一种原位制备掺杂黑硅的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位制备掺杂黑硅的方法，属于光电子器件制造技术领域。所述方法包括：将硅片放置于黑硅制备装置的注入腔室内；先后向装置中通入具有刻蚀、钝化作用的混合气体和具有掺杂元素的气体，相应地分别调整黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围；黑硅制备装置分别产生等离子体，等离子体中的具有刻蚀、钝化作用的反应离子与硅片发生反应，形成黑硅，具有掺杂元素的离子基团在注入偏压的作用下被注入到硅中，实现原位制备掺杂黑硅。采用本方法，能够在同一台设备上实现原位制备掺杂黑硅，工艺简单，生产成本低，并且容易达到很高的掺杂浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子器件制造
，尤其是涉及。
技术介绍
硅因其具有诸多优点而被作为基底材料广泛用于光电子器件制作中。但硅在用于 光电子器件特别是太阳能电池的制作时，存在如下问题硅对可见光的反射率高达40%， 太阳能利用率低，导致太阳能电池效率低。为了降低硅对可见光的反射率，1999年美国哈佛 大学Eric Mazur教授利用飞秒激光扫描硅片的实验方法制作出了黑硅。与一般的硅材料 结构相比，黑硅具有很强的吸光能力。将黑硅用于太阳能电池的制作，电池的效率可以显著 提尚。在制作黑硅前后，由于各种原因需要对黑硅进行掺杂如需要注入B(硼)、 P (磷)、As (砷)元素形成PN结；为了提高硅红外吸收率，向硅中掺入硫系元素(硫S，硒 Se，碲Te)等等。传统工艺中，黑硅制作与掺杂在不同的设备中完成，黑硅制作与掺杂之间 需要额外的工序，从而使得制备具有掺杂元素的黑硅的工艺复杂，生产成本增高。另一点， 传统掺杂方法主要是利用热扩散的方法向黑硅中掺杂，如掺入B，P，As以形成PN结，掺入硫 系元素以提高硅的红外吸收率等方面；然而用热扩散方法向黑硅中掺入其他元素时，由于 这些元素在黑硅中的固溶度所限，无法达到很高的掺杂浓度。在现有的技术当中，为了提高硅红外吸收率，有一种方法是将含硫系元素的粉末 通过溶剂覆在硅表面，随后用飞秒激光扫面硅片表面，在一步工序中同时形成黑硅结构和 硫系元素掺杂。这种方法虽然实现了同时完成黑硅结构的制作和硫系元素的掺杂，然而，与 传统工艺相比，在制作黑硅结构和硫系元素掺杂前后，又分别多出了在硅片表面涂覆含硫 系元素粉末和去除残留粉末的两步工序，使得工艺变得更加复杂。此外，因为含硫系元素粉 末对真空系统影响较大，所以在半导体制造工艺并不常用；而且，飞秒激光的方法本身就存 在过程控制繁琐，设备成本昂贵，维护不便等缺点，因此利用这一方法来制作具有掺杂元素 的黑硅，工艺复杂，生产维护成本高，难以大规模的生产制造。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供，采用本方法， 能够在同一台设备上实现黑硅制作及原位掺杂，工艺简单，生产成本低，并且容易达到很高 的掺杂浓度。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了，所述方法 包括将硅片放置于黑硅制备装置的注入腔室内；向所述黑硅制备装置通入混合气体，所述混合气体由具有刻蚀作用的气体和具 有钝化作用的气体组成，调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的反应离子与所述硅片发生反应，形成黑 娃；停止通入所述混合气体，并且抽出所述黑硅制备装置中的所有气体；保持所形成的黑硅在原位，向所述黑硅制备装置中通入具有掺杂元素的气体，调 整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子 体，所述等离子体中的具有掺杂元素的离子或离子基团被注入到所述的黑硅中，实现原位 制备掺杂黑硅。进一步地，本专利技术具有如下特点所述将硅片放置于黑硅制备装置的注入腔室内 的步骤还包括将所述硅片与可施加偏置电压的电源电气连接。进一步地，本专利技术具有如下特点其特征在于所述工艺参数包括注入腔室的本 底压强和工作压强，注入气体的流量，抽取气体的速度，混合气体组成成分、组成比例和浓 度，等离子体电源的输出功率和频率，可施加偏置电压的电源所施加的偏置电压，以及等离 子体注入时间。进一步地，本专利技术具有如下特点所述偏置电压由多种偏置电压组合而成，通过调 节所述等离子体注入时间、所述注入气体的流量和组成比例、所述等离子体电源的输出功 率或所述偏置电压来改变所述掺杂黑硅的掺杂浓度。进一步地，本专利技术具有如下特点所述具有刻蚀作用的气体包括SF6、CF4, CHF3、 C4F8, NF3> SiF4、C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2, HCUSiH2Cl2, SiCl4, BCl3 或 HBr。进一步地，本专利技术具有如下特点所述具有钝化作用的气体包括02、N2O或N2。进一步地，本专利技术具有如下特点所述具有掺杂元素的气体包括氏礼、B(0CH3)3、 B2O3 > BN、BC13、BBr3 > BF3 > PH3> PC13、PBr3、PF3> PF5 > P2O5 > P0C13、AsH3、AsC13、AsF3、AsF5、H2S > H2Se 或 H2Te。进一步地，本专利技术具有如下特点在所述形成黑硅的步骤中，所述注入腔室的本底 压强为KT7Pa lOOOPa，工作压强为ICT3Pa lOOOPa，所述混合气体的流量为Isccm lOOOsccm，等离子体电源的输出功率为IW 100000W，所施加偏置电压为-100000V 100000V，等离子体电源的频率为直流 10GHz，可施加偏置电压的电源的频率为直流 10GHz，所述混合气体中的具有刻蚀作用的气体与具有钝化作用的气体之间的体积比为 0. 01 100。进一步地，本专利技术具有如下特点在所述黑硅掺杂的步骤中，所述注入腔室的本 底压强为KT7Pa lOOOPa，工作压强为ICT3Pa lOOOPa，所述具有掺杂元素的气体的 流量为Isccm lOOOsccm，等离子体电源的输出功率为IW 100000W，所施加偏置电压 为-100000V 100000V，等离子体电源的频率为直流 IOGHz，可施加偏置电压的电源的频 率为直流 10GHz，所述掺杂黑硅的掺杂浓度大于lE15cnT3。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了，所述方 法包括将硅片放置于黑硅制备装置的注入腔室内；向所述黑硅制备装置通入混合气体，所述混合气体由具有刻蚀作用的气体、具有 钝化作用的气体和具有掺杂元素的气体组成，调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先 设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的反应离子与所述硅片发生反应，形成黑硅，同时所述等离子体中的掺杂元素离子注入至所述黑硅内，完成黑硅 原位掺杂。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1.与传统工艺相比，本专利技术所述的方法可以在一台设备中完成黑硅制作和黑硅掺 杂，即实现原位掺杂，从而减少制备具有掺杂元素的黑硅的工序，降低工艺复杂度，进而降 低制备成本；2.与热扩散向黑硅中掺入其他元素方法相比，本专利技术所述的方法为离子注入，掺 入硅中的元素浓度无固溶度的限制，可以达到很高的掺杂浓度；并且根据后续制作太阳能 电池的要求，可通过调整所述等离子体注入时间、所述注入气体的流量和组成比例、所述等 离子体电源的输出功率或所述偏置电压来改变掺杂浓度，使得掺杂黑硅的掺杂浓度可控；3.与飞秒激光法制作黑硅结构与硫系元素掺杂相比，本专利技术所述的方法所用设备 简单，无需涂粉和去粉等工艺，工艺过程简单可控，生产成本低，易于大规模生产。附图说明图1是本专利技术原位制备掺杂黑硅的方法的第一种实施方式的流程示意图；图2是本专利技术原位制备掺杂黑硅的方法的第二种实施方式的流程示意图；图3是本专利技术原位制备掺杂黑硅的方法的第三种实施方式的流程示意图；图4是本专利技术原位制备掺杂黑硅的方法的第四种实施方式的流程示意图；图5是本专利技术原位制备掺杂黑硅的方法的第五种实施方式的流程示意图。具体实施例方式为了深入了解本专利技术，下面结合附图及具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于，所述方法包括：将硅片放置于黑硅制备装置的注入腔室内；向所述黑硅制备装置通入混合气体，所述混合气体由具有刻蚀作用的气体和具有钝化作用的气体组成，调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的反应离子与所述硅片发生反应，形成黑硅；停止通入所述混合气体，并且抽出所述黑硅制备装置中的所有气体；保持所形成的黑硅在原位，向所述黑硅制备装置中通入具有掺杂元素的气体，调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的具有掺杂元素的离子或离子基团被注入到所述黑硅中，实现原位制备掺杂黑硅。

【技术特征摘要】
一种原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于，所述方法包括将硅片放置于黑硅制备装置的注入腔室内；向所述黑硅制备装置通入混合气体，所述混合气体由具有刻蚀作用的气体和具有钝化作用的气体组成，调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的反应离子与所述硅片发生反应，形成黑硅；停止通入所述混合气体，并且抽出所述黑硅制备装置中的所有气体；保持所形成的黑硅在原位，向所述黑硅制备装置中通入具有掺杂元素的气体，调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围，所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的具有掺杂元素的离子或离子基团被注入到所述黑硅中，实现原位制备掺杂黑硅。2.根据权利要求1所述的原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于所述将硅片放置于 黑硅制备装置的注入腔室内的步骤还包括将所述硅片与可施加偏置电压的电源电气连接。3.根据权利要求2所述的原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于所述工艺参数包括 注入腔室的本底压强和工作压强，注入气体的流量，抽取气体的速度，混合气体组成成分、 组成比例和浓度，等离子体电源的输出功率和频率，可施加偏置电压的电源所施加的偏置 电压，以及等离子体注入时间。4.根据权利要求3所述的原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于所述偏置电压由多 种偏置电压组合而成，通过调节所述等离子体注入时间、所述注入气体的流 >量和组成比例、 所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压来改变所述掺杂黑硅的掺杂浓度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于所述 具有刻蚀作用的气体包括 SF6、CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4^C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2、HCl、SiH2Cl2, SiCl4、BCl3 或 HBr。6.根据权利要求1至4中任一项所述的原位制备掺杂黑硅的方法，其特征在于所述 具有钝化作用的气体包括O2、N2O或N2。7.根据权利要求1至4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏洋，刘邦武，李超波，刘杰，汪明刚，李勇滔，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，嘉兴科民电子设备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]