[发明专利]一种Ge低温诱导晶化多晶Si薄膜的制备方法无效

专利信息
申请号: 201210105235.8 申请日: 2012-04-12
公开(公告)号: CN102605337A 公开(公告)日: 2012-07-25
发明(设计)人: 邓书康;康昆勇;孙启利;申兰先;郝瑞亭;杨培志;李明 申请(专利权)人: 云南师范大学
主分类号: C23C14/35 分类号: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/58
代理公司: 昆明慧翔专利事务所 53112 代理人: 邓丽春;程韵波
地址: 650031 云南*** 国省代码: 云南;53
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摘要:
搜索关键词: 一种 ge 低温 诱导 多晶 si 薄膜 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种Ge低温诱导晶化多晶Si薄膜的制备方法,属半导体薄膜材料领域。

背景技术

多晶Si薄膜同时具有单晶Si高迁移率、光照稳定性及非晶Si大面积低成本制备的优点,在薄膜太阳电池、薄膜晶体管(TFT)以及微电子集成电路等方面具有广泛应用前景。现有的金属诱导晶化技术是利用非晶Si与Ni、Al、Cu等金属结合,降低其晶化温度从而实现低温晶化,它具有工艺简单,可使非晶Si薄膜在较短时间内实现晶化, 所制备的薄膜具有多晶Si薄膜均匀性高, 成本低等优点。

专利(200910244845.4)中,将衬底上沉积包括非晶Si薄膜、二氧化硅薄膜和金属铝薄膜制得的多层薄膜,在450℃~550下氢等离子氛围中退火2小时以上即可获得完全晶化了的多晶Si薄膜。 但在非晶Si薄膜晶化的同时薄膜会受到诱导金属的污染, 从而导致器件性能变坏。

为了降低诱导金属对多晶Si薄膜的污染,论文(物理学报59(2010):2775~2782)中采用磁控溅射法,以镍硅合金为靶,制备了一种适用于金属诱导横向晶化的氧化物镍源—自缓释镍源,采用该镍源制备低温多晶Si材料,能有效降低多晶Si薄膜内的残余镍含量,但该方法不能从根本上解决薄膜受诱导金属污染的问题;在专利(201010175536.9)中,首先在所制备的非晶Si薄膜上生长一层氧化物层,然后将氧化物层刻蚀出宽度为2mm~30mm,间距为60~5000mm的凹槽,以暴露出非晶Si层,在氧化物层及非晶Si暴露区上再沉积一层含金属Ni的薄膜,最后将上述的氧化物层去除后,薄膜在惰性气体或者保护气体中590℃退火1小时,从而达到Ni诱导非晶Si薄膜晶化的同时降低Ni在薄膜中的含量,该技术虽然在一定程度上能降低薄膜受诱导金属的污染,但该技术过于复杂。 

由于Ge与Si之间的物理性质极为相似,与CMOS技术具有兼容性,通过Ge诱导晶化制备多晶Si薄膜,在非晶Si薄膜晶化的同时可以通过调整Ge的含量对所制备的材料实行能带裁剪,从而满足不同电子器件的要求。在文献(光电子激光22(2011):75-78)中,采用磁控溅射法,在衬底温度为800℃时,首先在单晶Si衬底上生长了厚度为400nm的Ge填埋层,然后在Ge层上生长厚度为1200nm的Si薄膜,从而达到在衬底温度为800℃时Ge原位诱导非晶Si薄膜晶化的目的。上述方法制备的非晶Si薄膜的平均晶粒尺寸为53.7nm,在所制备薄膜的X-射线衍射中出现了Si薄膜的(111)、(200)、(220)、(311)、(331)等非晶Si晶化后的晶面衍射峰。但由于其晶化温度高,薄膜制备能耗高;其次高的生长温度对衬底要求高,无法实现在普通玻璃衬底上制备多晶Si薄膜,且在较高的衬底温度下,衬底原子会扩散到外延膜内,影响外延多晶Si薄膜的质量。另外此方法制备的多晶Si薄膜的晶粒尺寸较小,很难满足实际应用的要求。

发明内容

针对背景技术提出的问题,本发明提供一种多晶Si薄膜的低温制备方法。采用与Si物理性质极为相似的Ge为诱导源,在Si衬底、不锈钢衬底、普通玻璃衬底或石英玻璃衬底上,通过Ge低温诱导晶化制备多晶Si薄膜。

为实现上述目的,一种Ge低温诱导晶化多晶Si薄膜的制备方法,采用以下步骤实施:

A) 30℃~500℃在衬底上生长一层200~500nm的Ge填埋层;

B) 30℃~500℃在上述Ge填埋层上生长非晶Si层;

C) 在真空度为1×10-2~9×10-2帕下,将上述具有Ge填埋层的非晶Si薄膜密封于石英玻璃管内;将上述石英玻璃管置于马弗炉内在600℃下退火至少2小时,即可获得多晶Si薄膜。

所述步骤A中生成Ge填埋层的具体工艺为:

(1)将晶面指数为150~480的衬底经过丙酮超声清洗10分钟, 无水乙醇超声清洗20分钟,去离子水冲洗后用高纯氮气吹干放入磁控溅射生长室;将Ge靶的靶间距设定为75~83 mm,Si靶的靶间距为55~80mm;

(2) 本底真空度优于 4.0×10-4 Pa后, 通入纯度为99.999%的高纯氩气;

   (3) 通过调节氩气流量,使生长室内工作压强为2.0Pa,并设定衬底温度为150~300℃;

   (4) 待衬底温度及工作室内压强稳定后,将控制Ge靶的直流电源功率调至100瓦,开始生长Ge填埋层;

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