[发明专利]一种氢等离子体氛围中铝诱导晶化多晶硅薄膜的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于多晶硅薄膜材料的制备技术，特别是一种氢等离子体氛围中 铝诱导晶化多晶硅薄膜的制备方法。

【背景技术】

多晶硅薄膜，相对于单晶硅具有更低的成本，相对于非晶硅薄膜具有更高的 迁移率和稳定性，其在大面积电子器件特别是太阳电池、薄膜晶体管、传感器中 的广泛应用前景，正吸引着科学界的极大关注。遗憾的是，目前多晶硅薄膜的制 备技术都有它各自的局限性：有的方法制备的薄膜由于晶粒尺寸较小或均匀性较 差从而电学性能欠佳，如等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition——PECVD)低温制备的微晶硅薄膜，其晶粒尺寸和迁移率远 不如多晶结构的硅薄膜；其他，如低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition——LPCVD)，常压化学气相沉积(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition——APCVD)、固相晶化(Solid Phase Crystallization——SPC)等，需要较高的晶化温度；再如准分子激光晶化 (Excimer Laser Annealing  ELA)，快速热退火(Rapid Thermal Annealing ——RTA)等则设备昂贵。金属诱导晶化技术是利用非晶硅与某些金属(如Ni、 Al、Cu等)的结合，降低其晶化温度从而可实现低温制备，它具有工艺简单、 成本低和退火过程短等特点，使它更适合应用于工业生产。其中，铝诱导晶化不 仅能在低温(600摄氏度以下)完全晶化非晶硅薄膜，而制备的多晶硅还具有大 晶粒及100优先取向的优点，特别适宜作为籽晶层低温外延生长多晶硅，这一技 术广泛应用于多晶硅太阳能电池。遗憾的是，即使是铝诱导晶化在较低的温度下 退火仍然需要较长的退火时间，不利于多晶硅太阳能电池及多晶硅薄膜晶体管基 板的产业化。另外，在晶化后的多晶硅薄膜的晶界及晶粒内部通常含有较高的缺 陷态，严重影响多晶硅薄膜及器件的性能及稳定性。而后氢化处理是钝化多晶硅 薄膜器件缺陷态的有效方法之一，较常用的方法是将多晶硅薄膜在氢等离子体的 气氛下退火。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种氢等离子体氛围中铝诱导 晶化多晶硅薄膜的制备方法，该方法利用等离子体降低铝诱导晶化的温度， 缩短实现完全晶化过程的时间，同步实现铝诱导晶化退火和后钝化，提高铝诱导 晶化多晶硅薄膜质量，降低制备过程的能量损耗和成本，为多晶硅薄膜的制备开 辟一条新的道路。

本发明的技术方案：

一种氢等离子体氛围中铝诱导晶化多晶硅薄膜的制备方法，步骤 如下：

1)在衬底上沉积包括非晶硅薄膜、二氧化硅薄膜和金属铝薄膜制得多层薄 膜；

2)将上述多层薄膜放入退火炉中，将退火炉抽真空并将退火炉升温至退火 温度；

3)通入氢气并通过设置于退火炉内的氢等离子体发生源产生氢等离子体， 使多层薄膜暴露于氢等离子体氛围中；

4)在退火炉温度恒定条件下，进行退火；

5)关闭氢气等离子体发生源，停止通氢气，二次抽真空，待自然降温后从 退火炉中取出，即可制得完全晶化的多晶硅薄膜材料。

所述退火炉中的真空度为(200～800)×10^-3torr。

所述退火温度为450℃～550℃。

所述氢等离子体发生源为射频辉光放电、超高频辉光放电、微波激发、热辅 助或热丝分解方法产生的近程或远程氢等离子体源。

所述氢气流量为15sccm～60sccm。

所述退火时间为不少于2小时。

本发明的优点及效果：本发明将铝诱导晶化的退火过程在氢等离子体的气 氛中进行，将传统的退火与后氢化处理工艺合二为一，简化了工艺，降低了成本； 在退火过程中，氢等离子体中的氢原子能在较传统铝诱导晶化更短的退火时间内 晶化非晶硅薄膜，利用氢等离子体氛围加速铝诱导晶化的退火过程，可以有效地 降低铝诱导晶化的退火时间；本发明通过氢等离子体氛围铝诱导晶化制备的多晶 硅薄膜材料，可用于制备多晶硅薄膜太阳电池、平板显示器件中的低温多晶硅薄 膜晶体管等器件，具有工艺简化、热预算少、成本低等特点，是一种适用于大规 模工业生产的多晶硅薄膜材料的晶化方法。