JP2016046468A - シリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法、シリコン基板の再結合ライフタイム測定方法、及びシリコン基板のパッシベーション処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】水溶性の環境で前処理を行うことができ、かつ前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には信頼性の高い測定値が得られる前処理方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理方法において、前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うことを特徴とするシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法。
【選択図】なし
【解決手段】シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理方法において、前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うことを特徴とするシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理の方法、シリコン基板の再結合ライフタイム測定方法、及びシリコン基板のパッシベーション処理方法に関する。
シリコン基板（シリコンウェーハ）中に結晶欠陥が存在したり、シリコン基板が金属不純物で汚染されたりすると、再結合ライフタイム（ウェーハライフタイム：ＷＬＴ）が低下して製品の特性に悪影響を及ぼすため、シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する必要性が高まっている。再結合ライフタイムとは、シリコンに電子などのキャリアを注入したときに過剰キャリアの濃度が再結合により例えば１／ｅに減少するまでの時間である。このような再結合ライフタイムを測定する手法として、μ−ＰＣＤ法によりシリコン基板全体（バルク）について測定する手法がある。この方法は、シリコン基板にマイクロ波を照射し、続いてシリコン基板により反射されたマイクロ波のパワーをサンプリングして記録装置に取り込み、パワーの減衰曲線から再結合ライフタイムを測定する手法である。この場合、シリコン基板をそのまま測定すると表面における再結合が律速になってバルクの情報が見えなくなるため、表面に酸化膜を形成して表面の再結合を抑制することが必要になる。
このため、数ｍｓという高感度測定を実現した再結合ライフタイム測定を実施するためには、低界面準位密度（Ｄｉｔ＜１０１０／ｃｍ２・ｅＶ）の表面処理（前処理）が必要であり、例えば酸化膜を形成する場合であれば９５０℃〜１０５０℃の加熱雰囲気下で熱酸化を行うことが知られている（特許文献１）。
また、これ以外の表面処理方法も各種検討されており、代表的なものとして以下のような方法がある。非特許文献１では、ヨウ素をエタノールに溶解した溶液（ヨウ素／エタノール溶液）を用いる方法が開示されており、表面処理法の一つとして汎用的に用いられている。更に、特許文献２においては、ヒドロキノン類を用いた表面処理法が報告されている。
Ｔ． Ｓ． Ｈｏｒａｎｙｉ ｅｔ ａｌ． Ａｐｐｌ． Ｓｕｒｆ． Ｓｃｉ． ６３（１９９３）３０６
酸化膜を形成する上述の表面処理方法は、シリコン基板に熱履歴を与えること、更に、加熱に用いる炉からの汚染を考慮する必要があることから、例えばシリコン基板の欠陥を評価する際には、適さない可能性がある。一方、上述のヨウ素やヒドロキノン類での表面処理方法は、熱履歴を与えず、また炉からの汚染を考慮する必要がないために、汎用性の高い手法である。しかしながら、ヨウ素やヒドロキノン類は水溶性でないか、極めて水に溶けにくいことから、これらを溶解させるためには有機溶剤を使用しなければならず、これに伴い表面処理後に煩雑な薬液の処理を行わなければならないという難点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、水溶性の環境で前処理を行うことができ、かつ前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には信頼性の高い測定値が得られる前処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理方法において、
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法を提供する。
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法を提供する。
このような前処理方法であれば、アスコルビン酸が水溶性であるため有機溶剤を使用せずに前処理を行うことができ、かつ前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には信頼性の高い測定値を得ることができる。
またこのとき、前記アスコルビン酸溶液の濃度を、０．００５ｍｏｌ／Ｌ以上０．０５ｍｏｌ／Ｌ以下とすることが好ましい。
このような濃度であれば、信頼性の高い再結合ライフタイム測定値を得るためには十分であり、また経済的である。
また、本発明では、シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する方法であって、
前記シリコン基板に対して、上記の前処理方法によって前処理を行った後、該前処理を行ったシリコン基板の再結合ライフタイムを測定するシリコン基板の再結合ライフタイム測定方法を提供する。
前記シリコン基板に対して、上記の前処理方法によって前処理を行った後、該前処理を行ったシリコン基板の再結合ライフタイムを測定するシリコン基板の再結合ライフタイム測定方法を提供する。
このような測定方法であれば、信頼性の高い再結合ライフタイム測定値を得ることができる。
また、本発明では、シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行う方法であって、
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板のパッシベーション処理方法を提供する。
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板のパッシベーション処理方法を提供する。
このようなパッシベーション処理方法であれば、アスコルビン酸が水溶性であるため有機溶剤を使用せずに安全かつ簡便にパッシベーション処理を行うことができる。
以上のように、本発明の前処理方法であれば、水溶性の環境で前処理を行うことができるため、前処理後の薬液の処理が容易である。また、前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には、従来の前処理方法を行った場合と同様に信頼性の高い測定値を得ることができる。また、アスコルビン酸にはヒドロキノンのような人体への有害性がないため取り扱いが簡便であり、従って、本発明の前処理方法は安全性にも優れている。
上述のように、水溶性の環境で前処理を行うことができ、かつ前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には信頼性の高い測定値が得られる前処理方法の開発が求められていた。
本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、アスコルビン酸を用いることで、有機溶剤を使用せずに前処理を行うことができ、かつ従来の前処理方法を行った場合と同様に信頼性の高い再結合ライフタイム測定値が得られることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理方法において、
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法である。
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法である。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、本発明では、シリコン基板の一部又は全部をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うシリコン基板のパッシベーション処理方法を提供する。
本発明のシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法では、上述の本発明のシリコン基板のパッシベーション処理方法によって、前処理を行うことが特徴である。
アスコルビン酸は、酸素を含む５員環構造をもち、二重結合π電子が存在することから反応性に富み、特に還元剤（電子供与体）として機能する。この還元剤として機能する特徴は、ヨウ素や、ヒドロキノン類と同じであるが、アスコルビン酸は水酸基（ＯＨ）を構造内に多く持ち、二重結合のπ電子が水酸基とカルボニル基の間に伝わることにより高い酸性を示し、プロトンを放出した後の共役塩基が共鳴構造を持ち、負電荷を非局在化させて安定化できるため高い水溶性を示す。
また、従来の前処理方法で用いられていたヒドロキノンは、人体への有害性があるとされるため取り扱いに注意が必要であるが、アスコルビン酸は別名ビタミンＣとも呼ばれ、ヒドロキノンのような人体への有害性がないため取り扱いが簡便であり、安全性にも優れる。
つまり、還元剤であり、高い水溶性を示すアスコルビン酸を用いることで、有機溶剤を使用せずにパッシベーション処理（前処理）を行うことが可能となり、またアスコルビン酸の安全性から、安全かつ簡便にパッシベーション処理を行うことが可能となる。
また、処理に用いるアスコルビン酸溶液の濃度は、０．００５ｍｏｌ／Ｌ以上０．０５ｍｏｌ／Ｌ以下とすることが好ましい。この濃度は下記の実験によって、アスコルビン酸溶液の濃度を変化させたときの再結合ライフタイム値の濃度依存性から決定した。
（実験）
Ｐ型のシリコン基板を複数枚準備し、濃度を変えたアスコルビン酸溶液を用いてそれぞれのシリコン基板のパッシベーション処理を行った後、再結合ライフタイム値を測定した結果をプロットし、アスコルビン酸溶液の濃度と再結合ライフタイム測定値の関係（濃度依存性）を求めたグラフを図１に示す。図１に示されるように、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌ以上では再結合ライフタイム値が安定しており、十分な処理濃度であると推定される。なお、これより濃度を大きくしても再結合ライフタイム値の向上は見られないことから、濃度の上限は経済性等を考慮して、０．０５ｍｏｌ／Ｌとするのが好ましい。これ以上の濃度でも効果はあると推定されるが、費用が嵩みコスト高になる。
Ｐ型のシリコン基板を複数枚準備し、濃度を変えたアスコルビン酸溶液を用いてそれぞれのシリコン基板のパッシベーション処理を行った後、再結合ライフタイム値を測定した結果をプロットし、アスコルビン酸溶液の濃度と再結合ライフタイム測定値の関係（濃度依存性）を求めたグラフを図１に示す。図１に示されるように、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌ以上では再結合ライフタイム値が安定しており、十分な処理濃度であると推定される。なお、これより濃度を大きくしても再結合ライフタイム値の向上は見られないことから、濃度の上限は経済性等を考慮して、０．０５ｍｏｌ／Ｌとするのが好ましい。これ以上の濃度でも効果はあると推定されるが、費用が嵩みコスト高になる。
具体的な前処理方法としては、シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸せばよく、例えばシリコン基板とアスコルビン酸溶液を一緒にビニール袋に入れてシリコン基板を浸す方法などが挙げられるが、もちろんこれに限定されない。
また、本発明では、シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する方法であって、
シリコン基板に対して、上記の前処理方法によって前処理を行った後、該前処理を行ったシリコン基板の再結合ライフタイムを測定する方法を提供する。
シリコン基板に対して、上記の前処理方法によって前処理を行った後、該前処理を行ったシリコン基板の再結合ライフタイムを測定する方法を提供する。
上述の本発明の前処理後に行う再結合ライフタイムの測定は、公知の方法で行えばよく、例えば、μ−ＰＣＤ法で測定を行えばよい。
以上のように、本発明の前処理方法であれば、水溶性の環境で前処理を行うことができるため、前処理後の薬液の処理が容易である。また、前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には、従来の前処理方法を行った場合と同様に信頼性の高い測定値を得ることができる。また、アスコルビン酸にはヒドロキノンのような人体への有害性がないため取り扱いが簡便であり、従って、本発明の前処理方法は安全性にも優れている。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
まず、抵抗率１０Ω・ｃｍのボロンドープ（Ｐ型）及びリンドープ（Ｎ型）直径２００ｍｍのシリコンウェーハを材料として準備した。次に、アスコルビン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ６：１７６．１２４１ｇ／ｍｏｌ）８．８０６ｇを１０Ｌの水に溶解させ、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌのアスコルビン酸水溶液を調製した。次に、調製したアスコルビン酸水溶液を１０ｍＬマイクロピペットで採取し、ビニール袋に上記のＰ型又はＮ型シリコンウェーハと一緒に入れて封をし、ウェーハを浸すことでパッシベーション処理（前処理）を行った後、再結合ライフタイム（ＷＬＴ）の測定を行った。結果を表１に示す。
まず、抵抗率１０Ω・ｃｍのボロンドープ（Ｐ型）及びリンドープ（Ｎ型）直径２００ｍｍのシリコンウェーハを材料として準備した。次に、アスコルビン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ６：１７６．１２４１ｇ／ｍｏｌ）８．８０６ｇを１０Ｌの水に溶解させ、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌのアスコルビン酸水溶液を調製した。次に、調製したアスコルビン酸水溶液を１０ｍＬマイクロピペットで採取し、ビニール袋に上記のＰ型又はＮ型シリコンウェーハと一緒に入れて封をし、ウェーハを浸すことでパッシベーション処理（前処理）を行った後、再結合ライフタイム（ＷＬＴ）の測定を行った。結果を表１に示す。
［比較例１］
まず、実施例１と全く同様にして作製された抵抗率１０Ω・ｃｍのボロンドープ（Ｐ型）及びリンドープ（Ｎ型）直径２００ｍｍのシリコンウェーハを材料として準備した。次に、ヨウ素（Ｉ：１２６．９０４ｇ／ｍｏｌ）６．３４５ｇを１０Ｌのエタノールに溶解させ、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌのヨウ素／エタノール溶液を調製した。次に、調製したヨウ素／エタノール溶液を１０ｍＬマイクロピペットで採取し、ビニール袋に上記のＰ型又はＮ型シリコンウェーハと一緒に入れて封をし、ウェーハを浸すことでパッシベーション処理（前処理）を行った後、再結合ライフタイム（ＷＬＴ）の測定を行った。結果を表１に示す。
まず、実施例１と全く同様にして作製された抵抗率１０Ω・ｃｍのボロンドープ（Ｐ型）及びリンドープ（Ｎ型）直径２００ｍｍのシリコンウェーハを材料として準備した。次に、ヨウ素（Ｉ：１２６．９０４ｇ／ｍｏｌ）６．３４５ｇを１０Ｌのエタノールに溶解させ、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌのヨウ素／エタノール溶液を調製した。次に、調製したヨウ素／エタノール溶液を１０ｍＬマイクロピペットで採取し、ビニール袋に上記のＰ型又はＮ型シリコンウェーハと一緒に入れて封をし、ウェーハを浸すことでパッシベーション処理（前処理）を行った後、再結合ライフタイム（ＷＬＴ）の測定を行った。結果を表１に示す。
［比較例２］
まず、実施例１と全く同様にして作製された抵抗率１０Ω・ｃｍのボロンドープ（Ｐ型）及びリンドープ（Ｎ型）直径２００ｍｍのシリコンウェーハを材料として準備した。次に、ヒドロキノン（１，４−ヒドロキシベンゼン；Ｃ６Ｈ６Ｏ２：１１０．１１ｇ／ｍｏｌ）５．５０６ｇを１０Ｌのエタノールに溶解させ、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌのヒドロキノン／エタノール溶液を調製した。次に、調製したヒドロキノン／エタノール溶液を１０ｍＬマイクロピペットで採取し、ビニール袋に上記のＰ型又はＮ型シリコンウェーハと一緒に入れて封をし、ウェーハを浸すことでパッシベーション処理（前処理）を行った後、再結合ライフタイム（ＷＬＴ）の測定を行った。結果を表１に示す。
まず、実施例１と全く同様にして作製された抵抗率１０Ω・ｃｍのボロンドープ（Ｐ型）及びリンドープ（Ｎ型）直径２００ｍｍのシリコンウェーハを材料として準備した。次に、ヒドロキノン（１，４−ヒドロキシベンゼン；Ｃ６Ｈ６Ｏ２：１１０．１１ｇ／ｍｏｌ）５．５０６ｇを１０Ｌのエタノールに溶解させ、濃度が０．００５ｍｏｌ／Ｌのヒドロキノン／エタノール溶液を調製した。次に、調製したヒドロキノン／エタノール溶液を１０ｍＬマイクロピペットで採取し、ビニール袋に上記のＰ型又はＮ型シリコンウェーハと一緒に入れて封をし、ウェーハを浸すことでパッシベーション処理（前処理）を行った後、再結合ライフタイム（ＷＬＴ）の測定を行った。結果を表１に示す。
表１に示されるように、アスコルビン酸水溶液を用いてパッシベーション処理（前処理）を行った実施例１は、ヨウ素／エタノール溶液を用いた比較例１及びヒドロキノン／エタノール溶液を用いた比較例２と比べても、ＷＬＴの値にほとんど差がないことから、十分低い界面準位密度になっていることが分かる。即ち、実施例１のように有機溶剤を使用せずに前処理を行っても、ヨウ素／エタノール溶液やヒドロキノン／エタノール溶液を用いた従来の前処理を行った場合と同様に信頼性の高い再結合ライフタイム測定値が得られることが分かった。また、表１に示されるように、アスコルビン酸水溶液を用いたパッシベーション処理（前処理）はＮ型、Ｐ型のいずれのシリコンウェーハにも適用できることが分かった。
以上のことから、本発明の前処理方法であれば、水溶性の環境で有機溶剤を使用せずに前処理を行うことができ、かつ前処理後のシリコン基板に対して再結合ライフタイムの測定を行った際には信頼性の高い測定値が得られることが明らかとなった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
Claims (4)
- シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理方法において、
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うことを特徴とするシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法。 - 前記アスコルビン酸溶液の濃度を、０．００５ｍｏｌ／Ｌ以上０．０５ｍｏｌ／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法。
- シリコン基板の再結合ライフタイムを測定する方法であって、
前記シリコン基板に対して、請求項１又は請求項２に記載の前処理方法によって前処理を行った後、該前処理を行ったシリコン基板の再結合ライフタイムを測定することを特徴とするシリコン基板の再結合ライフタイム測定方法。 - シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行う方法であって、
前記シリコン基板をアスコルビン酸溶液に浸すことにより、前記シリコン基板の表面に対してパッシベーション処理を行うことを特徴とするシリコン基板のパッシベーション処理方法。
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| JPH0653198A (ja) * | 1992-06-03 | 1994-02-25 | Hitachi Ltd | 洗浄剤、および、これを用いた半導体基板の洗浄方法 |
| JP2002329692A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 半導体基板の表面不活性化方法及び半導体基板 |
| JP2004103976A (ja) * | 2002-09-12 | 2004-04-02 | Okamoto Machine Tool Works Ltd | 半導体基板の保管方法 |
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