干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103227239A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103227239103227239A(43)申请公布日2013.07.31(21)申请号201310111724.9(22)申请日2013.04.02(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人钱隽史伟民廖阳李季戎王国华周平生(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.H01L31/18(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)发明名称干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法(57)摘要本发明涉及一种干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法，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。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、再刻蚀去铝。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制备。CN103227239ACN103279ACN103227239A权利要求书1/1页1.一种干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法，其特征在于，具有以下过程和步骤：1）玻璃衬底的清洗：首先，使用曲拉通，即聚氧乙烯-8-辛基苯基醚TritonX-100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；2）非晶硅薄膜的形成：使用等离子体增强化学气相沉积方法，在上述衬底上沉积一层非晶硅薄膜，薄膜厚度300-500nm，沉积时衬底的温度为250℃，使用的气源为99.999%的硅烷和氢气，控制气体辉光放电的气压为50-200Pa，射频电压为13.56MHz；3）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0.5-72小时，形成一层1-20nm的二氧化硅薄膜；4）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为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；5）然后将样品置于以氮气为保护气退火炉中，450℃-550℃快速退火10分钟；6）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；7）将退火后的样品置于磁控溅射中刻蚀去掉表面残留的铝。2.根据权利要求1所述的干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法，其特征在于，所述步骤2）的等离子体增强化学气相沉积中，使用的气源为99.999%的硅烷以氢气作为稀释，其中氢气所占混合气体比例为2%。2CN103227239A说明书1/3页干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法技术领域[0001]本发明涉及一种干法刻蚀两步法铝诱导非晶硅晶化薄膜的方法，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]低压化学气相沉积法（LPCVD）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。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。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，非晶硅不发生晶化，而太高时，由于未能形成重结晶的固液界面，薄膜内的液化区温度比熔点高得多，冷却速度过快，直接导致多晶硅发生非晶化或微晶化。况且激光诱导晶化法设备复杂，制造成本较高，在对于要求经济效益高的工业化生产中，显然不是最优选择。快速退火法（RTA）处理过程，使用卤钨灯光加热的方法是升温及降温。所谓“快速”顾名思义是指升温和降温速度很快，可以再几秒内升温几百度，因此单位时间内温度的变化量是很容易控制的。通过控制升温阶段、稳定阶段和冷却阶段这三个阶段的时间、温度，可以制备不同晶粒尺寸大小的