在基片上形成硅的方法技术

本发明专利技术描述一种用液体硅烷化合物形成硅层的方法，其中所述方法包括以下步骤：在基片(优选柔韧性基片)上形成第一层，所述第一层包括(聚)硅烷；并用包括一个或多个200nm-400nm范围的波长的光照射所述第一层，用于使所述聚硅烷转变成硅，优选非晶硅或多晶硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及在基片上形成硅的方法，具体但不仅涉及用液体硅烷化合物在基片上形成硅的低温方法。专利技术背景半导体器件，例如二极管和晶体管，是用于电子装置的基本组件。仍需要新的替代性的更廉价和/或改进的制造方法。目前，特别关注制造用于例如RFID标签、柔性LED和LCD显示器和光伏器件的柔性电子组件的方法。一种制造柔性电子装置的很有希望的技术是所谓的辊-辊(R2R)制造技术(也称为卷材处理或卷轴-卷轴处理)，其中以连续方式使薄膜沉积于柔性(塑性)基片上，并加工成电子组件。为了达到高产量、低成本制造半导体器件，包括光伏电池和用于显示器的TFT电路系统，在R2R方法中使用印刷技术(例如，压印、喷墨或丝网印刷)和涂布技术(例如，辊涂、缝涂或喷涂)。这些技术包括使用油墨(即，液体半导体)、金属和介电前体，它们可用简单涂布或印刷技术沉积于基片上。这样，可以传统半导体制造方法成本的一部分制造柔性电子装置。为了得到用于高性能应用的柔性电子装置，例如UHFRFID和柔性显示器，需要在柔性基片上低成本、高产量地形成高迁移率薄膜半导体层。另外，制造方法应支持形成具有小特征尺寸和高定位精确度的结构。用于柔性塑料基片材料的商业关注候选包括聚萘二甲酸乙二酯(PEN)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。这些材料为具有高光学透明性且与大多数半导体方法化学相容的低成本材料。然而，这些材料的最高处理温度大约相对较低(对于PEN约200℃，对于PET约120℃)。已知在基片上形成半导体涂层的数种基于液体的技术。为了获得用于LCD应用的“塑料”TFT电路系统或“塑料”光伏电池，可在低温沉积技术中使用有机半导体材料。然而，这些有机半导体的电子迁移率和可靠性仍劣于它们的非晶硅对应物(约1cm2/Vs)，因此，难以实现整合外围驱动器和控制电路。或者，可在塑料基片上用低温的基于溶液的方法形成非晶金属氧化物半导体，例如In-Ga-Zn-O(a-IGZO)。虽然a-IGZO层的电子迁移率高于a-Si，但仍限于20cm2/Vs。另外，空穴迁移率很低，以致于不能制造p-型金属氧化物半导体TFT。不能实现在CMOS结构中的电路系统对这种材料用于商业应用造成严重限制。因此，概括地讲，塑料和a-IGZO半导体材料仍基本上劣于为电子应用提供高稳定电性能和足够高迁移率(>100cm2/Vs)的多晶硅。基于液体形成硅的技术是已知的。例如，US6,541,354和US2003/0229190描述用包含环状硅烷化合物(例如，环戊硅烷(CPS))和溶剂的溶液形成硅膜的方法。一般使溶液旋涂于基片上，并经过干燥步骤，以去除溶剂。随后，用在约300℃温度经涂布基片的组合UV处理和退火步骤使涂层在30分钟内转变成非晶硅层。在800℃的进一步退火步骤或使非晶硅层曝露于激光可使非晶层转变成多晶层。这种方法的其它发展已报告于各种文献中。例如，Zhang等人在他们的论文\single-grainSiTFTsonflexiblepolyimidesubstratefromdoctor-bladecoatedcyclopentasilane\(从刮刀涂布环戊硅烷在柔性聚酰亚胺基片上的单晶粒SiTFT)中报告，通过使包含小孔(“晶粒滤器”)的CPS涂布基片在氮气氛暴露于350℃温度1小时使涂层转变成非晶硅，在聚酰亚胺基片上产生TFT。用多次触发(shot)激光曝露使非晶硅转变成结晶硅层，其中通过将能量密度从50mJ/cm2逐渐增加到350mJ/cm2，同时使各能量密度的触发次数从100减少到1，实现层的脱氢。因此，现有技术描述根据基于液体硅烷化合物的方法在基片上形成多晶硅薄膜，该方法包括用液体硅烷化合物涂布基片，并通过使具有涂层的基片在约300℃至350℃经相对较长时间(例如，10-30分钟)暴露于退火步骤使涂层转变成非晶硅。在一些情况下，在退火之前，可使涂层曝露于UV辐射，以使例如环状硅烷化合物(例如CPS)转变成聚硅烷。随后激光照射步骤或高温热解步骤用于使非晶硅转变成多晶硅。虽然得到高品质多晶薄膜，但处理温度不够低得足以用于塑料基片材料，例如PET和PEN。另外，脱氢步骤需要很多次数，这可能导致低产量。因此，在本领域需要用液体硅前体快速有效地低温形成硅。具体地讲，在本领域需要用基于液体的方法在塑料基片上有效地低温形成非晶、微晶和多晶层。专利技术概述本专利技术的一个目的是减少或消除在现有技术已知的至少一个缺陷。在一个方面，本发明可涉及在基片上形成硅(优选硅层)，包括：用一种或多种液体硅烷化合物在基片上形成一个或多个层；通过使至少部分所述一个或多个层曝露于光，优选激光，更优选一个或多个激光脉冲，包括一个或多个100nm-800nm范围内的波长，优选200nm-400nm，直接使至少部分所述一个或多个层转变成硅，优选所述硅包括非晶、微晶、多晶和/或单晶硅。已意外地发现，一个或多个硅烷化合物层(例如，一种或多种硅烷化合物的涂层)可通过(激)光直接转变成硅，而不用使基片热退火(在转变之前或期间)。因此，基片不必经过高于塑料基片(例如，聚酰胺、PEN或PET)最高处理温度的退火温度。在使用UV范围的激光时，只基于一个或多个很短的脉冲，就可有效使层转变成固态硅。这些激光脉冲可具有10-500ns内的脉冲宽度，因此，(聚)硅烷化合物转变在很短时间尺度发生，因此，基于(聚)硅烷涂层提供很快的形成硅的过程。在一个实施方案中，所述一个或多个层直接转变成硅，而不使所述基片暴露于高于250℃(优选200℃，更优选150℃，甚至更优选100℃)的退火温度。在另一个实施方案中，所述一个或多个层直接转变成硅，而不使所述基片暴露于温度退火。在另一个方面，本专利技术可涉及一种在基片上形成硅(优选硅层)的方法，所述方法包括：用液体硅烷化合物在基片(优选柔性基片)上形成一个或多个层；并用光照射至少部分所述一个或多个层，所述光包括一个或多个100nm-800nm范围内的波长，优选200nm-400nm，用于使至少部分所述液体(聚)硅烷转变成硅。在一个实施方案中，至少部分所述层转变成非晶、微晶、多晶硅和/或单晶硅。方法提供通过简单使包含硅烷化合物的涂层曝露于脉冲激光照射(优选UV照射)在基片上形成不同类型硅(例如，非晶、微晶、多晶和/或单晶硅)的低温方法。在本申请内，“低温方法”是指其中基片不暴露于高于约250℃(即，塑料基片(例如，聚酰胺、PEN或PET)的最高处理温度)的退火温度的方法。因此，代替其中基于(聚)硅烷涂层在相对高本文档来自技高网...

【技术保护点】
在基片上形成硅，优选至少一个硅层的方法，所述方法包括：用一种或多种液体硅烷化合物在基片上形成一个或多个层，优选聚硅烷和/或环状硅烷化合物；使至少部分所述一个或多个层曝露于光，优选激光，更优选一个或多个激光脉冲，包括一个或多个100nm‑800nm范围内的波长，优选100nm‑600nm，更优选200nm‑500nm，用于直接使至少部分所述一种或多种硅烷化合物转变成硅，优选所述硅包括非晶、微晶、多晶和/或单晶硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.26 NL 20107131.在基片上形成硅，优选至少一个硅层的方法，所述方法包括：
用一种或多种液体硅烷化合物在基片上形成一个或多个层，优选聚硅烷和/或环状硅
烷化合物；
使至少部分所述一个或多个层曝露于光，优选激光，更优选一个或多个激光脉冲，包括
一个或多个100nm-800nm范围内的波长，优选100nm-600nm，更优选200nm-500nm，用于直接
使至少部分所述一种或多种硅烷化合物转变成硅，优选所述硅包括非晶、微晶、多晶和/或
单晶硅。
2.权利要求1的方法，所述方法进一步包括：
在使所述一个或多个层在低于270℃，优选低于250℃，更优选低于200℃，甚至更优选
低于150℃的低温热退火后，使至少部分所述一个或多个层曝露于所述光；或使所述层曝露
于所述光，而不使所述一个或多个层热退火。
3.权利要求1或2的方法，其中形成所述一个或多个层包括：
用包含至少一种液体环状硅烷化合物的液体化合物涂布至少部分所述基片；
使至少部分所述涂层曝露于UV光，用于使至少部分所述环状硅烷化合物转变成一种或
多种聚硅烷化合物。
4.权利要求1至3中任一项的方法，其中通过一种或多种蓝色和/或UVLED、高压或低
压汞灯、稀土气体放电灯或(脉冲)激光，优选(脉冲)YAG激光、氩激光或受激准分子激光，产
生用于使至少部分所述一个或多个层转变成硅的光。
5.权利要求1至4中任一项的方法，其中使至少部分所述一个或多个层曝光包括：
使至少部分所述一个或多个层曝露于(激)光，优选一个或多个激光脉冲，其中所述光
具有至少75mJ/cm2或更大的能量密度，以使至少部分所述一个或多个层转变成硅。
6.权利要求1至4中任一项的方法，其中使至少部分所述一个或多个层曝光包括：
使至少部分所述一个或多个所述层曝露于一个或多个激光脉冲，其中所述脉冲的能量
密度选自10mJ/cm2-5000mJ/cm2，优选10mJ/cm2-1000mJ/cm2，更优选20mJ/cm2-500mJ/cm2，甚
至更优选25mJ/cm2-300mJ/cm2。
7.权利要求1至4中任一项的方法，其中使至少部分所述一个或多个层曝光包括：
使至少部分所述一个或多个层曝露于一个或多个选自10mJ/cm2-100mJ/cm2能量密度的
第一激光脉冲，优选20mJ/cm2-80mJ/cm2；和一个或多个具有选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：R伊斯哈拉，M特里富诺维，M范德兹旺，
申请(专利权)人：代尔夫特科技大学，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL