[发明专利]一种基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅薄膜的制备方法，尤其是涉及一种基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，多晶硅薄膜因成本低且具优良的光电性质而受到研究者的青睐。代表性的铝诱导晶化（AIC）技术制备多晶硅薄膜因处理温度低，退火时间短，且所制备薄膜晶粒尺寸大而受到广泛关注。AIC制备多晶硅薄膜是指先沉积Al/a-Si或a-Si/Al叠层结构，然后将样品在低于Al和Si的共晶温度（577℃）下退火处理得到多晶硅薄膜的技术。目前一般采用常规炉对多晶硅薄膜进行常规退火，很少有文献报道关于退火方式对金属诱导晶化过程的影响。此外，现有的多晶硅薄膜制备过程中一般不包括对a-Si薄膜氢化的步骤，原因是目前业界对多晶硅薄膜中Si-H单键和Si-H₂双键对结晶过程的影响机理的了解不透彻。因此有必要对多晶硅薄膜制备过程中的退火方式和a-Si薄膜的氢化进行研究，提高多晶硅薄膜的生产效率和品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结晶度高的基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）玻璃基底的准备：将玻璃基底分别在丙酮和去离子水中超声清洗，并用氮气吹干备用；

2）采用射频磁控溅射技术在玻璃基底的表面溅射沉积形成金属诱导薄膜，溅射气氛为氩气，溅射功率为50～250W，氩气压力为0.2～1.5Pa；

3）先将上述金属诱导薄膜暴露在空气中自然氧化12～48h，在金属诱导薄膜的表面形成金属氧化物缓冲层，然后采用射频磁控溅射技术在该金属氧化物缓冲层的表面溅射沉积形成a-Si:H前驱体薄膜，得到具有叠层结构薄膜的玻璃基底，溅射气氛为氩气和氢气的混合气体，溅射功率为250～350W，混合气体压力为0.2～1.2Pa；

4）将上述具有叠层结构薄膜的玻璃基底进行快速热退火，退火温度为480～550℃，退火时间为2～60min，自然冷却后在玻璃基底的表面得到基于金属诱导的多晶硅薄膜。

优选地，在步骤3）中，所述的氩气和氢气的混合气体中，氢气的体积百分含量为3～25%。

优选地，所述的a-Si:H前驱体薄膜的厚度大于所述的金属诱导薄膜的厚度，以确保制备的多晶硅薄膜为连续的薄膜。

优选地，所述的金属诱导薄膜为铝诱导薄膜，所述的金属氧化物缓冲层为铝氧化物缓冲层，所述的基于金属诱导的多晶硅薄膜为基于铝诱导的多晶硅薄膜。

由于前驱体薄膜中的H含量影响多晶硅薄膜的结晶过程，因此本发明方法在制备前驱体薄膜过程中通入氢气使前驱体薄膜氢化，氢化得到的a-Si:H前驱体薄膜结晶温度较低，H可以钝化薄膜中的悬挂键，减少缺陷态密度，但过量的H掺杂可导致薄膜的致密度下降。氢气的体积百分含量低于3%时，H与Si反应形成的化学键以Si-H单键为主，因为Si-H单键的键能比Si-Si键大得多，所以在快速热退火过程中，打断Si-H单键需要较多的能量，这减慢了Si原子向Al原子扩散的速率，因而多晶硅薄膜的结晶速率较低，结晶过程较慢；随着氢气含量的增大，H与Si反应形成的化学键以Si-H₂双键为主，由于Si-H₂双键不稳定，在快速热退火过程中极易断裂，使a-Si:H前驱体薄膜的无序性增加，又由于a-Si:H前驱体薄膜微孔中的H向外扩散，进一步加速了Si和Al的交换过程，可见，Si-H₂双键有利于非晶硅薄膜的晶化，促进结晶；当氢气的体积百分含量在15%以上时，多晶硅薄膜的结晶速率明显增加；但当氢气含量高于20%时，前驱体薄膜中的H含量增加幅度较小；氢气含量高于25%后，前驱体薄膜中的H含量趋于平缓，不会再有明显增加。因此，应将氢气的体积百分含量控制在3～25%，更优选的氢气体积百分含量为15～20%。