[发明专利]一种制备大面积多晶薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型金属诱导多晶硅薄膜制造方法，特别是涉及一种具有择优取向且高迁移率的多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

非晶硅薄膜太阳能电池的光衰减特性及转化效率不高，使得人们把更多目光转到多晶硅薄膜上，用多晶来代替非晶可以解决光衰减问题，而且由于缺陷的减少使得转化效率将进一步得到提高，目前，制备低温晶化非晶硅主要有两种方法：激光诱导晶化(ELA)和金属诱导晶化(MIC/MILC)。激光诱导晶化法制备的多晶硅薄膜具有迁移率高，空间选择性好等特点，但重复性、稳定性、均匀性差，难以大面积化，而金属诱导却可以有效地解决激光诱导的不足，但金属诱导也有晶化速率不够高，热处理时间长，晶化速度随热处理时间增加而下降等特点，本发明所公开的就是一种结合金属和激光诱导技术制造优质多晶硅方法，采用本发明所公开的技术制造的多晶硅薄膜具有如下几个特性，可大面积制备，具有择优取向，高的电子迁移率，时间短易于产业化，传统的低温制造多晶硅的方法有用高氢稀释的硅烷射频辉光放电等离子体化学气相沉积来制备多晶硅薄膜，但沉积速率太低，不适合于规模生产，且所制备的多晶薄膜缺陷太多，并非理想的多晶硅薄膜，其二是采用激光照射，激光照射所制备多晶硅薄膜具有低的缺陷态密度，但由于激光束的束斑大小的限制，难以制备大面积多晶硅薄膜。

与本发明所公开的专利相近的是专利号为[200610123789.5]，其所述专利是对金属诱导技术的改进并没有摆脱金属诱导的根本缺点既晶化速率不够高，热处理时间长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有择优取向且高迁移率的多晶硅薄膜的低温制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种制备大面积多晶薄膜的方法，包括如下步骤：

(1)在玻璃基板上淀积一层非晶硅(a-Si:H)薄膜；

(2)采用光刻工艺，在非晶硅薄膜上曝光出条状窗口；

(3)采用磁控溅射法在窗口内非晶硅薄膜上溅射一层金属；

(4)采用激光器对着窗口进行辐照制备多晶薄膜；

(5)用酸除去残留的金属镍。

步骤(1)中，淀积的方法为PECVD法，以SiH₄和H₂为反应气体，衬底温度为220℃。非晶硅(a-Si:H)薄膜的厚度根据实际需要来定。

步骤(2)中，条状窗口的宽度、深度以及每两条条状窗口的间距根据实际需求而定，一般为毫米级。

步骤(3)中，所述的磁控溅射法，射频溅射功率密度为4W/cm²，衬底温度为150℃，Ar气体流量为30mL/min。所述的金属层厚度为5～10nm。所述的金属为镍、金或铝，优选为镍，原因是做为晶化的媒介的镍硅化合物NiSi2与Si的微小晶格不匹配(＜4％)，使得非晶硅更容易晶化。

步骤(4)中，所述的激光器，使用的激光介质为ArF、KrF或XeCl；与激光介质相应的激光波长分别为193nm、248nm和308nm，脉宽在10～50ns之间。优选使用的激光介质为XeCl，激光波长为308nm，因为a-Si材料对308nm的紫外激光有很好的吸收。准分子激光退火晶化的原理为激光光束辐射到a-Si薄膜的表面，使薄膜表面与激光接触的a-Si吸收激光能量，温度急剧上升达到熔点。激光光束以一定的重复频率向前移动，熔融的a-Si冷却再结晶，形成多晶薄膜。由于这一过程持续时间很短且激光光束宽度很小，所以尽管a-Si温度已经达到熔点，但传递到衬底玻璃的热量并不多，不会引起衬底玻璃的热变形，一般基底温度在400℃左右。

步骤(5)中，所述的酸为稀盐酸。

本发明所公开的是一种具有择优取向且高迁移率的多晶硅薄膜低温的制备方法，其有别于常规低温制备多晶硅薄膜之处在于：首先采用光刻技术制备条状窗口为后序镀条状金属做好准备，这样做的优点在于其金属可以更好地引导多晶硅生长方向使其具有择优取向，其优选晶向为(220)，再者利用金属的横向晶化特性使其可以大面积晶化，第二点不同的是镀完金属后是采用激光辐照的形式结晶而非常规的退米处理，采用这种方式的优点在于其所制备的多晶硅薄有比较少的缺陷密度和大的电子迁移率，用这种膜所制备的多晶硅薄膜太阳能电池具有更高的转化效率和光吸收率。