JP3314170B2 - 電解液による半導体結晶体の大面積電気接触化方法 - Google Patents
電解液による半導体結晶体の大面積電気接触化方法Info
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- G01R31/2656—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
Description
ることのできる、電解液による半導体結晶体の大面積電
気接触化方法に関する。
ら工業的に重要である。その1つの例は半導体の表面の
一部を電解液に曝す電気化学処理である。シリコンでの
用途は電解研磨、正孔腐食、いわゆる多孔性シリコン層
の製造、電気析出、測定工業分野である。
れない表面の一部に、必要な電流を導くためのオーム接
触部を設けていた。しかし半導体上に良好な電気接触を
得る処理は、一般に半導体の前処理及び1層又は数層の
金属層の塗布を必要とする比較的困難で非破壊的でない
処置である。レーマン(Lehmann)その他の論文「JPL P
ublication」84/23、1983年、第527頁以降に記載されて
いるように、接触すべき背面にインジウム−ガリウムの
誘導体を擦り込むことによっても、比較的良好な接触部
を製造することはできる。しかしこの方法は大面積の接
触及び大規模な使用には適していない。
ではあるが良好な(非オーム)接触部を製造することは
比較的容易である。しかしこの方法は接触抵抗及びウェ
ハーを通る電流の均一性に設定される要件をしばしば満
足しない。
の電流供給が記載されている。この場合背面も同様に電
解液と接触している。電解液中には、直流電圧源を介し
て半導体ウェハーの前面(作業面)に接する電解液中の
電極と接続されている電極が存在する。前面に接する電
解液を通る必要な電流の流れは直流電圧源の極性化を、
極めて高い電圧でのみ背面側の電解液を通って電流が流
れ得るように形成する。この場合背面側の電解液セルは
阻止方向に極性化されたダイオードである。必要な電圧
の高さは半導体結晶の比抵抗ρに依存し、従ってこの方
法はρ≦0.1Ωcmの半導体に対してのみ使用し得るにす
ぎない。
許容しまた低い比抵抗を有する半導体に限定されない、
半導体結晶体の簡単で非破壊的な電気接触化を可能とす
る方法を提供することにある。
第1半室を取り付け、半導体結晶体の背面に第2電極を
有する第2半室を取り付け、少なくとも第2半室を、電
極及び半導体結晶体の背面と接触する電解液で満たし、
両電極間に少なくとも1個の電圧源により電圧を印加し
て、電解液により半導体結晶体を大面積で電気接触化す
るに当たり、第1電極から半導体結晶体を通って第2電
極に達する電流の流れを、電圧、電解液の種類、電解液
濃度、半導体結晶体の前面又は背面の照度(B)の少な
くとも1つのパラメータにより調整することによって解
決される。
る。
る。
導体結晶体(いわゆるウェハー)3は、電解液5、6で
満たされた2つの半室1、2間に存在し、この構造は欧
州特許出願公開第0295440号明細書から公知である。電
解液としては例えば湿潤剤を添加されている2%弗化水
素酸を使用することができる。第1半室1内で電解液5
は電極7及びウェハー3の前面9(これは以後常に作業
面を表す)と接触している。ウェハー3はオーム接触4
及び電流計15を介して直流電圧源13に接続され、直流電
圧源13の他方の極は電流計11を介して電極7と接続され
ている。
ている。すなわち電解液6中の第2電極8は電流計12を
介して直流電圧源14に接続され、直流電圧源14の他方の
極は同様に電流計15及びオーム接触4を介してウェハー
3に接続されている。共通の極16は特定の電位、例えば
大地電位にあってもよい。各半室内で電解液を撹拌し、
廃棄することができる(図示されていない)。前面9で
実施される処理工程又は測定工程は常に、半導体ウェハ
ー3から第1半室1内の電解液5を通って電極7に達す
る電流の流れを必要とする。
−電解液−接触を介して行われる。双方の半室1、2は
互いに独立しているものと見做すことができ、その電流
−電圧特性曲線はそれぞれの接触面電解液−半導体及び
電解液−電極での化学反応によってのみもたらされる。
電圧源13での自由に選択された電圧U1及び電圧源14での
U2に対して電流I1及びI2は双方の半室1、2内における
それぞれの特性曲線に相応して流れる。電流計15により
キルヒホッフの法則に応じて差電流I3=I1−I2が流れ
る。実際の使用に対しては一般にI3=0であるべきであ
る。
で接続するように行う必要がある。両電圧はI1−I2で
あるように選択しなければならない。これにより双方の
半室1、2の一方は常に半導体−電解液−接触が阻止さ
れるように極性化されることから、この条件は実際には
遮断可能の半導体表面が照射され従って少数キャリアが
生じることにより光電流が流れる場合にのみ満たすこと
ができる。
抗約1Ωcmの半導体としてのpシリコンでの例における
無照射及び照射された特性曲線20、21、22を示す〔レー
マン(V.Lehmann)その他の論文「プロシーディンズ・
オブ・ザ・フラット・プレート・ソーラ・アレイ・プロ
ジェクト・リサーチ・フォーラム・オン・ザ・ハイ・ス
ピード・グロース・アンド・キャラクタリゼイション・
オブ・クリスタル・フォア・ソール・セル(Proceeding
s of the Flat−plate Solar Array Project Research
Forum on the High Speed Growth And Characterizatio
n of Crystals for SolarCells)」JPL−Publication、
84/23、1983年第527頁以降参照〕。
び照度等を用いてその都度の使用に必要な電流の強さ
(すなわち動作点)を調整することができ、また制御ル
ープ18(第1図)を用いて一般に時間的に一定できない
電気化学的工程で後調整することも可能である。
び第3図における特性曲線20、21、22により更に詳述す
る。
(すなわち半導体ウェハー3での直流電圧源13の陽
極)。半室1中の所望電流I1は15mAである(動作点
A)。必要な電圧U1は第2図における特性曲線20の右側
部分からU1に対して約0.8Vである。第2半室2中の電解
液6による必要な15mAの供給は、第1図の光源17でウェ
ハー背面10を照射することによって生じる光電流により
行われる。
の動作点の選択に対し2つの可能性を提供することが認
められる。
る(B=BL、第3図における特性曲線21上の動作点AL)
15mAに対し、照度は日光に相応するスペクトル分布で約
460W/cm2でなければならない。
に選択する(B=BH、特性曲線22)。動作点AHは小さな
電圧で特性曲線の昇弧内にある。
点状の光点で走査することができる(光線の集束及び/
又はレーザの使用により)。電流が時間的に一定でない
場合、U2はI3が消滅するように変化することから、例え
ば条件I3=0により制御ループ18が生じる。
前面9を陰極的に接続することもできる。この場合特に
前面9を光源(図示されていない)で照射する。それと
いうのも第1半室1は暗黒では遮断しているからであ
る。特にこの接続様式では、位置分解的に作業可能とす
るため点状の照射方法を使用する。
キャリア−拡散距離を決定するための光電流の位置分解
測定である。この測定に関して、第4図及び第5図に本
発明方法と従来の方法とを比較して示す。pシリコンウ
ェハー3の阻止方向で極性化された前面9を1%弗化水
素電解液5に曝し、HeNeレーザ光線で走査する。その際
流れる光電流を測定し、グレイトーンスケールでグラフ
に表す。
触針を介して電力供給をする従来の方法を使用した。第
5図の根拠となる測定に関してはウェハー背面10におけ
る電解液接触を介しての電力供給を行った。第4図では
接触点(30)の影響は純粋な光電流の変動を完全に隠し
てしまうが、本発明方法は接触化による妨害効果なしに
著しく増大した測定感度を許容する。
転用することができる。しかしnシリコンの場合には、
光によって発生した光電流(少数キャリアとして正孔に
よりもたらされた)に対して付加的に、シリコン−電解
液接触面で電子を注入することにより生じる電子流を流
す。この付加的な電子注入電流と系の諸パラメータとの
関連性は原理的には公知である〔レーマン(V.Lehman
n)のエルランゲン大学における学位論文、1988年参
照〕。
面9を陰極的に接続するか(この場合背面を特に照射す
る必要がある)、又はその逆も可能である。
ハー 本方法はこの場合にも使用することができる。ドーピ
ング段が存在する場合、特性曲線は僅かに変化するにす
ぎないが、pn接合を有するウェハーの場合、その配列
(例えばpシリコン基板/nシリコン層/シリコン−電解
液接合)は一種のトランジスタである。従って相応する
電圧比で、照射されない場合にもpn接合を介して注入さ
れた電流が流れ、この電流はドーピング、形状、照射及
び使用した動作点によって影響される。しかし本発明に
よる意図した電流供給は常に得ることができる。ドーピ
ング段又はpn接合が全表面に存在しない場合、これは混
合事例として適当に処理する必要がある。
体にも利用することができる。ただし適当な電解液中で
の特性曲線が知られていなければならない。
れている唯一の回路装置40を使用することもできる。そ
れというのもこの場合シリコン−電解液接触を介しての
本発明による電力供給に基づきオーム接触部4は、電力
供給のためには必要とされないからである。この電圧源
40は電圧U1+U2を生じる。
接続形式は2つの電圧源を有する接続形式とは相異す
る。
U2が一定に保たれている場合、動作点は移動し、その結
果更に内部の部分電圧U1が変化し、従って半導体3中の
空間電荷領域の深さも変わる。また簡単な制御可能性は
存在しない。しかし動作点の移動は特性曲線を適当に選
択することによって最適化することができる。
は、電流がウェハー前面9上を電解液5を介して流れる
のではなく、他の方法で例えば導電性のガス状媒体(プ
ラズマ)又は金属接触を介して流れる場合にも使用する
ことができる。
電解液接触による電力供給を有利に実施させる。背面側
の半室2はしばしば導通方向に接続することができ、こ
れにより系のパラメータ(例えば電解液濃度、電圧)を
用いて相応する動作点を調整することができ、照射は不
要である。
触の使用を包含する。他の用途は、例えば基本的に半導
体−電解液接合の遮断可能な特性が望まれることから、
照射を省略する分野である。しかしいずれの場合にも半
導体ウエハーの前面を通る電流は値的に背面を通る電流
と等しくなければならない。
断面図、第2図及び第3図は、照射されていない(第2
図)及び照射されている(第3図)状態でのpシリコン
の例での系の特性曲線図、第4図及び第5図は、従来の
電力供給を用いての(第4図)及び本発明による電力供
給を用いての第5図)、pシリコンウェハーの光電流の
位置分解測定結果を示す写真図、第6図は唯一の直流電
圧源を使用する二重室の一実施例を示す略示横断面図で
ある。 1……第1半室 2……第2半室 3……半導体結晶体(ウェハー) 4……オーム接触部 5、6……電解液 7……第1電極 8……第2電極 9……前面 10……背面 11、12……電流計 13、14……電圧源 15……電流計 16……共通の極 17……光源 18……制御ループ 30……接触点 40……電圧源
Claims (5)
- 【請求項1】半導体結晶体(3)の前面(9)に第1電
極(7)を有する第1半室(1)を取り付け、半導体結
晶体(3)の背面(10)に第2電極(8)を有する第2
半室(2)を取り付け、第1半室(1)を半導体結晶の
前面(9)と接触する電解液(5)で満たし、第2半室
(2)半導体結晶体(3)の背面(10)と接触する電解
液(6)で満たし、両電極(7、8)間に電圧源により
電圧を印加して電解液により半導体結晶体を大面積で電
気接触化する方法において、 直列に接続された2つの直流電圧源(13、14)を使用
し、これらの電圧源の一方の極を各々1つの電極(7、
8)に接続する共に前記電圧源の反対の極をオーム接触
部(4)を介し共に半導体結晶体(3)に接続して第2
半室(2)を導通方向に、第1半室(1)を阻止方向に
それぞれ極性化し、かつ両電圧源の前記反対の極は特定
の電位に置き、第1電極(7)から半導体結晶体(3)
を通って第2電極(8)に達する電流の流れを、半導体
結晶体(3)の背面(10)の照度(B)により調整する
ことを特徴とする電解液による半導体結晶体の大面積電
気接触化方法。 - 【請求項2】最適動作点を保持するために電気制御ルー
プ(18)を備えることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】半導体結晶体(3)の照射を全面的に行う
ことを特徴とする請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】半導体結晶体(3)を点状の光点で走査す
ることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項5】pn接合を有する半導体結晶体(3)に使用
することを特徴とする請求項1ないし4の1つに記載の
方法。
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