[发明专利]单晶硅薄膜及其制作方法

说明书

本发明提出了单晶硅薄膜及其制作方法。该制作单晶硅薄膜的方法包括：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层；在第二硅片的第二表面上热氧化形成氧化层；将第一硅片与第二硅片键合；对键合后的第一硅片与第二硅片进行退火处理，并剥离离子层；对剥离后的单晶硅进行研磨，以获得单晶硅薄膜。本发明所提出的制作方法，可实现在多种不同的衬底表面形成纳米级厚度的单晶硅薄膜，从而能解决单晶硅薄膜应用到玻璃衬底或柔性衬底上的技术难题，并且，该制作方法获得的单晶硅薄膜的迁移率可大于1000cm²/V·s。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜材料制作技术领域，具体的，本发明涉及单晶硅薄膜及其制作方法。

背景技术

现有显示产品的分辨率要求越来越高，对于半导体器件就需要更高的迁移率，尤其是电流驱动器件的迁移率提升，无论是有机发光二极管(OLED)还是微发光二极管(MicroLED)，都是迁移率越高越好。另一个技术需求场景是，现有的屏幕驱动都是单独驱动的，无论是独立的集成电路(IC)还是直接放在显示面板(panel)的内部，都会占用显示空间和体积，一个主流方向是将驱动程序集成到panel内部，因此需要低功耗的半导体器件，也就要求足够高的迁移率，尤其是能达到现有硅基的半导体器件。

目前的薄膜半导体材料主要有，硅(Si)、氧化物(Oxide)和其他新型材料。其中，Oxide半导体材料的迁移率一般在几十以内，勉强可以对应低分辨率电流型器件的需求，而Si材料主要是非晶硅和低温多晶硅。现阶段的低温多晶硅的迁移率小于1，而无法应用于电流型器件，仅能应用在小尺寸的电流型器件，例如OLED或者Micro LED，当分辨率进一步提升或者尺寸增大时，也难以对应。为此非常有必要继续开发高迁移率薄膜技术。只有单晶硅才希望将迁移率提升到几百到上千的水平，但是大部分是体材料的单晶硅，而薄膜晶体管(TFT)器件所需的是薄膜材料，目前还没有一种能对应玻璃基的薄膜材料。

发明内容

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

本发明人在研究过程中，提出一种在硅衬底上制作出单晶硅薄膜的方法，将预先离子注入的一个硅片与另一个预先热氧化后的硅片进行键合，键合后再对两个硅片进行退火处理，由于注入的离子结合后会形成气体，可使离子注入层与硅片剥离开，从而可在玻璃、聚酰亚胺等材料的衬底上形成单晶硅薄膜。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种可在多种衬底表面形成纳米级厚度的单晶硅薄膜的制作方法。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种制作单晶硅薄膜的方法。

根据本发明的实施例，所述方法包括：在第一硅片的第一表面上离子注入形成离子层；在第二硅片的第二表面上热氧化形成氧化层；将所述第一硅片与所述第二硅片键合；对所述键合后的所述第一硅片与所述第二硅片进行退火处理，并剥离所述离子层；对所述剥离后的单晶硅进行研磨，以获得所述单晶硅薄膜。

发明人经过研究发现，采用本发明实施例的制作方法，可实现在多种不同的衬底表面形成纳米级厚度的单晶硅薄膜，从而能解决单晶硅薄膜应用到玻璃衬底或柔性衬底上的技术难题，并且，该制作方法获得的单晶硅薄膜的迁移率可大于1000cm²/V·s。

另外，根据本发明上述实施例的制作方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述离子注入的离子包括H、O、He和N中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述离子层的厚度小于1微米。

根据本发明的实施例，所述形成离子层的步骤包括：先对第一硅片的第一表面离子注入第一离子形成阻挡层，所述第一离子包括O和N中的至少一种；再对所述第一硅片的所述第一表面离子注入第二离子形成离子层，所述第二离子包括H和He中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述热氧化为干氧方式和湿氧方式交替进行。