[发明专利]高温液相加热晶化方法及装备

说明书

技术领域

本发明涉及用于液晶显示(LCD)、有机发光二极管(OLED)、电子纸(e-paper)和三维集成电半导体器件用的薄膜晶体管(TFT)和太阳电池、光电子器件用的半导体薄膜的晶化方法及相应的设备结构。

背景技术

以玻璃为基板的硅基TFT器件、太阳电池及其他光电子器件已成为当前发展的主流方向，由它构成的TFT基板已广泛的应用于液晶显示屏，有机发光显示屏，电子纸以及其它各种显示器和控制器件和太阳电池、光电子器件中，其性能与薄膜的晶化程度有着密切的联系，特别是在Si薄膜中随着薄膜的晶化程度由非晶硅的转化到多晶硅，其迁移率可由零点几上升到100cm²/VS以上。一般为了实现非晶硅薄膜的晶化都需要达到1000度以上的高温技术，但在这温度下玻璃早已软化变形了，因此在以玻璃为衬底的硅基TFT技术中为了实现大面积的晶化一般采用了激光退火技术和金属诱导方法来实现低温多晶硅的低温技术。但这些方法也还存在着成本高、均匀性差、工艺复杂和工艺过程中使用大量的有毒和易燃易爆气体等缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种高温液相加热晶化方法及设备，液相加热效率高，温度均匀，能保持基板的平整度，工艺可简化。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

本发明用液相金属作为一个加热载体，把已沉积有非晶半导体层的玻璃衬底或石英或透明陶瓷衬底的基板置于液相金属的上表面，由于该基板的密度比液相金属小得多，使金属能将该基板浮托在金属的表面，从而使该液相金属既起到加热的功能，又由于金属表面的表面张力形成很平整的平面，因此即使加热的温度超过了该基板的软化点但还是能保持基板的平整度，不变形，而且整个衬底的受热很均匀传热效率高。该液相金属可以是下述金属中间的一种或几种金属的混合物：Sn、In、Ga、Ni、Sb、Pb、Al、Ag、Au、Pd、Cu、Co、Cr、Mo、Ti、Cd、Pt、Ru、Rh，Bi。其合金的比例在1ppm到30％之间。

还可以在液相金属内掺入能诱导非晶半导体晶化的金属，如对硅基薄膜可以在液相金属中掺杂Ni、Al等金属，则当把该基板上沉积的非晶半导体的面朝下与液相金属直接接触从而在不太高的温度下就能起到了金属诱导非晶半导体半导体晶化的功能。

为了保持液相金属不被氧化，整个加热体系被放置在惰性气体或者还原气体的氛围中，或者置于高真空系统中。

为了使该系统能连续的进行晶化，因此在该系统中还有一个基片的导引系统，而且该液相金属槽的温度有温度梯度，使衬底片在移动的过程中实现由低温摄氏200度到高温摄氏600度到1400度之间实现晶化然后又逐步降温温到摄氏200度到300度之间进行退火等的功能，使基片在高温区的时间在1分钟到20小时之间。

为了实现平面单晶膜，在本发明中可以调整液相金属的局部温度使它在液槽有一局部线状高温区，它的温度达到结晶温度，而基板沿着与该线状加热区相垂直方向移动时，可以使初始形成的子晶沿着移动方向生长形成横向多晶甚至如果应用先形成单点或多点的种晶，然后再扩肩最后长成单晶薄膜。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种高温液相加热晶化方法，其特征在于将需要晶化的由非晶薄膜和衬底组成的基板放在一个盛高温液体的槽中，并浮在该槽内盛有的高温金属或非金属液体上面，该系统整个置于高真空或惰性气氛或还原气氛下由加热器加热槽内的金属或非金属液体使之达到摄氏500度到1000度之间，在1分钟到20小时之间进行晶化，然后降温到摄氏250度到300度之间，取出基板。

上述方案中，采用一个推动系统推动基板，以实现对非晶薄膜的连续不断的晶化。

上述高温金属为下面的任一种金属：Sn、In、Ga、Ni、Sb、Pb、Al、Ag、Au、Pd、Cu、Co、Cr、Mo、Ti、Cd、Pt、Ru、Rh，Bi，或者是所列金属之间的多元合金，其合金的比例在1ppm到30％之间。

上述非金属是金属氧化物、或卤素化合物、或硫化物、或氢氧化物。

上述需要晶化的衬底材料是玻璃或者石英片或者透明陶瓷。

上述需要晶化的非晶薄膜是非晶Si、或非晶Ge、或非晶III-V族半导体、或非晶氧化物半导体、或非晶硫化物半导体、或非晶有机半导体薄膜。

上述带有非晶薄膜的衬底的底面与高温的金属或非金属液体接触，传导热来使非晶薄膜晶化。

上述带有非晶薄膜的衬底的非晶薄膜的面向下与高温的金属或非金属液体接触，在高温作用下实现金属诱导晶化的效果。