多晶硅薄膜的制备方法
多晶硅薄膜的制备方法
多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。 因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注， 多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类： 一类是高温工艺，制备过程中温度高于 600C ,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一
类是低温工艺，整个加工工艺温度低于 600C，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但
是制备工艺较复杂。目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种：
低压化学气相沉积( LPCVD)
这是一种直接生成多晶硅的方法。 LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采
用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷 气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为 13.3〜26.6Pa，沉积温
度Td=580〜630C,生长速率5〜10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于 500〜 600C，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。
LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“ V'字形，内含高密度的微挛 晶缺陷， 且晶粒尺寸小， 载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。 虽然减少硅
烷压力有助于增大晶粒尺寸， 但往往伴随着表面粗糙度的增加， 对载流子的迁移率与器件的电学 稳定性产生不利影响。
固相晶化 (SPC)
所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接
生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用 LPCVD方法在550C左右沉积a-Si:H 薄膜，
然后将薄膜在600C以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候岀现晶核，随着温度的降低熔 融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。 使用这种方法， 多晶硅薄膜的晶粒大
小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在 700C以下的退火温
度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在 700C以
上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并， 使得在此温度范围内， 晶粒尺寸随温度的升高而 增大。 经大量研究表明， 利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相 关， T.Aoyama 等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序， 固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此， SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行 氢化处理来提高 SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜， 晶粒尺寸大于直接
沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于 SPC是在非
晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于 600C，通常需要1100C左右，退火时
间长达 10 个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸 器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。
准分子激光晶化 (ELA)
激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量 入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层 100nm厚的深度产生热能效应，使 a-Si薄膜在瞬间达到 1000C左右，从而实现 a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间 （15〜50ns）能量被
a-Si 薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波 长和功率，使用激光加热就能够使 a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于 450C，可
以采用玻璃基板作为衬底，既实现了 p-Si薄膜的制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。 其主要优点为脉冲宽度短 （15〜50ns） ，衬底发热小。 通过选择还可获得混合晶化， 即多晶硅和非 晶硅的混合体。准分子激光退火晶化的机理：激光辐射到 a-Si 的表面，使其表面在温度到达熔
点时即达到了晶化域值能量密度 Eco a-Si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子-空穴对，
增加了自由电子的导电能量，热电子 -空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传 给晶格， 导致近表层极其迅速的升温， 由于非晶硅材料具有大量的隙态和深能级， 无辐射跃迁是 主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若激光的能量密度达到域值能量密度 Ec时，
即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约 10m/s 的速度深入材料内部，
经过激光照射， 薄膜形成一定深度的融层， 停止照射后， 融层开始以 108〜1010K/s 的速度冷却， 而固相和液相之间的界面将以 1〜2m/s 的速度回到表面， 冷却之后薄膜晶化为多晶， 随着激光能
量密度的增大，晶粒的尺寸增大，当非晶薄膜完全熔化时， 薄膜晶化为微晶或多晶， 若激光能量
密度小于域值能量密度 Ec，即所吸收的能量不足以使表面温度升至熔点 ，则薄膜不发生晶化。一
般情况下 , 能量密度增大，晶粒增大，薄膜的迁移率相应增大， 当 Si 膜接近全部熔化时， 晶粒最
大。但能量受激光器的限制，不能无限增大，太大的能量密度反而令迁移率下降。激光波长对晶 化效果影响也很大，波长越长，激光能量注入 Si膜越深，晶化效果越好。
ELA 法制备的多晶硅薄膜晶粒大、空间选择性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性
好、迁移率高达到 400cm2/v.s，是目前综合性能最好的低温多晶硅薄膜。工艺成熟度高，已有 大型的生产线设备，但它也有自身的缺点， 晶粒尺寸对激光功率敏感， 大面积均匀性较差。 重复
性差、设备成本高，维护复杂。
快速热退火（ RTA）
一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火 炉的电源一打开，温度就
随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。 单位时间内温度的变化量是很容易控制的。 在升
温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。最后， 当退火炉的电源关掉后， 温度就随着时间
而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火处理。平衡温度控 制在600C以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着 退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时 （如
100C/S），则所形成纳米硅晶粒较小 （1.6〜15nm）;若单位时间内温度变化量较小 （如 1C⑸，则纳米硅粒较大（23〜46nm）°进一步的实验表明： 延长退火时间和提高退火温度并 不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小; 而在退火时， 温度上升快慢直接影响着所形成的纳米 硅晶粒大小。为了弄清楚升温量变化快慢对所形成的纳米硅大小晶粒的影响， 采用晶体生长
中成核理论。在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是生长。也就是说，在第一步 中需要足够量的生长仔晶。 结果显示：升温快慢影响所形成的仔晶密度。 若单位时间内温度
变化量大，则产生的仔晶密度大； 反之，若单位时间内温度变化量小， 则产生的仔晶密度小。
RTA退火时升高退火温度或延长退火时间并不能消除薄膜中的非晶部分， 薛清等人提出一种
从非晶硅中分形生长出纳米硅的生长机理： 分形生长。从下到上，只要温度不太高以致相邻
的纳米硅岛不熔化，那么即使提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除其中的非晶部 分。
RTA 退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属 于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。
等离子体增强化学反应气相沉积（ PECVD）
等离子体增强化学反应气相沉积 （PECVD法是利用辉光放电的电子来激活化学气相沉积
反应的。起初，气体由于受到紫外线等高能宇宙射线的辐射，总不可避免的有轻微的电离， 存在
着少量的电子。 在充有稀薄气体的反应容器中引进激发源 （例如，直流高压、 射频、脉冲电源等） ， 电子在电场的加速作用下获得能量， 当它和气体中的中性粒子发生非弹性碰撞时， 就有可能使之 产生二次电子，
如此反复的进行碰撞及电离， 结果将产生大量的离子和电子。 由于其中正负粒子 数目相等。故称为等离子体，并以发光的形式释放出多余的能量， 即形成“辉光”。 在等离子体
中，由于电子和离子的质量相差悬殊， 二者通过碰撞交换能量的过程比较缓慢， 所以在等离子体 内部各种带电粒子各自达到其热力学平衡状态， 于是在这样的等离子体中将没有统一的温度， 就 只有所谓的电子温度和离子温度。此时电子的温度可达 104C，而分子、原子、离子的温度却只
有25〜300C。所以，从宏观上来看，这种等离子的温度不高，但其内部电子却处于高能状态， 具有较高的化学活性。 若受激发的能量超过化学反应所需要的热能激活， 这时受激发的电子能量
（1〜10eV）足以打开分子键，导致具有化学活性的物质产生。因此，原来需要高温下才能进行 的化学反应，通过放电等离子体的作用，在较低温度下甚至在常温下也能够发生。
PECVD法沉积薄膜的过程可以概括为三个阶段：
1.SiH4 分解产生活性粒子 Si 、 H、 SiH2 和 SiH3 等；
2. 活性粒子在衬底表面的吸附和扩散；
3. 在衬底上被吸附的活性分子在表面上发生反应生成 Poly-Si层，并放岀H2；研究表面，
在等离子体辅助沉积过程中， 离子、 荷电集团对沉积表面的轰击作用是影响结晶质量的重要因素 之一。克服这种影响是通过外加偏压抑制或增强。 对于采用PECVD技术制备多晶体硅薄膜的晶化
过程, 目前有两种主要的观点：一种认为是活性粒子先吸附到衬底表面 ,再发生各种迁移、反应、
解离等表面过程 , 从而形成晶相结构，因此 , 衬底的表面状态对薄膜的晶化起到非常重要的作用； 另一种认为是空间气相反应对薄膜的低温晶化起到更为重要的作用 , 即具有晶相结构的颗粒首先
在空间等离子体区形成 , 而后再扩散到衬底表面长大成多晶膜。 对于 SiH4:H2 气体系统 , 有研究表 明，在高氢掺杂的条件下，当用RFPECV啲方法沉积多晶硅薄膜时，必须采用衬底加热到 600C以 上的办法，才能促进最初成长阶段晶核的形成。 而当衬底温度小于 300C时，只能形成氢化非晶硅
（a-Si:H）薄膜。以SiH4:H2为气源沉积多晶硅温度较高，一般高于 600C，属于高温工艺，不适
用于玻璃基底。目前有报道用 SiC14:H2或者SiF4:H2为气源沉积多晶硅，温度较低，在 300C
左右即可获得多晶硅，但用 CVD法制备得多晶硅晶粒尺寸小，一般不超过 50nm，晶内缺陷多，
晶界多。
金属横向诱导法 （MILC）
20世纪90年代初发现a-Si中加入一些金属如 Al，Cu, Au, Ag, Ni等沉积在a- Si : H 上或离子注入到 a- Si : H薄膜的内部，能够降低a-Si向p-Si转变的相变能量，之后对Ni/a-Si:H 进行退火处理以使
a-Si薄膜晶化，晶化温度可低于 500C。但由于存在金属污染未能在 TFT中
铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜
刘伟等 文章编号：１００６—６２６８（２００８）０１／０２—００４７—０５ 六基金项目：教育部留学回国科研启动 基金：新型光伏效应的探索性研究（６６９０２２） 铝诱导晶化法制备多晶 六
刘伟。高斐，方晓玲，王建军，张佳雯，晏春愉 （陕西师范大学物理与信息技术学院，陕西西安７１００６２） 摘 要：多晶硅薄膜在微电子和能源科学领域有着广泛的应用。本文介绍了利用铝诱导晶化非 晶硅制备多晶硅薄膜的方法，叙述了铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的一般过程，着重讨论了铝 诱导晶化非晶硅的机理和在制备过程中各种参数对多晶硅薄膜质量的影响。 关键词：铝诱导晶化；多晶硅薄膜；晶化机理 中图分类号：ＴＮ ３０４．０５５ 文献标识码：Ａ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ ＦＩｌｍＳ ｂＶ ＡＩｕｍｉｎｕｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ＬＩＵ ｗｅｉ，ＧＡＯ ｆｅｉ，ＦＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｌｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａ—ｗｅｎ，ＹＡＮ Ｃｈｕｎ－ｙｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｘｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｘｉ Ｘｉ ａｎ ７１ ００６２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ（ｐｏｌｙ—Ｓｉ）ｔｈｉｎ ｍｓ ａｒｅ ｗｉｌｄｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｉｅｌｄ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｐｏｌｙ—Ｓｉ ｔｈｉｎ ｍｓ ｂｖ ａｌｕｍｉｎｕｍ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（ＡＩＣ）ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ，ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｐｏｌｙ—Ｓｉ ｔｈｉｎ ｍｓ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＡｌＣ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙ—Ｓｉ ｔｈｉｎ ｍｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ；ｐｏｌｙ—Ｓｉ ｔｈｉｎ州ｍｓ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
多晶硅薄膜制备工艺及其应用发展
多晶硅薄膜制备工艺及其应用发展
多晶硅薄膜在一些半导体器件及集成电路中得到了广泛的应用。由于多晶硅生产成本低，效率稳定性好、光电转换效率高，多晶硅薄膜的研究备受关注。目前多晶硅薄膜已广泛地用于各种微电子器件的制造，其用途从栅极材料和互联引线发展到绝缘隔离、钝化、太阳能电池、各种光电器件等。文章介绍了制备多晶硅薄膜的多种工艺方法，结合现有工艺条件制作多晶硅纳米薄膜，根据多晶硅压阻特性理论进行了LPCVD纳米薄膜工艺试验，研究了工艺条件对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响，选取了优化的工艺条件，为多晶硅纳米薄膜在今后压阻式压力传感器中的应用奠定基础。
标签：多晶硅；压阻特性；纳米薄膜；应变系数
引言
多晶硅薄膜在半导体器件和集成电路中应用广泛，多晶硅材料可制作MOS器件的栅极材料，牺牲层材料，太阳能电池和各种光电子器件。伴随MEMS（微电子机械系统）技术的飞速发展，多晶硅薄膜在压阻式压力传感器中应用广泛，同时多晶硅纳米薄膜的压阻特性比普通多晶硅更加优越。因此受到了广大研究者的关注。多晶硅薄膜与单晶硅薄膜相比更容易与IC工艺兼容，多晶硅薄膜具有良好的高温特性，高温器件中无p-n结隔离问题。多晶硅薄膜也可制作牺牲层材料，易于微机械加工，该材料的应变系数可达单晶硅的三分之二左右，重掺杂时，多晶硅纳米薄膜的应变系数比单晶硅材料的还要高。
多晶硅薄膜工艺的制备主要分高温工艺，工艺温度高于600℃，可在高温石英管中热分解工艺气体制得，制备工艺简单。此外还有低温工艺，加工工艺温度低于600℃，可寻找成本较低的玻璃作为衬底材料，适合批量生产，制备工艺相对复杂。
1 多晶硅薄膜制备
多晶硅薄膜的制备工艺有多种，包括：真空蒸发、磁控溅射，化学气相沉积等，其中化学气相沉积法（CVD）是多晶硅薄膜最常用的制备方法，该方法将工艺需要气体在等离子体（PECVD）增强沉积法、催化作用、HWCVD（热化学气相沉积）等不同工艺条件下分解制作多晶硅薄膜。此外还包括低压化学气相淀积法、固相晶化（SPC）法、准分子激光晶化法、超高真空化学气相淀积（HV/CVD）、快速热退火、电子束蒸发等[2]。
准分子激光相位掩模法制备大晶粒尺寸多晶硅薄膜
第２Ｏ卷第１期 ２０１２年１月 光学精密工程 Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．２０ ＮＯ．１ Ｊａｎ．２０ｌ２
文章编号１００４—９２４Ｘ（２０１２）０１－００５８—０６
准分子激光相位掩模法制备大晶粒尺寸多晶硅薄膜
张 健，林广平，张 睿，崔国宇，李传南
（吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，
吉林长春１３００１２）
摘要：为扩大晶粒尺寸并降低晶粒间界缺陷对多晶硅薄膜晶体管的不良影响，采用准分子激光相位掩模法制备了大晶粒 尺寸的多晶硅薄膜。首先，在无相位掩模时利用不同能量密度的准分子激光晶化非晶硅薄膜，通过扫描电镜观测晶粒尺 寸确定超级横向生长的能量窗口；然后，在该能量密度下采用周期为１ ０７３ ｎｍ的相位掩模板对入射光束进行相位调制， 在样品表面形成人工可控的横向温度梯度，使非晶硅熔化并横向生长结晶为多晶硅；最后，对薄膜特性进行测量，并与非 晶硅薄膜和超级横向生长制备的多晶硅薄膜进行比较。结果表明：本文方法制作的薄膜的平均晶粒尺寸提高了一个数 量级，达到了２２８．２４ ｎＩＴＩ；薄膜电阻率降低一个数量级，为１８．９ Ｑ・１ＴＩ；且晶粒分布规则有序。该方法能有效提高多晶硅 薄膜的电学特性，适用于高质量多晶硅薄膜器件的制作。 关键词：多晶硅薄膜；准分子激光；相位掩模 中图分类号：ＴＮ３０４．０５５；ＴＮ３０５．７ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１２２００１．００５８
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ’ ‘ｐ－Ｓｉ ｆｉｌｍ ｂｙ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌ￣ｔｅｄＯｔ ｌａｒｇｅ ｇｒａｍ ｓｉｚｅ Ｐ ｆｉｌｍ Ｄｙ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ
ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉ０ｎ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ，ＬＩＮ Ｇｕａｎｇ—ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉ，ＣＵＩ Ｇｕｏ—ｙｕ，ＬＩ Ｃｈｕａｎ—ｎａｎ
金属铝诱导法低温制备多晶硅薄膜
第２４卷第２期 ２ｏｏ６年３月 感光科学与光化学
Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ＶｏＩ．２４ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．．２００６
金属铝诱导法低温制备多晶硅薄膜
夏冬林，杨 晟，徐 慢，赵修建
（武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室，湖北武汉４３００７０）
摘要：以氢气稀释的硅烷（ＳｉＨ４）和硼烷（Ｂ２Ｈ６）为气源，利用等离子体增强化
学气相沉积法（ＰＥＣⅧ）制备出Ｐ型ａ．ｓｉ薄膜．采用铝诱导晶化技术对不同厚度
的铝膜对ａ．ｓｉ薄膜晶化的影响进行了研究．实验中发现，铝膜溅射为１０ ｓ的非
晶硅薄膜样品在４５０℃下退火１０ ｍｉｎ后，Ｐ型ａ－Ｓｉ结构仍为非晶态，铝膜溅射
为２０ ｓ的非晶硅薄膜在４５０℃下退火２Ｏ ｍｉｎ后，Ｐ型ａ．Ｓｉ薄膜开始晶化为ｐｏｌｙ． Ｓ 薄膜，并且铝膜厚度越厚，则ａ．Ｓｉ薄膜晶化程度越强．
关键词：金属铝诱导晶化；快速退火；ａ 薄膜；ｐｏｌ？ｙ．Ｓｉ薄膜
文章编号：１０００—３２３１ ｛２００６｝０２—００８７—０６ 中图分类号：ＴＮ３０￣ 文献标识码：Ａ
多晶硅（ｐｏｌｙ．Ｓｉ）由于具有较高的载流子迁移率和稳定的光电性能，在有源液晶显示
器（ＡＭＬＣＤ）、薄膜太阳能电池、图像感应器等方面都有广泛的应用【ｌ＿３１．ｐ０ｌｙ—Ｓｉ薄膜常用
的一种制备方法就是先制备ａ．Ｓｉ薄膜，再用固相晶化法【４］（Ｓｔｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ， ＳＰＣ）将ａ．Ｓｉ薄膜转化为ｐｏｌｙ．Ｓｉ薄膜．固相晶化由于需要高温，而且晶粒尺寸和均匀性也
难于控制，因此不适合应用于以玻璃为衬底的薄膜太阳能电池 从而极大地阻碍了器件 的实用化与产业化 准分子激光退火晶化［５ｊ（Ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅｄｌｉｎｇ，ＥＩＡ）能制备出较高
质量的ｐｏｌｙ．Ｓｉ薄膜，然而，激光退火存在成本过高、薄膜均匀性差等问题，且不适合大面
金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备与研究
- 1 - 金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备与研究
本文主要研究了金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备与研究。结合当前已有文献，整理分析研究其技术特点，最后给出了一些有关的研究进展希望能为这一领域的相关研究做出一些贡献。
一、研究背景
随着科技的发展，半导体材料在电子、空间、先进材料以及其它高新技术的应用中起着越来越重要的作用。硅材料的性能极为重要，它们经常用作半导体材料和优质的集成电路材料，尤其是其金属诱导法低温多晶硅薄膜。
目前，金属诱导法低温多晶硅薄膜的研究取得了一定的进展，它可以用于芯片封装、材料表面处理，甚至医疗、汽车、光伏等各个领域。而且，金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备方法对于取得质量良好的产品至关重要。
二、金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备及关键技术
1、金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备
金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备，通常是采用大尺寸的硅晶片或多晶片，经过一定的抛光处理，在其面上形成若干个薄膜结构。然后，对其中的硅晶片进行注射，使用金属材料做诱导层，通过热处理让其变成金属诱导法低温多晶硅薄膜。
2、关键技术
金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备关键技术主要有以下：
（1）预处理。在制备多晶硅薄膜之前，必须对硅晶片进行预处 - 2 - 理，这是为后续多晶硅薄膜的制备打基础，其预处理一般包括硅晶片抛光，清洗等等。
（2）注射。金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备关键技术就是金属注射，注射细微的金属材料，形成金属诱导层，这一步对于获得质量良好的金属诱导法低温多晶硅薄膜十分关键，缺少这一步就无法实现多晶硅薄膜的制备。
（3）热处理。热处理后即可得到金属诱导法低温多晶硅薄膜，这一步是制备多晶硅薄膜的最后一步，也是最关键的一步。通过调整温度，加快熔化速度，还可以改善多晶硅薄膜的性能。
三、研究进展
近年来，金属诱导法低温多晶硅薄膜的研究取得了较大进展，其中有几个主要的方向：
制备多晶硅薄膜的晶化方法
制备多晶硅薄膜的晶化方法
张宇翔冯团辉杨仕娥陈永生李瑞郭敏
（郑州大学物理工程学院）
摘要该文概述了目前世界上常用的利用晶化技术制各多晶硅薄膜的方法，这些技术包括直接
固相晶化和激光晶化等，并讨论了它们各自的特点。
关键词多晶号薄膜；｛≤ｊｉＬ
１引言
多晶硅薄膜是有许多大小不等和晶面取向不同的小晶粒组成．晶粒尺寸一般在几十到几百纳
米之间，大颗粒尺寸可达数微米。多晶硅薄膜在长波段具有高光敏性，对可见光能有效地吸收，
而且没有非晶硅氢簿膜的光致衰退现象，是理想的太阳能电池材料。另外，大晶粒酌多晶硅薄膜
有较高的迁移率，可以做成大面积、响应快的薄膜晶体管、传感器等光电器件。因而，多晶硅薄
膜在大阵列的液晶显示技术及徽电子技术中具有广阔的应用前景。尤其是在太阳电池中的应用更
。、＇＿－●●Ｅ＝；●一
为明显。
目前多晶硅薄膜的制各有许多方法。有直接沉积法和闻接晶化法。直接沉积法包括化学汽相
沉积法、液相生长法和热丝法等。问接晶化法包括激光再晶化法、固相晶化法等。化学汽相沉积
法是用化学汽相沉积（ＣＶＤ）等设备直接在衬底（玻璃、不锈钢、塑料等）上沉积多晶硅薄膜，这
种方法沉积速度慢。液相生长法是在单晶硅上液相外延生长多晶硅薄膜，这种方法成本较高。间
接晶化法是将将沉积的非晶硅薄膜利用晶化方法得到多晶硅薄膜。下面简单介绍这些晶化方法。
２晶化方法
晶化是将无序排列的原子经热退火、光退火、高能离子照射等手段变成短程有序排列的原子，
即是将非晶结构变成多晶结构。晶化的方法有固相晶化、激光晶化等。
２．１固相晶化
固相晶化是指晶化温度低于非晶固体熔融后结晶的温度。固相晶化的方法有掺杂或非掺杂
固相晶化，金扇诱导固相晶化，光诱导固相晶化，微波诱导晶化等。
掺杂或非掺杂固相晶化是将一定厚度（几百纳米一几个微米）的掺杂或非掺杂的非晶硅薄膜放
入加热炉中（温度６００．一１０００＂Ｃ），在氮气保护下，经数小时加温后，非晶硅变成了多晶硅。晶粒
为纳米、微米级，暗电导率提高２—４个数量级，光能隙减小，吸收限向长波方向移动。这种晶
电感耦合等离子体化学气相沉积法制备多晶硅薄膜
电感耦合等离子体化学气相沉积法制备多晶硅薄膜
电感耦合等离子体化学气相沉积法(Inductively
Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition,简称ICP-CVD)是一种应用价值较高的多晶硅薄膜制备方法，能够将有机或无机物质以挥发态的形式投入等离子体内，通过反应生成从液态转化为固态的薄膜。它具有在低温条件下制备厚膜的优势，可以大大减少半导体器件的热压影响。
ICP-CVD工艺中，首先将生成薄膜所需的原料以挥发态的形式投入等离子体内，然后使用高能量的电磁感应耦合，将等离子体加热到较高温度，形成等离子体等离子体热云，并将投入原料在高温条件下反应完成。在反应过程中，采用恒流源供电，保持等离子体热云的稳定，因此可以得到更好的薄膜质量。另外，在ICP-CVD工艺中，还可以采用气体助熔剂的方法，实现低温多晶硅的制备，而不会引起半导体器件的热压效应。
在ICP-CVD制备多晶硅薄膜的工艺流程中，首先要调节等离子体热云温度，不同温度可以得到不同性能的多晶硅薄膜。在调节温度之后，需要根据实验需要，调节等离子体热云的电子密度、电离度和稳定性，以保证等离子体热云的反应稳定性。然后，将原料投入等离子体热云中，进行反应，当温度逐渐降低时，多晶硅薄膜便会逐渐生成。
在ICP-CVD制备多晶硅薄膜的过程中，可以使用真空泵将等离子体热云中的产物抽出，以确保多晶硅薄膜层的厚度。最后，可以根据实验需要，使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法，对多晶硅薄膜的形貌和结构进行表征，以确保多晶硅薄膜的质量。
总之，ICP-CVD法制备多晶硅薄膜是一种相对成熟的工艺，具有制备厚膜的优势，并且可以在低温条件下实现，从而避免热压效应对半导体器件的影响。
多晶硅薄膜的制备方法
多晶硅薄膜的制备方法
摘要：低压化学气相沉积、固相晶化、准分子激光晶化、快速热退火、金属诱导晶化、等离子体增强化学反应气相沉积等是目前用于制备多晶硅薄膜的几种主要方法。它们具有各自不同的制备原理、晶化机理、及其优缺点。
关键词：氢化非晶硅 多晶硅 晶化
6 等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）
等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）法是利用辉光放电的电子来激活化学气相沉积反应的。起初，气体由于受到紫外线等高能宇宙射线的辐射，总不可避免的有轻微的电离，存在着少量的电子。在充有稀薄气体的反应容器中引进激发源（例如，直流高压、射频、脉冲电源等），电子在电场的加速作用下获得能量，当它和气体中的中性粒子发生非弹性碰撞时，就有可能使之产生二次电子，如此反复的进行碰撞及电离，结果将产生大量的离子和电子。由于其中正负粒子数目相等。故称为等离子体，并以发光的形式释放出多余的能量，即形成“辉光”。在等离子体中，由于电子和离子的质量相差悬殊，二者通过碰撞交换能量的过程比较缓慢，所以在等离子体内部各种带电粒子各自达到其热力学平衡状态，于是在这样的等离子体中将没有统一的温度，就只有所谓的电子温度和离子温度。此时电子的温度可达104℃，而分子、原子、离子的温度却只有25～300℃。所以，从宏观上来看，这种等离子的温度不高，但其内部电子却处于高能状态，具有较高的化学活性。若受激发的能量超过化学反应所需要的热能激活，这时受激发的电子能量（1～10eV）足以打开分子键，导致具有化学活性的物质产生。因此，原来需要高温下才能进行的化学反应，通过放电等离子体的作用，在较低温度下甚至在常温下也能够发生。
PECVD法沉积薄膜的过程可以概括为三个阶段：
1.SiH4分解产生活性粒子Si、H、SiH2 和SiH3等；
2.活性粒子在衬底表面的吸附和扩散；
3.在衬底上被吸附的活性分子在表面上发生反应生成Poly-Si层，并放出H2；
多晶硅薄膜的制备方法 2
多晶硅薄膜的造备要领 之阳早格格创做
免费！！免费赢得正在尔站的广告 1226 20:43:46 做家：leilei 根源：希萌光伏商务网
多晶硅薄膜资料共时具备单晶硅资料的下迁移率及非晶硅资料的可大里积、矮成本造备的便宜.果此，对付于多晶硅薄膜资料的钻研越去越引起人们的闭注，多晶硅薄膜...
多晶硅薄膜资料共时具备单晶硅资料的下迁移率及非晶硅资料的可大里积、矮成本造备的便宜.果此，对付于多晶硅薄膜资料的钻研越去越引起人们的闭注，多晶硅薄膜的造备工艺可分为二大类：一类是下温工艺，造备历程中温度下于600℃,衬底使用下贵的石英，然而造备工艺较简朴.另一类是矮温工艺，所有加工工艺温度矮于600℃，可用廉价玻璃做衬底，果此不妨大里积创造，然而是造备工艺较搀纯.暂时造备多晶硅薄膜的要领主要犹如下几种：
矮压化教气相重积（LPCVD）
那是一种间接死成多晶硅的要领.LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的造备中一致采与的尺度要领，具备死少速度快，成膜致稀、匀称、拆片容量大等个性.多晶硅薄膜可采与硅烷气体通过LPCVD法间接重积正在衬底上，典型的重积参数是：硅烷压力为 13.3～26.6Pa，重积温度Td=580～630℃，死少速率5～10nm/min.由于重积温度较下，如一般玻璃的硬化温度处于 500～600℃，则不克不迭采与廉价的一般玻璃而必须使用下贵的石英做衬底.
LPCVD法死少的多晶硅薄膜，晶粒具备择劣与背，形貌呈“V”字形，内含下稀度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不敷大而使其正在器件应用圆里受到一定节造.虽然缩小硅烷压力有帮于删大晶粒尺寸，然而往往伴伴着表面细糙度的减少，对付载流子的迁移率与器件的电教宁静性爆收不利效用.
固相晶化(SPC)
所谓固相晶化，是指非晶固体爆收晶化的温度矮于其熔融后结晶的温度.那是一种间接死成多晶硅的要领，先以硅烷气体动做本资料，用LPCVD要领正在550℃安排重积aSi:H薄膜，而后将薄膜正在600℃以上的下温下使其熔化，再正在温度稍矮的时间出现晶核，随着温度的落矮熔融的硅正在晶核上继承晶化而使晶粒删大转移为多晶硅薄膜.使用那种要领，多晶硅薄膜的晶粒大小依好于薄膜的薄度战结晶温度.退火温度是效用晶化效验的要害果素，正在700℃以下的退火温度范畴内，温度越矮，成核速率越矮，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而正在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得正在此温度范畴内，晶粒尺寸随温度的降下而删大.经洪量钻研标明，利用该要领治得的多晶硅晶粒尺寸还与初初薄膜样品的无序程度稀切相闭，T.Aoyama等人对付初初资料的重积条件对付固相晶化的效用举止了钻研，创造初初资料越无序，固相晶化历程中成核速率越矮，晶粒尺寸越大.由于正在结晶历程中晶核的产死是自收的，果此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶里与背是随机的.相邻晶粒晶里与背分歧将产死较下的势垒，需要举止氢化处理去普及SPC多晶硅的本能.那种技能的便宜是能造备大里积的薄膜，晶粒尺寸大于间接重积的多晶硅.可举止本位掺纯，成本矮，工艺简朴，易于产死死产线.由于SPC是正在非晶硅熔融温度下结晶，属于下温晶化历程，温度下于600℃，常常需要1100℃安排，退火时间少达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底资料采与石英大概单晶硅，用于创造小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机与景器等.
多晶硅薄膜的制备方法 3
多晶硅薄膜的制备方法
免费!！免费获得在我站的广告 2008—12-26 20:43:46 作者：leilei 来源：希萌光伏商务网
多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点.因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜.。。
多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类:一类是高温工艺,制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单.另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作,但是制备工艺较复杂.目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种:
低压化学气相沉积（LPCVD）
这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快,成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上,典型的沉积参数是:硅烷压力为 13.3～26。6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5~10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于 500～600℃,则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。
LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小,载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制.虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响.
固相晶化（SPC）
所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料,用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内,温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大;而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，T。Aoyama等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究,发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大.由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高SPC多晶硅的性能.这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低,工艺简单,易于形成生产线.由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程,温度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅,用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。