[发明专利]一种实时监测非晶硅薄膜金属诱导晶化的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体测试技术领域，特别涉及一种实时检测非晶硅薄膜金属诱导晶化的方法。

背景技术

高性能低温多晶硅薄膜广泛应用于平板显示和太阳能电池中，它的制备方法通常是在玻璃片上先沉淀一层非晶硅(a-Si)薄膜，然后再采取一定的方式使其结晶化。在各种晶化方法中，金属诱导侧向晶化(MILC)由于具有晶化温度低、工艺简单和晶化效果好而备受重视。晶化过程是a-Si薄膜转变成多晶硅薄膜的过程，晶化后一般利用XRD，拉曼光谱等测量手段来检测非晶硅薄膜的晶化程度。X射线衍射图谱能反应物质的特定结构参数，可根据物质的特征峰值包括晶面间距d值和相对强度，对多晶硅材料进行定性识别。拉曼光谱是固体材料对入射光的非弹性散射，在此过程中，入射光由于吸收和发射光子而在反射回来时，频率发生变化，此变化称为拉曼频移，其值与声子能量有关，而声子能量决定于原子的性质及排布状况。

但是这些传统的检测方法一般要在晶化结束后进行，这就需要自行判断晶化的时间，并且这些方法只能检测最终的晶化结果，而不能检测晶化的进程。

发明内容

本发明克服传统晶化检测技术的不足，提供了一种实时监测非晶硅薄膜金属诱导晶化的方法，该方法具有可以在非晶硅薄膜晶化的过程中反映其晶化程度，并且实施简单的特点。

a-Si中晶粒很少，阻值很大。多晶硅由大量晶粒和无序的晶粒边界组成，晶化过程实际上是晶核形成并长大的过程，随着晶粒数的增多同时晶粒尺寸变大，使a-Si转变成多晶硅膜，薄膜电阻阻值减小。在多晶硅中在测量温度下，导电机理主要为热电子发射，大量的晶粒边界形成电子运动的势垒。晶粒边界越多势垒越高，电子运动就越难，相应的电阻值就越大。随着a-Si向多晶硅的转变，晶粒数增加，晶粒边界减小，从而使电阻值下降。

由上可知多晶硅与a-Si的电阻率差别较大，在晶化过程中两种材料的电阻值变化也不同。尤其是对金属诱导侧向晶化工艺，在晶化过程中，金属硅化合物的扩散会诱导非晶硅薄膜的晶化，从而引起薄膜电阻值的很大变化。所以，通过监测薄膜的电阻值的变化，可以方便了解到多晶硅薄膜的晶化过程。

本发明利用预先制备在多晶硅薄膜上的诱导金属薄膜作为测量电极，在退火过程中实施检测薄膜的电流电压值，并以此计算出非晶硅薄膜晶化过程中的电阻值，根据电阻值和退火时间实时绘制电阻-时间曲线，通过实时绘制的电阻-时间曲线判断非晶硅薄膜的晶化进程。

附图说明

图1本发明实施例中监测装置的结构示意图

图2本发明实施例中多晶硅薄膜晶化过程中薄膜的电阻-时间曲线，其中：

图2(a)为本发明实施例中采用金属Ni诱导晶化薄膜的电阻-时间曲线

图2(b)为本发明实施例中采用金属Al诱导晶化薄膜的电阻-时间曲线

图3为室温下未经退火的薄膜的电阻-时间关系

具体实施方式

下面将通过本实施例对本发明作进一步详细说明。

首先在1737玻璃片6上采用低压化学汽相淀积方法沉积一层厚的a-Si薄膜5。反应气体采用稀释的硅烷，沉积时反应压力为250mTorr，温度为550℃。然后采用电子束蒸发方法分别在两种样品上制备厚的金属Ni膜或金属Al膜4，形状为条状，两条之间的间距为0.7mm，金属条长度为10mm。金属条作为测量用的电极，同时做为MILC的Ni(Al)源。

随后将制备好的a-Si薄膜5放入真空炉8内退火，温度为500℃，气压50mTorr，并通入Ar气7做为保护气体，Ar流速5SCCM。开始a-Si薄膜5的金属诱导晶化。

加温后开始采集样品电流电压值，电压用数字电压计2获取，电流值由可编程电流源3读取，并将电流电压值传输至计算机1，计算机1控制读取测量值并存贮数据，在显示终端实时显示测量的电阻-时间曲线。

在金属诱导晶化中，常用的金属是Ni和Al，本实施例分别对使用这两种金属作为诱导金属的多晶硅薄膜晶化过程进行监测。

图2所示是采用上述监测方法监测的晶化样品阻值随晶化时间变化的关系曲线，其中图2(a)和图2(b)分别是500℃下金属Ni和金属Al诱导晶化薄膜的电阻-时间关系。为了比较本发明的实际效果，图3是室温下未经退火的薄膜的电阻-时间关系。

由图2(a)和图2(b)可见金属Ni和金属Al诱导晶化薄膜样品的电阻值都随时间增加而减小，且呈指数衰减。这是因为：