一种低温多晶硅薄膜器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种低温多晶硅薄膜器件及其制造方法与设备，该制造方法的步骤包括：提供一基材；及施加一偏压给该基材并以一等离子体化学汽相沉积法沉积一多晶硅材料于该基材上，以通过该偏压的诱发使该多晶硅材料结晶为该多晶硅薄膜。本发明专利技术可于低温下获得较高品质的多晶硅薄膜器件，结晶率高且减少孕核层厚度，避免了破真空的污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多晶硅薄膜及其形成方法，特别是涉及一种低温多晶硅薄 膜及其制造方法与设备。
技术介绍
在众多装置如半导体、薄膜级太阳能电池及各种液晶显示器的制造上，都 需要在低温下形成一硅薄膜，即在60(TC以下的温度中，利用物理汽相沉积 (Physical Vapor D印osition; PVD)、离子增长型化学汽相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition; PE-CVD)或化学汽相沉积(Chemical Vapor D印osition; CVD)等方式汽相沉积一硅薄膜，但是在沉积时此硅薄膜 并没有足够的能量形成多晶硅(poly-silicon; poly-Si)，而仅能形成非晶 硅(amorphous silicon; a-Si)。由于多晶硅的硅结晶排列比非晶硅有次序， 因此多晶硅具有较高的电子迁移率及低温度敏感性。目前为了得到多晶硅薄膜， 一般利用固相结晶法(Solid Phase Crystallization)或准分子激光退火(Excimer Laser Annealing; ELA)方 式，致使非晶硅薄膜在高温退火环境下结晶成多晶硅，方能得到多晶硅的结构。然而，在利用固相结晶法时，需要较高的结晶温度，因此必须以硅片(Si wafer)或石英(Quartz; Si03)等材料作为基材，而这些材料的成本较为昂 贵，因而不利于大批量生产。再者，在利用激光退火方法时，其虽然可降低结晶温度，但是机台设备成 本极高，且采用激光扫描方式其形成速度尚有待加强。近几年来已发展出可利用离子增长型化学汽相沉积法或热丝化学蒸镀法 (Hot wire chemical vapor d印osition; HW-CVD)等化学汽相沉积法来直接沉积多晶硅材料，但是在沉积多晶硅薄膜的初期，由于成核密度过低，因此必须沉积到达数千埃(〉1000A )之后才可获得结晶程度较佳的多晶硅薄膜。此外，除了此种直接沉积的方法外，已发展出利用金属诱导横向结晶法(metal-induced lateral crystallization; MILC)技术以慢速沉积出一较薄的多晶硅，以供作为后续非晶硅的种子层(Seed layer)，其中沉积此多晶硅所使用的慢流速低于正常沉积非晶硅气体流速的数倍之多，而后在沉积一适当厚度的非晶硅，再以60(TC的温度进行炉内退火，以使非晶硅转化为多晶硅。由于其己具有晶种层，因此可于短时间内将非晶硅转化为多晶硅。事实上，由于以低速形成种子层所耗时间过长，因此于总形成时间(由沉积至退火完成)上并未有所节省。再者，此种利用金属诱导横向晶化技术的成长方法需要考虑金属与硅的共熔点过高，并且会有薄膜遭金属污染的问题，因此并不适合于批量生产使用；另外一方面，以种子层帮助薄膜成长的方法，仍有基材温度过高等无法克服的问题存在。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题在于提供一种在低温下就可直接沉积形成多晶硅薄膜的制造方法及其所应用的设备，从而改善沉积薄膜品质，降低孕核层的厚度。为实现上述目的，本专利技术提供的低温下直接沉积多晶硅薄膜的制造方法包括有下列步骤提供一基材，再施加一偏压给基材并通过等离子体化学汽相沉积法沉积多晶硅材料于基材上，以通过偏压的诱发使多晶硅材料结晶为多晶硅薄膜。于此，利用偏压的施加而使多晶硅材料表面的硅原子具有足够的扩散能量，以提高多晶硅材料的结晶程度，进而在低基材温度下形成多晶硅薄膜。其中，等离子体化学汽相沉积法可为一般的离子增长型化学汽相沉积法，也可为感应耦合等离子体化学汽相沉积(Inductively-Coupled PlasmaChemical Vapor Deposition; ICP-CVD)法。再者，此感应耦合等离子体化学汽相沉积法通过下列步骤而执行；首先，将基材置入于一真空腔体中，并通入具有多晶硅材料的气体到真空腔体内，再利用感应线圈产生电感耦合电场于真空腔体内，以使通入的气体因电感耦合电场而形成高密度等离子体，最后此高密度等离子体扩散至基材，使多晶硅材料5沉积于基材的表面上。本专利技术公开的另一种低温下直接沉积多晶硅薄膜的制造方法，包括有下列步骤提供一基材，沉积具有既定晶格常数的材料于基材上，以形成具优选方向的诱发层，最后，再利用等离子体化学汽相沉积法将多晶硅材料沉积于诱发层上，以通过诱发层的诱发使多晶硅材料结晶而形成多晶硅薄膜。于此，诱发层可作为多晶硅材料的硅原子键结排列的温床，以使多晶硅材料可于低温下结晶为多晶硅薄膜。其中，此既定晶格常数近似于硅的晶格常数，因此具有此既定晶格常数的材料包括有氮化铝等材料。此外，诱发层可利用化学汽相沉积(CVD)方式、物理汽相沉积(PVD)方式或原子层沉积(atomic layer d印osition; ALD)方式来形成，而多晶硅薄膜可通过利用一般的离子增长型化学汽相沉积法或是感应耦合等离子体化学汽相沉积法直接沉积多晶硅材料于诱发层上而实现。再者，此感应耦合等离子体化学汽相沉积法通过下列步骤而执行；首先，将基材置入于一真空腔体中，并通入具有多晶硅材料的气体到真空腔体内，再利用感应线圈产生电感耦合电场于真空腔体内，以使通入的气体因电感耦合电场而形成高密度等离子体，最后此高密度等离子体扩散至基材，并使多晶硅材料沉积于基材的表面上。本专利技术还公开一种低温多晶硅薄膜器件，包括有基材、诱发层与多晶硅薄膜；诱发层位于基材上，多晶硅薄膜则位于诱发层上，其中此诱发层具有既定晶格常数及优选方向。其中，此既定晶格常数近似于硅的晶格常数，因此具有此既定晶格常数的材料包括有氮化铝等材料。此外，诱发层可利用化学汽相沉积方式、物理汽相沉积方式或原子层沉积方式来形成，而多晶硅薄膜可通过利用一般的离子增长型化学汽相沉积法或是感应耦合等离子体化学汽相沉积法直接沉积多晶硅材料于诱发层上而获得。另外，于基材与诱发层之间可具有一栅极。则于半导体器件制作时，即可以诱发层来充当栅极绝缘层，以降低制造成本与时间。本专利技术还公开了一种感应耦合等离子体化学汽相沉积设备，用以沉积低温多晶硅薄膜于一基材上，此感应耦合等离子体化学汽相沉积设备包括有真空腔体、感应线圈与直流偏压源；其中，感应线圈与直流偏压源设置于真空腔体外部，且真空腔体内具有支撑座，可供承放基材，而此真空腔体内可通入一种以上的气体，其中于通入的气体中包括有多晶硅材料，再利用感应线圈产生电感耦合电场，驱使真空腔体内的前述气体反应为等离子，而等离子会扩散至基材表面产生吸附、反应、迁移等作用，而使多晶硅材料沉积于基材上，同时利用电性连接至支撑座上的直流偏压源，对于基材施加偏压，促使该多晶硅材料结晶为多晶硅薄膜。本专利技术可于低温下获得较高品质的多晶硅薄膜器件，结晶率高且减少孕核层厚度，避免了破真空的污染。附图说明图1为根据本专利技术的第一实施例的低温下直接沉积多晶硅薄膜的制造方法的流程图2为根据本专利技术的第一实施例的低温多晶硅薄膜器件的示意图；图3为根据本专利技术的第一实施例的电感耦合式等离子化学汽相沉积设备的示意图4为根据本专利技术的第二实施例的低温下直接沉积多晶硅薄膜的制造方法的流程图5为根据本专利技术的第二实施例的低温多晶硅薄膜器件的示意图；图6为根据本专利技术的实施例的低温多晶硅薄膜的拉曼光谱；及图7为根据本专利技术的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温下直接沉积多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：　提供一基材；　沉积具有一既定晶格常数的一材料于该基材上，以形成具优选方向的一诱发层，该诱发层的材料为氮化铝；及　以一等离子体化学汽相沉积法沉积一多晶硅材料于该诱发层上，以通过该诱发层的诱发使该多晶硅材料结晶而形成该多晶硅薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭逸轩，黄志仁，王亮棠，张荣芳，翁得期，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]