JPS58137218A - シリコン単結晶基板の処理方法 - Google Patents

シリコン単結晶基板の処理方法

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JPS58137218A
JPS58137218A JP57019115A JP1911582A JPS58137218A JP S58137218 A JPS58137218 A JP S58137218A JP 57019115 A JP57019115 A JP 57019115A JP 1911582 A JP1911582 A JP 1911582A JP S58137218 A JPS58137218 A JP S58137218A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコン結晶基板上に作9付けられる電子デバ
イスの製造プロセスに関し、4IK結晶性を向上させデ
バイス特性を向上させる丸めの処理方法に係る。
シリコン結晶基板は通常チ冒りラウルスキー法(C2法
)と浮遊゛帯域法(FZ法)Kよって作られた結晶を切
断して作られている。Cz法はいわゆる引上が法であ)
、大口径結晶が比較的安価に得られるため現在量も多く
使用されている。又、太陽電池を安価に生産する目的で
リボン状シリコンの引上げも検討されている。このよう
にして製作されたシリコン結晶基板を用いて、電子デバ
イスが作9付けられているが、該電子デバイ′スの特性
が詳細に検討され・て、シリコン結晶基板の品位とL8
Iなどの電子デバイスの熱処理を伴なう製造プロセスで
の挙動やデバイス特性の対応が明らかにされるよう−な
った。その例としてはルツボや雰囲気よ〕結晶中に取込
まれた過飽和の酸素が作る複合体と相関のあるスワール
(渦)と呼ばれる欠陥やカーボンが析出して作るプレシ
ピティト(沈澱物)などかあ、9、又低品位原料からの
他の制御できない不純物の混入や複合体の混入がある。
これらは電子デバイスにおいて、少なからずキャリアの
ライフタイムを低下させる原因となりている。
その他にも結晶の不完全性が存在するために電子デバイ
スにおいて問題を発生させている。
そこで、結晶育成時に治具や育成条件の最適化の検討が
行われているが微小欠陥を誘発しない低酸素や低カーボ
ン濃度の結晶を育成するのは極めて困難である。−力量
価格基板の供給のためKは酸素、カーボンのみならず不
純物による制御できない汚染はある程度許容する必要が
ある。又ゲッタリンク処理も提案されているがこれらす
べてに対応できるものでなく、処理方法も繁雑であル。
高温で長時間の処理が必要なものであった。
本発明の目的はシリコン結晶基板中に含まれている欠陥
や欠陥と結び付いた不純物や複合物などによシミ気的K
Ik化し九欠陥個所を改善する新規な処理方法を提供す
ることであり、電子デバイスのキャリアライフタイムを
低下させる要因を減少させデバイス特性の向上を計るこ
とにある。
我々はシリコン結晶中に導入される種々の欠陥について
詳細な検討を加えたが、結晶育成時に導入される欠陥と
電子デバイスの製造プロセスで導入される欠陥のすべて
を改善できる熱処理方法を見い出すことは困難であシ、
プロセス最#!には、新たな欠陥も含む場合も多かりた
。しかし、従来の高温長時間の熱処理や繁雑な処理を行
なわすとも低温短時間で比較的簡単な処理を行うことで
上述した欠陥勢を改善できる処理方法を新九に発見した
。かかる処理方法は水素プラズマ処理であハ多結晶シリ
コンの結晶粒界の改善にも効果があることが我々初めい
くつかの報告がある。水素プラズマ処理するとシリコン
の未結合手が水素で補償されて局在準位v!1度が減少
する効果があるが、さらに我々の詳細な研究によりて、
上述した単結晶中に含まれる欠陥や不純物とか複合物が
欠陥と結び付いた物などにも、それらを改善する効果の
あることが新たに見い出され丸ものである。
本発明によれdデバイスが形成される前もしくはデバイ
スが形成され先後のシリロン結晶基板を水素プラズマ放
電中で熱処理することを特徴とするシリコン結晶基板の
処理方法が得られる。
さらに本発明によれば、デバイスが形成される前もしく
はデバイスが形成された後のシリコン結晶基板を九は該
シリコン結晶基板ホルダーに員のイオン加速バイアスを
印加しながら水素プラズマ款電中で熱処理することを特
徴とするシリコン結晶基板の処理方法が得られる。
前記本発明のシリコン結晶基板の処理方法によれば、低
温短時間で比較的簡単な処理によって結晶基板中に導入
された電気的な欠陥個所を改善できたことをエッチピッ
トや電子顕微鏡や電子ビーム誘起電m(IBIc)像観
察によって確認できた。
又被処理基板もしくは基板ホルダーに負のイオン加速バ
イアスを印加して処理するとよ)低温度、短時間化中、
よシ効果的に電気的な欠陥個所を改善できた。典形的な
電気的特性の改善は接合の電流−電圧特性に見られた。
又太陽電池セルの効率が向上することでも確認できた。
さらにこれらの効果は、IIIIK注意を払わず育成し
たシリコン結晶に含まれる制御されていない不純物や欠
陥が存在するシリコン結晶基板に対する処理効果が著し
いことが確認され、低品位な低価格シリコン基板を用い
た電子デバイス特性を向上でき゛た。
本発明のシリコン結晶基板の処理に用いられる処理装置
は水素ガス導入口を備え、該水素ガスを放電励起の機能
を備え、イオン加速用バイアスが印加可能な真空装置で
あれば曳く、既成の装置及び既成の手1[Kよる操作で
良い。
以下本発明の実施例について詳IIK説明する。
実施例1゜ 表面処理およびオー建ツク電極等所定の1穆の施され九
りエハー状シリコン結晶基板が用意された。骸シリコン
結晶基板が公知の水素プラズマ処理装置の基板ホルダー
に基板表面が水素プラズマにさらされるように装填され
た。水素プラズマ中で該基板が400℃に保たれ約8時
間処理されたしかる後該基板が取9出され、シ冒ットキ
ー電極が絖〈工程として作9付けられた・本発明を実施
し九シリコン結晶基板上のシ曹ットキー接合の電流−電
圧特性を測定したところ第1図に示す結果が得られた。
ここで1llFi順方向特性で、112a逆方向特性で
ある。ところが、本発明を実施しないシリコン結晶基板
上の同様なショットキー接合の電流−電圧特性を測定す
ると、順方向特性として121、逆方向特性として12
2のような結果が得られてお多、これらの特性が本発明
を実施することKよLそれぞれ111.112 K示す
特性に改善されたものである。又このように電気的特性
が改善されたのは、微小欠陥が極めて減少したためであ
ることがエッチピットと電子顕微鏡観察によって見とめ
られ、使用し九シリコン結晶基板中に含まれる酸素など
Kよって誘起された微小欠陥や結晶育成時に発生した欠
陥シよび電子デバイス素子製造のプロセス中に発生した
欠陥などが改善された。
実施例λ P−ロ接合やオーミック電極などによる電子デバイス素
子が作〕付けられ、かつ洗浄などの表面処理など所定の
工程の施されたシリコン結晶基板が用意されえ、実施例
1と同様の水素プラズマ処理装置を用い、同様の手順で
処理されえ。ただし、処理温度は330℃で、処理時間
は1時間行われえ、又、該基板が装填され九基板ホルダ
ーに負のバイアーを加えて種々の処理がなされ九、取り
出されえ該基板の評価が行われた。P−tr接合の順方
向電流−電圧特竺をそれぞれ測定し九ところ、11g2
図に示すような結果が得られた。水素プラズマ処理の無
処理の場合は21、バイアス電圧100Vの場合22%
250vの場合23、および500Vの場合24に示す
ような特性が得られ丸。これらを比較すると明らかにバ
イアス電圧をより印加した場合が処理効果が高いことが
わかる、又実施例1の結果、とも比較すれば、バイアス
電圧を印加した場合、処理時間の短縮が計れることがわ
かった。ちなみに1使用され九シリコン結晶基板中に含
まれる制御せずに取9込まれた不純物量を調べたところ
、ムL e CIZ e F@ @およびC,Oなどが
1016cm””台の高い濃度で混入していることがわ
かった。一般的に1これらの不純物が混入するとダイオ
ード接合の順方向低電界電流が増加すると云われており
、又これらは結晶の積層欠陥とも相関があると云われて
いる。本発明を実施した場合これらによる電気的欠点が
改善され、該電流成分が減少することから、該電流成分
に寄与していると云われる上記不純物や欠陥が改善され
た。
実施例3゜ 実施例2で用いた基板と同様圧電子デバイス素子が作シ
付けられたシリコン結晶基板が用意された。ただし、該
基板はカーボンもしくは酸素とカーボンの含有する濃度
の異なる種々の基板が用いられた。又実施例2と同様な
水素プラズマ処理装置が用いられ、同様に基板が装填さ
れ、おのおの処理源f350℃、処理時間30分、バイ
アス電圧500vの同一条件で処理された。しかる後肢
基板が取り出され、ダイオード構造を有する典形的な電
子デバイス素子としての太陽電池セルを作る公知のプロ
セスが施された。かがる太陽電池セルの本発明を実施し
た場合と実施しない場合(無処理)とのセル効率の比っ
まシセル効率の改善率を、使用した基板中に含まれたカ
ーボン、厳素などの不純物量に対して評価した結果を第
3図に示す。基板中にカーボンが極めて多量に含まれて
いる基板を使用した場合が31、カーボンの他に酸素も
極めて多量に含まれている基板を使用した場合が32に
示すような結果が得られた。これらの結果は、基板中に
多量の不純物を含んだ場合に水素プラズマ処理効果が大
であり、制御されていない不純物を多量に含む低品位基
板の電子デバイス素子への使用を可能にする。仁のむと
は低価格化に著しく貢献するもので、本発明のシリコン
結晶の水素プラズマ処理は工業的に有用である。
以上実施例によル説明したように1本発明はシリコン単
結晶中xtすれる不純物や複合物およびこれらと結び付
く欠陥などの原因により生じた電気的欠陥個所を改善で
きる処理方法であり、従来の高温長時間とか繁雑なゲッ
タリング処理に比べて工業的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための図で改善された
ダイオード特性例を示す、第2図紘本発明の詳細な説明
する丸めの図で改善されたダイオードの順方向特性例を
示す、lll5図は本発明の詳細な説明する丸めの図で
改善された太陽電池セルの効率を示す図である。 111図において、横軸は印加電圧でO〜0.6vまで
示し、縦軸は電流密度で10−’〜1G−”A/mまで
示し、図中の111は本発明の処理を施し九場合の層方
向電流で、112は逆方向電流でアク、121は無処理
の場合の順方向電流で、122は逆方向電流である。 第2図において、横軸は順方向印加電圧で、O〜0.6
vまで示し、縦軸は順方向電流密度で10−7〜10−
1ム/dまで示し、図中の21は無処理の場合、22は
バイアス電圧100Vで処理した場合。 23は同250vで処理した場合%24は同500Vで
処理し九場合の電流である。 第3図において、横軸はカーボン、酸素などの不純物量
で、16−$4〜1o−II虞−3まで示し。 縦軸は太陽電池セルの効率改善率で、1.0〜1.3ま
で示し、図中31は王として含まれるカーボン量に対す
るもの、32はカーボンの他に酸素も含まれる不純物量
に対する改善率である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、デバイスが形成される前、もしくはデバイスが形成
    された後のシリコン単結晶基板を水素プラズマ放電中で
    熱処理することを特徴とするシリコン単結晶基板の処理
    方法。 λ デバイスが形成される前、もしくはデバイスが形成
    された後のシリコン単結晶基板または誼シリコン単結晶
    基板ホルダーに負のイオン加速バイアスを印加しながら
    水素プラズマ放電中で熱処理することを特徴とするシリ
    コン単結晶基板の処理方法。
JP57019115A 1982-02-09 1982-02-09 シリコン単結晶基板の処理方法 Granted JPS58137218A (ja)

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