專利名稱：一種應用掩膜保護進行激光快速加熱方法
技術領域：
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晶質量的一種應用掩膜保護進行激光快速加熱 方法。
背景技術：
激光晶化技術是一種利用激光能量密度高，升溫快速的原理進行快速熱處理以實 現薄膜材料的快速加熱和結晶的技術。但是，目前應用脈沖激光對薄膜進行加熱時，如果工 作頻率過高會導致薄膜汽化，薄膜表面龜裂等結晶質量不佳的問題；如果工作頻率過低，薄 膜又無法有效結晶。這成為了激光快速加熱技術的一個瓶頸。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行薄膜有效結晶的工藝方法顯得十分重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在克服現有激光結晶技術在結晶過程中薄膜結晶質量不佳的問 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。符合實驗室研究和工業(yè)化 生產需求，可以提高薄膜結晶質量。上述目的通過以下技術方案得以實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性性容器中，然后用波 長為1.6微米的脈沖激光，通過調整光斑尺寸，使之產生正離焦量方向的一個IXlcm2的光 斑，用以對所述薄膜進行結晶退火，保持輸出功率和脈寬不變，通過調節(jié)脈沖頻率，達到所 述薄膜外延生長的晶粒尺寸要求。4)用5%體積比濃度的氫氟酸水溶液，去除所述氮化硅保護層。所述方法的進一步設計在于，輸出功率為450W，脈寬為2ms，脈沖頻率為4 25Hz， 對所述薄膜的加熱時間60s。所述方法的進一步設計在于，惰性氣體包括氮氣或氬氣。本發(fā)明用上述方法來實現對非晶硅薄膜的快速結晶，可以降低結晶所需的激光工 作頻率，從而減少脈沖激光結晶后薄膜表面龜裂的現象。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， 從而達到降低激光結晶頻率的目的。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，熱脈沖對薄膜結構和表面的破壞作用被抑制，提高了薄膜的質量，優(yōu)化了激光結晶工藝。本發(fā)明不僅可以應用于硅的激光快速退火工藝，也可以應用于ZnO等多種材料的快 速結晶生長。應用本技術生長的薄膜材料不僅僅可以應用于太陽能行業(yè)，也可以應用于集 成電路和電子元器件的制造。


圖1是經化學氣相沉積制得的具有增透非晶硅薄膜置于保護性性容器中的示意圖。圖2是實施例1所對應的表示在多晶硅襯底上生長的非晶硅薄膜在不同激光脈沖 頻率下的XRD圖。圖3是實施例1所對應的應用了氮化硅保護薄膜的在多晶硅襯底上生長的非晶硅 薄膜在不同激光脈沖頻率下的XRD圖。
具體實施例方式采用PECVD淀積系統(tǒng)進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，淀積時間為60min，形成 氮化硅掩膜層。將上述含有氮化硅保護層的非晶硅薄膜置于保護性容器1的腔體內，請參見圖1。 該容器1的腔體內置有墊塊12，非晶硅薄膜的硅片4放置在墊塊12上。容器1的上方設有 一供激光束3射入的窗口 11，激光器(未畫出)置于該容器1的外側，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下方一側設有進氣口 13，惰性氣體由進氣口進入容器1的腔體內。惰性氣體為氮氣或氬 氣，惰性氣體可防非晶硅薄膜氧化。然后用長波YAG激樣器進行脈沖激光結晶退火，長波的 波長為1. 06微米。分別應用4Hz、8Hz、10Hz、12Hz、15Hz、20Hz和25Hz的頻率對多晶硅襯底 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。各頻率所對應的占空比見表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 將經上述方法進行外延生長的非晶硅薄膜用XRD機(X射線衍射儀)進行薄膜結 晶性能測試，其性能見圖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 其衍射峰的強度的變化趨勢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， 出現最小(12Hz)與最大衍射峰(20Hz)的頻率都提前。這說明氮化硅掩膜層對于薄膜的結 晶可以起到降低激光脈沖頻率，減小激光作用能量的作用。
權利要求
一種應用掩膜保護進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，淀積時間為60min，形成氮化硅薄膜構成的掩膜；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性性容器中，然后用波長為1.6微米的脈沖激光，通過調整光斑尺寸，使之產生正離焦量方向的一個1×1cm2的光斑，用以對所述薄膜進行結晶退火，保持輸出功率和脈寬不變，通過調節(jié)脈沖頻率，達到所述薄膜外延生長的晶粒尺寸要求。4)用5％體積比濃度的氫氟酸水溶液，去除所述氮化硅保護層。
2.根據權利要求1所述的一種應用掩膜保護進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，對所述薄膜的加熱時間60s。
3.根據權利要求2所述的一種應用掩膜保護進行激光快速加熱方法，其特征在于所述 惰性氣體包括氮氣或氬氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用掩膜保護進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性性容器中，用波長為1.00～1.10微米的脈沖激光，通過調整光斑尺寸，使之產生正離焦量方向的一個1×1cm2的光斑，用以對所述薄膜加熱進行結晶退火，在保持輸出功率不變的情況下，通過調節(jié)脈沖頻率，達到薄膜外延生長的晶粒尺寸要求，再用氫氟酸水溶液去除氮化硅保護層。本發(fā)明使薄膜外延晶?？煽?，且通過淀積形成掩膜防薄膜氧化，并通過對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，提高了薄膜的質量，優(yōu)化了激光潔凈工藝。
文檔編號H01L21/268GK101866839SQ20101017989
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權日2010年5月24日
發(fā)明者宋長青, 張華 , 張振娟, 王強, 花國然 申請人:南通大學