一種三氧化二鋁薄膜的原子層沉積制備方法技術

本發明專利技術屬于半導體部件領域，提供一種三氧化二鋁薄膜的原子層沉積制備方法，包括步驟：1）在原子層沉積反應腔室中裝載硅襯底，將所述反應腔室抽真空；2）以三甲基鋁為鋁源、H2O為氧源，進行原子層沉積；3）以三甲基鋁為鋁源、O3為氧源，進行原子層沉積。本發明專利技術針對Al2O3/SiNx疊層薄膜燒結后出現氣泡的問題，提出H2O和O3相結合的Al2O3雙原子層沉積工藝，以TMA和O3為反應源制備Al2O3薄膜比H2O基Al2O3相對疏松，有效避免H2聚集；利用原子層沉積技術，精確控制Al2O3雙原子層厚度，制備得到的有Al2O3鈍化膜的晶硅具有良好的光電轉換效率、而且沒有氫氣泡。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術屬于半導體部件領域，提供，包括步驟：1）在原子層沉積反應腔室中裝載硅襯底，將所述反應腔室抽真空；2）以三甲基鋁為鋁源、H2O為氧源，進行原子層沉積；3）以三甲基鋁為鋁源、O3為氧源，進行原子層沉積。本專利技術針對Al2O3/SiNx疊層薄膜燒結后出現氣泡的問題，提出H2O和O3相結合的Al2O3雙原子層沉積工藝，以TMA和O3為反應源制備Al2O3薄膜比H2O基Al2O3相對疏松，有效避免H2聚集；利用原子層沉積技術，精確控制Al2O3雙原子層厚度，制備得到的有Al2O3鈍化膜的晶硅具有良好的光電轉換效率、而且沒有氫氣泡。【專利說明】
本專利技術屬于半導體器件領域，具體涉及一種半導體材料表面鈍化膜的制備方法。
技術介紹
在晶硅太陽電池領域中，晶硅電池的鈍化材料主要包括氧化硅(SiO2)、非晶硅(α-Si)、氮化硅(SiNx)、三氧化二鋁(Al2O3)和碳化硅(SiCx)等。其中，Al2O3薄膜含有高濃度(1012?1013e/cm2)的固定負電荷并且薄膜中含有較高濃度(2?5atom%)的自由氫原子，這使得Al2O3薄膜非常適合作為P型晶硅電池背電極的鈍化材料。電池片在光照時產生光生載流子，光生載流子分為多子和少子，其中少子的壽命對光電轉換效率有極其重要的影響。當單晶硅太陽能電池片減薄時，表面壽命遠低于體壽命。表面鈍化能夠降低半導體的表面活性，使表面的復合速度降低，減少表面少子的復合中心。相關研究表明，基于工業生產工藝、引入Al2O3鈍化技術的P型晶硅電池光電轉換效率可以達到19?20%。Al2O3薄膜的主要制備工藝有原子層沉積(ALD)工藝、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝和磁控濺射(Sputtering)工藝等。其中，ALD工藝制備的Al2O3薄膜對晶硅電池的鈍化效果最好。ALD工藝是一種以準單分子層形式逐層生長的周期性工藝，制備的Al2O3薄膜具有致密、成分厚度均勻、厚度控制精確、臺階覆蓋性高等優點。ALD工藝已經成為晶硅電池領域Al2O3鈍化層的主流制備工藝。在P型晶硅電池中引入Al2O3鈍化層后，為防止Al2O3薄膜在后續的鋁背場燒結工藝中被破壞，需要在Al2O3薄膜外側沉積一層SiNx帽層。在實際應用過程中，Al203/SiNx疊層薄膜在經歷?800°C的鋁背場燒結工藝后往往在薄膜中會出現一定數量的氣泡，氣泡的出現降低了 Al2O3的鈍化性能并使鋁背電極同晶硅電池的接觸性能變差，這些問題的出現均會降低晶硅電池的性能。
技術實現思路
為了解決本領域存在的問題，本專利技術的目的在于提供。本專利技術的另一目的是提出所述方法制備得到的三氧化二鋁薄膜及包含所述三氧化二鋁薄膜的光電器件。實現本專利技術上述目的的技術方案為:，包括步驟:I)在原子層沉積反應腔室中裝載硅襯底，將所述反應腔室抽真空，氣壓穩定在0.l-50Torr (通入惰性氣體使壓力穩定)；2)以三甲基鋁(TMA)為鋁源、H20為氧源，進行原子層沉積，反應周期數為40-160 ；3)以三甲基鋁為鋁源、O3為氧源，進行原子層沉積，反應周期數為95-300。其中，所述硅襯底為P型晶體硅或η型晶體硅。H2O和O3由于與TMA反應源活性較大，一般應用在熱原子層沉積工藝中；02則需要借助等離子體輔助以提高O的活性，一般應用在等離子體輔助原子層沉積工藝。出于降低設備成本的考慮，在工業生產中一般選擇熱原子層沉積工藝。采用TMA和H2O作為反應源制備Al2O3, Al2O3薄膜的本征生長速率為?丨.0A./cycle，薄膜致密，Al2O3-Si界面的過渡層SiOx層較厚(?3nm)，且薄膜中C、H含量相對較高；以TMA和O3為反應源制備Al2O3薄膜的本征生長速率相對較低(?0.9 A/cycle)，與H2O基Al2O3薄膜比相對疏松，Al2O3-Si界面的過渡層SiOx較薄(?Inm)，且薄膜中C、H含量相對較低。綜合考慮=H2O基Al2O3的優勢是本征生長速率高，薄膜致密體缺陷密度低；03基Al2O3的優勢是雜質含量低、固定電荷濃度高。從對晶硅電池鈍化效果上來看，兩種反應源制備的Al203 (15?25nm)對晶硅電池的鈍化效果相當。由于O3的生產成本較高，因此O3基Al2O3薄膜的制備工藝一致沒有得到很好的發展。對Al203/SiNx疊層薄膜中氣泡現象的研究認為:泡主要是在高溫燒結工藝中薄膜自里向外釋放H2時形成的。原子層沉積工藝制備的Al2O3薄膜中含有一定濃度的自由H原子，在高溫工藝中H原子的擴散能力增強，H相遇生成H2;隨著H2的聚集，H2的壓力不斷增力口，當H2壓力達到臨界壓力值后薄膜中氣泡破裂，釋放H2。在晶硅電池中，SiNx作為減反射層應用在P型晶硅電池的正面，SiNx中也包含大量的H原子(?10atom%)，但SiNx經歷高溫工藝后并沒有出現氣泡。這是因為SiNx薄膜相對疏松，可以有效避免H2聚集。基于這個現象，啟發本專利技術提出了 H2O和O3相結合的Al2O3雙原子層沉積工藝。其中，所述步驟2)中反應溫度為150_300°C。其中，所述步驟2)中三甲基鋁源溫度為15_35°C，H2O源溫度為20_40°C，載氣為氮氣或惰性氣體，載氣流量0.5-5slm (Standard Liter per Minute,標準狀態下每分鐘體積)。其中，所述步驟3)中反應溫度為180-300°C。所述步驟3)中三甲基鋁源溫度為15-350C，H2O 源溫度為 20-40°C。其中，所述步驟3)中載氣流量0.5-5slm，O3濃度為200-300g/m3，O3流量為2_20slm。其中，所述步驟3)之后還包括將反應腔室抽真空，返壓和取出硅襯底的步驟。所述抽真空的真空度為0.01?0.1Torr，返壓為常壓。本專利技術的制備方法中步驟2)制備的薄膜厚度小于步驟3)的薄膜厚度。步驟2)中TMA-H2O制備Al2O3階段制備的Al2O3薄膜厚度為4?15nm。步驟3)中TMA-O3制備Al2O3階段制備的Al2O3薄膜厚度為8?25nm。本專利技術所述的制備方法制備得到的三氧化二鋁薄膜。包含本專利技術所述三氧化二鋁薄膜的光電器件。本專利技術的有益效果在于:針對Al203/SiNx疊層薄膜燒結后出現氣泡的問題，提出H2O和O3相結合的Al2O3雙原子層沉積工藝，以TMA和O3為反應源制備Al2O3薄膜比H2O基Al2O3相對疏松，有效避免H2聚集；利用原子層沉積技術，精確控制Al2O3雙原子層厚度，制備得到的有Al2O3鈍化膜的晶娃具有良好的光電轉換效率、而且沒有氫氣泡。【專利附圖】【附圖說明】圖1為反應腔室的結構圖。圖中，I為03進氣口，2為H2O進氣口，3為TMA進氣口，4為襯底，5為反應腔室。6為抽氣口。【具體實施方式】以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。在不背離本專利技術精神和實質的情況下，對本專利技術方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本專利技術的保護范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。原子層沉積設備為北京七星華創電子股份有限公司ALD。實施例1以P型晶硅為襯底4，放入圖1所示的反應腔室5中，將反應腔室5通過抽氣口 6抽真空至真空度0.05Torr，然后用惰性氣體(氬氣)將氣壓穩定在0.1To本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三氧化二鋁薄膜的原子層沉積制備方法，包括步驟：1）在原子層沉積反應腔室中裝載硅襯底，將所述反應腔室抽真空，氣壓穩定在0.1?50Torr；2）以三甲基鋁為鋁源、H2O為氧源，進行原子層沉積，反應周期數為40?160；3）以三甲基鋁為鋁源、O3為氧源，進行原子層沉積，反應周期數為95?300。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李春雷，趙星梅，蘭云峰，孫月峰，
申請(專利權)人：北京七星華創電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：