[發明專利]制備超飽和硫系元素摻雜硅的方法

無效

• 申請號: 201210484770.9
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102938435A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 王科范;劉孔;曲勝春;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于新型硅材料領域，具體涉及一種制備超飽和硫系元素摻雜硅的方法。

背景技術

近十年來，人們對于在硅中摻入超飽和的硫系元素(硫、硒或碲)后形成的新型硅材料產生了濃厚的研究興趣，這是因為這種新型硅材料在紅外區域(波長大于1.1μm)有很強的光吸收，而這一優異特性將使硅基紅外探測器成為可能。1998年哈佛大學的艾瑞克·馬祖(Eric?Mazur)教授和他領導的研究小組在六氟化硫氣氛中，使用飛秒激光掃描硅表面，意外地形成了一種新型硅材料，它的表面層內硫的摻雜濃度達到10²⁰cm^-3數量級(硫在硅中的平衡飽和濃度為10¹⁵cm^-3數量級)，它可以對波長從0.25μm到2.5μm的光產生90％以上的吸收。這種新型的硅材料，肉眼看上去非常黑，所以后來被稱為黑硅。將黑硅做成探測器后，在0.4μm到1.7μm的波長范圍內都有響應，最高響應在1.06μm處達到了100A/W，這是商用硅探測器的100倍；它在通訊波長1.33μm和1.55μm處的響應分別為50mA/W，和35mA/W，這比商用硅探測器高5個數量級，但比商用鍺和銦鎵砷探測器小1個數量級。黑硅探測器在紅外有響應，這結果令人振奮，但它的響應度目前還太低，離商用還差1個數量級，另外它在紅外的響應也與它在紅外的吸收(90％以上)很不匹配。對于這一點，目前大家都認為原因是超快激光在刻蝕硅表面的時候形成了大量的晶格缺陷，這些晶格缺陷很容易俘獲光生載流子，導致光生載流子很難被金屬電極收集到。除了黑硅這種類型的超飽和硫摻雜硅之外，還有一種超飽和硫摻雜硅還未引起人們的足夠重視。2006年哈佛大學另外一位教授邁克爾·阿澤(Miche?l?Az?iz)教授和他領導的研究小組通過對硅超飽和注入硫離子后，再對樣品進行納秒激光退火。這種方法形成的超飽和硫摻雜硅樣品，表面非常平整，內部也無明顯缺陷，在可見光區域的光吸收為70％，在紅外區域的光吸收為30％。表面平整對制作黑硅探測器非常有利，保證了襯底片與金屬電極良好的接觸；無晶格缺陷可以使光生載流子的壽命較長，利于電極收集。它唯一的缺點是在紅外波段的吸收只有30％，與前面黑硅的吸收相比下降了60％。為了增加這種超飽和硫摻雜硅在紅外的吸收，我們提出先對硅表面進行制絨，然后再對制絨后的硅片進行硫離子注入和納秒激光退火。光吸收的測試表明，這種新方法制備出來的超飽和硫摻雜硅在紅外的光吸收達到70％，同時表面的微結構也保證了良好的電極接觸，所以它對相關器件的開發非常有利。這種新方法同樣也適用于超飽和硒或碲摻雜硅材料的制作。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種制備超飽和硫系元素摻雜硅的方法，該方法包括先對硅襯底表面進行制絨，再對它進行離子注入和激光退火。這種方法形成的超飽和硫系元素摻雜硅表面，既保證了良好的電極接觸，又對入射光具有一定的減反射作用，對于制作高響應紅外探測器特別有利。

本發明提供一種制備超飽和硫系元素摻雜硅的方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇一襯底；

步驟2：對襯底表面進行制絨；

步驟3：對制絨后的襯底進行超飽和硫系元素離子注入；

步驟4：對硫系元素離子注入后的襯底進行激光退火，消除離子注入產生的晶格缺陷，完成制備。

其中襯底的材料為硅單晶片。

其中離子注入后硫系元素在襯底中的原子濃度為5×10¹⁹cm^-3-1×10²¹cm^-3。

其中硫系元素包括硫、硒或碲。

附圖說明

為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1為本發明的制備流程圖；

圖2為光吸收譜圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種制備超飽和硫系元素摻雜硅的方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇一襯底，該襯底的材料為硅單晶片，它的晶面取向為(001)，雙面拋光，p型硼摻雜，電阻率為1-10Ωcm，晶片厚度為390±20μm；

步驟2：襯底表面經清洗去污之后，使用刻蝕液(NaOH∶異丙醇(IPA)∶水＝2g∶4ml∶45ml)在80℃對襯底制絨40分鐘，使襯底表面布滿金字塔減反射結構；