(57)【要約】      （修正有）【課題】光伝導度減衰測定に基づいて、メタライズ半導体表面およびメタライズ半導体接合での再結合特性を決定できる方法を提供する。【解決手段】専用のテスト構造１０は、所定位置において半導体表面と接触した複数の金属構造部１６を備え、金属構造部１６は複数のゾーンに設けられ、複数のゾーンの各々が異なる金属被覆率を有する。複数のゾーンの各々において光伝導度減衰測定を行い、これにより金属被覆率の関数として異なる注入レベルについて有効寿命を決定するステップと、測定した有効寿命から再結合特性を抽出するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体表面での再結合特性を決定する方法であって、
ａ）第１表面および、第１表面に対向した第２表面を有する半導体基板と、
第１表面上の第１不動態層と、
第２表面上の第２不動態層であって、所定位置に複数の開口を有する第２不動態層と、
該所定位置において第２半導体表面と接触した複数の金属構造部とを備え、これにより該所定位置にメタライズ表面を形成し、該所定位置の外側に非メタライズ表面を形成しており、
金属構造部の特性サイズが、該所定位置において下地の半導体での有効拡散長より小さく、
金属構造部は、該所定位置の外側において下地の半導体での有効拡散長より小さい間隔で設けられ、
金属構造部は複数のゾーンにグループ化され、複数のゾーンの各々が異なる金属被覆率を有し、金属被覆率はメタライズ表面積と合計面積との比率であるように構成されたテスト構造を用意するステップと、
ｂ）複数のゾーンの各々において光伝導度減衰測定を行い、これにより金属被覆率の関数として異なる注入レベルについて有効寿命を決定するステップと、
ｃ）測定した有効寿命から再結合特性を抽出するステップと、を含む方法。
【請求項２】
測定した有効寿命からから再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットの傾斜から、各注入レベルについて、メタライズ表面における再結合特性と、非メタライズ表面における再結合特性との間の差を決定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットについてのゼロ金属被覆率の軸との切片から、非メタライズ表面における再結合特性の上限値を決定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
再結合特性は、表面再結合速度である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
再結合特性は、飽和電流密度である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
再結合特性は、寿命の逆数である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
半導体基板は、第１表面の下方にある第１ｐ−ｎ接合を形成する第１ドープ領域と、
第２表面の下方にある第２ｐ−ｎ接合を形成する第２ドープ領域とを含み、
再結合特性は、飽和電流密度である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
半導体基板は、第１表面の下方にある第１ｐ−ｎ接合と、
第２表面の下方にある第２ｐ−ｎ接合とを含み、
再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数−注入レベルグラフの傾斜から、各金属被覆率について、高い注入での合計飽和電流密度を決定することと、
オージェ再結合についての有効寿命の補正を行うことと、
その後、合計飽和電流密度−金属被覆率グラフの線形フィットの傾斜から、メタライズ表面における飽和電流密度および非メタライズ表面における飽和電流密度を抽出することとを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
半導体基板は、第１表面の下方にある第１ハイ／ロー接合を形成する第１ドープ領域と、
第２表面の下方にある第２ハイ／ロー接合を形成する第２ドープ領域とを含み、
再結合特性は、飽和電流密度である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
半導体基板は、第１表面の下方にある第１ハイ／ロー接合と、
第２表面の下方にある第２ハイ／ロー接合とを含み、
再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数−注入レベルグラフの傾斜から、各金属被覆率について、高い注入での合計飽和電流密度を決定することと、
オージェ再結合についての有効寿命の補正を行うことと、
その後、合計飽和電流密度−金属被覆率グラフの線形フィットの傾斜から、メタライズ表面における飽和電流密度および非メタライズ表面における飽和電流密度を抽出することとを含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
半導体基板は、シリコン基板である請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
再結合特性を抽出する前に、金属被覆率の影響を考慮して、測定した注入レベルおよび有効寿命を補正することをさらに含む請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
第１不動態層は、第１表面を覆う連続層である請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
太陽電池セルのエミッタコンタクトまたはベースコンタクトの再結合特性を決定するための請求項１〜１３のいずれかに記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光伝導度減衰(photo-conductance decay)測定に基づいて、メタライズ半導体表面および、メタライズ半導体接合、例えば、ｐ−ｎ接合またはハイ／ロー(high/low)接合などの再結合特性の抽出方法に関する。
【０００２】
本開示の方法は、例えば、太陽電池セルの不動態化(passivated)したエミッタまたはベースコンタクトの再結合特性を決定するために使用できる。
【背景技術】
【０００３】
シリコンベースのデバイス、例えば、シリコン太陽電池セルにおいて、金属コンタクトでの金属−シリコン界面は、少数電荷キャリアにとって高い再結合活性表面を提供する。その結果、再結合電流およびデバイス性能の劣化をもたらす。例えば、太陽電池セルの開路(open-circuit)電圧Ｖｏｃは、金属コンタクトでの再結合の増加とともに減少する。金属コンタクトでの再結合電流の減少が、高効率シリコン太陽電池セルの効率を増強する重大な局面と考えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メタライズ半導体（例えば、シリコン）接合の飽和電流密度は、メタライズ接合の再結合電流の大きさおよび有効表面再結合速度についての測定値である。
【０００５】
例えば、シリコン太陽電池セルの金属−エミッタ界面での再結合が、Ｊｓｃ−Ｖｏｃ（短絡電流密度−開路電圧）測定および暗電流測定から金属被覆率(coverage)の関数としてメタライズエミッタの飽和電流密度を抽出することによって決定できる。こうした測定はデバイスレベルで行う必要があり、このことは最終デバイスのみで測定を行うことが可能であることを意味する。このことは、デバイスが複雑となり、多くの処理ステップを必要とすることから、不都合である。この方法を用いると、金属コンタクトでの再結合に対する個々の処理ステップの影響を分離することができない。
【０００６】
全デバイスプロセスの必要なしで、メタライズ表面での再結合特性を決定することが可能であることが望ましい。これにより、異なるプロセス段階での再結合情報を収集したり、再結合特性に対する個々の処理ステップの影響を分離することが可能になる。注入レベルの正確な知識がこうした測定に不可欠であり、理由は再結合電流に対する種々の関与が注入レベルに依存するからである。
【０００７】
フォトルミネセンス測定が異なるプロセス段階で行うことができ、空間分解能という利点を有しているが、注入レベルに関する情報を取得することは、複雑なアルゴリズムを用いることによって可能になるに過ぎない。このことは、こうした手法を用いて抽出した飽和電流の信頼性を損なう。
【０００８】
光伝導度減衰測定が、異なる注入レベルでの有効な寿命抽出を可能にする。こうした測定は、高い注入レベルでの（エミッタ）飽和電流密度の決定のために使用していた。金属／シリコン界面での飽和電流密度の測定のためにこの手法を用いた場合、ウエハ導電率が金属層によって支配されるのを防止することに注意を要する。従って、極めて薄い層（例えば、約１ｎｍの厚さのＡｌ層）が、こうした構造での光伝導度減衰測定を可能にするために必要になる。こうした薄いアルミニウム層が、測定を行う前に完全に酸化されることは不都合である。理由は、アルミニウムが周囲大気内の酸素と反応して、アルミニウム酸化物を形成することが知られているからである。さらに、多くのメタライゼーション手法は、こうした薄い金属層の堆積を行うことができない。
【０００９】
文献（J. Mueller et al, "Reverse saturation current density imaging of highly doped regions in silicon: A photoluminescence approach", Solar Energy Materials & Solar Cells 106 (2012) 76-79）で報告されているように、光伝導度較正(photo-conductance calibrated)フォトルミネセンス・イメージングが、シリコンウエハでの高ドープ領域の飽和電流密度の局所決定のために用いられている。飽和電流密度は、異なる高い注入レベルで取得した光伝導度較正フォトルミネセンス画像に基づいて、高い注入条件下で決定される。光学ショートパスフィルタを、ルミネセンスフォトンを検出するカメラの前方に設けることによって、その手法が部分メタライズサンプルにも適用できる。この測定法を用いて、高ドープシリコンとの金属コンタクトでの再結合が定量化できる。
【００１０】
この方法の不具合は、飽和電流が高い注入レベルだけで抽出可能であること、そして注入レベルの決定が、非接触の光伝導度減衰測定を用いた較正および、検出器の前方におけるロングおよびショート波長パスフィルタの両方の使用を必要とすることである。ウエハが薄いほど、カットオフを行う必要がある波長が短くなる。従って、該方法は、薄いウエハでの測定に適していないであろう。
【００１１】
本開示は、光伝導度減衰測定からメタライズ半導体表面での再結合特性の抽出方法であって、任意の注入レベル、即ち、高い注入レベルだけでなく低い注入レベルでも使用できる方法を提供することを目的とする。
【００１２】
本開示は、光伝導度減衰測定からメタライズ半導体表面での再結合特性の抽出方法であって、極めて薄い金属層を用いる必要性が回避できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示の文脈において、再結合特性が、例えば、飽和電流密度、飽和電流密度の上限または下限、飽和再結合速度、飽和再結合速度の上限または下限、あるいは（逆数）有効寿命を含んでもよい。
【００１４】
本開示の文脈において、メタライズ半導体表面が、金属層で覆われた半導体表面でもよく、金属層は半導体表面と直接に物理的接触している。
【００１５】
本開示の文脈において、メタライズ半導体表面が、薄い不動態(passivation)層（例えば、５ｎｍ未満の厚さを有する）と、金属層とを含むスタック（不動態化コンタクトとも称する）で覆われた半導体表面でもよく、ここで不動態層は、半導体と金属との間の電気コンタクトを可能にするほどに充分に薄い、例えば、トンネル電流が薄い不動態層を通過できるほどに充分に薄い。例えば、スタックは、誘電体層、例えば、シリコン酸化物層と、金属層とを含んでもよい。例えば、スタックは、誘電体層（例えば、アルミニウム酸化物層）と、ポリシリコン層（例えば、ｐ＋＋ポリシリコン）と、金属層（例えば、アルミニウム層）とを含んでもよい。例えば、スタックは、アモルファスシリコン層と、金属層とを含んでもよい。
【００１６】
本開示は、金属コンタクト面積被覆率の関数として、有効寿命測定に基づいて、メタライズ半導体表面、例えば、メタライズシリコン表面における注入依存の再結合特性の決定方法に関する。本開示はさらに、有効寿命測定に基づいて、高い注入の金属コンタクト接合の飽和電流密度の決定方法に関する。
【００１７】
本開示の実施形態に係る半導体表面での再結合特性を決定する方法は、テスト構造を用意するステップを含み、該テスト構造は、
第１表面および、第１表面に対向した第２表面を有する半導体基板と、
第１表面上の第１不動態層と、
第２表面上の第２不動態層であって、所定位置に複数の開口を有する第２不動態層と、
該所定位置において第２半導体表面と（電気的）接触した複数の金属構造部(feature)とを備え、これにより該所定位置にメタライズ表面を形成し、該所定位置の外側に非メタライズ表面を形成しており、
金属構造部の特性サイズが、該所定位置において下地の半導体での有効拡散長より小さく、
金属構造部は、該所定位置の外側において下地の半導体での有効拡散長より小さい間隔で設けられ、
金属構造部は複数のゾーンにグループ化され、複数のゾーンの各々が異なる金属被覆率を有するように構成される。
【００１８】
該方法はさらに、複数のゾーンの各々において光伝導度減衰測定を行い、これにより金属被覆率の関数として異なる注入レベルについて有効寿命を決定するステップと、測定した有効寿命から再結合特性を抽出するステップとを含む。本開示の文脈において、金属被覆率は、接触エリア（メタライズ表面積）とゾーンの合計面積との比率として定義される。
【００１９】
本開示の実施形態において、テスト構造の第１不動態層は、第１表面を覆う連続層でもよい。他の実施形態において、テスト構造の第１不動態層は、所定位置に複数の開口を有してもよく（第２不動態層について）、そして所定位置において第１半導体表面と接触した複数の金属構造部を有してもよい。こうした実施形態において、第１表面と接触した複数の金属構造部を、第２表面と接触した複数の金属構造部に整列させることが好ましい。第１表面を覆う連続した第１不動態層を用いる利点は、こうした整列（アライメント）を行う必要性がないことである。
【００２０】
本開示の方法において、測定した有効寿命からから再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数(inverse)−金属被覆率グラフの線形フィットの傾斜から、各注入レベルについて、メタライズ表面における再結合特性と、非メタライズ表面における再結合特性との間の差を決定することを含んでもよい。この差は、メタライズ表面における再結合特性の下限と考えてもよい。
【００２１】
該方法はさらに、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットの傾斜から、各注入レベルについて、非メタライズ表面における再結合特性の上限値（推定）を決定すること、及び／又は、メタライズ表面における再結合特性の下限値（推定）を決定することを含んでもよい。
【００２２】
本開示の方法において再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットについてのゼロ金属被覆率の軸との切片から、非メタライズ表面における再結合特性の上限値を決定することを含んでもよい。
【００２３】
本開示の実施形態において、再結合特性は、表面再結合速度、寿命の逆数または飽和電流密度でもよい。
【００２４】
本開示の実施形態において、テスト構造の半導体基板は、第１表面の下方にある第１ｐ−ｎ接合を形成する第１ドープ領域、及び／又は、第２表面の下方にある第２ｐ−ｎ接合を形成する第２ドープ領域を含んでもよい。
【００２５】
本開示の実施形態において、テスト構造の半導体基板は、第１表面の下方にある第１ハイ／ロー(high/low)接合、及び／又は、第２表面の下方にある第２ハイ／ロー接合を含んでもよい。
【００２６】
本開示の実施形態に係る方法において、半導体基板は、第１表面の下方にある第１ｐ−ｎ接合（または第１ハイ／ロー接合）と、第２表面の下方にある第２ｐ−ｎ接合（または第２ハイ／ロー接合）とを含み、再結合特性を抽出することは、有効寿命の逆数−注入レベルグラフの傾斜から、各金属被覆率について、高い注入での合計飽和電流密度を決定することと、オージェ(Auger)再結合についての有効寿命の補正を行うことと、その後、合計飽和電流密度−金属被覆率グラフの線形フィットの傾斜から、メタライズ表面における飽和電流密度および非メタライズ表面における飽和電流密度を抽出することとを含んでもよい。
【００２７】
本開示の実施形態において、半導体基板はシリコン基板であってもよく、本開示はこれに限定されない。
【００２８】
該方法はさらに、再結合特性を抽出する前に、金属被覆率の影響を考慮して、測定した注入レベルを補正すること、及び／又は、測定した有効寿命を補正することを含んでもよい。
【００２９】
本開示の方法は、太陽電池セルの（不動態化）エミッタコンタクト、及び／又は、（不動態化）ベースコンタクトの再結合特性を決定するために好都合に使用できる。
【００３０】
本開示の方法の利点は、再結合特性が、注入レベルの関数として決定できることである。これは、例えば、コンタクト不動態化が、低い照明強度および高い照明強度の両方でどの程度良好に機能するかについての指標を提供できる。
【００３１】
本開示の方法の利点は、注入レベルは、再結合特性とともに測定できること、即ち、注入レベルは、光伝導度測定自体から取得できることである。注入レベルを測定できる利点は、正確な再結合特性が抽出できることである。
【００３２】
本開示の方法の利点は、再結合特性の決定を可能にするための最終デバイスを有する必要性がないことである。このことは、デバイスプロセスの異なる段階での再結合特性を決定することを可能にする。
【００３３】
種々の発明態様の特定の目的および利点をここでは説明している。当然ながら、必ずしも全てのこうした目的または利点が、本開示のいずれか特定の実施形態に従って達成できないことは理解されよう。こうして、例えば、ここで教示または提案しているように、他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここで教示したような１つの利点または一群の利点を達成または最適化するように、本開示が具体化または実施できることは、当業者は認識するであろう。さらに、この要旨は、単なる一例に過ぎず、本開示の範囲を限定することを意図していないことは理解される。本開示は、添付図面と共に読んだ場合、下記詳細な説明を参照することにより、編成および動作方法に関して、その特徴および利点とともに最も良く理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本開示に係る方法で使用可能なテスト構造の一例の断面を概略的に示す。
【図２】図１のテスト構造の底面図を示すもので、テスト構造の単一ゾーンを示す。
【図３】四角形の金属構造部を備えた、本開示のテスト構造の単位セルについての等価回路を示す。
【図４】ｐ−ｎ接合を備えたテスト構造について本開示の方法を用いて決定した場合、注入レベルの関数として、メタライズエミッタの飽和電流密度と非メタライズエミッタの飽和電流密度との間の差を示す。エラーバーは９５％信頼区間である。
【図５】ハイ／ロー接合を備えたテスト構造について本開示の方法を用いて決定した場合、注入レベルの関数として、メタライズ裏面フィールド領域の飽和電流密度と非メタライズ裏面フィールド領域の飽和電流密度との間の差を示す。エラーバーは９５％信頼区間である。
【図６】本開示の方法に従って、両面にエミッタを備えたテスト構造について抽出した飽和電流密度を示す。図６は、バルク再結合および不動態化（非メタライズ）エミッタでの再結合の影響を組み込んだ有効Ｊ０，ｄｉｅｌを、注入レベルの関数として示す。
【図７】両面に裏面フィールド領域（ｎ型ハイ／ロー接合）を備えたテスト構造について抽出した飽和電流密度を示す。図７は、バルク再結合および非メタライズ裏面フィールド領域での再結合の影響を組み込んだ有効Ｊ０，ｄｉｅｌを、注入レベルの関数として示す。
【図８】金属がシリコンウエハのバルクに直接に接触している、接合なしのテスト構造について抽出した表面再結合速度を示す。図８は、金属コンタクトにおける表面再結合速度と、非メタライズ表面における表面再結合速度との間の差を示す。
【図９】本開示の方法に従って、拡散なしのテスト構造について抽出した表面再結合速度を示す。図９は、バルク再結合および非メタライズ裏面での再結合の影響を組み込んだ有効Ｓｄｉｅｌを、注入レベルの関数として示す。
【図１０】金属の存在に起因した局所的短絡に関する補正の前（四角）および後（ドット）で、本開示に係るテスト構造について抽出した、７×１０１５ｃｍ−３の注入レベルでの有効寿命の逆数を金属被覆率の関数として示す。テスト構造は、両面にｐ＋型エミッタ拡散を備えたｎ型シリコンウエハを含む。
【００３５】
請求項での参照符号は、本開示の範囲を限定するものとして解釈すべきでない。
【００３６】
異なる図面において、同じ参照符号は同じまたは類似の要素を参照する。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
下記の詳細な説明では、本開示およびそれが特定の実施形態でどのように実用化されるかの完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を説明している。しかしながら、本開示は、これらの具体的な詳細なしで実施してもよいことは理解されよう。別の例では、本開示を曖昧にしないために、周知の方法、手順、および技法は詳細には示していない。
【００３８】
本開示は、特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本開示はこれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載した図面は、概略的かつ非限定的なものである。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に必ずしも対応していない。
【００３９】
さらに、説明および請求項での用語「第１」「第２」「第３」などは、類似の要素を区別するために使用しており、必ずしも連続的または時間的な順番を記述するためではない。用語は、適切な状況下で交換可能であり、ここで説明した本開示の実施形態は、ここで説明したり図示したものとは別の順番で動作可能である。
【００４０】
さらに、説明および請求項での用語「上(top)」、「下(bottom)」、「の上に(over)」、「の下に(under)」等は、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、適切な状況下で交換可能であって、ここで説明した本開示の実施形態がここで説明または図示した以外の他の向きで動作可能であると理解すべきである。
【００４１】
請求項で使用される用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素またはステップを除外していないことに留意する。記述した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を、参照したように特定するように解釈する必要があるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはこれらのグループの存在または追加を除外していない。こうして表現「手段Ａ，Ｂを備えるデバイス」の範囲は、構成要素Ａ，Ｂのみから成るデバイスに限定すべきでない。
【００４２】
本開示は、メタライズ半導体表面において、再結合特性、例えば、飽和電流密度、再結合電流、表面再結合速度、または有効寿命などの決定のために、光伝導度減衰測定をベースとした方法を提供する。本開示の方法において、再結合特性は、専用のテスト構造を用いて、金属接触割合の関数として有効寿命測定から抽出される。
【００４３】
金属−半導体コンタクトにおける再結合電流測定は、光伝導度減衰測定を用いて行うことができないと一般に考えられている。理由は、こうした金属コンタクトの金属層が、半導体構造の導電率に対して支配的であるからである。極めて薄い（例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍの薄さ）金属層を用いた場合でも、光伝導度測定が実行可能であると考えられている。
【００４４】
本開示の方法において、光伝導度減衰を用いてメタライズ半導体表面または金属コンタクトにおける再結合特性の測定は、新規なテスト構造を用いることによって可能になる。本開示の方法で使用されるテスト構造が、半導体基板表面の少なくとも１つの上に所定の金属パターンを備えた半導体基板を備える。追加の説明では、一方の半導体表面に金属パターンを備えたテスト構造に関心があるが、本開示はこれに限定されず、両方の半導体表面に金属パターンを有するテスト構造も使用できる。
【００４５】
テスト構造は、所定の場所で半導体、例えば、シリコンの表面と接触したパターン化した金属層を有しており、光伝導度減衰法を用いて金属コンタクトにおける再結合特性の測定を可能にする。テスト構造は、半導体基板または半導体ウエハの一部を厚い金属層で覆うことを許容しつつ、テスト構造の導電率が半導体基板の導電率によって支配された状態であるのを確保している。その結果、金属被覆に関わらず、少数キャリア性質が探査可能である。本開示の文脈において、金属層のシート抵抗が、それが上に設けられる半導体基板（ウエハ）のシート抵抗よりかなり小さい場合、金属層は厚いものとして考えられる。
【００４６】
こうした所定の金属パターンを用いる利点は、幾つかの先行技術の方法のように、極めて薄い金属層（例えば、１ｎｍの薄さ）を設ける必要性がないことである。パターン化金属層は、半導体表面と直接に物理的接触してもよく、あるいは、薄い不動態(passivation)層（例えば、５ｎｍ未満の厚さを有する）が、パターン化金属層と半導体表面との間に存在してもよい（不動態化コンタクト）。
【００４７】
本開示のテスト構造は、異なる金属被覆率を持つ少なくとも２つ、好ましくは２つより多いゾーンを備え、こうして金属接触割合（金属被覆率）の関数として測定を行うことが可能になる。
【００４８】
本開示に係るテスト構造の半導体基板は、半導体表面の下方にあるｐ−ｎ接合またはハイ／ロー接合を有してもよい。メタライズ接合の再結合特性は、好ましくは飽和電流密度によって記述できるが、（有効）表面再結合速度によっても記述できる。有効表面再結合速度は、半導体−金属の界面での再結合、拡散した領域での再結合、および拡散した領域と基板のバルクとの間にある空間電荷領域における再結合を含む。下方の接合が存在しない場合、メタライズ表面での再結合特性は、好ましくは表面再結合速度によって記述できる。
【００４９】
本開示はさらに、半導体基板が結晶性シリコン基板である実施形態について説明している。しかしながら、本開示はこれに限定されず、他の半導体材料が使用できる。
【００５０】
本開示に係る方法で使用できるテスト構造１０の一例の断面を図１に示す。それは、基板の第１側に第１ドープ領域１２を備え、第２側に第２ドープ領域１３を備えた、第１ドーパント型のシリコン基板１１を含む。第１ドープ領域１２および第２ドープ領域１３は、基板１１のドーピング型とは反対のドーピング型を有してもよく、これにより基板表面の下方にあるｐ−ｎ接合を形成する。さらに第１ドープ領域１２および第２ドープ領域１３は、同じドーピングプロファイルを有すると仮定する。代替の構造では、第１ドープ領域および第２ドープ領域は、基板と同じドーピング型で、より高いドーピング濃度を有してもよく、これによりハイ／ロー接合を形成する。
【００５１】
基板１１の第１側において、第１表面不動態層１４、例えば、シリコン酸化物不動態層が存在しており、図示した例では表面全体を覆う。基板１１の第２側において、第２不動態層１５、例えば、シリコン酸化物不動態層が存在している。図示した例では、第２不動態層１５は、第２側において、専用の局所開口が第２不動態層１５を貫通して設けられた場所以外では、基板１１の表面全体を覆う。テスト構造１０はさらに、パターン化した金属層を含み、パターン化金属層は、複数の金属構造部１６を含み、各金属構造部１６は、局所開口の場所に第２不動態層１５を貫通して設けられ、下地のシリコンと接触している。
【００５２】
図１に示すように、金属構造部１６は、局所開口において不動態層１５のエッジと重なり合ってもよい。テスト構造１０は、金属接触エリア（メタライズ表面を備えたエリア）を備え、金属構造部１６は、シリコンと電気的に接触しており、そして、不動態化または非メタライズエリア／表面を備え、不動態層１４，１５はシリコン表面と接触している（金属構造部との電気的接触がない）。金属構造部は、シリコンと直接に物理的接触してもよく、あるいは、薄い金属構造部（トンネリング層）が間に存在して、上述したような不動態化コンタクトが得られるものでもよい。
【００５３】
本開示の実施形態において、金属構造部１６は、例えば、円形状または四角形状、あるいは他の適当な形状を有してもよい。図２は、円形の金属構造部を備えた、図１のテスト構造の底面図を示す。図２は、単に概念を示すために、円形の金属構造部を示しているが、実際は、金属構造部の数はかなり多くてもよく、例えば、１０５〜１０６個の金属構造部であり、例えば、４ｃｍ×４ｃｍのエリアに渡って広がってもよい。本開示はこれに限定されない。
【００５４】
図２に示すように、異なる金属構造部１６は、互いに物理的に分離している。本開示のテスト構造において、金属構造部１６の特性サイズが、シリコン基板の金属被覆エリアにおける有効少数キャリア拡散長より短い。特性サイズは、円形の金属構造部の場合は直径でもよく、あるいは四角形の金属構造部の場合は辺の長さでもよい。この条件により、テスト構造全体に渡ってほぼ一定の少数キャリア濃度が得られ、測定結果のより簡単な解釈が可能になる（後述のように）。さらに、本開示のテスト構造において、隣接する金属構造部１６間の間隔（距離）は、シリコン基板の不動態化（非メタライズ）エリアにおける有効拡散長よりかなり小さい。
【００５５】
本開示のテスト構造において、金属構造部の横方向サイズおよび隣接する金属構造部間の距離は、典型的にはサブミリメータの範囲である。
【００５６】
図２は、単一の金属被覆を備えた、テスト構造の単一ゾーンだけを示す。本開示のテスト構造は、異なる金属被覆率、即ち、接触エリア（メタライズ表面積）とゾーン合計面積との異なる比率を持つ少なくとも２つ、好ましくは２つより多いゾーンを備える。本開示のテスト構造が、例えば、複数の四角ゾーンを備えてもよく、各ゾーンは異なる金属被覆率を有する。異なる金属被覆率を持つゾーンを設けることは、金属被覆エリアでの再結合に関連した情報から、非メタライズエリアでの再結合に関する情報を分離することを可能にする。好ましくは、テスト構造は、２つより多いゾーン、例えば、９つのゾーンを備え、各ゾーンは異なる金属被覆率を有する。各ゾーンは、数平方センチメートル、例えば、４ｃｍ×４ｃｍのオーダーのサイズを有してもよい。好ましくは、テスト構造の各ゾーンは、図２に示すように、同じ単位セル２０の２次元アレイで構成される。本開示はこれに限定されない。
【００５７】
ラジオ波検出非接触光伝導度減衰測定で用いられる典型的なコイル周波数は、１１ＭＨｚレンジであり、これは、約２７ｍの波長を持つ電磁放射を用いて被検ウエハを探査することに対応する。テスト構造が探査される放射の波長は、ウエハ上の金属パターンの特性サイズより数桁大きいため、放射によって観測される等価抵抗は、通常の電気回路理論から見つけることができる。波の影響を考慮する必要がない。
【００５８】
通常の電気回路理論から、テスト構造の導電率に対する金属構造部１６の存在の影響についての近似的な表現が導出できる。ウエハの抵抗に対する金属導電率の影響の推定が、四角の金属構造部１６を持つ本開示のテスト構造の単位セル２０について、図３に示す等価回路を使用することによって取得できる。テスト構造のゾーンの各単位セル２０（例えば、図２に示すようなもの）が、金属と接触していない（不動態層１５で覆われている）第１エリアと、金属構造部１６によって局所的に短絡した第２エリアとで構成されると考えられる。ここで完全な局所的短絡を仮定している。金属層の電気抵抗は、シリコン基板１１の電気抵抗よりかなり小さいと仮定される。金属構造部１６間のキャパシタンスに起因したインピーダンスは、金属構造部間の基板１１の導電率に起因したインピーダンスよりかなり大きいと仮定される。図３の等価回路に示す抵抗Ｒ１，Ｒ２は、下記の式によって与えられる。
【００５９】
【数１】
2015065435.tif 000003
【００６０】
ここで、Ｓは金属構造部のピッチ、ｄは四角の金属構造部の辺の長さ、Ｒｓ，Ｓｉはシリコンウエハのシート抵抗である。メタライズウエハのシート抵抗Ｒｓは、下記の式によって与えられる。
【００６１】
【数２】
2015065435.tif 000004
【００６２】
ここで、Ｃｍｅｔは金属被覆率、即ち、金属接触面積と単位セルの合計面積との比率である。
【００６３】
円形の金属構造部の場合、メタライズウエハのシート抵抗Ｒｓは、下記の式によって近似的に与えられる。
【００６４】
【数３】
2015065435.tif 000005
【００６５】
測定した光伝導度データは、ウエハ導電率を取得するために補正する必要がある。補正係数は、テスト構造の幾何形状に依存する。円形の金属ドットのアレイを備えたテスト構造では、ウエハ導電率σＳｉは、測定した導電率σｍｅａｓと下記の式（５）によって関連付けられる。
【００６６】
【数４】
2015065435.tif 000006
【００６７】
四角の金属ドットのアレイを備えたテスト構造では、ウエハ導電率σＳｉは、測定した導電率σｍｅａｓと下記の式（６）によって関連付けられる。
【００６８】
【数５】
2015065435.tif 000007
【００６９】
金属と半導体との間の非ゼロのコンタクト抵抗の影響を考慮するために、追加の補正を適用してもよい。有限のコンタクト抵抗が、被検デバイスの局所的短絡を不完全なものにする。詳細には、それは、電流が半導体から金属へ流れる伝送長(transfer length)ＬＴを要し、伝送長は、シート抵抗で除算したコンタクト抵抗と等しい。伝送長の影響は、有効金属ドットサイズが伝送長の２倍だけほぼ減少することを勘案することによって、近似的に考慮できる。即ち、一方の伝送長は、電流が半導体から金属へ流れるものであり、一方の伝送長は、電流が再び逆流するものである。こうして下記の式が得られる。
【００７０】
【数６】
2015065435.tif 000008
【００７１】
円形ドットでは、金属被覆率は、下記の式によって与えられる。
【００７２】
【数７】
2015065435.tif 000009
【００７３】
ｄをｄｅｆｆで置換することにより、コンタクト抵抗の存在が基板の不完全な短絡をもたらす場合のウエハ導電率に影響を与える有効金属被覆率が得られる。
【００７４】
【数８】
2015065435.tif 000010
【００７５】
ＣｍｅｔはＣｅｆｆで置換して、金属被覆率に起因して補正係数に対する有限のコンタクト抵抗の影響を推定できる。同様な表現が、異なる形状を持つ金属ドットのアレイ、例えば、四角の金属ドットのアレイを備えたテスト構造について導出できる。これらの補正は、Ｌｔがｄより小さい場合だけ適用できる。Ｌｔが特性サイズｄよりかなり大きい場合、金属の存在に起因した局所的短絡の影響は無視できる。
【００７６】
本開示の方法において、再結合特性は、上述したテスト構造を用いて、そして光伝導度減衰測定を用いて、有効寿命測定からメタライズ面積被覆率の関数として抽出される。異なる単位面積再結合レートＲ１，Ｒ２を持つ２つの面積Ａ１，Ａ２を備えた基板またはテスト構造では、合計再結合レートＲは、再結合レートが各面積の至るところで一定である場合、２つの面積での再結合レートの面積重み付け合計値である。これは、下記のように表される。
【００７７】
【数９】
2015065435.tif 000011
【００７８】
本開示の方法で用いられるテスト構造が、異なる再結合特性を持つこうした２つのエリアを有する。更なる説明において、図１に示すようなテスト構造を想定している。
【００７９】
第１エリアは、例えば、両方の表面においてＳｉ−ＳｉＯ２界面を有する両面不動態化領域である。第１エリアでの再結合レートは、下記の式（１１）によって与えられ、Ｒｄｉｅｌは、不動態化（非メタライズ）表面での再結合レートであり、Ｒｂｕｌｋは、テスト構造のシリコンバルクでの再結合レートである。さらに不動態化エリアは、両面で同じ表面不動態を有することを想定している。
【００８０】
【数１０】
2015065435.tif 000012
【００８１】
テスト構造の第２エリアは、基板の第１側にある第１エリアと同じ表面不動態を有し、  基板の第２側において異なる再結合特性を有する。第２側において、第２エリアでの表面は、例えば、シリコン−空気の界面、シリコン−金属の界面またはシリコン−不動態化コンタクトの界面を含んでもよい。不動態化コンタクトが、例えば、誘電体−金属スタック、誘電体−ポリシリコン−金属スタック、またはアモルファスシリコン−金属スタックを含んでもよい。本開示はこれに限定されない。本開示のテスト構造の第２エリアでの再結合レートは、下記の式（１２）によって与えられ、Ｒｍｅｔは、シリコン−金属界面での再結合レートである。
【００８２】
【数１１】
2015065435.tif 000013
【００８３】
両方のエリアのバルクでの単位面積再結合レートおよび非メタライズ表面での単位面積再結合レートは両方のエリアで等しいと仮定して、本開示のテスト構造についての合計再結合レートは、式（１３）で与えられように記述できる。
【００８４】
【数１２】
2015065435.tif 000014
【００８５】
ここで、Ｃｍｅｔは、金属被覆率：Ｃｍｅｔ＝Ａ２／Ａである。
従って、本開示の方法において、メタライズ表面と不動態化（非メタライズ）表面との間の再結合レートの差（Ｒｍｅｔ−Ｒｄｉｅｌ）は、再結合レートＲ−金属表面被覆率Ｃｍｅｔの傾斜から抽出できる。
【００８６】
本開示の方法は、基板が、両側にｐ型拡散領域（エミッタ領域）を有するｎ型シリコンウエハである例についてさらに説明する。注入レベルが基板厚さ（基板のバルク内）に関して、そして基板エリア全体に関して一定であることを想定している。これは、ウエハ厚さおよびコンタクト開口サイズ（金属構造部のサイズ）が両方とも少数キャリア拡散長よりかなり小さい場合、エミッタ領域（または裏面フィールド領域）を前側および後側に備えたウエハについて妥当な想定である。
【００８７】
エミッタ再結合Ｒｅｍｉｔｔｅｒは、飽和電流密度Ｊ０，ｅｍｉｔｔｅｒによって記述でき、下記の式で定義される。
【００８８】
【数１３】
2015065435.tif 000015
【００８９】
ここで、理想係数(ideality factor)１によって特徴付けられる再結合機構を想定している。Δｐは、エミッタとバルクとの間の空間電荷領域のバルク側での注入レベルであり、ＮＤは、ウエハのバルク内のドーピング濃度である。
【００９０】
バルク再結合は、有効寿命によって記述される。
【００９１】
【数１４】
2015065435.tif 000016
【００９２】
Ｗは、テスト構造の第１側と第２側にあるエミッタ空間電荷領域間の距離であり、基板厚さとほぼ等しい。バルク注入レベルΔｐは、ウエハ厚さに渡って一定であることを想定している。これは、バルク少数キャリア拡散長がウエハ厚さよりかなり大きい場合である。
【００９３】
合計再結合レートＲ（式（１３）に与えられたように）から、グローバル有効寿命τｅｆｆが下記の式で定義される。
【００９４】
【数１５】
2015065435.tif 000017
【００９５】
これは、τｅｆｆについて下記の式を導出する。
【００９６】
【数１６】
2015065435.tif 000018
【００９７】
Ｊ０，ｍｅｔは、テスト構造のメタライズエミッタの飽和電流密度であり、Ｊ０，ｄｉｅｌは、テスト構造の不動態化（非メタライズ）エミッタの飽和電流密度であり、Ｊ０，ｔｏｔは、テスト構造の合計エミッタ飽和電流密度である。τｅｆｆは、テスト構造のグローバル有効寿命であり、τｂｕｌｋは、テスト構造のバルク内の少数キャリア寿命であり、ＮＤは、ウエハのバルク内のドーピング濃度であり、Δｐは、ウエハのバルク内の注入レベルである。注入レベルは、ウエハのバルク内のウエハ厚さに関して、およびテスト構造の面内で一定であることを想定している。ｑは、電子の電荷であり、ｎｉは、真性キャリア密度であり、Ｗは、ウエハ厚さ（より正確には、両方のエミッタ領域の空間電荷領域の間の距離）である。
【００９８】
任意の注入レベルにおいて、Ｊ０，ｍｅｔ−Ｊ０，ｄｉｅｌが、光伝導度減衰−金属被覆率（Ｃｍｅｔ）によって測定された有効寿命の逆数（１／τｅｆｆ）の傾斜から抽出できる。両方のτｅｆｆおよびΔｐは、光伝導度測定から抽出される量である。両方とも、これらを用いて再結合パラメータを計算する前に、金属構造部の存在に起因した局所的短絡を補正する必要があるであろう。後述するように、定常状態および一般化した光伝導度測定のために、注入レベルおよび寿命の両方とも補正する必要がある。過渡的測定では、注入レベルだけが補正する必要がある。
【００９９】
式（１７）に基づいて、Ｊ０，ｄｉｅｌの上限が、有効寿命の逆数（１／τｅｆｆ）−金属被覆率（Ｃｍｅｔ）グラフの切片（Ｃｍｅｔ＝０の軸と）から抽出できる。
【０１００】
高い注入（Δｐ＞＞ＮＤ）において、Ｊ０，ｔｏｔは、１／τｅｆｆの傾斜から、注入レベルの関数として抽出できる。オージェ(Auger)再結合の補正後、τｂｕｌｋが、注入レベルから独立していることを想定している。従って、Ｊ０，ｍｅｔおよびＪ０，ｄｉｅｌは、バルク再結合および不動態化表面での再結合の相対的大きさに関係なく、Ｊ０，ｔｏｔ−金属被覆率データから抽出できる。
【０１０１】
【数１７】
2015065435.tif 000019
【０１０２】
式（３）（４）は、本開示のテスト構造の抵抗がシリコン基板によって支配された状態であるが、金属被覆率がウエハの抵抗に対してある影響を有することを示している。その結果、光伝導度測定時に測定された注入レベルおよび、測定された有効寿命に対して影響を生じさせる。測定された有効寿命に対する影響は、後述するように、導電率測定が行われるモードに依存する。
【０１０３】
詳細な導出を経由することなく、測定された注入レベルΔｐｍｅａｓｕｒｅｄと実際の注入レベルΔｐｒｅａｌとの間の関係は、円形の金属構造部を含むテスト構造については式（１９）によって、四角の金属構造部を含むテスト構造については式（２０）によって近似的に与えられることが示される。
【０１０４】
【数１８】
2015065435.tif 000020
【０１０５】
従って、注入レベルは、金属層による局所的短絡に起因して、部分的な金属被覆ウエハに対する光伝導度測定において過大評価される。
【０１０６】
抽出された少数キャリア寿命の誤差に対する、測定された注入レベルの誤差の影響は、光伝導度測定が過渡的モード、定常状態モードまたは一般化モードで行われるかに依存する。少数キャリアの挙動は、少数キャリア濃度および電荷中性の条件によって完全に決定されることが想定される。少数キャリア（ホール）についての連続方程式が、トラップ（捕獲）効果を考慮することなく考えられる。
【０１０７】
【数１９】
2015065435.tif 000021
【０１０８】
抽出された有効寿命に対する、部分金属被覆に起因したウエハ短絡の影響を計算するために、電流は、その勾配が正味の再結合の項と比べて無視できるように、ゆっくり変化することを想定している。無視できる電流の勾配では、再結合電流を過剰な少数キャリア濃度および有効寿命の項で明示的に記述すると、式（２１）は下記の式になる。
【０１０９】
【数２０】
2015065435.tif 000022
【０１１０】
少数キャリア濃度の変化の時間レートが過剰な少数キャリア密度の変化の時間レートと等しいことを認識すると、この式は、下記のように有効寿命の項で既述できる。
【０１１１】
【数２１】
2015065435.tif 000023
【０１１２】
ここで、τｅｆｆは、有効寿命であり、Ｇは、発生レートであり、ウエハ内で発生した、秒当りで単位体積当りの少数キャリアの数として定義される。従って、注入レベルの誤った解釈が、測定された有効寿命に対する誤差を生じさせることがあり、補正する必要がある。
【０１１３】
発生レートと比べて過剰な少数キャリア密度の変化の時間レートに依存して、過渡的解析（少数キャリア寿命が発生項の特性減衰時間よりかなり長い）、定常状態解析（発生項の特性減衰時間が少数キャリア寿命よりかなり長い）、または一般化解析が適用される。
【０１１４】
過渡的解析において、発生項は、少数キャリア濃度が変化する特性時間よりかなり速く減衰する。そして、式（２３）は、下記の式になる。
【０１１５】
【数２２】
2015065435.tif 000024
【０１１６】
式（１９）との組合せにより、これは下記のようになる。
【０１１７】
【数２３】
2015065435.tif 000025
【０１１８】
従って、短絡の程度が注入レベルに依存していない限り、金属被覆によるウエハの短絡は、測定された有効寿命に対して影響を有しない。しかしながら、金属コンタクト面積割合を考慮しない場合、注入レベルは過小評価される。後者は、有効寿命が注入レベルに依存する場合、抽出された飽和電流に対して間接的な影響を有する。金属に起因した局所的短絡を考慮しないことは、注入レベルの過大評価をもたらす。
【０１１９】
定常状態解析において、過剰少数キャリア密度の変化が、発生項の特性変化よりかなり速い時間スケールで生ずると想定される。測定された有効寿命は、下記の式によって与えられる。
【０１２０】
【数２４】
2015065435.tif 000026
【０１２１】
同様に、実際の有効寿命は、下記の式によって与えられる。
【０１２２】
【数２５】
2015065435.tif 000027
【０１２３】
式（２６），（２７）および（１９）の組合せにより、実際の有効寿命と測定された有効寿命との間の近似的な関係が金属被覆率の関数として得られ、定常状態の光伝導度測定から取得される。円形の金属ドットを持つテスト構造では、これは式（２８）によって近似的に与えられ、四角の金属ドットを持つテスト構造では、これは式（２９）によって近似的に与えられる。
【０１２４】
【数２６】
2015065435.tif 000028
【０１２５】
従って、金属の存在は、定常状態の光伝導度測定から抽出された少数キャリア寿命の過大評価をもたらし、適切な補正が必要になる。
【０１２６】
一般化した解析の場合、実際の有効寿命と光伝導度測定から抽出された有効寿命との間の関数関係が、同様な導出によって見出すことができる。
【０１２７】
本開示の方法は、主としてｐ−ｎ接合を備えたテスト構造での飽和電流の決定について上述したが、該方法は、ｐ−ｎ接合無しのテスト構造について再結合特性を決定するためにも使用できる。例えば、ハイ／ロー(high/low)接合（ｎ＋−ｎ接合またはｐ＋−ｐ接合）を備えたサンプル、または接合無しのサンプルについても、メタライズ表面における再結合が本開示のテスト構造を用いて測定できる。この場合、有効寿命の逆数は、金属被覆率の関数として下記の式のように与えられる。
【０１２８】
【数２７】
2015065435.tif 000029
【０１２９】
ここで、τｅｆｆは有効寿命、τｂはバルク少数キャリア寿命、Ｓｐは不動態化（非メタライズ）表面での有効表面再結合速度、Ｓｍは金属被覆表面での有効表面再結合速度、Ｃｍは金属被覆率、Ｗはウエハ厚さである。式（３０）から、金属被覆表面での再結合速度と不動態化表面での再結合速度との間の差が、注入レベルの関数として抽出できる。
【０１３０】
本開示のテスト構造はまた、飽和電流密度または表面再結合速度の代わりに、有効寿命を決定するために使用できる。この場合、下記の式になる。
【０１３１】
【数２８】
2015065435.tif 000030
【０１３２】
ここで、τｅｆｆはテスト構造全体についての有効寿命（即ち、金属被覆率の関数として測定した量）、τｐは不動態化（非メタライズ）表面での有効寿命、τｍは金属被覆表面での有効寿命である。
【０１３３】
本開示の方法は、例えば、太陽電池セルのメタライズエミッタの飽和電流密度の抽出のために好都合に使用できる。
【０１３４】
本開示の方法を用いて、拡散したホウ素エミッタ上にＡｌコンタクトを備えたテスト構造について飽和電流の抽出を行った。さらに、本開示の方法を用いて、ハイ／ロー接合を含むテスト構造（例えば、太陽電池セルの裏面フィールド領域のように）上にＡｌコンタクトを備えたテスト構造、およびいずれの拡散領域も無いテスト構造について再結合特性を決定した。全ての測定は定常状態解析を用いて行った。
【０１３５】
３〜８Ω・ｃｍのバルク抵抗率を有する、準四角の１５６ｍｍ×１５６ｍｍ，１５０〜１６０マイクロメータ厚さ、Ｃｚ  Ｓｉウエハを実験に使用した。実験は、（ａ）エミッタ拡散（ウエハの両側にｐ−ｎ接合を形成するｐ＋拡散）を備えたウエハ、（ｂ）裏面フィールド領域（ウエハの両側にハイ／ロー接合を形成するｎ＋拡散）を備えたウエハ、（ｃ）拡散無しのウエハ、に分割した。熱成長したシリコン酸化物層を不動態層として使用した。
【０１３６】
飽和電流測定について、各不動態化ウエハを９個のゾーンに分割し、それぞれ異なる割合Ｃｍｅｔとした。１５マイクロメータ直径を持つ円形開口をリソグラフィで画定し、不動態層を通るようにエッチングした。露出した領域の公称被覆率は、０％〜１７％（０％，１．２５％，２．５％，５％，７．５％，１０％，１２．５％，１５％，１７％）の範囲であった。コンタクト開口のリソグラフィ画定の際、可能性のあるオーバーエッチングまたはアンダーエッチング及び／又はオーバー現像またはアンダー現像に起因して、実際の被覆率は若干異なることがある。開口間の距離は、１．２５％の被覆率を持つゾーンについての１１８．９マイクロメータと、１７％の被覆率を持つゾーンについての３２．２マイクロメータとの間で変化した。全てのゾーンにおいて、１５マイクロメータの直径を持つ円形金属ドットを使用した。続いて、０．５マイクロメータ厚さのＡｌ層をウエハ上にスパッタ堆積し、露出したシリコン領域だけが被覆状態のままになるようにエッチングを行った。そして、フォーミングガスアニールを行った。
【０１３７】
本開示の方法に従って、これらのテスト構造について有効寿命測定を行った。テスト構造の異なる金属被覆率を持つ９つのゾーンの各々について、擬定常状態光伝導度測定（ＱＳＳＰＣ）を行った。各ＱＳＳＰＣ測定は、有効寿命を注入レベルの関数として出力する。こうして結果が、金属被覆率の関数および注入レベルの関数として得られる。
【０１３８】
図４は、本開示の方法を用いて決定した場合、注入レベルの関数として、メタライズエミッタの飽和電流密度Ｊ０，ｍｅｔと非メタライズエミッタの飽和電流密度Ｊ０，ｄｉｅｌとの間の差を示す。エラーバーは９５％信頼区間である。実験で使用したテスト構造のように、良好な表面不動態および非不動態化金属コンタクトを備えたエミッタについて、Ｊ０，ｍｅｔは、Ｊ０，ｄｉｅｌよりかなり大きいことから、Ｊ０，ｍｅｔ−Ｊ０，ｄｉｅｌ≒Ｊ０，ｍｅｔであると想定できる。従って、図４に示すデータは、メタライズエミッタの飽和電流密度についての下限として考えられる。これらの結果は、最初に有効寿命を、異なる金属被覆率について注入レベルの関数として測定し、そして、異なる注入レベルについての傾斜から飽和電流密度を抽出することによって得られた。示した結果において、測定値から飽和電流密度を抽出する前に、注入レベルおよび有効寿命は、上述したような金属構造部の存在に起因した局所的短絡について補正した。
【０１３９】
図５は、図４のように、注入レベルの関数として、メタライズ裏面フィールド領域の飽和電流密度と非メタライズ裏面フィールド領域の飽和電流密度との間の差を示すものであるが、ウエハの両面にはｐ−ｎ接合の代わりに、ハイ／ロー接合を備えたテスト構造についてのものである。
【０１４０】
図６は、テスト構造の両面にエミッタ拡散を備えたテスト構造について抽出した飽和電流を示す。図６は、バルク再結合および不動態化（非メタライズ）エミッタでの再結合の影響を組み込んだ有効Ｊ０，ｄｉｅｌを示す。図６に示したＪ０，ｄｉｅｌは、異なる注入レベルについて、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットのＣｍｅｔ＝０の軸との切片から抽出した。一般に、切片は、バルク再結合からの関与および不動態化エミッタでの再結合からの関与を有する。バルク再結合の成分は、不動態化エミッタでの再結合の成分と比べて無視できることを想定した。従って、図６に示すＪ０，ｄｉｅｌの推定値は、Ｊ０，ｄｉｅｌの上限である。理由は、考慮していないバルク再結合からの（小さな）関与が存在するためである。
【０１４１】
図７は、両面に裏面フィールド領域（ハイ／ロー接合）を備えたテスト構造について抽出した飽和電流密度を示す。図７は、バルク再結合および非メタライズ裏面フィールド領域での再結合の影響を組み込んだ有効Ｊ０，ｄｉｅｌを、注入レベルの関数として示すもので、図６のように、異なる注入レベルについて、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットのＣｍｅｔ＝０の軸との切片から抽出した。
【０１４２】
図８は、拡散領域無しのテスト構造について、注入レベルの関数として、金属−半導体界面での表面再結合速度Ｓｍｅｔと非メタライズ半導体表面での表面再結合速度Ｓｄｉｅｌとの間の差を示す。エラーバーは９５％信頼区間である。実験で使用したテスト構造のように、良好な表面不動態および非不動態化金属コンタクトを備えたサンプルについて、Ｓｍｅｔは、Ｓｄｉｅｌよりかなり大きいことから、Ｓｍｅｔ−Ｓｄｉｅｌ≒Ｓｍｅｔであると想定できる。従って、図８に示す値は、Ｓｍｅｔについての下限として考えられる。これらの結果は、最初に有効寿命を異なる金属被覆率について注入レベルの関数として測定し、そして、異なる注入レベルについての傾斜から表面再結合速度を抽出することによって得られた。
【０１４３】
図示した結果において、注入レベルおよび有効寿命は、測定値から飽和電流密度を抽出する前に、上述したような金属構造部の存在に起因した局所的短絡について補正した。ここに示した抽出した表面再結合速度は、多くの場合、過小評価である。理由は、シリコン−金属界面での注入レベルは、多くの場合、該表面での高い再結合レートに起因して平均注入レベルより著しく低いためである。
【０１４４】
図９は、拡散領域無しのテスト構造について抽出した表面再結合速度を示す。図９は、バルク再結合および非メタライズ裏面での再結合の影響を組み込んだ有効Ｓｄｉｅｌを、注入レベルの関数として示すもので、異なる注入レベルについて、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットのＣｍｅｔ＝０の軸との切片から抽出した。
【０１４５】
図１０は、両面にエミッタ拡散を備えたサンプルについて有効寿命の逆数を金属被覆率の関数として示す。図１０は、測定した状態の有効寿命、および金属の存在に起因した局所的短絡に関して補正した有効寿命の両方を、７×１０１５ｃｍ−３の注入レベルで示す。金属の存在に起因した局所的短絡に関する補正は、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの傾斜を増加させることが判る。
【０１４６】
本開示の実施形態に従って、有効寿命測定は、下記のように幾つかの方法で解釈できる。
【０１４７】
ｉ）エミッタ領域（即ち、ｐ−ｎ接合を伴う）または裏面フィールド領域（即ち、ハイ／ロー接合を伴う）を備えたサンプルについて、Ｊ０，ｔｏｔは、有効寿命の逆数−注入レベルグラフの傾斜から各金属被覆率について高い注入において抽出できる。そして、Ｊ０，ｍｅｔおよびＪ０，ｄｉｅｌは、Ｊ０，ｔｏｔ−金属被覆率グラフの線形フィットから独立に抽出できる。
【０１４８】
ｉｉ）エミッタ領域（即ち、ｐ−ｎ接合を伴う）または裏面フィールド領域（即ち、ハイ／ロー接合を伴う）を備えたサンプルについて、［Ｊ０，ｍｅｔ−Ｊ０，ｄｉｅｌ］、Ｊ０，ｍｅｔの下側推定値およびＪ０，ｄｉｅｌの上側推定値は、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットから全ての注入レベルについて抽出できる。
【０１４９】
ｉｉｉ）代替として、測定値は、表面再結合速度の観点で解釈できる。各注入レベルについて、［Ｓｍｅｔ−Ｓｄｉｅｌ］およびＳｄｉｅｌの上側推定値は、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットから全ての注入レベルについて抽出できる。この手法は、拡散領域を備えていないテスト構造についても使用できる。
【０１５０】
ｉｖ）非理想的サンプルでは、各注入レベルについて、［１／τｍ−１／τｐ］および１／τｐは、有効寿命の逆数−金属被覆率グラフの線形フィットから抽出できる。
【０１５１】
上記説明は、本開示の特定の実施形態を詳説している。しかしながら、上記説明が文章中にどの程度詳しく記載されているかに関わらず、本開示は多くの方法で実践できることは理解されよう。本開示の特定の特徴または態様を記載する場合の特定の用語の使用は、該用語が関連している本開示の特徴または態様のいずれか特定の特徴を含むように制限されるように、該用語がここで再定義されることを意味すると解釈すべきでないことに留意すべきである。
【０１５２】
上記詳細な説明は、種々の実施形態に適用されるように本発明の新規な特徴を図示し説明し指摘しているが、説明したデバイスまたはプロセスの形態および詳細における種々の省略、置換および変化が、本発明から逸脱することなく当業者によって可能であることは理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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