[发明专利]一种多晶硅薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅薄膜材料的制备领域，具体而言，涉及一种多晶硅薄膜材料的制备方法。

背景技术

多晶硅薄膜材料由于具有原材料丰富、便于大面积沉积、光电性能优异、载流子迁移率高等优势而广泛地应用于太阳能电池、薄膜场效应晶体管等领域。目前常用的多晶硅薄膜材料的制备方法可分为两大类，一是直接沉积法，一般是利用化学气相沉积技术，包括等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、热丝化学气相沉积(HWCVD)，在600℃以上的温度，利用硅烷等反应气体直接在衬底上沉积多晶硅薄膜。这类直接沉积的方法由于温度较高，所以不能以廉价的玻璃作为衬底，限制了其发展。

另一类就是间接法，主要包括：固相晶化技术(SPC)、快速热退火技术(RTA)、金属诱导晶化技术(MIC)、激光诱导晶化技术(LIC)。这类方法的共同特点是先在低温下沉积非晶硅薄膜，然后使其再结晶。其中SPC技术和RTA技术在再结晶的过程中仍需使用600℃以上的高温，因此仍有衬底的限制。MIC技术是一种低温晶化技术，是通过在非晶硅薄膜的表面或底部沉积一层金属膜来降低晶化温度，这种技术的优势是可使用廉价的玻璃衬底，且能耗低。存在的问题是所需的金属层往往较厚，如有很多研究显示非晶硅薄膜与金属铝膜的厚度之比大于2:1时才能达到金属诱导晶化的效果，因此金属污染问题是该技术的一个瓶颈。

LIC技术指的是在激光的瞬间脉冲作用下，使薄膜在数十到数百纳秒内升至高温，薄膜表面产生热能效应实现了由非晶硅到多晶硅薄膜的转变。由于激光扫描的过程持续时间很短、激光光束的宽度很小，传递到衬底材料的热量很少，所以对衬底材料要求不是很严格。该技术存在的问题是所需的激光的能量非常大。另外，无论是MIC技术还是LIC技术，目前其晶化前驱物非晶硅薄膜一般都用PECVD方法获得，仍需要硅烷等危险气体。

如申请号为201310163296.4公开了一种低成本高效多晶硅基薄膜的制备方法，其工艺流程包括薄膜沉积和固相晶化两部分。首先，采用等离子增强型化学气相沉积法，在玻璃衬底上生长500-2000nm的前驱体硅基薄膜，通过调节反应气体中硅烷与氢气的比例，在薄膜内部引入不同含量的结晶成分；随后，将薄膜样品在500-600℃下退火处理4-12小时，薄膜内的非晶成分逐渐晶化，最终得到结晶性良好的多晶硅薄膜材料。该方法通过在前驱体硅基薄膜内引入结晶成分，固相晶化过程中不需要形核，有效降低了薄膜的晶化温度，缩短了晶化所需时间，但制备过程中仍需要危险气体硅烷。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶硅薄膜材料的制备方法，该方法具有以下有益效果：(1)非晶硅薄膜和金属铝膜均采用磁控溅射技术获得，不需要硅烷等危险气体；(2)与常规的MIC技术相比，金属铝膜的厚度极薄，金属铝膜与非晶硅薄膜的厚度之比为1:16-60，比如：对于厚度为300nm的非晶硅薄膜，仅需5-19nm的金属铝膜即可，可大大降低金属污染；(3)与常规LIC技术相比，激光阈值能量大大降低，如对于360nm的非晶硅薄膜，22nm的金属铝膜辅助使得激光能量密度仅为3.46×10⁴W/cm²就可以使硅薄膜晶化，晶相体积比已达到55％；而常规的LIC技术需要4.27×10⁴W/cm²才能使薄膜开始晶化，且晶相体积比只有20％；(4)在磁控溅射技术依次沉积非晶硅薄膜和金属铝膜过程中，最高温度不超过150℃，是现有多晶硅薄膜制备工艺中温度最低的，因此可大大降低能耗。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种多晶硅薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

在玻璃衬底上，采用磁控溅射技术依次沉积非晶硅薄膜和金属铝膜，得到复合薄膜；

对所述复合薄膜进行激光辐照，所述非晶硅薄膜晶化，即得所述多晶硅薄膜材料；

其中，在磁控溅射技术依次沉积非晶硅薄膜和金属铝膜过程中，温度不高于150℃。

本发明实施例提供的多晶硅薄膜材料的制备方法，非晶硅薄膜和金属铝膜均采用磁控溅射技术获得，不需要硅烷等危险气体；在磁控溅射技术依次沉积非晶硅薄膜和金属铝膜过程中，最高温度不超过150℃，采用廉价的玻璃衬底即可，多晶硅薄膜制备工艺中温度低，可大大降低能耗。