多晶硅薄膜的制備方法

多晶硅薄膜材料同時(shí)具有單晶硅材料的高遷移率及非晶硅材料的可大面積、低成本制備的優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)于多晶硅薄膜材料的研究越來(lái)越引起人們的關(guān)注，多晶硅薄膜的制備工藝可分為兩大類：一類是高溫工藝，制備過(guò)程中溫度高于600℃,襯底使用昂貴的石英，但制備工藝較簡(jiǎn)單。另一類是低溫工藝，整個(gè)加工工藝溫度低于600℃，可用廉價(jià)玻璃作襯底，因此可以大面積制作，但是制備工藝較復(fù)雜。

目前制備多晶硅薄膜的方法主要有如下幾種： 低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）這是一種直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成電路中所用多晶硅薄膜的制備中普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)方法，具有生長(zhǎng)速度快，成膜致密、均勻、裝片容量大等特點(diǎn)。多晶硅薄膜可采用硅烷氣體通過(guò)LPCVD法直接沉積在襯底上，典型的沉積參數(shù)是：硅烷壓力為13.3～26.6Pa，沉積溫度Td=580～630℃，生長(zhǎng)速率5～10nm/min。由于沉積溫度較高，如普通玻璃的軟化溫度處于500～600℃，則不能采用廉價(jià)的普通玻璃而必須使用昂貴的石英作襯底。 LPCVD法生長(zhǎng)的多晶硅薄膜，晶粒具有擇優(yōu)取向，形貌呈“V”字形，內(nèi)含高密度的微攣晶缺陷，且晶粒尺寸小，載流子遷移率不夠大而使其在器件應(yīng)用方面受到一定限制。

雖然減少硅烷壓力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴隨著表面粗糙度的增加，對(duì)載流子的遷移率與器件的電學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。 固相晶化(SPC) 所謂固相晶化，是指非晶固體發(fā)生晶化的溫度低于其熔融后結(jié)晶的溫度。這是一種間接生成多晶硅的方法，先以硅烷氣體作為原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉積a-Si:H薄膜，然后將薄膜在600℃以上的高溫下使其熔化，再在溫度稍低的時(shí)候出現(xiàn)晶核，隨著溫度的降低熔融的硅在晶核上繼續(xù)晶化而使晶粒增大轉(zhuǎn)化為多晶硅薄膜。使用這種方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依賴于薄膜的厚度和結(jié)晶溫度。

退火溫度是影響晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火溫度范圍內(nèi)，溫度越低，成核速率越低，退火時(shí)間相等時(shí)所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此時(shí)晶界移動(dòng)引起了晶粒的相互吞并，使得在此溫度范圍內(nèi)，晶粒尺寸隨溫度的升高而增大。經(jīng)大量研究表明，利用該方法制得的多晶硅晶粒尺寸還與初始薄膜樣品的無(wú)序程度密切相關(guān)，T.Aoyama等人對(duì)初始材料的沉積條件對(duì)固相晶化的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)初始材料越無(wú)序，固相晶化過(guò)程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。
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