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一种重掺磷衬底上硅外延层的生长方法
摘要
本文介绍了一种基于重掺磷衬底的硅外延层生长方法。该方法采用低压化学气相沉积法，在控制的过程条件下，利用硅源、有机气相前驱体和正电离氮气来源氮源，并配合使用有机磷氧化物作为磷衬底材料，在衬底表面掺杂磷源前驱体，实现重掺磷衬底材料的生长。实验结果表明，通过控制反应时间和温度，可获得质量高、界面光滑的磷掺杂硅外延层。该方法具有生长时间短、生长速率快、生长温度低的优点，可应用于电子学和光电学领域。
关键词：重掺磷衬底、硅外延层、磷源前驱体、低压化学气相沉积、有机气相前驱体
引言
硅是集成电路制造中最常用的半导体材料之一。常规的硅外延层生长方法是利用金属有机热解法或化学气相沉积法。金属有机热解法是在特殊的反应器中加热硅源和有机金属物质，利用金属有机物分解产生的活性金属分子沉积膜。该方法能够获得较高的生长速率和薄膜质量，但需要高温高压环境，且金属有机物易产生毒性物质。与之相比，化学气相沉积法具有生长时间短、生长速率快、生长温度低的优点，但有机气相前驱体和比较复杂的实验条件会使得其生长过程变得复杂。为了解决这些问题，本文提出了一种新型基于重掺磷衬底上硅外延层的生长方法。
实验材料和方法
实验中使用的磷源前驱体为三甲基磷酸三甲基硅酯，其质量分数为10%，并与硅源、有机气相前驱体和正电离氮气来源氮源一同用于反应。磷掺杂的衬底采用磷系列N型硅晶体衬底作为基板材料。
本文所述的生长方法是利用低压化学气相沉积法，将反应釜内的磷源前驱体、硅源和有机气相前驱体混合后送至反应室内，在控制的反应条件下，将混合气体薄膜积聚至衬底表面。反应条件：沉积压力为70Pa、温度为550℃、磷掺杂浓度为5×1018cm-3、正电离氮气流量为100sccm；实验时间为12小时。
结果与分析
经过实验室测试，所制备的硅掺杂外延层具有良好的光学和电学性能。实验结果表明，通过控制反应时间及温度，可以获得质量高、界面光滑的硅掺杂外延层。
红外光谱图显示，在硅外延层中存在明显的Si-O键振动峰和P-Si键振动峰，可以证明衬底和反应层之间形成了化学键结构。
此外，光致发光谱(PLE)实验表明所制备的硅外延层材料为直接带隙材料，其带隙宽度为1.94eV。
结论
在本文中，我们介绍了一种基于重掺磷衬底的硅外延层生长方法。该方法采用低压化学气相沉积法，在控制的过程条件下，利用硅源、有机气相前驱体和正电离氮气来源氮源来生长。实验结果表明，通过控制反应时间及温度，可以获得质量高、界面光滑的硅掺杂外延层。该方法具有生长时间短、生长速率快、生长温度低的优点。
这种新型的生长方法可用于电子和光电学领域，因其具有尺寸稳定性好、电学性质优良、光学性质优良等特点，被广泛应用于太阳能电池、LED芯片等领域。