專利名稱：硅基材料層、方法、結(jié)構(gòu)、器件、發(fā)射器和顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及金屬硅化物。更具體地說，本發(fā)明涉及金屬硅化物線，尤其是納米級金屬硅化物線，以及制備金屬硅化物線的方法，和金屬硅化物線在應(yīng)用中的使用，例如場致發(fā)射器，半導(dǎo)體存儲器件等。
背景技術(shù)：
下面，將參照某些結(jié)構(gòu)和/或方法對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行討論。但是，不能把下述參照解釋為承認(rèn)這些結(jié)構(gòu)和/或方法構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。申請人明確保留證實這些結(jié)構(gòu)和/或方法不構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的權(quán)利。
硅化物是金屬和硅反應(yīng)生成的產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，硅化物是通過在硅上淀積金屬，并對這一結(jié)構(gòu)退火形成的，例如快速熱退火(RTA)，快速退火(FA)或激光技術(shù)，從而形成分層硅化物結(jié)構(gòu)。例如美國專利No.6387803 B2公開了一種金屬硅化物層的激光退火結(jié)構(gòu)，所述金屬硅化物層位于在襯底上受到支持的非晶硅層上。在激光退火之后，在襯底上由金屬和非晶硅形成硅化物。在另外一個例子中，美國專利No.6156654公開了位于硅襯底上的鈦金屬。通過快速熱處理對這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，從而在硅襯底上形成C49 TiSi2層，接下來通過快速熱處理對其進(jìn)行加工，以形成連續(xù)的C54 TiSi2硅襯底結(jié)構(gòu)。
典型地，硅化物具有低薄層電阻和低接觸電阻，這些特點決定了其在電子應(yīng)用中的使用。
例如，傳統(tǒng)的硅化物通常用作降低半導(dǎo)體器件內(nèi)接觸區(qū)域的表面電阻和接觸電阻的裝置。此類應(yīng)用的例子包括MOSFET的柵極、源極和漏極接觸區(qū)域，其中在接觸區(qū)域上形成金屬硅化物層，即硅和金屬的反應(yīng)生成物層，以降低接觸區(qū)域的表面電阻和接觸電阻。通常，形成金屬硅化物的技術(shù)僅限于形成層狀金屬硅化物的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了具有納米級線型硅化物的Si基材料層，及其制造方法，以提供良好的場致發(fā)射特性和良好的導(dǎo)電特性。
在一個示范性實施例中，Si基材料層包括多個晶粒(grain)，并且在晶粒邊界形成金屬硅化物。
在另外一個示范性實施例中，形成Si基材料層的方法包括在Si基襯底上形成具有預(yù)定厚度的非晶層；采用金屬離子對這一非晶層進(jìn)行摻雜；并對經(jīng)金屬離子摻雜的非晶層退火，其中，退火包括使摻雜金屬離子的非晶層結(jié)晶成包括多個晶粒的多晶層，并在晶粒邊界處形成金屬硅化物。
一種形成硅基材料層的示范性方法包括在硅基襯底上形成非晶層；采用金屬離子對這一非晶層的至少一區(qū)域進(jìn)行摻雜；并使非晶層結(jié)晶，以形成多個晶粒，其中，在相鄰的晶粒之間具有晶粒邊界，在晶粒邊界形成金屬硅化物。
硅基材料層的一個示范性實施例包括位于硅基材料和金屬硅化物中的多個晶粒，其中，金屬硅化物位于硅基材料層中，并處于多個晶粒之間的晶粒邊界處。
場致發(fā)射器的一個示范性實施例包括硅基襯底；與所述的硅基襯底的第一側(cè)面直接接觸的硅基材料層，其中，硅基材料層包括多個位于硅基材料中的晶粒、金屬硅化物、第一電極和第二電極，所述金屬硅化物位于硅基材料層內(nèi)，處于多個晶粒之間的晶粒邊界處，并且所述金屬硅化物從硅基材料層的表面至硅基材料層的內(nèi)部位置沿任何晶粒邊界排列成連續(xù)的導(dǎo)電通路，第一電極通過隔片(spacer)與硅基材料的表面隔開，第二電極位于硅基襯底的第二側(cè)面上。


可以參照附圖閱讀下述對優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明，其中，采用類似的編號表示類似的元件，其中圖1A到圖1D概括地說明了在形成硅化物納米線的示范性實施例中的工藝步驟。
圖2A到圖2D采用示范性橫截面圖概括地說明了在襯底由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中，硅基襯底中金屬硅化物的位置和移動。
圖3A到圖3D采用示范性平面示意圖概括地說明了在襯底由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中，硅基襯底中金屬硅化物的位置和移動。
圖4示出了示范性場致發(fā)射器件的略圖。
圖5是實例1中帶有注入鎳離子的非晶硅層的硅襯底的樣本的透射電鏡(TEM)圖像。插圖表示所示樣本的x射線衍射圖。
圖6為TRIM仿真數(shù)據(jù)，針對圖5中所示樣本示出了每埃每注入離子的離子數(shù)隨深度(埃)的變化情況。
圖7示出了實例1中的樣本上的X射線光子譜(XPS)圖示。
圖8A和圖8B示出了具有在實例1中的多晶硅層的晶粒邊界處形成的嵌入硅化物納米線的多晶硅層樣本的掃描透射電子顯微鏡(STEM)圖像。
圖9A為截面STEM圖像，圖9B為實例1的樣本上的能量散射X射線光譜(EDX)圖。
圖10A為截面STEM圖像，圖10B為實例1的樣本上的EDX圖。
圖11是帶有在實例2中的多晶硅層的晶粒邊界處形成的嵌入硅化物納米線的多晶硅層樣本的平面STEM圖像。
圖12A和12B示出了由實例2的樣本測得的Fowler-Nordheim圖。
具體實施例方式
本說明書從總體上說明了硅基材料層的形成方法。在示范性實施例中，所述方法包括在硅基襯底上形成非晶層，采用金屬離子對所述非晶層區(qū)域的至少一區(qū)域進(jìn)行摻雜，并晶化非晶層，以形成多個晶粒，其中，晶粒邊界位于相鄰的晶粒之間，在晶體邊界處形成金屬硅化物。
圖1A到圖1D概括地說明了在硅化物納米線的形成方法的示范性實施例中的工藝步驟。在圖示的步驟10中，向硅基襯底20中注入(22)IV族原子，例如硅原子，以形成非晶層24。接下來，將諸如鎳離子的金屬離子注入(26)到非晶層24中，以形成摻雜非晶層28。對摻雜非晶層28退火(30)，使摻雜非晶層28結(jié)晶，形成多個晶粒。在結(jié)晶的摻雜層32中，注入的金屬離子形成金屬硅化物34。所形成的金屬硅化物34可以從摻雜非晶層的表面向下或沿垂直方向到達(dá)內(nèi)部預(yù)定深度。按照上述說明形成的金屬硅化物34不限于僅在垂直方向出現(xiàn)，還可以從表面沿傾斜方向形成，其深度由摻雜參數(shù)決定。在示范性實施例中，金屬硅化物34集中在結(jié)晶摻雜層32的相鄰晶粒間的晶粒邊界處。所形成的金屬硅化物34在晶粒邊界處的三相點(triplepoint)可能更加穩(wěn)定，這一形成過程可以通過退火或金屬離子摻雜參數(shù)(例如濃度、能量、摻雜材料等)控制。
圖2A到圖2D采用示范性橫截面示意圖概括地說明了在襯底由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中，硅基襯底中金屬硅化物的位置和移動。在圖2A到2D中的實施例50中，示出了位于諸如非晶硅的非晶材料54的基質(zhì)中金屬硅化物52。如圖2A到圖2D所示，由圖2A至圖2D溫度T增大。隨著溫度的升高，金屬硅化物52在非晶材料54內(nèi)向限定位置聚集。在非晶材料54隨著溫度的升高變成晶體，以形成晶粒時，這些限定位置可以包括晶粒邊界56。最后，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r間，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，金屬硅化?2分布在所形成的、諸如晶體硅層的晶體層58的晶粒邊界56處。
圖3A到圖3D采用示范性平面示意圖概括地說明了在襯底由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中，硅基襯底中金屬硅化物的位置和移動。在圖3A到3D中的實施例80中，示出了位于諸如非晶硅的非晶材料84的基質(zhì)中金屬硅化物82。從圖3A到圖3D，能量密度，例如，照射到非晶材料84的表面上的激光的能量密度增大，如關(guān)系式E1＜E2＜E3＜E4所示。非晶材料84在增大的能量密度下，經(jīng)過一段時間變成晶體，形成晶粒，與此同時，隨著能量密度的增大，金屬硅化物82向限定位置聚集。這些限定位置的例子包括晶粒邊界。箭頭86指出了金屬硅化物在晶粒邊界處聚集時，金屬硅化物82的移動方向。所述移動受到增大的能量密度E1到E4的影響。最后，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r間，在適當(dāng)?shù)哪芰棵芏认?，金屬硅化?2聚集在所形成的、諸如晶體硅層的晶體層88的晶粒邊界處。
可以采用任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ谝r底中形成非晶層。例如，在圖1的實施例中，可以向硅基襯底中注入諸如硅離子的IV族原子，以生成諸如非晶硅層的非晶層。適當(dāng)?shù)墓杌r底包括Si、SiGe、SiC、SiO2，或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的SiO2，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的MgO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的ITO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的晶體Si或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的非晶硅。在示范性實施例中，可以在真空環(huán)境中采用室溫工藝實施注入。也可以采用其他適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬煞蔷?，例如，將諸如硅的材料濺射淀積到諸如單晶硅的晶體襯底上。所形成的非晶層可以到達(dá)任何預(yù)定深度，并且可以通過多個步驟或單個步驟完成，例如多個獨立的硅離子注入步驟。例如，可以采用多個離子注入步驟，以形成同質(zhì)注入。在采用離子注入技術(shù)時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道選擇適合的參數(shù)，以獲得預(yù)期的非晶層厚度，例如100nm。但是，目前考慮的是，采用1keV到1000keV，優(yōu)選大于50keV的注入能量，盡管不同的能量產(chǎn)生不同的注入深度和不同的非晶層厚度。例如，金屬離子的優(yōu)選摻雜濃度或劑量為1×1010atom/cm2到1×1017atom/cm2，且具有1keV到1000keV的摻雜能量。硅離子注入可以位于襯底表面上的任何位置處，也可以位于整個襯底上，或采用掩模技術(shù)。
在本說明書公開的方法和器件中可以采用任何IV族原子。但是，在某些示范性實施例中，IV族原子為碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)或鉛(Pb)原子或其混合物。此外，用于摻雜的示范性金屬原子選自由銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、銻(Sb)、釩(V)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、釕(Ru)、鎢(W)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、鋅(Zn)和鎂(Mg)或其混合物構(gòu)成的組，優(yōu)選為過渡金屬，例如Ni、Ti、Cu、Co、Cr或其混合物。
摻雜金屬離子注入，例如鎳金屬離子注入可以處于使注入深度小于非晶硅層厚度的能量。換句話說，金屬離子注入所處的能量使得摻雜離子位于非晶層中。金屬離子劑量的實例包括從大約1×1010atom/cm2到1×1017atom/cm2左右，摻雜能量約為1keV到1000keV。
采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)對摻雜非晶層，例如摻雜了金屬離子的非晶層，退火，使非晶層結(jié)晶。在優(yōu)選實施例中，是通過能量密度為50到3000mJ/cm2的激光退火實施的退火處理，作為選擇，能量密度也可以為600mJ/cm2到1500mJ/cm2。在另一實例中，可以通過施加光斑尺寸約為25mm2的脈沖激光的方法施加大約600到700mJ/cm2的能量密度。激光退火中其他可選的參數(shù)包括脈沖的半最大值全寬度(FWHM)約為10到50ns，光斑尺寸大于1μm×1μm～30mm×30mm，激光波長(λ)約為200到800nm。
經(jīng)退火在非晶層中產(chǎn)生一層晶粒。例如，經(jīng)退火可以在襯底材料上產(chǎn)生一層硅晶粒，或基本上的純硅。金屬硅化物存留在晶粒的交接處，例如晶粒邊界。金屬硅化物原子從晶體層表面延伸至結(jié)構(gòu)內(nèi)部。最為優(yōu)選的情況是，金屬硅化物原子位于晶粒的三相交界點。
在示范性實施例中，金屬硅化物納米線214具有大約0.1到100nm的直徑，或者1到10nm的直徑，由表面到內(nèi)部位置的長度大約為0.1到1000nm，或者10到50nm。
在電子器件應(yīng)用中，可以采用在第一表面上帶有硅基材料層的硅基襯底，該硅基材料層包括位于硅基材料中的多個晶粒和位于硅基材料層內(nèi)部、處于多個晶粒邊界處的金屬硅化物。示范性電子器件應(yīng)用包括場致發(fā)射器和包含場致發(fā)射器或場致發(fā)射器陣列的裝置，例如成像器和顯示器，半導(dǎo)體存儲器件和包含半導(dǎo)體存儲器件的裝置，例如相變存儲器件。
圖4示出了示范性場致發(fā)射器件的示意圖。示范性場致發(fā)射器件400包括硅基襯底402；與所述的硅基襯底402的第一側(cè)面406直接接觸的硅基材料層404；通過隔片(spacer)412與硅基材料層404的表面410隔開的第一電極408；以及位于硅基襯底402的第二側(cè)面416上的第二電極414；硅基材料層404包括位于硅基材料中的多個晶粒；位于硅基材料層404中，處于多個晶粒邊界處的金屬硅化物418，并且所述金屬硅化物418從硅基材料層404的表面410至硅基材料層404的內(nèi)部位置沿任一晶粒邊界排列成連續(xù)的導(dǎo)電通路。示范性場致發(fā)射器400還包括在第一電極408和第二電極414之間電連接的電源422。
可以將基于本說明書公開的器件和方法的多個場致發(fā)射器引入到場致發(fā)射裝置中，例如消費電子裝置、顯示器、用于醫(yī)療安全領(lǐng)域的圖像處理裝置，以及診斷或質(zhì)量控制成像器等工業(yè)設(shè)備。在示范性實施例中，對包含在場致發(fā)射裝置中的多個場致發(fā)射器單獨電尋址，以達(dá)到場致發(fā)射電子的目的。對控制器進(jìn)行電排布(electrically arranged)，從而為多個場致發(fā)射器提供電源，進(jìn)而提供產(chǎn)生場致發(fā)射所必需的電能。在另一個示范性實施例中，對所形成的場致發(fā)射裝置單獨電尋址，從而通過構(gòu)圖技術(shù)，形成陣列矩陣，進(jìn)而達(dá)到場致發(fā)射電子的目的。例如，可以采用本說明書所公開的方法中涉及的金屬離子注入部分中的已構(gòu)圖掩模對非晶層的可尋址部分優(yōu)先進(jìn)行離子注入。退火和結(jié)晶之后，放置所形成的金屬硅化物納米線，與得到相應(yīng)構(gòu)圖的電極電接觸。
參照下述實例，可以更加清晰地理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，下述實例的目的不是以任何方式對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。
實例1以50keV的能量和2×1015atoms/cm2的劑量向Si襯底上注入Si離子，從而在Si襯底上形成具有預(yù)定厚度的非晶Si層。之后，以25keV的能量和5×1015atoms/cm2的劑量向非晶Si層上注入Ni離子。將注入Ni離子的樣本載入真空室中，采用準(zhǔn)分子激光束對樣本退火，真空室內(nèi)保持10-3torr左右的真空度。將一個樣本在300mJ/cm2的激光束中退火，另一個樣本在300mJ/cm2的激光束中退火。這一實例中所采用的激光束為KrF準(zhǔn)分子激光束。
圖5是實例1中注入Ni離子之后，激光退火之前，在200keV的能量下，在樣本上通過透射電子顯微鏡得到的顯微圖。顯微圖100中的樣本示出了帶有非晶硅層104的硅襯底102。在圖5中看不到注入到非晶層104中的鎳離子。硅襯底102為多晶硅，非晶層104是通過預(yù)期級別的硅注入形成的。
圖6為TRIM仿真數(shù)據(jù)，針對圖5中所示樣本示出了每埃每注入離子的離子數(shù)隨深度(埃)的變化情況。在圖6中，既示出了每埃每注入離子的鎳離子數(shù)曲線120，又示出了每埃每注入離子的硅離子數(shù)曲線130。從圖6中，可以看出圖5中的樣本中的硅離子注入到了大于1500埃的深度，鎳離子注入到了大約700埃的深度。
圖7示出了從實例1中的樣本和純鎳樣本上得到了X射線光子譜(XPS)圖。在圖7中的圖140中，針對純鎳樣本150、在注入當(dāng)時的條件下160注入鎳離子的樣本、在300mJ/cm2的激光退火170后注入鎳離子的樣本、以及在500mJ/cm2的激光退火180后注入鎳離子的樣本，示出了密度隨結(jié)合能(eV)的變化情況。在純鎳樣本的情況下，Ni 2p峰出現(xiàn)在852.61eV，但是在其他情況下，Ni 2p峰出現(xiàn)在853.71eV。在純鎳樣本150和注入樣本160，以及注入并退火樣本170、180之間出現(xiàn)的譜峰偏移表示注入金屬離子已經(jīng)形成了金屬硅化物，例如鎳硅化物。結(jié)果表明，金屬硅化物是由Ni和Si之間的反應(yīng)形成的。也就是說，金屬硅化物是通過在恰好注入Ni離子后注入的Ni離子的動能形成的。
圖8A和圖8B示出了來自實例1的樣本的掃描透射電鏡(STEM)結(jié)果。所述顯微圖是在200keV下得到的。圖8A 200示出了具有通過Si注入(能量50keV，劑量2×1015/cm2)，鎳注入(能量25keV，劑量5×1015/cm2)和激光退火(300mJ/cm2)形成的多晶硅層204的單晶硅襯底202。圖8B 206示出了具有通過Si注入(能量50keV，劑量2×1015/cm2)，鎳注入(能量25keV，劑量5×1015/cm2)和激光退火(500mJ/cm2)形成的多晶硅層210的單晶硅襯底208。最初，將Si和Ni注入到Si襯底中，從而在Si襯底上形成厚的非晶Si層。典型的非晶層大于80nm。在激光退火之后，可以將非晶Si層轉(zhuǎn)化為多晶硅。
在圖8A中，示出了大量位于多晶硅層204中的硅化物納米線212。這些硅化物納米線212沿形成多晶硅層204的晶粒的邊界松散地排列。
在圖8B中，示出了大量位于多晶硅層210中的硅化物納米線214。這些硅化物納米線214沿形成多晶硅層210的晶粒的邊界具有強(qiáng)固的相互聯(lián)系。這里，在激光退火步驟中采用的能量密度越高，遷移到晶粒邊界的金屬離子越多。此外，一旦處于晶粒邊界處，金屬離子將在多晶硅層210中繼續(xù)向三相點遷移。
在圖8B中，位于晶粒邊界處的金屬硅化物納米線214從多晶硅層210的表面216到多晶硅層210或單晶硅襯底208的內(nèi)部位置，沿晶粒邊界排列成連續(xù)的導(dǎo)電通路。
圖9A和9B示出了在實例1的樣本上進(jìn)行的能量散射X射線譜試驗得到的結(jié)果。顯微圖250是在200keV下得到的。圖9A中的截面STEM圖示出了在單晶硅襯底(未示出)上通過Si注入(能量50keV，劑量2×1015/cm2)，鎳注入(能量25keV，劑量5×1015/cm2)和激光退火(300mJ/cm2)形成的多晶硅層252。在多晶硅層252內(nèi)部嵌入了大量在多晶硅層的晶粒邊界形成并從多晶硅層252的表面256延伸至多晶硅層252的內(nèi)部的硅化物納米線254。在圖9B的EDX圖中，示出了鎳的密度隨位置的變化情況。圖9B中所示的針對鎳260的結(jié)果隨位置變化而變化，所述位置對應(yīng)于圖9A中沿線262的位置。針對鎳260的結(jié)果表明，鎳離子，以及鎳硅化物主要位于處在晶粒邊界位置上的硅化物納米線處，與線262交叉，其中，位于硅化物納米線之外的例子較少。此外，EDX結(jié)果有力地揭示了納米線包含Ni原子。換句話說，EDX結(jié)果支持納米線的主要成分為Ni。
圖10A和10B示出了在實例1的樣本上進(jìn)行的能量散射X射線譜試驗得到的結(jié)果。顯微圖280是在200keV下得到的。圖10A中的截面STEM圖示出了在單晶硅襯底(未示出)上通過Si注入(能量50keV，劑量2×1015/cm2)，鎳注入(能量25keV，劑量5×1015/cm2)和激光退火(500mJ/cm2)形成的多晶硅層282。在多晶硅層282內(nèi)部嵌入了大量在多晶硅層的晶粒邊界形成并從多晶硅層282的表面286延伸至多晶硅層282的內(nèi)部的硅化物納米線284。在圖10B的EDX圖中，示出了鎳響應(yīng)的密度隨位置的變化情況。圖10B中所示的針對鎳290的結(jié)果隨位置變化而變化，所述位置對應(yīng)于圖10A中沿線292的位置。針對鎳290的結(jié)果表明，鎳離子，以及鎳硅化物主要位于處在晶粒邊界位置上的硅化物納米線處，與線292交叉，其中，位于硅化物納米線之外的例子較少。
實例2在Si襯底上以50keV的能量和2×1015atoms/cm2的劑量注入Si離子，從而在Si襯底上形成具有預(yù)定厚度的非晶Si層。之后，以25keV的能量和5×1015atoms/cm2的劑量在非晶Si層上注入Ni離子。將注入了Ni離子的樣本載入真空室，采用準(zhǔn)分子激光束對樣本退火，真空室維持大約10-3torr的真空度。在實例中采用的激光為KrF準(zhǔn)分子激光束，用于退火的激光束的能量密度為700mJ/cm2。
圖11是由實例2中的樣本得到的平面STEM圖像300。在圖11中，非晶層通過結(jié)晶形成了多個通過晶粒邊界304彼此分隔的晶粒302。對于硅和鎳體系而言，在這一能量密度，金屬硅化物基本上完全聚集在晶粒邊界的三相點306處。在圖11的顯微圖中，仍然可以觀察到晶粒邊界，但是晶粒邊界中的較亮區(qū)域308歸因于相襯(phase contrast)，而不是晶粒邊界中的金屬硅化物導(dǎo)致的結(jié)果。
之后，采用制備的樣本測量Fowler-Nordheim圖，圖12A和12B示出了測量結(jié)果。用于測量該圖的器件結(jié)構(gòu)與圖4中示出的場致發(fā)射器結(jié)構(gòu)相同。采用ITO和鋁作為電極。上電極和包含金屬硅化物納米線的表面之間的間隙距離為256μm。圖12A和12B中示出的結(jié)果表明在增大的外加場作用下(圖12B)，低噪聲等級(圖12A)和電流密度的指數(shù)增長與良好的場致發(fā)射特性保持一致。
盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出未具體說明的增添、刪除、修改和替換操作。
權(quán)利要求
1.一種形成硅基材料層的方法，所述方法包括在硅基襯底上形成非晶層；用金屬離子摻雜所述非晶層的至少一區(qū)域；以及晶化所述非晶層，以形成多個晶粒，其中，晶粒邊界位于相鄰晶粒之間，金屬硅化物形成于晶粒邊界處。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，非晶層的形成包括在所述硅基襯底中注入化學(xué)元素周期表中的IV族元素的離子。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述化學(xué)元素周期表中的IV族元素是從由Si、Ge、Sn和Pb構(gòu)成的組中選出的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬離子是從由Ag、Au、Al、Cu、Cr、Co、Ni、Ti、Sb、V、Mo、Ta、Nb、Ru、W、Pt、Pd、Zn和Mg構(gòu)成的組中選出的金屬的離子。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜是在摻雜能量為1keV到1000keV，摻雜量為1×1010atoms/cm2到1×1017atoms/cm2的條件下發(fā)生的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中晶化包括對經(jīng)摻雜的非晶層退火。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，退火包括在50到3000mJ/cm2的能量密度下的激光退火。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述硅基襯底為Si、SiGe、SiC、SiO2，或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的SiO2，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的MgO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的ITO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的晶體Si或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的非晶硅。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，位于晶粒邊界的金屬硅化物從已晶化的非晶層的表面到已晶化的非晶層或硅基襯底的內(nèi)部位置排列成連續(xù)的導(dǎo)電通路。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述金屬硅化物形成直徑約為0.1到100nm，由所述表面到內(nèi)部位置的長度大約為0.1到1000nm的納米線。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在晶粒邊界處形成的金屬硅化物界定了納米線。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述納米線的直徑約為0.1到100nm，長度約為0.1到1000nm。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬硅化物位于所述晶粒邊界的三相點處。
14.一種硅基材料層，其包括位于硅基材料中的多個晶粒；以及金屬硅化物，其中，所述金屬硅化物位于硅基材料層中，處于所述多個晶粒之間的晶粒邊界處。
15.如權(quán)利要求14所述的硅基材料層，其中，位于晶粒邊界的所述金屬硅化物從硅基材料層的表面到硅基材料層的內(nèi)部位置，沿任一晶粒邊界排列成連續(xù)的導(dǎo)電通路。
16.如權(quán)利要求15所述的硅基材料層，其中，位于所述連續(xù)導(dǎo)電通路中的金屬硅化物形成直徑約為0.1到100nm，從所述表面到內(nèi)部位置的長度約為0.1到1000nm的納米線。
17.如權(quán)利要求14所述的硅基材料層，其中，所述金屬硅化物的金屬是從由Ag、Au、Al、Cu、Cr、Co、Ni、Ti、Sb、V、Mo、Ta、Nb、Ru、W、Pt、Pd、Zn和Mg構(gòu)成的組中選出的。
18.如權(quán)利要求14所述的硅基材料層，其中，所述金屬硅化物位于晶粒邊界的三相點處。
19.如權(quán)利要求14所述的硅基材料層，其中，所述金屬硅化物包括1×1010到1×1017atoms/cm2的金屬離子。
20.一種結(jié)構(gòu)，其包括硅基襯底，以及位于所述襯底的第一表面的，如權(quán)利要求14所述的硅基材料層。
21.如權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述硅基襯底為Si、SiGe、SiC、SiO2，或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的SiO2，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的MgO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的ITO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的晶體Si或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的非晶硅。
22.一種具有如權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲器件。
23.一種場致發(fā)射器，其包括硅基襯底；與所述硅基襯底的第一側(cè)面直接接觸的硅基材料層，其中，所述的硅基材料層包括位于硅基材料中的多個晶粒和金屬硅化物，所述金屬硅化物位于硅基材料層內(nèi)，并處于多個晶粒之間的晶粒邊界處，所述金屬硅化物從硅基材料層的表面到硅基材料層的內(nèi)部位置沿任一晶粒邊界排列成連續(xù)的導(dǎo)電通路；通過隔片與硅基材料層的表面隔開的第一電極；以及位于所述硅基襯底的第二側(cè)面上的第二電極。
24.如權(quán)利要求23所述的場致發(fā)射器，其包括在所述第一電極和第二電極之間電連接的電源。
25.如權(quán)利要求23所述的場致發(fā)射器，其中，所述硅基襯底為Si、SiGe、SiC、SiO2，或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的SiO2，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的MgO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的ITO，在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的晶體Si或在第一表面帶有一層Si、SiGe或SiC的非晶硅。
26.如權(quán)利要求23所述的場致發(fā)射器，其中，位于所述連續(xù)導(dǎo)電通路中的金屬硅化物形成直徑約為0.1到100nm，從所述表面到內(nèi)部位置的長度約為0.1到1000nm的納米線。
27.如權(quán)利要求23所述的場致發(fā)射器，其中，所述金屬硅化物位于所述晶粒邊界的三相點處。
28.包含如權(quán)利要求23所述的多個場致發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器。
29.如權(quán)利要求28所述的場致發(fā)射顯示器，其中，可以對所述多個場致發(fā)射器單獨電尋址，從而場致發(fā)射電子。
全文摘要
公開了形成硅基材料層的方法，以及由所述方法形成的硅基材料層和包含所述硅基材料層的器件。所述方法包括在硅基襯底上形成非晶層，采用金屬離子對所述非晶層的至少一區(qū)域進(jìn)行摻雜，并使非晶層結(jié)晶，以形成多個晶粒，其中，晶粒邊界位于相鄰的晶粒之間，在晶粒邊界處形成金屬硅化物。所形成的金屬硅化物具有納米線尺寸。
文檔編號H01L29/78GK1734733SQ20051008478
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者崔哲終 申請人:三星電子株式會社