非晶硅薄膜的快速热退火机理研究.pdf

第35卷第5期人工晶体学报VoI．35No．5
2006年l0月JOURNAL0FSYNTHETICCRYSTAISOctober，2006

非晶硅薄膜的快速热退火机理研究

陈永生，卢景霄，张宇翔，王生钊，杨仕娥，郜小勇，李秀瑞
(1．郑州大学材料物理重点实验室，郑州450052；2．阳泉矿区二矿中学，阳泉~508)

摘要：采用RTA方法对PECVD沉积的a．si：H薄膜进行固相晶化是近年来发展起来的一种制备多晶硅薄膜的新方
法。通过研究不同退火工艺条件对薄膜结构的影响，来揭示快速热退火机理。研究表明短波长光(≤730nm)的量
子效应在晶化过程中可能起着至关重要的作用。
关键词：多晶硅薄膜；快速热退火；固相晶化
中图分类号：TN304文献标识码：A文章编号：1000-985X(20o6)0s—l137-04

StudyontheMechanismofAmorphousSiliconFilm
PreparedbyRapidThermalAnnealingProcess

CHENy0一sheng，LU一xiao，ZHANGYu—xiang，

WANGSheng—zhao，YANGShi—e，GA0Xiao—yong，LiXiu—rui

(1．KeyLaboratoryofMaterialPhysicsofZhengzhouUinversity，Zhengzhou450052，China；
2．TheSecondMineralHighSchoolofYangquanMineralBureau，Yangquan~508，China)
(Received5February206，accepted8May206)

Abstract：UsingrapidthermalannealingmethodtocrystallizeamorphoussilicondepositedbyPECVDisa

newmethodtoobtainpoly—siliconfilm．Theeffectsofdifferentannealingconditionsonthestructuresof

filmswerestudied．Theresultshowsthemechanismofrapidthermalannealing．Itisindicatedthatthe
quantumphoto—efectsofshortwavelengthlight(~<730nm)maybedominatethecrystallizeprocessing．
Keywords：poly—siliconfilm；rapidthermalannealing；solid—phasecrystallization

1引言

快速热退火(RTA)在近几年取得了快速发展，主要应用于薄膜晶体管、太阳电池等器件生产过程中的
掺杂、点缺陷退火、杂质激活等高温(>7oo℃)过程l2j。最近在低温器件，如玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池
也具有很大的潜力。固相晶化非晶硅(a—Si)薄膜法是一种最常见的间接制备多晶硅薄膜方法。这种技术的
优点是能实现薄膜大面积化，且工艺简单。但传统的电热炉退火进行固相晶化时，晶化时间长达几个至几十
个小时3j，耗能及制造成本高。而采用RTA，在较高温度下几分钟内就可使非晶硅晶化，而且晶化后的多晶
硅膜缺陷较少、内应力小j。本课题组采用RTA设备对石英衬底上沉积的a—Si薄膜的退火进行了大量的实
验，现主要对其退火机理进行探讨。
2a—Si：H薄膜退火晶化机理

a—Si：H薄膜虽不具有长程有序结构，但如不考虑悬键和空位，在一个原子或几个原子间距范围内仍保

收稿日期：2006-02-05；修订日期：206-05-08
作者简介：陈永生(1976．)，男，硕士，讲师。E．mail：[e-mail]

人工晶体学报第35卷

持着近程有序。即在非晶硅中每一个硅原子周围仍是4个最近邻硅原子，而且他们的排列仍大体上保持单
晶硅中的四面体配位形式，只是键角和键长发生了一些畸变。任意两个键之间的夹角不像单晶硅都是109。
28，而是随机地分布在109。28±10。的范围。晶化非晶硅制备多晶硅时，由于每个原子受到最近邻四个原
子的共价键的束缚(如图1中的1号原子)，因此原子必须获得足够大的动能才能发生振动，到达最稳定点
形成晶体。区熔再结晶法就是在很短的时间内将非晶硅材料加热到很高的温度使其熔化然后结晶，并且时
间可以控制得很短。而传统的常规炉退火固相晶化技术是在较高的温度，通过长时间的加热来使si原子获
得足够的能量形成晶体结构。如在600~C温度下晶化时常常需要几十个小时J。这两种晶化方法的相同
点在于在晶化过程中几乎不改