專利名稱：制造結(jié)晶半導體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不使用單獨的預熱過程的情況下通過由外部光源產(chǎn)生的光電荷的 感應(yīng)加熱制造結(jié)晶低濃度半導體薄膜的方法。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了制造結(jié)晶半導體薄膜的方法，所述方法包 括以下步驟(a)在基片上形成低濃度半導體層；(b)通過用光照射所述低濃度半導體層， 生成光電荷；和(c)通過在所述低濃度半導體層上執(zhí)行感應(yīng)加熱，使所述低濃度半導體層結(jié)晶。


圖1是說明了用于通過使用通常的感應(yīng)加熱方法制造結(jié)晶半導體薄膜的過程的 視圖； 圖2是說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式制造結(jié)晶半導體薄膜的方法的流程圖；
圖3是說明了在圖2示出的制造結(jié)晶半導體薄膜的方法中使用光電荷的感應(yīng)加熱 過程的實施例的視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的實施方式。 圖2是說明了根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造結(jié)晶半導體薄膜的方法的流程圖。根據(jù) 本發(fā)明的制造結(jié)晶半導體薄膜的方法200包括低濃度半導體層形成步驟S210、光電荷生成 步驟S220和低濃度半導體層結(jié)晶步驟S230。 圖3是在圖2示出的制造結(jié)晶半導體薄膜的方法中使用光電荷的感應(yīng)加熱過程的 實施例的視圖。將參照圖3示出的使用光電荷的感應(yīng)加熱過程的實施例300描述圖2示出 的制造結(jié)晶半導體薄膜的方法200。
-低濃度半導體層形成步驟 在低濃度半導體層形成步驟S210中，通過使用PECVD(等離子體增強的化學氣相 沉積)方法或者PVD (物理氣相沉積)方法，例如，電子束蒸發(fā)法和濺射法，在基片310的上 部上形成包含10"/Cm3到1019/Cm3的雜質(zhì)的低濃度半導體層320。在下文中，"低濃度半導體層"表示包含1014/Cm3到1019/Cm3的雜質(zhì)的半導體層。如眾所周知的，低濃度半導體層320 可包括硅作為主要組成部分。 通常，基片310可以是單晶硅基片。因為基片310是直接用于制造例如開關(guān)設(shè)備
的半導體設(shè)備的一部分，所以例如玻璃基片、塑料基片和陶瓷基片的低價非晶基片或者多 晶基片可以用作基片310。 在低濃度半導體層320形成在基片310的上部之前，可以進一步包括形成擴散勢 壘315的步驟S205。在基片310具有多晶結(jié)構(gòu)的情況下或者在基片310的成分可擴散進 低濃度半導體層320的情況下，擴散勢壘315是有作用的。例如，在鈉鈣玻璃(soda lime glass)用作基片310的情況下，鈉鈣玻璃的鈉(Na)成分可以擴散進低濃度半導體層320， 因而，設(shè)備特性可能惡化。因此，A1203的擴散勢壘315可以形成為具有大約50納米(nm) 的厚度，以便防止基片310的成分擴散進低濃度半導體320。 擴散勢壘315可以由例如Si02、Al203、Y203、Zr02、Hf02、SrO、Ti02、Ta205、ZnO、In203、 MgO、 Fe203和SrTi03的氧化物制成，或者由例如AIN、 GaN、 InN、 Si3N4和TiN的氮化物制成。 氧化物可以包括例如La203的鑭氧化物、Lu203、 Ce02、 Dy203、 Eu203、 Ho203和Er203。
在低濃度半導體層形成步驟S210中形成的低濃度半導體層320具有非晶態(tài)的結(jié) 構(gòu)或者多晶結(jié)構(gòu)，例如，納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)。為了將低濃度半導體層320用于形成例如開關(guān)設(shè)備 的半導體設(shè)備的過程，需要用于在高溫下使非晶態(tài)或者多晶的低濃度硅層320重結(jié)晶的結(jié) 晶過程。因此，本發(fā)明包括光電荷生成步驟S220和低濃度硅層結(jié)晶步驟S230。
-光電荷生成步驟 在光電荷生成步驟S220中，用光(330)照射低濃度半導體層320，以在低濃度半導 體層320的表面上生成電子_空穴對。由光照330產(chǎn)生的電子_空穴對稱為光電荷。
在后面描述的低濃度半導體層結(jié)晶步驟S320中，通過例如自由電子的載流子的 運動感應(yīng)地加熱低濃度半導體層320，然后，執(zhí)行結(jié)晶。但是，因為低濃度半導體層320不具 有足夠的載流子來感應(yīng)加熱，因此需要生成光電荷以便增加載流子的數(shù)量。
根據(jù)低濃度半導體層320的能隙(energy g即)選擇所照射的光。例如，在低濃度 半導體層320由非晶硅制成的情況下，可照射對應(yīng)于紅色到藍色可見光、在大約1. 8電子伏 特(eV)到3.0eV的能量范圍中的可見光。在這個波長范圍內(nèi)，非晶硅的吸光度比結(jié)晶硅的 吸光度大20倍左右或者更多倍。因此，如果在非晶硅上照射以上能量范圍內(nèi)的光，那么將 在非晶硅的表面上生成許多光電荷。 光電荷的數(shù)量與光的照射時間和強度成比例增加。隨著光的照射時間更長和光的 強度更高，光電荷的數(shù)量增加。因此，生成的光電荷成為足以用于在后面描述的低濃度半導 體層結(jié)晶步驟S230中感應(yīng)加熱的載流子。
-低濃度半導體層結(jié)晶步驟 在低濃度半導體層結(jié)晶步驟S230中，對低濃度半導體層320進行感應(yīng)加熱，然后， 使低濃度半導體層320結(jié)晶。 如果沒有光電荷生成步驟S220，在低濃度半導體層320上則僅存在由熱產(chǎn)生的少 量的熱電子。在室溫下，存在濃度大約為1015/0113的電子和空穴。因此，由于交變磁場感生 的電流非常小，因此由歐姆加熱生成的熱非常少。雖然可以使用外部熱源來加熱低濃度半 導體層320以便增加熱電荷的密度，但存在的問題是也加熱了下面的基片310。因此，如果由光照射330產(chǎn)生光電荷，則可以獲得感應(yīng)加熱需要的大量的載流子，而不會增加位于低
濃度半導體層320下面的基片310的溫度。 下面介紹低濃度半導體層結(jié)晶步驟S230的詳細過程。 感應(yīng)加熱裝置包括用于供應(yīng)交變電流的電流發(fā)生器341和用于感生交變電流的感應(yīng)線圈342。當電流發(fā)生器341供應(yīng)的交變電流被感應(yīng)到感應(yīng)線圈342時，由于流過感應(yīng)線圈342的交變電流，感應(yīng)線圈342產(chǎn)生交變磁場。交變磁場作用于感應(yīng)線圈342下方的低濃度半導體層320。 外部交變磁場將電子-空穴對的電子和空穴朝著相反的方向加速。朝著相反方向加速的電子和空穴在外部磁場的作用下旋轉(zhuǎn)。通過在交變磁場作用下的光電荷的旋轉(zhuǎn)，位于低濃度半導體層320的感應(yīng)線圈342下方的一部分(b)受到歐姆加熱。
通過使用光電荷的歐姆加熱，感應(yīng)線圈342下方的部分(b)的溫度增加到超過熔點，使得部分(b)變成流態(tài)，然后，使流態(tài)部分結(jié)晶。當在其上面形成了低濃度半導體層320的基片310朝著特定方向(e)移動時，使穿過感應(yīng)線圈342的部分(a)結(jié)晶，以變?yōu)榈陀谌埸c的固態(tài)。通過使用固態(tài)部分作為晶種，在流態(tài)部分(b)和其它固態(tài)部分(a、 c)之間的接口 (d)中執(zhí)行低濃度半導體層320的結(jié)晶。 在低濃度半導體層320形成之前形成前述的Si02、 A1203、 Si3N4等擴散勢壘315的情況下，可以將擴散勢壘315用作晶種。因此，通過使用擴散勢壘315作為晶種，在流態(tài)部分(b)和其它固態(tài)部分(a)和(c)之間的接口中執(zhí)行低濃度半導體層320的結(jié)晶。例如，在基片310由玻璃制成并且低濃度半導體層320由硅制成的情況下，如果在基片310的上部上形成了由八1203制成的擴散勢壘315，成分八1203則可以用作晶種用于硅的結(jié)晶。
可從低濃度半導體層320的一側(cè)向另一側(cè)沿著特定方向(e)在任意地劃分的區(qū)域((a)-> (b)_> (c))上順序地執(zhí)行低濃度半導體層320的結(jié)晶。更具體地，當完成部分(a)的結(jié)晶時，在部分(b)中產(chǎn)生光電荷，并且執(zhí)行部分(b)的結(jié)晶。當完成了部分(b)的結(jié)晶時，在部分(c)中產(chǎn)生光電荷，并且執(zhí)行部分(c)的結(jié)晶。 在結(jié)晶過程中，可將基片310保持在適合的低溫下。例如，如果基片310是由玻璃(也就是說，絕緣體)制成的，在低濃度半導體結(jié)晶步驟S230中則在基片310上沒有感應(yīng)出電流，因此，沒有通過感應(yīng)加熱產(chǎn)生熱量。因為熱僅通過基片310和低濃度半導體層320之間的熱接觸流進基片310中，因此可通過調(diào)整照射光的強度、流經(jīng)感應(yīng)線圈342的電流強度和基片310的移動速度將基片310保持在低溫下。因此，可以有選擇地僅融化低濃度半導體層320，而不影響低濃度半導體層320下面的基片310。 雖然在圖2中分別地說明了光電荷產(chǎn)生步驟S220和低濃度半導體層結(jié)晶步驟S230，以便闡明通過使用光電荷的感應(yīng)加熱執(zhí)行低濃度半導體層320的結(jié)晶，但是，在執(zhí)行用于產(chǎn)生光電荷的照射330的狀態(tài)下，向感應(yīng)線圈342應(yīng)用交變電流以便使低濃度半導體層320結(jié)晶，并且，在向感應(yīng)線圈342應(yīng)用交變電流的狀態(tài)下也連續(xù)地執(zhí)行光照射330。
如上描述，在光電荷生成步驟S220中，通過光照射330，在低濃度半導體層320的表面上生成電子_空穴對，并且在低濃度半導體層結(jié)晶步驟S230中，電子-空穴對的電子和空穴通過交變磁場而彼此分離并旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生熱量。因此，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，因為可通過前述的簡單過程制造多晶低濃度半導體薄膜，因此可以省略在傳統(tǒng)的高濃度半導體薄膜的結(jié)晶之后減少雜質(zhì)濃度的單獨的過程。
此夕卜，因為可以將感應(yīng)線圈342制造為具有較大長度，因此可以在短時間內(nèi)以低成本的過程制造具有大面積的結(jié)晶低濃度半導體薄膜。 盡管已經(jīng)關(guān)于本發(fā)明的示例性實施方式特別地示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不背離如權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和保護范圍的條件下，可以在本發(fā)明內(nèi)進行多種形式上的和細節(jié)上的改變。
工業(yè)適用性 在根據(jù)本發(fā)明制造結(jié)晶半導體薄膜的方法中，因為通過光照射在低濃度半導體層上生成光電荷，因此可以容易地獲得接近單晶的低濃度半導體薄膜，而無需單獨的預熱過程。此外，可通過使用廉價的過程在短時間內(nèi)獲得大尺寸的再結(jié)晶的低濃度半導體薄膜。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的制造結(jié)晶半導體薄膜的方法中，因為可在不增加半導體層下方的基片的溫度的情況下使半導體層結(jié)晶，因此可以將具有低熔點的廉價的基片(例如，玻璃基片、陶瓷基片和塑料基片)用作下層基片。 此外，因為根據(jù)按照本發(fā)明制造結(jié)晶半導體薄膜的方法制造的半導體薄膜具有低濃度，所以載流子(電荷)具有長壽命和高移動性，從而該半導體薄膜可以適用于開關(guān)設(shè)備。
權(quán)利要求
一種制造結(jié)晶半導體薄膜的方法，所述方法包括以下步驟(a)在基片上形成低濃度半導體層；(b)通過用光照射所述低濃度半導體層來生成光電荷；和(c)通過在所述低濃度半導體層上執(zhí)行感應(yīng)加熱，使所述低濃度半導體層結(jié)晶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(C)包括以下步驟(Cl)通過使交變電流流經(jīng)感應(yīng)線圈，在所述低濃度半導體層上生成交變磁場； (c2)通過所生成的交變磁場加速所述光電荷；(c3)由于所述光電荷的所述加速，加熱所述低濃度半導體層位于所述感應(yīng)線圈下方的 部分，以便將所述部分變成流態(tài)；禾口 (c4)使所述流態(tài)部分結(jié)晶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述步驟(c4)中，通過使用固態(tài)部分作為晶 種，在所述流態(tài)部分和固態(tài)部分之間的接口中執(zhí)行結(jié)晶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述低濃度半導體層包括濃度為1014/Cm3到1019/ Cm3的雜質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，在所述步驟(b)中，所述照射光具有1.8eV到 3. OeV的能量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，在所述步驟(a)中，在所述基片上形成了擴散勢 壘之后，形成所述低濃度半導體層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述擴散勢壘由氧化物或者氮化物制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述基片是非晶基片或者多晶基片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所述步驟(c)中，通過使用所述擴散勢壘作為 晶種，執(zhí)行所述低濃度半導體層的結(jié)晶。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過使用光電荷的感應(yīng)加熱制造在非晶態(tài)的或者多晶的基片(例如，玻璃基片、陶瓷基片和塑料基片)上形成的結(jié)晶半導體薄膜的方法。制造結(jié)晶半導體薄膜的該方法包括在廉價的非晶態(tài)的或者多晶的基片(例如，玻璃基片、陶瓷基片和塑料基片)上形成低濃度半導體層的過程和通過使用光電荷的感應(yīng)加熱方法使低濃度半導體層結(jié)晶的過程。因此，通過低生產(chǎn)成本的簡單過程，可以獲得比通常的非晶態(tài)的或者多晶的半導體薄膜具有更好的特性的低濃度半導體薄膜。
文檔編號H01L21/20GK101720496SQ200880023163
公開日2010年6月2日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者李炳洙 申請人:(株)賽麗康