[发明专利]一种向硅中引入杂质并将杂质激活的方法

说明书

本发明涉及一种向硅中引入杂质并将杂质激活的方法，属于半导体掺杂技术领域。该方法首先将硅样品抛光并清洗；然后在电容耦合等离子体真空发生腔室底部放置连接射频电源的极板，在极板上放置大硅片；将杂质源和硅样品置于大硅片上，杂质源放置在硅样品周围；进行电容耦合等离子体处理；最后将硅样品进行快速热退火处理，得到掺杂硅样品。本发明的方法能够有效地将杂质激活，等离子体的自偏压能够使氦离子与样品表层晶格发生碰撞，从而局部地破坏硅晶格周期性，而正是由于这一改变，硅样品在快速退火处理中，间隙位的杂质原子在周期性已经被部分破坏的硅中较容易地进入代位位置，从而被有效激活，使空穴浓度上升。

技术领域

本发明涉及一种向硅中引入杂质并将杂质激活的方法，属于半导体掺杂技术领域。

背景技术

掺杂在半导体工业生产和科技中有着重要作用，有些杂质，只要被引入半导体，就可以起作用；还有一些杂质，例如硅中的浅施主磷或浅受主硼，在掺入以后,必须进入代位位置，才能提供载流子，进入代位的过程是一种激活过程。

对硅来说，杂质对其性质有十分重要的影响，可以说，绝大部分硅的应用都离不开杂质，因此，向硅材料中引入杂质并加以激活，在硅产业中具有重要的意义。向高纯硅中引入磷、砷等杂质可以得到n型硅，而向高纯硅中引入硼等杂质可以得到p型硅。在n型硅表面引入高浓度受主杂质，或在p型硅表面引入高浓度施主杂质，都可以得到硅p-n结，它是许多硅器件的基础。此外，如将过渡金属杂质金或铂等复合中心引入硅中，可大大提高硅开关器件的开关速度。

目前，向硅中引入杂质主要有两种方法：热扩散和离子注入。热扩散通常需要在七、八百甚至上千摄氏度的高温下进行，不仅成本高昂、能耗巨大、污染环境，且长时间的高温会对硅材料有副作用。离子注入工艺中掺杂离子以离子束的形式注入到半导体中，杂质分布主要由注入能量和离子种类决定，但是其设备昂贵，难于广泛应用于科研和工业生产中。

本发明人此前提出过专利“一种在室温环境下向硅材料中引入固态杂质的方法”(申请号：201610412679.4)；该方法在等离子体激励下对硅进行室温扩散掺杂，但是该方法仅仅完成了如何将杂质原子掺入硅中，而没有考虑杂质激活的问题，实际上，实验证明，大部分情况下，该方法掺入的杂质难以激活。

因此，寻找一种简单便捷、成本低廉的向硅中掺杂同时又能够有效激活杂质的方法有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单便捷、成本低廉的能够向硅中掺杂同时将杂质激活的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种向硅中引入杂质并将杂质激活的方法，其步骤如下：

(1)将硅样品抛光并清洗；

(2)在电容耦合等离子体(capacitively coupled plasma，以下简称CCP)真空发生腔室底部连接射频电源的电容耦合极板上放置大硅片；

(3)将杂质源和步骤(1)处理后的硅样品置于步骤(2)中所述大硅片上，杂质源放置在硅样品周围，但不接触硅样品；

(4)电容耦合等离子体处理：工作气体为惰性气体，电容耦合等离子体处理的功率为10-2000W，处理的时间为1-120min；

(5)退火处理：经过步骤(4)的电容耦合等离子体处理后，将硅样品进行快速退火处理。

步骤(1)中所述硅样品为硅晶片或硅器件。

步骤(1)中所述清洗的具体步骤如下：依次用丙酮、乙醇和去离子水分别进行超声清洗5-15min。

步骤(2)中，所述的大硅片的面积比连接射频电源的CCP极板的面积略大，即大硅片完全覆盖极板的表面。

步骤(3)中杂质源和硅样品放置在大硅片的中心附近。