单晶硅薄膜及其制作方法技术

本发明专利技术提出了单晶硅薄膜及其制作方法。该制作单晶硅薄膜的方法包括：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层；在第二硅片的第二表面上热氧化形成氧化层；将第一硅片与第二硅片键合；对键合后的第一硅片与第二硅片进行退火处理，并剥离离子层；对剥离后的单晶硅进行研磨，以获得单晶硅薄膜。本发明专利技术所提出的制作方法，可实现在多种不同的衬底表面形成纳米级厚度的单晶硅薄膜，从而能解决单晶硅薄膜应用到玻璃衬底或柔性衬底上的技术难题，并且，该制作方法获得的单晶硅薄膜的迁移率可大于1000cm

Monocrystalline Silicon Film and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
单晶硅薄膜及其制作方法
本专利技术涉及半导体薄膜材料制作
，具体的，本专利技术涉及单晶硅薄膜及其制作方法。
技术介绍
现有显示产品的分辨率要求越来越高，对于半导体器件就需要更高的迁移率，尤其是电流驱动器件的迁移率提升，无论是有机发光二极管(OLED)还是微发光二极管(MicroLED)，都是迁移率越高越好。另一个技术需求场景是，现有的屏幕驱动都是单独驱动的，无论是独立的集成电路(IC)还是直接放在显示面板(panel)的内部，都会占用显示空间和体积，一个主流方向是将驱动程序集成到panel内部，因此需要低功耗的半导体器件，也就要求足够高的迁移率，尤其是能达到现有硅基的半导体器件。目前的薄膜半导体材料主要有，硅(Si)、氧化物(Oxide)和其他新型材料。其中，Oxide半导体材料的迁移率一般在几十以内，勉强可以对应低分辨率电流型器件的需求，而Si材料主要是非晶硅和低温多晶硅。现阶段的低温多晶硅的迁移率小于1，而无法应用于电流型器件，仅能应用在小尺寸的电流型器件，例如OLED或者MicroLED，当分辨率进一步提升或者尺寸增大时，也难以对应。为此非常有必要继续开发高迁移率薄膜技术。只有单晶硅才希望将迁移率提升到几百到上千的水平，但是大部分是体材料的单晶硅，而薄膜晶体管(TFT)器件所需的是薄膜材料，目前还没有一种能对应玻璃基的薄膜材料。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的：本专利技术人在研究过程中，提出一种在硅衬底上制作出单晶硅薄膜的方法，将预先离子注入的一个硅片与另一个预先热氧化后的硅片进行键合，键合后再对两个硅片进行退火处理，由于注入的离子结合后会形成气体，可使离子注入层与硅片剥离开，从而可在玻璃、聚酰亚胺等材料的衬底上形成单晶硅薄膜。有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提出一种可在多种衬底表面形成纳米级厚度的单晶硅薄膜的制作方法。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种制作单晶硅薄膜的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层；在第二硅片的第二表面上热氧化形成氧化层；将所述第一硅片与所述第二硅片键合；对所述键合后的所述第一硅片与所述第二硅片进行退火处理，并剥离所述离子层；对所述剥离后的单晶硅进行研磨，以获得所述单晶硅薄膜。专利技术人经过研究发现，采用本专利技术实施例的制作方法，可实现在多种不同的衬底表面形成纳米级厚度的单晶硅薄膜，从而能解决单晶硅薄膜应用到玻璃衬底或柔性衬底上的技术难题，并且，该制作方法获得的单晶硅薄膜的迁移率可大于1000cm2/V·s。另外，根据本专利技术上述实施例的制作方法，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述离子注入的离子包括H、O、He和N中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述离子层的厚度小于1微米。根据本专利技术的实施例，所述形成离子层的步骤包括：先对第一硅片的第一表面离子注入第一离子形成阻挡层，所述第一离子包括O和N中的至少一种；再对所述第一硅片的所述第一表面离子注入第二离子形成离子层，所述第二离子包括H和He中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述热氧化为干氧方式和湿氧方式交替进行。根据本专利技术的实施例，所述氧化层的厚度为100～500纳米。根据本专利技术的实施例，在所述热氧化形成氧化层的步骤之后，所述方法进一步包括：在所述第二硅片的第四表面形成衬底，所述衬底由聚酰亚胺形成。根据本专利技术的实施例，所述键合为阳极键合。根据本专利技术的实施例，所述键合的步骤包括：将所述第一硅片的所述第一表面与所述第二硅片的所述第二表面键合。根据本专利技术的实施例，所述键合的步骤包括：将所述第一硅片的第三表面与所述第二硅片的所述第二表面键合。根据本专利技术的实施例，所述退火处理的温度为350～500摄氏度。根据本专利技术的实施例，所述第一硅片和所述第二硅片的形状为长方形。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种单晶硅薄膜。根据本专利技术的实施例，所述单晶硅薄膜是通过上述的方法制作的。专利技术人经过研究发现，本专利技术实施例的单晶硅薄膜，其可在聚酰亚胺、玻璃等衬底的表面制作而成，从而能在刚性或柔性的衬底上制作出该单晶硅薄膜，进一步实现单晶硅薄膜的迁移率大于1000cm2/V·s的技术效果。本领域技术人员能够理解的是，前面针对制作单晶硅薄膜的方法所描述的特征和优点，仍适用于该单晶硅薄膜，在此不再赘述。另外，根据本专利技术上述实施例的单晶硅薄膜，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，单晶硅薄膜的厚度为50～100纳米。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：图1是本专利技术一个实施例的制作单晶硅薄膜的方法流程示意图；图2是本专利技术一个实施例的制作方法各步骤的示意图；图3是本专利技术另一个实施例的制作方法步骤S100的示意图；图4是本专利技术另一个实施例的带有衬底的第二硅片的截面结构示意图；图5是本专利技术另一个实施例的制作方法各步骤的示意图；图6是本专利技术另一个实施例的单晶硅薄膜的截面结构示意图；图7是现有技术的硅片的切割和拼接示意图；图8是本专利技术一个实施例的硅片的切割和拼接示意图。附图标记100第一硅片110离子层120阻挡层130非离子层200第二硅片220氧化层300衬底具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，本
人员会理解，下面实施例旨在用于解释本专利技术，而不应视为对本专利技术的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制作单晶硅薄膜的方法。根据本专利技术的实施例，参考图1，该制作方法包括：S100：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层。在该步骤中，参考图2的(1)，在第一硅片100的第一表面a上离子注入可以形成离子层110。如此，在后续退火过程中离子层110中的离子结合后会形成气体逸出，从而有利于离子层110与未离子注入的第一硅片100部分剥离。在本专利技术的一些实施例中，离子注入的离子可选择H、O、He和N中的至少一种，具体例如H，如此，采用上述离子半径小且能量高的离子注入第一硅片100的第一表面a，如此，可以形成深度在1微米以内的离子层100。在本专利技术的一些实施例中，对于离子注入选择H离子的情况，离子层100的厚度可小于1微米，如此，深度在1微米以内的离子注入层的深度分布更小，从而使后续剥离后的表面更平坦，减小研磨量，且使成本更低。在一些具体示例中，可通过调节H离子的注入浓度，最终实现100nm以下的单晶硅薄膜。根据本专利技术的实施例，离子注入的具体工艺参数，例如离子强度、离子浓度和注入时间等，本领域技术人员可根据离子注入的具体离子种类、注入深度等实际情况进行相应地选择和调整。在此不再赘述。在本专利技术的另一些实施例中，步骤S100可包括：S110：先对第一硅片的第一表面离子注入第一离子形成阻挡层。在该步骤中，参考图3的(1-1)，先对第一硅片100的第一表面a离子注入第一离子形成阻挡层120，且第一离子可包括O和N中的至少一种。由于H等离子半径小且能量高的离子注入深度分布较大，会造成后续剥离后的表面非常不平坦，从而造成研磨量和成本的增加。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作单晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层；在第二硅片的第二表面上热氧化形成氧化层；将所述第一硅片与所述第二硅片键合；对所述键合后的所述第一硅片与所述第二硅片进行退火处理，并剥离所述离子层；对所述剥离后的单晶硅进行研磨，以获得所述单晶硅薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种制作单晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层；在第二硅片的第二表面上热氧化形成氧化层；将所述第一硅片与所述第二硅片键合；对所述键合后的所述第一硅片与所述第二硅片进行退火处理，并剥离所述离子层；对所述剥离后的单晶硅进行研磨，以获得所述单晶硅薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子注入的离子包括H、O、He和N中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子层的厚度小于1微米。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述形成离子层的步骤包括：先对第一硅片的第一表面离子注入第一离子形成阻挡层，所述第一离子包括O和N中的至少一种；再对所述第一硅片的所述第一表面离子注入第二离子形成离子层，所述第二离子包括H和He中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热氧化为干氧方式和湿氧方式交替进行。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲连杰，吕振华，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，北京京东方显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11