制備超飽和硫系元素摻雜硅的方法技術

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。本發明專利技術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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新型硅材料領域，具體涉及一種。技術背景近十年來，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I. Ιμπι) 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，使用飛秒激光掃描娃表面，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102°cm_3數量級(硫在硅中的平衡飽和濃度為IO15CnT3數量級)，它可以對波長從O. 25 μ m到2. 5 μ m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O. 4 μ m到I. 7 μ m的波長范圍內都有響應，最高響應在I. 06 μ m處達到了 100A/W，這是商用硅探測器的100倍；它在通訊波長I. 33 μ m和I. 55 μ m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I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I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 I Az iz)教授和他領導的研究小組通過對娃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。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種，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。本專利技術提供一種，包括如下步驟3步驟I :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 X IO19CnT3-IX 1021cnT3。其中硫系兀素包括硫、砸或締。附圖說明為進一步說明本專利技術的具體
技術實現思路
，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖I為本專利技術的制備流程圖；圖2為光吸收譜圖。具體實施方式請參閱圖I所示，本專利技術提供一種，包括如下步驟步驟I :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1-10 Ω Cm，晶片厚度為390±20μπι;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°C對襯底制絨40分鐘，使襯底表面布滿金字塔減反射結構；步驟3 :對制絨后的襯底進行超飽和硫離子注入，注入能量為200keV，注入劑量為I X IO16CnT2,注入深度約為240nm左右，峰值濃度約為6X 102°cnT3左右。硒或碲離子的注入采用類似方式。離子注入后，要保證注入原子在硅襯底中的原子濃度為 5 X IO19CnT3-IX 1021cm-3，相對應的原子百分比為O. 1% -10%。另外，離子注入深度要保證接下來的激光退火能夠消除離子注入產生的晶格缺陷；步驟4 :對硫離子注入后的襯底進行激光退火，選用的激光器為KrF(248nm)納秒激光器，脈沖寬度為20ns,光束形狀為3_X Imm矩形,平均每點的脈沖數為4個,能量密度選用為1.4J/cm2。選擇的激光退火條件要保證既要消除離子注入產生的晶格缺陷，又不要在硅襯底表面產生大量新的晶格缺陷或刻蝕出尖銳的表面微結構。至此，完成制備。這種新方法形成的超飽和硫摻雜硅、普通硅片(未經任何處理)以及未制絨但經硫離子注入和納秒激光退火的硅片的光吸收譜如圖2所示。很明顯，制絨大幅增加了這類超飽和硫摻雜硅在紅外波段的光吸收，從30 %增加到70%;在可見光波段，光吸收小幅增加約 10%。以上所述，僅是本專利技術的實施例而已，并非對本專利技術作任何形式上的的限制，凡是依據本專利技術技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本專利技術技術方案范圍之內，因此本專利技術的保護范圍當以權利要求書為準。權利要求1.一種，包括如下步驟步驟I :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。2.根據權利要求I所述的，其中襯底的材料為硅單3.根據權利要求I所述的，其中離子注入后硫系元素在襯底中的原子濃度為5 X IO19CnT3-IX IO21CnT3。4.根據權利要求I所述的，其中硫系元素包括硫、 硒或締。全文摘要一種，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。本專利技術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。文檔編號H01L31/18GK102938435SQ201210484770公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日專利技術者王科范, 劉孔, 曲勝春, 王占國 申請人:中國科學院半導體研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：