[发明专利]一种原位制备掺杂黑硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件制造技术领域，尤其是涉及一种原位制备掺杂黑硅的方法。

背景技术

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高。

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。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种原位制备掺杂黑硅的方法，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，本发明提供了一种原位制备掺杂黑硅的方法，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的黑硅中，实现原位制备掺杂黑硅。

进一步地，本发明具有如下特点：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，本发明具有如下特点：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，本发明具有如下特点：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，本发明具有如下特点：所述具有刻蚀作用的气体包括SF₆、CF₄、CHF₃、C₄F₈、NF₃、SiF₄、C₂F₆、HF、BF₃、PF₃、Cl₂、HCl、SiH₂Cl₂、SiCl₄、BCl₃或HBr。