[发明专利]两步退火辅助氯化镍诱导晶化非晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两步退火辅助氯化镍诱导晶化非晶硅薄膜的方法，是一种溶液法金属诱导晶化非晶硅薄膜材料的制备方法，属于多晶硅薄膜制备工艺技术领域。

背景技术

多晶硅薄膜太阳电池已被光伏界人士公认为能够实现高效率、低成本、长寿命的第二代太阳电池的候选者之一，一般情况下，大晶粒的优质多晶硅薄膜有助于提高多晶硅薄膜太阳电池的转换效率。另外，多晶硅薄膜也广泛应用于图像传感器、 薄膜晶体管等微电子技术领域。

多晶硅薄膜的制备方法按照生长膜的过程可以分为两大类：一类是直接将多晶硅沉积在预置衬底上，其主要方法有低压化学气相沉积法（LPVD），热丝化学气相沉积法（HWCVD），等离子体化学气相沉积法（PECVD）等；直接获得多晶硅的工艺需要很高的温度（620^oC～650^oC），并且得到的多晶硅材料性能很差。通过高温退火(1000^oC以上)可以改善材料的性能，但是这种方法只适用于比较昂贵的石英衬底而不能用于一般的玻璃衬底。第二类方法来制备微晶硅薄膜：先制备非晶态薄膜，再通过高温炉退火、金属诱导晶化以及激光晶化等将非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。

高温炉退火是利用非晶硅薄膜再结晶制备多晶硅薄膜的一种最直接、 最简单的方法，也是人们最早采取的一种晶化技术，但该方法存在着一个问题，那就是在较低温度下(600^oC左右)退火时，退火时间过长(长达十几个小时)。金属诱导晶化即通过对制备好的Al、Cu、Au、Ag、Ni、Pb等金属与非晶态硅的复合薄膜在低温下进行退火处理，在以上金属的诱导作用下使a-Si薄膜低温晶化而获得多晶硅薄膜。金属诱导法成功实现了低温（＜600^oC）制备多晶硅，也存在缺陷：在晶化的过程中诱导金属易进入硅薄膜，金属污染硅基半导体器件。激光晶化指将一束很窄的激光作为源能量打在在硅薄膜的表面并移动以使硅薄膜材料的不同区域依次熔化而结晶，利用激光晶化制备的多晶硅薄膜晶粒均匀、性能优良，但是，该技术也有着很大的缺点，如设备昂贵、工艺的重复性较差、难以实现大面积制备等。因此，如何获得优质的多晶硅薄膜多年来一直是国内外众多研究者的一个研究热点。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种两步退火辅助氯化镍诱导晶化非晶硅薄膜的方法。通过两步退火辅助氯化镍诱导晶化非晶硅薄膜来获得优质的多晶硅薄膜。一方面引入金属降低a-Si薄膜的晶化温度的同时，通过控制溶液中氯化镍的浓度来减少了金属残余污染物的数量，另一方面经过两步退火，可以促进氯化镍诱导，缩短整个退火时间，具有制备工艺简化、污染小和成本低等特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种两步退火辅助氯化镍诱导晶化非晶硅薄膜的方法，具有以下步骤：

a)      使用载玻片作为衬底，分别用分析纯丙酮，酒精和去离子水对衬底进行超声波清洗，使玻璃衬底清洁，烘干后放入等离子增强化学气相沉积反应室；

b)      采用等离子增强化学气相沉积PECVD设备在载玻片生长一层非晶硅a-Si薄膜，沉积时衬底的温度为150^oC～250^oC，沉积压强即真空度为1.lTorr，沉积薄膜厚度为200 nm～300nm；溅射功率为200W，射频频率为13.56MHz，气源为纯度为100%的硅烷，作为稀释硅烷使用的氢气纯度为5N；

c)      配制体积比为乙醇：甲苯=1：4的溶液，向溶液中加入乙基纤维素，并不停搅拌直至完全溶解，冷置5～10min，使溶液变粘稠；将氯化镍加入到乙醇当中置于磁力搅拌仪上加热搅拌，加热温度为60^oC，待完全溶解将该溶液加入到乙醇和甲苯混合的粘稠溶液中，配置成质量浓度为0.5%～1%的粘稠性氯化镍溶液。

d)      通过旋涂法将氯化镍溶液旋涂在非晶硅a-Si薄膜表面；匀胶机的转速为1500 rpm～2100rpm；

e)      将上述步骤d)旋涂好之后的非晶硅薄膜样品放入石英舟内，将装载好的石英舟置于石英管式退火炉中，在400^oC～450^oC退火1～2小时再升温到500^oC～550^oC退火1～4小时后自然冷却；在整个退火过程中，通入氮气作为保护气体，气体流量为100sccm，退火的升温速率为5^oC/min；