专利名称：金属点阵诱导非晶硅薄膜晶化的方法
技术领域：
本发明专利属于微电子和光电子材料和器件制造领域，涉及一种通过在金属诱导非晶硅晶化过程中，形成有序的硅晶粒点阵的方法。
背景技术：
金属诱导晶化非晶硅薄膜晶化是一种在低温条件下制备优质多晶硅薄膜的方法，具有晶化温度低、晶粒尺寸大、制备成本低的优点，在微电子和光电子器件制备上有重要的 应用。常用的金属材料有附3131138、？(1、11、(>等。目前通常采用的方法通常有向非晶硅薄膜中通过离子注入金属元素、在非晶硅薄膜上沉积一层金属薄膜等方法诱导非晶硅薄膜晶化。通过这些方法诱导晶化的硅晶粒通常是无序和随机地分布在薄膜中。
发明目的本发明的的目的在于通过有序金属点阵诱导非晶硅薄膜晶化，实现晶化后薄膜中的娃晶粒有序的点阵分布。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在金属诱导非晶硅薄膜晶化过程中，使得晶化后的薄膜中硅晶粒形成有序的点阵分布。(I)金属点阵制备通过光刻的方法在衬底上形成光刻胶掩模，掩模上制备有有序排列的小孔。然后通过镀金属薄膜的方法将金属薄膜沉积到光刻胶的掩模上。去掉光刻胶后在衬底上形成金属点的阵列。也可以通过先在衬底上镀金属薄膜，然后在薄膜表面通过光刻胶制备掩模，再通过化学腐蚀或刻蚀的方法制备金属点阵。也可以通过其他的方法制备金属点阵。金属薄膜厚度为0. 0001 10微米；金属点的大小为0. 001 100微米。金属材料选取Ni、Al、Au、Ag、Pd、Ti、Cr等一种或几种金属材料。薄膜制备方法可以是蒸发镀膜、溅射镀膜、电解、气相沉积等金属镀膜法。(2)非晶硅薄膜制备在制备有金属点阵的衬底上沉积非晶硅薄膜。非晶硅薄膜制备方法可以是固体硅蒸发、利用硅烷气体分解的化学气相沉积等方法。(3)非晶硅薄膜的晶化将非晶硅薄膜在真空或气氛保护的环境下，在一定的温度下进行退火处理一定的时间，使得金属点阵周围的非晶硅晶化。退火温度和退火时间视具体的金属材料、需晶化的晶粒尺寸等因素而定。绝大多数情况下，温度在20(T1000摄氏度，退火时间在几小时范围内。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例I本实施例包括以下步骤(I)光刻胶掩模制作在清洁的玻璃衬底表面旋涂一层光刻胶。旋涂厚度约2微米。将旋涂的光刻胶在130度烘干2分钟后，试用预先制备的掩模板在光刻机下进行光刻，经显影、定影等光刻过程得到光刻胶掩模，在光刻胶掩模上有规则排列的圆孔，孔径2微米，空间距5微米。
(2)金属薄膜制备通过电子束蒸发的方法蒸镀金属镍(Ni)薄膜。以步骤(I)得到的基片作为衬底，选用纯度为99. 95%的Ni作为蒸发源，经过电子束加热蒸发。Ni薄膜的厚度为0. 005微米。将蒸镀Ni薄膜后的样品在丙酮溶液中，通过超声振荡的方法对光刻胶及其上的Ni薄膜进行剥离，得到Ni薄膜的点阵。(3)非晶硅薄膜制备以步骤(2)得到的样品作为衬底，通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备非晶硅薄膜。制备条件是以硅烷(SiH4)为反应气体，真空室的背底真空度为2 X 10-4Pa,工作气压为50Pa，SiH4气体流量为10cm3/min，等离子射频功率为80W。在上述条件下生长厚度为0. 05微米的非晶硅薄膜。 (4)非晶硅薄膜晶化将步骤3制备的样品在氩气气氛保护下500摄氏度退火2小时，使得Ni点阵区域的非晶硅晶化，从而得到硅晶粒点阵。实施例2本实施例中步骤(I)是先制备Ni薄膜，然后在薄膜表面制备光刻胶掩模，通过化学腐蚀的方法，在盐酸溶液中腐蚀Ni薄膜。去掉光刻胶后，得到Ni的点阵。
权利要求
1.一种金属诱导非晶硅薄膜晶化形成硅晶粒点阵的方法，其特征在于步骤在于(1)金属点阵的制备；(2)非晶硅薄膜的制备；(3)非晶硅薄膜的金属诱导晶化。
2.根据权利要求I所述金属诱导非晶硅晶化方法，其特征在与通过金属点阵来诱导非晶硅薄膜的晶化，从而使得晶化的硅晶粒排列成相应的点阵。
3.根据权利要求I和2所述的金属诱导非晶硅薄膜晶化方法，金属点阵材料可以是Ni、Al、Au、Ag、Pd、Ti、Cr等可用于诱导非晶娃晶化的金属材料中的一种或几种。
4.根据权利要求1、2和3所述的金属诱导非晶硅薄膜晶化方法，金属点阵的制备方法可以通过光刻和金属薄膜的制备相结合的方法，或其他掩模制备和金属薄膜相结合的方法。
5.根据权利要求1、2、3和4所述的金属诱导非晶硅薄膜晶化的方法，金属薄膜的制备可以用蒸发的方法、溅射的方法、电镀的方法等薄膜制备方法中的任意一种。
6.根据权利要求1、2、3和4所述的金属诱导非晶硅薄膜晶化的方法，制备金属点阵的方法可以通过光刻、纳米球刻蚀、电子束刻蚀、等离子体刻蚀等制备制版方法中的一种或几种。
7.根据权利要求1、2、3、4、5和6所述的金属诱导非晶硅薄膜晶化的方法，金属点阵中金属点的尺寸、点之间的距离可以大于、小于或等于几微米。
8.根据权利要求I所述的金属诱导非晶硅薄膜的晶化方法，非晶硅薄膜的制备可以采用化学气相沉积(CVD或PECVD)、蒸发等制备非晶硅薄膜的方法。
9.根据权利要求I所述金属诱导非晶硅薄膜晶化的方法，非晶硅薄膜的金属诱导晶化可以采用电阻加热退火、激光加热退火等退火的方式。退火可以再气氛保护或真空环境下进行。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
全文摘要
本发明公开了一种金属点阵诱导非晶硅薄膜晶化的方法。这种方法能够使得非晶硅薄膜的晶化微区形成点阵，可用于微器件的制造。该方法主要包括以下步骤(1)金属点阵制备。首先在衬底材料上制备金属点阵。金属材料可以是Ni、Al、Au、Ag、Pd等可诱导非晶硅晶化的任意一种或几种金属。金属点阵的制备方法可以通过光刻的方法以光刻胶做掩模，然后镀金属薄膜，再将光刻胶去掉。金属薄膜可以通过蒸发、溅射、化学气相沉积等薄膜制备手段制备。(2)非晶硅薄膜制备。在制备了金属点阵的衬底上制备非晶硅薄膜。(3)通过退火的过程使得金属点阵区域的非晶硅晶化，得到非晶硅晶化点阵。
文档编号H01L21/02GK102751175SQ20121021501
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者朱开贵, 陈芳芳 申请人:北京航空航天大学