專利名稱：一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)時(shí)檢測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶
化的方法。
背景技術(shù)：
高性能低溫多晶硅薄膜廣泛應(yīng)用于平板顯示和太陽(yáng)能電池中，它的制備方法通常 是在玻璃片上先沉淀一層非晶硅(a-Si)薄膜，然后再采取一定的方式使其結(jié)晶化。在各種 晶化方法中，金屬誘導(dǎo)側(cè)向晶化(MILC)由于具有晶化溫度低、工藝簡(jiǎn)單和晶化效果好而備 受重視。晶化過(guò)程是a-Si薄膜轉(zhuǎn)變成多晶硅薄膜的過(guò)程，晶化后一般利用XRD，拉曼光譜等 測(cè)量手段來(lái)檢測(cè)非晶硅薄膜的晶化程度。X射線衍射圖譜能反應(yīng)物質(zhì)的特定結(jié)構(gòu)參數(shù)，可根 據(jù)物質(zhì)的特征峰值包括晶面間距d值和相對(duì)強(qiáng)度，對(duì)多晶硅材料進(jìn)行定性識(shí)別。拉曼光譜 是固體材料對(duì)入射光的非彈性散射，在此過(guò)程中，入射光由于吸收和發(fā)射光子而在反射回 來(lái)時(shí)，頻率發(fā)生變化，此變化稱為拉曼頻移，其值與聲子能量有關(guān)，而聲子能量決定于原子 的性質(zhì)及排布狀況。 但是這些傳統(tǒng)的檢測(cè)方法一般要在晶化結(jié)束后進(jìn)行，這就需要自行判斷晶化的時(shí) 間，并且這些方法只能檢測(cè)最終的晶化結(jié)果，而不能檢測(cè)晶化的進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服傳統(tǒng)晶化檢測(cè)技術(shù)的不足，提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo) 晶化的方法，該方法具有可以在非晶硅薄膜晶化的過(guò)程中反映其晶化程度，并且實(shí)施簡(jiǎn)單 的特點(diǎn)。 a-Si中晶粒很少，阻值很大。多晶硅由大量晶粒和無(wú)序的晶粒邊界組成，晶化過(guò)程 實(shí)際上是晶核形成并長(zhǎng)大的過(guò)程，隨著晶粒數(shù)的增多同時(shí)晶粒尺寸變大，使a-Si轉(zhuǎn)變成多 晶硅膜，薄膜電阻阻值減小。在多晶硅中在測(cè)量溫度下，導(dǎo)電機(jī)理主要為熱電子發(fā)射，大量 的晶粒邊界形成電子運(yùn)動(dòng)的勢(shì)壘。晶粒邊界越多勢(shì)壘越高，電子運(yùn)動(dòng)就越難，相應(yīng)的電阻值 就越大。隨著a-Si向多晶硅的轉(zhuǎn)變，晶粒數(shù)增加，晶粒邊界減小，從而使電阻值下降。
由上可知多晶硅與a-Si的電阻率差別較大，在晶化過(guò)程中兩種材料的電阻值變 化也不同。尤其是對(duì)金屬誘導(dǎo)側(cè)向晶化工藝，在晶化過(guò)程中，金屬硅化合物的擴(kuò)散會(huì)誘導(dǎo)非 晶硅薄膜的晶化，從而引起薄膜電阻值的很大變化。所以，通過(guò)監(jiān)測(cè)薄膜的電阻值的變化， 可以方便了解到多晶硅薄膜的晶化過(guò)程。 本發(fā)明利用預(yù)先制備在多晶硅薄膜上的誘導(dǎo)金屬薄膜作為測(cè)量電極，在退火過(guò)程 中實(shí)施檢測(cè)薄膜的電流電壓值，并以此計(jì)算出非晶硅薄膜晶化過(guò)程中的電阻值，根據(jù)電阻 值和退火時(shí)間實(shí)時(shí)繪制電阻-時(shí)間曲線，通過(guò)實(shí)時(shí)繪制的電阻-時(shí)間曲線判斷非晶硅薄膜 的晶化進(jìn)程。


圖1本發(fā)明實(shí)施例中監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2本發(fā)明實(shí)施例中多晶硅薄膜晶化過(guò)程中薄膜的電阻_時(shí)間曲線，其中
圖2(a)為本發(fā)明實(shí)施例中采用金屬Ni誘導(dǎo)晶化薄膜的電阻_時(shí)間曲線
圖2(b)為本發(fā)明實(shí)施例中采用金屬Al誘導(dǎo)晶化薄膜的電阻_時(shí)間曲線
圖3為室溫下未經(jīng)退火的薄膜的電阻_時(shí)間關(guān)系
具體實(shí)施例方式
下面將通過(guò)本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 首先在1737玻璃片6上采用低壓化學(xué)汽相淀積方法沉積一層1600A厚的a-Si薄膜 5。反應(yīng)氣體采用稀釋的硅烷，沉積時(shí)反應(yīng)壓力為250mTorr，溫度為55(TC。然后采用電子束 蒸發(fā)方法分別在兩種樣品上制備60A厚的金屬Ni膜或金屬Al膜4，形狀為條狀，兩條之間的 間距為0. 7mm，金屬條長(zhǎng)度為lOmrn。金屬條作為測(cè)量用的電極，同時(shí)做為MILC的Ni (Al)源。
隨后將制備好的a-Si薄膜5放入真空爐8內(nèi)退火，溫度為50(TC，氣壓50mTorr， 并通入Ar氣7做為保護(hù)氣體，Ar流速5SCCM。開(kāi)始a_Si薄膜5的金屬誘導(dǎo)晶化。
加溫后開(kāi)始采集樣品電流電壓值，電壓用數(shù)字電壓計(jì)2獲取，電流值由可編程電 流源3讀取，并將電流電壓值傳輸至計(jì)算機(jī)1 ，計(jì)算機(jī)1控制讀取測(cè)量值并存貯數(shù)據(jù)，在顯示 終端實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的電阻_時(shí)間曲線。 在金屬誘導(dǎo)晶化中，常用的金屬是Ni和Al，本實(shí)施例分別對(duì)使用這兩種金屬作為 誘導(dǎo)金屬的多晶硅薄膜晶化過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 圖2所示是采用上述監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)的晶化樣品阻值隨晶化時(shí)間變化的關(guān)系曲線， 其中圖2(a)和圖2(b)分別是50(TC下金屬Ni和金屬Al誘導(dǎo)晶化薄膜的電阻-時(shí)間關(guān)系。 為了比較本發(fā)明的實(shí)際效果，圖3是室溫下未經(jīng)退火的薄膜的電阻_時(shí)間關(guān)系。
由圖2(a)和圖2(b)可見(jiàn)金屬Ni和金屬Al誘導(dǎo)晶化薄膜樣品的電阻值都隨時(shí)間 增加而減小，且呈指數(shù)衰減。這是因?yàn)?a-Si中晶粒很少，阻值很大。多晶硅由大量晶粒和無(wú)序的晶粒邊界組成，晶化過(guò)程 實(shí)際上是晶核形成并長(zhǎng)大的過(guò)程，隨著晶粒數(shù)的增多同時(shí)晶粒尺寸變大，使a-Si轉(zhuǎn)變成多 晶硅膜，薄膜電阻阻值減小。在多晶硅中在測(cè)量溫度下，導(dǎo)電機(jī)理主要為熱電子發(fā)射，大量 的晶粒邊界形成電子運(yùn)動(dòng)的勢(shì)壘。晶粒邊界越多勢(shì)壘越高，電子運(yùn)動(dòng)就越難，相應(yīng)的電阻值 就越大。隨著a-Si向多晶硅的轉(zhuǎn)變，晶粒數(shù)增加，晶粒邊界減小，從而使電阻值下降。
因此，根據(jù)阻值的變化可以判斷晶化進(jìn)程和完全晶化所需的時(shí)間。晶化初期，可以看到 阻值迅速大幅度下降，這說(shuō)明此時(shí)a-Si薄膜5正在晶化，且晶化速度較快，晶化程度逐漸增大；隨 著時(shí)間的增加，阻值下降幅度減緩，表明此時(shí)晶化速度減緩，晶化程度繼續(xù)增大；當(dāng)阻值下降到一 定值時(shí)，隨著時(shí)間的增加，阻值不再下降或下降幅度極小，此時(shí)認(rèn)為a-Si薄膜5已完全晶化。
為了證明這一測(cè)量的可靠性，室溫下未經(jīng)退火的薄膜樣品的電阻/時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖 3圖中，由這一圖可見(jiàn)薄膜的電阻值幾乎不隨時(shí)間變化，這就說(shuō)明薄膜的電阻率不變，這因 為在室溫下薄膜幾乎沒(méi)有晶化，仍為非晶硅狀態(tài)，所以薄膜的電阻值應(yīng)不變。
因此，使用本發(fā)明對(duì)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是可行且可靠的， 通過(guò)實(shí)時(shí)的樣品電阻-時(shí)間關(guān)系曲線，可以方便的了解非晶硅薄膜晶化的效果與進(jìn)程。
權(quán)利要求
一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法，其特征在于，在非晶硅薄膜退火晶化過(guò)程中實(shí)時(shí)采集非晶硅薄膜的電壓電流值，并以此計(jì)算出非晶硅薄膜晶化過(guò)程中的電阻值，根據(jù)電阻值和退火時(shí)間實(shí)時(shí)繪制電阻-時(shí)間曲線，通過(guò)實(shí)時(shí)繪制的電阻-時(shí)間曲線判斷非晶硅薄膜的晶化進(jìn)程。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法，其特征在于， 所述非晶硅薄膜上預(yù)先制備有條狀金屬膜。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法，其特征在于， 所述金屬膜為鋁膜或鎳膜。
4. 如權(quán)利要求2和3所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法，其特征在 于，所述金屬膜在作為非晶硅薄膜晶化的誘導(dǎo)金屬，同時(shí)也是測(cè)量用電極。
5. 實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法的設(shè)備包括 可編程電流源、數(shù)字電壓計(jì)、計(jì)算機(jī)，其特征在于，可編程電流源和數(shù)字電壓計(jì)可以實(shí)時(shí)采 集非晶硅薄膜的電流電壓值，并將之傳輸給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)可根據(jù)實(shí)時(shí)采集的非晶硅薄膜 的電壓電流值計(jì)算非晶硅薄膜晶化過(guò)程中的電阻值，繪制電阻-時(shí)間曲線并顯示在計(jì)算機(jī) 顯示器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)檢測(cè)非晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)晶化的方法，在非晶硅薄膜晶化過(guò)程中實(shí)時(shí)采集非晶硅薄膜的電壓電流值，并以此計(jì)算出非晶硅薄膜晶化過(guò)程中的電阻值，根據(jù)電阻值和退火時(shí)間實(shí)時(shí)繪制電阻-時(shí)間曲線，通過(guò)實(shí)時(shí)繪制的電阻-時(shí)間曲線判斷非晶硅薄膜的晶化進(jìn)程。本發(fā)明實(shí)施簡(jiǎn)單，并且可以在非晶硅薄膜晶化的過(guò)程中反映其晶化程度。
文檔編號(hào)G01N27/04GK101750436SQ20081024012
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者周志文, 宋佩珂, 曾祥斌 申請(qǐng)人:廣東志成冠軍集團(tuán)有限公司