Summary
バルクシリコンの欠陥の再結合活性を調べるRT液体表面パッシベーション技術が記載されています。 1分間15％のフッ酸と、（iii）照明（I）において、化学洗浄及びシリコンのエッチング、シリコンの（ii）の浸漬：技術を成功させるには、3つの重要な手順が必要です。
Abstract
手順が提示されているフッ酸（HF）にウェーハを浸漬する際に、一時的に表面パッシベーションの非常に高いレベルを達成することにより、シリコンウエハのバルク寿命（> 100マイクロ秒）を測定しました。この手順により、3つの重要なステップは、バルク寿命を達成するために必要とされます。まず、HFにシリコンウェーハを浸漬する前に、それらを化学的に洗浄され、その後、25％の水酸化テトラメチルアンモニウムでエッチングされます。第二に、化学的に処理されたウェハは、次いでHFと塩酸の混合物を充填した大きなプラスチック容器に入れられ、その後、光伝導（PC）の測定のために誘導コイルを上にセンタリング。表面再結合を抑制し、バルク寿命を測定するために、ウェハはハロゲンランプを用いて1分間、0.2太陽に照らされている第三に、照明がオフにされ、そしてPCの測定が直ちに行われます。この手順により、バルクシリコンの欠陥の特性を正確に決定することができます。毛皮thermore、それは、その濃度が（<10 12 cm -3程度）低い場合に敏感なRT表面パッシベーション技術は、バルクシリコンの欠陥を検査するために不可欠であることが予想されます。
Introduction
高寿命（> 1ミリ秒）単結晶シリコンは、高効率の太陽電池のため、これまで以上に重要になってきています。埋め込まれた不純物の再結合特性を理解することであって、重要な話題のままです。グローンイン欠陥の再結合活性を調べるために最も広く用いられる技術の一つは、光伝導方法1によるものです。この技術により、それは、このように、それが困難な成長の欠陥の再結合特性を検査すること、バルク再結合から完全に独立した表面にはしばしば困難です。幸い<5 cmで/秒の非常に低い効果的な表面再結合速度を達成することができるいくつかの誘電体膜（S effは ）存在し、効果的に表面再結合を阻害します。 2、酸化アルミニウム（Al 2 O 3）3、アモルファスシリコン（-Si：H）4：これらは、窒化珪素（HしたSiN を x）です。堆積とANこれらの誘電体膜のnealing温度（〜400℃）永久グローンイン欠陥の再結合活性を不活性化しないよう十分に低いと考えられています。これの例としては、鉄-ホウ素5ホウ素6酸素欠陥です。しかし、最近では 、n -型チョクラルスキー（CZ）シリコンにおける空孔および酸素空孔リン欠陥が完全に250-350°C 7,8の温度で失活されることがわかりました。同様にフロートゾーン（FZ） のp型シリコンの欠陥は、〜250℃で9で無効化することがわかりました。したがって、このようなプラズマ強化化学蒸着（PECVD）、原子層堆積（ALD）などの従来の不動態化技術は、成長中のバルクの欠陥を検査するために、表面再結合を抑制するために適切ではないかもしれません。さらに、SiNをX：Hとa-Si：H膜は、水素化10,11を介してバルクシリコンの欠陥を不活性化することが示されています。したがって組換え活性のOを調べるために、 Fグローイン欠陥、RT表面パッシベーション技術は理想的であろう。湿式化学表面パッシベーションは、この要件を満たします。
1990年代にHoranyi らは、S effは <10 cmで/秒12を達成し 、ヨウ素エタノール中のシリコンウェーハの浸漬（IE）の溶液をシリコンウェーハを不動態化するための手段を提供することを実証しました。 2007年マイヤーらは2009年にChhabra ら 5cmのS effの /秒のシリコンウェーハを浸漬することによって達成することができることを実証しながらヨウ素メタノール（IM）ソリューションは、7 cmで/秒13に表面再結合を低減することができることを示しましたキンヒドロン-メタノール（QM）ソリューション14,15インチIE、IMと品質管理ソリューションによって達成優れた表面保護にもかかわらず、彼らは、高純度のシリコンウェーハのバルク寿命を測定するための適切な表面パッシベーション（S effは <5センチメートル/秒）を提供していません。
">表面パッシベーションの高いレベルを達成するための別の手段は、HF酸中にシリコンウェーハを浸漬することによってである。シリコンウェハを不動態化するためにHFを使用するという概念は、最初Yablonavitch らによって導入されたヌクレオチド。の記録低いS effの を示した 1986年に0.25±0.5センチメートル/秒16。優れた表面パッシベーションは、高抵抗率のウェーハ上に達成されたが、我々はこのように寿命測定に大きな不確実性を追加して、技術は非反復であることが判明している。したがって、一貫非常に達成することにより不確実性を制限します低いS effは （約1 cmで/秒）は、3つの重要なステップを組み込んだ新しいHFの保護技術、（I）、化学的に洗浄し、シリコンウエハのエッチング、15％のHF溶液中に（ii）の浸漬及び（iii）を開発しました照明は、1分17,18のために、この手順は、上記の従来のPECVD及びALD堆積法と比較して簡単かつ効率的な時間の両方です。Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1。実験のセットアップ
- 測定技術に適したヒュームフードを見つけて、より良い空気の流れを可能にし、乱雑を減らすために、任意の無関係な機器を削除します。ドラフト内でフッ酸（HF） 以外の化学薬品を使用しないでください 。
- 導電率計を使用して、ヒュームフード内のタップから、脱イオン（DI）水の品質をテストします。 DI水を20℃の温度で最大でも0.055μS/ cmでのコンダクタンスを持っていることを確認してください。
- ヒュームフードの中に少数キャリア寿命試験機を置きます。ヒュームフードの外にテーブルの上に位置しているコンピュータにケーブルを接続します。
- コンピュータおよび寿命試験機のスイッチをオンにします。コンピュータ上の寿命テスターファイルを開き、コンピュータと寿命試験機間の正しい通信を保証するために、「測定」ボタンをクリックします。コンピュータとテスターが正しく接続されている場合、寿命試験機の光源が点滅する必要があります。 ヒュームフード内部のハロゲンランプを配置します。それは、サンプルが置かれる生涯テスターステージを照らすことができるようにランプを配置します。
- ヒュームフードの外側に位置する必要がある電源にハロゲンランプを接続します。ハロゲンランプをオンにすると、その強度は寿命試験機のステージ上に少なくとも0.02 W / cm 2とすべきです。
2. 15％のHF溶液の準備
注意：HFは危険な化学物質であり、注意して扱われなければなりません。それは、ゆっくりと持続、および暴露後の身体に深いダメージが発生します。 HFは容易に他の酸のような肌を燃焼しない - むしろそれが肌に素早く吸収し、骨に深く膨れや損傷を引き起こします。これは、フッ素は、カルシウムと反応する骨が脆く、水ぶくれになることを意味します。 HFはまた、神経の調節および浸透セルバランスで使用されている遊離カルシウムと結合するので、体内の遊離カルシウムの結合は致命的なことができます。 それは非常に重要ですユーザーは、HFを使用した場合、実験室の安全性のプロトコルに従い、彼らはHF応急処置キットとhexafluorine（またはグルコン酸カルシウムゲル）の場所を知っている保証します。
- （セクション1と同じ）ヒュームフードに化学的に洗浄丸いプラスチック容器（170ミリメートル：55ミリメートル、D H）を配置します。容器は透明なプラスチックのふたを持っている必要があります。化学的に、使用前に容器をきれいにする方法については第6章を参照してください。
- HF溶液は、近くの障害物なしに製造することができるので、ヒュームフード内のプラスチック容器の周りの領域をクリアします。
- すべての個人用保護具（PPE）を適用します。
- 注意：容器に100ミリリットルのDI水（H 2 O）にHFの50ミリリットルを追加します。
- 注意：コンテナに塩酸（HCl）の20ミリリットルを追加し、H 2 Oのミックス：プラスチックピンセットを使用して、HCl溶液：HFを。徹底的その後ピンセットをすすぎます。
- 注意：プラスチック容器に蓋を置き、solutiを許可1時間のために解決するために。この間、HFヒュームは、蓋の上に凝縮します。
- 十分に容器にラベルを付けて、それを明確にはHFが含まれていることを確認します。
注意：HF溶液を多用して1-2ヶ月持続します。したがって溶液に測定が実行されるたびに交換する必要がありません。
寿命試験機の3キャリブレーション
- 既知の抵抗とコンダクタンスの少なくとも6シリコンウエハの位置を確認します。理想的には、抵抗率の範囲は0.1〜Ω・cmのに及ぶべきです。
- コンピュータで、寿命テスター校正ファイルを開きます。テーブル内の各ウェーハの抵抗率を入力し、「ウエハの更新＃」をクリックします。
- キャリブレーションファイルの '取得データ」ボタンをクリックして、寿命試験機の詳細を入力します。
- すべての必要なPPEを適用します。
- 注意：場所プラスチック容器は寿命テスターステージ上のHF溶液で満たされ、誘導コイル（ブルーの上に置Eサークル領域）。
- コンピュータ上の「空気の電圧」を測定するためのプロンプトが表示されたら、「OK」ボタンをクリックすることにより、HF溶液の電圧を測定します。この場合、空気は、HF溶液のコンダクタンスによって置換されています。
- 注意：慎重に段階からHFを充填した容器を取り外し、ヒュームフードのベンチの上に置きます。慎重に蓋を取り外します。
- 注意：蓋が容器から除去された場合には、プラスチック製ピンセットを使用して、HF溶液中に第1のシリコンウェハを浸します。容器上に蓋をバックに配置します。
- 注意：バック寿命テスターステージと誘導コイル上の位置を上にプラスチック容器を置きます。シリコンウェハは、コイル（青丸領域）上の中心にあることを確認します。
- コンピュータ上の「サンプル電圧」を測定するためのプロンプトが表示されたら、もう一度「OK」ボタンをクリックします。ステージからのコンテナを削除し、ヒュームフードのベンチの上に置きます。
- 注意：慎重にRプラスチックのピンセットを使用して、HF溶液からシリコンウエハをemove、専用リンスビーカーウエハをすすぎます。ヒュームフードでタップの下で最終すすぎを行います。
- 注意：バックコンテナの上に蓋を置き、バック寿命テスターステージ上にコンテナを配置します。
- すべてのサンプルが測定されるまで繰り返して、3.12から3.6を繰り返します。
- すべてのサンプルが測定された後、キャリブレーションファイルに「フィットデータ」ボタンをクリックします。これは、測定されたデータへの放物線にフィットし、このセットアップに固有のキャリブレーション係数A、BおよびCを提供します。
- コンピュータで、寿命テスターファイルを開き、[設定]タブをクリックします。 HFのセットアップのための新たなキャリブレーション係数A、BおよびCに入力します。新しい名前でファイルを保存します。
注意：HFのセットアップはわずか6ヶ月ごとにキャリブレーションが必要です。したがってセットアップに測定が実行されるたびに較正する必要がありません。
- 標準クリーン1（SC 1）を準備します。
- 注意：アルカリ割り当てられたヒュームフードでは、2リットルのガラスビーカーに脱イオン水1295ミリリットルに水酸化アンモニウム（NH 4 OH）の185ミリリットルを追加します。
- 注意：ホットプレート上に置き、ビーカーとHを加熱2 O：NH〜50℃の温度に4 OH溶液。ビーカーをカバーするために時計のガラスを使用してください。
- 注意：H 2 Oたら：NH 4 OH溶液を、約50℃の温度に到達した過酸化水素（H 2 O 2）の185 mLを加え、温度を〜75℃に達するまで加熱を続けました。このH 2 O：NH 4 OH：H 2 O 2溶液を、SC 1として知られています。
注：SC 1は、効果的に清浄なシリコンウエハに、毎日変更する必要があります。
- 標準クリーン2（SC 2）を準備します。
- 注意：酸は、ヒュームフードを割り当てました2Lのガラスビーカー内の脱イオン水1295ミリリットルに塩酸185ミリリットルを追加します。
- 注意：ホットプレート上に置き、ビーカーをし 、H 2 O熱：〜50℃の温度にHCl溶液を。ビーカーをカバーするために時計のガラスを使用してください。
- 注意：一旦、H 2 O：HCl溶液を、約50℃の温度に達したH 2 O 2の185 mlを加え、温度を〜75℃に達するまで加熱を続けました。このH 2 O：塩酸：H 2 O 2溶液をSC 2として知られています。
注意：変更SC 2日常に効果的に清浄なシリコンウェーハを。
- シリコンエッチング液を準備します。
- アルカリ割り当てられたヒュームフードでは、 化学的に清浄な 2リットルのガラスビーカーに水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）の1600ミリリットルを追加します。化学的に使用する前にビーカーをきれいにする方法については6章を参照してください。
- ホットプレート上にビーカーを置き、〜85の温度にTMAH溶液を加熱6; C。ビーカーをカバーするために時計のガラスを使用してください。
注：それは1ヶ月後、すなわち 、結晶化を開始するまで、TMAH溶液は、変化する必要はありません。
- 湿式化学処理を実行します。
- 石英クレードルにロードサンプルとラボで共同HF溶液中に配置します。濃度は重要ではありません。
- 〜10秒後、またはサンプルは、HF溶液からクレードルを取り外して、DI水で満たされた3ビーカーを使用してすすぎ、（ドライプル）疎水性になって一度。
- SC 1が用意されているヒュームフードにウェーハのクレードルを運びます。 SC 1〜75℃で安定したら、ゆっくりとSC 1へのウエハのクレードルを浸します。
- 10分間SC 1内のウエハを清掃してください。
- 10分が経過した後、SC 1からウェーハのクレードルを除去し、脱イオン水で満たされた3 2Lのガラスビーカーを使用して洗浄する。これらのガラスビーカー前のDI水でそれらを充填する化学的にきれい 。上の第6章を参照してください。どのように化学的にビーカーをきれいにします。
- すすいだ後、唯一のポストSC 1の処理のために専用されているHF溶液にサンプルを置きます。濃度は重要ではありません。
- 〜10秒後、またはサンプルは、HF溶液からクレードルを取り外して、DI水で満たされた3ビーカーを使用してすすぎ、（ドライプル）疎水性になって一度。ステップ4.4.5と同じビーカーを使用してください。
- SC 2が用意されているヒュームフードにウェーハのクレードルを運びます。 SC 2〜75℃で安定したら、ゆっくりとSC 2にウェーハのクレードルを浸します。
- 10分間SC 2内のウエハを清掃してください。
- 10分が経過した後、SC 2のウェハのクレードルを除去し、脱イオン水で満たされた3ビーカーを使用してそれらをすすぎます。ステップ4.4.5と同じビーカーを使用してください。
注：ウェーハのクレードルは、次の日まで、脱イオン水で満たしたすすぎビーカーの中に格納することができます。 - すすいだ後、唯一のポストのために専用されているHF溶液にサンプルを置きますSC 2処理。濃度は重要ではありません。
- 〜10秒後、またはサンプルは、HF溶液からクレードルを取り外して、DI水で満たされた3ビーカーを使用してすすぎ、（ドライプル）疎水性になって一度。ステップ4.4.5と同じビーカーを使用してください。
- TMAH溶液が調製されたヒュームフードにウェーハのクレードルを運びます。 TMAH溶液は〜85℃で安定したら、ゆっくりTMAH溶液中にウェーハのクレードルを浸します。
- 5分間TMAH内のウエハをエッチングします。これは、シリコンの〜5ミクロンを削除します。
- 5分が経過した後、TMAH溶液からウェーハのクレードルを除去し、脱イオン水で満たされた3ビーカーを使用してそれらをすすぎます。ステップ4.4.5と同じビーカーを使用してください。 TMAHは非常に「粘着性」であるとして、以上の3回のすすぎが必要になることがあります。
- 実験が設定されているヒュームフードにDI水でウェーハのクレードルを運びます。 1.1節を参照してください。
- STE後2時間以内に準備されたシリコンウエハを測定P 4.4.16。
5.測定手順
- すべての必要なPPEを適用します。
- DI水で2 2リットルのプラスチックビーカーを記入し、ドラフト内に置いてください。これらは、シリコン試料ポスト測定をすすぐために使用されます。
- すすぎビーカーに近いヒュームフード内部の空の500ミリリットルのプラスチックビーカー、所定の位置にプラスチック製のピンセットを置きます。これらのピンセットは、シリコンのサンプルを処理するために使用されます。
- コンピュータで、寿命テスターファイルを開きます。ファイルは、HFの測定のセットアップのための正しいキャリブレーション係数が含まれていることを確認します。第3章を参照してください。
- 生涯テスターファイルでは、「一時的」モードを選択します。シリコンウェハの詳細は、例えば、厚さ、抵抗率及びドーパント型のために、測定することが入ります。
- 注意：場所の容器（ふた）は寿命試験機のステージにHFで満たされ、誘導コイル（青い丸領域）の上に中央に配置します。ソリューションがために解決しましょう1分。
- コンピュータで、寿命テスターファイルの 'ゼロ楽器」ボタンをクリックしてください。これは、溶液の電圧を測定します。
注：溶液の組成が時間とともに変化するため、時間が経つにつれて、溶液電圧が低下します。かかわらずこの、HF溶液は、溶液が変更されずに1~2ヶ月のために使用することができる理由は、そのパッシベーション品質の劣化を示さありません。 - 注意：慎重寿命テスター段階からコンテナを削除し、ヒュームフードのベンチの上に置きます。
- 注意：慎重にHF溶液を充填した容器から蓋を外します。蓋にいくつかの結露がある場合は、慎重にドラフト内でタップを使用して、DI水で蓋をすすぎます。
- 注意：慎重にHF溶液に第1のシリコンウェハを浸します。プラスチックピンセットを使用して、軽くそれは容器の底部の上に座っていることを確認するために、シリコンウエハ上に押し下げます。
- ピンセットをすすぎますSとは、空の500ミリリットルのプラスチックビーカーに戻ってそれらを配置します。
- 注意：慎重にコンテナに裏蓋を配置し、寿命試験機のステージにコンテナを配置します。シリコンウェハは、誘導コイル（青い丸領域）の上に配置されていることを確認。
- あなたの手袋をすすぎ、乾燥させてください。 コンピュータを操作する前にそれらを削除します。
- ヒュームフード中の蛍光ランプが点灯している場合は、測定が行われるべきである前に、それをオフにする必要があります。最小光は、測定時に必要とされます。
- 上のハロゲンランプを切り替え、それはプラスチック容器の蓋を介してシリコンウェハを照射されていることを確認。 1分間の時間（正確な時間は重要ではありません）。
- 照明期間中は、コンピュータ上の生涯ファイルに「測定」ボタンをクリックします。 「データを取る 'という小さなウィンドウが表示されます。
- ファイルの名前をウィンドウのデータとる」を、タイプで。 「サンプル平均の下で10を選出します。
- シリコンウェーハを1分間照射されたとき、オフのハロゲンランプを切り替えて、 すぐに 「撮影データ」ウィンドウに「平均」ボタンをクリックします。寿命試験機は10回点滅し、寿命測定を平均化します。
注意：ハロゲンランプがオフされると、シリコンウエハの不動態化が低下し始め、したがって、それが最良の結果を達成するために、照明の直後に測定することが重要です。 - 平均化が完了すると、「撮影データ」ウィンドウで「OK」ボタンをクリックします。
- 別の測定が必要な場合は、繰り返しが5.15から5.18までを繰り返します。
- 注意：測定が完了すると、寿命テスター段階からコンテナを削除し、ヒュームフードのベンチの上に置きます。
- 注意：慎重にHF溶液を充填した容器から蓋を外します。蓋にいくつかの結露がある場合は、慎重にタップを使用して、DI水で蓋をすすぎますヒュームフードインチ
- 注意：慎重にプラスチックのピンセットを使用して、HF溶液からシリコンウェーハを取り外し、専用のリンスビーカーにウェハをすすぎます。ヒュームフードでタップの下で最終すすぎを行います。
- より多くのサンプルを測定する場合、繰り返しは5.10から5.23までを繰り返します。
- すべてのサンプルが測定された後、蓋を容器上に配置されていることを確認し、ドラフトでのHF溶液を保存します。コンテナが適切にラベル付けされていることを確認します。
- すべてのビーカーとピンセットをすすぎ、実験室での割り当てられたスポットに格納します。
- 寿命試験機は、使用後1時間ヒュームフードに残り、その後、ヒュームフードからそれを削除することを許可します。
ビーカーやコンテナの6化学クリーニング
- セクション4.1.1-4.1.4で説明したようにアルカリ性に割り当てられたヒュームフードでは、SC 1溶液を調製。
- 化学的にきれいなビーカーや容器に、ビーカー/容器にSC 1溶液を注ぎます。ビーカーCAnは一度に一つを洗浄すること。
- 溶液を10分間ビーカー/コンテナをきれいにしましょう。ビーカー/容器がプラスチックである場合には、ホットプレート上に配置することができないので、SC 1溶液は、きれいな時に冷却されます。これは、洗浄プロセスには影響しません。
- 彼らはまた、クリーニングが必要な場合は、10分後、別のビーカー/容器にSC 1溶液を注ぎます。それ以外の場合は、大きなビーカー内のSC 1溶液を冷まします。冷却後、SC 1は流水でシンクを下に注ぐことができます。
- DI水中SC 1洗浄ビーカー/コンテナを洗い流します。
- 酸割り当てられたヒュームフードでは、セクション4.2.1-4.2.4で説明したように、SC 2溶液を調製。
- ステップ6.5からビーカー/容器にSC 2溶液を注ぎます。溶液を10分間ビーカー/コンテナを清掃することを許可します。
- 彼らはまた、クリーニングが必要な場合は、10分後、別のビーカー/容器にSC 2溶液を注ぎます。それ以外の場合は、大きなビーカー内のSC 2溶液を冷まします。冷却すると、SC 2は、Tを下に注ぐことができます彼は流水でシンク。
- DI水中SC 2洗浄ビーカー/コンテナを洗い流します。ビーカー/コンテナは、現在、化学的に洗浄されます。
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Representative Results
図1aに概略を示し 、図1bは、実験の写真を示します。シリコンウェーハをHF水溶液に浸漬されると、その後寿命試験機台上に置き、測定は（照明の前に）実行され、表面再結合によって制限される寿命曲線は、 図2の青い三角で示すようになります。 図2の赤色の丸で示すようしかし、 図1に示すように、（HFに浸漬している間）、そして測定を照射した直後に実行され、サンプルを1分間照射されたときに、寿命の増加が起こります。表面再結合の減少への照明の結果後の寿命の増加、ひいては図2の赤い丸は今バルク再結合によって制限され、表面されていない寿命を表します。生涯ポスト照明意志の増加サンプリングするサンプルごとに異なり、技術が正しく動作している場合しかし、寿命の増加は常に照明による表面再結合の減少は、バルク再結合するので寿命が改善されませんそれによってバルク寿命は、（<100マイクロ秒）低くない提供起こるべき支配的になります。
バルクライフタイムが1分19用のシリコンウェハを照射した後に達成されていますが、表面パッシベーションは一時的なものであり、オフにされているハロゲンランプの秒以内に分解するために開始されます。 図3に示されたように測定値が、最も低い表面再結合を達成するために、照明期間の直後に実行するためにしたがって、重要である。 図3相当の赤い丸寿命にランプをオフにした後、試料を直接測定する場合試料を1分間illuminatio後に測定されたとき、青丸は寿命に対応n期間。図から、表面不動態化の高いレベルが一時的なものであり、終了され、照明源の数秒以内に低下することは明らかです。したがって、測定は、シリコンウエハのバルク寿命を達成するために照明の直後に実行されることが不可欠です。対照的に、 図3は、また、場合でも、寿命が劣化（青丸）は、それが完全に再度シリコンウエハを照射することにより回収することができる示しています。 図3に示すように、このプロセスは、表面再結合の任意の永続的な増加させることなく、何度も繰り返すことができます。
正確に測定が行われるたびに動作している技術を確保するために、制御シリコンウエハが使用されるべきです。制御シリコンウエハは、技術によって複数回測定され、同じ寿命を毎回生成されているサンプルを表します。対照サンプルは、常に同じ湿式化学pretreatmを受けるべきですサンプルとENTを測定します。シリコンウエハのバルク寿命を測定する前に、コントロール試料は、最初に測定すべきです。したがって、その寿命は、以前の寿命測定の±20％以内にない場合は、問題が発生していると問題が解決されるまで測定は中止すべきです。対照試料は、その先に測定寿命の±20％以内の寿命を生成する場合は逆に、測定が進むことができます。いくつかの場合において、サンプルのバルク寿命が低くなり、したがって、前と照射後に測定された寿命は、 図2を同じ逆になります。この場合、照明が依然として表面再結合が減少するにもかかわらず、中には改善しませんバルク再結合は、表面よりもはるかに高いので、寿命後の照明が観察されます。このようなサンプルを測定する場合、対照ウエハとの比較は、測定セットアップまたは計測されるウエハSIMに問題があるかどうかを解明することができプライは、非常に高いバルク再結合を持っています。
そのHFパッシベーションは、バルクライフタイムの測定を実現し実証するために、FZ 1Ω・cmのn -で 、図4に示すように、シリコンウェハは、ALD の Al 2 O 3と、PECVDのSiNで不動態化されたのp型は、xは 図4にためていることを示しています。 x膜の Al 2 O 3とSiNで達成の両方のタイプのドーピング、HFの不動態化は、同じ寿命を達成することができます。 p型サンプルでSiN x膜によって達成低い寿命はSiN x膜内に含まれる正電荷によって生じる空乏領域の再結合によるものです。対照的に、空乏領域の再結合は、存在する場合、有意の寿命測定に影響を及ぼさないか、N - または P型シリコンHF不動態化技術を使用して、9,17,18。これはまた、バルクDEFを分析するための技術が望まなりますECTS、寿命測定から観察任意の注入依存性はバルク再結合に起因し、表面ではないことができるからです。
図1のHF保護セットアップ。光が強化されたHFの保護と測定セットアップ17の（A）は概略。 J.からの許可を得て転載ソリッドステートサイエンス。技術総合。、1（2）、P55（2012）。著作権2012年、電気学会。セットアップの（B）の写真。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ILにより表面パッシベーション図 2.強化部分の光量。有効（青三角）の前に、15％のHF中に浸漬し、高抵抗シリコンウェーハのライフタイムと直接（赤丸）の後に照明。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
表面パッシベーションポスト照明の 図3. 分解。直接照明の後、HFに浸漬5Ω・cmのn個の型シリコンウエハの有効寿命（赤丸）と照明（青丸）1分後。図は、不動態化は、その後の照明のステップによって回収することができる方法を示します。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4. 他の誘電体膜との比較 FZ 1Ω・cmの有効/バルク寿命N -とHF（オレンジ色の丸）で不動態化のp型シリコンウェーハ、PECVDのSiNは（緑の四角）をXと ALD の Al 2 O 3（青いです菱形）。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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Discussion
上述のバルクシリコン寿命測定技術の実装を成功は、3つの重要なステップ、（I）、化学的に1分17は15％のHF溶液および（iii）照明における（ii）の浸漬、洗浄、シリコンウエハのエッチングに基づいています、 18,19。これらのステップがなければ、バルク寿命はどの確実に測定することはできません。
測定技術は、室温で実施されるように、表面パッシベーション品質は表面汚染（金属、有機膜）に非常に敏感です。 20効果的に表面の汚染物質を除去するために、SC 1溶液が（：NH 4 OH、H 2 O 2 H 2 O）が使用されます。シリコンウェハは、SC 1に浸漬される場合、溶液は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、カドミウム、亜鉛、コバルト、クロム20として金属汚染物質と共に、酸化分解および溶解による有機表面フィルムを除去します。ポストSC 1洗浄には、そのよ可能ですOME微量元素は、クリーンから生じる水和酸化物膜中にトラップされたままで、したがってHFディップ膜を除去する必要があります。 20 HFディップの後に、シリコン表面は、その後、SC 2（：HClのH 2 O 2 H 2 O）で洗浄されます。 SC 1が効果的にほとんどの不純物を除去しながら、SC 2は、アルミニウム、鉄、マグネシウムなどのアルカリイオンと陽イオンを除去するように設計されています。また、SC 2はまた、SC 2清潔に続いて、SC 1で除去されなかった任意の他の金属汚染物質を除去し、ウエハは、HFは、含水酸化膜を除去するために浸漬することができます。シリコンウェーハは、SC 1およびSC 2によって表面汚染物を洗浄された後、彼らはTMAHで短い表面エッチングを必要とします。 TMAHは、それが唯一の（111）結晶平野に沿ってエッチングする意味、異方性エッチング溶液です。したがって、化学エッチングの間に、小さなシリコンピラミッドは、表面を粗くし、ときに私水素カバレッジを向上させることができます（111）平野を、露光、表面に形成されていますHF 21,22にmmersed。処理されたシリコンウェーハをHFに浸漬し、続いて照射されたときにそのため、最適化された表面状態と、表面再結合を抑制することができます。
HF溶液の最適化は、我々の以前の出版物17で調べました。これは、シリコンウエハを15％-30％のHF中に浸漬されたときに、最小の表面再結合が達成されることが見出されました。これは、HF濃度が水素でダングリングボンドシリコンの大部分を不動態化するのに十分に高いので発生し、HF溶液23のシリコンのフェルミレベル及び還元電位の差に起因する高い表面電荷を保持することにより、電界効果保護機構を提供します。 15％HFの選択は、安全上の理由でした。 HF溶液へのもう一つの重要な添加は、HClの含有ました。 15％HF水溶液中のHClを少量添加することにより、HF溶液中の水素濃度は、順番に、AMを増加させる、増加させますバルクシリコンの寿命を可能にするシリコンウェーハの表面保護のための利用可能な水素のountポスト照明23を得ることができます。
HF中に浸漬し、シリコンウエハの照明が大幅にシリコン/ HFインターフェース23,24を横切る電子と正孔転送により、溶液中の化学種との付加的な結合を作成することにより、表面の不動態化を向上させることができます。 27 -などのSi-Hとしてシリコン/ HFインタフェースに、Si-OHとSi-F 23で形成することができる化学結合の数があります。 HF中に浸漬ケイ素の不動態化は、主にシリコンをHF 26,27に浸漬されたときに最も安定な結合の一つであると考えられているSi-H結合の作成 から来るように示されています。 図3に示すように、表面パッシベーションは、ポスト照明増強されている間しかし、パッシベーションは、照明源が終了した後数秒以内に分解することが知られています。ザ・reforeこれがケースであれば、保護が劣化してはならないとして、強化されたパッシベーションポスト照明は、主に安定したSi-H結合の生成に起因しているそうです。むしろそれは、強化された表面パッシベーションは、ヒドロキシル基（Si-OH）とフッ素（のSi-F）26と不安定な結合の作成 から来ると仮定されます。
上記の3つの重要なステップは、最良の結果を与えるように設計されているが、測定値が誤った結果を生成することができる状況があります。ほとんどの場合、エラーの可能性の源は、汚染化学溶液又は難濾過DIシステムから来ることができる表面の汚染です。これらの条件下では、電気伝導度計を用いて、脱イオン水システムをテストするために最善です。 DI水を正しくフィルタされていない場合、システムは、任意の測定が実行される前に変更する必要があります。これは、他の研究室のプロセスに影響を与えますので、妥協DI水システムは、すべての人に影響を与えます。DI水は、導電率計の賢明な読書を与えている場合は逆に、汚染源となる可能性は、TMAH溶液または15％のHF溶液（SC 1およびSC 2が損なわれることはありません）です。この場合には、（SC 1及び2）化学的に清浄な、溶液をデカントする容器最良であると新たな溶液を調製します。シリコンウェーハを溶液によって汚染されている場合はさらに、彼らは表面がきれいになる前に、SC 1およびSC 2が複数回の洗浄が必要になります。ソリューション汚染誤寿命測定を避けるために、それが唯一の（実験室で他のプロセスではなく）この技術のために使用されTMAHとHF溶液を調製するのが最善です。表面汚染の別のソースは、以前に、シリコンウェハ上に堆積された誘電体又は金属フィルムから来る可能性があります。ウェハは、誘電体または金属の堆積を受けた場合にこのように、表面は、バルク人生の三段階プロセスの前に化学洗浄及びシリコンエッチングを必要とします時間測定技術。
技術は、シンプルで効率的な時間の両方ですが、HF酸の使用は、ヒュームフードに技術を制限します。かかわらず、このの、技術は世界で最高の不動態化誘電体膜と同等の表面保護を提供します（：H は Al 2 O 3および-Si罪は 、x H）、さらにこの技術は、任意の複雑な機械を必要とせずに、またそれをしません高温を必要とします。シリコンウェーハの純度が向上するように、太陽電池の効率を改善するためにドライブに、欠陥濃度が低下するので、それらの再結合活性は、そのような深い準位過渡分光法などの技術を用いて測定することが困難となり、フーリエ変換赤外分光。したがって、RT液体表面パッシベーション技術を組み込んで少数キャリア寿命の測定は、その濃度が低い場合、バルクシリコンの欠陥を検査するために不可欠であることが予想されます（<10 12 cm -3以下）。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hydrofluoric acid (48%) | Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrofluoric-acid-48%25,MDA_CHEM-100334 | 1003340500 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Hydrochloric acid 32%, AR | ACI Labscan, http://www.rcilabscan.com/modules/productview.php?product_id=1985 | 107209 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Ammonia (30%) Solution AR | Chem-supply, https://www.chemsupply.com.au/aa005-500m | AA005 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Hydrogen Peroxide (30%) | Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrogen-peroxide-30%25,MDA_CHEM-107209 | 1072092500 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Tetramethylammonium hydroxide (25% in H2O) | J.T Baker, https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4562992 | 5879-03 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| 640 ml round plastic container | Sistema, http://sistemaplastics.com/products/klip-it-round/640ml-round | This is a good container for storing the 15% HF solution in. | |
| WCT-120 lifetime tester | Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com/Sinton-Instruments-WCT-120.html | ||
| Dell workstation with Microsoft Office Pro, Data acquisition card and software including Sinton Software under existing license. | Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com | ||
| Halogen optical lamp, ELH 300 W, 120 V | OSRAM Sylvania, http://www.sylvania.com/en-us/products/halogen/Pages/default.aspx | 54776 | Any equivalent lamp could be used. |
| Voltage power source | Home made power supply | Any power supply could be used provided it can produce up to 90 Volts and 1-5 Amps. | |
| Conductivity meter | WTW, http://www.wtw.de/uploads/media/US_L_07_Cond_038_049_I_02.pdf | LF330 |
References
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