[發(fā)明專利]一種低溫制備多晶硅膜材料的方法、得到的產(chǎn)品和用途

有效

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• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111155070B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 宋志偉;褚衛(wèi)國;徐麗華;閆蘭琴
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C23C16/24
• 分類號: C23C16/24;C23C16/455;C23C16/52;C23C16/50;C23C16/02;C30B28/14;C30B29/06;C30B29/64
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種低溫制備多晶硅膜材料的方法、得到的產(chǎn)品和用途。所述方法包括：采用高密度等離子體增強化學氣相沉積設備制備多晶硅膜材料，氣相沉積的溫度≤300℃，所述高密度等離子體增強化學氣相沉積設備的功率≥500W。本發(fā)明所述多晶硅膜材料的可以在300℃以下制備得到，且具有良好的光學性能，在633nm波長對應的折射率約為3.8、消光系數(shù)約為0.02，在四英寸基底范圍內(nèi)薄膜均勻性好；其次，本發(fā)明所述方法可以在不同材料界面制備具有良好均勻性的多晶硅膜材料；最后，本發(fā)明提供的低溫多晶硅薄膜材料制備工藝簡單易行，具有極大的應用潛力。

技術領域

本發(fā)明屬于光學、半導體和微電子器件技術領域，具體涉及一種低溫制備多晶硅膜材料的方法、得到的產(chǎn)品和用途。

背景技術

薄膜是一種特殊的物質(zhì)形態(tài)，由于其在厚度這一特定方向上尺寸很小，只是微觀可測的量，而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物質(zhì)連續(xù)性發(fā)生中斷，由此使得薄膜材料產(chǎn)生了與塊狀材料不同的獨特性能。光學薄膜是由薄的分層介質(zhì)構成的，通過界面?zhèn)鞑ス馐囊活惞鈱W介質(zhì)材料，廣泛用于光學和光電子技術領域，制造各種光學儀器。光學薄膜技術在理論、設計、計算和工藝方面已形成了完整的體系，一些新型微觀結構的功能薄膜被不斷開發(fā)出來，這些功能薄膜的相繼出現(xiàn)，使得光學薄膜技術廣泛地滲透到各個新興的科學研究領域中。多晶硅薄膜是一種良好的光電材料，具有較高的光敏性以及良好的光電穩(wěn)定性，近年來被廣泛應用于光伏發(fā)電、平板顯示器、集成電路以及超表面材料等研究領域。

多晶硅薄膜材料同時具有單晶硅材料的高遷移率、高折射率及非晶硅材料的可大面積、低成本制備等優(yōu)點。因此對于多晶硅薄膜材料的研究越來越引起人們的關注，多晶硅薄膜的制備工藝可以分為兩大類：一類是高溫工藝，制備過程中溫度高于600℃，襯底使用昂貴的石英；另一類是低溫工藝，整個加工工藝溫度低于600℃，可以用廉價玻璃襯底，可以大面積制備但是工藝復雜。目前制備多晶硅的方法主要有如下幾種：(1)低壓化學氣相沉積(LPCVD)是一種直接生成多晶硅的方法，具備生長速度快、成膜致密、均勻等特點，其沉積溫度較高，在600℃左右，必須采用昂貴的石英作襯底；(2)固相晶化(SPC)是在非晶硅的基礎上加高溫使其熔融溫度下結晶，屬于高溫晶化過程，通常需要1100℃左右退火時間長達10h以上，襯底材料需采用石英或單晶硅；(3)準分子激光晶化(ELA)是利用瞬間激光脈沖產(chǎn)生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，是非晶硅薄膜在瞬間達到1000℃左右，從而實現(xiàn)非晶硅向多晶硅的轉(zhuǎn)變，該方法相比固相晶化制備多晶硅來說更為理想，但具有僅在薄膜表層100nm的深度產(chǎn)生熱效應、晶粒尺寸對激光功率敏感、大面積均勻性差、重復性差、設備成本高等缺點；(4)等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)是利用輝光放點的電子來激活化學氣象沉積反應的，研究表明該方法必須采用襯底加熱到600℃以上才能促進晶核的形成，而當溫度低于300℃時，只能形成非晶硅薄膜。那么，低溫大面積制備多晶硅薄膜工藝就成為需要解決的關鍵問題和挑戰(zhàn)，而目前研究低溫多晶硅薄膜制備工藝較少，尤其是運用在器件中的多晶硅光學薄膜。

CN110257908A公開了一種多晶硅薄膜制備工藝，向立式爐內(nèi)通入SiH₄，在壓力為15～35Pa，溫度為650～675℃的條件下，恒溫恒壓沉積，在硅片表面生長多晶硅薄膜。但是，所述方法制備的多晶硅膜材料的襯底溫度較高，屬于高溫制備(大于300℃)，且薄膜光學性能較差。

CN109576671A公開了一種多晶硅薄膜電極制備工藝，包括如下步驟：首先在襯底上制備一層氮化硅絕緣層；在該氮化硅絕緣層高溫下采用化學氣相沉積技術沉積一層多晶硅薄膜用來制作感應電極；在該多晶硅薄膜上方制備氧化硅犧牲層；在該氧化硅犧牲層上方高溫下采用化學氣相沉積技術沉積一層多晶硅薄膜用來制作屏蔽電極；利用氧化硅疏松性將氧化硅清除，分離開感應電機和屏蔽電極。但是所述方法制備的多晶硅膜材料的襯底溫度較高，屬于高溫制備(大于300℃)，且薄膜光學性能較差。

因此，本領域需要開發(fā)出一種低溫制備多晶硅膜材料的工藝，其制備過程可在較低溫度下完成，且制得的多晶硅膜材料具有優(yōu)異的光學性能。

發(fā)明內(nèi)容