[發明專利]一種應用掩膜保護進行激光快速加熱方法

有效

• 申請號: 201010179894.7
• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101866839A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 花國然;王強;張華;宋長青;張振娟
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;H01L21/318
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 吳靜安

技術領域

本發明涉及激光加熱非晶硅薄膜材料的方法，尤其涉及應用非晶硅薄膜上掩蔽層，降低激光功率，提高非晶硅薄膜激光結晶質量的一種應用掩膜保護進行激光快速加熱方法。

背景技術

激光晶化技術是一種利用激光能量密度高，升溫快速的原理進行快速熱處理以實現薄膜材料的快速加熱和結晶的技術。但是，目前應用脈沖激光對薄膜進行加熱時，如果工作頻率過高會導致薄膜汽化，薄膜表面龜裂等結晶質量不佳的問題；如果工作頻率過低，薄膜又無法有效結晶。這成為了激光快速加熱技術的一個瓶頸。因此，尋找一種能保持激光輸出功率較高，又能在較低頻率下進行薄膜有效結晶的工藝方法顯得十分重要。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有激光結晶技術在結晶過程中薄膜結晶質量不佳的問題，提出一種保持激光功率不變，降低激光作用頻率的工藝方法。符合實驗室研究和工業化生產需求，可以提高薄膜結晶質量。上述目的通過以下技術方案得以實施：

所述方法包括如下步驟：

1)將多晶硅襯底的硅片置于PECVD沉積裝置中，通入SiH₄和H₂的混合氣體進行非晶硅薄膜淀積，淀積氣壓為5Pa，襯底淀積溫度為250℃，淀積功率為400W，淀積時間為60min，完成非晶硅薄膜淀積；

2)在非晶硅薄膜淀積完成后，通入NH₃和SiH₄的混合氣體進行氮化硅薄膜的淀積，淀積氣壓為5Pa，襯底淀積溫度為250℃，淀積功率為400W，淀積時間為60min，形成氮化硅掩膜層；

3)將含有所述掩膜的非晶硅薄膜置于具有惰性氣體的保護性性容器中，然后用波長為1.6微米的脈沖激光，通過調整光斑尺寸，使之產生正離焦量方向的一個1×1cm²的光斑，用以對所述薄膜進行結晶退火，保持輸出功率和脈寬不變，通過調節脈沖頻率，達到所述薄膜外延生長的晶粒尺寸要求。

4)用5％體積比濃度的氫氟酸水溶液，去除所述氮化硅保護層。

所述方法的進一步設計在于，輸出功率為450W，脈寬為2ms，脈沖頻率為4～25Hz，對所述薄膜的加熱時間60s。

所述方法的進一步設計在于，惰性氣體包括氮氣或氬氣。

本發明用上述方法來實現對非晶硅薄膜的快速結晶，可以降低結晶所需的激光工作頻率，從而減少脈沖激光結晶后薄膜表面龜裂的現象。所形成的氮化硅薄膜具有防止非晶硅薄膜氧化的作用和對激光具有的抗反射的作用，可提高激光在襯底中的能量利用率，從而達到降低激光結晶頻率的目的。由于非晶硅表面氮化硅層的存在，非晶硅薄膜的熱散失減緩，熱脈沖對薄膜結構和表面的破壞作用被抑制，提高了薄膜的質量，優化了激光結晶工藝。本發明不僅可以應用于硅的激光快速退火工藝，也可以應用于ZnO等多種材料的快速結晶生長。應用本技術生長的薄膜材料不僅僅可以應用于太陽能行業，也可以應用于集成電路和電子元器件的制造。

附圖說明

圖1是經化學氣相沉積制得的具有增透非晶硅薄膜置于保護性性容器中的示意圖。

圖2是實施例1所對應的表示在多晶硅襯底上生長的非晶硅薄膜在不同激光脈沖頻率下的XRD圖。

圖3是實施例1所對應的應用了氮化硅保護薄膜的在多晶硅襯底上生長的非晶硅薄膜在不同激光脈沖頻率下的XRD圖。

具體實施方式

采用PECVD淀積系統進行非晶硅薄膜的淀積。將多晶硅襯底的硅片清洗好，放入上述淀積裝置中，通入淀積氣體，淀積氣體為SiH4和H2的混合氣體，淀積氣壓為5Pa，使襯底淀積溫度保持在250℃，淀積功率為400W，淀積時間為60min，完成非晶硅薄膜淀積。

在非晶硅薄膜淀積完成后，通入NH3和SiH4的混合氣體進行氮化硅薄膜的淀積。淀積氣壓為5Pa。使襯底淀積溫度保持在250℃，淀積功率為400W，淀積時間為60min，形成氮化硅掩膜層。