[發(fā)明專利]一種控制鍺表面形貌的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210490731.X
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103840031A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王盛凱;劉桂明;劉洪剛;孫兵;趙威;韓樂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體集成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種控制鍺表面形貌的方法。

背景技術(shù)

鍺(Ge)具有良好的半導體性質(zhì)，如空穴遷移率1900cm²/V·s、電子遷移率3900cm²/V·s等，表現(xiàn)著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢腆w物理和固體電子學的發(fā)展有重要作用。另外鍺還具備多方面的特殊性質(zhì)，在航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫(yī)學等領(lǐng)域也有廣泛而重要的應(yīng)用，是一種重要的戰(zhàn)略資源。

隨著環(huán)境污染和資源枯竭問題的日益突出，為了實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，太陽能作為取之不盡用之不竭的可再生資源，也是可直接利用的清潔能源之一，逐漸發(fā)展為備受矚目的產(chǎn)業(yè)。目前中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)以倍增速度快速發(fā)展，然而與發(fā)達國家相比我國太陽能應(yīng)用市場發(fā)展明顯滯后，其中太陽能電池(solar?cell)的成本是制約光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因。因此進一步降低制造成本是太陽能電池得以大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵，而提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率是降低成本的有效途徑之一。除了尋找新型材料、研究新的制備工藝之外，提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵包括減小表面反射、提高電池受光表面積和提高太陽輻射能密度。

傳統(tǒng)太陽能電池主要利用擇優(yōu)腐蝕原理來形成表面結(jié)構(gòu)以達到降低表面反射率進而提高轉(zhuǎn)換效率的目的，可能存在的問題是：襯底片表面處理過程復雜藥劑消耗多，表面沾污嚴重，表面結(jié)構(gòu)的一致性和均勻性差。因此，實現(xiàn)鍺(Ge)表面形貌結(jié)構(gòu)低成本高效益簡單易行的控制變得非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于通過控制氧氣(O₂)分壓和反應(yīng)溫度，使鍺(Ge)與氧氣(O₂)反應(yīng)生成易揮發(fā)的一氧化鍺(GeO)，利用氧分子和鍺反應(yīng)速率的各向異性，提供一種控制鍺表面形貌的方法。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種控制鍺表面形貌的方法，該方法是將鍺(Ge)置于純氧或氧氣(O₂)與其它性質(zhì)穩(wěn)定氣體的混合氣體中，調(diào)節(jié)氧氣(O₂)分壓和反應(yīng)溫度至高溫低壓工作區(qū)域，控制反應(yīng)時間實現(xiàn)鍺(Ge)表面形貌控制，具體包括：

步驟1：將待刻蝕表面形貌的鍺樣品置于真空室中；

步驟2：向真空室內(nèi)充入低氧分壓氣體；

步驟3：將真空室升溫至500℃～700℃，使鍺與氧分子結(jié)合生成可揮發(fā)性的一氧化鍺，控制反應(yīng)時間就能實現(xiàn)鍺表面的形貌控制。

上述方案中，所述其它性質(zhì)穩(wěn)定氣體為化學性質(zhì)穩(wěn)定在700℃以下不會和鍺或者氧氣發(fā)生化學反應(yīng)的氮氣(N₂)、氬氣(Ar)、氦氣(He)、氖氣(Ne)或上述氣體的混合氣體。

上述方案中，該方法通過調(diào)節(jié)氣體總壓強以及氧氣的摩爾分數(shù)，控制氧氣分壓在0.1Pa～10⁵Pa區(qū)間。

上述方案中，該方法是在溫度500℃～700℃區(qū)間里，根據(jù)氧氣分壓調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，保證鍺襯底處于高溫低壓工作區(qū)域，以實現(xiàn)鍺表面形貌控制。

上述方案中，步驟1中所述鍺樣品是單晶鍺襯底或者是在絕緣體上形成的鍺表面結(jié)構(gòu)；真空室原始氧氣分壓應(yīng)當小于0.001Pa。

上述方案中，步驟2中所述低氧分壓氣體的氧分壓應(yīng)控制在0.1Pa～10⁵Pa之間，根據(jù)刻蝕速率的要求確定氧氣分壓的值。

上述方案中，步驟1中所述鍺樣品，從晶態(tài)上講，所述鍺樣品是單晶、多晶或者非晶態(tài)鍺；對于單晶鍺，包括(100)，(110)和(111)取向的單晶鍺襯底；從形狀上講，所述鍺樣品是鍺平面、鍺納米線或鍺納米帶。

上述方案中，所述高溫低壓工作區(qū)域，氧氣分壓控制在0.1Pa-10⁵Pa，反應(yīng)溫度控制在500℃-700℃，在反應(yīng)溫度和氧氣分壓為橫縱坐標的二維圖里，連接(520℃，0.1Pa)和(680℃，10⁵Pa)兩點將二維坐標圖分成兩個半?yún)^(qū)，所述的工作區(qū)域位于高溫低壓半?yún)^(qū)。

上述方案中，所述控制反應(yīng)時間實現(xiàn)鍺(Ge)表面形貌控制是由于氧氣與鍺反應(yīng)速率的各向異性在鍺表面得到四角錐形立體結(jié)構(gòu)，控制反應(yīng)時間調(diào)節(jié)鍺表面形貌深度，達到鍺表面形貌控制目的。

上述方案中，所述氧氣與鍺的反應(yīng)速率由氧氣分壓和反應(yīng)溫度以及鍺材料的晶態(tài)和取向決定，反應(yīng)速率隨溫度的升高而增加，反應(yīng)速率隨氧氣分壓的升高而增加，從晶態(tài)和取向上講，反應(yīng)速率的關(guān)系為：非晶＞多晶＞單晶(110)＞單晶(100)＞單晶(111)。