快速光热退火法制备多晶硅薄膜的研究.pdf

第2期电子元件与材料Vol.24No.2
2005年2月ELECTRONICCOMPONENTS&MATERIALSFeb.2005

研究与试制
R&D

快速光热退火法制备多晶硅薄膜的研究

冯团辉，卢景霄，张宇翔，杨仕娥，李瑞，靳锐敏，王海燕，郜小勇
（郑州大学教育部材料物理重点实验室，河南郑州450052）

摘要:为了制备应用于太阳电池的优质多晶硅薄膜，研究了非晶硅薄膜的快速光热退火技术。先利用PECVD设
备沉积非晶硅薄膜，然后放入快速光热退火炉中进行退火。退火前后的薄膜利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显
微镜（SEM）测试其晶体结构及表面形貌，用电导率设备测试其暗电导率。研究表明退火温度、退火时间对非晶硅薄
膜的晶化都有很大的影响，光热退火前先用常规高温炉预热有助于增大多晶硅薄膜的晶粒尺寸和暗电导率。
关键词:半导体材料；快速光热退火；非晶硅薄膜；多晶硅薄膜；晶粒尺寸；暗电导率
中图分类号:TM23文献标识码:A文章编号:1001-2028（2005）02-0026-03

StudyofPreparingPolycrystallineSiliconThinFilmsbyRTA
FENGTuan-hui,LUJing-xiao,ZHANGYu-xiang,YANGShi-e,LIRui,JINRui-min,WANGHai-yan,
GAOXiao-yong
(LaboratoryofMaterialPhysicsoftheMinistryofEducationofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,China)

Abstract:TheRTAtechniqueforcrystallizationofa-Si:Hthinfilmswasstudiedinordertopreparehighquality
polycrystallinesilicon(poly-Si)thinfilmsappliedforpoly-Sithin-filmsolarcells.Thea-Si:Hthinfilmsweredepositedby
PECVDandthenwereannealedinRTAfurnace.Themicrostructure,morphologyandelectricpropertyofthinfilmswere
investigatedbyXRD,SEManddarkconductivitymeasurements.Theresultsshowthattheannealingtemperatureand
annealingtimehaveagreateffectonthecrystallizationofa-Si:Hthinfilms.Inaddition,thegrainsizeanddarkconductivityof
poly-SithinfilmscanbeincreasedthroughpreheatingintraditionalfurnacebeforeRTA.
Keywords:semiconductormaterials;rapidthermalannealing(RTA);amorphoussiliconthinfilm;polycrystallinesilicon
thinfilm;grainsize;darkconductivity

多晶硅薄膜被公认是实现高效率、低成本、长寿
1实验
命的第二代太阳电池的候选者之一，而优质的多晶硅
薄膜是获得高效多晶硅薄膜太阳电池的前提。另外，以标准工艺清洗的石英玻璃衬底，采用国产四室
多晶硅薄膜技术也广泛应用于图像传感器和薄膜晶体PECVD设备沉积本征a-Si:H薄膜样品，厚度约为1.4
管等微电子技术领域。因此，如何获得优质的多晶硅µm。沉积时衬底温度为100℃，气源采用氢稀释的硅
薄膜多年以来一直是众多研究单位的一个研究热点。烷气体，其中氢气流量105cm3/min，硅烷流量35
用PECVD法直接沉积的多晶硅薄膜晶粒较小、缺陷cm3/min，沉积室预真空为5.6×10–4Pa，沉积过程中
较多、光电性能较差。因此很多研究单位选择用沉积室气压是133Pa，射频电源功率是60W。然后把
PECVD法沉积非晶硅薄膜，再通过再结晶技术使非薄膜样品放在RTP—300型快速光热处理炉中进行退
晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。在常规高温炉退火[1]、火，其结构如示意图1所示，图中1为后反光板、2
快速热退火[2~4]、金属诱导晶化[5]、激光晶化[6]等诸多为卤钨灯、3为石英盒、4为上反光板、5为石英支架、
晶化方法中，快速光热退火（RTA）用时短、耗能少、6为热电偶、7为前反光板、8为垫板。退火过程中采
效率高，