaller than the segregation thickness, the effect of suppressing the surface roughness is lowered. On the other hand, when the thickness of the surface oxide layer 7 is 3 nm or more, surface roughness can be suppressed, but a desired concentration distribution of the phosphorus diffusion layer 2 cannot be obtained.

本実施の形態では過酸化水素水処理によるウェット酸化の例を示したが、オゾン水処理によるウェット酸化でも同様の効果が得られ、またそれらの濃度や時間によらず、0.5nm〜3nmの酸化膜が形成されていれば同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, an example of wet oxidation by hydrogen peroxide treatment was shown, but the same effect can be obtained by wet oxidation by ozone water treatment, and 0.5 nm to 3 nm regardless of their concentration and time. Similar effects can be obtained if an oxide film is formed.

(実施の形態2)
実施の形態2にかかる半導体基板の製造方法について説明する。前記実施の形態1ではウェット酸化処理(S103)の際、過酸化水素水やオゾン水処理の例を示したが、本実施の形態2では、薬液を用いずに高温の純水に浸漬することで図2(c)に示したのと同様にリン拡散層2の表面を酸化し、表面酸化層7を形成することもできる。ここで、純水の温度が低い場合には短時間で酸化が進みにくく浸漬時間が長くなるため、高温の方が好ましく60℃〜100℃がより好ましい。例えば、ウェット酸化処理の条件を80℃の水に10分間浸漬した。ここでウェット酸化処理の条件以外は、全て実施の形態1と同じ処理を実施した。
(Embodiment 2)
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to the second embodiment will be described. In the first embodiment, an example of hydrogen peroxide water or ozone water treatment was shown during the wet oxidation process (S103). However, in the second embodiment, it is immersed in high-temperature pure water without using a chemical solution. As shown in FIG. 2C, the surface of the phosphorus diffusion layer 2 can be oxidized to form the surface oxide layer 7 as shown in FIG. Here, when the temperature of the pure water is low, the oxidation does not proceed easily in a short time and the immersion time becomes long, so the high temperature is preferable and 60 ° C to 100 ° C is more preferable. For example, the wet oxidation treatment conditions were immersed in water at 80 ° C. for 10 minutes. Here, all the same processes as in the first embodiment were performed except for the conditions of the wet oxidation process.

本実施の形態の方法によれば、高温の純水に浸漬して酸化を行った後、酸化膜除去処理を実施することでウォーターマークの発生率は0%となった。ウェット酸化処理を純水で行うことで、薬液使用量を減らし、製造コストを低減することができる。   According to the method of the present embodiment, after performing oxidation by immersing in high-temperature pure water, the oxide film removal treatment is performed, whereby the occurrence rate of the watermark becomes 0%. By performing the wet oxidation treatment with pure water, the amount of chemical solution used can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

以上説明してきたように、60℃〜100℃に昇温された純水に浸漬することで、ウェット酸化工程において薬液使用量を減らし、製造コストを低減することができる。ウェット酸化処理を行うとともにそこで形成された酸化膜を除去することで、シリコン基板1の表面荒れを防止し水切れを良くすることで水切り・乾燥処理時に発生するウォーターマークの発生を抑制することができる。   As described above, by immersing in pure water heated to 60 ° C. to 100 ° C., the amount of chemical solution used can be reduced in the wet oxidation step, and the manufacturing cost can be reduced. By performing the wet oxidation process and removing the oxide film formed there, it is possible to prevent the surface of the silicon substrate 1 from being roughened and to improve water drainage, thereby suppressing the generation of watermarks that occur during the draining / drying process. .

(実施の形態3)
本実施の形態3にかかる半導体基板の製造方法における、リンガラス除去工程のフローチャートを図4に示す。また、図5(a)〜(e)は、本実施の形態にかかる太陽電池の製造工程を示す工程断面図であり、リンガラス除去工程での各処理を実施した時の基板表面状態を示す。まず初めに、リンガラス除去工程スタート時は、図5(a)に示すように、シリコン基板1上にはリンガラス3が形成されており、シリコン基板1内の表面部分にはリン拡散層2が形成されており、リン拡散層2の最表面のリン濃度が1×1021cm-3以上の場合、リン拡散層2の最表面にはリンシリサイド6が形成されている。本実施の形態3では、フッ酸(HF)や混酸(HF/HNO3/H2SO4)等HFを含む溶液を用いウェットエッチング処理(S201)を実施し、図5(b)に示すようにリンガラス3のみを除去する。次に、純水によるリンス処理を行う(S202)。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a flowchart of the phosphorus glass removing step in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the third embodiment. 5A to 5E are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solar cell according to the present embodiment, and show the substrate surface state when each treatment in the phosphor glass removing process is performed. . First, at the start of the phosphorus glass removing process, as shown in FIG. 5A, the phosphorus glass 3 is formed on the silicon substrate 1, and the phosphorus diffusion layer 2 is formed on the surface portion in the silicon substrate 1. When the phosphorus concentration on the outermost surface of the phosphorous diffusion layer 2 is 1 × 10 21 cm −3 or more, the phosphorous silicide 6 is formed on the outermost surface of the phosphorous diffusion layer 2. In the third embodiment, wet etching (S201) is performed using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or mixed acid (HF / HNO 3 / H 2 SO 4 ), as shown in FIG. 5B. Only the phosphorus glass 3 is removed. Next, rinsing with pure water is performed (S202).

次に、ウェット酸化処理(S203)を短時間実施し、図5(c)に示すように薄い表面酸化層7を形成する。次に、HF溶液を含む溶液による酸化膜除去処理を短時間実施し、図5(d)のように薄い表面酸化層7を除去する。ウェット酸化(S203)とウェットエッチング処理(S204S1)をウェットエッチング処理で除去する表面酸化層7の厚さが0.5〜3nmになるまで複数回繰り返し、最終的に図5(e)に示すような、凹凸の少ない表面を得ることができる。実施の形態1では、リンシリサイド6が偏析する厚さ0.5〜3nmの範囲まで1回のウェット酸化処理で表面酸化層を形成し、HFを含む溶液で酸化膜除去処理を行い、表面酸化層を除去した。一般的に、ウェット酸化処理では、溶液への浸漬直後に酸化レートが最も早く、時間の経過につれ低下する。ウェット酸化処理(S203)、ウェットエッチング(S204S1)を短時間で繰り返し実施することで効率的に表面酸化層を形成、除去できるため、全体の処理時間を短くできる。   Next, a wet oxidation process (S203) is performed for a short time to form a thin surface oxide layer 7 as shown in FIG. Next, an oxide film removal process using a solution containing an HF solution is performed for a short time, and the thin surface oxide layer 7 is removed as shown in FIG. The wet oxidation (S203) and the wet etching process (S204S1) are repeated a plurality of times until the thickness of the surface oxide layer 7 removed by the wet etching process reaches 0.5 to 3 nm, and finally, as shown in FIG. In addition, a surface with less unevenness can be obtained. In the first embodiment, a surface oxide layer is formed by a single wet oxidation process up to a thickness range of 0.5 to 3 nm where the phosphorous silicide 6 is segregated, and an oxide film removal process is performed with a solution containing HF, thereby surface oxidation. The layer was removed. In general, in the wet oxidation treatment, the oxidation rate is the fastest immediately after being immersed in the solution and decreases with time. By repeatedly performing the wet oxidation treatment (S203) and the wet etching (S204S1) in a short time, the surface oxide layer can be efficiently formed and removed, so that the entire treatment time can be shortened.

次に、シリコン基板表面の撥水性を出して、水切れを良くするためにHFを含む溶液を用いウェット処理を実施する(S204S1)。ここで、上記ウェット酸化処理、上記酸化膜除去処理の繰り返しを行う際、繰り返しの最後の酸化膜除去処理の時間を延長しても良い。その後は実施の形態1と同様、純水によるリンス処理(S205)を行い、高温エアーをシリコン基板へブローすることにより水切り・乾燥処理(S206)を行う。   Next, wet treatment is performed using a solution containing HF in order to improve the water repellency on the surface of the silicon substrate and improve water drainage (S204S1). Here, when the wet oxidation process and the oxide film removal process are repeated, the time of the last repeated oxide film removal process may be extended. Thereafter, similarly to the first embodiment, a rinsing process with pure water (S205) is performed, and high temperature air is blown to the silicon substrate to perform a draining and drying process (S206).

ここで、リン拡散層2の最表面のリン濃度が0.5〜2×1021cm-3の半導体基板10枚に対して、本実施の形態で示すリンガラス除去工程のフローチャートに従い、リンガラス除去を実施した。ウェット酸化処理(S203)として25℃の過酸化水素水H22:H2O=1:10に0.5分間浸漬を行い、酸化膜除去処理(S204S1)としてHF溶液に浸漬し、表面酸化層7を除去する。その後、エッチング量を測定し、あらかじめきめておいた基準値(0.5〜3nm)と比較し判定を行う(S204S2)。エッチング量が基準値よりも小さいと再度ウェット酸化処理(S203)に戻る。そしてエッチング量が基準値となったと判断されたとき、次工程である、水切れをよくするためのウェット処理(S204S3)に入る。ここでは、ウェット酸化処理(S203)、酸化膜除去処理(S204S1)、エッチング量測定および判定処理(S204S2)の処理を3回繰り返した。ただし、ウェット処理(S204S3)のHF濃度を酸化膜除去処理(S204S1)でのHF濃度より高くする事で、シリコン基板表面が撥水性となるのにかかる時間を短縮することができる。 Here, according to the flowchart of the phosphorus glass removing process shown in the present embodiment, the phosphorus glass is applied to 10 semiconductor substrates having a phosphorus concentration of the outermost surface of the phosphorus diffusion layer 2 of 0.5 to 2 × 10 21 cm −3. Removal was performed. As a wet oxidation treatment (S203), it was immersed in hydrogen peroxide water H 2 O 2 : H 2 O = 1: 10 at 25 ° C. for 0.5 minutes, and immersed in an HF solution as an oxide film removal treatment (S204S1). The oxide layer 7 is removed. Thereafter, the etching amount is measured and compared with a reference value (0.5 to 3 nm) determined in advance (S204S2). If the etching amount is smaller than the reference value, the process returns to the wet oxidation process (S203) again. When it is determined that the etching amount has reached the reference value, the next process, the wet process (S204S3) for improving water drainage, is entered. Here, the wet oxidation process (S203), the oxide film removal process (S204S1), and the etching amount measurement and determination process (S204S2) were repeated three times. However, by setting the HF concentration in the wet process (S204S3) higher than the HF concentration in the oxide film removal process (S204S1), the time required for the surface of the silicon substrate to be water repellent can be shortened.

次に、ウェット処理(S204S3)としてHF溶液に浸漬し、シリコン基板表面が撥水性となるまで処理を実施する。その後は実施の形態1と同様、純水によるリンス処理(S205)を行った後、高温エアーをシリコン基板1へブローすることにより水切り・乾燥処理(S206)を行った。その結果、ウォーターマークの発生は0%となった。   Next, the substrate is immersed in an HF solution as a wet treatment (S204S3), and the treatment is performed until the surface of the silicon substrate becomes water-repellent. Thereafter, similarly to Embodiment 1, after rinsing with pure water (S205), high-temperature air was blown to the silicon substrate 1 to perform draining and drying (S206). As a result, the occurrence of watermark was 0%.

以上説明してきたように、本実施の形態によれば、ウェット酸化処理、ウェットエッチングを短時間で繰り返し実施することで効率的に表面酸化層を形成、除去ができるため、全体の処理時間を短くできる。ウェット酸化処理では、溶液への浸漬直後に酸化レートが最も早く、時間の経過につれ低下するためであると考えられる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to efficiently form and remove the surface oxide layer by repeatedly performing wet oxidation treatment and wet etching in a short time. it can. In the wet oxidation treatment, it is considered that the oxidation rate is the fastest immediately after immersion in the solution and decreases with the passage of time.

以上説明してきた実施の形態1から3は、リン拡散後のリンガラス除去工程、特に高濃度のリン拡散層形成を必要とするセレクティブエミッタ構造の形成後に特に有効であるのはいうまでもない。例えば領域毎に別の不純物含有層を形成しておき、各不純物含有層から固相拡散を行ったあと、一括してリンガラスを含む酸化層の除去を行うなど、複数の不純物拡散処理後の洗浄工程にも適用可能である。   Needless to say, the first to third embodiments described above are particularly effective after the phosphorus glass removal step after phosphorus diffusion, particularly after the formation of a selective emitter structure that requires the formation of a high concentration phosphorus diffusion layer. For example, after forming a separate impurity-containing layer for each region, performing solid phase diffusion from each impurity-containing layer, and then removing the oxide layer containing phosphorous glass in a lump, etc. It can also be applied to a cleaning process.

なお、本実施の形態では、p型シリコン基板表面にリン拡散によりn型拡散層を形成する工程について説明したが、n型シリコン基板の裏面拡散によりn型拡散層を形成する工程をはじめ、化合物半導体基板など、シリコン基板以外の半導体基板表面に形成されたシリコン層表面にn型拡散層を形成する場合など、シリコン基板以外にも適用可能である。   In the present embodiment, the step of forming the n-type diffusion layer by phosphorus diffusion on the surface of the p-type silicon substrate has been described, but the compound including the step of forming the n-type diffusion layer by diffusion of the back surface of the n-type silicon substrate is used. The present invention can be applied to a substrate other than a silicon substrate, such as a case where an n-type diffusion layer is formed on the surface of a silicon layer formed on the surface of a semiconductor substrate other than a silicon substrate, such as a semiconductor substrate.

以上説明してきたように、本発明の半導体基板の製造方法は、太陽電池の製造方法におけるシリコン基板に対しリン拡散によるn型拡散層を形成した後、基板表面を洗浄する方法において、ウォーターマークの残留をなくし、信頼性の高い太陽電池を形成することのできる半導体基板を提供するものである。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is a method for cleaning a substrate surface after forming an n-type diffusion layer by phosphorus diffusion on a silicon substrate in a method for manufacturing a solar cell. It is an object of the present invention to provide a semiconductor substrate capable of forming a highly reliable solar cell with no residue.

1 シリコン基板、2 リン拡散層、3 リンガラス、4 水残り、5 ウォーターマーク、6 リンシリサイド(SiP)、7 表面酸化層。   1 Silicon substrate, 2 Phosphorus diffusion layer, 3 Phosphorus glass, 4 Water residue, 5 Water mark, 6 Phosphorus silicide (SiP), 7 Surface oxide layer.

Claims (6)

表層をシリコンで構成した半導体基板内にリンを拡散する工程と、
前記半導体基板に対し、フッ酸を含む溶液でウェットエッチング処理を行う工程と、
前記半導体基板をウェット酸化により酸化膜を形成する工程と、
フッ酸を含む溶液で前記酸化膜を除去する工程と、
前記半導体基板の表面をリンス処理する工程と、
リンス処理する工程後の前記半導体基板の表面を水切り・乾燥する工程と
を含む半導体基板の製造方法。
A step of diffusing phosphorus in a semiconductor substrate whose surface layer is made of silicon;
Performing a wet etching process on the semiconductor substrate with a solution containing hydrofluoric acid;
Forming an oxide film by wet oxidation of the semiconductor substrate;
Removing the oxide film with a solution containing hydrofluoric acid;
Rinsing the surface of the semiconductor substrate;
And a step of draining and drying the surface of the semiconductor substrate after the rinsing step.
前記リンを拡散する工程後の前記半導体基板は、リン拡散層の最表面濃度が、0.5×1021cm-3以上である請求項1に記載の半導体基板の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein an outermost surface concentration of the phosphorus diffusion layer of the semiconductor substrate after the step of diffusing phosphorus is 0.5 × 10 21 cm −3 or more. 前記ウェット酸化工程は、酸化膜厚0.5〜3nmの酸化膜を生成する工程である請求項1または2に記載の半導体基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the wet oxidation step is a step of generating an oxide film having an oxide film thickness of 0.5 to 3 nm. 前記ウェット酸化工程は、オゾン酸化水または過酸化水素水を用いた酸化工程である請求項3に記載の半導体基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, wherein the wet oxidation step is an oxidation step using ozone oxidation water or hydrogen peroxide water. 前記ウェット酸化工程は、60℃〜100℃の純水に浸漬する工程である請求項3に記載の半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, wherein the wet oxidation step is a step of immersing in pure water at 60 ° C. to 100 ° C. 5. 前記ウェット酸化工程および前記ウェットエッチング処理工程は、それぞれ複数回実施される請求項3に記載の半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, wherein the wet oxidation step and the wet etching treatment step are each performed a plurality of times.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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