[發(fā)明專利]一種氫等離子體氛圍中鋁誘導(dǎo)晶化多晶硅薄膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910244845.4
• 申請(qǐng)日: 2009-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN101724901A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅翀;李娟;孟志國(guó);吳春亞;熊紹珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/06
• 分類號(hào): C30B29/06;C30B28/02
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于多晶硅薄膜材料的制備技術(shù)，特別是一種氫等離子體氛圍中 鋁誘導(dǎo)晶化多晶硅薄膜的制備方法。

【背景技術(shù)】

多晶硅薄膜，相對(duì)于單晶硅具有更低的成本，相對(duì)于非晶硅薄膜具有更高的 遷移率和穩(wěn)定性，其在大面積電子器件特別是太陽(yáng)電池、薄膜晶體管、傳感器中 的廣泛應(yīng)用前景，正吸引著科學(xué)界的極大關(guān)注。遺憾的是，目前多晶硅薄膜的制 備技術(shù)都有它各自的局限性：有的方法制備的薄膜由于晶粒尺寸較小或均勻性較 差從而電學(xué)性能欠佳，如等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma?Enhanced?Chemical Vapor?Deposition——PECVD)低溫制備的微晶硅薄膜，其晶粒尺寸和遷移率遠(yuǎn) 不如多晶結(jié)構(gòu)的硅薄膜；其他，如低壓化學(xué)氣相沉積(Low?Pressure?Chemical Vapor?Deposition——LPCVD)，常壓化學(xué)氣相沉積(Atmospheric?Pressure Chemical?Vapor?Deposition——APCVD)、固相晶化(Solid?Phase Crystallization——SPC)等，需要較高的晶化溫度；再如準(zhǔn)分子激光晶化 (Excimer?Laser?Annealing??ELA)，快速熱退火(Rapid?Thermal?Annealing ——RTA)等則設(shè)備昂貴。金屬誘導(dǎo)晶化技術(shù)是利用非晶硅與某些金屬(如Ni、 Al、Cu等)的結(jié)合，降低其晶化溫度從而可實(shí)現(xiàn)低溫制備，它具有工藝簡(jiǎn)單、 成本低和退火過程短等特點(diǎn)，使它更適合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。其中，鋁誘導(dǎo)晶化不 僅能在低溫(600攝氏度以下)完全晶化非晶硅薄膜，而制備的多晶硅還具有大 晶粒及100優(yōu)先取向的優(yōu)點(diǎn)，特別適宜作為籽晶層低溫外延生長(zhǎng)多晶硅，這一技 術(shù)廣泛應(yīng)用于多晶硅太陽(yáng)能電池。遺憾的是，即使是鋁誘導(dǎo)晶化在較低的溫度下 退火仍然需要較長(zhǎng)的退火時(shí)間，不利于多晶硅太陽(yáng)能電池及多晶硅薄膜晶體管基 板的產(chǎn)業(yè)化。另外，在晶化后的多晶硅薄膜的晶界及晶粒內(nèi)部通常含有較高的缺 陷態(tài)，嚴(yán)重影響多晶硅薄膜及器件的性能及穩(wěn)定性。而后氫化處理是鈍化多晶硅 薄膜器件缺陷態(tài)的有效方法之一，較常用的方法是將多晶硅薄膜在氫等離子體的 氣氛下退火。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問題，提供一種氫等離子體氛圍中鋁誘導(dǎo) 晶化多晶硅薄膜的制備方法，該方法利用等離子體降低鋁誘導(dǎo)晶化的溫度， 縮短實(shí)現(xiàn)完全晶化過程的時(shí)間，同步實(shí)現(xiàn)鋁誘導(dǎo)晶化退火和后鈍化，提高鋁誘導(dǎo) 晶化多晶硅薄膜質(zhì)量，降低制備過程的能量損耗和成本，為多晶硅薄膜的制備開 辟一條新的道路。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種氫等離子體氛圍中鋁誘導(dǎo)晶化多晶硅薄膜的制備方法，步驟 如下：

1)在襯底上沉積包括非晶硅薄膜、二氧化硅薄膜和金屬鋁薄膜制得多層薄 膜；

2)將上述多層薄膜放入退火爐中，將退火爐抽真空并將退火爐升溫至退火 溫度；

3)通入氫氣并通過設(shè)置于退火爐內(nèi)的氫等離子體發(fā)生源產(chǎn)生氫等離子體， 使多層薄膜暴露于氫等離子體氛圍中；

4)在退火爐溫度恒定條件下，進(jìn)行退火；

5)關(guān)閉氫氣等離子體發(fā)生源，停止通氫氣，二次抽真空，待自然降溫后從 退火爐中取出，即可制得完全晶化的多晶硅薄膜材料。

所述退火爐中的真空度為(200～800)×10^-3torr。

所述退火溫度為450℃～550℃。

所述氫等離子體發(fā)生源為射頻輝光放電、超高頻輝光放電、微波激發(fā)、熱輔 助或熱絲分解方法產(chǎn)生的近程或遠(yuǎn)程氫等離子體源。

所述氫氣流量為15sccm～60sccm。

所述退火時(shí)間為不少于2小時(shí)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果：本發(fā)明將鋁誘導(dǎo)晶化的退火過程在氫等離子體的氣 氛中進(jìn)行，將傳統(tǒng)的退火與后氫化處理工藝合二為一，簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本； 在退火過程中，氫等離子體中的氫原子能在較傳統(tǒng)鋁誘導(dǎo)晶化更短的退火時(shí)間內(nèi) 晶化非晶硅薄膜，利用氫等離子體氛圍加速鋁誘導(dǎo)晶化的退火過程，可以有效地 降低鋁誘導(dǎo)晶化的退火時(shí)間；本發(fā)明通過氫等離子體氛圍鋁誘導(dǎo)晶化制備的多晶 硅薄膜材料，可用于制備多晶硅薄膜太陽(yáng)電池、平板顯示器件中的低溫多晶硅薄 膜晶體管等器件，具有工藝簡(jiǎn)化、熱預(yù)算少、成本低等特點(diǎn)，是一種適用于大規(guī) 模工業(yè)生產(chǎn)的多晶硅薄膜材料的晶化方法。