[发明专利]用于使玻璃上的薄膜硅氢化的方法和装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体器件加工的领域，具体而言，本发明提供了一种用于半导体材料中氢钝化的改良的方法和装置。

背景技术

作为光电器件和其它的大面积应用如薄膜晶体管(TFT)中的活性材料，薄膜，即在玻璃上结晶硅(CSG)的技术的已经吸引了广泛的兴趣。当应用于太阳能电池时，CSG技术可以耗费非常低的制造成本，然而在实现导致低的$/W制造成本的有用效率的关键要素是用于缺陷钝化的氢化有效、低成本。

为了得到在技术上有用的材料和器件，必须减少缺陷的有害电活性。已经显示的是，氢化，即原子氢的结合成为了钝化半导体如硅中缺陷的有效方法。众多的缺陷易被氢钝化，所述缺陷包括：在晶界上的Si悬空键和应变的Si-Si键、位错、具有深能级的点缺陷如Au和Fe，以及氧和它的络合物。通常使用的氢化方法包括直接的离子束或考夫曼(Kaufman)源，以及在直接或远距离构造中的等离子体源。长期以来都已知道H-诱导的损伤可以是至关重要的，从而激发了远距离等离子体源的使用。在PV工业中，最广泛使用的氢化技术使用了通过PECVD沉积的富氢SiNx层，以同时提供抗反射涂层、表面钝化，以及随着H在接触焙烧步骤期间扩散到硅中的大量钝化。氢化的效率强烈地依赖于钝化技术、钝化温度，以及靶材料中缺陷的类型和密度-采用低成本的CSG存在重大的挑战。

CSG组件(module)是通过将无定形硅沉积到绒面玻璃(textured glass)上，其后例如通过固相结晶或激光结晶使硅结晶加以制备的。然后通过快速热退火和氢化来改善得到的高度缺陷化的聚-Si。人们已经尝试了各种氢化方法，然而许多的现有方法是缓慢的，而可以用以完成氢化步骤的速度对CSG组件的生产成本具有重要的影响。

必须将靶浸入到等离子体中的氢化方法所具有的问题在于，不管将靶装载到等离子体室中的过程本身的速度如何，将靶和室升至处理可以开始前的温度以及在未装载前这些步骤的反转，都给该过程增加了显著地的时间额外消耗。

与氢化一同出现的进一步的问题在于，氢化处理期间发生的原子氢的“内扩散”在某些情形中会被“外扩散”所抵消。特别是，如果将仍处于高温的靶从等离子体中移出，则外扩散可以导致先前内扩散的氢全部损耗。

必须考虑的另一个因素是，当尤其是在低温下将硅膜暴露于原子氢时，将发生掺杂剂(例如硼)失活以及表面损伤。这样的损伤可以包括侵蚀和表面缺陷(例如片状物和空隙)的产生，并且具有对器件外观不利的影响，以及可能抵消氢化的益处。如果在低于约300-350℃的温度(取决于原子氢的强度和CSG材料质量)保持靶暴露于原子氢中达有效(siignificant)周期，则表面损伤可能成为显著的问题。

对包含于本说明书中的文献、行为、材料、器件、制品等的任何讨论都仅是为了对本发明提供前后关系的目的。不应当认为是承认这些内容中的任何一项或全部形成了现有技术基础的部分，或是在与本发明有关的领域中的普通常识，尽管它存在于本申请的每一权利要求的优先权日之前。

发明概述

根据第一方面，提供了一种用原子氢源使靶氢化的方法，该方法包括通过以下这样处理靶：使靶的至少一个区域经受原子氢源的原子氢场的间歇暴露，直至使靶的至少一个区域经受原子氢场达预定的最短周期为止。

在一个实施方案中，所述方法包括同时使整个靶经受原子氢源的原子氢场，并且该源为脉冲持续时间在2秒至2分钟范围内的脉冲源，以及在靶处于预定的处理温度范围内的同时，负载循环为约50％或更小。

优选地，该方法包括建立受原子氢源的原子氢场支配的处理区域，该处理区域比靶小，所述方法进一步包括：

a)将待处理的靶移动到包含所述处理区域的高温处理区中；

b)在通过间歇地使靶的连续区域经受原子氢场的暴露来处理它们的同时，将靶在高温处理区中平移，直至靶的全部进行了预定的最短周期处理为止；

c)在靶的全部已经被处理预定的最短周期以后，将靶从高温处理区移出。

优选将靶通过第一输入途径插入到高温处理区中，并且通过第二输出途径从该高温处理区移出，由此可以在移出在前靶的同时，将新靶装载到高温处理区中。

该方法优选包括：

a)将清洁靶的温度升至在预定处理温度范围内的温度；

b)通过这样处理靶：使靶的至少一个区域经受原子氢源的原子氢场的间歇暴露，直至使靶的至少一个区域在预定处理温度范围内的温度下经受原子氢场达预定的最短周期为止；