用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究.pdf

第34卷第2期人工晶体学报Vol.34No.2
2005年4月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSApril,2005

用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究

张宇翔,王海燕,陈永生,杨仕娥,郜小勇,卢景霄,冯团辉,李瑞,郭敏
(郑州大学物理工程学院,郑州450052)

摘要:用等离子体增强型化学气相沉积先得到非晶硅(a2Si:H)薄膜,再用卤钨灯照射的方法对其进行快速光热退
火(RPTA),得到了多晶硅薄膜。然后,进行XRD衍射谱、暗电导率和拉曼光谱等的测量。结果发现,a2Si:H薄膜
在RPTA退火中,退火温度在750℃以上,晶化时间需要2min,退火温度在650℃以下,晶化时间则需要2.5h;晶化
后,晶粒的优先取向是(111)晶向;退火温度850℃时,得到的晶粒最大,暗电导率也最大;退火温度越高,晶化程度
越好;退火时间越长,晶粒尺寸越大;光子激励在RPTA退火中起着重要作用。
关键词:多晶硅薄膜;快速光热退火;固相晶化
中图分类号:O484文献标识码:A文章编号:10002985X(2005)0220340204

StudyonPolycrystallineSiliconFilmsPrepared
byRapidPhoto2thermalAnnealing

ZHANGYu2xiang,WANGHai2yan,CHENYong2sheng,YANGShi2e,
GAOXiao2yong,LUJing2xiao,FENGTuan2hui,LIRui,GUOMin
(CollegeofPhysicalScienceandTechnology,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,China)
(Received3October2004)

Abstract:Anamorphoussiliconfilmwasdepositedbyplasmaenhancedchemicalvapordeposition
(PECVD)andannealedbytungstenhalogenlampsheating.Theprocesscancrystallizeanamorphous
siliconfilminlessdurationwithlowerthermalbudgetthantraditionalfurnaceannealing.Thestructureof
theobtainedpolycrystallineSifilmwasstudiedbyXRD,Ramanspectroscopyanddarkconductivity.The
resultsshowthattheannealingtemperatureandannealingtimehaveagreateffectonthecrystallizationof
amorphoussiliconthinfilm.
Keywords:polycrystallinesiliconfilm;rapidphoto2thermalannealing;solid2phasecrystallization

1引言

多晶硅薄膜是综合了晶体硅材料和非晶硅合金薄膜的优点,在能源科学、信息科学的微电子技术中有着
广泛应用的一种新型功能薄膜材料[1]。目前制备多晶硅薄膜的方法很多,如化学汽相沉积法、液相生长法、
激光再结晶法、固相晶化和热丝法,这些方法各有特点[2,3]。固相晶化(SPC)法,是指固体发生晶化的温度低
于熔融后结晶的温度。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜,成本低,工艺简单。一般多采用传统的电阻
丝加热炉对其固体进行固相晶化,晶化需要几个或几十个小时的时间,而近年来用快速光热退火(RPTA)炉
对其固体进行固相晶化,晶化的时间大大缩短,适合快速生产。但是晶化时间缩短的原因,国际上有一些研
究小组正在积极研究之中[4]。

收稿日期:2004210203
作者简介:张宇翔(19622),男,河南省人,副教授。E2mail:[e-mail]
第2期张宇翔等:用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究143

我们着重研究了氢化非晶硅(a2Si:H)薄膜在快速光热退火下得到多晶硅薄膜的固相晶化问题。在我
们的研究中,试图找出a2Si:H薄膜在快速光热退火下退火温度,退火时间等对其性能的影响,找出一些规律
性。我们利用拉曼谱仪、X衍射谱仪(XRD)、电导率测试仪和扫描电镜(SEM)对晶化后的样品进行了测试。

2a2Si:H薄膜的制备及其快速光热退火(RPTA)晶化实验

我们制备a2Si:H薄膜样品的沉积设备是四室PECVD沉积设备,辉光放电装置采用射频电容式,射频频

率13.56MHz,气源是SiH4+H2混合,以0.2