CN102723265A - 一种硅片的铝掺杂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅片的铝掺杂方法，包括如下步骤：(1)将待处理的硅片进行清洗；(2)在硅片的表面沉积氧化铝膜；氧化铝膜的厚度为1~50纳米；(3)使用激光烧蚀上述沉积有氧化铝膜的硅片表面，在硅片表层内形成铝掺杂。本发明使用直接沉积的氧化铝膜作为铝掺杂的来源，实验证明，可以获得具有高表面浓度铝掺杂的发射极；同时，相比于使用纯金属铝层，本发明的氧化铝膜在后续的流程中可以被稀盐酸方便的去除，不会给硅片带来污染。

Description

一种硅片的铝掺杂方法
技术领域
本发明涉及一种硅片的铝掺杂方法，属于半导体技术领域。
背景技术
硅材料是目前最重要的一种半导体材料，也是现代电子元器件应用的最基本材料。硅的半导体特性表现为具有中等禁带宽度，纯净的硅材料导电特性很差。当对硅进行掺杂，会形成电子导电的n型半导体或者空穴导电的p型半导体。当不同导电类型的p型半导体和n型半导体结合，会形成具有整流特性的二极管、三极管或者场效应管，这是电子元器件的最基本器件。对于一块原始具有一定掺杂浓度的p型或者n型硅衬底，通过不同的工艺流程，形成局部掺杂的器件，器件之间又通过极细的金属导线互联，形成一个具有应用意义的电路结构。在此过程中，为了形成这些局部结构，对于硅片的局部掺杂，是一个关键的工艺步骤。
目前，常用的掺杂方法主要有热扩散和离子注入。热扩散是利用含有某一种掺杂剂的固态或者液态源，通过高温，在硅的表面预淀积含有掺杂剂的固体源，在高温过程中在掺杂剂逐渐向硅内部扩散，形成表面浓度向体内逐渐递减的掺杂浓度梯度结构。例如磷在硅中的扩散就是使用三氯氧磷液体或者是磷化氢气体，在氧气辅助下，在硅表面预淀积五氧化二磷，磷元素在高温扩散过程中向硅体内扩散，完成对硅掺杂。而离子注入是将高能掺杂离子，通过粒子加速器直接向硅体内注入掺杂剂离子。
然而，上述两种掺杂方法一般都适用于整面工艺。在形成局部掺杂的结构时，在需要的掺杂的区域开口，而不需要掺杂的区域必须使用掩膜。热扩散需要热生长一层氧化硅或者低温沉积氮化硅掩膜之后，使用局部化学腐蚀的方法给掩膜开口，再进行局部热扩散掺杂，工艺比较复杂。而离子注入需要制作专门的掩膜版，价格非常昂贵。
此外，针对铝掺杂而言，采用热扩散时，一般是采用纯铝或者铝浆为原料，这便需要在后续流程中用化学方法去除该纯铝元素层，然而，纯铝元素层很难去除，目前使用化学方法去除时需要较长的时间。
另一方面，使用激光掺杂是实现局部掺杂的良好途径，这是因为激光工艺本身就是可通过程序控制的局部工艺，可以精确对位。现有技术中，为了保证一定的掺杂浓度，往往采用蒸镀纯铝，之后再使用激光烧蚀，形成金属-发射极-硅衬底的结构，但后续需要额外的工艺去除纯铝金属层，由于纯铝金属层的厚度较厚（一般在微米级），且纯铝本身比较难去除，因此上述方法并不适用于在金属互联之前的铝掺杂工艺。
因此，开发一种工艺简单的铝掺杂方法，以获得具有高表面浓度铝掺杂的发射极，具有实际应用意义。
发明内容
本发明目的是提供一种硅片的铝掺杂方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种硅片的铝掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 将待处理的硅片进行清洗；
(2) 在硅片的表面沉积氧化铝膜；氧化铝膜的厚度为1~50纳米；
(3) 使用激光烧蚀上述沉积有氧化铝膜的硅片表面，在硅片表层内形成铝掺杂。
上述技术方案中，所述步骤(1)和(2)之间，还设有制绒步骤。这是用于制备太阳能电池片的。
上述技术方案中，所述步骤(1)和(2)之间，还设有抛光步骤。这是用于制备集成电路器件的。
上述技术方案中，所述激光烧蚀后的硅片区域的方阻为8~25 Ω/□；其表面铝原子浓度为1.0×1020~5.0×1020 cm-3。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，采用化学气相沉积、原子层沉积或溅射的方法沉积氧化铝膜。
使用PECVD沉积氧化铝膜时，铝元素来自于三甲基铝，氧元素来自于笑气。使用原子层沉积氧化铝膜时，铝元素来源于三甲基铝，氧元素来自于氧气、臭氧或者水。使用溅射沉积氧化铝膜时，靶材为铝靶，气氛为氧气。
根据掺杂所需掺杂源量实际需要，所沉积的氧化铝薄膜厚度为1~50 nm。
与之相应的另一种技术方案，一种硅片的铝掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 将待处理的硅片进行清洗；
(2) 在硅片的表面沉积氧化铝膜；氧化铝膜的厚度为1~50纳米；
(3) 使用激光局部烧蚀上述沉积有氧化铝膜的硅片表面，在硅片表层内形成局部铝掺杂；
(4) 去除剩余的氧化铝膜。
上文中，可以使用稀盐酸去除剩余的氧化铝膜。
上述技术方案中，所述步骤(1)和(2)之间，还设有抛光步骤。这是用于制备集成电路器件的。当然，对于太阳能电池片而言，在步骤(1)和(2)之间，还设有制绒步骤。
上述技术方案中，所述激光由激光器产生，所述激光器为绿光532 nm，频率为50KHz~1MKHz，功率1~30W，扫描速度3~35m/s，激光光斑大小为20~300微米。
上述技术方案中，所述激光烧蚀后的硅片区域的方阻为8~25 Ω/□；其表面铝原子浓度为1.0×1020~5.0×1020 cm-3。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，采用化学气相沉积、原子层沉积或溅射的方法沉积氧化铝膜。
使用PECVD沉积氧化铝膜时，铝元素来自于三甲基铝，氧元素来自于笑气。使用原子层沉积氧化铝膜时，铝元素来源于三甲基铝，氧元素来自于氧气、臭氧或者水。使用溅射沉积氧化铝膜时，靶材为铝靶，气氛为氧气。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明使用直接沉积的氧化铝膜作为铝掺杂的来源，实验证明，可以获得具有高表面浓度铝掺杂的发射极；同时，相比于使用纯金属铝层，本发明的氧化铝膜在后续的流程中可以被稀盐酸方便的去除，不会给硅片带来污染。
2．本发明使用激光烧蚀的方法进行铝掺杂，因而可以通过软件图形设计，实现在激光加工精度范围内的精确定位的掺杂；此外，通过调节激光参数，可以方便的实现局部重p和超重p型掺杂。
3．本发明的沉积氧化铝膜为400度以下低温流程，不需要高耗能，因而成本较低。
4．本发明的制备方法简单，易于实现，且成本较低，适于工业化应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种硅片的铝掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 使用硼掺杂的p型原始硅片，清洗并且化学腐蚀去除切割损伤层；
(2) 将清洗后硅片进行化学腐蚀，形成绒面；
(3) 在上述硅片的绒面上使用原子层沉积的方法沉积20 nm的氧化铝膜；
(4) 使用激光局部烧蚀镀膜后硅片的表面，在硅片表面薄层内形成局部铝掺杂；所述激光由激光器产生，所述激光器为绿光532 nm，频率为100KHz，功率4.5W，扫描速度5m/s，激光光斑大小为60微米；
(5) 使用化学腐蚀去除剩余的氧化铝膜。
测试激光作用区域的方块电阻：激光作用区域有极低的方阻10±2 Ω/□；而激光未作用区域的方块电阻为53±3 Ω/□；
电化学测试激光掺杂后表面铝原子浓度为1.1×1020 cm-3，掺杂深度202 纳米。
实施例二
一种硅片的铝掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 使用磷掺杂的n型原始硅片，清洗并且化学腐蚀去除切割损伤层；
(2) 将清洗后硅片进行化学腐蚀，形成抛光面；
(3) 在上述硅片的表面使用原子层沉积的方法沉积10 nm的氧化铝膜；
(4) 使用激光局部烧蚀镀膜后硅片的表面，在硅片表面薄层内形成局部铝掺杂；所述激光由激光器产生，所述激光器为绿光532 nm，频率为625KHz，功率8.3W，扫描速度22m/s，激光光斑大小为35微米；
(5) 使用化学腐蚀去除剩余的氧化铝膜。
测试激光作用区域的方块电阻：激光作用区域有极低的方阻20±2 Ω/□；而激光未作用区域的方块电阻为200±20 Ω/□；
电化学测试激光掺杂后表面铝原子浓度为2.5×1020 cm-3，掺杂深度37纳米。

Claims (10)

1.一种硅片的铝掺杂方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将待处理的硅片进行清洗；
(2) 在硅片的表面沉积氧化铝膜；氧化铝膜的厚度为1~50纳米；
(3) 使用激光烧蚀上述沉积有氧化铝膜的硅片表面，在硅片表层内形成铝掺杂。
2.根据权利要求1所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)之间，还设有制绒步骤。
3.根据权利要求1所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)之间，还设有抛光步骤。
4.根据权利要求1所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述激光烧蚀后的硅片区域的方阻为8~25 Ω/□；其表面铝原子浓度为1.0×1020~5.0×1020 cm-3。
5.根据权利要求1所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用化学气相沉积、原子层沉积或溅射的方法沉积氧化铝膜。
6.一种硅片的铝掺杂方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将待处理的硅片进行清洗；
(2) 在硅片的表面沉积氧化铝膜；氧化铝膜的厚度为1~50纳米；
(3) 使用激光局部烧蚀上述沉积有氧化铝膜的硅片表面，在硅片表层内形成局部铝掺杂；
(4) 去除剩余的氧化铝膜。
7.根据权利要求6所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)之间，还设有抛光步骤。
8.根据权利要求6所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述激光由激光器产生，所述激光器为绿光532 nm，频率为50KHz~1MKHz，功率1~30W，扫描速度3~35m/s，激光光斑大小为20~300微米。
9.根据权利要求6所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述激光烧蚀后的硅片区域的方阻为8~25 Ω/□；其表面铝原子浓度为1.0×1020~5.0×1020 cm-3。
10.根据权利要求6所述的硅片的铝掺杂方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用化学气相沉积、原子层沉积或溅射的方法沉积氧化铝膜。
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