CN1331194C - 一种具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜的制造方法，包括①在绝缘衬底(10)上沉积非晶硅薄膜(11)；②在(11)上沉积金属隔离层(12)；③在(12)上蒸发一层诱导金属层(13)；④在(13)之上沉积一层介质作为金属上扩散层(14)；⑤在保护气体中采用低温(＜600℃)退火，实现非晶硅到多晶硅的晶化；⑥采用刻蚀工艺将金属上扩散层(14)、诱导金属层(13)、金属隔离层(12)去除等步骤。采用本发明的方法，可对进入非晶硅层的金属原子数量进行调控，以获得大晶粒的多晶硅薄膜；同时金属与硅层不直接接触，避免了残留金属的污染；还可增加诱导金属层的厚度，提高工艺的可操作性和可重复性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温多晶硅薄膜的制造方法，特别是一种改进的利用金属诱导使非晶硅晶化，从而获得高质量多晶硅的制造方法，其也是一种低温下进行的半导体加工技术。
背景技术
众所周知，多晶硅薄膜现在已被广泛应用于半导体器件的制作中，如显示工业中用的多晶硅薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)，微电子机械系统，集成电路以及替代SOI(Silicon on Insulator)材料等方面。其中在显示工业中，尤其是在AMOLED(Active Matrix Organic Light-emitting Device，有源有机发光器件)、TFT-LCD(TFT液晶显示器件)产品中，为了提高显示屏的性能，通常采用TFT组成象素驱动电路及其周边驱动电路，这些TFT大多采用多晶硅薄膜作为其有源层，并且驱动电路和显示元件一起制作在成本低廉的透明玻璃衬底上，这都要求多晶硅薄膜的性能较好，并且要求在低温条件下制作。
现在已经有几种形成低温多晶硅薄膜的方法，其中一类为直接生长法，如下列文献中所报道：①、“Comparison of poly-Si films deposited by UHVCVD andLPCVD and its application for thin film transistors”， D.Z.Peng，et al.，Vacuum，(2002)，vol.67，pp641，；②、“Low temperature polycrystallinesilicon thin film transistors”，Jin Jang，Jai Il Ryu，Soo Young Yoon andKyung Ha Lee，Vacuum，(1998)，Vol.51，pp769。这种方法一般是利用超高真空CVD(UHVCVD)或RPCVD、PECVD等设备直接在衬底上生长出多晶硅薄膜，其优点是无需再用退火结晶，从而缩短了制备的时间，但缺点也十分明显，那就是薄膜的表面粗糙度大，严重影响了器件的迁移率以及器件的稳定性；另外一类方法是先制备a-Si薄膜，再通过退火的方法使a-Si薄膜再结晶形成多晶硅薄膜，如文献①、“Advanced excimer laser crystallization technique，L.Mariucci，A.Pecora，et.al.，Thin Solid Films，2001，Vol.383，pp39”；②、“Effect ofexcimer laser annealing on the structural and electricai properties ofpolycrystalline silicon thin-film transistors，C.T.Angelis and C.A.Dimitriadis，J.APPL.PHYS.，(1999)，Vol.86，pp4600”中所报道的采用准分子激光加热a-Si薄膜，然后退火结晶；以及如文献①、“Po1ycrystalline siliconprepared by metal induced crystall ization，Jong Hyun Choi，Do Young Kim，Seung Soo Kim，Seong Jin Park，Jin Jang，Thin Solid Films，(2003)，Vol.440，pp.1”；②、“Low-temperature crystallization of hydrogenatedamorphous silicon induced by Nickel silicide formation，Yunosuke KAWAZU，et al.，Jpn.J.Appl.Phys.，(1990)，Vol.29，pp.2698”中所述的金属诱导(MIC，Metal Induced Crystallization)技术，其中利用金属材料和硅形成金属硅化物，并以此作为媒介，促使多晶硅可在较低温度下形成(低于600℃)。
准分子激光退火以及金属诱导制备多晶硅的技术是目前业界中制备多晶硅薄膜的两种极其重要的方法。利用准分子激光退火的方法可得到迁移率大和表面粗糙度较小的多晶硅薄膜，但是其装置价格昂贵，另外制成的多晶硅薄膜的均匀性较差；利用金属诱导技术可得到均匀性好，迁移率高，表面平坦的多晶硅薄膜，制作工艺及设备也较为简单。但这一方法目前也存在着一些问题，例如晶化完成之后，在沟道处残留的金属对沟道造成污染，从而影响器件的性能；为了减少残留金属的污染，以及利于形成较大尺寸晶粒的多晶硅薄膜(提高迁移率，减少晶粒间缺陷)，一般将诱导金属层做的很薄，甚至到比一个原子层还薄的程度，这样又使得工艺不易控制和重复，增加了工艺上实现的困难。近年来发展的金属侧向诱导技术(MILC，Metal Induced Lateral Crystallization)，如文献“Lowtemperature poiy-Si thin film transistor fabrcation by metal-inducedlateral crystallization，Seok-Woon Lee and Seung-Ki Joo，IEEE ElectronDevice Letter，1996，Vo117，pp160”所报道，该技术尽管可达到减少残留金属污染的问题，但工艺上也很复杂，并且仍不能完全避免金属层与半导体层的直接接触，还存在MIC与MILC之间以及两个方向的MILC在中间相遇时留下的晶界，而晶界的存在影响了器件的击穿电压和漏电流。
综上所述，在该领域中，探索新的多晶硅制造方法，提高多晶硅薄膜的质量，简化制作过程，提高制备的可控制性是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的是利用改进的金属诱导技术，在低温下将a-Si薄膜再结晶形成高质量的多晶硅薄膜，以供器件制作的使用。
本发明的具体方案如下：
首先在绝缘衬底10上沉积一层非晶硅薄膜11，其厚度一般为几十纳米至几百纳米，也可以厚到几个微米。采用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)或低压化学汽相沉积(LPCVD)的方法生长。衬底10采用绝缘材料，如用玻璃、石英或覆有SiO2绝缘层(厚度为数百纳米)的硅片。
第二步，在非晶硅薄膜11之上再生长一层与硅不同种类的材料作为诱导金属的隔离层12，其厚度一般是在几十纳米到数百纳米之间，使金属层避免了与非晶硅层的直接接触，同时又可保证在退火温度附近(约500℃)，金属原子能在隔离层12中扩散并进入到非晶硅层，达到诱导晶化的目的。金属隔离层12也可采用PECVD或LPCVD的方法生长形成，金属隔离层12材料可采用与硅不同的材料，具体采用材料如SiNx，SiO2，SiON，SiCF。
第三步，在金属隔离层12之上再蒸发诱导金属层13，其厚度一般为一纳米到数十纳米之间。该层材料的作用是使得其中的金属原子通过扩散进入金属隔离层后，再进入到硅层，与硅原子形成金属硅化物，使得晶化可在低温下进行(金属的作用如文献“Silicide formation and silicide-mediated crystallizationof nickel-implanted amorphous silicon thin films，C.Hayzelden and J.L.Batstone，J.Appl.Phys，(1993)，Vol73 No.12，pp8279”所述)。诱导金属层13可采用金属Ni，Au，Cu，Al，Pd，Co，Ag，这些金属可采用溅射、热蒸发以及电子束蒸发的方法制备。
第四步，在诱导金属层13之上再生长一层金属上扩散层14，其厚度一般为几十纳米到数百纳米。金属上扩散层14可采用与金属隔离层12相同或不同的材料，也通过PECVD或LPCVD的方法生长，如：SiNx，a-Si，SiO2，SiON，SiCF。
第五步，在低温条件下退火(低于600℃)，实现非晶硅到多晶硅的晶化。退火在快速退火炉中进行，且退火过程中采用保护性气体(如氮气)对样品进行保护，退火的时间一般为数小时到几十小时。
第六步，在晶化完成之后，采用干法或湿法刻蚀的方法分别或一起将金属上扩散层14、诱导金属层13以及隔离层12去除，同时保证刻蚀过程中多晶硅层和绝缘衬底不受到破坏，从而留下多晶硅层和绝缘衬底供器件制作使用，
本发明所采用的方案中，诱导金属原子既可以通过金属隔离层12向下扩散进入非晶硅层，同时也可以向上扩散进入金属上扩散层14，这样使得诱导金属层13中的部分金属原子得到了分流，并且可以通过改变这两层材料各自的厚度和材料种类，对向上和向下扩散的金属原子数量进行调控，在保证较好的诱导效果的同时，可增加诱导金属层的厚度，提高工艺的可操作性和可重复性；又因为多晶硅薄膜的质量如晶粒的大小，是和金属原子的数量，即金属硅化物所形成的晶核数量有关，降低晶核的数量有利于提高多晶硅晶粒的尺寸。因此，采用本发明中的方法，可以制备高质量的多晶硅薄膜，如较少的晶粒间界缺陷，较大的晶粒尺寸(单个晶粒的横向尺寸大于8微米)；同时，诱导金属层13的厚度可以做的大一些，达到纳米级以至更大的厚度，从而提高工艺的可重复性，也使工艺的可控制性增强；再者，金属隔离层12的存在，避免了诱导金属层与半导体层的直接接触，减少了晶化完成之后残留金属对半导体层的污染，也减少了对器件(如TFT)的影响；通过对金属上扩散层介质以及金属隔离层材料的选择，使得刻蚀金属上扩散层介质、残留诱导金属层以及金属隔离层的过程对半导体层和衬底没有影响。
附图说明
图1：本发明所述的多晶硅薄膜制备示意图。
其中绝缘衬底10，非晶硅薄膜11(晶化完成之后成为多晶硅层)，金属隔离层12，诱导金属层13以及金属上扩散层14。
具体实施方式
实施例1：
本例子中的工艺方案如图1所示。
第一步，首先在平板玻璃衬底10上采用PECVD方法沉积a-Si薄膜11，其厚度为60nm，以SiH4作为气源分解得到a-Si。沉积时衬底温度为200℃，本底真空为2×10-4Pa，反应室压力80Pa。在使用之前平板玻璃衬底10分别用有机溶剂如甲苯、丙酮、乙醇超声清洗；
第二步，在a-Si薄膜11沉积一层厚度为50nm的SiNx层，作为金属隔离层12，该层薄膜的生长同样利用PECVD在SiH4和NH3的混合气氛下生长，衬底温度保持在270℃，反应室压力为30Pa；
第三步，接着将样品放入磁控溅射台中生长一层诱导金属13，该层的厚度为1nm，使用金属Ni作为诱导金属，生长时衬底温度为130℃，本底真空为2×10-4Pa，溅射时反应室压力为0.1Pa；
第四步，采用与第二步相同的工艺条件接着在样品上生长一层厚度为50nm的SiNx层作为金属上扩散层14；
第五步，利用快速退火炉在520℃的温度下退火处理10个小时，其间通以N2作为保护气体；
第六步，退火完成之后，利用等离子体刻蚀工艺(干法刻蚀)在CF4气氛下刻掉金属上扩散层14(SiNx)，接着用稀盐酸腐蚀掉剩余的金属Ni，最后采用等离子体刻蚀工艺在CF4气氛下刻掉金属隔离层12(SiNx)，留下的多晶硅层和衬底就可供器件制作使用。
实施例2：
本例子中的工艺方案如图1所示。
首先在覆有400nmSiO2绝缘层的硅片上采用PECVD方法沉积a-Si薄膜11，其厚度为200nm，以SiH4作为气源分解得到a-Si。沉积时衬底温度为200℃，本底真空为2×10-4Pa，反应室压力80Pa。在使用之前，对覆有400nmSiO2绝缘层的硅片10分别用有机溶剂如甲苯、丙酮、乙醇超声清洗；
第二步，在a-Si薄膜11沉积一层厚度为100nm的SiNx层，作为金属隔离层12，该层薄膜的生长同样利用PECVD在SiH4和NH3的混合气氛下生长，衬底温度保持在270℃，反应室压力为30Pa；
第三步，接着将样品放入磁控溅射台中生长一层诱导金属13，该层的厚度为5nm，使用金属Ni作为诱导金属，生长时衬底温度为130℃，本底真空为2×10-4Pa，溅射时反应室压力为0.1Pa；
第四步，采用与第一步相同的工艺条件接着在样品上生长一层厚度为50nma-Si层作为金属上扩散层14；
第五步，利用快速退火炉在520℃的温度下退火处理20个小时，其间通以N2作为保护气体；
第六步，退火完成之后，利用等离子体刻蚀工艺(干法刻蚀)在CF4气氛下刻掉金属上扩散层14(a-Si)，接着用稀盐酸腐蚀掉剩余的金属Ni，最后采用等离子体刻蚀工艺在CF4气氛下刻掉金属隔离层12(SiNx)，留下的多晶硅层和衬底，可供器件制作使用。
虽然以上对本发明采用举例的形式进行了具体的描述，但是本领域的一般技术人员应该懂得，这些公开的内容只是作为例子，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以在各部分的细节上作许多改变。
Claims (9)
1、一种具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于采用改进的金属诱导技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜，其具体的方法是：
首先在绝缘衬底(10)上沉积一层非晶硅薄膜(11)；
第二步，在非晶硅薄膜(11)之上再生长一层与硅不同种类的材料作为诱导金属的隔离层(12)，金属隔离层(12)材料采用SiNx、SiO2、SiON或SiCF；
第三步，在金属隔离层(12)之上再溅射诱导金属层(13)，诱导金属层(13)采用金属Ni、Au、Cu、Al、Pd、Co或Ag；
第四步，在诱导金属层(13)之上再生长一层金属上扩散层(14)，金属上扩散层(14)采用与金属隔离层(12)相同或不同的材料，为SiNx、a-Si、SiO2、SiON或SiCF；
第五步，在低于600℃的低温条件下退火进行晶化，退火在快速退火炉中进行，且退火过程中采用保护性气体对样品进行保护；
第六步，在晶化完成之后，采用干法或湿法刻蚀的方法分别或一起将金属上扩散层(14)、诱导金属层(13)以及金属隔离层(12)去除，在绝缘衬底上得到多晶硅薄膜。
2、根据权利要求1所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：绝缘衬底(10)为玻璃、石英或覆有SiO2绝缘层的硅片。
3、根据权利要求1或2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：非晶硅薄膜(11)、金属隔离层(12)及金属上扩散层(14)是利用等离子增强化学汽相沉积或低压化学汽相沉积的方法制作。
4、根据权利要求1或2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：非晶硅薄膜(11)的厚度为60nm或200nm。
5、根据权利要求1或2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：金属隔离层(12)的厚度为50nm或100nm。
6、根据权利要求1或2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：诱导金属层(13)的厚度为1nm或5nm。
7、根据权利要求1或2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：金属上扩散层(14)的厚度为50nm。
8、根据权利要求1或2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：退火的温度是520℃，退火的时间为10小时或20小时，采用的保护性气体为氮气。
9、根据权利要求2所述的具有金属上扩散层的金属诱导多晶硅薄膜制造方法，其特征在于：SiO2绝缘层的厚度为400nm。
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|---|---|---|---|---|
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| CN100419959C (zh) * | 2005-10-28 | 2008-09-17 | 南开大学 | 浸沾法金属诱导碟形晶畴多晶硅薄膜材料及制备和应用 |
| CN100446180C (zh) * | 2005-10-28 | 2008-12-24 | 南开大学 | 溶液法金属诱导晶化大晶粒多晶硅薄膜材料及制备和应用 |
| CN100999388B (zh) * | 2006-12-30 | 2011-02-09 | 南开大学 | 表面修饰溶液诱导晶化多晶硅薄膜的制备方法 |
| CN102047389B (zh) * | 2008-04-25 | 2013-06-19 | 英诺瓦莱特公司 | 使用ⅳ族纳米颗粒在晶片基底上形成结区 |
| CN101781794B (zh) * | 2008-12-30 | 2012-05-23 | 兰州大成科技股份有限公司 | 低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法 |
| CN101834124B (zh) * | 2010-02-09 | 2012-10-31 | 广东中显科技有限公司 | 一种基于退火工艺的多晶硅薄膜材料的制造方法 |
| CN102129962A (zh) * | 2010-10-28 | 2011-07-20 | 广东中显科技有限公司 | 一种可调控的金属诱导多晶硅薄膜制造方法 |
| CN102610499A (zh) * | 2011-01-19 | 2012-07-25 | 广东中显科技有限公司 | 一种制备具有多晶硅薄膜的多层膜结构的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1133489A (zh) * | 1994-10-20 | 1996-10-16 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
| US5612250A (en) * | 1993-12-01 | 1997-03-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device using a catalyst |
| JP2001196307A (ja) * | 2000-01-11 | 2001-07-19 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US6486496B2 (en) * | 2001-04-24 | 2002-11-26 | United Microelectronics Corp. | Polysilicon thin film transistor structure |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5612250A (en) * | 1993-12-01 | 1997-03-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device using a catalyst |
| CN1133489A (zh) * | 1994-10-20 | 1996-10-16 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
| JP2001196307A (ja) * | 2000-01-11 | 2001-07-19 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US6486496B2 (en) * | 2001-04-24 | 2002-11-26 | United Microelectronics Corp. | Polysilicon thin film transistor structure |
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