專利名稱：利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法。具體說是先利用磁控濺射
沉積非晶硅薄膜，然后用快速熱退火處理后形成多晶硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
多晶硅薄膜既具有晶體硅的電學(xué)特性，又具有非晶硅薄膜成本低設(shè)備簡(jiǎn)單且可以大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，因此，多晶硅薄膜不僅在集成電路和液晶顯示領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而且在太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換方面，人們也做了大量研究，寄予了極大的希望。 多晶硅薄膜主要有兩種制備途徑一是通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，在一定的襯底上直接制備；二是首先制備得到非晶硅薄膜，然后再將非晶硅薄膜轉(zhuǎn)化成多晶硅薄膜。目前人們主要關(guān)注如何在廉價(jià)的襯底上，能夠高速、高質(zhì)量地生長(zhǎng)多晶硅薄膜。石墨是一種廉價(jià)耐高溫的材料，它的熱膨脹系數(shù)和硅相近，很適合作為多晶硅薄膜的襯底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法。它能得到具有完全擇優(yōu)取向的多晶硅薄膜。 本發(fā)明提供一種利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，包括如下步驟 步驟1 :選擇一石墨襯底，將石墨襯底拋光； 步驟2 :在磁控濺射室里，將拋光的石墨襯底磁控濺射多晶硅薄膜；
步驟3 :濺射結(jié)束后自然降溫，形成樣品； 步驟4:將樣品置于快速熱退火爐里，快速退火，完成多晶硅薄膜的制作。 其中磁控濺射是在氬氣氣氛下進(jìn)行，流量為35-45sccm，氣壓為0. 3_0. 5Pa。其中磁控濺射的溫度為750-85(TC，功率為150-250W。 其中所述的拋光，是先采用粗的金相砂紙?jiān)儆眉?xì)的金相砂紙拋光。 其中石墨襯底磁控濺射多晶硅薄膜，是將石墨襯底和濺射室中的靶材相對(duì)平行放
置，耙距為5-7cm。 其中快速退火，是將快速熱退火爐抽成真空，然后通入氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣。 其中快速熱退火爐的真空保持在103_104Pa之間，退火的溫度為IOO(TC _1050°C，
退火的時(shí)間為120s。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1.在石墨襯底上制備的多晶硅薄膜具有(220)擇優(yōu)取向。
2.多晶硅薄膜制備過程簡(jiǎn)單，易于大面積生產(chǎn)。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中 圖l是本發(fā)明的流程圖； 圖2是石墨襯底上生長(zhǎng)的多晶硅薄膜的XRD圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，包括如下步驟 步驟1 :選擇一石墨襯底，首先將石墨襯底切割成正方形，正方形的邊長(zhǎng)在5cm-2cm左右，石墨襯底的厚度為2mm ;然后將石墨襯底拋光，石墨的兩個(gè)面均要拋光，其中的一面粗拋，另外一面細(xì)拋。粗拋的一面只需要用粗的金相砂紙拋光即可。因?yàn)榇謷伱嫘枰c磁控濺射反應(yīng)室的加熱器良好接觸，所以要求粗拋后拋面平整，能夠與加熱板平整接觸，沒有凸起的點(diǎn)。另外細(xì)拋的一面需先用粗的金相砂紙拋光，直至拋面沒有明顯的凸起，拋面平整，然后再用細(xì)的金相砂紙拋光，使拋面沒有明顯的劃痕。平整的石墨襯底表面有利于形成比較平整、均勻的多晶硅薄膜。 步驟2 :將拋光后的石墨襯底放入磁控濺射室里，粗拋的一面與加熱器接觸，以形成到良好的熱接觸，減少石墨襯底和加熱器的溫差。使石墨襯底細(xì)拋一面正對(duì)著高純硅靶材。石墨襯底和靶材要平行放置。襯底和靶材的間距為6cm。然后將磁控濺射室抽成真空，真空度在10—4Pa以下。接著把石墨襯底加熱到80(TC。等到溫度穩(wěn)定以后，通入氬氣，流量為40sccm，并使磁控濺射室的氣壓保持在0. 4Pa。等氣壓穩(wěn)定以后，開啟射頻交流電源，調(diào)節(jié)功率源，使正向功率為200W，反向功率為l-5W之間。濺射開始，并計(jì)時(shí)。
步驟3 :等到濺射所需要的時(shí)間后，比如10小時(shí)，結(jié)束磁控濺射。首先將功率源關(guān)閉，然后調(diào)節(jié)氬氣的流量為零，停止通氣。然后關(guān)閉石墨襯底的加熱電源，使石墨襯底在高真空條件下自然降溫。因?yàn)檎婵障聼釋?duì)流比較少，所以石墨襯底的溫度下降會(huì)比較慢。等石墨襯底的溫度降到50°C以下，取出石墨襯底。至此，石墨襯底上就已經(jīng)覆蓋了一層厚度約為5ym的硅薄膜。石墨襯底上多晶硅薄膜樣品初步形成。 步驟4:將初步形成的多晶硅薄膜樣品放置于快速熱退火爐里，使樣品置于快速熱退火爐的碘鴇燈燈管下約2cm處。樣品和碘鴇燈管之間沒有常規(guī)的石英罩?？焖贌嵬嘶馉t有三個(gè)碘鎢燈管，均被安置于樣品架的同一側(cè)。樣品的多晶硅薄膜一面將被碘鎢燈管照射，另外一面沒有燈管。樣品放置好以后，關(guān)閉快速熱退火爐，然后抽真空，至5Pa以下停止抽真空，然后充氮?dú)?，至latm。然后再抽成真空。如此反復(fù)3遍抽充氮?dú)?，使快速熱退火爐里氣氛干凈。3遍抽充氮?dú)饨Y(jié)束后，沖入氮?dú)猓羖(f-l(^Pa，形成氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛。然后開始快速熱退火過程?？焖贌嵬嘶鸬臏囟仍O(shè)定在IOO(TC _10501:，時(shí)間為120s?？焖贌嵬嘶饐?dòng)后，樣品溫度急劇上升，并在設(shè)定的溫度處保持很短的時(shí)間，120s后加熱結(jié)束，樣品的溫度又急劇下降。當(dāng)溫度比較低的時(shí)候，降溫會(huì)慢點(diǎn)。當(dāng)樣品溫度低于5(TC后，取出樣品。至此，石墨襯底上多晶硅薄膜樣品的制作結(jié)束。
實(shí)施例 本發(fā)明首先將石墨塊切成50X50X2mm大小的方塊，然后對(duì)石墨塊的一而先用粗的金相砂紙進(jìn)行拋光，再用細(xì)的金相砂紙拋光，直至沒有明顯的劃痕。將拋光后的石墨塊置于磁控濺射室濺射生長(zhǎng)。濺射靶為高純硅靶，硅靶與石墨襯底平行放置，相距6cm，濺射氣體為氬氣，流量為40sccm，氣壓為0. 40Pa，濺射溫度為800°C ，濺射射頻電源功率為200W。濺射生長(zhǎng)結(jié)束后使樣品緩慢降溫至室溫。最后樣品在快速熱退火爐上退火，退火之前先將退火爐用氮?dú)獬槌?遍，然后通入氮?dú)?，使氣壓? X 103Pa。需要注意的是，快速熱退火爐的碘鎢燈和樣品之間沒有任何東西(包括石英罩)隔開，樣品和碘鎢燈相距2cm。樣品在100(TC溫度下快速熱退火120s。由此得到的多晶硅薄膜具有很好的(220)取向，如圖2所示。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，包括如下步驟步驟1選擇一石墨襯底，將石墨襯底拋光；步驟2在磁控濺射室里，將拋光的石墨襯底磁控濺射多晶硅薄膜；步驟3濺射結(jié)束后自然降溫，形成樣品；步驟4將樣品置于快速熱退火爐里，快速退火，完成多晶硅薄膜的制作。
2. 按權(quán)利要求1所述的利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，其中磁控濺射是在氬氣氣氛下進(jìn)行，流量為35-45sccm，氣壓為0. 3-0. 5Pa。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，其中 磁控濺射的溫度為750-85(TC，功率為150-250W。
4. 按權(quán)利要求1所述的利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，其中所述 的拋光，是先采用粗的金相砂紙?jiān)儆眉?xì)的金相砂紙拋光。
5. 按權(quán)利要求1所述的利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，其中石墨 襯底磁控濺射多晶硅薄膜，是將石墨襯底和濺射室中的靶材相對(duì)平行放置，耙距為5-7cm。
6. 按權(quán)利要求1所述的利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，其中快速 退火，是將快速熱退火爐抽成真空，然后通入氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣。
7. 按權(quán)利要求1或6所述的利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，其中 快速熱退火爐的真空保持在1(f-10乍a之間，退火的溫度為IOO(TC -105(TC，退火的時(shí)間為 120s。
全文摘要
一種利用磁控濺射在石墨襯底上生長(zhǎng)多晶硅薄膜的方法，包括如下步驟步驟1選擇一石墨襯底，將石墨襯底拋光；步驟2在磁控濺射室里，將拋光的石墨襯底磁控濺射多晶硅薄膜；步驟3濺射結(jié)束后自然降溫，形成樣品；步驟4將樣品置于快速熱退火爐里，快速退火，完成多晶硅薄膜的制作。
文檔編號(hào)C23C14/18GK101709456SQ20091024234
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者吳金良, 尹志崗, 張漢, 施輝偉, 陳諾夫, 黃添懋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所