專利名稱：一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法
技術領域：
本發明屬于半導體測試技術領域，特別涉及一種實時檢測非晶硅薄膜金屬誘導晶
化的方法。
背景技術：
高性能低溫多晶硅薄膜廣泛應用于平板顯示和太陽能電池中，它的制備方法通常 是在玻璃片上先沉淀一層非晶硅(a-Si)薄膜，然后再采取一定的方式使其結晶化。在各種 晶化方法中，金屬誘導側向晶化(MILC)由于具有晶化溫度低、工藝簡單和晶化效果好而備 受重視。晶化過程是a-Si薄膜轉變成多晶硅薄膜的過程，晶化后一般利用XRD，拉曼光譜等 測量手段來檢測非晶硅薄膜的晶化程度。X射線衍射圖譜能反應物質的特定結構參數，可根 據物質的特征峰值包括晶面間距d值和相對強度，對多晶硅材料進行定性識別。拉曼光譜 是固體材料對入射光的非彈性散射，在此過程中，入射光由于吸收和發射光子而在反射回 來時，頻率發生變化，此變化稱為拉曼頻移，其值與聲子能量有關，而聲子能量決定于原子 的性質及排布狀況。 但是這些傳統的檢測方法一般要在晶化結束后進行，這就需要自行判斷晶化的時 間，并且這些方法只能檢測最終的晶化結果，而不能檢測晶化的進程。
發明內容
本發明克服傳統晶化檢測技術的不足，提供了一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導 晶化的方法，該方法具有可以在非晶硅薄膜晶化的過程中反映其晶化程度，并且實施簡單 的特點。 a-Si中晶粒很少，阻值很大。多晶硅由大量晶粒和無序的晶粒邊界組成，晶化過程 實際上是晶核形成并長大的過程，隨著晶粒數的增多同時晶粒尺寸變大，使a-Si轉變成多 晶硅膜，薄膜電阻阻值減小。在多晶硅中在測量溫度下，導電機理主要為熱電子發射，大量 的晶粒邊界形成電子運動的勢壘。晶粒邊界越多勢壘越高，電子運動就越難，相應的電阻值 就越大。隨著a-Si向多晶硅的轉變，晶粒數增加，晶粒邊界減小，從而使電阻值下降。
由上可知多晶硅與a-Si的電阻率差別較大，在晶化過程中兩種材料的電阻值變 化也不同。尤其是對金屬誘導側向晶化工藝，在晶化過程中，金屬硅化合物的擴散會誘導非 晶硅薄膜的晶化，從而引起薄膜電阻值的很大變化。所以，通過監測薄膜的電阻值的變化， 可以方便了解到多晶硅薄膜的晶化過程。 本發明利用預先制備在多晶硅薄膜上的誘導金屬薄膜作為測量電極，在退火過程 中實施檢測薄膜的電流電壓值，并以此計算出非晶硅薄膜晶化過程中的電阻值，根據電阻 值和退火時間實時繪制電阻-時間曲線，通過實時繪制的電阻-時間曲線判斷非晶硅薄膜 的晶化進程。
圖1本發明實施例中監測裝置的結構示意圖 圖2本發明實施例中多晶硅薄膜晶化過程中薄膜的電阻_時間曲線，其中
圖2(a)為本發明實施例中采用金屬Ni誘導晶化薄膜的電阻_時間曲線
圖2(b)為本發明實施例中采用金屬Al誘導晶化薄膜的電阻_時間曲線
圖3為室溫下未經退火的薄膜的電阻_時間關系
具體實施例方式
下面將通過本實施例對本發明作進一步詳細說明。 首先在1737玻璃片6上采用低壓化學汽相淀積方法沉積一層1600A厚的a-Si薄膜 5。反應氣體采用稀釋的硅烷，沉積時反應壓力為250mTorr，溫度為55(TC。然后采用電子束 蒸發方法分別在兩種樣品上制備60A厚的金屬Ni膜或金屬Al膜4，形狀為條狀，兩條之間的 間距為0. 7mm，金屬條長度為lOmrn。金屬條作為測量用的電極，同時做為MILC的Ni (Al)源。
隨后將制備好的a-Si薄膜5放入真空爐8內退火，溫度為50(TC，氣壓50mTorr， 并通入Ar氣7做為保護氣體，Ar流速5SCCM。開始a_Si薄膜5的金屬誘導晶化。
加溫后開始采集樣品電流電壓值，電壓用數字電壓計2獲取，電流值由可編程電 流源3讀取，并將電流電壓值傳輸至計算機1 ，計算機1控制讀取測量值并存貯數據，在顯示 終端實時顯示測量的電阻_時間曲線。 在金屬誘導晶化中，常用的金屬是Ni和Al，本實施例分別對使用這兩種金屬作為 誘導金屬的多晶硅薄膜晶化過程進行監測。 圖2所示是采用上述監測方法監測的晶化樣品阻值隨晶化時間變化的關系曲線， 其中圖2(a)和圖2(b)分別是50(TC下金屬Ni和金屬Al誘導晶化薄膜的電阻-時間關系。 為了比較本發明的實際效果，圖3是室溫下未經退火的薄膜的電阻_時間關系。
由圖2(a)和圖2(b)可見金屬Ni和金屬Al誘導晶化薄膜樣品的電阻值都隨時間 增加而減小，且呈指數衰減。這是因為 a-Si中晶粒很少，阻值很大。多晶硅由大量晶粒和無序的晶粒邊界組成，晶化過程 實際上是晶核形成并長大的過程，隨著晶粒數的增多同時晶粒尺寸變大，使a-Si轉變成多 晶硅膜，薄膜電阻阻值減小。在多晶硅中在測量溫度下，導電機理主要為熱電子發射，大量 的晶粒邊界形成電子運動的勢壘。晶粒邊界越多勢壘越高，電子運動就越難，相應的電阻值 就越大。隨著a-Si向多晶硅的轉變，晶粒數增加，晶粒邊界減小，從而使電阻值下降。
因此，根據阻值的變化可以判斷晶化進程和完全晶化所需的時間。晶化初期，可以看到 阻值迅速大幅度下降，這說明此時a-Si薄膜5正在晶化，且晶化速度較快，晶化程度逐漸增大；隨 著時間的增加，阻值下降幅度減緩，表明此時晶化速度減緩，晶化程度繼續增大；當阻值下降到一 定值時，隨著時間的增加，阻值不再下降或下降幅度極小，此時認為a-Si薄膜5已完全晶化。
為了證明這一測量的可靠性，室溫下未經退火的薄膜樣品的電阻/時間關系見圖 3圖中，由這一圖可見薄膜的電阻值幾乎不隨時間變化，這就說明薄膜的電阻率不變，這因 為在室溫下薄膜幾乎沒有晶化，仍為非晶硅狀態，所以薄膜的電阻值應不變。
因此，使用本發明對非晶硅薄膜金屬誘導晶化進行的實時監測是可行且可靠的， 通過實時的樣品電阻-時間關系曲線，可以方便的了解非晶硅薄膜晶化的效果與進程。
權利要求
一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法，其特征在于，在非晶硅薄膜退火晶化過程中實時采集非晶硅薄膜的電壓電流值，并以此計算出非晶硅薄膜晶化過程中的電阻值，根據電阻值和退火時間實時繪制電阻-時間曲線，通過實時繪制的電阻-時間曲線判斷非晶硅薄膜的晶化進程。
2. 如權利要求1所述的一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法，其特征在于， 所述非晶硅薄膜上預先制備有條狀金屬膜。
3. 如權利要求2所述的一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法，其特征在于， 所述金屬膜為鋁膜或鎳膜。
4. 如權利要求2和3所述的一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法，其特征在 于，所述金屬膜在作為非晶硅薄膜晶化的誘導金屬，同時也是測量用電極。
5. 實現如權利要求1所述一種實時監測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法的設備包括 可編程電流源、數字電壓計、計算機，其特征在于，可編程電流源和數字電壓計可以實時采 集非晶硅薄膜的電流電壓值，并將之傳輸給計算機；計算機可根據實時采集的非晶硅薄膜 的電壓電流值計算非晶硅薄膜晶化過程中的電阻值，繪制電阻-時間曲線并顯示在計算機 顯示器上。
全文摘要
本發明涉及一種實時檢測非晶硅薄膜金屬誘導晶化的方法，在非晶硅薄膜晶化過程中實時采集非晶硅薄膜的電壓電流值，并以此計算出非晶硅薄膜晶化過程中的電阻值，根據電阻值和退火時間實時繪制電阻-時間曲線，通過實時繪制的電阻-時間曲線判斷非晶硅薄膜的晶化進程。本發明實施簡單，并且可以在非晶硅薄膜晶化的過程中反映其晶化程度。
文檔編號G01N27/04GK101750436SQ20081024012
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月18日 優先權日2008年12月18日
發明者周志文, 宋佩珂, 曾祥斌 申請人:廣東志成冠軍集團有限公司