检测大块硅缺陷的敏感技术

引言

本文介绍了一种通过在将晶圆浸入氢氟酸 (HF) 中时暂时达到非常高的表面钝化水平来测量硅晶圆的整体寿命 (>100 µsec) 的过程。通过此过程，需要三个关键步骤才能达到批量寿命。首先，在将硅晶片浸入氢氟酸之前，先对其进行化学清洗，然后在25%的四甲基氢氧化铵中进行蚀刻。

其次，将经过化学处理的晶圆放入一个装有氢氟酸和盐酸混合物的大塑料容器中，然后将其置于电感线圈的中心以进行光电导 (PC) 测量。第三，为了抑制表面复合并测量体积寿命，使用卤素灯在 0.2 太阳光下照射晶圆 1 分钟，关闭照明，并立即进行PC测量。湿法化学表面钝化满足这一要求。另一种实现高水平表面钝化的方法是将硅晶片浸入氢氟酸中。

实验与讨论

英思特公司提出了使用HF钝化硅晶片的概念，尽管在高电阻率晶圆上实现了出色的表面钝化，但我们发现该技术不可重复，从而给寿命测量增加了很大的不确定性。因此，通过始终如一地实现非常低的S eff来限制不确定性（~1 厘米/秒），我们开发了一种新的HF钝化技术，该技术包含三个关键步骤，(1) 硅晶片的化学清洁和蚀刻，(2) 浸入15%的HF溶液中，以及(3)照射。

 图 1： HF钝化装置

由于测量技术是在RT下进行的，因此表面钝化质量极易受到表面污染的影响。因此，为了有效去除表面污染物，使用了SC 1溶液（H2O：NH4OH：H2O2）20。当硅晶片浸入SC1中时，该溶液会通过氧化分解和溶解去除有机表面膜，以及金、银、铜、镍、镉、锌、钴和铬等金属污染物20. SC 1 清洁后，一些微量元素可能会残留在清洁产生的水合氧化膜中，因此需要使用HF浸渍来去除该膜。

在HF浸渍后，硅表面在 SC2（H2O : HCl : H2O2）20中清洁. SC1 可有效去除大部分杂质，而SC 2旨在去除碱金属离子和阳离子，例如铝、铁和镁。此外，SC2还将去除 SC 1中未去除的任何其他金属污染物。在SC 2清洁之后，可以将晶圆浸入氢氟酸中以去除水合氧化膜。通过SC 1和SC 2 清除硅晶片的表面污染物后，它们需要在TMAH 中进行短时间的表面蚀刻。TMAH是一种各向异性蚀刻溶液，这意味着它只沿着 (111) 晶面蚀刻。

因此，在化学蚀刻过程中，会在表面形成小的硅金字塔，露出 (111) 平原，这会使表面变得粗糙，并有助于提高浸入HF时的氢覆盖率。 因此，在优化的表面条件下，当将处理过的硅晶片浸入HF中并随后进行照射时，可以抑制表面复合。

结论

虽然该技术既简单又省时，但HF酸的使用将该技术限制在通风橱中。尽管如此，英思特研究表明，该技术提供了与世界上最好的钝化介质膜（SiNx:H、Al2O3和Si:H)，此外，该技术不需要任何复杂的机械，也不需要升高的温度。随着硅晶片纯度的提高，为了提高太阳能电池的效率，缺陷浓度将下降，因此它们的复合活性将变得难以使用深能级瞬态光谱和傅立叶变换红外光谱等技术进行测量。因此，预计结合RT液体表面钝化技术的少数载流子寿命测量对于检查浓度低（<10 12cm-3 ）的体硅缺陷是必不可少的。