用于提供在低温衬底上的薄膜的横向热处理方法
【专利说明】用于提供在低温衬底上的薄膜的横向热处理方法
[0001]本申请是申请日为2011年6月2日、申请号为201180037944.0、名称为〃用于提供在低温衬底上的薄膜的横向热处理方法"的专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]基于35 U.S.C.§ 119(e) (I)，本申请基于并要求2010年6月2日提交的在临时申请号61/350，765的优先权，在此引入其整个内容作为参考。
技术领域
[0004]本发明一般地涉及用于固化衬底上的薄膜的方法，更具体地，涉及用于热处理在低温衬底上的薄膜的方法。
【背景技术】
[0005]一般地，热处理包括烧结、退火、固化、干燥、结晶、聚合、化学反应激发以及调制、掺杂剂驱入、除气等等。半导体薄膜的热处理典型地在高温环境中进行。例如，非晶硅(a-Si)在1100°C退火而硅纳米颗粒膜在900°C下烧结。因此，用于处理半导体薄膜高温要求通常需要使用如烧结的陶瓷或者石英的高温衬底作为承载半导体薄膜的衬底选择。
[0006]更不必说，因为成本相对低廉，更期望使用如硅酸硼或者碱石灰的低温衬底作为用于负载半导体薄膜的衬底选择。更期望的衬底材料是塑料(即，聚碳酸酯，聚酰亚胺、PET、PEN等等)或者纸，因为它们的成本更低。
[0007]然而，使用可以提供平衡工艺的如炉的设备对于在低温衬底上的半导体薄膜的热处理不是可行的选择。这是因为，退火和烧结大部分半导体薄膜(如果不是全部)要求的温度，明显高于如聚酰亚胺和PET的低温衬底的最大加工温度，该加工温度分别为约450°C和 150。。。
[0008]本公开提供了一种用于热处理在低温衬底上的薄膜的方法。
【发明内容】
[0009]根据本发明的优选实施例，间隔开的两个吸收痕与位于衬底的顶上的薄膜热接触。利用脉冲辐射加热两个吸收痕，并且来自两个吸收痕的热随后在薄膜的平面内传导到两个吸收痕之间的薄膜以热处理薄膜。
[0010]上述工艺可以用于制造薄膜晶体管(TFT)。例如，可以由金属或者陶瓷构成的两个吸收痕被用来形成TFT的源极和漏极并且半导体薄膜被用来形成TFT的有源沟道。
[0011]在随后的详细描述中将明白本发明的所有特点和优点。
【附图说明】
[0012]当联系附图阅读时，通过参考示出的实施例的详细描述，将更好地理解本发明本身以及使用的优选模式、另外的目标及其优点，其中:
[0013]图1a-1b示出了根据本发明的一个实施例的热处理薄膜的方法；
[0014]图2a_2b示出了根据本发明的另一个实施例的热处理薄膜的方法；
[0015]图3a_3b示出了根据本发明的一个实施例的热处理在低温衬底上的极薄膜的方法;
[0016]图4示出了通过本发明的方法制造的薄膜晶体管(TFT);
[0017]图5示出了硅酸硼玻璃上的e-束涂覆的非晶硅在暴露于脉冲辐射之前和之后的拉曼谱;
[0018]图6是示出了本发明的脉冲辐射横向热处理方法的选择性的图；以及
[0019]图7示出了来自图4的TFT的漏极电流对漏极-源极电压的图。
【具体实施方式】
[0020]当使用脉冲辐射热处理技术以热处理衬底上的薄膜时，从闪光灯、定向等离子体弧(DPA)、激光器、微波、感应加热器或者电子束发射的脉冲福射具有优先加热在其衬底上的薄膜的能力。另外，因为衬底的热容量远高于薄膜的热容量，并且加热的时间远短于衬底的热平衡时间，所以衬底可以用作热沉以在热处理之后迅速快速冷却薄膜。
[0021]虽然脉冲辐射热处理允许薄膜被加热到比衬底在热平衡处正常承受的温度更高的温度，但是这样的热处理技术一般地依赖于薄膜吸收用于加热薄膜的辐射的能力。因此，当薄膜很薄和/或有点透明时，很难用脉冲辐射热处理技术直接热处理极薄膜，因为极薄膜典型地吸收很少的辐射。因此，要求一种改善的方法以热处理极薄膜。
[0022]现在参考附图，具体地参考图1a-1b，根据本发明的一个实施例，示出了用于在极薄膜上提供脉冲辐射热处理的方法。首先，通过公知的真空技术在衬底14上沉积极薄膜12。极薄膜12还可以涂覆或者印刷到衬底14上。极薄膜12可以是完全致密的膜或者颗粒膜。极薄膜12的厚度优选小于10微米。下一步，在极薄膜12的顶上沉积吸收痕11以形成薄膜叠层10，如图1a所示。优选由对脉冲辐射的吸收比极薄膜12更高的材料制造吸收痕U。吸收痕11的实例包括金属或者陶瓷。
[0023]当通过光源15瞬间辐射(即，通过脉冲辐射)薄膜叠层10时，优选在极薄膜12之前加热吸收痕11。光源15可以是闪光灯、定向等离子体弧(DPA)、激光器、微波产生器、感应加热器或者电子束。作为结果，通过热的吸收痕11热处理位于吸收痕11之下面以及邻接吸收痕的极薄膜12和衬底14中的区域(阴影区域)，如图1b所示。热处理的在极薄膜12内的距离Cl1可以是几十微米。
[0024]现在参考图2a_2b，根据本发明的另一个实施例，示出了用于在极薄膜上提供脉冲辐射热处理的方法。首先，通过公知的真空技术在衬底24上沉积极薄膜23。极薄膜23还可以涂覆或者印刷到衬底24上。极薄膜23可以是完全致密的膜或者颗粒膜。极薄膜23的厚度优选小于10微米。下一步，在极薄膜23上沉积吸收痕21、22以形成薄膜叠层20，如图2a所示。类似于图1a中的吸收痕11，优选由对脉冲辐射的吸收比极薄膜23更高的材料制造吸收痕21、22。吸收痕21、22的实例包括金属或者陶瓷。
[0025]虽然示出了在极薄膜23顶上形成吸收痕21、22，替代地吸收痕21、22可以在极薄膜23之下形成。
[0026]一旦暴露到来自光源25的脉冲辐射，优先加热在极薄膜23之上的吸收痕21、22。然后，来自吸收痕21、22的热量传导到吸收痕21、22之下和/或附近的极薄膜23的区域，如图2b所示。在图2b中，位于吸收痕21、22之间的极薄膜23中的区域(12被热处理。可以在吸收痕21和22之间热处理的间隙距离(S卩，区域d2) —般地大于图1b中的Cl1，因为其为通过两个吸收痕21、22传导的热量的重叠，并且优选小于100微米。另外，因为在位于吸收痕21和22之间的极薄膜23中的区域通过从两个吸收痕21、22传导的重叠的热量热处理，极薄膜23的热处理倾向于比仅邻近一个吸收痕的薄膜区域更均匀(例如，在图1b中)。
[0027]图1a-1b中的衬底14和图2a_2b中的衬底24优选是高温衬底。然而，通过在施加吸收痕之前或者之后施加热传播膜，还可以在低温衬底(即，最大加工温度为150°C或更低)上执行极薄膜的热处理。因为热传播膜的导热性高于低温衬底的导热性，所以在吸收痕被加热之后，热量优先在极薄膜和热传播膜而不是低温衬底的平面内传导。热传播膜还用作热阻挡层以保护低温衬底。另外，在极薄膜平面内的优先热传导增加了相对彼此放置吸收痕的距离。作为结果，更低能量的光脉冲可以用于处理极薄膜，因此使得工艺对低温衬底更加温和。热传播膜一般地比极薄膜厚，并且一般地对用于加热吸收痕的光透明。
[0028]现在参考图3a_3b，示出了根据本发明的一个实施例的用于热处理在低温衬底上的极薄膜的方法；首先，通过公知的真空技术在衬底34上沉积热传播膜35。热传播膜35可以涂覆或者印刷到衬底34上。然后，通过公知的真空技术在热传播膜35的顶上沉积极薄膜33。极薄膜33还可以涂覆或者印刷到热传播膜35上。极薄膜33可以是完全致密的膜或者颗粒膜。极薄膜33的厚度优选小于10微米。下一步，在极薄膜33上沉积吸收痕31、32以形成薄膜痕30，如图3a所示。类似于图2a中的吸收痕21、22，优选由对脉冲辐射的吸收比极薄膜33更高的材料制造吸收痕31、32。吸收痕31、32的实例包括金属或者陶瓷。
[0029]虽然示出了在极薄膜33顶上形成吸收痕31、32，吸收痕31、32可以在极薄膜33之下形成。虽然示出了在极薄膜33之下形成热传播膜35，但是可以在极薄膜33或者吸收痕31，32的顶上形成热传播膜35。
[0030]一旦暴露到来自光源35的脉冲辐射，优先加热在极薄膜33和热传播膜35上的吸收痕31、32。然后，来自吸收痕31、32的热传导到在吸收痕31、32之下和/或附近的极薄膜33和热传播膜35的区域，如图3b所示。在图3b中，位于吸收痕31、32之间的极薄膜33和热传播膜35中的区域d3被热处理。可以在吸收痕31和32之间热处理的间隙的距离优选小于100微米。
[0031]存在适合做热传播膜35的主要材料。对于如PET的低温衬底，那些材料可以包括高温聚合物(例如，聚酰亚胺)或者无机涂层，如溅射金属氧化物或者旋涂玻璃(SOG)。对于如聚酰亚胺的高温衬底，用于热传播膜35的更合适的材料包括无机涂层，如溅射金属氧化物或者SOG。优选热传播膜35稍微透明，以便保持极薄膜的透明度并且仍允许选择性加热发生。要求的热传播膜35的厚度是其热特征、下面的低温衬底的厚度和热特性、极薄膜33的期望的处理温度、吸收痕31、32的尺寸和间隔以及输入的辐射加热分布的函数。
[0032]向高温衬底施加热传播膜的一种方法是首先向高温衬底施加具有比高温衬底的热导率更低的热导率的聚合物涂层，然后施加热传播膜。此实践防止热量扩散进入导热衬底并且允许极薄膜被处理。聚合物涂层的另一种选择是使用高温、低热导率无机膜以便其在热处理期间可以经受更高的温度。
[0033]获得高温、低热导率无机膜的一种方法是通过使用SOG并用多孔颗粒加载使得无机膜多孔化。例如，通过使用加载在SOG中的硅石气凝胶纳米颗粒制造这样的无机膜。产生的无机膜表现出约(或者甚至低于)PET(即，0.24W/m-° K)的热导率。因为气凝胶颗粒具有SOG基质，无机膜比典型的气凝胶膜更耐久。
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