Summary
벌크 실리콘 결함 재조합 활성을 조사하기 위해 RT 액면 패시베이션 기술을 설명한다. 1 분 동안 15 % 불화 수소산 및 (iii) 조명 (I)에서 화학 세정 및 실리콘 에칭, 실리콘 (II) 침수 : 기술이 성공하기 위해서는 세 가지 중요한 단계가 필요합니다.
Abstract
절차가 제시된다 불산 (HF)에 웨이퍼를 침지 시켰을 때의 임시 표면 패시베이션 매우 높은 수준을 달성하여 실리콘 웨이퍼의 벌크 수명 (> 100 마이크로 초)을 측정한다. 이 절차에 의해 세 가지 중요한 단계는 벌크 수명을 달성하기 위해 요구된다. 우선, HF로 실리콘 웨이퍼를 침지하기 전에, 그들은 화학적으로 세정하고이어서 25 %의 테트라 메틸 암모늄 하이드 록 사이드 에칭. 둘째, 화학적으로 처리 된 웨이퍼는 HF와 염산의 혼합물로 채워진 커다란 플라스틱 용기 내에 배치하고 photoconductance (PC) 측정을위한 유도 코일을 통해 중심. 셋째, 표면 재결합을 억제하고 벌크 수명을 측정하기 위하여, 웨이퍼를 1 분 할로겐 램프를 사용하여 0.2 태양 조명되는, 조명은 스위치 오프되고, PC 측정 즉시 수행된다. 이 절차에 의해, 벌크 실리콘 결함의 특성을 정확하게 측정 할 수있다. 모피thermore, 그들의 농도 (<10 12cm -3) 낮을 때 민감한 RT 표면 패시베이션 기술은 벌크 실리콘의 결함을 조사하기위한 필수적 일 것으로 예상된다.
Introduction
높은 수명 (> 1 밀리 초) 단결정 실리콘 고효율 태양 전지 점점 더 중요 해지고있다. 매립 불순물의 재결합 특성을 이해하고, 그리고 중요한 주제로 남아있다. 그로운 - 인 결함의 재조합 활성을 조사하기위한 가장 널리 사용되는 방법 중 하나는 photoconductance 방법 1이다. 이 기술에 의해, 따라서 그것은 어려운 성장의 결함 재결합 특성을 조사하기 위하여, 벌크 재결합 완전히 분리면에 종종 어렵다. 다행히도 <5cm / sec로 매우 낮은 유효 표면 재결합 속도 (S의 EFF)를 달성하고, 따라서 표면 재결합을 효과적으로 억제 할 수있는 여러 유전 필름이 존재한다. (2), 산화 알루미늄 (Al2O3) (3)과 비정질 실리콘 (-Si : H) 4 : 이것들은 실리콘 질화물 (SiN으로 H는 X)이다. 증착 및이들 유전체 박막의 온도 (~ 400 °의 C)을 충분히 nealing 것은 영구적 Grown-in 결함의 재조합 활성을 해제하지 않도록 낮은 것으로 간주된다. 이것의 예로는 6 결함 철 - 붕소, 붕소와 산소 5이다. 그러나, 최근은 n 개의 타입 초크 랄 스키 (CZ) 실리콘 공공 산소와 공공 인 결함이 완전히 250-350 ° C 7,8의 온도에서 비활성화 할 수 있습니다 것으로 나타났습니다. 마찬가지로 부동 존 (FZ) P의 형 실리콘의 결함은 ~ 250 ° C (9)에서 비활성화 밝혀졌다. 따라서, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 및 원자 층 증착 (ALD)과 같은 종래의 패시베이션 기술은 벌크 성장 결함을 검사하는 표면 재결합을 억제하기에 적합하지 않을 수있다. 또한, 죄가 X : H 및-시를 : H 필름은 수소 10, 11을 통해 벌크 실리콘 결함을 비활성화하는 것으로 나타났다. 따라서 재조합 O 활동을 조사 F는 어른의 결함, RT 표면 보호 기술은 이상적 일 것이다. 습식 표면 패시베이션은 이러한 요구 사항을 충족.
1990 Horanyi 등 알. S의 EFF <10cm / 초 12을 달성 요오드 에탄올에 실리콘 웨이퍼가 침지 (IE) 용액은 실리콘 웨이퍼 패시베이션하는 방법을 제공하는 것이 보였다. 2007 년 마이어 등. 2009 CHHABRA가 외. 5cm의 S의 EFF / 초는 실리콘 웨이퍼를 침지함으로써 달성 될 수 있음을 증명하면서 요오드 메탄올 (IM) 솔루션, 7cm / 초 (13)의 표면 재결합을 감소시킬 수 있음을 보여 주었다 quinhydrone - 메탄올 (QM) 솔루션 14, 15에서. IE, IM 및 QM 해결책에 의해 달성이 우수한 표면 보호에도 불구하고, 그것들은 고순도 실리콘 웨이퍼의 벌크 수명을 측정하기위한 적절한 표면 패시베이션 (S EFF <5cm / 초)을 제공하지 않는다.
NT "> 또 다른 수단은 HF 산에 실리콘 웨이퍼를 침지시켜 표면 패시베이션 높은 수준된다 달성했다. 실리콘 웨이퍼 패시베이션하는 HF를 사용하는 개념은 제 Yablonavitch 등에 의해 소개되었다. 기록 낮은 S eff를 입증 1986 년 0.25 ± 0.5 cm / 초 16. 우수한 표면 보호 높은 저항 웨이퍼에 도달했지만, 우리는 따라서 지속적으로 달성함으로써 불확실성을 제한 할 수 있습니다. 따라서 수명 측정에 큰 불확실성을 추가, 비 반복 될 수있는 방법을 발견했다 매우 낮은 S의 EFF는 (~ 1cm / 초), 우리는 세 가지 중요한 단계를 포함 새로운 HF 패시베이션 기술 (I) 화학적 세정 및 실리콘 웨이퍼의 에칭을, 15 %의 HF 용액에서 (ⅱ) 침지 및 (iii)을 개발했다 조명이 1 분 (17, 18)에 대한.이 절차는 위에서 설명한 기존 PECVD 및 ALD 증착 기술에 비해 간단하고 효율적인 시간 양이다.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 실험 설정
- 측정 기술에 적합한 흄 후드를 찾아 더 나은 공기 흐름을 허용하고보다 명료을 줄이기 위해 어떤 관련이없는 장비를 제거합니다. 흄 후드에서 불화 수소산 (HF) 이외의 화학 물질을 사용하지 마십시오.
- 도전 율계를 이용하여 흄 후드 내의 수돗물에서 탈 (DI) 물 품질을 테스트. 탈 이온수 20 ° C의 온도에서 최대 0.055 μS / cm의 전도도를 가지고 있는지 확인하십시오.
- 흄 후드에 소수 캐리어 수명 시험기를 놓습니다. 흄 후드의 외부 테이블에 자리 잡고 있습니다 컴퓨터에 케이블을 연결합니다.
- 컴퓨터와 수명 시험기에 전환합니다. 컴퓨터의 수명 시험기 파일을 열고 컴퓨터와 수명 시험기 사이의 정확한 통신을 보장하기 위해 '측정'버튼을 클릭합니다. 컴퓨터와 테스터가 올바르게 연결되어있는 경우 수명 시험기에 광원이 깜박한다. 흄 후드 내부에 할로겐 램프를 놓습니다. 이 시료가 위치 할 평생 테스터 단계를 조명 할 수 있도록 램프를 배치합니다.
- 흄 후드의 외부에 위치한다 전원에 할로겐 램프를 연결한다. 할로겐 램프가 켜져있는 경우, 그 강도는 적어도 0.02 W / 수명 시험기 무대에서 CM이 있어야한다.
2. 15 % HF 용액을 제조
참고 : HF는 위험한 화학 물질 및 관리로 치료해야합니다. 그것은 지속, 느린 원인 및 노출 후 몸에 깊은 손상. HF는 쉽게 다른 산처럼 피부를 점화하지 않습니다 - 오히려 피부에 빠르게 흡수 및 뼈에 깊이 젖어 손상이 발생합니다. 이 불소는 칼슘과 반응으로 뼈가 부서지기 쉬운과 물집이 될 수 있다는 것을 의미한다. HF는 신경 규제와 삼투압 세포의 균형에 사용되는 무료 칼슘과 결합, 그래서 몸에 무료 칼슘의 결합은 치명적일 수있다. 그것은이 가장 중요하다사용자는 HF를 사용할 때 실험실 안전 프로토콜을 따르며, 그들이 HF 구급 hexafluorine 및 (또는 글루 콘산 칼슘 겔)의 위치를 알고 보장한다.
- 흄 후드에 (제 1과 동일) 화학적 청소 원형 플라스틱 용기 (: 55mm, D 170mm H)를 놓습니다. 용기는 투명한 플라스틱 뚜껑이 있어야합니다. 화학적으로 사용하기 전에 용기를 청소하는 방법에 대한 제 6 절을 참조하십시오.
- HF 용액이 근처에 장애물없이 준비 할 수 있도록 흄 후드에서 플라스틱 용기 주변을 취소합니다.
- 모든 개인 보호 장비 (PPE)를 적용합니다.
- 주의 : 100 ㎖ DI 물 (H 2 O)의 컨테이너에 HF의 50 ML을 추가합니다.
- 주의 : 컨테이너에 염산 (HCL) 20 ㎖를 추가하고 H 2 O 혼합 : HF : 플라스틱 핀셋을 사용하여 HCl 용액을. 철저하게 나중에 핀셋을 씻어.
- 주의 : 플라스틱 용기에 뚜껑을 놓고 soluti을 허용에 1 시간 동안 정착한다. 이 기간 동안, HF 연기는 뚜껑에 응축됩니다.
- 적절하게 컨테이너를 라벨, 그것은 분명 그것이 HF이 포함되어 있는지 확인합니다.
참고 : HF 용액은 사용량이 1-2 개월 지속됩니다. 따라서 용액을 측정이 수행 될 때마다 교환 할 필요가 없다.
평생 테스터 3. 교정
- 알려진 저항과 전도의 최소 6 실리콘 웨이퍼를 찾습니다. 이상적 비저항 범위는 0.1 내지 100 Ω-cm에 걸쳐한다.
- 컴퓨터에서 수명 시험기 교정 파일을 엽니 다. 테이블의 각 웨이퍼의 저항을 입력 한 후 '웨이퍼의 업데이트 #'을 클릭합니다.
- 교정 파일의 '데이터 가져 오기'버튼을 클릭하고 수명 시험기의 세부 사항을 입력합니다.
- 필요한 모든 PPE를 적용합니다.
- 주의 : 유도 코일을 통해 고주파 수명 시험기 무대에서 솔루션과 위치를 (블루 가득 플라스틱 용기를 놓습니다전자 원 영역).
- 컴퓨터의 '에어 전압'을 측정하는 메시지가 나타나면 '확인'버튼을 클릭하여 HF 용액의 전압을 측정한다. 이 경우, 공기는 HF 용액의 전도도에 의해 대체되었다.
- 주의 : 조심스럽게 무대에서 HF 가득 컨테이너를 제거하고 흄 후드 벤치에 놓습니다. 조심스럽게 뚜껑을 제거합니다.
- 주의 : 뚜껑이 용기로부터 제거 된 경우, 플라스틱 핀셋을 사용하여 HF 용액에 1 실리콘 웨이퍼를 몰입. 용기에 뚜껑을 다시 놓습니다.
- 주의 : 다시 수명 시험기 단계와 유도 코일을 통해 위치를 상에 플라스틱 용기를 놓습니다. 실리콘 웨이퍼는 코일 (파란색 원 영역) 위에 중심되어 있는지 확인합니다.
- 컴퓨터의 '샘플 전압을'측정하라는 메시지가 표시되면, 다시 한 번 '확인'버튼을 클릭합니다. 무대에서 컨테이너를 제거하고 흄 후드 벤치에 놓습니다.
- 주의 : 조심스럽게 r에 플라스틱 핀셋을 사용하여 HF 용액으로부터 실리콘 웨이퍼를 가져 가십시오 및 전용 린스 비커에 웨이퍼를 헹군다. 흄 후드에서 수돗물 최종 린스를 수행합니다.
- 주의 : 다시 용기 위에 뚜껑을 놓고 다시 수명 테스터 스테이지로 컨테이너를 배치합니다.
- 모든 샘플이 측정 될 때까지 반복 3.12에 3.6 단계를 반복합니다.
- 모든 샘플을 측정 한 후, 교정 파일에 '맞춤 데이터'버튼을 클릭합니다. 이는 측정 된 데이터에 포물선 적합하고이 설정에 특정한 교정 계수 A, B 및 C를 제공 할 것이다.
- 컴퓨터에서 수명 시험기 파일을 열고 '설정'탭을 클릭합니다. HF 설정을위한 새로운 보정 계수 A, B 및 C에 입력합니다. 새로운 이름으로 파일을 저장합니다.
참고 : HF 설정은 매 6 개월마다 교정을 필요로한다. 따라서 설치를 측정이 수행 될 때마다 보정 할 필요가 없다.
- 표준 깨끗한 1 (SC 1)을 준비합니다.
- 주의 : 알칼리 할당 흄 후드에서 2 L 유리 비커에 탈 이온수 1295 ㎖의 수산화 암모늄 (NH 4 OH) 185 mL로 추가한다.
- 주의 : 50 ° C ~의 온도로 NH 4 OH 솔루션 : 장소는 뜨거운 접시에 비커 및 H 2 O를 가열한다. 비커를 충당하기 위해 시계의 유리를 사용합니다.
- 주의 : H 2 O 일단 : NH 4 OH 용액 ~ 50 ° C의 온도에 도달, 과산화수소 (H 2 O 2)의 185 mL를 추가하고, 온도가 도달 할 때까지 ~ 75 ° C를 가열하는 것을 계속한다. 이 H 2 O : NH 4 OH : H 2 O 2 용액 SC 1로 알려져있다.
주 : SC 1 일에 효과적으로 깨끗한 실리콘 웨이퍼를 변경해야합니다.
- 표준 깨끗한 2 (SC 2)을 준비합니다.
- 주의 : 산에서, 흄 후드를 할당2 L의 유리 비커에 탈 이온수 1295 ml의 염산 185 ㎖에 추가 할 수 있습니다.
- 주의 : ~ 50 ° C의 온도로 HCl 용액 : 장소 핫 플레이트 위에 비커는 H 2 O를 가열한다. 비커를 충당하기 위해 시계의 유리를 사용합니다.
- 주의 : H 2 O 일단 : HCl 용액은 H 2 O 2의 185 mL를 추가하고, 온도가 도달 할 때까지 75 ℃ ~ 가열 계속 ~ 50 ° C의 온도에 도달 하였다. 이 H 2 O : 염산 : H 2 O 2 (2) SC 용액으로 알려져있다.
참고 : 변경 SC 2 일 효과적으로 깨끗한 실리콘 웨이퍼에.
- 실리콘 에칭 용액을 제조 하였다.
- 알칼리 할당 흄 후드에서, 화학적으로 청정 2 L 유리 비커에 테트라 메틸 암모늄 하이드 록 사이드 (TMAH)를 1,600 ml의 추가. 화학적으로 사용하기 전에 비커를 청소하는 방법에 대한 제 6 절을 참조하십시오.
- ~ 85의 핫 플레이트 상에 놓고, 비이커의 온도로 TMAH 용액을 가열6; C. 비커를 충당하기 위해 시계의 유리를 사용합니다.
참고 :이 결정화 시작할 때까지 TMAH 용액 1 개월 후, 즉, 변화를 필요로하지 않습니다.
- 습식 화학 처리를 수행합니다.
- 석영 크래들에로드 샘플 및 실험실에서 공동 HF 용액에 넣습니다. 농도는 중요하지 않다.
- 샘플 (마른 풀) 소수성하게되면 10 초 ~ 후, HF 용액에서 크래들을 제거하고 탈 이온수로 채워진 3 비커를 사용하여 린스 나.
- SC (1)가 준비되었습니다 흄 후드에 웨이퍼의 요람 전송. SC 1 ~ 75 ℃에서 안정화되면, 천천히 SC (1)에 웨이퍼의 요람을 담그지.
- 10 분 동안 SC 1의 웨이퍼를 청소합니다.
- 10 분 경과 후, SC (1)에서 웨이퍼의 요람을 제거하고 탈 이온수로 가득 세 2 L 유리 비커를 사용하여 씻어. 이러한 유리 비커 이전의 DI 물을 채우고 화학적으로 깨끗한. 에 6 절을 참조하십시오어떻게 화학적으로 비커를 청소합니다.
- 세척 한 후, 전용 후 SC (1) 처리를 위해 최선을 다하고 있습니다 HF 용액에 샘플을 배치합니다. 농도는 중요하지 않다.
- 샘플 (마른 풀) 소수성하게되면 10 초 ~ 후, HF 용액에서 크래들을 제거하고 탈 이온수로 채워진 3 비커를 사용하여 린스 나. 단계 4.4.5에서와 같은 비커를 사용합니다.
- SC 2가 준비되어있는 흄 후드에 웨이퍼의 요람 전송. SC 2 ~ 75 ℃에서 안정화되면, 천천히 SC (2)에 웨이퍼의 요람을 담그지.
- 10 분 동안 SC 2의 웨이퍼를 청소합니다.
- 10 분 경과 후, SC 2에서 웨이퍼의 요람을 제거하고 탈 이온수로 채워진 3 비커를 사용하여 씻어. 단계 4.4.5에서와 같은 비커를 사용합니다.
참고 : 웨이퍼의 요람은 다음 날까지 탈 물이 가득 린스 비커 중 하나에 저장 될 수있다. - 세척 후, 단지 게시물에 대한 전용 HF 용액에 샘플을 배치SC 2 처리. 농도는 중요하지 않다.
- 샘플 (마른 풀) 소수성하게되면 10 초 ~ 후, HF 용액에서 크래들을 제거하고 탈 이온수로 채워진 3 비커를 사용하여 린스 나. 단계 4.4.5에서와 같은 비커를 사용합니다.
- TMAH 용액이 준비되어있는 흄 후드에 웨이퍼의 요람 전송. TMAH 용액이 ~ 85 ℃에서 안정화되면, 천천히 TMAH 용액에 웨이퍼의 요람을 담그지.
- 5 분 동안 TMAH에서 웨이퍼를 에칭. 이 실리콘 ~ 5 μm의 제거됩니다.
- 5 분 경과 후, TMAH 용액으로부터 웨이퍼 받침대를 제거하고 탈 이온수로 채워진 3 비커를 사용하여 씻어. 단계 4.4.5에서와 같은 비커를 사용합니다. TMAH로 필요할 수 있습니다 이상 3 린스는 매우 '끈적'입니다.
- 실험이 설치되어있는 흄 후드에 탈 이온수에서 웨이퍼의 요람 전송. 1.1 절을 참조하십시오.
- 인트 후 2 시간 내에 제조 된 실리콘 웨이퍼를 측정P 4.4.16.
5. 측정 절차
- 필요한 모든 PPE를 적용합니다.
- DI 워터와 2 L 플라스틱 비커를 입력하고 흄 후드에 배치합니다. 이들은 실리콘 샘플 측정 후 세정에 사용한다.
- 린스 비커 근처의 흄 후드 내부 빈 500ml의 플라스틱 비이커 제자리에 플라스틱 핀셋을 놓습니다. 이들 핀셋 실리콘 샘플을 처리하기 위해 사용될 것이다.
- 컴퓨터에서 수명 시험기 파일을 엽니 다. 파일이 HF 측정 설정에 대한 올바른 보정 계수가 포함되어 있는지 확인합니다. 섹션 3을 참조하십시오.
- 수명 시험기 파일에서 '과도'모드를 선택합니다. 실리콘 웨이퍼의 세부 사항은 예를 들어, 두께, 저항률 및 도펀트 유형에 대해 측정 될 입력한다.
- 주의 : 장소 컨테이너 (에 뚜껑) 수명 시험기의 무대에 HF 가득 유도 코일 (파란색 원 지역)에 그것을 중심. 에 대한 솔루션 정착하자1 분.
- 컴퓨터에서 수명 시험기 파일의 '제로 악기'버튼을 클릭합니다. 이 용액의 전압을 측정 할 것이다.
주 : 용액의 조성은 시간에 따라 변경되기 때문에 시간이 지남에 따라 용액의 전압은 감소 할 것이다. 이에 상관없이, HF 용액은 용액이 변경되지 않고 1~2개월 사용될 수 이유는 패시 품질의 어떤 저하를 보여주지 않는다. - 주의 : 조심스럽게 수명 시험기 단계에서 컨테이너를 제거하고 흄 후드 벤치에 놓습니다.
- 주의 : 조심스럽게 HF 용액으로 채워진 용기에서 뚜껑을 제거합니다. 뚜껑 일부 축합이 있으면 신중 흄 후드에 탭을 이용하여 DI 물 린스 뚜껑.
- 주의 : 조심스럽게 HF 용액에 첫 번째 실리콘 웨이퍼를 체험. 플라스틱 핀셋을 사용하여, 가볍게는 용기의 바닥에 앉아 있도록 실리콘 웨이퍼 아래로 누른다.
- 트위터를 씻어S와 빈 500ml의 플라스틱 비커에 다시 배치합니다.
- 주의 : 조심스럽게 용기에 뚜껑을 다시 위치하게 한 후, 평생 테스터 무대에서 컨테이너를 배치합니다. 실리콘 웨이퍼는 유도 코일 (파란색 원 영역) 위에 위치되어 있는지 확인합니다.
- 린스와 장갑을 건조. 컴퓨터를 작동하기 전에 그들을 제거합니다.
- 흄 후드에서 형광등이 켜져 있으면 측정이 실시 될 전에, 그것은 꺼져해야합니다. 최소 빛을 측정하는 동안 필요합니다.
- 에 할로겐 램프를 전환하고,이 플라스틱 용기의 뚜껑을 통해 실리콘 웨이퍼를 조명 보장된다. 1 분 시간 (정확한 시간은 중요하지 않다).
- 조명 기간 동안, 컴퓨터의 수명 파일에서 '측정'버튼을 클릭합니다. 작은 창 표시 '촬영 데이터'가 나타납니다.
- 파일의 이름의 창 '데이터 촬영'을 입력합니다. '샘플 평균의에서당선자 (10).
- 실리콘 웨이퍼를 1 분 동안 조명 된 경우, 해제 할로겐 램프를 전환하고 즉시 '촬영 데이터'창에서 '평균'버튼을 클릭합니다. 수명 시험기는 10 번 깜박 수명 측정을 평균합니다.
주 : 할로겐 램프가 꺼진 후에, 실리콘 웨이퍼의 보호 성능이 저하하기 시작하고, 따라서, 최상의 결과를 얻기 위해 조사 직후에 측정하는 것이 중요하다. - 평균이 완료되면 '촬영 데이터'창에서 '확인'버튼을 클릭합니다.
- 다른 측정이 필요한 경우 반복 5.15-5.18 단계를 반복합니다.
- 주의 : 측정이 완료되면, 수명 시험기 단계에서 컨테이너를 제거하고 흄 후드 벤치에 놓습니다.
- 주의 : 조심스럽게 HF 용액으로 채워진 용기에서 뚜껑을 제거합니다. 뚜껑 일부 축합이 있으면 신중 수돗물을 사용하여 DI 물에 뚜껑 린스흄 후드에서.
- 주의 : 조심 플라스틱 핀셋을 사용하여 HF 용액으로부터 실리콘 웨이퍼를 제거하고 전용 린스 비커에 웨이퍼를 헹군다. 흄 후드에서 수돗물 최종 린스를 수행합니다.
- 더 많은 샘플을 측정 할 경우, 반복 5.10-5.23 단계를 반복합니다.
- 모든 샘플을 측정 한 후, 뚜껑을 용기에 배치되어 있는지 확인하고, 흄 후드에서 HF 용액을 저장합니다. 컨테이너가 적절하게 표시되어 있는지 확인합니다.
- 모든 커와 핀셋을 씻어 실험실에서 자신의 할당 된 장소에 보관하십시오.
- 수명 시험기 사용 후 1 시간 동안 흄 후드에 남아 다음 흄 후드에서 제거 할 수 있습니다.
커와 컨테이너 6. 화학 청소
- 섹션 4.1.1-4.1.4에 설명 된대로 알칼리성 할당 흄 후드에서, SC 1 용액을 제조.
- 화학적으로 깨끗한 커와 용기, 비커 / 컨테이너에 SC (1) 솔루션을 붓는다. 비커 캘리포니아N 번에 하나만 청소.
- 용액을 10 분 동안 비이커 / 용기를 청소하자. 비이커 / 용기가 플라스틱 인 경우에는 핫 플레이트 상에 배치 될 수 없으며, 따라서 SC 1 용액을 깨끗한 동안 냉각한다. 이 세정 공정에 영향을 미치지 않을 것이다.
- 그들은 또한 청소가 필요한 경우 10 분 후, 다른 비커 / 용기에 SC (1) 솔루션을 붓는다. 그렇지 않으면 큰 비커에 SC (1) 솔루션은 식지. 냉각되면, SC (1)는 흐르는 물에 싱크를 부어 할 수 있습니다.
- DI 물에 SC 1 청소 비이커 / 용기를 씻어.
- 섹션 4.2.1-4.2.4에 설명 된대로 산 할당 흄 후드에서, SC 2 용액을 제조.
- 단계 6.5에서 비커 / 용기에 SC 2 용액을 붓고. 이 솔루션은 10 분 동안 비이커 / 용기를 청소하도록 허용합니다.
- 그들은 또한 청소가 필요한 경우 10 분 후, 다른 비커 / 용기에 SC 2 용액을 붓는다. 그렇지 않으면 큰 비커에 SC 2 용액 식힌다. 일단 T를 부어 될 수 SC 2, 냉각그는 흐르는 물에 가라.
- DI 물에 SC 2 청소 비커 / 용기를 씻어. 비이커 / 컨테이너 이제 화학적으로 청소한다.
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Representative Results
그림 1a는 개략을 보여주고 그림 1b는 실험 장치의 사진을 보여줍니다. 실리콘 웨이퍼를 HF 용액에 침지되면,도 2에 청색 삼각형으로 도시 된 바와 같이, 발생할 것이다 표면 재결합에 의해 제한된다 수명 곡선을,이어서 수명 시험기 스테이지 상에 배치하고 측정 (조사 전에) 수행된다. 도 2에 빨간 원에 의해 도시 된 바와 같이, 그러나,도 1에 도시 된 바와 같이, (HF 담근 상태) 및 측정이 조사 직후에 수행되는 샘플은 1 분간 조사하면, 수명의 증가가 발생한다. 인해 표면 재결합의 감소를 조사 후의 결과 수명이 증가하고, 따라서도 2의 적색 동그라미 해주기 벌크 재결합에 의해 제한되지 않고 표면 수명을 나타낸다. 평생 포스트 조명의 증가샘플이 샘플에서, 기술이 제대로 작동하지만 경우, 수명의 증가는 항상 벌크 수명가 부족하지 않은 제공 발생하면 달라집니다 (<100 마이크로 초), 조명에 의해 표면 재결합에있는 감소는 대량의 재결합으로 인해 수명이 향상되지 않습니다된다 우세하게된다.
벌크 수명이 1 분 (19) 용의 실리콘 웨이퍼를 조명 후에 달성되지만, 표면 패시베이션은 임시적이며 스위치 오프되는 할로겐 램프의 초 이내에 분해되기 시작한다. 도 3에서 설명한 바와 같이 측정은, 낮은 표면 재결합을 달성하기 위해, 조명 기간 직후에 수행 될 수 있도록, 따라서 중요하다. 샘플을 직접 측정된다 수명에도 3에 대응에 빨간 원 램프가 꺼진 후에 샘플은 약 1 분 후에 조명을 이용하는 경우를 측정하는 경우, 청색 원 수명에 해당N주기. 도면으로부터, 표면 패시베이션 고레벨 일시적인 및 조명 원의 초 내에 열화가 종료되는 것이 명백하다. 그러므로 측정은 실리콘 웨이퍼의 벌크 수명을 달성하기 위해 조명 후 직접 수행하는 것이 필수적이다. 대조적으로,도 3은도 보여 그 수명 저하 (청색 원)가, 그것이 완전히 다시 실리콘 웨이퍼를 조명에 의해 회수 될 수있다하더라도. 도 3에 도시 된 바와 같이,이 프로세스는, 표면 재결합에 영구 증가없이 여러 번 반복 될 수있다.
정확하게 측정이 수행 될 때마다 작동 기법을 보장하기 위해, 제어 된 실리콘 웨이퍼를 사용해야한다. 제어 된 실리콘 웨이퍼를 여러 번 기술에 의해 측정 된 동일한 수명을 매번 생성 한 샘플을 나타낸다. 대조 시료는 동일한 습식 화학 pretreatm 항상를 받아야한다샘플로 ENT 측정한다. 실리콘 웨이퍼의 벌크 수명을 측정하기 전에, 대조 시료를 먼저 측정해야한다. 따라서 수명이 이전 수명 측정의 ± 20 % 이내가 아닌 경우, 문제가 발생하여 문제가 해결 될 때까지 측정이 중지되어야한다. 대조 시료들이 이전에 측정 된 수명의 ± 20 % 이내의 수명을 제조하는 경우와는 반대로, 측정을 진행할 수있다. 일부의 경우, 샘플의 벌크 수명은 낮을 것이며, 따라서 이전에 조명 한 후에 측정 된 수명은도 2와 같은, 반대로 할 것이다.이 경우, 조명은 여전히 표면 재결합을 감소하더라도에는 개선되지 벌크 재조합 표면보다 훨씬 높기 때문에 평생 포스트 조명이 관찰됩니다. 이와 같은 시료를 측정 할 경우, 제어는 웨이퍼에 비해 측정 셋업 또는 SIM 측정 웨이퍼에 문제가 있는지 여부를 규명 할플라이는 매우 높은 대량 재조합있다.
. 대량 수명의 측정을 달성 않는 HF 패시베이션, FZ 1 Ω-CM n을 설명하기 - 2 O 3 및 PECVD 죄가 X (그림 4)와 P의 형 실리콘 웨이퍼, ALD 알과 비활성화 된 4 그림 표시에 대한 그 필름 X 알 2 O 3와 죄 달성으로 두 가지 유형의 도핑, HF의 보호는 같은 수명을 달성 할 수있다. P의 형 샘플에 죄의 X 필름에 의해 달성 낮은 수명은 죄의 X 필름에 포함 된 양의 전하에 의한 공핍 영역 재조합 때문이다. 대조적으로, 공핍 영역 재조합 존재한다면, 상당히의 수명 측정에 영향을 미치는 것으로 나타나지 중 N - 또는 P 형 실리콘 HF 패시베이션 기술을 사용 9,17,18. 이것은 또한 벌크 DEF를 분석하기위한 바람직한 기법을 만든다수명 측정에서 관찰 된 어떤 주입 의존성이 대량 재결합에 기인하지 수 있기 때문에 ECTS, 표면.
그림 1. 고주파 보호 설정. 빛이 강화 된 HF의 보호 및 측정 설정 (17)의 (A) 개략도. 제이의 허가를 재현 솔리드 스테이트 과학. 기술이., (1) (2), P55 (2012). 저작권 2012 년 전기 학회. 설정의 (B) 사진입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
위원장에 의해 표면 패시베이션 그림 2. 향상 lumination. 효과 (파란색 삼각형)하기 전에, 15 % HF에 침지 높은 저항 실리콘 웨이퍼의 수명과 직접 후 (빨간색 원) 조명. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표면 패시베이션 포스트 조명 그림 3. 분해. 직접 조명 후 HF에 침지 5 Ω-CM N의 형 실리콘 웨이퍼의 유효 수명 (빨간색 원)과 조명 (파란색 원) 후 1 분. 그림은 패시베이션 후속 조명 단계를 복구 할 수있는 방법을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
다른 유전체 필름 그림 4. 비교 FZ 1 Ω-CM n의 유효 / 벌크 수명 -. HF (주황색 동그라미)와 비활성화 및 P의 형 실리콘 웨이퍼, PECVD 죄가 (녹색 사각형) X와 ALD 알 2 O 3 (파란색 다이아몬드). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
상기 벌크 실리콘 수명 측정 기술의 성공적인 구현은 세 개의 주요 단계, (I)와 화학적으로 1 분 17 15 % HF 용액 및 (iii) 조도 (ⅱ)의 침지, 세척 및 실리콘 웨이퍼를 에칭에 기반 (18, 19). 이러한 단계없이 벌크 수명은 어느 확실히 측정 할 수 없다.
측정 기술은 RT에서 수행되는 바와 같이, 표면 패시베이션 품질 표면 오염 (금속, 유기 막)에 매우 민감하다. (: NH 4 OH : H 2 O 2 H 2 O) (20)를 따라서 효과적으로 표면의 오염 물질을 제거하기 위해, SC (1) 솔루션이 사용됩니다. 실리콘 웨이퍼는 SC (1)에 침지 될 때, 용액은 금,은, 구리, 니켈, 카드뮴, 아연, 코발트 및 크롬 (20) 등의 금속 오염 물질과 함께, 산화 분해 및 용해에 의해 유기 표면 필름을 제거한다. 포스트 SC 1 청소, 그것은 그 s의 수오메 미량 원소는 깨끗한 기인 함수 산화물 막에 갇혀 유지하며, 따라서 HF 담금은 필름을 제거 할 필요가있다. HF 담금 후에, 실리콘 표면은 다음 SC 2 세정 (: 염산 : H 2 O H 2 O 2) 20. SC 1 효과적으로 대부분의 불순물을 제거하는 동안, SC (2)는 알루미늄, 철, 마그네슘 등의 알칼리 이온과 양이온을 제거하도록 설계되어 있습니다. 또한, SC (2)는도 2 SC 깨끗한 따라 SC (1)에 제거되지 않은 다른 금속 오염물들을 제거 할 것이며, 웨이퍼를 HF는 수화 산화막을 제거하기 위해 침지된다. 실리콘 웨이퍼는 SC 1, SC (2)에 의해 표면 오염 물질의 청소 한 후, 그들은 TMAH의 짧은 표면 에칭을 필요로한다. TMAH는 단 (111)의 결정에 따라서 에칭 평원 의미 이방성 에칭 용액이다. 따라서 화학적 에칭 동안에, 작은 실리콘 피라미드 표면을 거칠게하고 때 수소 커버리지를 향상시킬 수 (111)를 평지, 노출면에 형성되어있다HF 21, 22에 mmersed. 처리 된 실리콘 웨이퍼를 HF에 침지하고이어서 조명시 따라서 최적의 표면 상태와, 표면 재결합을 억제 할 수있다.
HF 용액 최적화 이전 출판 (17)에 조사했다. 이는 실리콘 웨이퍼가 15 % -30 %의 HF에 침지되는 경우, 낮은 표면 재결합이 달성되는 것을 발견 하였다. 이것은 HF 농도가 수소 댕글 링 본드 실리콘의 대부분을 패시베이션하기에 충분히 높기 때문에 발생하며, HF 용액 (23)의 실리콘 페르미 레벨 및 환원 전위의 차에 의한 높은 표면 전하를 유지함으로써 전계 효과 패시베이션 메커니즘을 제공한다 . 15 % HF의 선택은 안전상의 이유였다. HF 용액에 또 다른 중요한 추가 HCl을 포함했다. 15 % HF 용액에 염산을 소량 첨가함으로써, HF 용액에서의 수소 농도를 차례로 AM 증가하는 증가벌크 실리콘 수명 있도록 실리콘 웨이퍼의 표면 보호막, 가능한 수소 ount는 포스트 (23)의 조명을 얻을 수있다.
크게 실리콘 / HF 인터페이스 23,24 걸쳐 전자와 정공 이송 통해 용액 화학 종 추가 결합을 생성하여, 표면 패시베이션을 개선 할 수 HF에 침지 실리콘 웨이퍼의 조명. 27 - 등의 Si-H, SI-OH 및 Si-F (23)와 같은 실리콘 / HF 계면에서 형성 할 수있는 화학 결합의 수는있다. HF에 침지 규소의 패시베이션은 주로 실리콘 HF 26,27에 침지 될 때 가장 안정한 결합의 것으로 간주된다 SI-H 결합의 생성에서 온 것으로 나타났다. 도 3에 도시 된 바와 같이, 표면 패시베이션은, 포스트 조명 강화하면서 그러나, 패시베이션은 조명 원이 종료 된 후 초 이내에 분해하는 것으로 알려져있다. 그만큼그것은 이러한 경우라면 패시베이션이 저하되지 정상적으로 향상된 패시베이션 포스트 조명 인해 안정된 Si-H 결합의 생성에 주로 refore 어렵다. 오히려 그것은 향상된 표면 패시베이션 수산기 (SI-OH) 및 불소 (SI-F) (26)과의 결합을 불안정하게 만드는 것으로 가정에서 유래된다.
위의 세 가지 중요한 단계는 최적의 결과를 제공하도록 설계되어 있지만, 잘못된 측정 결과를 얻을 수있는 경우가있다. 대부분의 경우, 오류의 가능성이 소스는 오염 된 화학 용액 또는 불완전 DI 필터링 시스템에서 올 수 표면 오염이다. 이러한 조건 하에서, 전도 도계를 사용하여 DI 물 시스템을 테스트하는 것이 최상이다. DI 워터가 올바르게 필터링되지 않으면, 시스템은 임의의 측정이 수행 될 전에 변경이 필요하다. 이것은 또한 다른 실험실 프로세스에 영향을 미칠 것 때문에 손상된 탈 이온수 시스템 모두에 영향을 미칠 것입니다.DI 물 전도도 미터에 재치 판독을주는 경우 반대로, 오염의 가능한 소스는 TMAH 용액 또는 (SC 1, SC (2)이 손상되지 않을 것이다) 15 % HF 용액이다. 이 경우에는, 화학적으로 청정 솔루션 (SC 1, 2)을 디 캔트 용기와 새로운 솔루션을 제조하는 것이 가장 좋다. 실리콘 웨이퍼를 용액에 의해 오염 된 경우 또한, 이들은면이 깨끗 전에 SC (1)와 SC (2)를 여러 번 세척이 필요하다. 용액 오염 때문에 잘못된 수명 측정을 방지하기 위해, 단지 (실험실에서 다른 프로세스 및 생략)이 기술에 사용되는 HF 및 TMAH 용액을 제조하는 것이 가장 좋다. 표면 오염의 또 다른 소스는 이전의 실리콘 웨이퍼 상에 증착 된 유전체 또는 금속 막으로부터 올 수있다. 웨이퍼의 유전체 또는 금속 증착을받은 경우에 따라서, 표면은 벌크 삶의 세 단계 과정 전에 화학적 세정 및 실리콘 에칭을 필요시간 측정 방법.
기술이 간단하고 효율적인 시간 모두이지만, HF 산의 사용은 흄 후드에 기술을 제한한다. 에 관계없이이의 기술이 세계 최고의 패시 유전체 필름에 해당하는 표면 보호를 제공합니다 (: H, 알 2 O 3 -Si : 죄가 x 높이), 또한이 기술은 복잡한 기계 장치를 필요로하지 않습니다 않으며 않습니다 상승 된 온도를 필요로한다. 실리콘 웨이퍼의 순도가 향상됨에 따라, 태양 전지의 효율을 향상시키기 위해 드라이브에서 결함의 농도가 감소 할 것이며, 따라서 이들 재조합 활성은 깊은 수준의 일시적인 분광 같은 기술을 사용하여 측정하는 것이 곤란하게되며, 푸리에 변환 적외 분광. 그러므로 RT 액면 패시베이션 기술을 통합 소수 캐리어 수명 측정은 그들의 농도가 낮은 경우 벌크 실리콘의 결함을 조사하기위한 필수적 일 것으로 예상된다(<10 12cm -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 |
References
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