专利名称：使用纳米颗粒结晶无定形硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种结晶无定形硅的方法，更尤其，涉及一种使用纳米颗粒结晶无定形硅的方法。
背景技术：
将无定形硅结晶成多晶硅的技术对在玻璃或塑料基材上形成高性能薄膜晶体管(TFT)是重要的。多晶硅具有比无定形硅明显更高的电子移动性，并因此在用作平板显示器如液体晶体显示器的基材的玻璃基材上用于形成驱动电路或TFT。
在将无定形硅结晶成多晶硅的许多常规方法中，最广泛使用的方法是一种图1所示的受激准分子激光退火方法(eximer laser annealing method)。
在受激准分子激光退火方法中，在无定形硅沉积在基材上之后，受激准分子激光束照射在基材上以熔化无定形硅，这样结晶无定形硅。在该方法中，熔融无定形硅的量和结晶的状态随着激光束的功率而变化，如图1所示。
在图1(a)和1(b)中，如果激光束的功率接近阈值能，仅少量的无定形硅用作晶种。在图1(a)中，激光束的功率适当地调节至接近阈值能量密度，这样基材11上的大多数无定形硅层13熔化且仅少量的未熔无定形硅15a用作晶种。在图1(b)中，熔融的无定形硅层13在未熔无定形硅15a周围逐渐冷却并生长为理想颗粒。
在图1(c)和1(d)中，仅无定形硅层13的上表面在低于阈值能量的功率下熔化并随后冷却使得无定形硅层13生长成小颗粒。如图1(c)所示，如果激光束的功率低于阈值能量密度，仅无定形硅层13的上表面熔化，而基材11附近的无定形硅层保持不熔化。因此，在冷却无定形硅层13时，形成不均匀的颗粒，如图1(d)所示。
在图1(e)和1(f)中，无定形硅层13在高于阈值能量的功率下完全熔化，这样没有留下用作晶种的无定形硅。因此，种子不均匀地生长且晶体不均匀地生长。如果激光束的功率高于阈值能量密度，无定形硅层13如图1(e)所示完全熔化。当它冷却时，晶体不均匀地生长且颗粒尺寸，如图1(f)所示下降。
因此，在常规激光退火技术中，激光束的功率必须可能地接近阈值能量密度，这样可留下合适量的可用作晶种的无定形硅。但难以合适地调节激光束的能量密度并控制晶种的数目及其尺寸和排列。因此，颗粒太小且生长不均匀。
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种用以调节晶种的数目，尺寸和排列的结晶无定形硅的方法，这样可均匀地生长大颗粒。
发明内容
为了实现本发明的以上目的，提供了一种结晶无定形硅的方法。该方法包括，将纳米颗粒供给在无定形硅层的表面上；在供给纳米颗粒的同时间断地熔化到达无定形硅层表面的纳米颗粒；并冷却该无定形硅层以使用未熔的纳米颗粒作为晶种来生长晶体，这样形成多晶硅层。
优选，纳米颗粒的熔化包括，通过在无定形硅层的表面上照射具有脉冲波形的激光束，间断地熔化无定形硅层和纳米颗粒。
优选，晶体具有环形状并以晶种为中心形成。
优选，该方法还包括，在冷却无定形硅层之后，去除无定形硅层表面上的不用作晶种的纳米颗粒。
纳米颗粒的去除可包括将纳米颗粒和多晶硅层的表面氧化并在多晶硅层的表面上刻蚀它们或进行溅射。
因为用作晶种的硅纳米颗粒从外部提供在无定形硅层的表面上，晶种的数目和尺寸可得到控制，这样可生长大颗粒以形成理想的多晶硅层。
本发明的以上目的和优点在参考附图的情况下，通过详细描述其优选实施方案而更加明显，其中图1是一个示意图，说明一种结晶无定形硅的常规方法；图2A至2C给出了在按照本发明一个实施方案的结晶无定形硅的方法中的步骤；
图3是在使用按照本发明实施方案的无定形硅结晶方法之前和之后的无定形硅的平面图；图4是在按照本发明实施方案的无定形硅结晶方法中，颗粒的尺寸相对激光束功率的图；和图5是用于进行按照本发明实施方案的无定形硅结晶方法的装置的透视图。
具体实施例方式
以下，根据附图详细描述按照本发明一个实施方案的结晶无定形硅的方法。
图2A至2C给出了在按照本发明一个实施方案的结晶无定形硅的方法中的步骤。为了结晶无定形硅，如图2A所示，纳米颗粒25a提供在沉积于基材21表面上的无定形硅层23a的表面上。可以使用包括硅单晶的各种纳米颗粒25a。
玻璃或塑料基材用作基材21。无定形硅层23a形成为几个埃至几千个埃的厚度，和优选1000埃的厚度。
为了形成纳米颗粒25a，可以使用气溶胶激光烧蚀(aerosol laser ablation)或裂解。图5给出了一种用于进行气溶胶激光烧蚀以形成纳米颗粒25的装置。
参考图5，气溶胶激光烧蚀装置包括由微米级硅粉末产生气溶胶的气溶胶生成器35；将激光束照射在气溶胶上的受激准分子激光37；将具有脉冲波形的受激准分子激光束照射在由气溶胶生成器35流出的硅粉末上以形成纳米颗粒25的烧蚀腔31；和仅通过具有预定尺寸的纳米颗粒25并将它们供给至反应容器20的尺寸分类器33。
在图5中，参考数字32表示一种根据尺寸利用纳米颗粒之间的运动差异而挑选尺寸为几百个nm或更多的纳米颗粒的冲击器(impactor)。参考数字39表示一种使用放射性射线使硅粉末或纳米颗粒25带电以防硅粉末或纳米颗粒25与管的内壁粘附或根据尺寸用于精确挑选纳米颗粒25的中和器。
用于纳米颗粒25的载体气体可以是氦(He)气，氮(N2)气，或氩(Ar)气。纳米颗粒25的尺寸是几个nm至几十个nm。
在图2B所示的步骤中，在提供纳米颗粒25a的同时，将具有脉冲波形的激光束27照射在无定形硅层23b的表面上以间断地熔化无定形硅层23b和到达无定形硅层23b表面的纳米颗粒25b。
在激光束27照射时，到达无定形硅层23b表面的纳米颗粒25b与无定形硅层23b一起熔化。但在激光束27没有照射时到达无定形硅层23b表面的纳米颗粒25c不熔化并用作晶种以形成多晶硅层，如图2C所示。在此，照射熔化无定形硅层23b的激光束27由受激准分子激光37发出，且其路径随后通过镜子30转变以入射反应容器20，如图5所示。
在完成激光束27的照射之后，冷却无定形硅层23b使得晶体使用未熔的纳米颗粒25c作为晶种而生长，这样形成多晶硅层，如图2C所示。在此，颗粒的尺寸根据纳米颗粒25a的密度，结晶速度，和薄膜的冷却速度等之间的关系而确定。
在冷却之后到达薄膜表面的纳米颗粒25a对结晶没有贡献并在表面上保留为突出的颗粒。为了去除突出的颗粒，将该表面薄氧化成氧化硅膜并随后刻蚀，或将该表面倾斜溅射。
如果纳米颗粒26a用作晶种，颗粒集中在纳米颗粒26b上形成。尤其，如果由单晶硅形成的纳米颗粒26b用作晶种，图3(a)给出了在激光照射已完成之后刚到达无定形硅层23表面的纳米颗粒26a，且图3(b)给出了一种在冷却无定形硅层23时环状颗粒集中在纳米颗粒26b上形成的状态。
图4是在按照本发明实施方案的无定形硅结晶方法中，颗粒的尺寸相对激光束功率的图。
在常规激光退火技术中，通过使用接近P1的激光束功率适当熔化无定形硅层以留下少量的无定形硅，可预期使颗粒尺寸最大化。但由于难以调节激光束的功率，不能得到预期的效果。
但在按照本发明实施方案的使用纳米颗粒结晶无定形硅的方法中，即使照射具有功率P2的激光束，通过完全熔化无定形硅层，在激光照射已完成之后到达正冷却的无定形硅层的表面的纳米颗粒可用作晶种，这样可将颗粒的尺寸最大化而不会太多地取决于激光束的功率。
根据本发明，通过外部供给纳米颗粒，可以控制纳米颗粒的数目，尺寸和着陆位置而不取决于激光束的功率，并可得到大且均匀的颗粒。
尽管本发明已尤其在以上描述中给出，但本发明显然不限于此，而这些描述应该被认为是一种优选实施方案。例如，本领域熟练技术人员可以理解，具有各种尺寸的各种纳米颗粒可使用各种形成纳米颗粒的方法提供而不背离本发明的主旨。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述而是由所附权利要求书限定。
如上所述，在本发明中，无定形硅在提供外部形成的纳米颗粒作为晶种的同时提供熔化和冷却而结晶，这样简化工艺并控制晶体的尺寸，位置和排列。
权利要求
1.一种结晶无定形硅的方法，包括将纳米颗粒供给在无定形硅层的表面上；在供给纳米颗粒的同时间断地熔化到达无定形硅层表面的纳米颗粒；和冷却该无定形硅层以使用未熔的纳米颗粒作为晶种来生长晶体，这样形成多晶硅层。
2.根据权利要求1的方法，其中纳米颗粒的熔化包括通过在无定形硅层的表面上照射具有脉冲波形的激光束，间断地熔化无定形硅层和纳米颗粒。
3.根据权利要求1的方法，其中晶体具有环形状并以晶种为中心形成。
4.根据权利要求1或2的方法，还包括，在冷却无定形硅层之后，去除无定形硅层表面上的不用作晶种的纳米颗粒。
5.根据权利要求4的方法，其中纳米颗粒的去除包括，氧化纳米颗粒和多晶硅层的表面并刻蚀它们。
6.根据权利要求4的方法，其中纳米颗粒的去除包括，在多晶硅层的表面上进行溅射。
全文摘要
本发明提供了一种结晶无定形硅的方法。该方法包括，将纳米颗粒供给在无定形硅层的表面上；在供给纳米颗粒的同时间断地熔化到达无定形硅层表面的纳米颗粒；并冷却该无定形硅层以使用未熔的纳米颗粒作为晶种来生长晶体，这样形成多晶硅层。由于外部提供的纳米颗粒用作晶种以结晶无定形硅层，这样可形成大的颗粒。由于可控制纳米颗粒的数目和尺寸，还可控制颗粒的尺寸和排列。
文档编号H01L21/336GK1465755SQ0215037
公开日2004年1月7日 申请日期2002年11月8日 优先权日2002年6月5日
发明者姜闰浩 申请人:三星电子株式会社