專利名稱：在基片上制造結(jié)晶材料的過程的制作方法
有關(guān)申請(qǐng)的交叉參照本申請(qǐng)要求2004年5月21日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0/851,038的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)是Couillard等人于2003年7月18日提交的序列號(hào)為10/622,606且標(biāo)題為“Silicon Crystallization Using Self-Assembled Monolayers”的美國(guó)專利申請(qǐng)的部分延續(xù)申請(qǐng)，該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。要求根據(jù)35U.S.C§120的優(yōu)先權(quán)，并且該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容都被特別地包括在本文中作為參考。
背景技術(shù)：
在許多技術(shù)中，將電子元件制造在器件的基片上是很有用的。通常，這些電子器件是由基片上所形成的一層或多層半導(dǎo)體構(gòu)成的。例如，薄膜晶體管(TFT)常常是由液晶(LC)板或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)板中的基片上的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。LC板和OLED板分別用在LC顯示器(LCD)和OLED顯示器中。另外，太陽能電池板常常包括多個(gè)單獨(dú)的電池，這些電池包括由基片上所形成的一層或多層半導(dǎo)體構(gòu)成的晶體管。
在LCD器件中，使用包括TFT陣列的電子元件來控制電壓，而電壓可調(diào)制液晶材料層。通常，陣列中的晶體管都是金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件。在太陽能電池板中，MOS器件被用于電荷存儲(chǔ)。
LCD顯示器常常包括玻璃基片，晶體管被置于玻璃基片上并且位于LC材料層之下。這些晶體管按圖形化陣列排布并且由外圍電路驅(qū)動(dòng)，以便提供期望的開關(guān)電壓，從而使LC材料分子按期望的方式取向。此外，該陣列的晶體管常常直接形成于玻璃基片之上，其構(gòu)成材料是像硅或硅鍺(SiGe)這樣的半導(dǎo)體材料。
在太陽能電池板中，電荷存儲(chǔ)單元可能由MOS基器件的矩陣構(gòu)成，這些器件都是由玻璃基片上所形成的硅或SiGe制造成。該矩陣可以對(duì)光子吸收所產(chǎn)生的光電流進(jìn)行選擇性電荷存儲(chǔ)。
因?yàn)榕c非晶相半導(dǎo)體材料中的載流子相比，單晶和多晶半導(dǎo)體材料中的載流子遷移率通常更大，所以在LCD顯示器或太陽能電池板的玻璃基片上生長(zhǎng)結(jié)晶結(jié)構(gòu)是有益的。然后，半導(dǎo)體器件可以由單晶或多晶材料制造，從而產(chǎn)生遷移率相對(duì)高的晶體管和期望遷移率較高的其它元件。
盡管已經(jīng)嘗試用各種技術(shù)在玻璃基片上形成結(jié)晶硅，但總有缺陷。例如，使用已知的制造方法會(huì)損壞所要用的基片材料。另外，所得到的材料特性是不能接受的。這樣，真正需要的是一種在基片上制造結(jié)晶材料的方法，該方法要至少能克服已知技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一實(shí)施例，一種形成結(jié)晶層或多晶層的方法包括提供基片以及在該基片上提供成核材料。該方法還包括在該基片上提供非晶層以及使該非晶層結(jié)晶化。
根據(jù)一實(shí)施例，一種疊層結(jié)構(gòu)包括基片、置于該基片上的結(jié)晶層以及置于該基片上的多個(gè)成核位點(diǎn)。


當(dāng)結(jié)合附圖來閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，可以對(duì)本發(fā)明作最佳的理解。要強(qiáng)調(diào)的是各種特征沒必要按比例畫出。事實(shí)上，為了進(jìn)行清晰地討論，可以任意增大或減小各特征的尺寸。
圖1a-1c是根據(jù)一示例性實(shí)施例用于形成結(jié)晶材料的說明性制造順序的橫截面圖。
圖2a-2e是根據(jù)另一示例性實(shí)施例在玻璃基片上說明性制造順序結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖3a-3c是根據(jù)另一示例性實(shí)施例在玻璃基片上說明性制造順序結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖4a-4c是根據(jù)另一示例性實(shí)施例在玻璃基片上說明性制造順序結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例在基片表面上的圖形化自組裝單層的顯微頂視圖。
圖6是根據(jù)一示例性實(shí)施例在基片上部分結(jié)晶化的硅層的微觀頂視圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，為了對(duì)各實(shí)施例作透徹的理解，揭示了特定的細(xì)節(jié)，其目的在于解釋而非限制。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，本發(fā)明可以在不含這些特定細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中得以實(shí)施。注意到，對(duì)公知的器件和方法的詳細(xì)描述常常省略，以便使本發(fā)明的描述更為突出。最后，在實(shí)施過程中，相同的標(biāo)號(hào)指代相同的特征。
簡(jiǎn)單地講，各示例實(shí)施例涉及單晶或多晶半導(dǎo)體層的制造過程，這些半導(dǎo)體層具有相對(duì)較大的晶粒尺寸并且在同一層上晶粒尺寸基本上均勻。注意到，盡管本文與在玻璃基片上形成單晶或多晶硅(Si)相結(jié)合來描述這些說明性的方法，但是這些僅是說明性的應(yīng)用。即，隨著本文的進(jìn)一步描述，會(huì)很清楚地看到，這些示例性方法可用于在基片上制造其它結(jié)晶(單晶或多晶)材料層。例如，基片可以是鍺(Ge)的氧化物，結(jié)晶層可以是鍺?；蛘?，玻璃基片可以是硅或鍺的氧化物，其上形成有SiGe結(jié)晶結(jié)構(gòu)。最后，注意到，在這些示例實(shí)施例中，可以在基片上形成多層結(jié)晶(單晶或多晶)材料。這將要求重復(fù)示例實(shí)施例中所選中的制造順序。
還注意到，這些說明性的方法所形成的裝置可以用在LCD顯示器、平視顯示器或相似的設(shè)備中。此外，該裝置可以用于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器、硅上絕緣體(SOI)電子集成電路、或太陽能電池板等應(yīng)用中。要強(qiáng)調(diào)的是，提及的應(yīng)用都只是說明性的。通常，在那些得益于基片上形成的遷移率相對(duì)高的半導(dǎo)體薄膜的器件中，可以實(shí)現(xiàn)這些示例實(shí)施例的方法和裝置，其中使用已知的結(jié)晶制造技術(shù)(可能需要高溫)易使基片受損。
圖1a-1c是根據(jù)一示例實(shí)施例用于形成結(jié)構(gòu)100的說明性制造順序的橫截面圖。結(jié)構(gòu)100包括基片101，它可能是適合于上述諸多應(yīng)用的玻璃材料。示例性材料包括但不限于代碼1737和EAGLE2000TM玻璃(由美國(guó)紐約州Corning公司制造和銷售)以及包括硼硅酸鹽和鋁硅酸鹽玻璃在內(nèi)的其它玻璃。在示例實(shí)施例中，基片101可能用于顯示設(shè)備；或可能用作太陽能電池板中的基片。
圖1a示出了被置于基片101上的可選阻擋層102。阻擋層102用于阻擋基片101中的污染物遷移到各示例實(shí)施例的半導(dǎo)體材料和器件中。阻擋層102可以是選自下列中的一層或多層氮化硅、氧化硅或其它可經(jīng)受各實(shí)施例的加工處理的已知阻擋層材料。該層可以通過已知的化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù)沉積約50納米到500納米的厚度。
接下來，在阻擋層102上形成層103。隨著下文的進(jìn)一步描述，將會(huì)更清晰地看到，層103在成核位點(diǎn)的形成過程中很有用，根據(jù)各實(shí)施例這些成核位點(diǎn)被用于在基片101上制造多晶或單晶半導(dǎo)體層。
層103可以是硅烷層。層103可以是自組裝單層(SAM)，也可以是上文提到的Couillard等人的專利申請(qǐng)中所描述的類型和功能。
在一示例實(shí)施例中，硅烷層相對(duì)較薄，厚度約2納米到10納米。注意到，也可以使用厚度大約高達(dá)三個(gè)單層的硅烷。該硅烷層可以包括一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)，它們構(gòu)成了具有各實(shí)施例的成核物質(zhì)的絡(luò)合物?？梢允褂镁哂幸叶匪?、烯、炔、胺、吡啶、咪唑、腈、硫醇、苯、或苯酚的官能團(tuán)的硅烷材料。也可以使用具有相似官能團(tuán)的其它有機(jī)金屬材料，比如鋁化合物、鈦化合物和鋯化合物。
層103的官能團(tuán)被選擇成使得后面形成的晶種層很容易與溶液(最好是水溶液)功能化的涂層相結(jié)合。硅烷層所具有的官能團(tuán)引入了約1到3層晶種層的原子。官能團(tuán)是與晶種層(可能是金屬)形成鍵合的活性基團(tuán)。根據(jù)一示例實(shí)施例，具有官能團(tuán)的硅烷層可以是用N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸或γ-氨基丙基三甲氧基硅烷形成的涂層。最后，絡(luò)合物或配位化合物是這樣一種化學(xué)化合物，其中在充當(dāng)電子受主的金屬和充當(dāng)電子施主的有機(jī)化合物之間形成鍵合。絡(luò)合物中的有機(jī)化合物被稱為絡(luò)合劑或配體。乙二胺四乙酸(EDTA)也可以用作絡(luò)合劑。
接下來，在層103上沉積晶種層104。如圖2b所示，使晶種層104圖形化以形成成核位點(diǎn)105，這些成核位點(diǎn)105提供想要的周期性。晶種層104是通過微觸點(diǎn)印刷而圖形化的。在本示例實(shí)施例中，選擇成核位點(diǎn)的周期性，使其復(fù)制想要在玻璃基片101上形成的結(jié)構(gòu)的周期性。例如，成核位點(diǎn)105的周期性復(fù)制了顯示器的圖像單元(像素)的周期性。
在圖2a-2c所示的另一個(gè)示例實(shí)施例中，在沉積晶種層104之前先使層103圖形化，以便形成周期性結(jié)構(gòu)108，其預(yù)期的周期性可用于隨后制造結(jié)晶材料。層103是通過使用微觸點(diǎn)印刷、光刻或其它已知的印刷技術(shù)來進(jìn)行圖形化的。在本實(shí)施例中，在以預(yù)期的周期性對(duì)層103進(jìn)行圖形化之后，在層103上形成晶種層104。
根據(jù)上述各實(shí)施例，不管是使晶種層104圖形化還是使層103圖形化，晶種層104形成成核位點(diǎn)105，圖1b和2d中示出了這些成核位點(diǎn)105。如本文所全面解釋的那樣，成核位點(diǎn)105在相對(duì)低的溫度下形成結(jié)晶材料的過程中很有用，并且具有在各種應(yīng)用中都有益的材料特征。
在一示例實(shí)施例中，晶種層含鎳。通過層103在鎳溶液(比如含硝酸或乙酸的鎳鹽的水溶液)中的浸涂，可以在層103上沉積鎳層。用像去離子(DI)水這樣的溶劑清洗基片101便可以除去未與圖形化的層108鍵合的多余的鎳。因此，包括成核位點(diǎn)105的圖形化鎳層形成于SAM涂層或薄層硅烷涂層(層103)的頂部，并且具有與所形成的結(jié)構(gòu)的周期性相似的周期性。
晶種層105的材料很容易從溶液中鍵合到層103的官能團(tuán)，從而產(chǎn)生厚度為幾個(gè)單層的成核位點(diǎn)。注意到，在各示例實(shí)施例中，不同氧化態(tài)(0，+1或+2)的鎳可以用于成核位點(diǎn)。鎳最常見的氧化態(tài)是+2或Ni(II)。Ni(II)到Ni(0)的還原可能是沒必要的。如果需要的話，在沉積非晶硅期間Ni(II)可以原位還原到Ni(0)，因?yàn)楣柰ǔＪ窃谶€原氣氛中沉積的。在沉積非晶硅之前，也可以使Ni(II)易位還原到Ni(0)。例如，在氫含量為6％的氮?dú)浠旌蠚怏w中，在300℃下對(duì)帶有Ni(II)基晶種層104的基片101加熱10分鐘，從而形成Ni(0)。
在硅烷被用作層103的示例實(shí)施例中，注意到帶官能團(tuán)(這些官能團(tuán)與Ni(II)一起構(gòu)成有機(jī)金屬絡(luò)合物)的硅烷可以用于形成示例實(shí)施例中的成核位點(diǎn)。為此，Ni與良好的電子施主材料形成絡(luò)合物。這樣，官能團(tuán)可以包括含氮的基團(tuán)，比如胺、硝基化合物、嘧啶、咪唑、腈。然而，其它官能團(tuán)也可以與鎳形成絡(luò)合物，比如羧酸酯、硫醇、乙二胺、烯、炔、乙醇、乙醚、硫醚、酯、酮、醛、以及芳香族化合物。
需要強(qiáng)調(diào)的是，鎳只是舉例說明的成核材料。充當(dāng)硅結(jié)晶化的成核位點(diǎn)的其它金屬或非金屬層也可以使用。其它舉例說明的成核位點(diǎn)材料包括但不限于鉑、鈀和結(jié)晶硅納米顆粒，比如鈷、鐵、鉬、鈀、鉻和鋁。
在圖形化層103是SAM層的示例實(shí)施例中，通過用化學(xué)或物理方法來改變SAM涂層上初始的官能團(tuán)(例如乙烯基團(tuán))，也可以產(chǎn)生官能團(tuán)。乙烯基封端的SAM涂層可以被轉(zhuǎn)換為羧基封端的SAM涂層。將甲基封端的SAM暴露于UV-臭氧或氧等離子體中，便可以產(chǎn)生含氧的表面，該表面可與鎳形成絡(luò)合物。
注意到，許多帶有鎳絡(luò)合形成的官能團(tuán)的硅烷材料都是親水性的。有益的做法是，首先用疏水性硅烷材料使基片101圖形化，然后將該硅烷材料轉(zhuǎn)換為與鎳的親和勢(shì)更好的官能團(tuán)。首先，與用親水性硅烷材料使玻璃基片101圖形化相比，用疏水性硅烷材料使玻璃基片圖形化更容易，因?yàn)樵趫D形化過程中親水性硅烷材料傾向于在基片上擴(kuò)散，導(dǎo)致圖形不太精確。其次，親水性硅烷材料傾向于與其親水基團(tuán)處的基片發(fā)生反應(yīng)，從而使接下來鎳層噴涂可用的官能團(tuán)更少了。和其它情況相比，親水性硅烷的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)許使用由更經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、易得的材料構(gòu)成的起始層。
如圖1b和2d所示，在形成成核位點(diǎn)105之后，非晶半導(dǎo)體層106沉積在成核位點(diǎn)105周圍和/或上面。非晶半導(dǎo)體層106是用半導(dǎo)體加工領(lǐng)域一般技術(shù)人員所熟知的低溫沉積技術(shù)形成的。如本文更全面地描述那樣，處理非晶半導(dǎo)體層106以便形成多晶半導(dǎo)體或單晶半導(dǎo)體材料層107，像圖1c和2e所示的那樣。
在一示例實(shí)施例中，當(dāng)圖形化層104包括Ni時(shí)，非晶半導(dǎo)體層106是非晶硅并且形成硅的多晶半導(dǎo)體層107。有益的是，在溫度相對(duì)較低退火周期較短的熱退火過程中，圖形化的Ni層通過形成NiSi2或Ni2Si的成核中心，來誘導(dǎo)非晶硅的結(jié)晶化過程。所需退火溫度大約小于600℃，或大約小于550℃。在這些溫度下，鎳成核中心的存在使非晶硅膜結(jié)晶化所需的時(shí)間從大約超過72小時(shí)減小到大約8小時(shí)左右。
作為特征的是，半導(dǎo)體層107具有相對(duì)大的晶粒尺寸，且基本上均勻，還具有相對(duì)高且均勻的遷移率。注意到，與已知的顯示器和太陽能電池板相比，各示例實(shí)施例的單晶或多晶半導(dǎo)體具有更大的電子遷移率，該特征有益地提供了更細(xì)小的信號(hào)線路以及每一個(gè)單獨(dú)的子像素處尺寸更小的單個(gè)晶體管，從而可以提供更明亮的顯示場(chǎng)或更低的功耗。
圖3a-3c示出了另一個(gè)示例實(shí)施例。在本實(shí)施例中，層103是疏水涂層，比如由帶有碳?xì)浠衔镦溁蛱挤衔镦湹墓柰闃?gòu)成。另外，疏水硅烷材料可以是十八烷基三氯硅烷或全氟癸基三氯硅烷。疏水層103是通過微觸點(diǎn)印刷技術(shù)圖形化的，以便形成具有空缺或開口109的周期性結(jié)構(gòu)108。接下來，如圖3b所示，晶種層104形成于基片101上。本實(shí)施例的晶種層104是水溶液(親水性的)。
因?yàn)榫ХN層104形成于層103上，所以它被疏水結(jié)構(gòu)108排斥并且被置于開口109中。因此，形成了一層分立的成核位點(diǎn)105。層103的圖形必須提供能復(fù)制在基片101上形成期望的結(jié)構(gòu)所需的周期性的開口109。即，成核位點(diǎn)105必須提供用于期望的結(jié)構(gòu)的周期性圖形。因此，圖3b的晶種層104被置于層103的圖形的開口109中，并且所得的成核位點(diǎn)105位于所要求的周期性結(jié)構(gòu)中。
根據(jù)一示例實(shí)施例，周期性結(jié)構(gòu)108是疏水涂層，比如碳?xì)涔柰榛蛱挤柰閷?。例如，將基?01浸入親水性(溶于水的)鎳的水溶液中。將基片101浸入親水性鎳溶液將只涂覆除去疏水性硅烷涂層的區(qū)域(即開口109)。
如圖3c所示，在形成成核位點(diǎn)105之后，可以除去周期性結(jié)構(gòu)108，并且非晶半導(dǎo)體層106可以沉積在成核位點(diǎn)105四周。通過使用結(jié)合上述實(shí)施例描述過的方法，該層106經(jīng)處理可形成多晶半導(dǎo)體或單晶半導(dǎo)體材料層。
在各示例實(shí)施例中，在形成成核位點(diǎn)之后，可選擇性地除去層103和結(jié)構(gòu)108。例如，如果使用硅烷或有機(jī)SAM層，則通過在大約350℃到550℃的空氣中進(jìn)行退火便可以除去層103。這將留下鎳成核位點(diǎn)(例如，點(diǎn)105)而不帶任何有機(jī)材料。然而，注意到，剩余的有機(jī)單層通常并不會(huì)干擾所形成的多晶或單晶層。這樣，這些除去步驟可能是不可避免的。
注意到，各示例實(shí)施例的成核位點(diǎn)105在數(shù)目和尺寸方面都受到控制。例如，根據(jù)一示例實(shí)施例，鎳原子簇中心的數(shù)目是受到控制的。這限制了所形成的晶核的數(shù)目，并且可以控制多晶半導(dǎo)體晶粒的大小。例如，在一示例實(shí)施例中，鎳簇的大小和圖形是通過使功能性硅烷涂層圖形化而得到控制的。這控制了晶核尺寸以及晶核之間的間隔。根據(jù)一示例實(shí)施例，晶核大小介于大約10納米到50納米的范圍中，而該范圍中的晶核與晶核之間的間隔大約介于1微米到100微米的范圍中。這種大小和間隔的成核位點(diǎn)的形成可以用上述微觸點(diǎn)印刷使硅烷圖形化來實(shí)現(xiàn)。此外，微觸點(diǎn)印刷可以產(chǎn)生亞微米量級(jí)的特征，與鎳原子簇中心的期望大小和間隔一致，以便于大晶粒多晶硅的生長(zhǎng)。
或者，也可以使用光刻方法來產(chǎn)生圖形化的硅烷表面。例如，可以將十八烷基三乙氧基硅烷涂覆在帶有阻擋層102的玻璃基片101上，以便形成SAM涂層。然后，通過使用部分地保護(hù)SAM涂層的光刻掩模，將涂覆過的基片暴露于氧等離子體或UV臭氧中，便可以形成圖形。
有益的是，各示例實(shí)施例所形成的多晶半導(dǎo)體材料具有相對(duì)高的載流子遷移率，大約大于100cm2/Vs。作為特征的是，這需要大約大于1.0微米的晶粒大小，并且可以大至2.5微米。此外，多晶硅層上的晶粒大小是均勻的，在層107上其差異約小于±10％，并且可能約小于±1％。
有益的是，在各示例實(shí)施例中，多晶半導(dǎo)體材料相對(duì)大的晶粒尺寸提供了相對(duì)高的載流子遷移率，從而導(dǎo)致從中構(gòu)成的電子器件的性能得以改善。此外，半導(dǎo)體上晶粒大小的均勻性促進(jìn)了從該半導(dǎo)體層中構(gòu)造出的相似的電子元件(例如TFT)的性能均一性。各示例實(shí)施例的方法和裝置的這些及其它益處對(duì)于從本文中獲益的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是很容易看清楚的。
圖4a-4c示出了根據(jù)一示例實(shí)施例的制造方法和所得的產(chǎn)品。因?yàn)楸緦?shí)施例與圖1a-1c、2a-2d和3a-3c的各實(shí)施例有許多共同的特征，所以共同的方法、材料和特征將不再重復(fù)，以便凸顯本示例實(shí)施例的描述內(nèi)容。
在圖4a中，阻擋層102被置于基片101上。接下來，非晶半導(dǎo)體層106被置于阻擋層102上，而層103則被置于非晶半導(dǎo)體層上。最后，晶種層104被置于層103上。
如圖4b所示，可以用上文所述的方法形成分立的成核位點(diǎn)圖形105。其后，執(zhí)行退火步驟(如上文所述)以使非晶層結(jié)晶化成結(jié)晶層107，從而完成了圖4c所示的結(jié)構(gòu)100。
很容易看到，在晶體生長(zhǎng)順序之前，圖4a-4c的制造順序提供了在非晶層之上的成核位點(diǎn)?？赡苡幸娴氖牵谀承┣闆r下根據(jù)圖4a-4c的示例實(shí)施例在基片上制造結(jié)晶材料。如果在形成結(jié)晶層之后必須除去成核位點(diǎn)105，則這種說明性的順序可以促進(jìn)這種除去。
示例下文提供具體的示例來舉例說明行文至此所描述過的各示例實(shí)施例。
在第一示例中，通過使用微觸點(diǎn)印刷，用十八烷基三氯硅烷(OTS)使康寧代碼1737玻璃基片圖形化。然后，將該基片浸入0.0003M硝酸鎳水溶液中。
圖5示出了在OTS圖形化基片上硝酸鎳301的圖形。硝酸鎳僅覆蓋親水區(qū)域，該區(qū)域是不帶OTS的區(qū)域。硝酸鎳之間的疏水區(qū)域302具有大約250微米的節(jié)距，硝酸鎳覆蓋區(qū)域大約200微米寬，而OTS覆蓋區(qū)域則大約50微米寬。在500℃燒掉硅烷的有機(jī)部分和硝酸鹽并在400℃的氮?dú)浠旌蠚怏w中將Ni(II)還原為Ni(0)之后，用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)汽相沉積(PECVD)沉積了80納米厚的非晶硅。
接下來，如圖6所示，在600℃下退火8小時(shí)之后，多晶硅被置于鎳圖形化玻璃上。該多晶硅具有上述多個(gè)有益的特點(diǎn)。注意到，在本示例中，故意使硅膜部分結(jié)晶化，以便示出非晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)的存在。結(jié)晶區(qū)可以被視為反映了分立成核位點(diǎn)的原始圖形。
在第二示例中，將2％γ-氨基丙基三甲氧基硅烷施加到干凈的表面上，從而形成氨基官能表面。然后，將帶氨基官能團(tuán)的玻璃基片浸入1％硝酸鎳(II)水溶液10分鐘。然后清洗掉多余的鎳，留下鎳單層。該清洗過程也將鎳從裸露的玻璃區(qū)域中除去。因此，形成了圖形化的鎳層。在500℃加熱1小時(shí)燒掉硅烷，并且用PECVD沉積厚度為100納米的非晶硅。600℃下長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)的退火步驟使非晶硅結(jié)晶化，從而產(chǎn)生具有上述諸特征的多晶硅。
在第三示例中，用0.02M的11-氰基十一烷基三甲氧基硅烷在環(huán)己烷中的溶液進(jìn)行微觸點(diǎn)印刷，氰基封端的硅烷使玻璃基片的表面圖形化。該順序?qū)е耂AM涂覆點(diǎn)的直徑大約2微米，其間隔大約2微米。接下來，將圖形化的基片浸入1％的硝酸鎳(II)水溶液中10分鐘，之后加以清洗以便除去多余的鎳并形成圖形化的島狀鎳單層。在500℃下加熱該基片1小時(shí)以便除去有機(jī)單層，并且通過PECVD沉積100納米厚的非晶硅膜。600℃下長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)的退火步驟形成了具有上述諸多特點(diǎn)的多晶硅。
在第四示例中，用含鎳的溶液對(duì)帶有非晶硅層的基片進(jìn)行微觸點(diǎn)印刷。退火步驟使非晶硅在600℃下結(jié)晶化并持續(xù)8個(gè)小時(shí)，從而獲得多晶硅。
在第五示例中，通過使用微觸點(diǎn)印刷，用N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙烯基二胺三乙酸的鎳鹽使基片圖形化。接下來，通過PECVD在圖形化的基片上沉積非晶硅。600℃下長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)的退火使非晶硅結(jié)晶成多晶硅。
注意到，本文所描述的各種方法和設(shè)備可以由需要在基片上制造單晶和多晶材料(比如，半導(dǎo)體)的各種技術(shù)領(lǐng)域中的各種方法來實(shí)現(xiàn)。在其它種種限制中，這些基片可能是無法在半導(dǎo)體制造過程中加熱到某一溫度以上的材料。此外，各種方法和參數(shù)是僅作為示例被包括在此的，并不具有任何限制的意思。因此，所描述的各實(shí)施例是解釋說明性的，并且在提供這些有益的半導(dǎo)體層的過程中很有用。根據(jù)本文，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在確定他們自己的技術(shù)和所需的設(shè)備時(shí)實(shí)施各種示例設(shè)備和方法從而實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，而同時(shí)仍在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在基片上制造單晶或多晶材料的方法，所述方法包括提供一基片；在所述基片上形成一個(gè)層；在所述層上形成成核位點(diǎn)；在所述基片上形成非晶層；以及使所述非晶半導(dǎo)體層結(jié)晶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片是玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成核位點(diǎn)具有與所述基片上形成的結(jié)構(gòu)的周期性基本上相同的周期性。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非晶層是從硅、鍺和硅-鍺中選出的半導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的層包括硅烷。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的層是自組裝單層(SAM)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的層是具有官能團(tuán)的含鎳的硅烷層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述官能團(tuán)是從胺、硝基化合物、嘧啶、咪唑、腈、羧化物、硫醇、乙二胺、烯、炔、醇、醚、硫醚、酯、酮、醛、以及芳香族化合物中選出的絡(luò)合劑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成核層是從鎳、鉑、鈀、鈷、鐵、鉬、鉻、鋁、以及結(jié)晶硅納米顆粒中選出的材料。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非晶層是在所述成核層下面形成的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成核位點(diǎn)的形成過程還包括使所述層圖形化；以及在所述層上沉積晶種層。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成核位點(diǎn)的形成過程還包括在所述層上形成晶種層；以及使所述晶種層圖形化。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的層是疏水層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述成核位點(diǎn)的形成過程還包括使所述的層圖形化以便具有多個(gè)開口；提供包括加晶材料的水溶液；以及在所述開口中形成所述成核位點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶過程還包括在比所述基片的熔點(diǎn)低的溫度下進(jìn)行退火。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成核位點(diǎn)能降低所述半導(dǎo)體材料的結(jié)晶溫度。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶層形成于所述成核位點(diǎn)之上。
18.一種多層結(jié)構(gòu)，它包括基片置于所述基片上的結(jié)晶層；以及置于所述基片上的多個(gè)成核位點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求18所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)晶層要么是單晶的，要么是多晶的。
20.如權(quán)利要求18所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)晶層選自硅、硅-鍺、以及鍺。
21.如權(quán)利要求18所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基片是玻璃。
22.如權(quán)利要求18所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括硅烷的層被置于所述基片之上。
23.如權(quán)利要求16所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個(gè)電子器件是從所述結(jié)晶層中形成的。
24.如權(quán)利要求23所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電子器件包括金屬氧化物半導(dǎo)體器件。
25.如權(quán)利要求23所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是顯示設(shè)備的元件。
26.如權(quán)利要求23所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是太陽能電池板的元件。
27.如權(quán)利要求25所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述顯示設(shè)備是液晶顯示(LCD)設(shè)備，而所述電子器件是薄膜晶體管。
28.如權(quán)利要求20所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的硅是多晶的，其晶粒大小介于大約大于1.0微米到2.5微米的范圍中。
29.如權(quán)利要求28所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述多晶硅層上晶粒大小基本上是均一的，在所述多晶硅層上各晶粒大小的差別大約從小于±10％變到小于±1％。
30.如權(quán)利要求29所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多晶硅層的載流子遷移率大約大于100cm2/V-s。
全文摘要
一種形成結(jié)晶層或多晶層的方法包括提供一基片以及在該基片上形成圖形。該方法還包括提供成核材料以及在該成核材料上形成結(jié)晶層。位于基片上的結(jié)晶材料可以是單晶的或多晶的。
文檔編號(hào)C23C16/02GK1957446SQ200580016448
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者J·G·庫亞爾, K·P·加德卡爾, Y·施 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司