CN101740358A - 在玻璃衬底上制备p型多晶硅薄膜的方法 - Google Patents

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陈诺夫
施辉伟
尹志岗
吴金良
王彦硕
汪宇
张汉
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Abstract

一种在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：在普通玻璃衬底上用磁控溅射沉积制作铝薄膜，形成样品；步骤2：将样品在空气中暴露以制作氧化膜；步骤3：将制作有氧化膜样品的表面利用磁控溅射沉积非晶硅薄膜；步骤4：利用快速热处理设备，将制作有非晶硅薄膜的样品进行退火处理，完成多晶硅薄膜的制作。

Description

在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种在玻璃衬底上制备多晶硅薄膜的方法。特别是涉及一种在玻璃衬底上制备具有择优取向的P型多晶硅薄膜的方法。
背景技术
多晶硅薄膜在集成电路领域、液晶显示领域，特别是太阳能光伏发电领域有着很广泛的实用价值和应用前景。随着科学技术的发展，在常规硅片衬底上制作加工器件的技术面临着材料浪费、材料市场价格上涨、原料供应等诸多问题。如何在非硅衬底(比如玻璃、石墨)上制作多晶硅薄膜逐渐成为人们研究的焦点。
多晶硅薄膜的制作过程主要分为两个步骤，硅薄膜沉积以及退火。目前主要的薄膜沉积方法有化学气相沉积(CVD)方法，以及磁控溅射方法。目前主要的退火方法有固相外延(SPC)，激光退火(LIC)，区域熔融法(ZMR)，快速热退火(RTA)等。
另一方面，为了在普通玻璃上制备多晶硅薄膜，近年来发展出了低温制膜技术，主要是铝诱导结晶(AIC)技术。铝诱导结晶方法主要是指在低熔点衬底上(比如玻璃)依次沉积铝、非晶硅薄膜，然后在低于577摄氏度的温度下退火得到多晶硅薄膜的方法。该方法能应用于大面积低温制备多晶硅薄膜，并且相对于以上提及的各种方法而言相关设备成本较低，所采用的原料安全性高、无污染，生产所需能耗低。
发明内容
本发明的目的是提供一种在普通玻璃衬底上快速制备出具有(111)择优取向的P型多晶硅薄膜的方法。主要可应用于薄膜多晶硅太阳能电池的生产。
本发明提供一种在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在普通玻璃衬底上用磁控溅射沉积制作铝薄膜，形成样品；
步骤2：将样品在空气中暴露以制作氧化膜；
步骤3：将制作有氧化膜样品的表面利用磁控溅射沉积非晶硅薄膜；
步骤4：利用快速热处理设备，将制作有非晶硅薄膜的样品进行退火处理，完成多晶硅薄膜的制作。
其中铝薄膜的厚度为300-500纳米。
其中沉积制作铝薄膜的温度为室温。
其中制作氧化膜的时间为8-12分钟。
其中磁控溅射沉积非晶硅薄膜的靶材料为本征高纯硅。
其中磁控溅射的溅射方法为交流溅射。
其中非晶硅薄膜的厚度为400-500纳米。
其中快速热退火的设备参数设置为：温度500-650摄氏度，时间为4-6分钟，氮气气氛保护。
本发明将常规铝诱导结晶以及快速热退火结合起来并改良参数设置，通过制备适用于铝诱导结晶的未退火得样本，然后利用快速热退火设备设置温度在如步骤4条件下进行样本退火，从而在普通玻璃沉底上快速制备了具有(111)择优取向的多晶硅薄膜。
本发明具有如下优点：
1、本发明所述过程均可在现有的实验设备上进行合理参数设置便可进行，无需进行设备改造，节约了设备成本。
2、本发明所述过程制备的多晶硅薄膜具有(111)择优取向。
3、整个制备过程所需温度不高于660摄氏度，所需时间短，易于大规模生产，可适用于普通玻璃作为衬底的多晶硅薄膜太阳能电池的生产，有利于降低成本。
附图说明
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中：
图1是玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法流程图；
图2是普通玻璃衬底上制备的多晶硅薄膜的XRD图(退火后样本上包含的铝材料已经通过常规铝腐蚀方法去掉)。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明一种在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在普通玻璃衬底上用直流磁控溅射沉积制作铝薄膜，形成样品；所述铝薄膜的厚度为300-500纳米(本实施例为500纳米)；沉积制作铝薄膜的温度为室温；磁控溅射主室本底真空为5*10-5Pa，氩气气氛溅射，溅射气压0.5Pa，；为了保证样品表面平整度，采用普通玻璃衬底要求表面经过镜面抛光；为了保证铝膜厚度的均匀性，溅射铝膜时衬底要缓慢旋转；得到的铝膜表面光亮如同镜面；透过玻璃衬底观察铝膜为银白色；
步骤2：将样品在空气中暴露以制作氧化膜；所述制作氧化膜的时间为8-12分钟(本实施例为10分钟)；氧化膜制作过程中需保持样品温度在室温；氧化膜制作过程序要保证样品表面不要收到污染，重新放入磁控溅射预处理室之前可用氮气清洁表面；
步骤3：将制作有氧化膜样品的表面利用磁控溅射沉积非晶硅薄膜；所述磁控溅射沉积非晶硅薄膜的靶材料为本征高纯硅；所述磁控溅射的溅射方法为交流溅射；沉积制作非晶硅薄膜的温度为室温；溅射主室的本底真空为5*10-5Pa，氩气气氛溅射，溅射气压0.5Pa；其中非晶硅薄膜的厚度为400-500纳米(本实施例为450纳米)；非晶硅薄膜沉积完成后样品表面仍然光亮，颜色呈深褐色；
步骤4：利用快速热处理设备，将制作有非晶硅薄膜的样品进行退火处理，完成多晶硅薄膜的制作，所述快速热退火的设备参数设置为：温度500-650摄氏度(本实施例为600摄氏度)，时间为4-6分钟(本实施例为5分钟)，氮气气氛保护；退火完成后降温过程仍然保持氮气气氛直到温度降为室温；退火完成后样品表面仍然光亮，颜色从原来的深褐色变成银白色；退火完成后从玻璃衬底观察，颜色从原来的银白色变成深褐色。经过常规的铝腐蚀后，样品表面银白色的铝被去掉，呈现出深褐色的硅薄膜颜色，X射线衍射测试表明该薄膜是具有(111)择优取向的多晶硅薄膜。
图2给出的是普通玻璃衬底上制备的多晶硅薄膜的XRD图(退火后样本上包含的铝材料已经通过常规铝腐蚀方法去掉)。
以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技术者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的权利要求范围，而不限于实施例所揭示的内容。

Claims (8)

1.一种在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在普通玻璃衬底上用磁控溅射沉积制作铝薄膜，形成样品；
步骤2：将样品在空气中暴露以制作氧化膜；
步骤3：将制作有氧化膜样品的表面利用磁控溅射沉积非晶硅薄膜；
步骤4：利用快速热处理设备，将制作有非晶硅薄膜的样品进行退火处理，完成多晶硅薄膜的制作。
2.根据权利要求1所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中铝薄膜的厚度为300-500纳米。
3.根据权利要求1或2所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中沉积制作铝薄膜的温度为室温。
4.根据权利要求1所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中制作氧化膜的时间为8-12分钟。
5.根据权利要求1所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中磁控溅射沉积非晶硅薄膜的靶材料为本征高纯硅。
6.根据权利要求1或5所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中磁控溅射的溅射方法为交流溅射。
7.根据权利要求1或5所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中非晶硅薄膜的厚度为400-500纳米。
8.根据权利要求1所述的在玻璃衬底上制备P型多晶硅薄膜的方法，其中快速热退火的设备参数设置为：温度500-650摄氏度，时间为4-6分钟，氮气气氛保护。
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