專利名稱：一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備超淺結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備PN結(jié)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備超淺結(jié)的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件越來(lái)越小型化，要求節(jié)省材料、縮小尺寸的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，相比較半導(dǎo)體晶片，薄膜半導(dǎo)體器件的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越突出，無(wú)論是在TFT產(chǎn)業(yè)、光伏領(lǐng)域或者平板液晶顯示行業(yè)，各種薄膜半導(dǎo)體器件扮演著越來(lái)越重要的角色。做為各種薄膜半導(dǎo)體器件中最基本的結(jié)構(gòu)，薄膜中PN結(jié)的制備非常重要。目前技術(shù)中所用的薄膜PN結(jié)的制備，最常規(guī)的做法是通過(guò)同樣的薄膜生長(zhǎng)工藝， 調(diào)節(jié)所用材質(zhì)的成份，依次生長(zhǎng)不同類型的薄膜形成PN結(jié)。如常規(guī)生產(chǎn)中的PECVD法制備非晶硅太陽(yáng)能電池工藝及液相外延技術(shù)制備的多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池?；蛘呃贸Ｒ?guī)半導(dǎo)體晶體摻雜工藝，如專利號(hào)為200910080145. 6中提到的將晶化后，采用常規(guī)擴(kuò)散辦法制備多晶硅薄膜PN結(jié)。同時(shí)，業(yè)界也在尋找更好的制備薄膜PN結(jié)的制法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)薄膜半導(dǎo)體器件PN 結(jié)制備工藝的改進(jìn)，提供一種工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量可靠、可操作性強(qiáng)的使用激光制備晶硅薄膜超淺結(jié)的方法，所制備的超淺結(jié)深度可以小于30NM。技術(shù)方案本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)單晶硅、多晶硅、微晶硅、摻雜制備超淺結(jié)的方法， 包括以下步驟步驟(1)，在真空條件下，以通氣流量為50 lOOOsccm的速度通入H2以及另一種氣體的混合物，此混合氣體于薄膜表面晶格活化時(shí)會(huì)摻雜到薄膜表面；步驟O)，使用激光照射薄膜表面，使薄膜表面瞬間溫升為1000°C 1400°C，最終在半導(dǎo)體表面形成超淺結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)選地，薄膜表面瞬間溫升為1200°C。本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟( 使用激光照射薄膜表面，連續(xù)式激光器連續(xù)照射時(shí)間為5 50s，脈沖激光器累計(jì)照射5 20次。本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟(1)所述真空條件是真空度為1000 10X10_3Pa的本
底真空。本發(fā)明中，一種方案，步驟(1)中該薄膜為N型薄膜，與通入的H2混合的另一種氣體是KH6。本發(fā)明中，優(yōu)選地，薄膜基片的襯底可以是玻璃、陶瓷、金屬、鋁箔、有機(jī)材料、半導(dǎo)體基片中的任意一種本發(fā)明中，優(yōu)選地，當(dāng)薄膜基片的襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，步驟(1)中可將襯底加熱至500°C以下，可以防止基片在加熱過(guò)程中出現(xiàn)額外摻雜，影響摻雜質(zhì)量，加熱溫度穩(wěn)定在10分鐘以上。
本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟⑴所述真空條件是真空度為6. 6Pa，混合氣體中占體積百分比的Ι^-Ιδ^ 。本發(fā)明中，另一種方案，步驟(1)中該薄膜為P型薄膜，與通入的H2混合的另一種氣體是PH3。本發(fā)明中，優(yōu)選地，薄膜基片的襯底可以是玻璃、陶瓷、金屬、鋁箔、有機(jī)材料、半導(dǎo)體基片中的任意一種本發(fā)明中，優(yōu)選地，當(dāng)薄膜基片的襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，步驟(1)中可將襯底加熱至500°C以下，可以防止基片在加熱過(guò)程中出現(xiàn)額外摻雜，影響摻雜質(zhì)量，加熱溫度穩(wěn)定在10分鐘以上本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟⑴所述真空條件是真空度為6. 6Pa，混合氣體中PH3占體積百分比的Ι^-Ιδ^ 。本發(fā)明中，又一個(gè)方案，當(dāng)薄膜為I型時(shí)，視摻雜需要，當(dāng)希望進(jìn)行N型摻雜時(shí)，與通入的H2混合的另一種氣體是PH3。當(dāng)希望進(jìn)行P型摻雜時(shí)，與通入的H2混合的另一種氣體是KH6。本發(fā)明中，優(yōu)選地，薄膜基片的襯底可以是玻璃、陶瓷、金屬、鋁箔、有機(jī)材料、半導(dǎo)體基片中的任意一種本發(fā)明中，優(yōu)選地，當(dāng)薄膜基片的襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，步驟(1)中可將襯底加熱至500°C以下，可以防止基片在加熱過(guò)程中出現(xiàn)額外摻雜，影響摻雜質(zhì)量，加熱溫度穩(wěn)定在10分鐘以上。本發(fā)明中，優(yōu)選地，步驟(2)所述激光工作介質(zhì)為ArF，波長(zhǎng)為193nm，或者所述激光工作介質(zhì)為Kr，波長(zhǎng)為248nm，或者所述激光工作介質(zhì)為Xe，波長(zhǎng)為308或351nm。本發(fā)明中選用的激光器功率在30MJ IJ之間可調(diào)，每脈沖小于20納秒。本發(fā)明中所用的激光器，只要保證瞬間照射使薄膜表面升溫到1200°C左右即符合本發(fā)明要求，不局限于本發(fā)明所給出的優(yōu)選方案。有益效果本發(fā)明采用了一種與傳統(tǒng)制備薄膜PN結(jié)相比，更為簡(jiǎn)單的工藝，這種工藝制備PN 結(jié)的結(jié)深可以小于30nm。如果采用鍍膜方式達(dá)到納米級(jí)的精度，對(duì)設(shè)備的要求會(huì)比較高，而本工藝所需的設(shè)備比較簡(jiǎn)單。另外，相對(duì)于通過(guò)控制工藝氣體，利用各種真空及非真空辦法依次生長(zhǎng)薄膜形成的PN結(jié)而言，本工藝生成的PN結(jié)是一個(gè)整體，減少PN結(jié)的內(nèi)部電阻，使 PN結(jié)具有更好的整流特性，有利于制成性能更優(yōu)良的半導(dǎo)體器件。尤其相對(duì)于生長(zhǎng)比較緩慢的多晶硅薄膜和微晶硅薄膜來(lái)說(shuō)，減少了一層薄膜的制備，節(jié)約了大量的工藝時(shí)間。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖示為本發(fā)明一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備超淺結(jié)的方法的實(shí)現(xiàn)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備超淺結(jié)的方法，包括以下步驟
步驟1，在真空條件下，以通氣流量為50 lOOOsccm的速度通入H2以及另一種氣體的混合物，此混合氣體于薄膜表面晶格活化時(shí)會(huì)摻雜到薄膜表面；步驟2，使用激光照射襯底上的薄膜表面，使薄膜表面瞬間溫升為1000°C 1400°C，最終薄膜表面形成超淺結(jié)。步驟1中，所述真空條件為1000 IOX 本底真空度。優(yōu)選為所述本底真空度為6. 6Pa。步驟2中，使用激光照射襯底上的薄膜表面，連續(xù)式激光器連續(xù)照射時(shí)間為5 50s,脈沖激光器累計(jì)照射5 20次。使用短波長(zhǎng)激光使薄膜表面瞬間升溫到1000 1400°C，最佳溫度為1200°C。所述激光工作介質(zhì)為ArF，波長(zhǎng)為193nm，或者所述激光工作介質(zhì)為Kr，波長(zhǎng)為248nm，或者所述激光工作介質(zhì)為Xe，波長(zhǎng)為308或351nm。一種方案，步驟1中該半導(dǎo)體薄膜為N型薄膜，與通入的H2混合的另一種氣體是 ^H6，當(dāng)薄膜襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，將襯底加熱至500°C以下，所述真空條件是真空度為6. 6Pa，混合氣體中IH6占體積百分比的 15%。當(dāng)薄膜襯底為鋁箔、陶瓷、有機(jī)材料等不適合加熱的襯底時(shí)，襯底保持常溫。另一種方案，步驟1中該半導(dǎo)體薄膜為P型半導(dǎo)體薄膜，與通入的H2混合的另一種氣體是PH3，當(dāng)薄膜襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，將襯底加熱至500°C以下，所述真空條件是真空度為6. 6Pa，混合氣體中PH3占體積百分比的 15%。當(dāng)薄膜襯底為鋁箔、 陶瓷、有機(jī)材料等不適合加熱的襯底時(shí)，襯底保持常溫。再一種方案，步驟1中該半導(dǎo)體薄膜為I型半導(dǎo)體薄膜，與通入的H2混合的另一種氣體視摻雜成N型還是P型的需要分別可以是PH3* IH6，當(dāng)薄膜襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，將襯底加熱至500°C以下，所述真空條件是真空度為6. 6Pa，混合氣體中PH3占體積百分比的 15%。當(dāng)薄膜襯底為鋁箔、陶瓷、有機(jī)材料等不適合加熱的襯底時(shí)，襯底
保持常溫。如圖所示，本發(fā)明工藝步驟為將薄膜基片5( 為薄膜，5b為薄膜襯底)放入附圖中的載片臺(tái)6上，關(guān)閉真空室門，通過(guò)出氣管道8對(duì)真空室3抽真空到本底真空度，通過(guò)進(jìn)氣管道4對(duì)真空室3通入混合氣體，同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣系統(tǒng)抽氣速率，使真空室內(nèi)壓強(qiáng)恒定。 同時(shí)，利用加熱器7對(duì)基片加熱。當(dāng)真空室達(dá)到設(shè)定壓強(qiáng)、薄膜基片溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)， 將符合要求波長(zhǎng)和能量密度的激光1通過(guò)透光玻璃窗2照射到薄膜基片5上，此時(shí)薄膜基片5薄膜表面溫度瞬間升到1200°C，激活了薄膜基片5表面薄膜的晶格，實(shí)現(xiàn)了摻雜氣體的摻雜過(guò)程，使薄膜表面形成PN結(jié)?；蛘?，將薄膜基片5( 為薄膜，恥為薄膜襯底)放入附圖中的載片臺(tái)6上，關(guān)閉真空室門，通過(guò)出氣管道8對(duì)真空室3抽真空到本底真空度，通過(guò)進(jìn)氣管道4對(duì)真空室3通入混合氣體，同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣系統(tǒng)抽氣速率，使真空室內(nèi)壓強(qiáng)恒定。同時(shí)，保持真空室內(nèi)為室溫狀態(tài)， 將符合要求波長(zhǎng)和能量密度的激光1通過(guò)透光玻璃窗2照射到薄膜基片5上，此時(shí)薄膜基片5薄膜表面溫度瞬間升到1200°C，激活了薄膜基片5表面薄膜的晶格，實(shí)現(xiàn)了摻雜氣體的摻雜過(guò)程，使薄膜表面形成PN結(jié)。實(shí)施例1以IOOmmX IOOmmX 3. Omm的玻璃襯底附著厚度為1. 5 μ m的N型單晶硅薄膜，利用本發(fā)明在N型單晶硅薄膜上進(jìn)行摻雜形成PN結(jié)，以此來(lái)進(jìn)一步闡明本發(fā)明。其工藝步驟如下1、將經(jīng)過(guò)清潔處理的薄膜基片放入真空室內(nèi)的載片臺(tái)上，單晶硅薄膜表面正對(duì)著透明玻璃窗。2、關(guān)閉真空室門，對(duì)真空室抽真空達(dá)到3. OX 10_3Pa，同時(shí)開(kāi)啟加熱器，對(duì)薄膜基片加熱，加熱溫度為350°C。3、當(dāng)真空度達(dá)到本底真空度，加熱溫度穩(wěn)定在350°C 10分鐘以上， 薄膜基片均勻受熱后，向真空室內(nèi)通入流量為500sCCm的IH6和H2的混合氣體，其中IH6百分含量為5%。同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣速率，使真空室壓強(qiáng)恒定。4、開(kāi)啟激光器，使波長(zhǎng)為193nm(激光器所用介質(zhì)為ArF)、能量密度為500mJ，脈沖為20納秒的激光束均勻地照射到薄膜基片上，使薄膜基片瞬間升溫至1200°C。激光累計(jì)照射15次，此時(shí)薄膜表面形成符合要求，深度小于30nm，具有良好的遷移率及低的漏電流的質(zhì)量良好的PN結(jié)，工藝過(guò)程完成。實(shí)施例2以156mmX156mmX180ym的P型多晶硅做基片，其上附著厚度為10 μ m的P型
多晶硅薄膜，利用本發(fā)明在P型多晶硅薄膜上進(jìn)行摻雜形成PN結(jié)，以此來(lái)進(jìn)一步闡明本發(fā)明。其工藝步驟如下1、將經(jīng)過(guò)清潔處理的P型薄膜基片放入真空室內(nèi)的載片臺(tái)上，薄膜表面正對(duì)著透明玻璃窗。2、關(guān)閉真空室門，對(duì)真空室抽真空達(dá)到10Pa，同時(shí)開(kāi)啟加熱器，對(duì)基片加熱，加熱溫度為400°C。3、當(dāng)真空度達(dá)到本底真空度，加熱溫度穩(wěn)定在400°C且15分鐘以上，硅片襯底均勻受熱后，向真空室內(nèi)通入流量為300sCCm的PH3和吐的混合氣體，其中 PH3體積百分含量為8%。同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣速率，使真空室壓強(qiáng)恒定。4、開(kāi)啟激光器，使波長(zhǎng)為 248nm(激光器所用介質(zhì)為Kr)、能量密度為500mJ，脈沖為20納秒的激光束均勻地照射到基片上，使基片瞬間升溫至1200°C，本實(shí)施例中，激光與基片之間保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中基片固定，激光掃射速度范圍是15mm/s，當(dāng)然，也可以使激光器固定，基片移動(dòng)速度范圍是15mm/ s,效果相同。激光累計(jì)照射15次，此時(shí)多晶硅薄膜表面形成符合要求，深度小于30nm，具有良好的遷移率及低的漏電流的質(zhì)量良好的PN結(jié)，工藝過(guò)程完成。實(shí)施例3以IOOmmX IOOmmX 3. Omm的陶瓷襯底附著厚度為1. 5 μ m的N型微晶硅薄膜，利用
本發(fā)明在N型微晶硅薄膜上進(jìn)行摻雜形成PN結(jié)，以此來(lái)進(jìn)一步闡明本發(fā)明。其工藝步驟如下1、將經(jīng)過(guò)清潔處理的薄膜基片放入真空室內(nèi)的載片臺(tái)上，微晶硅薄膜表面正對(duì)著透明玻璃窗。2、關(guān)閉真空室門，對(duì)真空室抽真空達(dá)到3. 0X10_3Pa，同時(shí)保持真空室內(nèi)為恒定室溫。3、當(dāng)真空度達(dá)到本底真空度后，向真空室內(nèi)通入流量為500sCCm的IH6和H2的混合氣體，其中IH6百分含量為5%。同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣速率，使真空室壓強(qiáng)恒定。4、開(kāi)啟激光器，使波長(zhǎng)為308nm(激光器所用介質(zhì)為Xe)、能量密度為400mJ，脈沖為20納秒的激光束均勻地照射到薄膜基片上，使薄膜基片瞬間升溫至1200°C。激光累計(jì)照射20次，此時(shí)薄膜表面形成符合要求，深度小于30nm，具有良好的遷移率及低的漏電流的質(zhì)量良好的PN結(jié)，工藝過(guò)程完成。因?yàn)楸緦?shí)施例中以傳熱性能不好的陶瓷為襯底，對(duì)基片加熱起不到使薄膜具有一個(gè)初始溫度，從而加速反應(yīng)的過(guò)程，因此采取了基片保持常溫的做法，與此同時(shí)，類比對(duì)基片進(jìn)行加熱的工藝過(guò)程，在其它條件相同的條件下，本工藝過(guò)程要求較長(zhǎng)一些的激光照射時(shí)間。實(shí)施例4以IOOOmmX 500mmX 3. Omm的有機(jī)膜材料襯底附著厚度為500nm的I型，利用本發(fā)
明在I型上進(jìn)行摻雜形成IP型PN結(jié)，以此來(lái)進(jìn)一步闡明本發(fā)明。其工藝步驟如下1、將經(jīng)過(guò)清潔處理的薄膜基片放入真空室內(nèi)的載片臺(tái)上，以輥系統(tǒng)或者夾緊裝置使薄膜張緊，表面正對(duì)著透明玻璃窗。2、關(guān)閉真空室門，對(duì)真空室抽真空達(dá)到3. 0X10_3Pa，同時(shí)保持真空室內(nèi)為恒定室溫。3、當(dāng)真空度達(dá)到本底真空度后，向真空室內(nèi)通入流量為500sCCm的IH6和 H2的混合氣體，其中IH6百分含量為5%。同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣速率，使真空室內(nèi)壓強(qiáng)恒定。4、開(kāi)啟連續(xù)式激光器，調(diào)節(jié)其波長(zhǎng)、功率、能量密度、束斑等參數(shù)，使激光束均勻地照射到薄膜基片上，薄膜基片瞬間升溫至1200°C。激光照射時(shí)間持續(xù)50秒，此時(shí)薄膜表面形成符合要求， 深度小于30nm，具有良好的遷移率及低的漏電流的質(zhì)量良好的PN結(jié)，工藝過(guò)程完成。若要在I型本征層上形成IN型PN結(jié)，將工藝氣體中的IH6換成PH3,其它工序不變即可。
本發(fā)明提供了一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備超淺結(jié)的方法的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種以激光制備PN結(jié)于單晶硅薄膜、多晶硅薄膜、微晶硅薄膜表面的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟(1)，在真空條件下，通入壓以及另一種氣體的混合物，此混合氣體于薄膜表面晶格活化時(shí)會(huì)摻雜到薄膜表面；步驟O)，使用激光照射到薄膜表面，使膜面瞬間溫升為100(TC 1400°C，最終在薄膜表面形成PN結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，步驟 (2)使用激光照射薄膜表面，連續(xù)式激光器連續(xù)照射時(shí)間為5 50s ；或者使用脈沖激光器， 累計(jì)照射5 20次。
3.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，步驟(1) 中該薄膜為N型薄膜時(shí)，與通入的壓混合的另一種氣體是&H6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，當(dāng)襯底為玻璃、金屬、半導(dǎo)體基片時(shí)，步驟(1)中將襯底加熱至500°C以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，步驟 (1)所述真空條件是真空度為6. 6Pa，混合氣體中IH6占體積百分比的 15%。
6.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，步驟(1) 中該薄膜為P型薄膜時(shí)，與通入的吐混合的另一種氣體是ph3。
7.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，步驟(1) 中該薄膜為本征I型薄膜時(shí)，與通入的H2混合的另一種氣體根據(jù)摻雜的需要可在PH3和IH6 中選擇一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、8或者12所述的一種對(duì)晶硅薄膜摻雜制備PN結(jié)的方法，其特征在于，步驟(2)所述激光工作介質(zhì)為ArF，波長(zhǎng)為193nm，或者所述激光工作介質(zhì)為Kr，波長(zhǎng)為 248nm，或者所述激光工作介質(zhì)為Xe，波長(zhǎng)為308或351nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種以激光制備超淺結(jié)于單晶硅薄膜、多晶硅薄膜表面的方法，包括以下步驟在真空條件下，以通氣流量為50～1000sccm的速度通入H2以及另一種氣體的混合物，此混合氣體于基片晶格活化時(shí)會(huì)摻雜到薄膜表面；使用激光照射到襯底基片上的薄膜，使薄膜表面瞬間溫升為1000℃～1400℃，最終薄膜表面形成超淺結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)選地，薄膜表面瞬間溫升為1200℃。本發(fā)明制備超淺結(jié)深度可以小于30NM，摻雜濃度視具體要求可調(diào)。相對(duì)于常規(guī)PN結(jié)，本工藝生成的PN結(jié)間無(wú)界面，減少了PN結(jié)的內(nèi)部電阻，使PN結(jié)具有更好的整流特性。另外本工藝所需的設(shè)備配置比常規(guī)技術(shù)要低，同時(shí)，工藝更穩(wěn)定快捷。
文檔編號(hào)H01L21/223GK102477583SQ20101057007
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉瑩 申請(qǐng)人:劉瑩