[發明專利]一種應用原子層沉積技術制備三氧化二鋁鈍化薄膜的方法

有效

• 申請號: 201210102536.5
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102637585A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 王啟元;克雷格·伯考;李春雷;趙星梅
• 申請（專利權）人: 北京七星華創電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及太陽能電池制造領域，特別涉及一種三氧化二鋁鈍化薄膜的原子層沉積制備工藝。

背景技術

在光伏產品中，晶硅太陽能電池的市場份額近80％，占據光伏產品的主導地位。為了進一步降低晶硅太陽能電池的制造成本，電池硅片的厚度不斷減小。隨之而來的問題是電池硅片表面處的載流子復合效率逐漸增加，降低了電池的光電轉換效率。因此，需在電池硅片表面制作一層鈍化層，以提高載流子的壽命，對鈍化層的研究也成為當前晶硅太陽能電池領域的研究熱點之一。近年來的研究結果表明，通過在晶硅太陽能電池結構中引入三氧化二鋁(Al₂O₃)薄膜(p型電池的背電極處和n型電池的發射極處)可以有效鈍化電池硅片面，提高電池的光電轉化效率。

三氧化二鋁鈍化膜的制備工藝有物理氣相沉積工藝(PVD)、化學氣相沉積工藝(CVD)、原子層沉積工藝(ALD)以及溶膠-凝膠工藝等。其中，原子層沉積工藝以其低沉積工藝溫度、高薄膜均勻性等特點受到越來越多的重視。但是，受自身工藝原理的限制ALD工藝的生長速率較低，一般只有2nm/min，這使得ALD設備的產量較低，極大限制了ALD工藝在三氧化二鋁薄膜制備工藝領域推廣應用。

近年來，陸續有不同的研究機構通過各種途徑提高ALD設備的產量。目前，主要圍繞以下兩個方面來提高ALD設備的產量：

1、減少單個工藝周期的時間。ALD工藝具有周期性，且ALD反應具有自限制反應特點。通常情況下，每個工藝周期內薄膜生長的厚度保持不變。對于特定厚度的薄膜而言，只有減少單個工藝周期的時間，才能縮短工藝時間以提高生長速率，進而提高ALD設備產量。ALD工藝的每個生長周期可以分為“通入反應氣A-洗氣-通入反應氣B-洗氣”四個階段(時域ALD工藝)。一方面，通過優化工藝參數可以獲得最小的通氣、洗氣時間，減小單個工藝周期的時間，這種方法主要適合于時域的ALD工藝；另一方面，通過改進ALD設備的結構，可以利用襯底位置的移動來隔離兩種反應氣體，以實現ALD工藝。這種工藝通常被稱為空間隔離ALD工藝(空域)。由于在空間隔離ALD工藝中避免了工藝周期中的洗氣步驟，ALD工藝的單個工藝周期時間可以進一步縮短，極大地提高了薄膜的生長速率。據報道，空間隔離ALD工藝的最大生長速率可達到～30nm/min。但這一方法在技術上較復雜，且設備成本高。

2、增加ALD設備的容積。雖然ALD工藝的生長速率較低，但ALD工藝對工藝氣體的均勻性、溫度場的均勻性要求相對不高，這使得可以通過增加ALD設備的容積來提高產量。但是，增加ALD設備容積意味著增加ALD工藝的熱預算，會增加襯底材料的加熱時間和溫度穩定時間，在一定程度上降低了ALD設備的產量。

有鑒于此，本發明在ALD工藝中引入獨特的預熱工藝和氣體加熱工藝，有效縮短了襯底材料的溫度穩定時間，兼顧了時域ALD設備的成本低廉和批處理ALD設備的高產量特點，通過優化相關工藝參數有效提高了三氧化二鋁薄膜的生產效率。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供了一種應用原子層沉積技術制備三氧化二鋁鈍化薄膜的方法，通過該工藝單個腔室的產量可以達到600～900片/小時，四腔室ALD系統的產量可以達到2400～3600片/小時，符合工業化生產的要求。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種應用原子層沉積技術制備三氧化二鋁鈍化薄膜的方法，所述方法包括：

預熱步驟，將襯底承載器放入預熱腔室中，以熱空氣為介質對襯底進行預熱；

溫度穩定步驟，待襯底承載器達到預定溫度后，將襯底承載器轉移至沉積腔室，以熱惰性氣體為介質對襯底進行加熱；

沉積步驟，待沉積腔室溫度穩定后，通入反應氣體完成至少一個三氧化二鋁薄膜生長周期；

冷卻步驟，待完成三氧化二鋁薄膜的沉積后，取出襯底承載器進行冷卻。

更好地，所述預熱步驟中，所述熱空氣溫度為250～400℃、流量為500～2000標準升/分鐘，將所述襯底承載器預熱到190～250℃。

更好地，所述預熱步驟中，預熱時間為4～10min，熱空氣在預熱腔室的熱空氣出口處的溫度為220～375℃。

更好地，所述溫度穩定步驟中，向沉積腔室中通入溫度為190～250℃的N₂，流量為10-50標準升/分鐘，溫度穩定時間為4～8min。