[发明专利]制造多晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造用于太阳能电池中的多晶硅(polycrystalline silicon，poly-Si)薄膜的方法，更具体说来，涉及根据金属诱导结晶(metal-induced crystallization，MIC)工艺，使用非晶形硅(amorphous silicon，a-Si)薄膜有效制造多晶硅薄膜的方法。

背景技术

一般说来，在制造多晶硅(poly-Si)期间出现的大部分问题都是由于使用易受高温影响的玻璃衬底导致工艺温度无法充分升高到使非晶形硅(a-Si)薄膜结晶的温度所引起。

在多晶硅的制造中，需要高温退火工艺的工艺可以是将非晶形硅薄膜变为结晶硅薄膜的结晶工艺，以及包含掺杂工艺和电活化工艺的掺杂剂活化工艺。

近来，已经提出在玻璃衬底允许的低温下，花费少量时间形成多晶硅薄膜的各种低温多晶硅(low-temperature poly-Si，LTPS)工艺。形成多晶硅薄膜的典型方法可包含固相结晶(solid-phase crystallization，SPC)工艺、准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)工艺和金属诱导结晶(MIC)工艺。

SPC工艺是由非晶形硅形成多晶硅层的最直接且最古老的方法。SPC工艺可包含在约600℃或600℃以上温度下，使非晶形硅薄膜退火数十小时，以形成具有尺寸为约数微米的晶粒的多晶硅薄膜。使用SPC工艺获得的多晶硅薄膜中的晶粒会具有高缺陷密度，因退火温度高而难以采用玻璃衬底，并且因退火工艺持续时间较长引起工艺时间增加。

ELA工艺包含用准分子激光束瞬时照射非晶形硅层数纳秒(nano-second)，以在不破坏玻璃衬底的情况下，使非晶形硅层熔融并再结晶。

然而，已知ELA工艺在大量生产方面存在严重问题。在ELA工艺中，根据激光照射，多晶硅薄膜具有极不均匀的晶粒结构。具有较窄加工范围的ELA工艺会妨碍均匀结晶硅薄膜的形成。另外，表面粗糙的多晶硅薄膜可能会不利地影响装置的特性。当将这种多晶硅层施用于明显受薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)均匀度影响的有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)时，这一问题变得很严重。

提出的MIC工艺可克服上述问题。MIC工艺可包含使用溅镀工艺或旋涂工艺在非晶形硅上涂覆金属催化剂，并使用低温退火工艺诱导非晶形硅结晶。各种金属，例如镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)和钯(Pd)，都可用作金属催化剂。一般说来，MIC工艺可以使用镍作为金属催化剂执行，因为反应易于控制，并且可以获得较大晶粒。尽管MIC工艺可以在低于约450℃的温度下进行，但在实际大量生产方面，MIC工艺还存在相当大问题。具体说来，扩散到TFT的活化区中的大量金属会导致典型的金属污染，由此增加漏电流，而这是TFT的一个特性。

尽管LTPS最初是在尝试将LTPS施用于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)时开发出来的，但随着近来主动矩阵式有机发光二极管(active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED)和薄膜多晶硅太阳能电池的引入，已经越来越需要开发LTPS。

由于在不久的将来，AMOLED将与市场上用于多种显示器产品组的非晶形硅TFT LCD竞争，故迫切需要一种以低成本和高产率制造多晶硅薄层的方法。此外，由于AMOLED还将与用于太阳能电池中的结晶晶片竞争，故可以重点考虑一种制造多晶硅薄层的方法。因此，产品的生产成本和市场竞争力可取决于以比非晶形硅TFT LCD和包含结晶晶片的太阳能电池(其制造技术已经达到稳定阶段)成本更低且更稳定的方式制造多晶硅薄层的技术。