RU2431215C1 - Method of obtaining layer of polycrystalline silicon - Google Patents
Method of obtaining layer of polycrystalline silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2431215C1 RU2431215C1 RU2010122600/28A RU2010122600A RU2431215C1 RU 2431215 C1 RU2431215 C1 RU 2431215C1 RU 2010122600/28 A RU2010122600/28 A RU 2010122600/28A RU 2010122600 A RU2010122600 A RU 2010122600A RU 2431215 C1 RU2431215 C1 RU 2431215C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- radiation
- amorphous silicon
- wavelength
- silicon
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к полупроводниковой технологии, и может быть использовано при изготовлении микро-, наноэлектронных и оптоэлектронных устройств, в частности тонкопленочных транзисторов (ТПТ), ячеек энергонезависимой памяти, солнечных элементов.The invention relates to semiconductor devices, namely to semiconductor technology, and can be used in the manufacture of micro-, nanoelectronic and optoelectronic devices, in particular thin-film transistors (TPT), non-volatile memory cells, solar cells.
Известен способ получения слоя поликристаллического кремния (патент РФ №1826815 на изобретение, МПК: 6 H01L 21/268), заключающийся в том, что расположенный на подложке слой поликристаллического кремния, характеризующийся размером зерна от 10-2 до 102 мкм, подвергают рекристаллизации с использованием импульсного лазерного излучения длиной волны, лежащей в полосе межзонного поглощения кремния, при длительности импульса от 7 до 100 нс и плотности энергии лазерного излучения от 2,7 до 3,2 Дж/см2. В качестве подложки используют подложку монокристаллического кремния.A known method of producing a layer of polycrystalline silicon (RF patent No. 1826815 for the invention, IPC: 6 H01L 21/268), which consists in the fact that the layer of polycrystalline silicon located on the substrate, characterized by a grain size of 10 -2 to 10 2 μm, is subjected to recrystallization with using pulsed laser radiation with a wavelength lying in the interband absorption band of silicon, with a pulse duration of 7 to 100 ns and a laser energy density of 2.7 to 3.2 J / cm 2 . As the substrate, a single crystal silicon substrate is used.
К недостаткам приведенного технического решения относится довольно узкий ассортимент приборных структур со слоем поликристаллического кремния, получаемого с использованием известного способа. Причины, препятствующие достижению нижеуказанного технического результата, заключаются в следующем.The disadvantages of the technical solutions include a rather narrow range of instrument structures with a layer of polycrystalline silicon obtained using the known method. The reasons that impede the achievement of the following technical result are as follows.
Получение слоя поликристаллического кремния возможно только в случае использования подложки кремния. Процесс формирования слоя поликристаллического кремния инициируется от подложки в результате поглощения ею лазерного излучения. Указанный механизм возможен только в случаях использования кремниевых подложек, для случаев изготовления приборных структур не на кремниевых подложках, например на стекле, при изготовлении ТПТ - не возможен, поскольку стекло не поглощает излучение.Obtaining a layer of polycrystalline silicon is possible only in the case of using a silicon substrate. The process of forming a layer of polycrystalline silicon is initiated from the substrate as a result of absorption of laser radiation by it. The indicated mechanism is possible only in cases where silicon substrates are used; for cases of fabrication of device structures not on silicon substrates, for example, glass, it is not possible in the manufacture of TPT, since glass does not absorb radiation.
В качестве ближайшего аналога к заявляемому техническому решению выявлен способ получения слоя поликристаллического кремния (патент TW №245321 на изобретение «Application method of near IR wave band femtosecond laser in amorphous silicon annealing», МПК: 7 H01L 21/00), заключающийся в том, что расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, с длиной волны ближнего инфракрасного (ИК) диапазона и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, обусловленный передачей энергии фотонов за сверхкороткое время решетке кристалла и формированием, таким образом, электронной плазмы высокой плотности, переводящими аморфный кремний в расплавленное состояние с последующим формированием поликристаллического слоя. Лазерную обработку проводят посредством титан-сапфирового лазера. Плотность энергии для облучения выбирают 45 мДж/см2.As the closest analogue to the claimed technical solution, a method for producing a layer of polycrystalline silicon (patent TW No. 245321 for the invention "Application method of near IR wave band femtosecond laser in amorphous silicon annealing", IPC: 7 H01L 21/00), which consists in that the layer of amorphous silicon located on the substrate is crystallized by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, with a wavelength of the near infrared (IR) range and an energy density that cause a phase transition in amorphous silicon due to the transfer of photon energy in an ultrashort time to the crystal lattice and the formation, thus, of a high-density electron plasma, converting amorphous silicon to the molten state, followed by the formation of a polycrystalline layer. Laser processing is carried out by means of a titanium-sapphire laser. The energy density for irradiation is chosen 45 mJ / cm 2 .
К недостаткам приведенного ближайшего технического решения относятся, во-первых, довольно узкий ассортимент приборных структур со слоем поликристаллического кремния, получаемого с использованием известного способа, во-вторых, также узкий диапазон толщин исходных пленок аморфного кремния, используемых для изготовления приборных структур, и, как следствие, получаемых толщин пленок поликристаллического кремния в приборных структурах. Причины, препятствующие достижению нижеуказанного технического результата, заключаются в следующем.The disadvantages of the nearest technical solution include, firstly, a rather narrow range of device structures with a layer of polycrystalline silicon obtained using the known method, and secondly, also a narrow range of thicknesses of the initial films of amorphous silicon used for the manufacture of device structures, and, as a consequence of the resulting thicknesses of polycrystalline silicon films in instrument structures. The reasons that impede the achievement of the following technical result are as follows.
В рассматриваемом способе получения слоя поликристаллического кремния при лазерной обработке большая роль отводится нелинейным эффектам при поглощении энергии фотонов с целью генерации высокоплотной плазмы. Как следствие, однородность обработок невелика. Получаемый слой поликристаллического кремния характерен узкому ассортименту приборных структур.In the method under consideration for producing a polycrystalline silicon layer by laser processing, a large role is given to nonlinear effects in the absorption of photon energy in order to generate a high-density plasma. As a result, the homogeneity of the treatments is small. The resulting polycrystalline silicon layer is characterized by a narrow range of instrument structures.
Используемый материал подложки (кремний) поглощает излучение, что может вести к перегреву и деформации подложки, сужая ассортимент приборных структур, получаемых с использованием рассматриваемого способа.The used substrate material (silicon) absorbs radiation, which can lead to overheating and deformation of the substrate, narrowing the range of instrument structures obtained using this method.
Несмотря на нелинейные эффекты в поглощении при используемой длине волны излучения (800 нм) коэффициент поглощения недостаточно велик. Это ограничивает толщину исходных слоев аморфного кремния нижними значениями.Despite the nonlinear effects in the absorption at the used radiation wavelength (800 nm), the absorption coefficient is not large enough. This limits the thickness of the initial layers of amorphous silicon to lower values.
Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:
- расширение ассортимента приборных структур со слоем поликристаллического кремния;- expanding the range of instrument structures with a layer of polycrystalline silicon;
- расширение диапазона толщин исходных пленок аморфного кремния, используемых для изготовления приборных структур, и, как следствие, расширение диапазона толщин слоя поликристаллического кремния в приборных структурах.- expanding the range of thicknesses of the initial films of amorphous silicon used for the manufacture of instrument structures, and, as a result, expanding the range of thicknesses of the layer of polycrystalline silicon in instrument structures.
Технический результат достигают в способе получения слоя поликристаллического кремния, заключающемся в том, что расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния, фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке, лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, при лазерной обработке используют излучение с длиной волны ближнего ультрафиолетового диапазона или с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона.The technical result is achieved in a method for producing a polycrystalline silicon layer, namely, that an amorphous silicon layer located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, wavelength and energy density, which cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer polycrystalline silicon, the crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition with Of course, there is no energy transfer to the substrate, laser processing is carried out at an average radiation wavelength, which ensures the presence of absorption over the entire thickness of the amorphous silicon layer, and with an energy density that ensures, at a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section; radiation with a wavelength of the near ultraviolet range or with a wavelength of the near infrared range.
В способе в качестве подложки используют подложку из стекла или кремния, в составе которой выполнен слой диоксида кремния.In the method, a glass or silicon substrate is used as a substrate, in which a silicon dioxide layer is made.
В способе расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре от 100 до 320°C.In the method, a layer of amorphous silicon located on a substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of from 100 to 320 ° C.
В способе в качестве слоя аморфного кремния используют слой с атомарным содержанием водорода, равным от 0 до 30 процентов.In the method, a layer with an atomic hydrogen content of 0 to 30 percent is used as an amorphous silicon layer.
В способе толщину слоя аморфного кремния выбирают равной от 20 до 130 нм.In the method, the thickness of the layer of amorphous silicon is chosen equal to from 20 to 130 nm.
В способе при лазерной обработке используют импульсное излучение с длительностью импульса фемтосекундного диапазона от 30 до 120 фемтосекунд.In the method for laser processing using pulsed radiation with a pulse duration of the femtosecond range from 30 to 120 femtoseconds.
В способе при лазерной обработке используют импульсное излучение с плотностью энергии от 20 до 150 мДж/см2.In the method for laser processing using pulsed radiation with an energy density of from 20 to 150 mJ / cm 2 .
В способе при лазерной обработке используют излучение длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники.In the method, laser processing uses radiation of a wavelength of the near infrared range, namely, pulsed radiation of a titanium-sapphire laser of the first harmonic.
В способе при лазерной обработке используют излучение длиной волны ближнего ультрафиолетового диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера второй гармоники.In the method, the laser processing uses radiation of a wavelength of the near ultraviolet range, namely, pulsed radiation of a second-harmonic titanium-sapphire laser.
В способе при лазерной обработке используют импульсное излучение при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине исходной пленки, от 390 до 810 нм.In the laser processing method, pulsed radiation is used at an average radiation wavelength that ensures absorption across the entire thickness of the original film, from 390 to 810 nm.
В способе при лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения от 50 до 98%.In the method during laser processing, scanning is carried out over the surface of an amorphous silicon layer at a speed that ensures that the spot of the incident radiation from the treatment is overlapped from 50 to 98%.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами. На Фиг.1 представлена блок-схема установки лазерной обработки исходного слоя аморфного кремния, где 1 - титан-сапфировый лазер; 2 - удвоитель частоты (применяется для обработок в ближнем ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, для обработок в ближнем ИК-диапазоне не применяется); 3 - оптическая система для варьирования плотности энергии в импульсе излучения; 4 - обрабатываемый образец; 5 - подвижный столик для сканирования. На Фиг.2 продемонстрирована однородность лазерных обработок при сканировании, снимок сделан в оптический микроскоп, шаг сканирования (расстояние между горизонтальными полосами) был выбран 50 микрометров. На Фиг.3 приведен спектр комбинационного рассеивания света исходного, до проведения лазерной обработки, слоя аморфного кремния толщиной 130 нм (штрихованная линия) и приведен спектр комбинационного рассеивания света слоя, подвергавшегося сканирующей лазерной обработке импульсным излучением с использованием двойной гармоники титан-сапфирового лазера, средняя длина волны 400 нм, с длительностью импульса 30 фемтосекунд при плотности энергии 30 мДж/см2 (сплошная линия). На Фиг.4 приведен спектр комбинационного рассеивания света исходного, до проведения лазерной обработки, слоя аморфного кремния толщиной 20 нм (штрихованная линия), а также приведен спектр комбинационного рассеивания света слоя, подвергавшегося сканирующей лазерной обработке импульсным излучением с использованием двойной гармоники титан-сапфирового лазера, средняя длина волны 400 нм, с длительностью импульса 30 фемтосекунд при плотности энергии 25 мДж/см2 (сплошная линия). На Фиг.5 приведены спектры комбинационного рассеивания света слоя, подвергавшегося сканирующей лазерной обработке импульсным излучением с использованием титан-сапфирового лазера, средняя длина волны 800 нм, с длительностью импульса 30 фемтосекунд при различных плотностях энергии: 38 мДж/см2; 48 мДж/см2; 63 мДж/см2.The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings. Figure 1 presents the block diagram of the installation of laser processing of the initial layer of amorphous silicon, where 1 is a titanium-sapphire laser; 2 - frequency doubler (used for treatments in the near ultraviolet (UV) range, not used for treatments in the near infrared range); 3 - an optical system for varying the energy density in a radiation pulse; 4 - processed sample; 5 - movable table for scanning. Figure 2 shows the homogeneity of laser treatments during scanning, the picture was taken with an optical microscope, and the scanning step (distance between horizontal bands) was selected at 50 micrometers. Figure 3 shows the spectrum of Raman scattering of the light of the initial, before laser processing, layer of amorphous silicon with a thickness of 130 nm (dashed line) and the spectrum of Raman scattering of light of a layer subjected to scanning laser processing by pulsed radiation using a double harmonic of a titanium-sapphire laser,
Главное отличие предлагаемого технического решения заключается в том, что при формировании слоя поликристаллического кремния реализуется возможность устранения передачи энергии подложке или каким-либо слоям приборной структуры, которые, например, выполнены в составе подложки, приводящей к разогреву последних при поглощении энергии излучения в исходном слое аморфного кремния. Реализация указанной возможности базируется на использовании фазового перехода кристаллизации, стимулированного электрон-дырочной плазмой, которому свойственно отсутствие передачи энергии подложке и, как следствие, ее разогрева. Данный фазовый переход кристаллизации, стимулированный электрон-дырочной плазмой, обусловлен малыми временами воздействий на исходный слой аморфного кремния импульсами лазера фемтосекундного диапазона. Поэтому длительность воздействия лазерным излучением выбирают из условия обеспечения наличия фазового перехода кристаллизации, стимулированного электрон-дырочной плазмой, и отсутствия передачи энергии подложке, приводящей к разогреву.The main difference of the proposed technical solution is that when a polycrystalline silicon layer is formed, it is possible to eliminate energy transfer to the substrate or to some layers of the device structure, which, for example, are made as a part of the substrate, which leads to heating of the latter upon absorption of radiation energy in the initial amorphous layer silicon. The realization of this possibility is based on the use of a crystallization phase transition stimulated by an electron-hole plasma, which is characterized by the absence of energy transfer to the substrate and, as a consequence, its heating. This phase transition of crystallization, stimulated by an electron-hole plasma, is caused by short times of exposure to the initial layer of amorphous silicon by femtosecond laser pulses. Therefore, the duration of exposure to laser radiation is chosen from the condition of ensuring the presence of a crystallization phase transition stimulated by an electron-hole plasma and the absence of energy transfer to the substrate, leading to heating.
При этом для обработок выбирают средние длины волн импульсного излучения лазера фемтосекундного диапазона, которые обеспечивают эффективное поглощение по всей толщине слоя аморфного кремния. Это длины волны ближнего ультрафиолетового диапазона или длины волны ближнего инфракрасного диапазона. В отношении используемых подложек указанное излучение не поглощается ими или слабо поглощается. Выбор длины излучения лазера осуществляют с учетом толщины исходного слоя аморфного кремния таким образом, чтобы поглощение излучения имело место по всей толщине, хотя бы и с максимумом поглощения фотонов ближе к поверхности исходной пленки и с экспоненциальным спадом на границе раздела ее с подложкой. Для толщин исходных слоев аморфного кремния от 20 до 130 нм наличие требуемого поглощения обеспечивается при средних длинах волн импульсного излучения около интервала от 400 до 800 нм.In this case, the average wavelengths of the pulsed radiation of the femtosecond laser range are selected for the treatments, which provide effective absorption over the entire thickness of the amorphous silicon layer. These are near-ultraviolet wavelengths or near-infrared wavelengths. With respect to the substrates used, said radiation is not absorbed by them or is weakly absorbed. The laser radiation length is selected taking into account the thickness of the initial layer of amorphous silicon in such a way that radiation absorption occurs over the entire thickness, even with a maximum absorption of photons closer to the surface of the initial film and with an exponential decay at the interface between it and the substrate. For the thicknesses of the initial layers of amorphous silicon from 20 to 130 nm, the required absorption is ensured at average wavelengths of pulsed radiation near the interval from 400 to 800 nm.
При использовании для лазерной обработки исходного слоя аморфного кремния титан-сапфирового лазера со средней длиной волны излучения, например, 800 нм - при генерации первой гармоники или 400 нм - при генерации второй гармоники, длительность импульсов излучения выбирают, например, от 30 до 120 фемтосекунд. Для данного конкретного лазера указанная длительность импульсов излучения обеспечивает реализацию стимулированного электрон-дырочной плазмой фазового перехода кристаллизации, а указанные средние длины волн - требуемое поглощение их в исходном слое в зависимости от его толщины и содержания водорода. Минимальная толщина исходного слоя аморфного кремния для данного частного случая составляет 20 нм, максимальная - 130 нм. Атомарное содержание водорода может быть равным от 0 до 30%.When a titanium-sapphire laser with an average radiation wavelength of, for example, 800 nm is used for laser processing of the initial layer of amorphous silicon, for example, when the first harmonic is generated or 400 nm when the second harmonic is generated, the duration of the radiation pulses is selected, for example, from 30 to 120 femtoseconds. For this particular laser, the indicated duration of the radiation pulses ensures the implementation of the crystallization phase transition stimulated by the electron-hole plasma, and the indicated average wavelengths ensure their required absorption in the initial layer, depending on its thickness and hydrogen content. The minimum thickness of the initial layer of amorphous silicon for this particular case is 20 nm, and the maximum is 130 nm. The atomic hydrogen content may be from 0 to 30%.
Для реализации назначения предлагаемого способа, то есть формирования слоя поликристаллического кремния, излучение при лазерной обработке должно характеризоваться плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения. Для удовлетворения этого условия плотность энергии излучения выбирают от 20 и до 150 мДж/см2. Указанные величины плотности энергии приведены для случая использования титан-сапфирового лазера с указанными средними длинами волны излучения и длительностями импульсов. Минимальное значение интервала соответствует минимальной толщине исходного слоя - 20 нм, максимальное значение интервала соответствует максимальной толщине исходного слоя - 130 нм для его полной кристаллизации на участке воздействия излучением. При превышении максимального значения интервала происходит частичное испарение или абляция слоя. Конкретный количественный диапазон плотности энергии излучения может отличаться от указанного в случае использования другого, не титан-сапфирового, лазера, с другой длительностью импульсов, однако также обеспечивающей наличие фазового перехода кристаллизации, стимулированного электрон-дырочной плазмой и, как следствие, отсутствием явления передачи энергии подложке и ее разогрева. Основное требование к выбору той или иной величины плотности энергии излучения заключается в том, что она должна обеспечить кристаллизацию, стимулированную электрон-дырочной плазмой, отсутствие передачи энергии подложке и ее разогрева.To realize the purpose of the proposed method, that is, the formation of a layer of polycrystalline silicon, the radiation during laser processing should be characterized by an energy density that ensures, for a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure area. To satisfy this condition, the radiation energy density is selected from 20 to 150 mJ / cm 2 . The indicated values of the energy density are given for the case of using a titanium-sapphire laser with the indicated average radiation wavelengths and pulse durations. The minimum value of the interval corresponds to the minimum thickness of the initial layer - 20 nm, the maximum value of the interval corresponds to the maximum thickness of the initial layer - 130 nm for its complete crystallization at the site of exposure to radiation. If the maximum value of the interval is exceeded, partial evaporation or ablation of the layer occurs. The specific quantitative range of the radiation energy density may differ from that indicated in the case of using a different non-titanium-sapphire laser with a different pulse duration, but also providing the presence of a crystallization phase transition stimulated by an electron-hole plasma and, as a consequence, the absence of the phenomenon of energy transfer to the substrate and its warming up. The main requirement for the choice of a particular value of the radiation energy density is that it should provide crystallization stimulated by an electron-hole plasma, the absence of energy transfer to the substrate and its heating.
Установка для проведения лазерной обработки исходного слоя аморфного кремния и формирования поликристаллического слоя собрана, например, из титан-сапфирового лазера (1), удвоителя частоты (2), который применяется для обработок в ближнем УФ-диапазоне, а для обработок в ближнем ИК-диапазоне не применяется, оптической системы для варьирования плотности энергии в импульсе излучения (3), подаваемого на обрабатываемый образец (4), и подвижного столика для сканирования (5), на котором размещен обрабатываемый образец (4) (см. Фиг.1). Оптическая система для варьирования плотности энергии в импульсе излучения (3) предназначена также и для фокусировки излучения на обрабатываемый образец (4). Подвижный столик для сканирования (5) выполнен с возможностью перемещения со скоростью, необходимой для достижения перекрытия пятна падающего при обработках излучения от 50 до 98%.An apparatus for laser processing the initial layer of amorphous silicon and the formation of a polycrystalline layer is assembled, for example, from a titanium-sapphire laser (1), a frequency doubler (2), which is used for treatments in the near UV range, and for treatments in the near infrared range not used, an optical system for varying the energy density in the radiation pulse (3) supplied to the processed sample (4), and a movable scanning table (5), on which the processed sample (4) is placed (see Figure 1). An optical system for varying the energy density in a radiation pulse (3) is also intended for focusing radiation on a processed sample (4). The movable table for scanning (5) is made with the possibility of moving at the speed necessary to achieve overlap of the spot of the incident radiation during processing from 50 to 98%.
Сканирование необходимо при обработке всей площади образцов с исходным слоем аморфного кремния площадью, превышающей площадь размера пятна падающего излучения, для достижения ее равномерности. При помощи оптической системы для варьирования плотности энергии в импульсе излучения (3) падающее излучение на обрабатываемый образец (4) фокусируют в пятно диаметром от 2 до 200 мкм. Поскольку равномерность засветки в пятне достигается на площади его центральной части и нарушается к периферии в соответствии с гауссианой, минимальное перекрытие при сканировании, обеспечивающее равномерность засветки и, следовательно, равномерность обработки по площади пленки, составляет 50%, а максимальное - 98%.Scanning is necessary when processing the entire area of the samples with the initial layer of amorphous silicon with an area exceeding the area of the spot size of the incident radiation in order to achieve its uniformity. Using an optical system for varying the energy density in a radiation pulse (3), the incident radiation is focused on the treated sample (4) into a spot with a diameter of 2 to 200 μm. Since the uniformity of illumination in the spot is achieved on the area of its central part and is violated to the periphery in accordance with the Gaussian, the minimum overlap during scanning, which ensures uniformity of illumination and, therefore, uniformity of processing over the film area, is 50%, and the maximum is 98%.
Контроль изменения фазового состава при кристаллизации проводят посредством спектроскопии комбинационного рассеивания света (В.А.Володин «Комбинационное рассеивание света в массивах нанообъектов кремния и арсенида галлия», диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, г.Новосибирск: ИФП СО РАН, 1999 г.; E.Bustarret, M.A.Hachicha, M.Brunel, «Experimental determination of the nanocrystalline volume fraction in silicon thin films from Raman spectroscopy», APL, 1988, v.52, n.20, p.1676). Контроль концентрации водорода проводят по данным ИК-спектроскопии, по сдвигу края фундаментального поглощения и по данным спектроскопии комбинационного рассеивания света (Джоунопулос Дж., Люковски Дж. Физика гидрогенизированного аморфного кремния в 2 книгах, кн. 1, пер. с англ., М.: Мир, 1987, стр.368).The change in the phase composition during crystallization is monitored by Raman spectroscopy (V.A. Volodin, “Raman light scattering in arrays of silicon and gallium arsenide nanoobjects”, dissertation for the degree of candidate of physical and mathematical sciences, Novosibirsk: IPP SB RAS, 1999; E. Bustarret, MA Hachicha, M. Brunel, “Experimental determination of the nanocrystalline volume fraction in silicon thin films from Raman spectroscopy”, APL, 1988, v. 52, n.20, p. 1676). The control of hydrogen concentration is carried out according to IR spectroscopy, according to the shift of the fundamental absorption edge and according to Raman spectroscopy data (Jounopoulos J., Luckowski J. Physics of hydrogenated amorphous silicon in 2 books,
Изготовление образцов для лазерной обработки осуществляют, например, с использованием кремниевых подложек с выполненными в их составе слоями двуокиси кремния или подложек из стекла, на которые наносят исходный слой аморфного кремния. Для нанесения используют метод плазмохимического осаждения. Температуру осаждения пленок варьируют от 100 до 320°C. В качестве исходных слоев аморфного кремния могут быть использованы слои, осаждаемые так, как описано в указанном ближайшем техническом решении.The preparation of samples for laser processing is carried out, for example, using silicon substrates with layers of silicon dioxide or glass substrates made on them, onto which the initial layer of amorphous silicon is applied. For application using the method of plasma chemical deposition. The film deposition temperature ranges from 100 to 320 ° C. As the initial layers of amorphous silicon can be used layers deposited as described in the specified technical solution.
Для контроля однородности слоев при кристаллизации в результате лазерной обработки применяют, в частности, оптическую микроскопию (см. Фиг.2).To control the uniformity of the layers during crystallization as a result of laser treatment, in particular, optical microscopy is used (see Figure 2).
Для контроля изменения фазового состава при кристаллизации в результате лазерной обработки измеряют, частности, спектры комбинационного рассеивания (см. Фиг.3 - Фиг.5).To control changes in the phase composition during crystallization as a result of laser processing, in particular, Raman spectra are measured (see FIG. 3 - FIG. 5).
Исходные слои аморфного кремния характеризуются спектром с широким пиком, имеющим максимум в области 475÷480 см-1, обусловленным рассеянием на оптических колебаниях связей кремний-кремний (см. Фиг.3 - Фиг.4). Приведенный спектр показывает, что исходные слои аморфны.The initial layers of amorphous silicon are characterized by a wide-peak spectrum having a maximum in the region of 475–480 cm −1 , due to scattering of silicon-silicon bonds by optical vibrations (see FIG. 3 - FIG. 4). The presented spectrum shows that the initial layers are amorphous.
Лазерная обработка импульсным излучением, например, с использованием второй гармоники титан-сапфирового лазера, при средней длине волны 400 нм с длительностью импульса 30 фемтосекунд при плотности энергии 30 мДж/см2 исходного слоя аморфного кремния толщиной 130 нм приводит к изменению фазового состава, о чем свидетельствует трансформация спектра комбинационного рассеивания (см. Фиг.3). На спектре виден сильно выраженный «кристаллический» пик, узкий и смещенный к значению 520 см-1, что свидетельствует о полноте трансформации аморфного кремния в кристаллическую фазу. Из анализа положения пика в спектрах комбинационного рассеивания можно утверждать, что размеры кристаллических зерен составляют в диаметре более 10 нм.Laser treatment by pulsed radiation, for example, using the second harmonic of a titanium-sapphire laser, at an average wavelength of 400 nm with a pulse duration of 30 femtoseconds at an energy density of 30 mJ / cm 2 of the initial layer of amorphous silicon with a thickness of 130 nm, leads to a change in the phase composition, which indicates the transformation of the spectrum of Raman scattering (see Figure 3). A strongly pronounced “crystalline” peak is visible on the spectrum, narrow and shifted to a value of 520 cm -1 , which indicates the complete transformation of amorphous silicon into a crystalline phase. From an analysis of the position of the peak in the Raman spectra, it can be argued that the sizes of crystalline grains are more than 10 nm in diameter.
После проведения лазерных обработок исходного слоя аморфного кремния толщиной 20 нм при использовании второй гармоники титан-сапфирового лазера, длительности импульса 30 фемтосекунд и плотности энергии 25 мДж/см2 в спектре комбинационного рассеивания также проявляется «кристаллический» пик (см. Фиг.4). Из анализа положения пика в спектрах комбинационного рассеивания можно утверждать, что размеры кристаллических зерен также составляют в диаметре более 10 нм.After laser processing of the initial layer of amorphous silicon with a thickness of 20 nm using the second harmonic of a titanium-sapphire laser, a pulse duration of 30 femtoseconds and an energy density of 25 mJ / cm 2 , a "crystalline" peak also appears in the Raman spectrum (see Figure 4). From an analysis of the position of the peak in the Raman spectra, it can be argued that the sizes of crystalline grains are also more than 10 nm in diameter.
После проведения лазерных обработок исходных слоев аморфного кремния толщиной 90 нм при использовании титан-сапфирового лазера, при средней длине волны 800 нм, длительности импульса 30 фемтосекунд и плотностях энергии 38, 48 и 63 мДж/см2 в спектре комбинационного рассеивания также проявляется «кристаллический» пик (см. Фиг.5). Необходимо отметить, что при обработке с плотностью энергии 38 мДж/см2 только часть аморфного кремния трансформируется в кристаллическую фазу. Из анализа положения пика в спектрах комбинационного рассеивания можно утверждать, что размеры кристаллических зерен составляют в диаметре более 2 нм.After laser processing of the initial layers of amorphous silicon with a thickness of 90 nm using a titanium-sapphire laser, with an average wavelength of 800 nm, a pulse duration of 30 femtoseconds and energy densities of 38, 48 and 63 mJ / cm 2 , the “crystalline” spectrum also appears in the Raman spectrum peak (see Figure 5). It should be noted that during processing with an energy density of 38 mJ / cm 2 only a part of amorphous silicon is transformed into the crystalline phase. From an analysis of the position of the peak in the Raman spectra, it can be argued that the sizes of crystalline grains are more than 2 nm in diameter.
Таким образом, по желанию, варьируя параметры лазерной обработки, можно управлять размерами формируемых кристаллических зерен.Thus, if desired, by varying the parameters of laser processing, it is possible to control the size of the formed crystalline grains.
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением технического результата, приводятся нижеследующие примеры.As information confirming the possibility of implementing the method with the achievement of a technical result, the following examples are given.
Пример 1Example 1
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 30 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из кремния, в составе которой выполнен слой диоксида кремния. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 130 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 280°C. Атомарное содержание водорода составляет около 2%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники с длиной волны 800 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, 150 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения 98%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 30 femtoseconds. As the substrate, a silicon substrate is used, in which a silicon dioxide layer is made. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 130 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 280 ° C. The atomic hydrogen content is about 2%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a near infrared wavelength is used, namely, pulsed radiation of a first-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 800 nm, and with an energy density that ensures, at a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, 150 mJ / cm 2 . When laser processing is performed, scanning is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the spot of the incident radiation during processing is 98% overlapped.
Пример 2Example 2
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 30 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из стекла. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 130 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 320°C. Атомарное содержание водорода составляет 0%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники с длиной волны 800 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, 150 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения 50%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 30 femtoseconds. As the substrate, a glass substrate is used. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 130 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 320 ° C. The atomic hydrogen content is 0%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a near infrared wavelength is used, namely, pulsed radiation of a first-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 800 nm, and with an energy density that ensures, at a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, 150 mJ / cm 2 . When laser processing is performed, scanning is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the overlapping spot of incident radiation during processing is 50%.
Пример 3Example 3
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 120 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из стекла. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 90 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 100°C. Атомарное содержание водорода составляет около 30%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники с длиной волны 800 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, от 38 до 150 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения 70%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 120 femtoseconds. As the substrate, a glass substrate is used. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 90 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 100 ° C. The atomic hydrogen content is about 30%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a wavelength of the near infrared range is used, namely, pulsed radiation of a first-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 800 nm, and with an energy density that ensures, at a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, from 38 up to 150 mJ / cm 2 . When laser processing is performed, scanning is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the overlapping spot of the incident radiation during processing is 70%.
Пример 4Example 4
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 30 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из стекла. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 90 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 100°C. Атомарное содержание водорода составляет около 30%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники с длиной волны 800 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, от 38 до 100 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения 80%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 30 femtoseconds. As the substrate, a glass substrate is used. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 90 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 100 ° C. The atomic hydrogen content is about 30%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a wavelength of the near infrared range is used, namely, pulsed radiation of a first-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 800 nm, and with an energy density that ensures, at a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, from 38 up to 100 mJ / cm 2 . During laser processing, scanning is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the overlapping spot of the incident radiation during processing is 80%.
Пример 5Example 5
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 30 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из стекла. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 130 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 150°C. Атомарное содержание водорода составляет около 25%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего ультрафиолетового диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера второй гармоники с длиной волны 400 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, от 25 до 50 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения 80%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 30 femtoseconds. As the substrate, a glass substrate is used. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 130 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 150 ° C. The atomic hydrogen content is about 25%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a wavelength of the near ultraviolet range is used, namely, pulsed radiation of a second-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 400 nm, and with an energy density that ensures, for a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, from 25 up to 50 mJ / cm 2 . During laser processing, scanning is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the overlapping spot of the incident radiation during processing is 80%.
Пример 6Example 6
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 30 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из стекла. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 20 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 150°C. Атомарное содержание водорода составляет около 25%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего ультрафиолетового диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера второй гармоники с длиной волны 400 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, от 20 до 50 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения от 50 до 98%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 30 femtoseconds. As the substrate, a glass substrate is used. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 20 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 150 ° C. The atomic hydrogen content is about 25%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a wavelength of the near ultraviolet range is used, namely, pulsed radiation of a second-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 400 nm, and with an energy density that ensures, for a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, from 20 up to 50 mJ / cm 2 . When laser processing is performed, a scan is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the overlapping spot of the incident radiation during processing is from 50 to 98%.
Пример 7Example 7
Расположенный на подложке слой аморфного кремния подвергают кристаллизации посредством лазерной обработки импульсным излучением фемтосекундного диапазона, длительностью импульса 90 фемтосекунд. В качестве подложки используют подложку из стекла. Толщину исходного слоя аморфного кремния выбирают равной 90 нм. Расположенный на подложке слой аморфного кремния формируют плазмохимическим осаждением при температуре 150°C. Атомарное содержание водорода составляет около 25%. Лазерную обработку проводят излучением с длиной волны и плотностью энергии, вызывающими в аморфном кремнии фазовый переход, сопровождающийся в конечном счете формированием слоя поликристаллического кремния. Фазовый переход кристаллизации стимулирован электрон-дырочной плазмой, при этом фазовому переходу свойственно отсутствие передачи энергии подложке. Лазерную обработку осуществляют при средней длине волны излучения, обеспечивающей наличие поглощения по всей толщине слоя аморфного кремния. При этом используют излучение с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, а именно импульсное излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники с длиной волны 800 нм, и с плотностью энергии, обеспечивающей при заданной толщине слоя аморфного кремния формирование сплошного поликристаллического слоя на участке воздействия излучения, от 38 до 150 мДж/см2. При лазерной обработке осуществляют сканирование по поверхности слоя аморфного кремния, со скоростью, обеспечивающей достижение перекрытия пятна падающего при обработках излучения от 50 до 98%.A layer of amorphous silicon located on a substrate is subjected to crystallization by laser treatment with pulsed radiation of the femtosecond range, a pulse duration of 90 femtoseconds. As the substrate, a glass substrate is used. The thickness of the initial layer of amorphous silicon is chosen equal to 90 nm. A layer of amorphous silicon located on the substrate is formed by plasma-chemical deposition at a temperature of 150 ° C. The atomic hydrogen content is about 25%. Laser processing is carried out by radiation with a wavelength and energy density that cause a phase transition in amorphous silicon, which is ultimately accompanied by the formation of a layer of polycrystalline silicon. The crystallization phase transition is stimulated by an electron-hole plasma, while the phase transition is characterized by the absence of energy transfer to the substrate. Laser processing is carried out at an average wavelength of radiation, ensuring the presence of absorption throughout the thickness of the layer of amorphous silicon. In this case, radiation with a wavelength of the near infrared range is used, namely, pulsed radiation of a first-harmonic titanium-sapphire laser with a wavelength of 800 nm, and with an energy density that ensures, at a given thickness of the amorphous silicon layer, the formation of a continuous polycrystalline layer in the radiation exposure section, from 38 up to 150 mJ / cm 2 . When laser processing is performed, a scan is performed on the surface of the amorphous silicon layer at a speed that ensures that the overlapping spot of the incident radiation during processing is from 50 to 98%.
В заключение необходимо подчеркнуть, положительным эффектом предлагаемого технического решения является то, что применение указанных малых времен воздействия лазерного излучения, при соответствующей плотности энергии излучения, инициирующего кристаллизацию, позволяет расширить ассортимент подложек и диапазон толщин исходных пленок аморфного кремния, используемых для изготовления приборных структур. Также способ позволяет использовать нетугоплавкие подложки (с температурой размягчения до 300°C), а в качестве исходных пленок аморфного кремния использовать пленки, полученные низкотемпературной технологией осаждения, в частности методом плазмохимического осаждения при температуре до 100°C.In conclusion, it is necessary to emphasize that the positive effect of the proposed technical solution is that the use of the indicated short times of exposure to laser radiation, with the corresponding radiation energy density that initiates crystallization, allows us to expand the range of substrates and the thickness range of the initial films of amorphous silicon used for the manufacture of instrument structures. Also, the method allows the use of non-refractory substrates (with a softening temperature of up to 300 ° C), and films obtained by low-temperature deposition technology, in particular, plasma-chemical deposition at temperatures up to 100 ° C, can be used as initial films of amorphous silicon.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010122600/28A RU2431215C1 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Method of obtaining layer of polycrystalline silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010122600/28A RU2431215C1 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Method of obtaining layer of polycrystalline silicon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2431215C1 true RU2431215C1 (en) | 2011-10-10 |
Family
ID=44805187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010122600/28A RU2431215C1 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Method of obtaining layer of polycrystalline silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2431215C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619446C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for production of re-emitting textured thin films based on amorphous hydrogenated silicon with silicon nanocrystals |
| RU2642140C2 (en) * | 2013-12-25 | 2018-01-24 | Шэньчжэнь Чайна Стар Оптоэлектроникс Текнолоджи Ко., Лтд. | Thin film of low-temperature polycrystalline silicon, method of manufacture of such thin film and transistor made of such thin film |
| RU2647561C2 (en) * | 2013-12-25 | 2018-03-16 | Шэньчжэнь Чайна Стар Оптоэлектроникс Текнолоджи Ко., Лтд. | Low temperature polycrystalline silicon thin film pre-cleaning method and preparation method, liquid crystal display device and system for making same |
| RU2807779C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Method for forming polycrystalline silicon |
-
2010
- 2010-06-02 RU RU2010122600/28A patent/RU2431215C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642140C2 (en) * | 2013-12-25 | 2018-01-24 | Шэньчжэнь Чайна Стар Оптоэлектроникс Текнолоджи Ко., Лтд. | Thin film of low-temperature polycrystalline silicon, method of manufacture of such thin film and transistor made of such thin film |
| RU2647561C2 (en) * | 2013-12-25 | 2018-03-16 | Шэньчжэнь Чайна Стар Оптоэлектроникс Текнолоджи Ко., Лтд. | Low temperature polycrystalline silicon thin film pre-cleaning method and preparation method, liquid crystal display device and system for making same |
| RU2619446C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for production of re-emitting textured thin films based on amorphous hydrogenated silicon with silicon nanocrystals |
| RU2807779C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Method for forming polycrystalline silicon |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106783536B (en) | Laser annealing equipment, polycrystalline silicon thin film and preparation method of thin film transistor | |
| US8557040B2 (en) | Systems and methods for preparation of epitaxially textured thick films | |
| US20110108108A1 (en) | Flash light annealing for thin films | |
| US10121667B2 (en) | Creation of hyperdoped semiconductors with concurrent high crystallinity and high sub-bandgap absorptance using nanosecond laser annealing | |
| TW200807563A (en) | Method of heat treatment for semiconductor | |
| RU2431215C1 (en) | Method of obtaining layer of polycrystalline silicon | |
| Volodin et al. | Crystallization of hydrogenated amorphous silicon films by exposure to femtosecond pulsed laser radiation | |
| García et al. | Analysis of wavelength influence on a-Si crystallization processes with nanosecond laser sources | |
| Palani et al. | Crystallization and ablation in annealing of amorphous-Si thin film on glass and crystalline-Si substrates irradiated by third harmonics of Nd3+: YAG laser | |
| WO2006098513A1 (en) | Heat treatment method and method for crystallizing semiconductor | |
| JP2002151410A (en) | Method of manufacturing crystalline semiconductor material and semiconductor device | |
| US10600915B2 (en) | Flexible substrate structure, flexible transistor and method for fabricating the same | |
| JPS6235571A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP7360172B2 (en) | How to process target material | |
| Volodin et al. | Femtosecond pulse crystallization of thin amorphous hydrogenated films on glass substrates using near ultraviolet laser radiation | |
| Park et al. | XRD studies on the femtosecond laser ablated single-crystal germanium in air | |
| JP4586585B2 (en) | Method for manufacturing thin film semiconductor device | |
| Izawa et al. | Ultra fast melting process in femtosecond laser crystallization of thin a-Si layer | |
| García et al. | Estimation of local crystallization of a-Si: H thin films by nanosecond pulsed laser irradiation through local temperature simulation | |
| Volodin et al. | Phase transitions in a-Si: H films on a glass irradiated by high-power femtosecond pulses: Manifestation of nonlinear and nonthermal effects | |
| JPH0582466A (en) | Annealing method for semiconductor layer | |
| JPH0282519A (en) | Solid phase epitaxy method | |
| Amutha et al. | Investigations on nano-and pico-second laser based annealing combined texturing of amorphous silicon thin films for photovoltaic applications | |
| Chen et al. | Blue Femtosecond Laser-Induced Crystallization of Amorphous Silicon | |
| RU2391742C1 (en) | Method of making dielectric layer containing nanocrystals |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160603 |