一种制备氧化硅薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备氧化硅薄膜的方法，该方法是利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：将衬底置于反应腔体内，抽真空，加热；将氧等离子体与硅源喷向衬底表面，在喷淋过程中氧等离子体与硅源在硅片表面发生反应生成氧化硅，得到氧化硅薄膜。本发明专利技术制备氧化硅薄膜的方法，能够制备得到致密性高、厚度均匀可控的氧化硅薄膜，可广泛应用于光伏、半导体等领域，同时还具有工艺简单、操作方便、沉积速率快等优点，适合于氧化硅薄膜的大规模制备，利于工业化应用。利于工业化应用。利于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种制备氧化硅薄膜的方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池片领域，涉及一种制备氧化硅薄膜的方法，具体涉及一种利用远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积制备氧化硅薄膜的方法。

技术介绍

[0002]氧化硅薄膜在太阳能电池领域有着广泛应用，在钝化发射极和背面(PERC)电池、隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池等高效电池的制备过程中都需要在硅片表面制备一层氧化硅薄膜。常规氧化硅薄膜采用热氧化硅方式，在高温炉管中通入大量氧气，对硅片表面进行氧化。该方式制备的氧化硅薄膜，厚度难以精确控制，薄膜厚度有限，钝化效果较差；整个炉管的氧化硅薄膜均匀性分布较差，且设备难以构成二合一方式，降低了产品的良率。另外，现有制备氧化硅薄膜的方法是先将硅源吸附在硅片表面，进而引入氧等离子体使其与硅源在硅片表面发生反应制得氧化硅薄膜，该方法中必须先将硅源吸附在硅片表面，且每一步都需要对反应腔室进行清洗，以去除多余杂质气体，这不利于膜厚的精确控制，也不利于提高薄膜的均匀性和致密性，同时也会制约制膜效率的提高。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种沉积速率快、致密性高、厚度均匀可控的制备氧化硅薄膜的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种制备氧化硅薄膜的方法，所述方法是利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：
[0006]S1、将衬底置于反应腔体内，抽真空，加热；
[0007]S2、将氧等离子体与硅源喷向衬底表面，在喷淋过程中氧等离子体与硅源发生反应生成氧化硅并沉积到衬底表面，得到氧化硅薄膜。
[0008]上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述反应过程中衬底在氧等离子体与硅源的下方水平来回运动；所述衬底在水平方向上的移动速率为40mm/s～200mm/s；所述氧等离子体与硅源的喷口与衬底表面之间的距离为5mm～50mm。
[0009]上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述反应过程中控制反应腔体内的压力为1mbar～6mbar，温度为150℃～500℃。
[0010]上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述氧等离子体由工艺气体激发后得到；所述激发采用的电源为射频电源或微波电源；所述电源为微波电源时，激发脉冲的打开时间为0～20ms，关闭时间为0～20ms；所述激发的功率为500W～2000W；所述激发采用的电流输出为直流输出或脉冲输出；所述工艺气体包括含氧气体和惰性气体；所述氧等离子体的激发过程中含氧气体的流量为5000sccm～10000sccm，惰性气体的流量为2000sccm～10000sccm。
[0011]上述的方法，进一步改进的，所述含氧气体为氧气、臭氧、笑气、二氧化碳中的至少
一种；所述惰性气体为氩气、氦气、氮气中的至少一种。
[0012]上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述硅源在使用之前还包括以下处理：将硅源的源瓶加热到70℃～120℃，以氮气鼓泡的方式将硅源从源瓶中带出，与稀释氮气汇合，所得硅源与氧等离子体喷向衬底表面；所述硅源从源瓶中带出时，鼓泡氮气的流量为100sccm～1000sccm；所述稀释氮气的流量为3000sccm～15000sccm。
[0013]上述的方法，进一步改进的，所述硅源为双(二乙基氨基)硅烷、双(二甲氨基)硅烷、二甲硅烷基异丙胺、二甲硅烷基叔丁胺、双(叔丁氨基)硅烷、三甲硅烷基胺、二硅氧烷、二甲硅烷基甲胺、二甲硅烷基乙胺、双(三甲基甲硅烷基氨基)硅烷中的至少一种。
[0014]上述的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述衬底的数量为至少一个；所述衬底为硅片；所述抽真空过程中控制反应腔体内的压力在0.3mbar以下；所述加热为将反应腔体内的温度升温至150℃～500℃。
[0015]上述的方法，进一步改进的，所述等离子体增强原子层沉积设备为远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备，包括用于在衬底上生长氧化硅薄膜的反应腔体，所述反应腔体内设有用于承载衬底的可移动载板，所述可移动载板上方设有喷淋板；所述喷淋板上设有至少一排用于向衬底表面喷淋氧等离子体的第一喷淋管和至少一排用于向衬底表面喷淋硅源的第二喷淋管，每排第一喷淋管与第二喷淋管之间设有一排用于去除多余工艺气体的抽真空管，所述第一喷淋管、第二喷淋管和抽真空管交替排列分布。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0017](1)本专利技术提供了一种制备氧化硅薄膜的方法，利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜。本专利技术中，通过将氧等离子体与硅源一起喷向衬底表面，使氧等离子体与硅源在衬底表面发生反应形成氧化硅的空间原子层沉积，同时生成的氧化硅不断沉积到衬底表面，从而获得了薄膜致密性高、薄膜厚度均匀可控的氧化硅薄膜。本专利技术中，在氧等离子体的激发下，能够加快氧化硅的沉积速率，从而有利于提高氧化硅薄膜的沉积速率。本专利技术制备氧化硅薄膜的方法，沉积速率最大可达到0.76nm/cycle；整个载板上，50nm氧化硅膜厚均匀性优于片内3％、片间3％、批间2％；在1％氢氟酸溶液中进行腐蚀测试氧化硅薄膜的致密性，腐蚀速率低于6nm/min。本专利技术制备氧化硅薄膜的方法，能够制备得到致密性高、厚度均匀可控的氧化硅薄膜，可广泛应用于光伏、半导体等领域，同时还具有工艺简单、操作方便、沉积速率快等优点，适合于氧化硅薄膜的大规模制备，利于工业化应用。
[0018](2)本专利技术制备氧化硅薄膜的方法中，通过优化激发功率、激发脉冲占空比、工艺压力、加热温度、气体流量、源瓶温度、传输速度等工艺参数，更有利于制备得到致密性更高、膜厚均匀性更好的氧化硅薄膜，且沉积速率更快，同时上述工艺参数的优化是获得高致密性、高膜厚均匀性的氧化硅薄膜的重要保证，也是提高沉积速率的重要保证。
[0019](3)本专利技术制备氧化硅薄膜的方法，利用远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备在衬底表面制备氧化硅薄膜，其中远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备包括用于在衬底上生长氧化硅薄膜的反应腔体，反应腔体内设有用于承载衬底的可移动载板，可移动载板上方设有喷淋板；喷淋板上设有至少一排用于向衬底表面喷淋氧等离子体的第一喷淋管和至少一排用于向衬底表面喷淋硅源的第二喷淋管，每排第一喷淋管与第二喷淋管之间设有一排抽真空管，第一喷淋管、第二喷淋管和抽真空管交替排列分布。
本专利技术中，采用的远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备，可实现氧等离子体的远程激发，同时从喷淋板上不断喷出的氧等离子体与硅源，能够连续喷淋到衬底表面，进而通过控制可移动载板的来回运动实现衬底表面氧化硅薄膜的批量制备，同时通过控制可移动载板的来回运动次数有效地控制氧化硅薄膜的厚度，从而不仅能够实现对薄膜厚度的精确控制，而且能够实现氧化硅薄膜的批量制备，在提升制膜效率的前提下也能制备得到薄膜致密性高、薄膜厚度均匀可控的氧化硅薄膜，也有利于提高产品的良率。
附图说明
[0020]为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备氧化硅薄膜的方法，其特征在于，所述方法是利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：S1、将衬底置于反应腔体内，抽真空，加热；S2、将氧等离子体与硅源喷向衬底表面，在喷淋过程中氧等离子体与硅源发生反应生成氧化硅并沉积到衬底表面，得到氧化硅薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应过程中衬底在氧等离子体与硅源的下方水平来回运动；所述衬底在水平方向上的移动速率为40mm/s～200mm/s；所述氧等离子体与硅源的喷口与衬底表面之间的距离为5mm～50mm。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应过程中控制反应腔体内的压力为1mbar～6mbar，温度为150℃～500℃。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述氧等离子体由工艺气体激发后得到；所述激发采用的电源为射频电源或微波电源；所述电源为微波电源时，激发脉冲的打开时间为0～20ms，关闭时间为0～20ms；所述激发的功率为500W～2000W；所述激发采用的电流输出为直流输出或脉冲输出；所述工艺气体包括含氧气体和惰性气体；所述氧等离子体的激发过程中含氧气体的流量为5000sccm～10000sccm，惰性气体的流量为2000sccm～10000sccm。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含氧气体为氧气、臭氧、笑气、二氧化碳中的至少一种；所述惰性气体为氩气、氦气、氮气中的至少一种。6.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许烁烁，张威，杨彬，唐电，吴易龙，彭宜昌，
申请(专利权)人：湖南红太阳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：