[發明專利]制作黑硅及黑硅表面鈍化層的方法

有效

• 申請號: 201710686567.2
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107482084B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 李華高;雷仁方;廖乃鏝;楊修偉;郭培
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

本發明公開了一種制作黑硅及黑硅表面鈍化層的方法，該方法先在工藝片上制作出黑硅，然后通過低溫工藝在黑硅表面制作出鈍化層；本發明的有益技術效果是：提出了一種制作黑硅及黑硅表面鈍化層的方法，該方法可以在低溫條件下使黑硅表面鈍化，從而避免高溫工藝所存在的各種問題，有效提高黑硅的品質。

技術領域

本發明涉及一種黑硅制作技術，尤其涉及一種制作黑硅及黑硅表面鈍化層的方法。

背景技術

硅的禁帶寬度為1.1eV，常規的硅基探測器不能對1300nm和1550nm兩個重要的光通信波長進行探測；20世紀90年代末，哈佛大學Eric Mazur教授等在研究飛秒激光與物質相互作用的過程中獲得了一種新材料，黑硅；黑硅的發現，使得硅的潛在應用領域得到了大幅拓展。

現有技術中，通常在SF₆、H₂S氣氛中采用飛秒激光制備黑硅，通過硫元素對黑硅表面進行過飽和摻雜，可以使硅的禁帶寬度發生改變(硅的截止波長延伸到2.5μm)，從而使硅基材料可以應用于短波紅外探測；但是，對黑硅表面進行過飽和硫摻雜，需在高溫條件下進行，高溫會使硫元素析出，形成沒有活性的間隙原子，間隙原子的存在會導致黑硅近紅外吸收顯著下降，并且析出的硫元素會成為缺陷復合中心，探測器工作時，缺陷復合中心會與光生載流子復合，使探測器的靈敏度降低，隨著黑硅表面積的增大，缺陷復合中心的數量也十分驚人，探測器的靈敏度降低問題十分嚴重。

為了減少黑硅界面的表面態，一種有效的手段就是對黑硅表面進行鈍化處理；黑硅表面鈍化有多種方式，如采用等離子體增強原子層沉積(PEALD)法在黑硅表面淀積一層Al₂O₃薄膜、或在黑硅表面熱氧化一層二氧化硅薄膜等作為鈍化層，這些表面鈍化技術具有良好的保型性和致密性，適用于黑硅納米微結構的鈍化，在實際黑硅器件制作過程中得到了應用，但這些技術工藝復雜，設備昂貴，工藝容差小，最致命的是，這些技術中都需要進行高溫工藝(大于450℃)，當然也就不可避免地存在由高溫工藝所引起的一系列問題。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種制作黑硅及黑硅表面鈍化層的方法，包括硅材質的工藝片；其創新在于：所述方法包括：

1)將工藝片浸入第一溶液中，待黑硅形成后，將工藝片從第一溶液中取出；所述第一溶液為硝酸銅、過氧化氫和氫氟酸的混合溶液；工藝片浸泡過程中，采用水浴加熱方式，將第一溶液的溫度控制在25～40℃；

2)用氫氟酸溶液對黑硅進行腐蝕，待黑硅表面的自然氧化層被腐蝕掉后，將工藝片清洗干凈；

3)將工藝片浸入第二溶液中，待黑硅表面形成致密的銅膜后，將工藝片從第二溶液中取出，然后用去離子水將工藝片清洗干凈，然后對工藝片進行脫水處理；所述第二溶液為硝酸銅和氫氟酸的混合溶液；

4)在氮氣氛圍中對工藝片進行加熱，加熱溫度為200℃，加熱時間為1小時，加熱過程中，黑硅表面有銅硅生成；加熱結束后，使工藝片暴露在常溫空氣中，黑硅表面就會生長出二氧化硅鈍化層，二氧化硅鈍化層厚度滿足要求后，將工藝片浸入硝酸溶液中，將工藝片上殘留的銅去除干凈，然后將工藝片從硝酸溶液中取出，然后用去離子水將工藝片清洗干凈，然后對工藝片進行脫水處理，操作完成。