铝在低温下诱导非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103311105A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103311105103311105A(43)申请公布日2013.09.18(21)申请号201310181115.0(22)申请日2013.05.16(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人史伟民钱隽金晶李季戎廖阳王国华许月阳(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人陆聪明(51)Int.Cl.H01L21/203(2006.01)H01L21/324(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称铝在低温下诱导非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜的方法(57)摘要本发明涉及一种铝在低温下诱导非晶硅制备多晶硅薄膜的方法，其属于多晶硅薄膜制备技术领域。利用金属铝的催化作用，在低温下通过两步退火法，将非晶硅薄膜诱导晶化为多晶硅薄膜，以减少金属沾污。其主要技术方案是：首先在玻璃上作为生长衬底，后续依次制备非晶硅、二氧化硅及铝膜，形成多重界面的结构。然后，进行两步退火，先进行快退，后续将样品置退火炉中进行慢退火、再腐蚀去铝，并用氮气吹干。最后可制得铝诱导晶化的多晶硅薄膜，晶粒大小约为50-200nm。本发明可有效缓解金属诱导晶化（MIC）技术中，金属污染，适用于场效应晶体管和薄膜太阳能电池等光电器件制备。CN103311105ACN1035ACN103311105A权利要求书1/1页1.一种以金属铝在低温下诱导非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜的方法，其特征在于具有以下过程和步骤：(a)衬底玻璃的清洗：首先使用曲拉通溶液，清洗玻璃衬底的表面污垢，然后将该衬底分别依次放在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波清洗15分钟，并用氮气吹干；(b)非晶硅薄膜的形成：使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，在上述衬底上沉积一层非晶硅(a-Si:H)薄膜，薄膜厚度约300nm，沉积时衬底的温度为250℃，使用的有一定比例的气源为5N即99.999%的硅烷（SiH4）和氢气(H2)，控制气体辉光放电的在一定气压及射频电压范围；(c)二氧化硅薄膜的形成：将生长好的非晶硅薄膜样品放在氧气室中在20-200℃下氧化0.5小时-72小时，从而形成一层约1-20nm的二氧化硅薄膜；(d)淀积金属层：取出样品后用真空蒸发法或者磁控溅射法在样品表面淀积一层厚度约5-100nm的金属铝薄膜，得到衬底/a-Si:H/SiO2/Al结构，其中蒸发或者溅射原料是99.999%的铝粉或者铝靶；(e)然后将样品置于以氮气为保护气、的快速退火炉中退火10分钟，并将样品在退火炉中自然冷却；(f)再置于真空度为1-10Pa的恒温退火炉中，在250℃-450℃条件下恒温退火处理1-2小时，并将样品在退火炉中自然冷却；(g)将退火后的样品置于混合腐蚀液（磷酸：醋酸：硝酸：去离子水=80%：5%：5%：10%）中，腐蚀去掉表面残留的铝。2.根据权利要求1的一种以铝诱导非晶硅晶化为多晶硅薄膜的方法，其特征在于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)中，使用的气源的5N的硅烷（SiH4）以氢气(H2)作为稀释其中H2所占混合气体比例约为2%。3.根据权利要求1，2的一种以铝诱导非晶硅晶化为多晶硅薄膜的方法，其特征在于气体辉光放电的气压范围为50-200Pa，射频电压为13.56MHz。2CN103311105A说明书1/3页铝在低温下诱导非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜的方法技术领域[0001]本发明涉及一种以金属铝在低温下诱导非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜的制备方法，主要利用金属铝的催化作用，在低温下诱导非晶硅膜晶化为多晶硅膜，其属于多晶硅薄膜制备技术领域。背景技术[0002]目前制备多晶硅薄膜的方法主要要有:低压化学气相沉积法(LPCVD)、固相晶化法(SPC)、准分子激光诱导晶化法(ELA)、快速热退火晶化法（RTA）等。[0003]用LPCVD法制备多晶硅成膜致密、均匀,而且能大面积生产,但是用这种方法制备时,所需衬底的温度较高,且沉积速度较慢,并不能使用廉价的玻璃为衬底，最重要的是这种方法淀积的多晶硅薄膜所生成的颗粒较小，造成薄膜晶界多，缺陷多，影响后续太阳能电池的效率。[0004]固相晶化法（SPC）虽然工艺设备简单，但是对基板材料的选择限制较大，不太适合在玻璃衬底上制作，而且即便在其他可耐高温的基底材料上，淀积多晶硅薄膜也有受所需温度太高、耗时过高、耗能大，成本过高的因素制约。[0005]准分子激光晶化法（ELA），首先是用不同能量密度的激光束，照射非晶硅表面，使得非晶硅加热熔化，液态非晶硅冷却时发生晶化。故要求激光能量密度适中，而当激光能量密度小于晶化阈值能量密度时