[發明專利]金屬點陣誘導非晶硅薄膜晶化的方法

無效

• 申請號: 201210215016.5
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102751175A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 朱開貴;陳芳芳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利屬于微電子和光電子材料和器件制造領域，涉及一種通過在金屬誘導非晶硅晶化過程中，形成有序的硅晶粒點陣的方法。

背景技術

金屬誘導晶化非晶硅薄膜晶化是一種在低溫條件下制備優質多晶硅薄膜的方法，具有晶化溫度低、晶粒尺寸大、制備成本低的優點，在微電子和光電子器件制備上有重要的應用。常用的金屬材料有Ni、Al、Au、Ag、Pd、Ti、Cr等。目前通常采用的方法通常有：向非晶硅薄膜中通過離子注入金屬元素、在非晶硅薄膜上沉積一層金屬薄膜等方法誘導非晶硅薄膜晶化。通過這些方法誘導晶化的硅晶粒通常是無序和隨機地分布在薄膜中。

發明目的

本發明的的目的在于通過有序金屬點陣誘導非晶硅薄膜晶化，實現晶化后薄膜中的硅晶粒有序的點陣分布。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠在金屬誘導非晶硅薄膜晶化過程中，使得晶化后的薄膜中硅晶粒形成有序的點陣分布。

（1）金屬點陣制備

通過光刻的方法在襯底上形成光刻膠掩模，掩模上制備有有序排列的小孔。然后通過鍍金屬薄膜的方法將金屬薄膜沉積到光刻膠的掩模上。去掉光刻膠后在襯底上形成金屬點的陣列。也可以通過先在襯底上鍍金屬薄膜，然后在薄膜表面通過光刻膠制備掩模，再通過化學腐蝕或刻蝕的方法制備金屬點陣。也可以通過其他的方法制備金屬點陣。金屬薄膜厚度為0.0001~10微米；金屬點的大小為0.001~100微米。金屬材料選取Ni、Al、Au、Ag、Pd、Ti、Cr等一種或幾種金屬材料。薄膜制備方法可以是蒸發鍍膜、濺射鍍膜、電解、氣相沉積等金屬鍍膜法。

（2）非晶硅薄膜制備

在制備有金屬點陣的襯底上沉積非晶硅薄膜。非晶硅薄膜制備方法可以是固體硅蒸發、利用硅烷氣體分解的化學氣相沉積等方法。

（3）非晶硅薄膜的晶化

將非晶硅薄膜在真空或氣氛保護的環境下，在一定的溫度下進行退火處理一定的時間，使得金屬點陣周圍的非晶硅晶化。退火溫度和退火時間視具體的金屬材料、需晶化的晶粒尺寸等因素而定。絕大多數情況下，溫度在200~1000攝氏度，退火時間在幾小時范圍內。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

本實施例包括以下步驟：

（1）光刻膠掩模制作

在清潔的玻璃襯底表面旋涂一層光刻膠。旋涂厚度約2微米。將旋涂的光刻膠在130度烘干2分鐘后，試用預先制備的掩模板在光刻機下進行光刻，經顯影、定影等光刻過程得到光刻膠掩模，在光刻膠掩模上有規則排列的圓孔，孔徑2微米，空間距5微米。

（2）金屬薄膜制備

通過電子束蒸發的方法蒸鍍金屬鎳（Ni）薄膜。以步驟（1）得到的基片作為襯底，選用純度為99.95％的Ni作為蒸發源，經過電子束加熱蒸發。Ni薄膜的厚度為0.005微米。將蒸鍍Ni薄膜后的樣品在丙酮溶液中，通過超聲振蕩的方法對光刻膠及其上的Ni薄膜進行剝離，得到Ni薄膜的點陣。

（3）非晶硅薄膜制備

以步驟（2）得到的樣品作為襯底，通過等離子增強化學氣相沉積（PECVD）的方法制備非晶硅薄膜。制備條件是：以硅烷（SiH4）為反應氣體，真空室的背底真空度為2×10-4Pa，工作氣壓為50Pa，SiH4氣體流量為10cm3/min，等離子射頻功率為80W。在上述條件下生長厚度為0.05微米的非晶硅薄膜。

（4）非晶硅薄膜晶化

將步驟3制備的樣品在氬氣氣氛保護下500攝氏度退火2小時，使得Ni點陣區域的非晶硅晶化，從而得到硅晶粒點陣。

實施例2

本實施例中步驟(1)是先制備Ni薄膜，然后在薄膜表面制備光刻膠掩模，通過化學腐蝕的方法，在鹽酸溶液中腐蝕Ni薄膜。去掉光刻膠后，得到Ni的點陣。