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Engineering

Luce migliorato Acido fluoridrico passivazione: una tecnica sensibile per il rilevamento di difetti Silicon Bulk

Published: January 4, 2016 doi: 10.3791/53614
Automatic Translation
1
1Research School of Engineering, Australian National University

Summary

A RT superficie liquida tecnica di passivazione per indagare l'attività ricombinazione di difetti di silicio di massa è descritta. Per la tecnica abbia successo, tre passaggi critici sono richiesti: (i) pulizia chimica ed attacco del silicio, (ii) l'immersione del silicio in 15% di acido fluoridrico e (iii) l'illuminazione per 1 min.

Abstract

Una procedura per misurare la durata bulk (> 100 msec) di wafer di silicio da raggiungere temporaneamente un livello molto elevato di passivazione superficie quando immergendo i wafer in acido fluoridrico (HF) è presentato. Con questa procedura sono necessari tre passaggi critici per raggiungere la durata bulk. In primo luogo, prima di immergere wafer di silicio in HF, vengono pulite chimicamente e successivamente incise in tetrametilammonio idrossido 25%. In secondo luogo, i wafer trattati chimicamente vengono poi poste in un grande contenitore di plastica riempita con una miscela di acido fluoridrico e acido cloridrico, e poi centrato su una bobina induttiva per photoconductance (PC) misurazioni. In terzo luogo, per inibire ricombinazione superficiale e misurare la durata di massa, i wafer sono illuminati a 0.2 soli per 1 min utilizzando una lampada alogena, l'illuminazione è spento, e una misurazione PC sia immediatamente ritirato. Con questa procedura, le caratteristiche dei difetti silicio volumetrico può essere determinato con precisione. PellicciaThermore, si prevede che un RT tecnica passivazione della superficie sensibile sarà indispensabile per l'esame di difetti di silicio di massa quando la loro concentrazione è bassa (<10 12 centimetri -3).

Introduction

Alta vita (> 1 msec) in silicio monocristallino sta diventando sempre più importante per le celle solari ad alta efficienza. Comprendere le caratteristiche di ricombinazione di impurità incorporato è stato, e rimane un tema importante. Una delle tecniche più utilizzate per esaminare l'attività di ricombinazione difetti coltivate-in è mediante un metodo photoconductance 1. Con questa tecnica è spesso difficile superficie completamente separata dalla ricombinazione massa, rendendo così difficile per esaminare le caratteristiche di ricombinazione di difetti adulte in. Fortunatamente esistono diversi film dielettrici che possono raggiungere velocità molto basse efficaci ricombinazione di superficie (S FEP) su <5 cm / s, e quindi inibire efficacemente ricombinazione superficiale. Questi sono, nitruro di silicio (SiN x: H) 2, ossido di alluminio (Al 2 O 3) 3 e silicio amorfo (a -Si: H) 4. La deposizione enealing temperature (~ 400 ° C) di questi film dielettrici sono considerati essere abbastanza basso da non disattivare in modo permanente l'attività della ricombinazione adulto difetti. Esempi di questo sono l'ossigeno ferro-boro 5 e boro 6 difetti. Tuttavia, recentemente si è riscontrato che vacante ossigeno e vacante fosforo difetti di tipo n Czochralski (Cz) di silicio possono essere completamente disattivati ​​a temperature di 250-350 ° C 7,8. Allo stesso modo è stato trovato un difetto nel float-zone (FZ) p tipo di silicio per disattivare a ~ 250 ° C 9. Pertanto, le tecniche di passivazione convenzionali come potenziato a plasma deposizione di vapore chimico (PECVD) e la deposizione strato atomico (ALD) può non essere adatto per inibire la ricombinazione di superficie per esaminare i difetti di massa adulte in. Inoltre, sin x: H e a-Si: H hanno dimostrato di disattivare i difetti di silicio sfuso attraverso idrogenazione 10,11. Pertanto per esaminare l'attività di ricombinazione o f adulta in difetti, una tecnica di passivazione della superficie RT sarebbe l'ideale. Wet passivazione della superficie chimica soddisfa questo requisito.

Nel 1990 Horanyi et al., Hanno dimostrato che l'immersione di wafer di silicio a iodio-etanolo soluzioni (IE) fornisce un mezzo per la passivazione wafer di silicio, ottenendo S eff <10 cm / sec 12. Nel 2007 Meier et al., Ha dimostrato che le soluzioni di iodio-metanolo (IM) in grado di ridurre la ricombinazione di superficie a 7 ​​cm / sec 13, mentre nel 2009 Chhabra et al. Hanno dimostrato che S eff di 5 cm / sec può essere raggiunto immergendo fette di silicio in soluzioni 14,15 quinhydrone-metanolo (QM). Nonostante l'ottima passivazione della superficie ottenuta IE, IM e soluzioni QM, non forniscono adeguata passivazione della superficie (S eff <5 cm / sec) per misurare la durata di bulk wafer di silicio ad alta purezza.

nt "> Un altro mezzo per raggiungere un elevato livello di passivazione della superficie è immergendo fette di silicio in acido HF. L'idea di utilizzare HF di passivazione wafer di silicio è stato introdotto da Yablonavitch et al., nel 1986, che ha dimostrato un record negativo S eff di 0,25 ± 0,5 cm / sec 16. Sebbene eccellente passivazione della superficie è stato raggiunto il wafer ad alta resistività, abbiamo trovato la tecnica per essere non ripetibile, aggiungendo così una grande incertezza alla misurazione vita. Pertanto per limitare l'incertezza costante ottenendo un bassa eff S (~ 1 cm / sec), abbiamo sviluppato una nuova tecnica HF passivazione che incorpora tre fasi critiche, (i) la pulizia e incisione di wafer di silicio chimicamente, (ii) immersione in una soluzione di HF 15% e (iii) illuminazione per 1 min 17,18. Questa procedura è semplice e tempo efficiente rispetto al tradizionale PECVD e tecniche di deposizione ALD sopra elencati.

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Protocol

1. Setup sperimentale

  1. Individuare una cappa aspirante adatto per la tecnica di misura, e rimuovere qualsiasi apparecchiatura irrilevante per consentire una migliore flusso d'aria e ridurre sprecare. Non utilizzare prodotti chimici diversi da acido fluoridrico (HF) nella cappa.
  2. Testare la qualità del (DI) acqua deionizzata dal rubinetto all'interno della cappa utilizzando un misuratore di conducibilità. Assicurarsi che l'acqua deionizzata ha una conduttanza di al massimo 0,055 mS / cm ad una temperatura di 20 ° C.
  3. Mettere una vita tester portatori minoritari nella cappa. Collegare i cavi di un computer, che si trova su un tavolo fuori della cappa.
  4. Accendere il computer e la durata tester. Aprire il file tester durata del computer e fare clic sul pulsante 'misura' per garantire la corretta comunicazione tra il computer e il tester vita. La sorgente di luce del tester vita dovrebbe lampeggiare se il computer e tester siano stati collegati correttamente. Posizionare una lampada alogena all'interno della cappa. Posizionare la lampada in modo tale che può illuminare la fase durata tester cui verrà collocato il campione.
  5. Collegare la lampada alogena ad una fonte di alimentazione che deve essere situato al di fuori della cappa. Quando la lampada alogena è acceso, l'intensità deve essere di almeno 0,02 W / cm 2 sulla scena vita tester.

2. Preparare la soluzione di HF 15%

Nota: HF è una sostanza chimica pericolosa e deve essere trattato con cura. Essa provoca lento, sostenuto, e danno profondità al corpo dopo l'esposizione. HF non è in grado bruciare la pelle come altri acidi - anzi assorbe rapidamente nella pelle e provoca profonde vesciche e danni alle ossa. Ciò significa che le ossa diventano fragili e vesciche come fluoro reagisce con il calcio. HF si lega anche con il calcio gratis che viene utilizzato nella regolazione nervosa e l'equilibrio osmotico delle cellule, in modo vincolante di calcio libero nel corpo può essere fatale. È fondamentale chel'utente segue i protocolli di sicurezza di laboratorio quando si utilizza HF, e assicura che conoscono la posizione del kit di pronto soccorso HF e hexafluorine (o calcio gluconato gel).

  1. Posizionare un contenitore pulito chimicamente rotondo di plastica (H: 55 mm, D: 170 millimetri) nella cappa (come nel punto 1). Il contenitore deve avere un coperchio trasparente in plastica. Vedere sezione 6 su come pulire chimicamente il contenitore prima dell'uso.
  2. Eliminare la zona intorno al contenitore di plastica nella cappa per cui la soluzione di HF può essere preparata senza ostruzioni nelle vicinanze.
  3. Applicare tutti i dispositivi di protezione individuale (DPI).
  4. ATTENZIONE: Aggiungere 50 ml di HF a 100 ml di acqua deionizzata (H 2 O) nel contenitore.
  5. ATTENZIONE: Aggiungere 20 ml di acido cloridrico (HCl) al contenitore e miscelare l'H 2 O: HF: soluzione di HCl utilizzando pinzette di plastica. Sciacquare le pinzette subito dopo.
  6. ATTENZIONE: posiziona il coperchio del contenitore di plastica e consentire il solutia stabilirsi per 1 ora. Durante questo tempo, fumi HF si condensa sul coperchio.
  7. Adeguatamente etichettare il contenitore e mettere in chiaro che essa contiene HF.
    Nota: La soluzione di HF durerà 1-2 mesi con un utilizzo intenso. Pertanto non vi è alcuna necessità di sostituire la soluzione ogni volta che una misura deve essere eseguita.

3. Calibrazione del Tester Lifetime

  1. Individuare almeno 6 wafer di silicio di resistività e conduttanza nota. Idealmente la gamma resistività dovrebbe estendersi ,1-100 Ω cm.
  2. Sul computer, aprire il file di calibrazione tester vita. Inserisci la resistività di ogni fetta della tabella e quindi fare clic su 'Aggiornamento # di wafer'.
  3. Fare clic sul pulsante 'Get data' nel file di calibrazione e inserire i dettagli del tester vita.
  4. Applicare tutti i DPI necessari.
  5. ATTENZIONE: il contenitore di plastica pieno con la soluzione di HF sul palco durata tester e posizionarlo sopra la bobina induttiva (blue regione cerchio).
  6. Quando viene richiesto di misurare la 'tensione air' sul computer, misurare la tensione della soluzione HF facendo clic sul pulsante 'Ok'. In questo caso, l'aria è stata sostituita dalla conduttanza della soluzione di HF.
  7. ATTENZIONE: Rimuovere con cautela il contenitore riempito con HF dal palco e posizionarlo sul banco cappa. Rimuovere con cautela il coperchio.
  8. ATTENZIONE: Quando il coperchio è stato rimosso dal contenitore, immergere la prima fetta di silicio nella soluzione HF usando pinzette di plastica. Posizionare il coperchio sul contenitore.
  9. ATTENZIONE: il contenitore di plastica di nuovo sul palco durata tester e posizionarlo sopra la bobina induttiva. Assicurarsi che il wafer di silicio è centrata sopra la bobina (regione cerchio blu).
  10. Quando viene richiesto di misurare la 'tensione di campione' sul computer, fare clic ancora una volta il pulsante 'Ok'. Rimuovere il contenitore dal palco e posizionarlo sul banco cappa.
  11. ATTENZIONE: r cautela imuovere il wafer di silicio dalla soluzione di HF con una pinzetta di plastica e sciacquare il wafer nei bicchieri di risciacquo dedicati. Fare un risciacquo finale sotto il rubinetto nella cappa.
  12. ATTENZIONE: Mettere il coperchio posteriore sul contenitore, e posizionare il contenitore di nuovo sul palco durata tester.
  13. Ripetere i passaggi 3,6-3,12 finché non sono stati misurati tutti i campioni.
  14. Una volta che tutti i campioni sono stati misurati, fare clic sul pulsante 'data Fit "nel file di calibrazione. Questo si inserisce una curva parabolica per i dati misurati e di fornire coefficienti di calibrazione A, B e C, che sono specifici per questa configurazione.
  15. Sul computer, aprire il file tester vita e fare clic sulla scheda 'Impostazioni'. Inserire nei nuovi coefficienti di calibrazione A, B e C per l'impostazione HF. Salvare il file con un nuovo nome.
    Nota: L'impostazione HF richiede solo una taratura ogni 6 mesi. Pertanto non è necessario calibrare la configurazione ogni volta che una misura deve essere eseguita.
jove_title "> 4. Wet trattamento chimico di Silicon Wafer Prima di misurazione

  1. Preparare standard di pulizia 1 (SC 1).
    1. ATTENZIONE: In una cappa alcalina assegnato, aggiungere 185 ml di idrossido di ammonio (NH 4 OH) a 1.295 ml di acqua deionizzata in un bicchiere di vetro 2 L.
    2. ATTENZIONE: Posizionare il becher su una piastra calda e riscaldare l'H 2 O: NH 4 OH soluzione ad una temperatura di ~ 50 ° C. Utilizzare un vetro da orologio per coprire il bicchiere.
    3. ATTENZIONE: Una volta che l'H 2 O: NH 4 OH soluzione ha raggiunto una temperatura di ~ 50 ° C, aggiungere 185 ml di acqua ossigenata (H 2 O 2) e continuare a riscaldare fino a quando la temperatura raggiunge i 75 ° C ~. Questo H 2 O: NH 4 OH: H 2 O 2 soluzione è nota come SC 1.
      Nota: SC 1 deve essere cambiato ogni giorno per wafer di silicio efficacemente puliti.
  2. Preparare standard di pulito 2 (SC 2).
    1. ATTENZIONE: In un acido assegnato cappa,aggiungere 185 ml di HCl a 1.295 ml di acqua deionizzata in un bicchiere di vetro 2 L.
    2. ATTENZIONE: Posizionare il becher su una piastra calda e riscaldare l'H 2 O: soluzione HCl ad una temperatura di ~ 50 ° C. Utilizzare un vetro da orologio per coprire il bicchiere.
    3. ATTENZIONE: Una volta che l'H 2 O: soluzione HCl ha raggiunto una temperatura di ~ 50 ° C, aggiungere 185 ml di H 2 O 2 e continuare a riscaldare fino a quando la temperatura raggiunge i 75 ° C ~. Questo H 2 O: HCl: H 2 O 2 soluzione è nota come SC 2.
      Nota: Cambiare SC 2 al giorno per wafer di silicio efficacemente puliti.
  3. Preparare la soluzione di attacco silicio.
    1. In una cappa alcalina assegnato, aggiungere 1.600 ml di idrossido di tetrametilammonio (TMAH) per un bicchiere di vetro 2 L chimicamente pulito. Si prega di consultare la sezione 6 su come pulire chimicamente il bicchiere prima dell'uso.
    2. Porre il becher su una piastra calda e riscaldare la soluzione TMAH ad una temperatura di 85 ~6; C. Utilizzare un vetro da orologio per coprire il bicchiere.
      Nota: la soluzione TMAH non avrà bisogno di cambiare fino a quando non comincia a cristallizzarsi, vale a dire, dopo 1 mese.
  4. Eseguire il trattamento chimico bagnato.
    1. Caricare i campioni in una culla di quarzo e metterli in una soluzione di HF comunale in laboratorio. La concentrazione non è critica.
    2. Dopo circa 10 secondi o una volta che i campioni diventano idrofoba (tirare a secco), rimuovere il supporto dalla soluzione di HF e sciacquare con 3 bicchieri riempiti con acqua deionizzata.
    3. Trasportare la culla di wafer alla cappa aspirante dove SC 1 è stato preparato. Quando SC 1 è stabilizzata a ~ 75 ° C, lentamente immergere la culla di wafer in SC 1.
    4. Pulire i wafer in SC 1 per 10 min.
    5. Trascorso 10 min, togliere la culla di wafer da SC 1 e sciacquarli con tre bicchieri di vetro 2 L riempito con acqua deionizzata. Chimicamente pulito questi bicchieri di vetro prima del loro riempimento con acqua deionizzata. Si prega di consultare la sezione 6 sucome pulire chimicamente i bicchieri.
    6. Dopo il risciacquo, inserire i campioni in una soluzione di HF che è dedicato solo per il post SC 1 trattamento. La concentrazione non è critica.
    7. Dopo circa 10 secondi o una volta che i campioni diventano idrofoba (tirare a secco), rimuovere il supporto dalla soluzione di HF e sciacquare con 3 bicchieri riempiti con acqua deionizzata. Utilizzare gli stessi bicchieri come al punto 4.4.5.
    8. Trasportare la culla di wafer alla cappa dove SC 2 è stato preparato. Quando SC 2 si è stabilizzata a ~ 75 ° C, lentamente immergere la culla di wafer in SC 2.
    9. Pulire i wafer in SC 2 per 10 min.
    10. Trascorso 10 min, togliere la culla di wafer da SC 2 e sciacquarli con 3 bicchieri riempiti con acqua deionizzata. Utilizzare gli stessi bicchieri come al punto 4.4.5.
      Nota: La culla di wafer può essere memorizzata in una delle coppe risciacquo riempiti con acqua deionizzata fino al giorno seguente.
    11. Dopo il risciacquo, posizionare i campioni in una soluzione di HF, che è dedicato solo per il postSC 2 lavorazione. La concentrazione non è critica.
    12. Dopo circa 10 secondi o una volta che i campioni diventano idrofoba (tirare a secco), rimuovere il supporto dalla soluzione di HF e sciacquare con 3 bicchieri riempiti con acqua deionizzata. Utilizzare gli stessi bicchieri come al punto 4.4.5.
    13. Trasportare la culla di wafer alla cappa in cui è stata preparata la soluzione TMAH. Quando la soluzione TMAH è stabilizzato a ~ 85 ° C, lentamente immergere la culla di wafer nella soluzione TMAH.
    14. Etch le cialde in TMAH per 5 min. Questo rimuoverà ~ 5 micron di silicio.
    15. Trascorso 5 minuti, togliere la culla di wafer dalla soluzione TMAH e risciacquare utilizzando 3 bicchieri riempiti con acqua deionizzata. Utilizzare gli stessi bicchieri come al punto 4.4.5. Più di 3 risciacqui potrebbe essere necessaria come TMAH è abbastanza 'appiccicoso'.
    16. Trasportare la culla di wafer in acqua deionizzata per la cappa in cui l'esperimento è stato impostato. Vedere la sezione 1.1.
    17. Misurare le fette di silicio preparati in 2 ore dopo step 4.4.16.

5. Procedura di misurazione

  1. Applicare tutti i DPI necessari.
  2. Riempire due bicchieri di plastica 2 L con acqua deionizzata e metterli nella cappa. Questi saranno utilizzati per il risciacquo la misura posta campioni di silicio.
  3. Mettere pinzette di plastica in un bicchiere da 500 ml di plastica vuota e posto all'interno della cappa in prossimità dei bicchieri di risciacquo. Queste pinzette saranno utilizzati per gestire i campioni di silicio.
  4. Sul computer, aprire il file di vita tester. Assicurarsi che il file contiene i coefficienti di calibrazione corrette per la messa a punto di misurazione HF. Vedere la sezione 3.
  5. Nel file tester vita, selezionare la modalità 'Transient'. Inserire i dettagli del wafer di silicio da misurare, ad esempio, lo spessore, la resistività e tipo di drogante.
  6. ATTENZIONE: Posizionare il contenitore (coperchio) riempito con HF sul palco del tester a vita e centrare la bobina induttiva (regione cerchio blu). Lasciate che la cassapanca soluzione per1 minuto.
  7. Sul computer, fare clic sul pulsante 'strumento Zero' nel file vita tester. Ciò misurare la tensione della soluzione.
    Nota: Nel corso del tempo, la tensione di soluzione diminuisce perché la composizione della soluzione cambia con il tempo. Indipendentemente da ciò, la soluzione di HF non mostra alcun degrado nella qualità passivante, motivo per cui la soluzione può essere utilizzata per 1-2 mesi senza essere modificato.
  8. ATTENZIONE: Rimuovere con cautela il contenitore dal palco vita tester e posizionarlo sul banco cappa.
  9. ATTENZIONE: Rimuovere con cautela il coperchio del contenitore riempito con la soluzione di HF. Se c'è qualche condensa sul coperchio, sciacquare accuratamente il coperchio in acqua deionizzata usando il rubinetto sotto cappa.
  10. ATTENZIONE: immergere con attenzione il primo wafer di silicio nella soluzione di HF. Utilizzando le pinzette di plastica, premere leggermente sul wafer di silicio per assicurare che è seduto sul fondo del contenitore.
  11. Sciacquare la pinzettas e metterli di nuovo nel bicchiere di plastica da 500 ml vuoto.
  12. ATTENZIONE: Posizionare con cura il coperchio sul contenitore e quindi posizionare il contenitore sul palco durata tester. Assicurarsi che il silicio è posizionato sopra la bobina induttiva (regione cerchio blu).
  13. Lavare e asciugare i guanti. Rimuoverli prima di utilizzare il computer.
  14. Se la luce fluorescente nella cappa è acceso, esso deve essere spento prima di una misurazione deve essere effettuata. È necessaria una luce minima durante la misurazione.
  15. Accendere la lampada alogena e assicurarsi è illuminante wafer di silicio attraverso il coperchio del contenitore di plastica. Tempo per 1 min (il tempo esatto non è critico).
  16. Durante il periodo di illuminazione, fare clic sul pulsante 'Misura' nel file di vita del computer. Apparirà una piccola finestra con l'etichetta 'presa dati'.
  17. In 'Assunzione di dati "finestra, digitare un nome per il file. Sotto 'campione media' seletti 10.
  18. Quando il wafer di silicio è stato illuminato per 1 minuto, accendere la lampada alogena off e immediatamente fare clic sul pulsante 'media' nella finestra 'presa dati. Il tester vita lampeggia 10 volte e la media delle misurazioni di vita.
    Nota: Una volta che la lampada alogena è spento, la passivazione del wafer di silicio inizierà a degradare, e quindi è importante misurare subito dopo l'illuminazione per ottenere i migliori risultati.
  19. Quando la media, fare clic sul pulsante 'OK' nella finestra 'presa dati.
  20. Se è necessaria un'altra misurazione, ripetere i punti 5,15-5,18.
  21. ATTENZIONE: una volta completata la misurazione, rimuovere il contenitore dal palco vita tester e posizionarlo sul banco cappa.
  22. ATTENZIONE: Rimuovere con cautela il coperchio del contenitore riempito con la soluzione di HF. Se c'è qualche condensa sul coperchio, sciacquare accuratamente il coperchio in acqua deionizzata utilizzando il rubinettonella cappa.
  23. ATTENZIONE: Rimuovere con attenzione il wafer di silicio dalla soluzione di HF con una pinzetta di plastica e sciacquare il wafer nei bicchieri di risciacquo dedicati. Fare un risciacquo finale sotto il rubinetto nella cappa.
  24. Se più campioni devono essere misurati, ripetere i passaggi 5,10-5,23.
  25. Una volta che tutti i campioni sono stati misurati, assicurare il coperchio è posizionato sul contenitore e conservare la soluzione di acido fluoridrico nella cappa. Assicurarsi che il contenitore sia adeguatamente etichettato.
  26. Risciacquare tutti i bicchieri e le pinzette e memorizzarli in loro punti assegnati in laboratorio.
  27. Lasciare che il tester vita per rimanere nella cappa aspirante per 1 ora dopo l'uso e poi rimuoverlo dal cappa.

6. chimica Pulizia di Becher e contenitori

  1. In una cappa alcalina assegnato, preparare una soluzione 1 SC come indicato nelle sezioni 4.1.1-4.1.4.
  2. Per bicchieri chimicamente puliti e contenitori, versare la soluzione SC 1 nei bicchieri / contenitori. I bicchieri can essere pulito solo uno alla volta.
  3. Lasciate che la soluzione di pulizia del bicchiere / contenitore per 10 min. Se il becher / contenitore è di plastica, non può essere posizionato su una piastra calda, e quindi la soluzione SC 1 si raffredda durante la pulizia. Questo non influirà sul processo di pulizia.
  4. Dopo 10 minuti, versare la soluzione SC 1 in un altro bicchiere / contenitore se richiedono pulizia anche. In caso contrario, lasciare che la soluzione SC 1 fresco in un grande bicchiere. Una volta raffreddato, SC 1 può essere versato nel lavandino con acqua corrente.
  5. Risciacquare SC 1 bicchiere pulito / recipiente in acqua deionizzata.
  6. In una cappa di acido assegnato, preparare una soluzione per SC 2 come descritto nelle sezioni 4.2.1-4.2.4.
  7. Versare la soluzione SC 2 in coppa / container dal punto 6.5. Lasciare la soluzione per pulire il becher / contenitore per 10 min.
  8. Dopo 10 minuti, versare la soluzione SC 2 in un altro bicchiere / contenitore se richiedono pulizia anche. In caso contrario, lasciare che la soluzione SC 2 fresco in un grande bicchiere. Una volta raffreddato, Carolina del Sud 2 può essere versato giù tegli lavello con acqua corrente.
  9. Risciacquare SC 2 puliti bicchiere / recipiente in acqua deionizzata. Il bicchiere / contenitore è ora pulito chimicamente.

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Representative Results

Figura 1a mostra una schematica e figura 1b mostra una fotografia del setup sperimentale. Quando una fetta di silicio viene immerso nella soluzione di HF, successivamente immesse sul palco durata tester e viene eseguita una misurazione (prima di illuminazione), una curva vita che è limitata dalla ricombinazione superficiale comporta, come mostrato dai triangoli blu nella figura 2. Tuttavia, quando il campione viene illuminato per 1 min (immersi in HF), come mostrato nella Figura 1, e la misurazione è effettuata immediatamente dopo l'illuminazione, un aumento della vita si verifica, come indicato dai cerchi rossi nella figura 2. Questo aumento di vita dopo risultati di illuminazione a causa di una riduzione della ricombinazione superficiale, e quindi i cerchi rossi nella Figura 2 rappresentano la durata che è ora limitato dalla ricombinazione rinfusa e non superficie. L'aumento della illuminazione vita post verràvaria da campione a campione, se la tecnica funziona correttamente, un aumento della vita dovrebbe sempre si verificano a condizione che la durata di massa non è basso (<100 msec), per cui qualsiasi riduzione ricombinazione di superficie con l'illuminazione non migliorerà la vita, perché la ricombinazione di massa diventa dominante.

Sebbene la durata bulk viene raggiunto dopo illuminante wafer di silicio per 1 min 19, la passivazione della superficie è temporanea e inizierà a degradare in pochi secondi della lampada alogena è stato spento. Pertanto è importante che la misura sia effettuata direttamente dopo il periodo di illuminazione per ottenere la ricombinazione superficiale più bassa, come mostrato nella Figura 3. I cerchi rossi nella figura 3 corrispondono alla vita quando il campione viene misurata direttamente dopo che la lampada è spenta , ed i cerchi blu corrispondono alla durata di vita quando il campione è misurata 1 minuto dopo l'illuminatioperiodo di n. Dalla figura, è evidente che l'elevato livello di passivazione della superficie è temporaneo e degrada entro secondi della sorgente di illuminazione essendo terminato. È pertanto indispensabile che una misurazione è effettuata direttamente dopo l'illuminazione per raggiungere la durata massa del wafer di silicio. In contrasto, la figura 3 mostra anche che, anche quando si degrada durata (cerchi blu), che possono essere completamente recuperati illuminando wafer di silicio nuovamente. Questo processo può essere ripetuto molte volte senza alcun aumento permanente ricombinazione superficiale come mostrato in Figura 3.

Per assicurare la tecnica funziona correttamente ogni volta che una misura è condotta, dovrebbero essere utilizzati wafer di silicio di controllo. I wafer di silicio rappresentano campioni di controllo che sono stati misurati dai tempi tecnica multipla e hanno prodotto la stessa durata ogni volta. I campioni di controllo devono sempre subire la stessa pretreatm chimico bagnatoent come i campioni da misurare. Prima di misurare la durata massa di wafer di silicio, i campioni di controllo devono essere misurati prima. Così se la loro vita non è entro ± 20% della loro misurazione vita precedente, si è verificato un problema e la misura deve essere interrotta fino a quando il problema viene risolto. Al contrario, se i campioni di controllo producono vite entro ± 20% della loro vita precedentemente misurato, le misurazioni possono procedere. In alcuni casi, la durata massa dei campioni sarà bassa, e quindi la durata misurata prima e dopo l'illuminazione sarà lo stesso, contrariamente alla figura 2. In questo caso, anche se l'illuminazione sarà comunque ridurre ricombinazione superficiale, nessun miglioramento della vita alberino illuminazione sarà osservato perché bulk ricombinazione è molto superiore superficie. Quando si misura un campione di questo tipo, rispetto a un wafer di controllo può chiarire se c'è un problema con il sistema di misura o la sim cialda misuratastrati ha un altissimo ricombinazione di massa.

Per dimostrare che passivazione HF non ottenere misure della vita rinfusa, FZ-1 Ω cm - n. E wafer di silicio p -tipo stati passivati ​​con ALD Al 2 O 3 e PECVD sin x, come mostrato nella Figura 4. Figura 4 mostra che per entrambi i tipi di doping, HF passivazione può raggiungere la stessa vita come realizzato con Al 2 O 3 e sin x film. La durata inferiore ottenuto dal film SiN x sul campione p tipo è dovuto alla regione di svuotamento ricombinazione causato dalla carica positiva contenuta all'interno della pellicola SiN x. Al contrario, l'esaurimento regione ricombinazione, se presente, non sembra influenzare significativamente la misura di vita di una n - o p tipo di silicio quando si utilizza la tecnica HF passivazione 9,17,18. Questo rende anche la tecnica desiderabile per analizzare bulk defetti, perché ogni dipendenza iniezione osservata dalla misura di vita può essere attribuita a ricombinazione massa e in superficie.

Figura 1
Figura 1. installazione HF passivazione. (A) schematico della luce avanzata passivazione e misurazione HF configurazione 17. Riprodotto con il permesso di J. Solid State Sci. Technol., 1 (2), P55 (2012). Copyright 2012, il Electrochemical Society. (B) fotografia della configurazione. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2
Figura 2. Valorizzazione del passivazione della superficie per il lumination. durata effettiva di un wafer di silicio ad alta resistività immerso nel 15% HF, prima di (triangoli blu), e subito dopo (cerchi rossi) illuminazione. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3. Degradazione dell'illuminazione passivazione palo. Durata effettiva di un 5 Ω cm n tipo wafer di silicio immersi in HF subito dopo l'illuminazione (cerchi rossi) e 1 min dopo di illuminazione (cerchi blu). Il dato dimostra come la passivazione può essere recuperato da successive fasi di illuminazione. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

t "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figura 4
Figura 4. Confronto con altri film dielettrici Efficace / vita grosso della FZ 1 Ω cm n -. E wafer di silicio p -tipo passivate con HF (cerchi arancioni), PECVD sin x (quadrati verdi) e ALD Al 2 O 3 (blu diamanti). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Il successo della tecnica di misura durata silicio bulk sopra descritto si basa su tre punti critici, (i) pulizia chimicamente e incisione wafer di silicio, (ii) immersione in una soluzione di HF 15% e (iii) l'illuminazione per 1 min 17, 18,19. Senza questa procedura, la durata bulk non può essere misurata con certezza.

Poiché la tecnica di misurazione è condotta a temperatura ambiente, la qualità passivazione della superficie è altamente sensibile alla contaminazione superficiale (metalli, film organici). Così per rimuovere efficacemente i contaminanti superficiali, una soluzione SC 1 è utilizzato (H 2 O: NH 4 OH: H 2 O 2) 20. Quando i wafer di silicio sono immersi in SC 1, la soluzione elimina pellicole superficiali organici per ripartizione ossidativo e dissoluzione, con contaminanti metallici come oro, argento, rame, nichel, cadmio, zinco, cobalto e cromo 20. Posta SC 1 pulizia, è possibile che some oligoelementi rimangono intrappolate nella pellicola di ossido idrato risultante dalla pulito, e quindi un tuffo HF è necessario per rimuovere la pellicola. A seguito di un dip HF, le superfici di silicio vengono puliti in SC 2 (H 2 O: HCl: H 2 O 2) 20. Mentre SC 1 rimuove efficacemente maggior impurità, SC 2 è progettato per rimuovere gli ioni alcalini e cationi quali alluminio, ferro e magnesio. Inoltre, SC 2 sarà anche rimuovere eventuali altri contaminanti metallici che non sono stati rimossi in SC 1. A seguito di un SC 2 pulito, i wafer possono essere immersi HF per rimuovere la pellicola di ossido idrato. Una volta che i wafer di silicio sono stati puliti di contaminanti di superficie da SC 1 e SC 2, richiedono un breve attacco superficie TMAH. TMAH è una soluzione attacco anisotropo, il che significa che incide solo lungo (111) pianure di cristallo. Pertanto, durante la attacco chimico, piccole piramidi di silicio si formano sulle superfici, esponendo (111) pianure, che irruvidisce le superfici e contribuisce a migliorare la copertura di idrogeno quando hommersed in HF 21,22. Pertanto, con una condizione superficiale ottimizzata, ricombinazione superficiale può essere inibita quando i wafer di silicio trattati sono immersi in HF e successivamente illuminati.

Ottimizzazione della soluzione di HF è stato esaminato nella nostra precedente pubblicazione 17. Si è riscontrato che quando wafer di silicio sono immersi in 15% -30% HF, la ricombinazione superficiale più basso è raggiunto. Ciò si verifica perché la concentrazione di HF è sufficientemente elevata per passivare più del silicio penzoloni legami con idrogeno, e fornisce un meccanismo di campo effetto passivazione mantenendo una carica superficiale causato da una differenza nel silicio livello di Fermi e potenziale di riduzione della soluzione di HF 23 . La scelta del 15% HF era per motivi di sicurezza. Un'altra importante aggiunta alla soluzione di HF è stato l'inserimento di HCl. Con l'aggiunta di una piccola quantità di HCl in soluzione di HF 15%, la concentrazione di idrogeno nella soluzione di HF è aumentata, il che a sua volta aumenta il amount dell'idrogeno disponibili per la passivazione della superficie del wafer di silicio, consentendo la durata silicio bulk da ottenere dopo 23 illuminazione.

Illuminazione di wafer di silicio immersi in HF può migliorare significativamente la passivazione della superficie con la creazione di ulteriori obbligazioni con specie chimiche in soluzione attraverso elettrone e la lacuna trasferimento attraverso l'interfaccia di silicio / HF 23,24. Ci sono un certo numero di legami chimici che possono formare all'interfaccia silicio / HF, come Si-H, Si-OH e Si-F 23 - 27. Passivazione del silicio immersi in HF ha dimostrato di venire principalmente dalla creazione di legami Si-H, che è considerato come uno dei legami più stabili quando il silicio è immerso in HF 26,27. Tuttavia, mentre la passivazione della superficie viene migliorata illuminazione postale, come mostrato in figura 3, la passivazione è noto a degradare in pochi secondi dopo che la fonte di illuminazione è stata terminata. Ilrefore è improbabile la maggiore illuminazione passivazione post è dovuto principalmente alla creazione di stabili legami Si-H, come la passivazione non dovrebbe degradare se questo fosse il caso. Piuttosto si ipotizza che la passivazione della superficie maggiore deriva dalla creazione di legami instabili con gruppi idrossile (Si-OH) e del fluoro (Si-F) 26.

Mentre i tre passaggi critici elencati sopra sono stati progettati per dare i migliori risultati, ci sono circostanze in cui la misura può produrre risultati errati. Nella maggior parte dei casi, la probabile fonte di errore è contaminazione superficiale, che può provenire da soluzioni chimiche contaminate o un sistema DI mal filtrato. In queste condizioni, è meglio per testare il sistema di acqua deionizzata utilizzando un misuratore di conduttanza. Se l'acqua deionizzata non è filtrato, il sistema richiede la modifica prima che le misurazioni devono essere eseguite. Ciò influisce anche altri processi di laboratorio e, quindi, un sistema di acqua DI compromesso interesserà tutti.Al contrario, se l'acqua DI dà una lettura sensibile sul misuratore di conducibilità, le possibili fonti di contaminazione sono la soluzione TMAH o la soluzione di HF 15% (SC 1 e SC 2 non sarà compromessa). In questo caso, è meglio decantare le soluzioni chimicamente puliti (SC 1 e 2) i contenitori e preparare nuove soluzioni. Inoltre, se i wafer di silicio sono stati contaminati da una soluzione, di cui avranno bisogno SC 1 e SC 2 pulizia più volte prima che le superfici siano pulite. Per evitare la contaminazione della soluzione e le misure a vita quindi errate, è meglio per preparare le soluzioni TMAH e HF, che vengono utilizzati solo per questa tecnica (e non da altri processi in laboratorio). Un'altra fonte di contaminazione superficiale potrebbe provenire da film dielettrici o metallo precedentemente depositato sul wafer di silicio. Pertanto, se i wafer hanno subito una deposizione dielettrico o metallo, superfici richiedono una pulizia chimica e incisione silicio prima del processo in tre fasi della vita bulktecnica di misurazione del tempo.

Sebbene la tecnica è semplice ed efficiente il tempo, l'uso di acido HF limita la tecnica ad una cappa aspirante. Indipendentemente da ciò, la tecnica fornisce passivazione della superficie equivalente alle migliori film dielettrici passivazione del mondo (sin x: H, Al 2 O 3 e -Si: H), inoltre questa tecnica non richiede macchinari complessi e non porta richiedono temperature elevate. Come la purezza di wafer di silicio migliora, in un drive per migliorare l'efficienza delle celle solari, le concentrazioni di difetti diminuirà e così la loro attività ricombinazione diventerà difficile da misurare utilizzando tecniche come livello profondo la spettroscopia transiente e trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa. Pertanto si prevede che le misure di corso della vita di portatori minoritari che incorporano una RT superficie liquida tecnica di passivazione sarà imperativo per esaminare i difetti di silicio di massa quando la loro concentrazione è bassa(<10 12 centimetri -3).

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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

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Ingegneria Numero 107 durata Bulk difetti acido fluoridrico illuminazione passivazione photoconductance ricombinazione.
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Grant, N. E. Light Enhanced Hydrofluoric Acid Passivation: A Sensitive Technique for Detecting Bulk Silicon Defects. J. Vis. Exp. (107), e53614, doi:10.3791/53614 (2016).

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