[发明专利]铝诱导低温制备大晶粒多晶硅薄膜的方法无效

专利信息
申请号: 200910145177.X 申请日: 2009-10-13
公开(公告)号: CN101665905A 公开(公告)日: 2010-03-10
发明(设计)人: 沈鸿烈;唐正霞;鲁林峰;漆海平;江丰 申请(专利权)人: 南京航空航天大学;江西斯若普能源有限公司
主分类号: C23C14/06 分类号: C23C14/06;C23C14/10;C23C14/18;C23C14/35;C23C14/46;C23C14/24;C23C14/58;C30B28/12
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 代理人: 唐小红
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摘要:
搜索关键词: 诱导 低温 制备 晶粒 多晶 薄膜 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种大晶粒多晶硅薄膜的制备方法,特别是一种用铝诱导法在低温下快速制备晶粒尺寸为100微米的大晶粒多晶硅薄膜的方法。

背景技术

多晶硅在电子器件,例如薄膜晶体管,太阳能电池,图像传感器等方面有着广泛的应用。用多晶硅薄膜制造的太阳能电池性能稳定、价格低廉,具有很大应用潜力。传统制备多晶硅薄膜的方法是用低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD)等方法直接沉积在衬底上。直接沉积的多晶硅晶粒小,缺陷多,电学性能差。非晶硅经过再结晶形成的多晶硅较直接沉积的多晶硅性能优越。固相晶化(SPC)是一种常用的非晶硅经过再结晶形成多晶硅的方法。其缺点在于所需晶化温度太高,至少需要600℃以上,而普通玻璃衬底无法耐受这样的高温。然而,通过非晶硅与某些金属接触可以有效地降低此过程所需温度。

当将某些金属,比如Al和Ni沉积在非晶硅表面,非晶硅向多晶硅的转变可以在一个更低的温度下进行。金属诱导晶化(MIC)是一项非常有潜力的技术。MIC多晶硅薄膜有如下优点:1)用比较成熟的溅射和热蒸发等方法沉积薄膜,工艺简单;2)它是一个低温制备过程,可以使用玻璃等廉价的低温衬底;3)晶化时间短;4)制备的多晶硅晶粒大,缺陷少。因此,金属诱导晶化法可以实现在廉价的大面积衬底上低温制备大晶粒的多晶硅薄膜。

自1999年Oliver Nast以Al作为诱导金属制备有可能用于太阳能电池的AIC(Aluminium Induced Crystallisation)多晶硅薄膜后,人们相继开展了AIC多晶硅薄膜生长的研究。国内的浙江大学,华中科技大学,武汉理工大学也都对AIC进行过研究。用AIC法能够在玻璃衬底上制备高质量的多晶硅层,晶化时间短,工艺简单,晶化温度低(其晶化温度可低至150℃),可用标准的工业制备技术。另一方面,金属铝价格低,纯度高(99.999%),易于蒸发,可获得纯度高的铝膜。Al诱导的机理也有人给出了讨论。但是,由于AIC法制备的多晶硅铝中掺杂的多晶硅,因此目前还不能直接作为吸收层,而是利用其结晶质量好,晶粒大等优势将其作为模版,在其上外延生长大晶粒高质量多晶硅薄膜作为吸收层。

在之前的研究中,人们对于衬底/Al/Al2O3/a-Si的结构作了大量的探讨,但是这种结构制备的多晶硅通常会在表面形成硅岛,其会或多或少影响后续的外延生长多晶硅质量。另一方面,传统的铝诱导多晶硅的方法多采用在某一设定温度一步退火,因此生成的多晶硅晶粒一般为数十微米。若想达到100微米,则需要在较低温度下进行长达近百小时的退火,没有实际应用价值。

用镍诱导的方法也能制备晶粒达100微米大晶粒多晶硅薄膜,但是制备过程中要在非晶硅表面制备表面浓度非常低的镍颗粒,控制过程比较复杂,重复性差,且要经过长时间退火。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的多晶硅薄膜的制备方法,特别是涉及一种铝诱导三步退火法低温快速制备大晶粒,表面光滑的多晶硅薄膜。

本发明是通过以下技术方案来实现的:

一种铝诱导低温制备大晶粒多晶硅薄膜的方法,其特征在于包括如下过程:

(1)、衬底经清洗去污后,在其上用物理气相沉积法生长一层非晶硅薄膜,厚度为100nm至500nm;

(2)、将上述非晶硅薄膜置于纯氧气或者空气中生成一层二氧化硅薄膜,温度范围是200℃至500℃,时间0.5小时至10小时;

(3)、在形成的二氧化硅薄膜上用物理气相沉积法生长一层铝薄膜,厚度为30nm至100nm,得到衬底/a-Si/SiO2/Al叠层结构;

(4)、上述第(1)、(3)步所述物理气相沉积法满足以下要求:沉积室的工作真空度在3.0×10-2Pa至10Pa之间,所用的Si靶或Al靶原材料的纯度均高于99.99%;

(5)、将衬底/a-Si/SiO2/Al叠层置于真空退火炉中,在惰性气氛保护下,分三步退火:第一步,425℃-480℃退火1-10分钟,快速降温至350℃-400℃低温;第二步,保持在350℃-400℃低温退火60-120分钟;第三步,由350℃-400℃低温逐步升温至初始的425℃-480℃高温,升温速率为25℃/小时,退火后生成晶粒尺寸大于100微米的多晶硅薄膜;

(6)、用铝腐蚀液腐蚀去除表面残留的铝金属。

上述步骤(1)所述的物理气相沉积法包括磁控溅射和离子束溅射,上述步骤(3)所述的物理气相沉积法包括磁控溅射、离子束溅射和热蒸发法。

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