CN1316770A - 多晶硅薄膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
多晶硅薄膜的制造方法是一种用镍诱导非晶硅晶化获得高质量多晶硅薄膜的方法，其具体的方法为：①在绝缘衬底上淀积一层非晶硅材料；②用二氧化硅覆盖非晶硅薄膜；③在二氧化硅上开一些小窗口使非晶硅薄膜露出并采用干法工艺刻蚀掉露出非晶硅；④在二氧化硅及其上所开的小窗口上蒸发一层金属镍层作为诱导层；⑤在500～650℃的环境下退火以实现非晶硅的晶化。
Description
本发明是一种制造多晶硅薄膜的方法，特别是一种采用镍诱导非晶硅晶化获得高质量多晶硅薄膜的方法。
多晶硅薄膜在半导体器件制造领域有广泛的应用，例如制造高性能薄膜晶体管、代替SOI材料等。目前主要的生产方法是采用直接化学气相淀积多晶硅膜、非晶硅膜经激光退火处理等方法。前者制备方法简单、材料均匀性好、晶化后的材料晶粒大小均匀，但晶粒尺寸小。后者采用激光照射淀积的硅表面，但照射面积小，成本高，不适合大批量生产。
本发明的目的是提供一种生产成本低、材料的电子迁移率比普通化学气相淀积多晶硅高、且均匀性较激光退火法制造的多晶硅膜。
本发明的技术方案是采用镍诱导非晶硅横向晶化的方法制造多晶硅薄膜，其具体的方法为：
①在绝缘衬底上淀积一层非晶硅材料；
②用二氧化硅覆盖非晶硅薄膜；
③在二氧化硅上开一些小窗口使非晶硅薄膜露出，并采用干法工艺刻蚀掉露出非晶硅；
④在二氧化硅及其上所开的小窗口上蒸发一层金属镍层作为诱导层；
⑤在500～650℃的环境下退火以实现非晶硅的晶化。绝缘衬底为玻璃或氧化的硅片。非晶硅的淀积采用低压化学气相淀积法。
窗口边缘的区域称为诱导晶化区。在退火过程中用氮气保护。窗口边缘的区域由于材料含有太多的镍，不适合作为器件的有源区。
横向诱导晶化区是从窗口边缘处横向晶化生长出来的，器件晶粒大，所含镍金属沾污小，因此器件可以制做在此晶化区上。如果材料允许承受高温，该材料还可以在晶化处理后，放入高温(900～1100℃)处理一段时间，以减小缺陷和使晶粒二次生长。
本发明的优点在于由于采用集成电路标准生产工艺淀积非晶硅二氧化硅和金属，因此制造工艺简单，由于采用金属诱导晶化，并长时间退火使其生长，因此材料质量好，晶化面积大(晶化面积取决于晶化温度和时间)，本技术提出的制备多晶硅材料的新方法，可以提供较有序的大晶粒多晶硅材料。材料的电子迁移率比普通化学气相淀积多晶硅高，且均匀性较激光退火法制造的多晶硅膜好。由于退火方法简单，可以大批量生产，因此成本很低。
图1是本发明的结构示意图。其中有绝缘衬底1、覆盖有诱导层的诱导窗口区2、非晶硅材料3、横向诱导晶化区4、二氧化硅5、诱导层6。
本发明的实施方案如下：
实施例1：液晶显示用驱动晶体管的制造：首先在玻璃衬底上用低压化学气相淀积法淀积1000A厚的非晶硅薄膜，再淀积2000A厚的低温氧化硅材料(LTO)做保护膜，通过光刻技术在需要制造薄膜晶体管(TFT)的位置的旁边(10～20μm)刻去LTO以及下面的非晶硅膜以形成一长条形窗口，此时玻璃衬底将露出。再利用蒸发技术在整个样品上淀积一层约100～150A厚的金属镍层，随后整个样品放在550℃的温度下退火16小时，退火时通氮气保护。退火后的样品经去掉表面的LTO和金属镍后，采用标准的低温多晶硅薄膜晶体管制造工艺就可以实现高质量的液晶驱动晶体管。
实施例2：三维集成电路的制造：采用氧化的硅片作为基片，首先在上面淀积一层非晶硅和低温氧化物(LTO)材料，然后刻蚀部分LTO以及下面的非晶硅以产生锈导窗口，再在整个硅片表面蒸发一层薄镍层(100～150A)，随后整个硅片放在550℃～620℃的温度下退火5～16小时，退火时通氮气保护。退火后的硅片经去掉表面的LTO和金属镍后就可以采用MOS工艺在上面形成第一层电路。当这一切完成后，整个电路再用LTO覆盖起来并致密，该层致密的LTO用来作为上下层电路之间的隔离材料。然后重复前述的多晶硅生长方法形成第二层多晶硅膜，再形成第二层电路。根据需要，理论上可以实现多层电路系统。
采用金属镍作为诱导源，在低温(500～650℃)下长时间退火以实现非晶硅的晶化。需要晶化的区域用二氧化硅保护以避免金属沾污。晶化后金属部分可以用硫酸和双氧水的混合液泡去，其下层的硅可以用干法或湿法腐蚀去掉。若衬底材料可耐高温，该材料可通过1000℃左右后续退火以大幅度提高材料的电学性能。
Claims (4)
1．一种多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于采用镍诱导非晶硅横向晶化的方法制造多晶硅薄膜，其具体的方法为：
①在绝缘衬底(1)上淀积一层非晶硅材料(3)；
②用二氧化硅(5)覆盖非晶硅薄膜；
③在二氧化硅(5)上开一些小窗口使非晶硅薄膜露出并采用干法艺刻蚀掉露出的非晶硅；
④在二氧化硅(5)及其上所开的小窗口上蒸发一层金属镍层作为诱导层(6)；
⑤在500～650℃的环境下退火以实现非晶硅的晶化。
2．根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于绝缘衬底(1)为玻璃或氧化的硅片。
3．根据权利要求1或2所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于非晶硅的淀积采用低压化多气相淀积法。
4．根据权利要求1或2所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于作为诱导层(6)的金属镍层的厚度为100～150A。
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