一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅薄膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅壓力傳感器因其成本低，量程寬，抗沖擊和使用溫度高等優(yōu)點(diǎn)在近些年迅速發(fā)展成一種性價比極高的傳感器，但是如何在保證傳感器靈敏度的同時更進(jìn)一步提高傳感器的高溫特性一直是多晶硅壓力傳感器亟待解決的問題。通過大量的實驗研究，多晶硅薄膜在厚度接近或者低于100納米時具有良好的壓阻性能，此外，通過重?fù)诫s多晶硅薄膜的隧道壓阻效應(yīng)更為明顯，所以制備納米級多晶硅薄膜的工藝成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，制備多晶硅薄膜的主要方法是利用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)，是通過離子注入法摻雜硼原子，但是該方法存在對基板的要求較高，且無法保證摻雜的均勻性等缺陷，從而導(dǎo)致了多晶硅薄膜的應(yīng)用受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有的多晶硅薄膜壓阻效應(yīng)的極限溫度較低、薄膜摻雜均勻性差等問題，本發(fā)明采用激光脈沖濺射沉積的方法制備硼摻雜多晶硅薄膜，提供了一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜及該薄膜的制備方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，選取硅靶材和硼靶材，將硅靶材、硼靶材和處理后的基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X10 4Pa,基板溫度為600?700°C，優(yōu)選650°C，基板與靶材間距離為3?5cm，優(yōu)選4cm ;用激光器發(fā)射激光，頻率為I?4Hz，濺射I?3小時，優(yōu)選2小時；最后將薄膜在800?900°C下退火I?3h，該退火條件優(yōu)選為900°C退火2h，得硼摻雜多晶硅薄膜。
[0005]進(jìn)一步的，所述的硅靶材純度為99.99%。
[0006]進(jìn)一步的，所述的硼靶材純度為99.99%。
[0007]進(jìn)一步的，所述的基板為石英玻璃基板。
[0008]進(jìn)一步的，所述的基板處理方法為:石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。
[0009]本發(fā)明還請求保護(hù)上述任一種方法制備的高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜。該多晶硅薄膜硼摻雜量為0.05?0.25at%。
[0010]本發(fā)明的制備方法可以有效控制多晶硅薄膜的厚度以及硼摻雜濃度，工藝簡單，重復(fù)性好，成本低廉，制得的多晶硅薄膜致密性好，具有優(yōu)異的壓阻特性和高溫穩(wěn)定性；電阻的溫度系數(shù)小，應(yīng)變系數(shù)大，當(dāng)濺射頻率為3Hz時達(dá)到最大值36.8，比現(xiàn)有多晶硅薄膜提高約10%?11%;應(yīng)變系數(shù)的溫度系數(shù)的絕對值比現(xiàn)有的多晶硅薄膜電阻的溫度系數(shù)減少了 10% ;為多晶硅壓力傳感器的發(fā)展提供了新思路。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明制備的多晶硅薄膜的應(yīng)變系數(shù)；
[0012]圖2為本發(fā)明制備的多晶硅薄膜歸一化電阻率隨溫度的變化曲線；其中曲線I為濺射頻率IHz，曲線2為濺射頻率2Hz，曲線3為濺射頻率3Hz，曲線4為濺射頻率4Hz ;
[0013]圖3為本發(fā)明制備的多晶硅薄膜應(yīng)變系數(shù)隨溫度的變化曲線；
[0014]圖4為本發(fā)明制備的多晶硅薄膜的溫度系數(shù)曲線，其中TCR表示電阻率溫度系數(shù)，TCGF表示應(yīng)變系數(shù)的溫度系數(shù)；
[0015]圖5為本發(fā)明制備的多晶硅薄膜的表面形貌圖，其中a為濺射頻率IHz的多晶硅薄膜，b為濺射頻率2Hz的多晶硅薄膜，c為濺射頻率3Hz的多晶硅薄膜，d為濺射頻率4Hz的多晶硅薄膜。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，如無特殊說明，本發(fā)明所涉及的實驗藥品及原料均市售可得，本發(fā)明所使用的準(zhǔn)分子激光器購自于安微光機(jī)所，型號為T0L-25B;真空系統(tǒng)購自于沈陽科技儀器責(zé)任有限公司，型號為PLD-450。
[0017]實施例1
[0018]選取純度為99.99%的高純硅靶材和99.99 %的硼靶材，選取石英玻璃為基板，將石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。將硅靶材、硼靶材和基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為650°C，基板與靶材間距離為4cm ;用激光器發(fā)射激光，控制頻率為1Hz，濺射2小時，制得要求厚度的薄膜；最后將薄膜在900°C下退火2小時，得硼摻雜多晶硅薄膜，其中硼的含量為0.15at.% ο
[0019]實施例2
[0020]選取純度為99.99%的高純硅靶材和99.99 %的硼靶材，選取石英玻璃為基板，將石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。將硅靶材、硼靶材和基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為650°C，基板與靶材間距離為4cm ;用激光器發(fā)射激光，控制頻率為2Hz，濺射2小時，制得要求厚度的薄膜；最后將薄膜在900°C下退火2小時，得硼摻雜多晶硅薄膜，其中硼的含量為0.15at.% ο
[0021]實施例3
[0022]選取純度為99.99%的高純硅靶材和99.99 %的硼靶材，選取石英玻璃為基板，將石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。將硅靶材、硼靶材和基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為650°C，基板與靶材間距離為4cm ;用激光器發(fā)射激光，控制頻率為3Hz，濺射2小時，制得要求厚度的薄膜；最后將薄膜在900°C下退火2小時，得硼摻雜多晶硅薄膜，其中硼的含量為0.15at.% ο
[0023]實施例4
[0024]選取純度為99.99%的高純硅靶材和99.99 %的硼靶材，選取石英玻璃為基板，將石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。將硅靶材、硼靶材和基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為6500C，基板與靶材間距離為4cm ;用激光器發(fā)射激光，控制頻率為4Hz，濺射2小時，制得要求厚度的薄膜；最后將薄膜在900°C下退火2小時，得硼摻雜多晶硅薄膜，其中硼的含量為0.15at.% ο
[0025]實施例5
[0026]選取純度為99.99%的高純硅靶材和99.99 %的硼靶材，選取石英玻璃為基板，將石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。將硅靶材、硼靶材和基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為700°C，基板與靶材間距離為3cm ;用激光器發(fā)射激光，控制頻率為4Hz，濺射3小時，制得要求厚度的薄膜；最后將薄膜在900°C下退火3小時，得硼摻雜多晶硅薄膜，其中硼的含量為0.05at.% ο
[0027]實施例6
[0028]選取純度為99.99%的高純硅靶材和99.99 %的硼靶材，選取石英玻璃為基板，將石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。將硅靶材、硼靶材和基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為600°C，基板與靶材間距離為5cm ;用激光器發(fā)射激光，控制頻率為1Hz，濺射I小時，制得要求厚度的薄膜；最后將薄膜在800°C下退火I小時，得硼摻雜多晶硅薄膜，其中硼的含量為0.25at.% ο
[0029]將本發(fā)明實施例1?4制備的硼摻雜多晶硅薄膜采用懸臂梁施加壓力方法分別測試不同激光頻率制備的多晶硅薄膜應(yīng)變系數(shù)，結(jié)果如圖1所示，圖1中各點(diǎn)為利用最小二乘法擬合后數(shù)值。從圖1可以看出，隨著頻率的增加，多晶硅薄膜的應(yīng)變系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢，頻率為3Hz時達(dá)到最大值36.8。
[0030]將本發(fā)明實施例1?4制備的硼摻雜多晶硅薄膜采用DHG-9037A電熱恒溫干燥箱控溫，其精度為±0.5°C，分別測試不同頻率下的多晶硅薄膜在溫度25-250Γ之間的溫度系數(shù)，結(jié)果如圖2，圖3所示，再計算不同頻率下多晶硅薄膜的電阻率溫度系數(shù)TCR，以及應(yīng)變系數(shù)的溫度系數(shù)TCGF，結(jié)果如圖4所示。隨著濺射頻率的增加，多晶硅薄膜電阻的溫度系數(shù)有著增大的趨勢，在頻率為2Hz時電阻溫度系數(shù)的絕對值最小為0.022% /°C，比現(xiàn)有的多晶硅薄膜電阻的溫度系數(shù)減少了 20% ;當(dāng)頻率為4Hz時電阻溫度系數(shù)的絕對值最大為0.05% /0C ;多晶硅薄應(yīng)變系數(shù)的溫度系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在頻率為3Hz時應(yīng)變系數(shù)的溫度系數(shù)的絕對值最小為-0.09% /°C，比現(xiàn)有的多晶硅薄膜電阻的溫度系數(shù)減少了 10%。
[0031]將實施例1?4制備的硼摻雜多晶硅薄膜采用掃描電子顯微鏡(KYKY-1000B)分析鍍層的表面形貌及粒徑大小分析，結(jié)果如5圖所示。由圖5可知，隨著頻率的增大，多晶硅薄膜的晶粒尺寸呈現(xiàn)增大的趨勢。當(dāng)頻率為l-3Hz之間時，多晶硅薄膜的晶粒尺寸在納米尺度范圍(1-1OOnm)。頻率為IHz時，晶粒尺度在10_20nm之間；頻率在2Hz和3Hz時，其晶粒尺寸大小相近，約40-60nm ;當(dāng)頻率為4Hz時，其晶粒尺寸在150_200nm。
[0032]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，選取硅靶材和硼靶材，將硅靶材、硼靶材和處理后的基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0X 14Pa,基板溫度為.600?700°C，基板與靶材間距離為3?5cm ;用激光器發(fā)射激光，頻率為I?4Hz，濺射I?.3小時；最后將薄膜在800?900°C下退火I?3h，得硼摻雜多晶硅薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述的硅靶材純度為99.99%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述的硼靶材純度為99.99%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述的基板為石英玻璃基板。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述的基板處理方法為:石英玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10?15分鐘，再用無水乙醇清洗，烘干。6.一種按權(quán)利要求1?5所述的任一種方法制備的高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜，其特征在于，硼摻雜量為.0.05 ?0.25at.%。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高壓阻特性硼摻雜多晶硅薄膜的制備方法，該方法為：選取硅靶材和硼靶材，將硅靶材、硼靶材和處理后的基板放入真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0×10-4Pa，基板溫度為600～700℃，基板與靶材間距離為3～5cm；用激光器發(fā)射激光，控制頻率為1～4Hz，濺射1～3小時；最后將薄膜在800～900℃下退火1～3h，得硼摻雜多晶硅薄膜。本發(fā)明的制備方法可以有效控制多晶硅薄膜的厚度以及硼摻雜濃度，工藝簡單，重復(fù)性好，成本低廉，制得的薄膜致密性好，具有優(yōu)異的壓阻特性和高溫穩(wěn)定性；電阻的溫度系數(shù)小，應(yīng)變系數(shù)大，為多晶硅壓力傳感器的發(fā)展提供了新思路。
【IPC分類】H01L29/16, H01L21/02
【公開號】CN105140105
【申請?zhí)枴緾N201510477028
【發(fā)明人】王宙, 駱旭梁, 董桂馥, 付傳起, 雍帆
【申請人】大連大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月5日