[其他]氣載摻雜劑摻雜非晶硅方法

無效

• 申請號: 85100512
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100512A
• 公開（公告）日: 1986-08-13
• 發明（設計）人: 吳宗炎;沈月華
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 潘振甦

本發明屬于非晶硅的摻雜方法。

目前，已有非晶硅材料，尤其是輝光放電非晶硅的摻雜方法均是用磷烷（PH₃）或硼烷（B₂H₆）為摻雜劑與硅烷（SiH₄）混合，在反應室內在高頻或直流場下分解，P或B與Si同時淀積在基體上而將非晶硅摻雜的?，F有非晶硅的摻雜方法必須使用這類氣體摻雜劑，而目前可以用作氣體摻雜劑僅有磷烷（PH₃）、硼烷（B₂H₆）和砷烷（AsH₃）三種，不僅種類少，限制了摻雜元素種類而且這些摻雜劑毒性極大，純化比較困難，制備出的P-型材料缺陷態密度高。

本發明的目的是提供一種用氣體摻雜劑摻雜非晶態的方法，不使用上述三種毒性極大的氣體摻雜劑而使用周期表中ⅢⅣⅤ族元素的單質或化合物為摻雜劑，用凈化過的氣體為載體，與SiH₄混合，制備低缺陷態的P型或n型非晶硅，在提高材料及器件性能的同時降低成本且毒性大大減少。

本發明的具體方法是用P、Sb、In、As、Ga、C、B等單質或化合物為摻雜劑，放在石英瓶內，電爐加熱石英瓶到某一汽化溫度，使瓶中摻雜劑汽化，然后用凈化過的氣體為載體流經石英瓶，把汽化的摻雜劑帶入混氣室內與SiH₄混合，在高頻或直流電場下以輝光放電方法或用CVD方法，蒸發或濺射方法淀積非晶硅，摻入元素進入非晶硅而使之摻雜作為載體的氣體可使用氫氣、氦氣或氬氣，但最好是用氫氣為載體。

本發明的優點是：

（1）不受氫化物形式的束縛，原則上可將Ⅲ-Ⅴ族的各種元素摻入非晶硅內，從而克服了現在一般使用的氣體摻雜劑方法僅局限于P、B、As三種元素的摻雜;

（2）利用蒸氣壓隨溫度指數式變化的特點，可以方便地按需要改變摻雜濃度;

（3）由于不使用毒性極大的P、B、As三種氫化物為氣體摻雜劑而改用欲摻雜元素的單質或化合物，不僅毒性大大減輕而且純度易保證;

（4）摻雜后的隙態密度低，如本實驗表明用In、Ga摻雜得到的P型非晶硅的隙態密度比用B₂H₆氣體摻雜劑摻雜的低一個數量級以上，因而光電導在10μW/cm²照度下，可達10⁸Ωm。

本發明提供的摻雜方法流程圖如圖1所述，圖中

〔1〕凈化氣體入口處，〔2〕SiH₄入口處，〔3〕盛放摻雜劑石英瓶，

〔4〕加熱電爐，〔5〕測溫熱電偶，〔6〕微調閥，〔7〕混氣室，

〔8〕反應室，〔9〕沉積基片，〔10〕麥氏真空計，〔11〕接泵處。

本發明的最佳實施例1是在石英瓶〔3〕內盛放高純赤磷，加熱至250°～320℃，當輕摻雜時將P加熱至270℃，重摻雜情況下，將P加熱到310℃，溫度用熱電偶〔5〕測定。凈化過的載體（H₂或He，最好為H₂）以20SCCM流量流經石英瓶，通過微調閥〔6〕進入混氣室〔7〕，SiH₄的流量為120SCCM，通過麥氏計〔10〕測定H₂+P/SiH₄分壓比，然后進入反應室，沉積基片〔9〕一般被加熱到260℃，由高頻場作用下（13.56MHZ）產生高頻輝光，將混合氣體分介而淀積在已加熱的基片上而制成非晶硅膜。暗電導從10^-9（Ωm）^-1變化至10^-2（Ωm）^-1甚至更高。

同樣的方法，可以將Sb、In、Ga等元素的單質或化合物取代P，僅僅是汽化溫度不同，加熱溫度不同而已。

本發明的最佳實施例2是在石英瓶〔3〕內以BBr₃取代P可將非晶硅作P一型摻雜。雖然在單晶硅擴散摻雜技術中BBr₃是一種成熟的方法，人們普遍擔心BBr₃分介的Br₂會與Si作用，所以在單晶硅摻雜技術中是將單晶硅表面氧化，避免Br₂與Si反應。在非晶硅中用BBr₃為摻雜劑是無先例的。考慮到下面5個反應，氣態形式的溴將排出系統在非晶硅中不會有氣態溴存在