[發明專利]多循環快速熱退火非晶硅薄膜的方法

無效

• 申請號: 201210487362.9
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN102978590A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 金晶;瞿曉雷;史偉民;戴文韞;袁安東
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C23C16/56
• 分類號: C23C16/56
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種多循環快速熱退火晶化非晶硅薄膜的方法，是一種固相退火法晶化非晶硅薄膜材料的制備方法，屬于多晶硅薄膜制備工藝技術領域。

背景技術

多晶硅薄膜太陽電池已被光伏界人士公認為能夠實現高效率、低成本、長壽命的第二代太陽電池的候選者之一，一般情況下，大晶粒的優質多晶硅薄膜有助于提高多晶硅薄膜太陽電池的轉換效率。另外，多晶硅薄膜也廣泛應用于圖像傳感器、?薄膜晶體管等微電子技術領域。

多晶硅薄膜的制備方法按照生長膜的過程可以分為兩大類：一類是直接將多晶硅沉積在預置襯底上，其主要方法有低壓化學氣相沉積法（LPVD），熱絲化學氣相沉積法（HWCVD），等離子體化學氣相沉積法（PECVD）等；直接獲得多晶硅的工藝需要很高的溫度（620^oC～650^oC），并且得到的多晶硅材料性能很差。通過高溫退火(1000^oC以上)可以改善材料的性能，但是這種方法只適用于比較昂貴的石英襯底而不能用于一般的玻璃襯底。第二類方法來制備微晶硅薄膜：先制備非晶態薄膜，再通過固相晶化、金屬誘導晶化以及激光晶化等將非晶硅薄膜轉化成多晶硅薄膜。

固相晶化是利用非晶硅薄膜再結晶制備多晶硅薄膜的一種最直接、?最簡單的方法，也是人們最早采取的一種晶化技術，固相晶化目前主要有傳統爐子退火和光退火兩種，退火過程在傳統低溫(<600^oC)和高溫(>1000^oC)之間的中溫進行二次晶化。但該方法存在著一個問題，那就是在退火時，退火時間過長(長達十幾個小時)。金屬誘導晶化即通過對制備好的Al、Cu、Au、Ag、Ni、Pb等金屬與非晶態硅的復合薄膜在低溫下進行退火處理，在以上金屬的誘導作用下使a-Si薄膜低溫晶化而獲得多晶硅薄膜。金屬誘導法成功實現了低溫（＜600^oC）制備多晶硅，也存在缺陷：在晶化的過程中誘導金屬易進入硅薄膜，金屬污染硅基半導體器件。激光晶化指將一束很窄的激光作為源能量打在在硅薄膜的表面并移動以使硅薄膜材料的不同區域依次熔化而結晶，利用激光晶化制備的多晶硅薄膜晶粒均勻、性能優良，但是，該技術也有著很大的缺點，如設備昂貴、工藝的重復性較差、難以實現大面積制備等。因此，如何獲得優質的多晶硅薄膜多年來一直是國內外眾多研究者的一個研究熱點。

發明內容

雖然國內外已經有關于快速熱退火運用于高耐溫襯底下的非晶硅晶化的研究，但是還沒有成功應用于普通玻璃襯底下非晶硅薄膜的晶化，針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種多循環方式的快速熱退火用于普通玻璃襯底上晶化非晶硅薄膜的方法。

通過多循環快速熱退火晶化非晶硅薄膜來獲得優質的多晶硅薄膜。和金屬誘導相比，不會在引入金屬降低a-Si薄膜的晶化溫度的同時，在晶化的過程中誘導金屬易進入硅薄膜，而污染硅基半導體器件。另外，和激光晶化相比，該方法沒有設備昂貴、工藝的重復性較差、難以實現大面積制備等缺點。所以將該方法應用于普通玻璃襯底上晶化非晶硅有降低制造中對襯底的要求的同時，也可以縮短整個退火時間，具有制備工藝簡單、污染小和成本低等特點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明利用多循環快速熱退火晶化非晶硅薄膜，相比傳統的固相晶化非晶硅薄膜工藝簡單，時間短，對襯底的耐溫要求低，制備的多晶硅薄膜質量好。其具體有以下步驟：

a)??????使用普通玻璃載片作為襯底，分別用分析純丙酮，酒精和去離子水對襯底進行超聲波清洗，使玻璃襯底清潔，烘干后放入等離子增強化學氣相沉積反應室；

b)??????采用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)設備在載玻片生長一層非晶硅a-Si薄膜，沉積時襯底的溫度為150^oC～250^oC，沉積壓強即真空度為1.lTorr，沉積薄膜厚度為200?nm～300nm；濺射功率為200W，射頻頻率為13.56MHz，氣源為純度為100%的硅烷，作為稀釋硅烷使用的氫氣純度為5N；

c)??????用氫氟酸來去除非晶硅薄膜表面的氧化層；將非晶硅薄膜放置于HF:H₂O=1:100的溶液中浸泡1-2min，取出用去離子水沖洗干凈烘干，然后將非晶硅樣品放置于快速熱退火爐的石英支架上，推入石英腔內；