一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，采用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，以玻璃片為襯底，在襯底上利用共濺射法濺射制備Al/a-Si復合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，通過調節(jié)Al/Si共濺射的功率比可控制薄膜中的Al/Si含量。采用Si濺射功率為100~350W、Al濺射功率20~30W共濺射制備出Al/a-Si復合膜，再將其放入RTP快速光熱退火爐中于N2氣氛下150℃~300℃退火10~15min，可得到晶化率為45%~90%、晶粒尺寸為20~100nm的多晶硅薄膜，提高了晶化效率，實現(xiàn)了低溫快速制備出晶化率高、均勻性好的多晶硅薄膜。
【專利說明】一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，屬于高效硅基薄膜太陽電池領域。

【背景技術】
[0002]多晶娃(Polycrystalline silicon)薄膜因具有載流子遷移率高、吸收系數(shù)大、光電導性能好及穩(wěn)定性高等優(yōu)點，可廣泛應用于各種光電子器件，如薄膜晶體管、太陽電池、圖像傳感器等。多晶硅薄膜大多是由非晶硅薄膜晶化來獲得，目前，非晶硅(Amorphoussilicon)薄膜晶化的方法主要有:快速熱退火法、準分子激光晶化、固相晶化法、金屬誘導法和微波退火法等。其中，金屬誘導退火晶化法因具有溫度低、時間短、與器件工藝匹配等特點而倍受人們的青睞。人們通過對鎳(Ni)、招(Al)、金(Au)、銅(Cu)、鈕(Pd)、鉬(Pt)、銀(Ag)和鉻(Cr)等金屬誘導非晶硅(α-Si)薄膜晶化進行了研究，證實了金屬誘導非晶硅薄膜晶化的驅動力是非晶硅轉化為晶體硅時自由能的降低。此外，還有非晶硅薄膜中的應力、缺陷和位錯也為非晶硅薄膜晶化提供驅動力。其機理是金屬和非晶硅在其界面形成一種亞穩(wěn)態(tài)富金屬硅化物，金屬和硅原子通過這種硅化物進行互擴散，誘導的金屬將會摻進多晶硅中成為摻雜雜質，在硅的能帶中引入一個能級，從而導致非晶硅轉化為多晶硅的活化能降低。其中，金屬鋁(Al)引起的雜質能級約0.069eV，非常接近價帶，使得非晶態(tài)硅向晶態(tài)硅轉變的活化能很低，因此，鋁作為誘導金屬可低溫快速制備出有良好性能的多晶硅薄膜。此外，Al作為第IIIA族元素，摻雜到硅薄膜中成為P型雜質。
[0003]近年來，人們對鋁誘導低溫快速制備多晶硅薄膜的研究很多，如專利(申請?zhí)?201310111724.9)上海大學利用金屬Al的催化作用，首先在襯底上生長非晶硅薄膜、二氧化硅薄膜及Al膜，形成多重界面的結構，然后進行兩部退火，最后將表面Al刻蝕去除，制備出多晶硅薄膜；專利(申請?zhí)?201210215016.5)，北京航空航天大學采用金屬點陣誘導晶化非晶硅薄膜，具體是先在襯底上制備金屬點陣，然后鍍上金屬薄膜，在金屬薄膜上制備非晶硅薄膜，通過退火制備多晶硅薄膜；西安理工大學梁戈等人在《人工晶體學報》2011年40卷第I期上公布了通過制備Al/Si/Al/Si….Al/Si/glass結構的薄膜,經(jīng)退火后制備出多晶硅薄膜。Al誘導低溫快速制備多晶硅薄膜的方法大多是先制備出Al/a-S1、a-Si/Al、Al/Si02/a-Si和Al/A103/a-Si結構的復合膜，再進行退火制備出多晶硅薄膜。因此，硅薄膜從Al/Si界面開始逐漸晶化，存在晶化效率低、均勻性差和薄膜分層等不足。鑒于此，本專利提出一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，其特征是采用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，利用共濺射在襯底上制備Al/a-Si復合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，經(jīng)過退火處理制備出多晶娃薄I吳，具有晶化界面大、效率聞、晶粒分布均勻等優(yōu)點。


【發(fā)明內容】

[0004]針對【背景技術】提出的問題，本發(fā)明提出一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，具體是利用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)為制備系統(tǒng)，本地真空為6.0X 10_，4.0X 10_4pa ;利用玻璃片為襯底經(jīng)清洗后再N2吹干；濺射氣體用純度為99.999%的Ar氣，流量為22sCCm ;采用純度為99.999 %的硅靶和純度為99.999%的Al靶為靶材，工作氣壓為6.8?7.2pa，在襯底上共濺射制備Al/a-Si復合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，復合薄膜中的Al/Si含量可通過調節(jié)Al/Si濺射功率比來調控；將Al/a-Si復合薄膜放入RTP-500快速光熱退火爐中N2氣氛下進行退火處理，從而實現(xiàn)了低溫快速制備多晶硅薄膜。
[0005]本發(fā)明按以下步驟實施
A)利用三靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，將濺射系統(tǒng)的本底真空抽至6.0 X 10^4.0 X 10_4pa ；
B)利用玻璃片為襯底，并經(jīng)丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲清洗l(Tl5min后再用N2吹干；
C)濺射氣體用純度為99.999%的Ar氣，流量為22Sccm ；
D)采用純度為99.999%的硅靶和純度為99.999%的Al靶為靶材，工作氣壓為6.8^7.2pa，在襯底上共濺射制備Al/a-Si復合膜；
E)將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，通過調節(jié)Al/Si的濺射功率比來控制復合膜中的Al/Si含量；
F)將Al/Si共濺射制備的Al/a-Si復合薄膜放入RTP-500快速光熱退火爐中于N2氣氛下進行退火處理，制備出多晶硅薄膜。
[0006]本發(fā)明與公知技術相比具有的優(yōu)點及積極效果
1、本發(fā)明涉及一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，增大了復合薄膜結晶界面的面積，增加了薄膜的結晶速率、降低了晶化溫度并縮短了晶化時間；
2、共濺射法制備的多晶硅薄膜晶粒均勻分布在薄膜內，改善了薄膜的均勻性。
[0007]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法的復合膜結構圖圖3為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法在實施例1下的多晶娃形貌圖；
圖4為本發(fā)明提出的一種共濺射法低溫快速制備多晶硅薄膜的方法在實施例1的薄膜Raman 圖。
[0008]

【具體實施方式】
實施例1
本實施例按以下步驟
采用JCP-450三靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，以玻璃片為襯底，并依次使用丙酮、無水乙醇和去離子水對其分別進行超聲清洗l(Tl5min，再用N2吹干，以多晶硅靶(純度99.999 %、電導率0.02 Ω cm)為靶材和純度為99.999%的Al靶為靶材，濺射氣體為純度99.999%的Ar氣；將濺射腔室的本底真空抽至5.0X 10_4pa，打開通氣閥通入Ar氣，Ar氣流量為20sCCm，調節(jié)濺射壓強為6.8pa^7.2pa，在襯底上共濺射制備Al/a-Si復合膜，其中非晶硅(a_Si)薄膜的濺射功率為100W?300W，鋁(Al)膜的濺射功率為2(T30W，將共濺射制備的Al/a-Si復合膜放入快速光熱退火爐中于N2氣氛下，以150°C ?300°C的溫度進行快速退火l(Tl5min。得到晶化率達45%?90%，晶粒尺寸為2(Tl00nm的多晶硅薄膜。
【權利要求】
1.一種共濺射低溫快速制備多晶硅薄膜的方法，其特征包括:“采用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，在玻璃襯底上共濺射制備Al/a-Si復合膜，將Al均勻填埋在a-Si薄膜中，通過調控Al/Si共濺射的功率比來控制復合膜中的Al/Si含量，將Al/a-Si復合膜放入快速退火爐中于N2氣氛下進行低溫快速退火，該方法具有晶化溫度低、時間短等優(yōu)點，可制備出晶化率高和均勻性好的多晶硅薄膜。
【文檔編號】C23C14/06GK104404462SQ201410649289
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】楊培志, 段良飛, 楊雯 申請人:云南師范大學