專利名稱：晶化非晶Si膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶化非晶Si膜的方法，尤其涉及一種利用低能量晶化非晶Si膜、從而改善晶化的Si膜的表面粗糙度的方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利No.4406709和美國(guó)專利No.4309225公開了一種晶化非晶Si膜的方法。
依照傳統(tǒng)的晶化非晶化Si膜的方法，通過將強(qiáng)激光束照射到非晶Si膜表面上使非晶Si膜瞬間熔化，并再使熔化的非晶Si膜冷卻，由此制備具有幾十μm厚度的晶化的Si膜。
然而，在這種方法的情況下，由于晶化的Si晶粒的尺寸由激光束能量強(qiáng)度所決定，因此，高能量激光束是形成具有更小晶粒尺寸的Si晶體所必需的。
此外，由于使用了高能量激光束，晶化的Si膜的表面粗糙度變差了。
最近，美國(guó)專利No.6479329B2提供了一種利用激光退火使用晶化催化材料以利用低能量激光束晶化非晶Si膜的方法。
據(jù)美國(guó)專利No.6479329B2報(bào)道，在通過旋涂和構(gòu)圖Ni硅化物層、在非晶Si膜上形成Ni硅化物層之后執(zhí)行退火工藝時(shí)，在設(shè)有Ni硅化物的部分中發(fā)生非晶Si膜的晶化。在這種情況下，Ni硅化物被用作了催化材料。
然而，在這種方法的情況下，在晶化部分中存在相當(dāng)多的Ni硅化物，并且，晶化僅發(fā)生在接觸Ni硅化物的表面部分上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用低能量晶化非晶Si膜、從而改善晶化的Si膜的表面粗糙度的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種晶化非晶Si膜的方法，該方法包括用預(yù)定金屬離子摻雜形成于襯底上的非晶Si膜；并將摻有金屬離子的非晶Si膜退火，以晶化非晶Si膜。


通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例，其上述和其他特征以及優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，在附圖中圖1A到1C是根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法的工藝流程圖；圖2A和2B是有Ni離子注入(圖2A)和無Ni離子注入(圖2B)的樣品橫截面的透射電鏡(TEM)照片，它們是在用300mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的；圖3A和3B是有Ni離子注入(圖3A)和無Ni離子注入(圖3B)的樣品橫截面的透射電鏡照片，它們是在用500mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的；圖4A和4B是有Ni離子注入(圖4A)和無Ni離子注入(圖4B)的樣品橫截面的透射電鏡照片，它們是在用600mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的；圖5A和5B是有Ni離子注入(圖5A)和無Ni離子注入(圖5B)的樣品橫截面的透射電子衍射(TED)照片，它們是在用300mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的；圖6A和6B是有Ni離子注入(圖6A)和無Ni離子注入(圖6B)的樣品橫截面的透射電子衍射(TED)照片，它們是在用500mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的；圖7A和7B是有Ni離子注入(圖7A)和無Ni離子注入(圖7B)的樣品橫截面的透射電子衍射(TED)照片，它們是在用600mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的；以及圖8示出了用AFM測(cè)量Ni離子注入樣品和無Ni離子注入樣品的表面的RMS的結(jié)果與退火能量的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法。
共同參照?qǐng)D1A到1C，首先在形成在襯底20上的非晶Si膜22中摻入預(yù)定的金屬離子，以獲得摻有金屬離子的非晶Si膜24。
襯底為非晶Si、玻璃、藍(lán)寶石、MgO、金剛石和GaN襯底中的任何一種。
該金屬是Ag、Au、Al、Cu、Cr、Co、Ni、Ti、Sb、V、Mo、Ta、Nb、Ru、W、Pt、Pd、Zn和Mg中的至少一種。因此，這些金屬是單獨(dú)使用或組合使用的。
以1×1010原子/cm2到1×1017原子/cm2的量摻入金屬離子。
利用離子注入設(shè)備進(jìn)行金屬離子的注入，金屬離子的摻雜能量在1-1000keV范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，也可以使用另一種本技術(shù)領(lǐng)域公知的離子摻雜設(shè)備進(jìn)行金屬離子摻雜。
然后，利用激光束退火摻有金屬離子的非晶Si膜24。在退火操作中，非晶Si膜24被晶化，從而獲得晶化的Si膜26。
與未摻入金屬離子的非晶Si膜相比，摻入金屬離子的非晶Si膜24在更低的激光束能量密度下被晶化。這一點(diǎn)可以得到金屬離子的激光吸收系數(shù)和催化效果的支持。
通常，在激光退火的情況下，晶化非晶Si的程度主要由非晶Si的激光吸收系數(shù)決定。
摻在非晶Si膜24中的金屬離子增大了非晶Si的激光吸收系數(shù)。因而，當(dāng)利用激光束退火時(shí)，非晶Si膜24吸收了更多的激光能量。
此外，參在非晶Si膜24中的金屬離子還起到催化劑的作用，在非晶Si退火時(shí)它能夠促進(jìn)非晶Si的結(jié)晶。
因而，有可能利用低能量的激光束晶化非晶Si膜24，并且，利用低激光束能量晶化的Si膜可能具有改善的表面粗糙度。
激光束的能量密度范圍在50-3000mJ/cm2的范圍內(nèi)。激光束的能量密度范圍可以在300-800mJ/cm2的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，還可以使用另一種具有加熱器的設(shè)備進(jìn)行退火。
根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法，可以利用低能量晶化非晶Si膜。此外，由于使用了低能量的激光束，晶化的Si膜的表面粗糙度可能會(huì)得到改善。
根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法，非晶Si膜可以從表面到一定厚度得到均勻的晶化。這是因?yàn)椋锌赡芾秒x子注入設(shè)備為非晶Si膜注入預(yù)定厚度的金屬離子。摻雜厚度是由離子注入能量決定的。
可以將均勻晶化的效果與美國(guó)專利No.6479329 B2所披露的缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，即，晶化部分中存在相當(dāng)多的Ni硅化物且晶化僅發(fā)生在接觸Ni硅化物的表面部分上。
尤其是，當(dāng)把本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法應(yīng)用到有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件和下一代器件時(shí)，可以有效地制作高質(zhì)量的器件，且器件的性能得到了提高，從而提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
例在本例中，首先制備一樣品，該樣品在Si襯底上形成有非晶Si膜。然后，利用25keV的能量以1×1015原子/cm2的劑量在非晶Si膜上進(jìn)行Ni離子注入。
然后將Ni離子注入后的樣品載入真空反應(yīng)室內(nèi)，然后在保持大約10-3托真空度的條件下利用準(zhǔn)分子激光束進(jìn)行退火。
在本例中，使用的是KrF準(zhǔn)分子激光束，且激光束的能量密度在300-700mJ/cm2的范圍內(nèi)。
為了驗(yàn)證Ni離子注入的效果，制備無Ni離子注入的樣品，并在如上述相同的條件下進(jìn)行退火，且與有Ni離子注入的樣品進(jìn)行比較。
圖2A和2B是有Ni離子注入(圖2A)和無Ni離子注入(圖2B)的樣品橫截面的透射電鏡(TEM)照片，它們是在用300mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的。
圖3A和3B是有Ni離子注入(圖3A)和無Ni離子注入(圖3B)的樣品橫截面的透射電鏡照片，它們是在用500mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的。
圖4A和4B是有Ni離子注入(圖4A)和無Ni離子注入(圖4B)的樣品橫截面的透射電鏡照片，它們是在用600mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的。
共同參考圖2A、2B、3A、3B、4A和4B，可以發(fā)現(xiàn)，隨著能量密度的增大，非晶Si膜得到了晶化。
可以看到，在有Ni離子注入的樣品的情況下(圖2A、3A、4A)，隨著激光能量密度的增加，樣品的表面粗糙度得到了改善。相反，無Ni離子注入的樣品(圖2B、3B、4B)具有劣化的表面粗糙度。
圖5A和5B是有Ni離子注入(圖5A)和無Ni離子注入(圖5B)的樣品橫截面的透射電子衍射(TED)照片，它們是在用300mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的。
圖6A和6B是有Ni離子注入(圖6A)和無Ni離子注入(圖6B)的樣品橫截面的透射電子衍射(TED)照片，它們是在用500mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的。
圖7A和7B是有Ni離子注入(圖7A)和無Ni離子注入(圖7B)的樣品橫截面的透射電子衍射(TED)照片，它們是在用600mJ/cm2的能量退火樣品后拍攝的。
共同參考圖5A、5B、6A、6B、7A和7B，在300mJ/cm2處，有Ni離子注入的樣品(圖5A、6A、7A)開始了非晶Si膜的晶化。隨著能量密度的增大，非晶Si逐漸結(jié)晶，在600mJ/cm2處，整個(gè)非晶Si膜被晶化。
然而，與有Ni離子注入的樣品(圖5A、6A、7A)相比，無Ni離子注入的樣品(圖5B、6B、7B)具有更低的結(jié)晶度。
圖8示出了用AFM針對(duì)退火能量測(cè)量Ni離子注入樣品和無Ni離子注入樣品的表面的均方根(RMS)的結(jié)果。
在兩種樣品中，都可以發(fā)現(xiàn)，隨著能量密度增加到600mJ/cm2，RMS粗糙度增加了，但是RMS粗糙度是在600mJ/cm2或更大的能量密度上增加的。
在能量密度的整個(gè)范圍內(nèi)，有Ni離子注入的樣品的表面和無Ni離子注入的樣品的表面相比，具有更小的RMS粗糙度。
在600mJ/cm2退火后，測(cè)量得到的有Ni離子注入的樣品和無Ni離子注入的樣品的載流子遷移率分別是49.4cm2/V·s和10.2cm2/V·s。
這一結(jié)果表明，有Ni離子注入的樣品的結(jié)晶度優(yōu)于無Ni離子注入的樣品。
也就是說，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法制作LCD裝置時(shí)，可以獲得具有高載流子遷移率的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法，非晶Si膜可以在低能量下晶化且晶化的Si膜的表面粗糙度可以得到改善。
此外，根據(jù)本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法，非晶Si膜可以從表面到一定厚度獲得均勻的晶化。
特別地，當(dāng)把本發(fā)明的晶化非晶Si膜的方法應(yīng)用到有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件和下一代器件時(shí)，可以有效地制作高質(zhì)量的器件，且最大化器件的性能，從而提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
盡管參照其示范性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了特別的展示和描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明做出各種形式和細(xì)節(jié)的變化，而不會(huì)背離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶化非晶Si膜的方法，所述方法包括向在襯底上形成的非晶Si膜中摻入預(yù)定的金屬離子；以及退火摻有所述金屬離子的所述非晶Si膜以晶化所述非晶Si膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬為從由Ag、Au、Al、Cu、Cr、Co、Ni、Ti、Sb、V、Mo、Ta、Nb、Ru、W、Pt、Pd、Zn和Mg所構(gòu)成的組中選擇的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬離子以1×1010原子/cm2到1×1017原子/cm2的量摻入。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬離子的摻雜能量在1-1000keV范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用激光束進(jìn)行所述退火。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述激光束的能量密度在50-3000mJ/cm2的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述激光束的能量密度在300-800mJ/cm2的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底為選自由非晶Si、玻璃、藍(lán)寶石、MgO、金剛石和GaN襯底組成的組的任一種。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬離子的摻入是使用離子注入設(shè)備進(jìn)行的。
全文摘要
提供了一種晶化非晶Si膜的方法。這種晶化非晶Si膜的方法包括向形成在襯底上的非晶Si膜中摻入預(yù)定的金屬離子，以及，對(duì)摻有金屬離子的非晶Si膜退火以晶化該非晶Si膜。根據(jù)該晶化非晶Si膜的方法，可以用更低的能量晶化非晶Si膜，且晶化的Si膜的表面粗糙度可以得到改善。
文檔編號(hào)H01L21/324GK1725447SQ20051007266
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者崔哲柊 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社