一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，采用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，以玻璃片為襯底，在襯底上利用共濺射法濺射制備Al/a-Si復(fù)合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，通過(guò)調(diào)節(jié)Al/Si共濺射的功率比可控制薄膜中的Al/Si含量。采用Si濺射功率為100~350W、Al濺射功率20~30W共濺射制備出Al/a-Si復(fù)合膜，再將其放入RTP快速光熱退火爐中于N2氣氛下150℃~300℃退火10~15min，可得到晶化率為45%~90%、晶粒尺寸為20~100nm的多晶硅薄膜，提高了晶化效率，實(shí)現(xiàn)了低溫快速制備出晶化率高、均勻性好的多晶硅薄膜。
【專利說(shuō)明】一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，屬于高效硅基薄膜太陽(yáng)電池領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]多晶娃(Polycrystalline silicon)薄膜因具有載流子遷移率高、吸收系數(shù)大、光電導(dǎo)性能好及穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種光電子器件，如薄膜晶體管、太陽(yáng)電池、圖像傳感器等。多晶硅薄膜大多是由非晶硅薄膜晶化來(lái)獲得，目前，非晶硅(Amorphoussilicon)薄膜晶化的方法主要有:快速熱退火法、準(zhǔn)分子激光晶化、固相晶化法、金屬誘導(dǎo)法和微波退火法等。其中，金屬誘導(dǎo)退火晶化法因具有溫度低、時(shí)間短、與器件工藝匹配等特點(diǎn)而倍受人們的青睞。人們通過(guò)對(duì)鎳(Ni)、招(Al)、金(Au)、銅(Cu)、鈕(Pd)、鉬(Pt)、銀(Ag)和鉻(Cr)等金屬誘導(dǎo)非晶硅(α-Si)薄膜晶化進(jìn)行了研究，證實(shí)了金屬誘導(dǎo)非晶硅薄膜晶化的驅(qū)動(dòng)力是非晶硅轉(zhuǎn)化為晶體硅時(shí)自由能的降低。此外，還有非晶硅薄膜中的應(yīng)力、缺陷和位錯(cuò)也為非晶硅薄膜晶化提供驅(qū)動(dòng)力。其機(jī)理是金屬和非晶硅在其界面形成一種亞穩(wěn)態(tài)富金屬硅化物，金屬和硅原子通過(guò)這種硅化物進(jìn)行互擴(kuò)散，誘導(dǎo)的金屬將會(huì)摻進(jìn)多晶硅中成為摻雜雜質(zhì)，在硅的能帶中引入一個(gè)能級(jí)，從而導(dǎo)致非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅的活化能降低。其中，金屬鋁(Al)引起的雜質(zhì)能級(jí)約0.069eV，非常接近價(jià)帶，使得非晶態(tài)硅向晶態(tài)硅轉(zhuǎn)變的活化能很低，因此，鋁作為誘導(dǎo)金屬可低溫快速制備出有良好性能的多晶硅薄膜。此外，Al作為第IIIA族元素，摻雜到硅薄膜中成為P型雜質(zhì)。
[0003]近年來(lái)，人們對(duì)鋁誘導(dǎo)低溫快速制備多晶硅薄膜的研究很多，如專利(申請(qǐng)?zhí)?201310111724.9)上海大學(xué)利用金屬Al的催化作用，首先在襯底上生長(zhǎng)非晶硅薄膜、二氧化硅薄膜及Al膜，形成多重界面的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行兩部退火，最后將表面Al刻蝕去除，制備出多晶硅薄膜；專利(申請(qǐng)?zhí)?201210215016.5)，北京航空航天大學(xué)采用金屬點(diǎn)陣誘導(dǎo)晶化非晶硅薄膜，具體是先在襯底上制備金屬點(diǎn)陣，然后鍍上金屬薄膜，在金屬薄膜上制備非晶硅薄膜，通過(guò)退火制備多晶硅薄膜；西安理工大學(xué)梁戈等人在《人工晶體學(xué)報(bào)》2011年40卷第I期上公布了通過(guò)制備Al/Si/Al/Si….Al/Si/glass結(jié)構(gòu)的薄膜,經(jīng)退火后制備出多晶硅薄膜。Al誘導(dǎo)低溫快速制備多晶硅薄膜的方法大多是先制備出Al/a-S1、a-Si/Al、Al/Si02/a-Si和Al/A103/a-Si結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，再進(jìn)行退火制備出多晶硅薄膜。因此，硅薄膜從Al/Si界面開(kāi)始逐漸晶化，存在晶化效率低、均勻性差和薄膜分層等不足。鑒于此，本專利提出一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，其特征是采用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，利用共濺射在襯底上制備Al/a-Si復(fù)合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，經(jīng)過(guò)退火處理制備出多晶娃薄I吳，具有晶化界面大、效率聞、晶粒分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)【背景技術(shù)】提出的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，具體是利用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)為制備系統(tǒng)，本地真空為6.0X 10_，4.0X 10_4pa ;利用玻璃片為襯底經(jīng)清洗后再N2吹干；濺射氣體用純度為99.999%的Ar氣，流量為22sCCm ;采用純度為99.999 %的硅靶和純度為99.999%的Al靶為靶材，工作氣壓為6.8?7.2pa，在襯底上共濺射制備Al/a-Si復(fù)合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，復(fù)合薄膜中的Al/Si含量可通過(guò)調(diào)節(jié)Al/Si濺射功率比來(lái)調(diào)控；將Al/a-Si復(fù)合薄膜放入RTP-500快速光熱退火爐中N2氣氛下進(jìn)行退火處理，從而實(shí)現(xiàn)了低溫快速制備多晶硅薄膜。
[0005]本發(fā)明按以下步驟實(shí)施
A)利用三靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，將濺射系統(tǒng)的本底真空抽至6.0 X 10^4.0 X 10_4pa ；
B)利用玻璃片為襯底，并經(jīng)丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水分別超聲清洗l(Tl5min后再用N2吹干；
C)濺射氣體用純度為99.999%的Ar氣，流量為22Sccm ；
D)采用純度為99.999%的硅靶和純度為99.999%的Al靶為靶材，工作氣壓為6.8^7.2pa，在襯底上共濺射制備Al/a-Si復(fù)合膜；
E)將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，通過(guò)調(diào)節(jié)Al/Si的濺射功率比來(lái)控制復(fù)合膜中的Al/Si含量；
F)將Al/Si共濺射制備的Al/a-Si復(fù)合薄膜放入RTP-500快速光熱退火爐中于N2氣氛下進(jìn)行退火處理，制備出多晶硅薄膜。
[0006]本發(fā)明與公知技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
1、本發(fā)明涉及一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，增大了復(fù)合薄膜結(jié)晶界面的面積，增加了薄膜的結(jié)晶速率、降低了晶化溫度并縮短了晶化時(shí)間；
2、共濺射法制備的多晶硅薄膜晶粒均勻分布在薄膜內(nèi)，改善了薄膜的均勻性。
[0007]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)圖圖3為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法在實(shí)施例1下的多晶娃形貌圖；
圖4為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法在實(shí)施例1的薄膜Raman 圖。
[0008]

【具體實(shí)施方式】
實(shí)施例1
本實(shí)施例按以下步驟
采用JCP-450三靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，以玻璃片為襯底，并依次使用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水對(duì)其分別進(jìn)行超聲清洗l(Tl5min，再用N2吹干，以多晶硅靶(純度99.999 %、電導(dǎo)率0.02 Ω cm)為靶材和純度為99.999%的Al靶為靶材，濺射氣體為純度99.999%的Ar氣；將濺射腔室的本底真空抽至5.0X 10_4pa，打開(kāi)通氣閥通入Ar氣，Ar氣流量為20sCCm，調(diào)節(jié)濺射壓強(qiáng)為6.8pa^7.2pa，在襯底上共濺射制備Al/a-Si復(fù)合膜，其中非晶硅(a_Si)薄膜的濺射功率為100W?300W，鋁(Al)膜的濺射功率為2(T30W，將共濺射制備的Al/a-Si復(fù)合膜放入快速光熱退火爐中于N2氣氛下，以150°C ?300°C的溫度進(jìn)行快速退火l(Tl5min。得到晶化率達(dá)45%?90%，晶粒尺寸為2(Tl00nm的多晶硅薄膜。
【權(quán)利要求】
1.一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，其特征包括:“采用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，在玻璃襯底上共濺射制備Al/a-Si復(fù)合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，通過(guò)調(diào)控Al/Si共濺射的功率比來(lái)控制復(fù)合膜中的Al/Si含量，將Al/a-Si復(fù)合膜放入快速退火爐中于N2氣氛下進(jìn)行低溫快速退火，該方法具有晶化溫度低、時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可制備出晶化率高和均勻性好的多晶硅薄膜。
【文檔編號(hào)】C23C14/06GK104404462SQ201410649289
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】楊培志, 段良飛, 楊雯 申請(qǐng)人:云南師范大學(xué)