CN101709456A

CN101709456A - 利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法

Info

Publication number: CN101709456A
Application number: CN200910242346A
Authority: CN
Inventors: 施辉伟; 陈诺夫; 黄添懋; 尹志岗; 吴金良; 张汉
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2010-05-19

Abstract

一种利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，包括如下步骤：步骤1：选择一石墨衬底，将石墨衬底抛光；步骤2：在磁控溅射室里，将抛光的石墨衬底磁控溅射多晶硅薄膜；步骤3：溅射结束后自然降温，形成样品；步骤4：将样品置于快速热退火炉里，快速退火，完成多晶硅薄膜的制作。

Description

利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法

技术领域

本发明涉及一种在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法。具体说是先利用磁控溅射沉积非晶硅薄膜，然后用快速热退火处理后形成多晶硅薄膜的方法。

背景技术

多晶硅薄膜既具有晶体硅的电学特性，又具有非晶硅薄膜成本低设备简单且可以大面积制备等优点，因此，多晶硅薄膜不仅在集成电路和液晶显示领域已经广泛应用，而且在太阳能光电转换方面，人们也做了大量研究，寄予了极大的希望。

多晶硅薄膜主要有两种制备途径：一是通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底上直接制备；二是首先制备得到非晶硅薄膜，然后再将非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。目前人们主要关注：如何在廉价的衬底上，能够高速、高质量地生长多晶硅薄膜。石墨是一种廉价耐高温的材料，它的热膨胀系数和硅相近，很适合作为多晶硅薄膜的衬底。

发明内容

本发明的目的是提供一种在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法。它能得到具有完全择优取向的多晶硅薄膜。

本发明提供一种利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一石墨衬底，将石墨衬底抛光；

步骤2：在磁控溅射室里，将抛光的石墨衬底磁控溅射多晶硅薄膜；

步骤3：溅射结束后自然降温，形成样品；

步骤4：将样品置于快速热退火炉里，快速退火，完成多晶硅薄膜的制作。

其中磁控溅射是在氩气气氛下进行，流量为35-45sccm，气压为0.3-0.5Pa。

其中磁控溅射的温度为750-850℃，功率为150-250W。

其中所述的抛光，是先采用粗的金相砂纸再用细的金相砂纸抛光。

其中石墨衬底磁控溅射多晶硅薄膜，是将石墨衬底和溅射室中的靶材相对平行放置，靶距为5-7cm。

其中快速退火，是将快速热退火炉抽成真空，然后通入氮气作保护气。

其中快速热退火炉的真空保持在10³-10⁴Pa之间，退火的温度为1000℃-1050℃，退火的时间为120s。

本发明的优点是：

1.在石墨衬底上制备的多晶硅薄膜具有(220)择优取向。

2.多晶硅薄膜制备过程简单，易于大面积生产。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明的流程图；

图2是石墨衬底上生长的多晶硅薄膜的XRD图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一石墨衬底，首先将石墨衬底切割成正方形，正方形的边长在5cm-2cm左右，石墨衬底的厚度为2mm；然后将石墨衬底抛光，石墨的两个面均要抛光，其中的一面粗抛，另外一面细抛。粗抛的一面只需要用粗的金相砂纸抛光即可。因为粗抛面需要与磁控溅射反应室的加热器良好接触，所以要求粗抛后抛面平整，能够与加热板平整接触，没有凸起的点。另外细抛的一面需先用粗的金相砂纸抛光，直至抛面没有明显的凸起，抛面平整，然后再用细的金相砂纸抛光，使抛面没有明显的划痕。平整的石墨衬底表面有利于形成比较平整、均匀的多晶硅薄膜。

步骤2：将抛光后的石墨衬底放入磁控溅射室里，粗抛的一面与加热器接触，以形成到良好的热接触，减少石墨衬底和加热器的温差。使石墨衬底细抛一面正对着高纯硅靶材。石墨衬底和靶材要平行放置。衬底和靶材的间距为6cm。然后将磁控溅射室抽成真空，真空度在10^-4Pa以下。接着把石墨衬底加热到800℃。等到温度稳定以后，通入氩气，流量为40sccm，并使磁控溅射室的气压保持在0.4Pa。等气压稳定以后，开启射频交流电源，调节功率源，使正向功率为200W，反向功率为1-5W之间。溅射开始，并计时。

步骤3：等到溅射所需要的时间后，比如10小时，结束磁控溅射。首先将功率源关闭，然后调节氩气的流量为零，停止通气。然后关闭石墨衬底的加热电源，使石墨衬底在高真空条件下自然降温。因为真空下热对流比较少，所以石墨衬底的温度下降会比较慢。等石墨衬底的温度降到50℃以下，取出石墨衬底。至此，石墨衬底上就已经覆盖了一层厚度约为5μm的硅薄膜。石墨衬底上多晶硅薄膜样品初步形成。

步骤4：将初步形成的多晶硅薄膜样品放置于快速热退火炉里，使样品置于快速热退火炉的碘钨灯灯管下约2cm处。样品和碘钨灯管之间没有常规的石英罩。快速热退火炉有三个碘钨灯管，均被安置于样品架的同一侧。样品的多晶硅薄膜一面将被碘钨灯管照射，另外一面没有灯管。样品放置好以后，关闭快速热退火炉，然后抽真空，至5Pa以下停止抽真空，然后充氮气，至1atm。然后再抽成真空。如此反复3遍抽充氮气，使快速热退火炉里气氛干净。3遍抽充氮气结束后，冲入氮气，至10³-10⁴Pa，形成氮气保护气氛。然后开始快速热退火过程。快速热退火的温度设定在1000℃-1050℃，时间为120s。快速热退火启动后，样品温度急剧上升，并在设定的温度处保持很短的时间，120s后加热结束，样品的温度又急剧下降。当温度比较低的时候，降温会慢点。当样品温度低于50℃后，取出样品。至此，石墨衬底上多晶硅薄膜样品的制作结束。

实施例

本发明首先将石墨块切成50×50×2mm大小的方块，然后对石墨块的一而先用粗的金相砂纸进行抛光，再用细的金相砂纸抛光，直至没有明显的划痕。将抛光后的石墨块置于磁控溅射室溅射生长。溅射靶为高纯硅靶，硅靶与石墨衬底平行放置，相距6cm，溅射气体为氩气，流量为40sccm，气压为0.40Pa，溅射温度为800℃，溅射射频电源功率为200W。溅射生长结束后使样品缓慢降温至室温。最后样品在快速热退火炉上退火，退火之前先将退火炉用氮气抽充3遍，然后通入氮气，使气压为6×10³Pa。需要注意的是，快速热退火炉的碘钨灯和样品之间没有任何东西(包括石英罩)隔开，样品和碘钨灯相距2cm。样品在1000℃温度下快速热退火120s。由此得到的多晶硅薄膜具有很好的(220)取向，如图2所示。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一石墨衬底，将石墨衬底抛光；

步骤3：溅射结束后自然降温，形成样品；

2.按权利要求1所述的利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，其中磁控溅射是在氩气气氛下进行，流量为35-45sccm，气压为0.3-0.5Pa。

3.按权利要求1或2所述的利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，其中磁控溅射的温度为750-850℃，功率为150-250W。

4.按权利要求1所述的利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，其中所述的抛光，是先采用粗的金相砂纸再用细的金相砂纸抛光。

5.按权利要求1所述的利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，其中石墨衬底磁控溅射多晶硅薄膜，是将石墨衬底和溅射室中的靶材相对平行放置，靶距为5-7cm。

6.按权利要求1所述的利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，其中快速退火，是将快速热退火炉抽成真空，然后通入氮气作保护气。

7.按权利要求1或6所述的利用磁控溅射在石墨衬底上生长多晶硅薄膜的方法，其中快速热退火炉的真空保持在10³-10⁴Pa之间，退火的温度为1000℃-1050℃，退火的时间为120s。