[发明专利]一种三氧化二铝薄膜的原子层沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种半导体材料表面钝化膜的制备方法。

背景技术

在晶硅太阳电池领域中，晶硅电池的钝化材料主要包括氧化硅(SiO₂)、非晶硅(α-Si)、氮化硅(SiN_x)、三氧化二铝(Al₂O₃)和碳化硅(SiC_x)等。其中，Al₂O₃薄膜含有高浓度(1012～1013e/cm²)的固定负电荷并且薄膜中含有较高浓度(2～5atom%)的自由氢原子，这使得Al₂O₃薄膜非常适合作为p型晶硅电池背电极的钝化材料。电池片在光照时产生光生载流子，光生载流子分为多子和少子，其中少子的寿命对光电转换效率有极其重要的影响。当单晶硅太阳能电池片减薄时，表面寿命远低于体寿命。表面钝化能够降低半导体的表面活性，使表面的复合速度降低，减少表面少子的复合中心。相关研究表明，基于工业生产工艺、引入Al₂O₃钝化技术的p型晶硅电池光电转换效率可以达到19～20%。

Al₂O₃薄膜的主要制备工艺有原子层沉积(ALD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺和磁控溅射(Sputtering)工艺等。其中，ALD工艺制备的Al₂O₃薄膜对晶硅电池的钝化效果最好。ALD工艺是一种以准单分子层形式逐层生长的周期性工艺，制备的Al₂O₃薄膜具有致密、成分厚度均匀、厚度控制精确、台阶覆盖性高等优点。ALD工艺已经成为晶硅电池领域Al₂O₃钝化层的主流制备工艺。

在p型晶硅电池中引入Al₂O₃钝化层后，为防止Al₂O₃薄膜在后续的铝背场烧结工艺中被破坏，需要在Al₂O₃薄膜外侧沉积一层SiNx帽层。在实际应用过程中，Al₂O₃/SiNx叠层薄膜在经历～800℃的铝背场烧结工艺后往往在薄膜中会出现一定数量的气泡，气泡的出现降低了Al₂O₃的钝化性能并使铝背电极同晶硅电池的接触性能变差，这些问题的出现均会降低晶硅电池的性能。

发明内容

为了解决本领域存在的问题，本发明的目的在于提供一种三氧化二铝薄膜的原子层沉积制备方法。

本发明的另一目的是提出所述方法制备得到的三氧化二铝薄膜及包含所述三氧化二铝薄膜的光电器件。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种三氧化二铝薄膜的原子层沉积制备方法，包括步骤：

1）在原子层沉积反应腔室中装载硅衬底，将所述反应腔室抽真空，气压稳定在0.1-50Torr（通入惰性气体使压力稳定）；

2）以三甲基铝（TMA）为铝源、H₂O为氧源，进行原子层沉积，反应周期数为40-160；

3）以三甲基铝为铝源、O₃为氧源，进行原子层沉积，反应周期数为95-300。

其中，所述硅衬底为p型晶体硅或n型晶体硅。

H₂O和O₃由于与TMA反应源活性较大，一般应用在热原子层沉积工艺中；O₂则需要借助等离子体辅助以提高O的活性，一般应用在等离子体辅助原子层沉积工艺。出于降低设备成本的考虑，在工业生产中一般选择热原子层沉积工艺。