CN102220643B - 一种湿法钝化锗单晶表面的方法 - Google Patents

一种湿法钝化锗单晶表面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种湿法钝化锗单晶表面的方法。该方法的步骤如下：将氢氟酸与过氧化氢溶液体积比例为1～4∶4～1混合；将混合溶液加热至30～80℃；把锗单晶放入混合溶液，反应的时间为30～300秒。在锗单晶表面形成GeOx钝化层。将过氧化氢的氧化性和氢氟酸对锗氧化物的选择溶解性二者有机地结合起来，在锗单晶表面取得了较好的钝化效果，该方法操作简单，效率高，同时避免了锗单晶片去除表面氧化物的复杂操作过程。本发明可用于半导体器件工艺制造领域包括太阳能电池用、CMOS器件用等锗晶片钝化。

Description

一种湿法钝化锗单晶表面的方法
技术领域
本发明涉及一种钝化锗单晶表面的方法，具体涉及一种湿法钝化锗单晶表面的方法。
背景技术
少子寿命，向来被工业界和学术界认为是检验半导体半成品器件质量优劣的重要参数之一。要测得其体少子寿命，必须排除表面复合的干扰，因此须进行钝化工艺。目前，锗常用的钝化方法主要包括二氧化硅钝化、硫钝化、氯钝化、氢钝化[1]。二氧化硅是利用磁控溅射将硅作为靶材或者PECVD中通入氧气，在氧气气氛下得到二氧化硅钝化层；硫钝化是将表面洁净的锗单晶片放入硫化铵溶液中得到硫原子与表面锗原子悬挂键结合的原子层；氯钝化是在氯气、氯化氢、氮气混合气体气氛大于大气压的情况下使氯原子吸附于锗单晶表面而达到钝化效果，该方法容易造成表面刻蚀损伤，对后期加工不利；氢钝化方法是将表面清洁的锗单晶表面置入氟化铵溶液中形成一对一的Ge-O单层原子钝化层，该钝化方法会造成锗表面粗糙度增加。由于磁控溅射或者PECVD工艺成本昂贵，目前实际生产当中硫钝化为主流工艺。此外，按照传统方法对锗单晶表面进行钝化，首先需要去除锗单晶表面被空气或者其他氧化剂氧化形成的氧化物得到一个洁净的表面。根据文献报道，空气氧化锗单晶表面生成的氧化物是很难去除的，处理方法如下将锗单晶片放入氢氟酸溶液，然后放入去离子水中，如此反复六次，方可达到表面清洁进而采取其他钝化手段进行处理，此工艺复杂，效率很低。相比硫钝化方法，本方法原理上与其不同，因此具有更好的钝化效果，同时还具有成本和效率上的优势。
发明内容
为了克服表面复合在样品体少子寿命测试中带来的干扰，同时减少钝化方法的成本，降低工艺处理的复杂性，本发明的目的在于提供一种湿法钝化锗单晶表面的方法，降低了钝化工艺成本，同时还能取得很好的钝化效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：
1)将氢氟酸与过氧化氢溶液体积比例为1～4∶4～1混合；
2)将混合溶液加热至30～80℃；
3)把锗单晶放入混合溶液，反应的时间为30～300秒。
4)在锗单晶表面形成GeOx钝化层。
所述的锗单晶为N型或P型。
在不同价态的锗氧化物中二氧化锗的电学性能很差，而且很不稳定，反应过程中应该阻止二氧化锗的生成。考虑到氢氟酸溶液对锗氧化物的选择溶解性，亦即只溶解二氧化锗，而不溶解其它价态的锗氧化物，在反应溶液中加入氢氟酸溶液，反应中生成的二氧化锗能够及时地被溶解掉；同时为了更好的控制氧化速度，选择氧化性相对硝酸弱的过氧化氢溶液作为氧化剂。利用氢氟酸溶液对锗氧化物的选择溶解性和过氧化氢溶液的氧化性，二者综合作用，氧原子与锗单晶表面的锗悬挂键结合。氧化剂打破非稳定性的Ge-Ge引入氧原子，在锗单晶表面生成一种非化学剂量比的氧化层GeOx，因而达到了很好的钝化效果。
本发明具有的有益效果是：
本发明利用氢氟酸和过氧化氢二者的混合溶液对锗单晶片表面进行处理，取得了较好的钝化效果，该方法操作简单，效率高，同时避免了锗单晶片去除表面氧化物的复杂操作过程。与传统钝化方法比起来，过氧化氢和氢氟酸混合溶液的成本更低，而且操作简单钝化过程时间较短(30秒钟，硫化铵溶液需要20分钟才能取得理想效果)，大大提高了工艺效率。可用于半导体器件工艺制造领域包括太阳能电池用、CMOS器件用等锗晶片钝化。
具体实施方式
实施例1：
取容量为250ml的PE烧杯，配置体积分数比例为HF∶H2O2＝1.5∶1的混合溶液；将烧杯置于恒温水浴锅中，水浴锅温度设置为60℃。根据溶液的体积判断加热时间，使PE烧杯中溶液温度与水浴锅温度相同；将常规方法切割抛光处理过的锗片放入其中，反应30秒钟，取出；将取出的锗片放置于去离子水中5秒钟，取出。得到钝化处理后的锗单晶片，其表面生成钝化层GeOx，测量锗片钝化前后少子寿命变化情况，即使考虑到测试仪器20％的左右偏差，其少子寿命仍然有很大的提高，说明达到了很好的钝化效果。
  锗片   初始少子寿命(μs)   处理后少子寿命(μs)
  N型   49.57   158.4
  P型   32.8   208.21
实施例2：
取容量为250ml的PE烧杯，配置体积分数比例为HF∶H2O2＝4∶1的混合溶液；将烧杯置于恒温水浴锅中，水浴锅温度设置为25℃。根据溶液的体积判断加热时间，使PE烧杯中溶液温度与水浴锅温度相同；将常规方法切割抛光处理过的锗片放入其中，反应60秒钟，取出；将取出的锗片放置于去离子水中5秒钟，取出。得到钝化处理后的锗单晶片，其表面生成钝化层GeOx，即使考虑到测试仪器20％的左右偏差，其少子寿命仍然有很大的提高，说明达到了很好的钝化效果。
  锗片   初始少子寿命(μs)   处理后少子寿命(μs)
  N型   49.57   106.5
实施例3
取容量为250ml的PE烧杯，配置体积分数比例为HF∶H2O2＝1∶1.5的混合溶液；将烧杯置于恒温水浴锅中，水浴锅温度设置为60℃。根据溶液的体积判断加热时间，使PE烧杯中溶液温度与水浴锅温度相同；将常规方法切割抛光处理过的锗片放入其中，反应500秒钟，取出；将取出的锗片放置于去离子水中5秒钟，取出。得到钝化处理后的锗单晶片，其表面生成钝化层GeOx，即使考虑到测试仪器20％的左右偏差，其少子寿命仍然有很大的提高，说明达到了很好的钝化效果。
  锗片   初始少子寿命(μs)   处理后少子寿命(μs)
  N型   49.57   175.32
  P型   32.8   190.42
实施例4
取容量为250ml的PE烧杯，配置体积分数比例为HF∶H2O2＝1∶4的混合溶液；将烧杯置于恒温水浴锅中，水浴锅温度设置为80℃。根据溶液的体积判断加热时间，使PE烧杯中溶液温度与水浴锅温度相同；将常规方法切割抛光处理过的锗片放入其中，反应40秒钟，取出；将取出的锗片放置于去离子水中5秒钟，取出。得到钝化处理后的锗单晶片，其表面生成钝化层GeOx，即使考虑到测试仪器20％的左右偏差，其少子寿命仍然有很大的提高，说明达到了很好的钝化效果。
  锗片   初始少子寿命(μs)   处理后少子寿命(μs)
  N型   49.57   100.62

Claims (2)

1.一种湿法钝化锗单晶表面的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)将氢氟酸与过氧化氢溶液体积比例为1～4∶4～1混合；
2)将混合溶液加热至30～80℃；
3)把锗单晶放入混合溶液，反应的时间为30～300秒。
4)在锗单晶表面形成GeOx钝化层。
2.根据权利要求1所述的一种湿法钝化锗单晶表面的方法，其特征在于：所述的锗单晶为N型或P型。
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