新型金属诱导晶化和替代技术的研究

摘要

金属诱导晶化是一项有发展潜力的低温多晶化技术。本论文在分析现有金属诱导晶化方法的不足之处基础上，提出了两种新型的制备高质量金属诱导多晶硅薄膜的方法。另外针对多晶硅薄膜晶体管相对复杂的制备流程，限制了它的产业化发展的弊端，提出另一种类型的TFT制备技术，即本论文中重点研究课题之一的“铝硅替代技术”，利用它可以简化TFT制作流程。 本文通过简化的3mask制备流程，对铝硅替代技术进行了初步的研究，其利用金属诱导的“替代”作用，成为更有新意的微电子技术在薄膜微电子学中的应用示例。 本论文的第二章提出一种新型的基于表面修饰的溶液法金属诱导晶化技术。首先在非晶硅表面旋图一层“亲合剂”，用以改善a-Si或者氧化硅表面和溶液的亲和力。然后，再在表面旋图一层镍盐溶液，从而形成一层含有镍源的均匀的薄层。将之放入温度为590℃的退火炉中退火4小时，即可以获得晶粒尺寸在10微米量级以上的多晶硅薄膜材料。在这里亲合剂起到改善镍诱导源在非晶硅表面粘附性的作用，从而可以提高其工艺稳定性。本章还详细分析了所获得的多晶硅薄膜材料的结构、均匀性和稳定性。 本论文的第三章中针对物理源常引入较高的Ni残留缺陷的问题，提出掩模法金属诱导晶化技术(MMIC Mask Metal Induced Crystallization)，与金属诱导横向晶化(MILC)的多晶硅(poly-Si)薄膜材料相比，MMIC的poly-Si薄膜可大大降低了诱导口及其附近区域的镍金属残留量，其高质量的多晶硅区变成连续的，而不像MILC p-Si的那样高质量的多晶硅区是离散的。和巨晶粒硅(GGS)薄膜材料相比，MMIC p-Si薄膜的晶界不是随机的，而是平行于诱导口或晶核定位线。该技术可是所选择的有源沟道定位在远离晶界的优质晶化区。同时，MMIC p-Si薄膜材料的制备中，完全晶化非晶硅的时间是可控的，而在GGS薄膜材料的制备中，该时间是不可控的。 在本论文的第四章，基于另一类金属诱导作用的铝硅替代技术，提出了一种简化流程的三掩模版的多晶硅薄膜晶体管(Three Mask poly-Si TFT)的制备工艺。从3 Mask TFT制备工艺、影响铝硅替代速率影响的几个主要因素以及铝硅替代过程中出现的问题、铝替代导线电阻的研究这四个方面详细介绍了此新型工艺的优点。其中，影响铝硅替代速率的有五个主要因素，分别为温度、铝金属层的厚度、接触孔的密度、沟道宽度、钛金属层的厚度等。在铝硅替代过程的开始阶段，温度和铝金属层的厚度的不同是影响铝硅替代速率的主要因素，而不同的接触孔的密度、沟道宽度、钛金属层的厚度等几乎不影响铝硅替代速率。而随着退火时间的增加，即随着铝硅替代过程的进行，所有这五种因素都起到一定作用，相比较而言，温度、铝金属层的厚度和接触孔密度的不同对Al/Si替代速度影响较大，而钛金属层厚度和沟道宽度的不同对Al/Si替代速度影响较小。通过选择合适的实验条件，可以获得合乎要求的铝替代导线，而避免“空隙”区的产生。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第一节 金属诱导晶化技术

第二节 选题的意义和本文的工作

第二章 基于表面修饰的溶液法金属诱导晶化非晶硅技术

第一节 概述

第二节 表面修饰S-MIC多晶硅薄膜材料的制备过程

第三节 表面修饰S-MIC多晶硅薄膜材料的分析

2.3.1不同的溶液浓度对多晶硅晶粒尺寸的影响

2.3.2表面修饰S-MIC多晶硅薄膜材料的均匀性

2.3.3表面修饰S-MIC多晶硅薄膜材料的稳定性

第四节 小结

第三章 MMIC p-Si的制备与分析

第一节 概述

第二节 MMIC p-Si的制备过程

3.2.1 MMIC p-Si的制备中镍金属诱导源的选取

3.2.2 MMIC p-Si制备中的准备工作

3.2.3 MMIC晶化过程分析

3.2.4 MMIC poly-Si微结构

3.2.5与MILC、GGS poly-Si制备工艺过程的比较

第三节 MMIC p-Si制备中影响其结晶状态的几个因素

3.3.1表面二氧化硅层的厚度

3.3.2晶核定位线的宽度

3.3.3镍源浓度

第四节 MMIC p-Si特性分析

3.4.1MIC p-Si/MMIC p-Si/MILC p-Si/GGS典型晶粒结构比较

3.4.2 MMIC p-Si/MILC p-Si/GGS中镍金属残留比较

3.4.3从777腐蚀来看MMIC p-Si和GGS中镍金属残留的分布

第五节 小结

第四章 3Mask薄膜晶体管的制备技术

第一节 概述

第二节 影响替代速率的几个因素

4.2.1在Mask3以后的替代工艺(即指完成光刻铝金属以后，再进行替代工作)

4.2.2在Mask3以前的替代工艺(即指在光刻铝金属之前，完成替代工作)

第三节 铝硅替代过程中出现的问题

4.3.1铝硅替代过程中出现的问题

4.3.2影响“空隙”产生的几个因素

4.3.3总结和解决办法

第四节 替代铝导线的电阻

第五节 小结

第五章 总结

致谢

参考文献

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果