[發明專利]一種制備多晶硅薄膜的方法

無效

• 申請號: 201310071651.5
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103215547A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 江紹基;鐘金池;周麗丹;胡潔
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/35;C23C14/58
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及制備多晶硅薄膜的方法技術領域，更具體地，屬于制備多晶硅薄膜的方法的改進。

背景技術

多晶硅是單質硅的一種狀態，熔融的單質硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。

多晶硅薄膜的光電性能不僅取決于其晶粒和晶界的性質，而且還取決于晶粒的大小及其相互間的取向關系的分布特性。它既具有與晶體硅相似的優良電學、光學性能，又具有非晶硅薄膜的低成本、制備簡單和可以大面積生產等優點。多晶硅薄膜的主要用途有:?

電子信息工程的重要材料：在20世紀70年代，人們利用多晶硅薄膜代替金屬鋁作為MOS場效應晶體管的柵極材料。人們發現，大晶粒的多晶硅薄膜具有與單晶硅相似的高遷移率，可以做成大面積、具有快速響應的場效應薄膜晶體管、傳感器等光電器件，于是多晶硅薄膜在大陣列液晶顯示領域也得到廣泛應用。

太陽能光伏發電：20世紀80年代以來，研究者希望開發既具有晶體硅高效率穩定的性能，又具有非晶硅的大面積、低成本優點的新型太陽能光電材料。多晶硅薄膜不僅對長波長光線具有高敏性，而且對可見光有很高的吸收系數；同時也具有與晶體硅相同的光穩定性，不會產生非晶硅中的光致衰減效應。因此，多晶硅薄膜被認為是理想的新一代太陽能光電材料。

目前，工業上制備多晶硅薄膜主要以離子體增強化學氣相沉積?(PECVD)和熱絲化學氣相沉積（HWCVD）技術為主，而且配合高溫爐退火。但是，化學氣相沉積（CVD）通常要使用劇毒易爆的硅烷作為反應氣體，因此在工業生產過程中往往要投入巨額資金用于硅烷的處理和回收，并且需要非常嚴格的安全系統作為保障，而且需要配備一套完整的尾氣處理輔助設備及系統，其成本較高；而且高溫爐退火的時間較長，制成后的多晶硅薄膜質量較差。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種制備結晶率高、不含氫的高質量多晶硅薄膜的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種制備多晶硅薄膜的方法，其中，包括磁控濺射鍍膜步驟S1和快速光熱退火步驟S2，用射頻磁控濺射可在石英基片上沉積一層硅薄膜，射頻磁控濺射鍍膜機可采用金盛微納公司的MSP-3300型磁控濺射鍍膜機，它主要由三個部分組成：真空系統、濺射系統和操控平臺，熱退火設備可采用北京東之星公司的RTP-500型快速光熱退火設備。該設備主要由四部分組成：熱退火工作腔、電源控制器、水箱和電腦。

所述的磁控濺射鍍膜步驟S1包括以下步驟：

S11.將石英基片用蒸餾水洗凈之后，用無水酒精擦拭，風干；風干后使用。

S12.打開磁控濺射鍍膜機，將石英基片固定在托盤轉臺上，開啟鍍膜機電源，機械泵和分子泵開啟，對工作室進行抽真空，至工作室的真空度為5.0×10^-4?Pa；其中，可用高溫膠將石英基片固定在托盤轉臺上，打開“運行系統-MSP3300”，在“實用流程”中選擇“自動開機”功能，儀器的機械泵和分子泵依次開啟，對工作室進行抽真空。

S13.以硅作為靶材，預濺射除去硅靶表面的雜質；

S14.開啟擋板開始濺射，濺射功率為200W，濺射時間為9000s，托盤轉速為20r/m，氬氣的氣流量為60sccm，工作氣壓0.2?Pa，取片溫度為50?℃；完成設置濺射工作，抽氣取片即完成工作。

S15.在石英基片上沉積厚度為90nm~400nm的非晶硅薄膜；采用共濺的工藝流程。

硅屬于半導體材料，熔點比較高，因此相對于其它PVD技術，磁控濺射方法更適合使用塊體硅材料作為硅薄膜沉積原料。磁控濺射技術結構簡單、成本低廉，并且不需要使用硅烷，無論是生產安全性還是成本控制上，磁控濺射都比CVD有著更大的優勢。而且射頻磁控濺射技術還具有膜厚和沉積速率易于控制；沉積穩定、膜厚均勻；工作時不存在其它雜質，制備出的多晶硅薄膜表面光滑、致密性好、純度很高的特點。

所述的快速光熱退火步驟S2包括以下步驟：

S21.以鹵鎢燈作為熱源，開啟電源，將S15中制備的非晶硅薄膜放入石英盒中，通入氮氣并調節流量閥；

S22.進行熱退火實驗，石英盒內溫度降至200℃以下關閉電源。