一种利用磁控溅射制备具有择优取向的多晶硅薄膜方法
【专利摘要】一种利用磁控溅射制备具有择优取向的多晶硅薄膜方法，包括如下步骤：步骤1：选择石墨衬底，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。
【专利说明】—种利用磁控溅射制备具有择优取向的多晶硅薄膜方法
【技术领域】
[0001]本发明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】
[0002]随着平板显示技术的发展和人类对太阳能利用的重视，多晶硅薄膜的研究受到越来越多的关注。与传统的非晶硅薄膜相比，多晶硅薄膜有着更高的电子迁移率和更好的光电稳定性，作为平板显示器中薄膜晶体管的沟道层和硅基薄膜太阳电池的吸收层使用都表现出更加优越和稳定的性能。目前，工业上制备多晶硅薄膜的沉积技术当中，主要以化学气相沉积(￠^0)为基础的热丝化学气相沉积(服(^0)和等离子体增强化学气相沉积技术为主。
[0003]磁控溅射技术是一种结构简单、成本低廉的真空沉积技术。由于不需要使用硅烷，无论是生产安全性还是成本控制上，磁控溅射都比化学气相沉积有着更大的优势。然而，普通磁控溅射在沉积硅薄膜时，由于溅射过程中的反应气体离化率较低、产生的先驱沉积物活性不够，所制备出的硅薄膜都是非晶硅。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种大面积制备多晶硅薄膜的方法。它能得到具有完全择优取向的多晶硅薄膜。
[0005]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:
[0006]步骤1:选择石墨衬底，将石墨衬底抛光；
[0007]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；
[0008]步骤3:溅射结束后自然降温，形成样品；
[0009]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。
[0010]其中磁控派射是在15气气氛下进行，流量为35-458(^111，气压为0.3-0.5？8。
[0011]其中磁控溅射的温度为750-8501，功率为150-2501
[0012]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。
[0013]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，祀距为5-701110
[0014]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。
[0015]其中快速热退火炉的真空保持在从103-104？^1之间，退火的温度为1000。。-10501，退火的时间为1208。
[0016]本发明的优点是:
[0017]1.在石墨衬底上制备的多晶硅薄膜具有择优取向。
[0018]2.多晶硅薄膜制备过程简单，易于大面积生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]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:
[0020]图1是本发明的流程图；
[0021]图2是石墨衬底上生长的多晶硅薄膜的乂即图。
【具体实施方式】
[0022]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:
[0023]步骤1:选择石墨衬底，首先将石墨衬底切割成正方形，正方形的边长在5(^-2(3111左右，石墨衬底的厚度为2111111 ；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。
[0024]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然后将磁控溅射室抽成真空，真空度在10—4%。接着把石墨衬底加热到8001。等到温度稳定以后，通入氩气，流量为408(^111，并使磁控溅射室的气压保持在0.知3。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2001，反向功率为1-51之间。溅射开始，并计时。
[0025]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15气的流量为零，停止通气。然后关闭石墨衬底的加热电源，使石墨衬底在闻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501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5 9 硅薄膜。石墨衬底上多晶硅薄膜样品初步形成。
[0026]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2挪处。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5？3以下停止抽真空，然后充氮气，至1社111。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103-104？3，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10001:-10501,时间为1208。快速热退火启动后，样品温度急剧上升，并在设定的温度保持很短的时间，1208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501后，取出样品。至此，石墨衬底上多晶硅薄膜样品的制作结束。
[0027]实施例
[0028]本发明首先将石墨块切成50臟X 50臟X 2臟大小的方块，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6挪，溅射气体为氩气，流量为408(^111，气压为0.40？3，溅射温度为8001，溅射射频电源功率为2001。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 X 10--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2挪。样品在10001温度下快速热退火1208。由此得到的多晶硅薄膜具有很好的取向，如图2所示。
[0029]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。
【权利要求】
1.一种利用磁控溅射制备具有择优取向的多晶硅薄膜方法，包括如下步骤: 步骤1:选择石墨衬底，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。
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°C，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°C _1050°C，退火的时间为120s。
【文档编号】H01L21/203GK104465343SQ201310429291
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】袁萍 申请人:无锡慧明电子科技有限公司