[发明专利]单晶硅棒制造方法和单晶硅棒结构

说明书

技术领域

示例性实施例涉及制造单晶硅棒的方法和单晶硅棒结构。其他示例性实施例涉及通过在一部分硅层中形成棒并使该棒再结晶来制造相对而言没有缺陷的单晶硅棒的方法和单晶硅棒结构。

背景技术

当非晶硅在使用激光提供能量期间被熔化之后冷却或凝固时，可执行提取为晶体的硅的结晶。根据硅晶粒的晶体生长，当硅晶体生长的方向均匀时，可获得单晶硅。当多个晶体同时随机生长时，可获得多晶体。

当非晶硅薄膜结晶，并且所述非晶硅薄膜被用作薄膜晶体管的有源层或半导体装置的沟道区域时，硅晶粒的大小可以增加，以减小干扰载流子的运动的晶粒边界的数量，从而可提高装置的特性。

当将非晶硅应用到装置时，电子电荷的迁移率相对低，因而高速运行的实现可能变得困难。因此，可能难以将非晶硅用于具有高分辨率显示器的装置。为了解决这个问题，在通过使非晶硅结晶而形成多晶硅之后可形成薄膜晶体管。薄膜晶体管的沟道区域可以由多晶硅形成。多晶硅的电荷迁移率可以比非晶硅的电荷迁移率快大约100倍或更多倍。

制造具有相对大的晶粒尺寸的多晶硅的方法可包括使沉积在基底上的非晶硅薄膜结晶的方法，例如，准分子激光晶化(ELA)方法和固相结晶(SPC)方法。可广泛使用金属诱发侧向结晶(MILC)方法(ELA方法的改进方案)或连续晶粒结晶(CGS)方法。此外，可使用微Czochralski工艺，在该工艺中，在绝缘层形成孔并使用激光使填充所述孔的非晶硅结晶。所有这些方法都采用了使非晶硅薄膜结晶为多晶硅薄膜的方式。

然而，相当多的晶粒边界可能仍保留在多晶硅薄膜中，因而可能干扰电荷的流动。因此，为了获得提高的电子特性，形成薄膜晶体管的沟道或半导体装置的整个区域可以由单晶硅形成。

发明内容

示例性实施例提供一种制造相对而言没有缺陷的单晶硅棒的方法和单晶硅棒结构。可通过在硅层的一部分形成棒图案并执行硅结晶，在关于棒不成直线的位置形成单晶硅棒来制造单晶硅棒，从而薄膜晶体管的沟道或半导体装置可由相对而言没有缺陷的单晶硅形成。

根据示例性实施例，一种制造单晶硅棒的方法可包括：在基底上形成绝缘层；在所述绝缘层中形成孔；选择性地使硅在所述孔中生长；在所述孔和所述绝缘层上形成硅层；在所述硅层上沿不是关于所述孔的径向的方向形成棒图案；通过将激光束照射到所述硅层上熔化所述硅层并在对应于所述孔的位置产生成核位置，使所述硅层结晶。

所述孔的深度可小于所述绝缘层的厚度。所述绝缘层可包括第一绝缘层和所述第一绝缘层与所述硅层之间的第二绝缘层。所述第一绝缘层可由SiO₂形成，所述第二绝缘层可由Si₃N₄形成。所述孔可穿过所述绝缘层并接触所述基底。所述方法还可包括所述基底和所述绝缘层之间的多晶硅层。所述方法还可包括所述基底和所述多晶硅层之间的第一绝缘层，其中，所述绝缘层可包括所述多晶硅层上的第二绝缘层和在所述第二绝缘层和所述硅层之间的第三绝缘层。

所述第二绝缘层可由SiO₂形成，所述第三绝缘层可由Si₃N₄形成。所述绝缘层可由从SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄和AlN构成的组中选择的至少一种形成。所述孔的数量可以为一个或多个。所述孔的直径可以为大约1nm～大约300nm。所述孔的深度可以为大约10nm～大约300nm。所述硅层可由非晶硅或多晶硅形成，或者由非晶锗硅或多晶锗硅(SiGe)(amorphous orpolycrystalline silicon germanium)形成。所述棒的长度方向可不与从所述孔延伸的径向相匹配。所述棒的数量可以为一个或多个。所述棒的宽度可以为大约5nm～大约1000nm。所述棒的宽度可以为大约20nm～大约150nm。

根据示例性实施例，一种制造单晶硅棒的方法可包括：在基底上形成包括预成核位置的硅层；在所述硅层上沿不是关于所述预成核位置的径向的方向形成棒的图案；通过使用激光束熔化硅层并在对应于所述预成核位置的位置产生晶种，使所述硅层结晶。可以以金属催化剂涂覆方法或掩膜图案形成方法形成预成核位置。金属催化剂可以是从Ni、Cu、Al和Pd构成的组中选择的一种。