制造多晶硅薄膜的方法技术

根据本发明专利技术的制造多晶硅薄膜的方法包含：用于在绝缘衬底上形成金属层的金属层形成步骤；用于在所述金属层形成步骤期间所形成的金属层上层压硅层的第一硅层形成步骤；用于执行热处理以允许催化剂金属原子从所述金属层转移到所述硅层来形成硅化物层的第一热处理步骤；用于在所述硅化物层上层压非晶形硅层的第二硅层形成步骤；以及通过使用所述硅化物层的粒子作为介质，用于执行热处理以于所述非晶形硅层上形成结晶硅的结晶步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造用于太阳能电池中的多晶硅(polycrystalline silicon, poly-Si)薄膜的方法，更具体说来，涉及根据金属诱导结晶(metal-induced crystallization, MIC)工艺，使用非晶形硅(amorphous silicon, a_Si)薄膜有效。
技术介绍
一般说来，在制造多晶硅(poly-Si)期间出现的大部分问题都是由于使用易受高温影响的玻璃衬底导致工艺温度无法充分升高到使非晶形硅(a-Si)薄膜结晶的温度所引起。在多晶硅的制造中，需要高温退火工艺的工艺可以是将非晶形硅薄膜变为结晶硅薄膜的结晶工艺，以及包含掺杂工艺和电活化工艺的掺杂剂活化工艺。近来，已经提出在玻璃衬底允许的低温下，花费少量时间形成多晶硅薄膜的各种低温多晶硅(low-temperature poly-Si, LTPS)工艺。形成多晶硅薄膜的典型方法可包含固相结晶(solid-phase crystallization, SPC)工艺、准分子激光退火(excimer laser annealing, ELA)工艺和金属诱导结晶(MIC)工艺。SPC工艺是由非晶形硅形成多晶硅层的最直接且最古老的方法。SPC工艺可包含在约600°C或600°C以上温度下，使非晶形硅薄膜退火数十小时，以形成具有尺寸为约数微米的晶粒的多晶硅薄膜。使用SPC工艺获得的多晶硅薄膜中的晶粒会具有高缺陷密度，因退火温度高而难以采用玻璃衬底，并且因退火工艺持续时间较长引起工艺时间增加。ELA工艺包含用准分子激光束瞬时照射非晶形硅层数纳秒(nano-second)，以在不破坏玻璃衬底的情况下，使非晶形硅层熔融并再结晶。然而，已知ELA工艺在大量生产方面存在严重问题。在ELA工艺中，根据激光照射， 多晶硅薄膜具有极不均勻的晶粒结构。具有较窄加工范围的ELA工艺会妨碍均勻结晶硅薄膜的形成。另外，表面粗糙的多晶硅薄膜可能会不利地影响装置的特性。当将这种多晶硅层施用于明显受薄膜晶体管(thin-film transistor, TFT)均勻度影响的有机发光二极管 (organic light-emitting diode, 0LED)时,这一问题变得很严重。提出的MIC工艺可克服上述问题。MIC工艺可包含使用溅镀工艺或旋涂工艺在非晶形硅上涂覆金属催化剂，并使用低温退火工艺诱导非晶形硅结晶。各种金属，例如镍 (Ni)、铜(Cu)、铝(Al)和钯(Pd)，都可用作金属催化剂。一般说来，MIC工艺可以使用镍作为金属催化剂执行，因为反应易于控制，并且可以获得较大晶粒。尽管MIC工艺可以在低于约450°C的温度下进行，但在实际大量生产方面，MIC工艺还存在相当大问题。具体说来，扩散到TFT的活化区中的大量金属会导致典型的金属污染，由此增加漏电流，而这是TFT的一个特性。尽管LTPS最初是在尝试将LTPS施用于液晶显示器(liquid crystal display, IXD)时开发出来的，但随着近来主动矩阵式有机发光二极管(active-matrix organiclight-emitting diode, AM0LED)和薄膜多晶硅太阳能电池的引入，已经越来越需要开发 LTPS。由于在不久的将来，AMOLED将与市场上用于多种显示器产品组的非晶形硅TFT IXD竞争，故迫切需要一种以低成本和高产率制造多晶硅薄层的方法。此外，由于AMOLED还将与用于太阳能电池中的结晶晶片竞争，故可以重点考虑一种制造多晶硅薄层的方法。因此，产品的生产成本和市场竞争力可取决于以比非晶形硅TFT LCD和包含结晶晶片的太阳能电池(其制造技术已经达到稳定阶段)成本更低且更稳定的方式制造多晶硅薄层的技术。图1是说明使用MIC工艺由非晶形硅制造多晶硅薄层的常规工艺的示意图。参看图1，在常规工艺中，可在衬底1(例如玻璃衬底)上形成由氧化硅(SiO2)形成的缓冲层2，(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)工艺在缓冲层2上形成非晶形硅层3。随后，可使用溅镀工艺在非晶形硅层3上涂覆金属，例如镍(Ni)，并使用快速热退火(rapid thermal annealing, RTA)工艺，在约700°C 温度下退火，由此使非晶形硅层3结晶成结晶硅5。然而，根据常规工艺，由于很难精确地控制涂覆在非晶形硅层3上的金属的量，致使去除过量涂覆的金属成为问题。去除过量涂覆的金属不仅会导致制造成本增加，而且还会对结晶硅的质量造成有害影响。
技术实现思路
附图说明图1是说明使用金属诱导结晶(MIC)工艺制造多晶硅(poly-Si)薄膜的常规工艺的图。图2是根据本专利技术的示范性实施例的制造工艺的流程图。图3是形成图2操作的第一硅层的得到的结构的横截面图。图4是形成图2操作的过量催化剂捕获层的得到的结构的横截面图。图5是由图2的蚀刻工艺得到的结构的横截面图。图6是形成图2操作的第二硅层的得到的结构的横截面图。图7是在图2的结晶工艺后上面形成有多晶硅层的衬底的示意图。图8是非晶形硅层的表面的光学显微图像。图9是绘示图8中所示非晶形硅层的波数的图。图10是结晶硅晶片的表面的光学显微图像。图11是绘示图10中所示结晶硅晶片的波数的图。图12是使用常规MIC工艺制造的多晶硅薄膜的表面的光学显微图像。图13是绘示图12中所示多晶硅薄膜的波数的图。图14是根据本专利技术制造的多晶硅薄膜的表面的光学显微图像。图15是绘示图14中所示多晶硅薄膜的波数的图。〈附图元件符号〉10:衬底20缓冲层30:金属层40第一硅层50:氮化硅层55硅化物层60:第二硅层70结晶硅Si:金属层形成操作S2氧化物层形成操作S3:图案化操作S4第一硅层形成操作S5:过量催化剂捕获层形成操作S6:第一退火操作S7:蚀刻操作S8第二硅层形成操作S9:结晶操作具体实施例方式技术问题本专利技术提供一种使用金属诱导结晶(MIC)工艺，通过精确地控制金属催化剂的量并在低温下实行结晶工艺来有效制造多晶硅(poly-Si)薄膜的方法。技术解决方案根据本专利技术一方面，提供一种制造多晶硅(poly-Si)薄膜的方法，所述方法包含在绝缘衬底上形成金属层的金属层形成操作；通过使金属层退火或通过沉积金属氧化物层，在金属层表面上形成金属氧化物层的氧化物层形成操作；在氧化物层形成操作中所形成的金属氧化物层上堆叠硅层的第一硅层形成操作；使用退火工艺，通过使金属催化剂原子由金属层移到第一硅层来形成硅化物层的第一退火操作；在硅化物层上堆叠非晶形硅(a-Si)层的第二硅层形成操作；以及使用退火工艺，通过硅化物层的粒子介质，使非晶形硅层结晶成结晶硅层的结晶操作。有益作用在根据本专利技术的制造多晶硅(poly-Si)薄膜的方法中，可精确控制扩散到非晶形硅(a-Si)层中并在非晶形硅层中充当硅结晶核的金属催化剂的量，由此能够有效制造出多晶硅薄层。另外，根据本专利技术的可使结晶工艺能够在比常规方法低的温度下进行。最佳模式本专利技术将参照所附图进行详细描述，在这些图中，将显示本专利技术的示范性实施例。图2是根据本专利技术的示范性实施例的制造工艺的流程图。图3是形成图2操作的第一硅层的得到的结构的横截面图。图4是形成图2操作的过量催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沅泰，赵汉植，金亨洙，
申请(专利权)人：诺克得株式会社，
类型：发明
国别省市：