專利名稱:氣載摻雜劑摻雜非晶硅方法
本發(fā)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(yīng)室內(nèi)在高頻或直流場(chǎng)下分解，P或B與Si同時(shí)淀積在基體上而將非晶硅摻雜的?，F(xiàn)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(tài)密度高。
本發(fā)明的目的是提供一種用氣體摻雜劑摻雜非晶態(tài)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(zhì)或化合物為摻雜劑，用凈化過(guò)的氣體為載體，與SiH4混合，制備低缺陷態(tài)的P型或n型非晶硅，在提高材料及器件性能的同時(shí)降低成本且毒性大大減少。
本發(fā)明的具體方法是用P、Sb、In、As、Ga、C、B等單質(zhì)或化合物為摻雜劑，放在石英瓶?jī)?nèi)，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(guò)的氣體為載體流經(jīng)石英瓶，把汽化的摻雜劑帶入混氣室內(nèi)與SiH4混合，在高頻或直流電場(chǎng)下以輝光放電方法或用CVD方法，蒸發(fā)或?yàn)R射方法淀積非晶硅，摻入元素進(jìn)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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?fù)饺敕蔷Ч鑳?nèi)，從而克服了現(xiàn)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(shù)式變化的特點(diǎn)，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(zhì)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(tài)密度低，如本實(shí)驗(yàn)表明用In、Ga摻雜得到的P型非晶硅的隙態(tài)密度比用B2H6氣體摻雜劑摻雜的低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因而光電導(dǎo)在10μW/cm2照度下，可達(dá)108Ωm。
本發(fā)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(cè)溫?zé)犭娕?，?〕微調(diào)閥，〔7〕混氣室，〔8〕反應(yīng)室，〔9〕沉積基片，〔10〕麥?zhǔn)险婵沼?jì)，〔11〕接泵處。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例1是在石英瓶〔3〕內(nèi)盛放高純赤磷，加熱至250°～320℃，當(dāng)輕摻雜時(shí)將P加熱至270℃，重?fù)诫s情況下，將P加熱到310℃，溫度用熱電偶〔5〕測(cè)定。凈化過(guò)的載體(H2或He，最好為H2)以20SCCM流量流經(jīng)石英瓶，通過(guò)微調(diào)閥〔6〕進(jìn)入混氣室〔7〕，SiH4的流量為120SCCM，通過(guò)麥?zhǔn)嫌?jì)〔10〕測(cè)定H2+P/SiH4分壓比，然后進(jìn)入反應(yīng)室，沉積基片〔9〕一般被加熱到260℃，由高頻場(chǎng)作用下(13.56MHZ)產(chǎn)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(dǎo)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(zhì)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(fā)明的最佳實(shí)施例2是在石英瓶〔3〕內(nèi)以BBr3取代P可將非晶硅作P一型摻雜。雖然在單晶硅擴(kuò)散摻雜技術(shù)中BBr3是一種成熟的方法，人們普遍擔(dān)心BBr3分介的Br2會(huì)與Si作用，所以在單晶硅摻雜技術(shù)中是將單晶硅表面氧化，避免Br2與Si反應(yīng)。在非晶硅中用BBr3為摻雜劑是無(wú)先例的?？紤]到下面5個(gè)反應(yīng)，氣態(tài)形式的溴將排出系統(tǒng)在非晶硅中不會(huì)有氣態(tài)溴存在非晶硅帶懸鍵的硅化學(xué)勢(shì)較高，優(yōu)先與HBr作用，以氣態(tài)形式排出系統(tǒng)，因而材料中缺陷態(tài)較用B2H6作摻雜劑的低。將盛有BBr3石英瓶加熱到20℃，用純化過(guò)的高純H2或He，(最好為H2)以10SCCM流量流經(jīng)石英瓶，控制流量再與SiH4反應(yīng)，其余步驟同實(shí)施例1，同樣可以以氣體攜帶苯(C6H6)、甲苯(CH3H5C6)、二甲苯(C2H6H5C6)與SiH4混合制備a-Si1-xCxH對(duì)a-Si1-xCxH進(jìn)行摻雜。
用本發(fā)明所述的方法制作的摻雜非晶硅，與一般氣體摻雜劑摻雜非晶硅相比，輕摻雜條件下的缺陷態(tài)可低一個(gè)數(shù)量級(jí)，光電導(dǎo)增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，特別適用于非晶硅攝像靶材。
權(quán)利要求
1.一種摻雜非晶硅方法，包括摻雜劑與硅烷混合，在反應(yīng)室內(nèi)高頻輝光放電或CVD濺射或蒸發(fā)等過(guò)程，其特征在于用周期表中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ族元素的單質(zhì)或化合物為摻雜劑，放在石英瓶中加熱到汽化溫度，用凈化過(guò)氣體為載體與SiH4反應(yīng)而生成摻雜非晶硅。
2.按權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于作為摻雜劑元素的單質(zhì)或化合物是P.Sb.In.Ca.B.As.C等元素的單質(zhì)或化合物。
3.按權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于載體為凈化過(guò)的氫氣、氬氣、氦氣等。
4.按權(quán)利要求
1或3所述的方法，其特征在于載體最好為凈化過(guò)的氫氣。
專利摘要
本發(fā)明屬于非晶硅的摻雜方法，現(xiàn)有的用于非晶硅摻雜的氣體摻雜劑僅為磷烷、硼烷、砷烷三種，不僅種類少而且毒性極大，純化困難，制備出的材料缺陷態(tài)高，本發(fā)明提供的一種氣載摻雜劑摻雜非晶硅方法，是用周期表中Ⅲ-Ⅴ族元素的單質(zhì)或化合物為摻雜劑，以凈化過(guò)的氫氣或氦氣或氬氣為載體流過(guò)經(jīng)加熱汽化摻雜劑與SiH
文檔編號(hào)H01L21/02GK85100512SQ85100512
公開(kāi)日1986年8月13日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者吳宗炎, 沈月華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan