CN104795321A - 一种改善多晶硅表面缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体领域，具体公开了一种改善多晶硅表面缺陷的方法，具体即：利用含硫钝化液或SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理，所述含硫钝化液为硫化铵溶液或硫化钠溶液。本发明通过含硫钝化液或SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理，能够有效的出去再多晶硅形成工艺过程中多晶硅表面形成的表面缺陷，以及悬浮化学键，能小幅度的提高多晶硅的表面迁移率，并能在提高多晶硅高迁移率的使用寿命。相对传统的注氢和去氢的工艺在操作上更为简便，而且只需要一步工艺过程即可完成。

Description

一种改善多晶硅表面缺陷的方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种改善多晶硅表面缺陷的方法。
背景技术
材料中原子的排列是有一定规律的，例如半导体材料有金刚石结构，闪锌矿结构等，每一种材料原子的内部排列都是尊崇一定的规律的，如果这些原子排列在材料表面出现断层的时候依然与材料内部原子排列的规律相同，而且在这个表面材料并没有由于污染、化学反应等诸多原因附着任何其他的原子或者分子，这种表面是想象中的一种理想表面。在材料中电子的分布是由电子的波函数表征的，如果从材料的表面外侧到内侧，材料的电子波函数按指数的关系衰减，那么这种现象表明，电子在材料的表面，及材料与外界的分界处的分布是最大的，这种电子称为表面态，这些电子所成的那个能级，称为表面能级。
在半导体的表面，由于存在自身缺陷、吸附物质、氧化物或与电解液中的物质发生作用的原因，表面存在不饱和的共价键，表面电子的量子状态会形成分立的能级或很窄的能带，成为表面态。它可以俘获或释放载流子或形成复合中心，使半导体有表面电荷，影响其电学性能，故半导体制作生产时需要超净真空处理。表面态就是由于晶体在某个方向周期被破坏而出现的新态，表面态即可以出现在能带中，也可以出现在带隙中。但是由于在能带中与体相能带相混，所以有时表面态也指出现在带隙中的能态，如果比较密集，甚至可以形成“表面态的能带”。表面态的电子由于体能带的限制(在带隙中)，是不能深入体相材料的，电子束缚在表面附近。
材料与外界(真空或者气体)的分界面称为材料的表面，因材料体内的原子排列都是按照一定的规律，因此在材料的表面处材料的物理性质和化学性质和材料体内部可能会有很大的区别，主要原因是在这个分界面处原子的排列规律被破坏，成为排列的终端，及材料表面终端。材料表面处的原子没有相邻的原子，所以导致此处的原子存在着化学键向空间中伸展的情况，即称为材料表面的悬挂键，材料表面处与体内物理和化学性质的不同，主要表现在材料的化学组分和组成材料的原子分子的排列上，以及原子的震动状态上，因此表面具有很活跃的化学性质。表面态是电子波函数随着离开材料表面的距离的增加而呈现指数衰减的一种能态，如果每个表面格子单元的电子几率振幅是一样的，则称其是非局域表面态。如果表面态中的电子是被束缚在表面态的中心，也就是几率振幅随着离开表面的中心位置的距离呈指数性的衰减，则称为局域表面态。如果表面态未被占据，则称为空表面态，被电子占据的称为占据表面态。清洁晶体的表面态为本征表面态，吸附外来元素的称为吸附表面态。
单晶硅经过激光熔融后成核形成，在这个过程中多晶硅表面形成很多悬挂键和表面的晶格缺陷，所以要经过后续的注氢和除氢的工艺过程来保证多晶硅的质量，但是两次工艺实现过程繁琐，复杂温度控制上一定的技术难点。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
(一)要解决的技术问题
目前用于改善多晶硅表面缺陷常用的处理方式繁琐，且处理效果并不理想。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种改善多晶硅表面缺陷的方法，具体即利用含硫钝化液或SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理。
优选地，所述含硫钝化液为硫化铵溶液和/或硫化钠溶液。
优选地，所述硫化铵溶液及硫化钠溶液均为其醇饱和溶液。
本发明所述的方法，优选具体为：将温度为40-60℃的含硫钝化液喷射到多晶硅形成的基板表面进行表面钝化处理。
本发明所述的方法，优选所述表面钝化处理持续10-30分钟使表面钝化更为充分，更优选20分钟。
本发明所述的方法，优选所述表面钝化处理结束后用去离子水将多晶硅表面的残留钝化液清洗干净。
作为另一种实施方式，本发明所述利用SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理的方法为：在真空条件下持续向置有多晶硅基板的空间内注入SCl2气体，使表面多晶硅与SCl2发生化学反应完成表面钝化处理。
(三)有益效果
本发明通过含硫钝化液或SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理，能够有效的出去再多晶硅形成工艺过程中多晶硅表面形成的表面缺陷，以及悬浮化学键，能小幅度的提高多晶硅的表面迁移率，并能在提高多晶硅高迁移率的使用寿命。相对传统的注氢和去氢的工艺在操作上更为简便，而且只需要一步工艺过程即可完成。
附图说明
图1为经钝化液表面钝化处理后多晶硅拉曼光谱测试结果示意图，其中，横坐标为波数，单位为cm-1，纵坐标为拉曼强度(arb.unit)；
图2为经钝化液表面钝化处理后多晶硅表面形成硫层的截面结构示意图；其中，1为单质S层，2为S与多晶硅形成化合物层，3为多晶硅层；
图3为多晶硅在钝化液表面的硫化反应过程示意图。
具体实施方式
本发明所述改善多晶硅表面缺陷的方法，具体即利用含硫钝化液或SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理。
上述含硫钝化液可选自硫化钠溶液或硫化氨溶液，优选为硫化铵醇饱和溶液，以获得更理想的钝化处理效果。
本发明所述方法能有效的去除在多晶硅形成工艺过程中多晶硅表面形成的表面缺陷，以及悬浮化学键，能小幅度的提高多晶硅的表面迁移率，并能提高多晶硅高迁移率的使用寿命。
本发明所述的方法，优选将温度为40-60℃的含硫钝化液喷射到多晶硅形成的基板表面进行表面钝化处理，更优选以缓慢的速度喷射出温度为50℃的含硫钝化液到多晶硅形成的基板表面进行表面钝化处理。
上述方法中，含硫钝化液的温度偏低则反应速度较慢，但是均匀性较好，温度过高会导致半导体表面的均匀性差的现象，本发明优选温度为40-60℃，更优选50℃以获得更理想的处理效果。
上述方法中所述的“缓慢喷射”可采用已知的类似于清洗玻璃的装置来实现，具体为本领域技术人员所理解，本发明对此不作进一步限定。
上述表面钝化处理持续时间以10-30分钟为宜，优选20分钟，在该处理时间范围内能进一步确保基板表面被充分钝化。
在上述条件下，含硫钝化液能够对多晶硅表面进行更充分的表面钝化，提高其发光特性，在多晶硅表面形成一层非常薄的S晶体层，在改善多晶硅表面态密度的同时能够作为对多晶硅层的保护层。
本发明所述的方法，优选所述表面钝化处理后用去离子水将多晶硅表面的残留钝化液清洗干净，以充分去除多晶硅表面残留钝化液，确保其应用性能。
本发明所述的方法，所述利用SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理的方法为：在真空条件下持续向置有多晶硅基板的空间内注入SCl2气体(避免空气中的氧气混入)，使表面多晶硅与SCl2发生化学反应完成表面钝化处理，具体处理方法为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明利用气体对多晶硅进行表面钝化处理的效果显著，材料表面无残留，且对其应用性能无影响。
以下结合具体的实施例对本发明技术方案作详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种利用含硫钝化液改善多晶硅表面缺陷的方法，具体如下：
激光熔融后的多晶硅基板形成后，缓慢喷射温度为50℃的钝化液到多晶硅形成的基板表面(所述钝化液为硫化铵醇饱和溶液)，动作持续20分钟即可完成表面钝化过程，表面钝化后用去离子水将基板表面的残留溶液清洗干净即得。
图1为用上述方法进行表面钝化处理后多晶硅拉曼光谱测试结果示意图，从图1的结果看出经过钝化液处理后的多晶硅基板拉曼光谱强度明显增加，可见钝化液对提高其发光特性的良好效果。
图2为经钝化液表面钝化处理后多晶硅表面形成硫层的截面结构示意图，从图2可以看出，利用本实施例所述方法能够在多晶硅层3上形成S与多晶硅形成化合物层2及最表面形成一层非常薄的单质S层1，在改善多晶硅表面太密度的同时能够作为对多晶硅层3的保护层。
图3为多晶硅在钝化液表面的硫化反应过程示意图，多晶硅经过钝化处理后的化学键形成过程如下：
a:S和O之间的氧化键，在溶液的催化下断裂；
b:在溶液中进行复杂的化学反应；
c:多晶硅中的断裂化学键与溶液中的离子结合；
d：形成新的化学键。
实施例2
本实施例所述方法，与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，含硫钝化液为硫化钠醇饱和溶液，其温度为60℃，表面钝化处理时间为30分钟。
实施例3
本实施例所述方法，与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中含硫钝化液温度为40℃，表面钝化处理时间为10分钟。
实施例4
本实施例提供了一种利用SCl2气体改善多晶硅表面缺陷的方法，具体为：在真空条件下持续向置有多晶硅基板的空间内注入SCl2气体，使表面多晶硅与SCl2发生化学反应完成表面钝化处理。
此外，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种改善多晶硅表面缺陷的方法，其特征在于：利用含硫钝化液或SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含硫钝化液为硫化铵溶液和/或硫化钠溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述硫化铵溶液及硫化钠溶液均为其醇饱和溶液。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：将温度为40-60℃的含硫钝化液喷射到多晶硅形成的基板表面进行表面钝化处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述表面钝化处理持续10-30分钟。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述表面钝化处理结束后用去离子水将多晶硅表面的残留钝化液清洗干净。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用SCl2气体对多晶硅进行表面钝化处理的方法为：在真空条件下持续向置有多晶硅基板的空间内注入SCl2气体，使表面多晶硅与SCl2发生化学反应完成表面钝化处理。
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