專(zhuān)利名稱(chēng)：一種應(yīng)用掩膜保護(hù)進(jìn)行激光快速加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加熱非晶硅薄膜材料的方法，尤其涉及應(yīng)用非晶硅薄膜上掩蔽 層，降低激光功率，提高非晶硅薄膜激光結(jié)晶質(zhì)量的一種應(yīng)用掩膜保護(hù)進(jìn)行激光快速加熱 方法。
背景技術(shù)：
激光晶化技術(shù)是一種利用激光能量密度高，升溫快速的原理進(jìn)行快速熱處理以實(shí) 現(xiàn)薄膜材料的快速加熱和結(jié)晶的技術(shù)。但是，目前應(yīng)用脈沖激光對(duì)薄膜進(jìn)行加熱時(shí)，如果工 作頻率過(guò)高會(huì)導(dǎo)致薄膜汽化，薄膜表面龜裂等結(jié)晶質(zhì)量不佳的問(wèn)題；如果工作頻率過(guò)低，薄 膜又無(wú)法有效結(jié)晶。這成為了激光快速加熱技術(shù)的一個(gè)瓶頸。因此，尋找一種能保持激光 輸出功率較高，又能在較低頻率下進(jìn)行薄膜有效結(jié)晶的工藝方法顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有激光結(jié)晶技術(shù)在結(jié)晶過(guò)程中薄膜結(jié)晶質(zhì)量不佳的問(wèn) 題，提出一種保持激光功率不變，降低激光作用頻率的工藝方法。符合實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)化 生產(chǎn)需求，可以提高薄膜結(jié)晶質(zhì)量。上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)施所述方法包括如下步驟1)將多晶硅襯底的硅片置于PECVD沉積裝置中，通入SiH4和H2的混合氣體進(jìn)行 非晶硅薄膜淀積，淀積氣壓為5Pa，襯底淀積溫度為250°C，淀積功率為400W，淀積時(shí)間為 60min，完成非晶硅薄膜淀積；2)在非晶硅薄膜淀積完成后，通入NHjP SiH4W混合氣體進(jìn)行氮化硅薄膜的淀積， 淀積氣壓為5Pa，襯底淀積溫度為250°C，淀積功率為400W，淀積時(shí)間為60min，形成氮化硅
掩膜層；3)將含有所述掩膜的非晶硅薄膜置于具有惰性氣體的保護(hù)性性容器中，然后用波 長(zhǎng)為1.6微米的脈沖激光，通過(guò)調(diào)整光斑尺寸，使之產(chǎn)生正離焦量方向的一個(gè)IXlcm2的光 斑，用以對(duì)所述薄膜進(jìn)行結(jié)晶退火，保持輸出功率和脈寬不變，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率，達(dá)到所 述薄膜外延生長(zhǎng)的晶粒尺寸要求。4)用5%體積比濃度的氫氟酸水溶液，去除所述氮化硅保護(hù)層。所述方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，輸出功率為450W，脈寬為2ms，脈沖頻率為4 25Hz， 對(duì)所述薄膜的加熱時(shí)間60s。所述方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，惰性氣體包括氮?dú)饣驓鍤?。本發(fā)明用上述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)非晶硅薄膜的快速結(jié)晶，可以降低結(jié)晶所需的激光工 作頻率，從而減少脈沖激光結(jié)晶后薄膜表面龜裂的現(xiàn)象。所形成的氮化硅薄膜具有防止非 晶硅薄膜氧化的作用和對(duì)激光具有的抗反射的作用，可提高激光在襯底中的能量利用率， 從而達(dá)到降低激光結(jié)晶頻率的目的。由于非晶硅表面氮化硅層的存在，非晶硅薄膜的熱散 失減緩，熱脈沖對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和表面的破壞作用被抑制，提高了薄膜的質(zhì)量，優(yōu)化了激光結(jié)晶工藝。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于硅的激光快速退火工藝，也可以應(yīng)用于ZnO等多種材料的快 速結(jié)晶生長(zhǎng)。應(yīng)用本技術(shù)生長(zhǎng)的薄膜材料不僅僅可以應(yīng)用于太陽(yáng)能行業(yè)，也可以應(yīng)用于集 成電路和電子元器件的制造。


圖1是經(jīng)化學(xué)氣相沉積制得的具有增透非晶硅薄膜置于保護(hù)性性容器中的示意圖。圖2是實(shí)施例1所對(duì)應(yīng)的表示在多晶硅襯底上生長(zhǎng)的非晶硅薄膜在不同激光脈沖 頻率下的XRD圖。圖3是實(shí)施例1所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用了氮化硅保護(hù)薄膜的在多晶硅襯底上生長(zhǎng)的非晶硅 薄膜在不同激光脈沖頻率下的XRD圖。
具體實(shí)施例方式采用PECVD淀積系統(tǒng)進(jìn)行非晶硅薄膜的淀積。將多晶硅襯底的硅片清洗好，放入 上述淀積裝置中，通入淀積氣體，淀積氣體為SiH4和H2的混合氣體，淀積氣壓為5Pa，使襯 底淀積溫度保持在250°C，淀積功率為400W，淀積時(shí)間為60min，完成非晶硅薄膜淀積。在非晶硅薄膜淀積完成后，通入NH3和SiH4的混合氣體進(jìn)行氮化硅薄膜的淀積。 淀積氣壓為5Pa。使襯底淀積溫度保持在250°C，淀積功率為400W，淀積時(shí)間為60min，形成 氮化硅掩膜層。將上述含有氮化硅保護(hù)層的非晶硅薄膜置于保護(hù)性容器1的腔體內(nèi)，請(qǐng)參見(jiàn)圖1。 該容器1的腔體內(nèi)置有墊塊12，非晶硅薄膜的硅片4放置在墊塊12上。容器1的上方設(shè)有 一供激光束3射入的窗口 11，激光器(未畫(huà)出)置于該容器1的外側(cè)，其上的的聚焦鏡2置 于窗口 11的上方。由聚焦鏡2反射的激光束照射在墊塊12上的非晶硅薄膜4上。該容器 1下方一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口 13，惰性氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入容器1的腔體內(nèi)。惰性氣體為氮?dú)饣驓?氣，惰性氣體可防非晶硅薄膜氧化。然后用長(zhǎng)波YAG激樣器進(jìn)行脈沖激光結(jié)晶退火，長(zhǎng)波的 波長(zhǎng)為1. 06微米。分別應(yīng)用4Hz、8Hz、10Hz、12Hz、15Hz、20Hz和25Hz的頻率對(duì)多晶硅襯底 上的非晶硅薄膜退火。保持激光器的輸出功率450w不變，選擇波長(zhǎng)為1. 06 μ m，脈寬為2ms 的激光脈沖，激光光斑為IX lcm2。各頻率所對(duì)應(yīng)的占空比見(jiàn)表1。最后用5%體積比濃度 的氫氟酸水溶液，去除氮化硅掩膜層。表 1 將經(jīng)上述方法進(jìn)行外延生長(zhǎng)的非晶硅薄膜用XRD機(jī)(X射線(xiàn)衍射儀)進(jìn)行薄膜結(jié) 晶性能測(cè)試，其性能見(jiàn)圖2。圖3為用相同方法制備但未淀積氮化硅掩膜層的非晶硅薄膜樣 品的XRD圖。從圖2和圖3中可以看出隨著激光頻率的增加，淀積了氮化硅掩膜層的樣品 其衍射峰的強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與未淀積的樣品是一樣的，即先下降后上升，再下降。但是，其 衍射峰強(qiáng)最低的頻率為8Hz，最大衍射峰頻率為15Hz，與未淀積氮化硅掩膜層(圖3)相比， 出現(xiàn)最小(12Hz)與最大衍射峰(20Hz)的頻率都提前。這說(shuō)明氮化硅掩膜層對(duì)于薄膜的結(jié) 晶可以起到降低激光脈沖頻率，減小激光作用能量的作用。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用掩膜保護(hù)進(jìn)行激光快速加熱方法，其特征在于包括如下步驟1)將多晶硅襯底的硅片置于PECVD沉積系統(tǒng)中，通入SiH4和H2的混合氣體進(jìn)行非晶硅薄膜淀積，淀積氣壓為5Pa，襯底淀積溫度為250℃，淀積功率為400W，淀積時(shí)間為60min，完成非晶硅薄膜淀積；2)在非晶硅薄膜淀積完成后，通入NH3和SiH4的混合氣體進(jìn)行氮化硅薄膜的淀積，淀積氣壓為5Pa，襯底淀積溫度為250℃，淀積功率為400W，淀積時(shí)間為60min，形成氮化硅薄膜構(gòu)成的掩膜；3)將含有所述掩膜的非晶硅薄膜置于具有惰性氣體的保護(hù)性性容器中，然后用波長(zhǎng)為1.6微米的脈沖激光，通過(guò)調(diào)整光斑尺寸，使之產(chǎn)生正離焦量方向的一個(gè)1×1cm2的光斑，用以對(duì)所述薄膜進(jìn)行結(jié)晶退火，保持輸出功率和脈寬不變，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率，達(dá)到所述薄膜外延生長(zhǎng)的晶粒尺寸要求。4)用5％體積比濃度的氫氟酸水溶液，去除所述氮化硅保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用掩膜保護(hù)進(jìn)行激光快速加熱方法，其特征在于所述 輸出功率為450W，所述脈寬為2ms，所述脈沖頻率為4 25Hz，對(duì)所述薄膜的加熱時(shí)間60s。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用掩膜保護(hù)進(jìn)行激光快速加熱方法，其特征在于所述 惰性氣體包括氮?dú)饣驓鍤狻?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用掩膜保護(hù)進(jìn)行激光快速加熱方法。首先將多晶硅襯底的硅片置于PECVD沉積裝置完成非晶硅薄膜淀積；然后進(jìn)行氮化硅薄膜的淀積，形成氮化硅薄膜的掩膜；將含有所述掩膜的非晶硅薄膜置于具有惰性氣體的保護(hù)性性容器中，用波長(zhǎng)為1.00～1.10微米的脈沖激光，通過(guò)調(diào)整光斑尺寸，使之產(chǎn)生正離焦量方向的一個(gè)1×1cm2的光斑，用以對(duì)所述薄膜加熱進(jìn)行結(jié)晶退火，在保持輸出功率不變的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率，達(dá)到薄膜外延生長(zhǎng)的晶粒尺寸要求，再用氫氟酸水溶液去除氮化硅保護(hù)層。本發(fā)明使薄膜外延晶?？煽?，且通過(guò)淀積形成掩膜防薄膜氧化，并通過(guò)對(duì)激光的增透能力提高激光在襯底中的能量利用率，以降低激光的耗能，提高了薄膜的質(zhì)量，優(yōu)化了激光潔凈工藝。
文檔編號(hào)H01L21/268GK101866839SQ20101017989
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者宋長(zhǎng)青, 張華 , 張振娟, 王強(qiáng), 花國(guó)然 申請(qǐng)人:南通大學(xué)