退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响

退火温度和时间对制备多晶硅薄膜的影响

摘要：通过PECVD法于不同温度直接沉积非晶硅(a-Si∶H)薄膜,选择于850℃分别退火2h、3h、6h、8h,于700℃分别退火5h、7h、10h、13h,于900℃分别退火1h、3h、8h,分别于720℃、790℃、840℃、900℃、940℃退火1h,然后用拉曼光谱和SEM进行对比分析,发现退火温度与退火时间的影响是相互关联的,并且出现一系列晶化效果好的极值点。

关键词：PECVD法；非晶硅薄膜；多晶硅薄膜；二次晶化；拉曼光谱；扫描电镜

0引言

太阳能电池作为一种清洁能源正越来越受到人们的重视。太阳能电池分为单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池等。单晶硅和多晶硅电池技术成熟、效率高,但成本较高。薄膜材料与单晶硅和多晶硅材料相比,在成本降低方面具有诱人的前景。硅薄膜材料分非晶硅和多晶硅2种,非晶硅薄膜材料制造工艺相对简单,但转换效率低、寿命短、稳定性差,将其进一步晶化成寿命长、转换效率相对高的多晶硅薄膜材料被认为是薄膜太阳能电池未来发展的方向,将非晶硅薄膜材料二次晶化成为多晶硅薄膜是有意义的研究方向。

多晶硅薄膜泛指晶粒在几(十)纳米到厘米级的硅薄膜。制备多晶硅薄膜主要包括2个过程---沉积硅膜和再晶化。2个过程都可采用不同的方法。沉积可采用化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)。低温下沉积硅薄膜难以形成较大的晶粒,不利于制备较高效率的电池,需要通过二次晶化技术,提高晶粒尺寸。目前,二次晶化的方法主要有固相晶化法(SPC)金属诱导晶化(MIC)、区熔晶化(ZMR)等。本实验先用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD法)在玻璃上低温沉积非晶硅薄膜,再利用常规电阻加热炉退火制备多晶硅薄膜。

1实验

第一步,将清洗过的石英玻璃衬底置于PECVD系统中,射频辉光放电分解SiH4+H2制得非晶硅薄膜。真空度为5.6×10-4Pa,氢稀释比为95%,沉积室中电极间距为2cm,工作气压为133.3Pa,放电功率为60W,沉积时间为2.5h,厚度约为0.84μm。第二步,氮气保护下,样品于850℃分别退火2h、3h、6h、8h,于700℃分别退火5h、7h、10h、13h,于900℃分别退火1h、3h、8h,分别于720℃、790℃、840℃、900℃、940℃退火1h,自然冷却后取出。第三步,采用REN-ISHAW-2000拉曼光谱分析样品,计算晶化率,并采用JEOLJSM-5610LV扫描电镜观察样品。

2结果与分析

图1是非晶硅薄膜于850℃分别退火2h、3h、6h、8h的拉曼光谱图。由图1可知,在退火温度不变的情况下,随着退火时间的延长,非晶硅薄膜的晶化越来越充分,520cm-1处的晶硅特征峰非常明显,晶化效果很好。850℃退火2h的晶化率为55%,从520cm-1处的晶硅特征峰的相对高度看,850℃退火3h硅膜结晶的情况相对较好,晶化率为67%。在退火温度不变的情况下,随着退火时间的延

长,520cm-1处的晶硅特征峰相对高度降低,8h时晶化率为58%。从图1可以看

出,850℃退火3h时非晶硅薄膜结晶很好,即退火3h左右存在一个结晶情况好的极值点。退火后多晶硅薄膜的结晶度随退火温度的变化如表1所示。

图2是非晶硅薄膜于700℃分别退火5h、7h、10h、13h的拉曼光谱图。由图2

可知,当退火温度为700℃时,随着退火时间的延长,晶化率的计算值都在52%以上,结晶效果比较好。在拉曼谱线其它相同的情况下,在520cm-1处的晶硅特征峰

越来越高,表明非晶硅薄膜晶化越来越充分,晶粒越来越大,薄膜晶化也越来越好。可见,退火温度在极值点以下一定值时,可以通过延长退火时间达到退火目的。实验表明,退火温度与退火时间是相互关联的。

图3是非晶硅薄膜于900℃分别退火1h、3h、8h的拉曼光谱图。由图3可知,退火温度在中温极值点(850℃)以上的900℃时,在退火温度不变的情况下,

随着退火时间的延长,在520cm-1处的晶硅特征峰相对高度降低。从图3可以看出,900℃退火1h非晶硅薄膜结晶较好,晶化率为61%;退火时间延长到3h,其晶化率为56%;退火时间延长到8h,其晶化率为64%。520cm-1处的晶硅特征峰没有明显的变化,可见900℃退火1h后,延长退火时间并不能使晶化效果有明显的提升。

与850℃退火相比,在一个比较高的温度下退火,退火时间相应缩短。可见,退火

温度与退火时间是相互关联的。

与850℃时退火3h对比,将退火时间缩短,使非晶硅薄膜退火1h,温度分别为720℃、790℃、840℃、900℃、940℃。由图4可知,当退火时间为1h时,随着退火温度的升高,非晶硅薄膜的晶化越来越充分,在520cm-1处的晶硅特征峰也越来

越高,薄膜晶化越来越好,达到了较好的退火效果,其中900℃和940℃时的晶化

率分别为61%和75%,可见,缩短退火时间可以通过升高退火温度来达到晶化目的。由此也可以看出,退火温度与退火时间是相互关联的。

退火后多晶硅薄膜的结晶度随退火温度的变化如表2所示。

图5为样品经850℃退火3h后的SEM图片。从图5可以看出,多晶硅薄膜材料表面由表面直径不同的颗粒组成,颗粒的大小分布不均。

常规炉子退火是一个热力学过程。根据固相晶化的热力学理论,不稳定的非晶结构在加热过程中必将发生向稳定状态的转变,这是由于与结晶相相比,非晶相的自由能较高且高于结晶相,处于一种亚稳态,存在结晶的趋势。两相的自由能差为负值,从而产生了促使晶化的相变驱动力。非晶硅中原子的运动受到近邻原子的牵制,而且跃过非晶-结晶相界面时需要克服一定的势垒,即需要一定的扩散激活能。退火过程中的相变驱动力随着温度的升高而提高。当温度升高而产生的相变驱动力达到跃过势垒的高度时就能跃过非晶-结晶相界面势垒,完成由非晶相向结晶相的转变。此后,即使温度进一步升高也不能明显促进晶化效果。

相变驱动力在数值上等于单位体积的相变所引起的系统自由能的降低,可表示为f=-ΔG/ΔV(f为相复驱动力,ΔG为系统自由能的变化,ΔV为晶体体积)。

从能量的角度来讲,随着温度的升高,提供晶化的能量越来越大,当达到跃迁一个势垒的能量时,就会发生晶相变化,到达一个相对稳定的位置。但是,这种稳定也是相对的,随着温度的进一步升高,一方面会向结晶相变化,形成更稳定、更大的晶粒;另一方面当能量不够高时,退回到原来的状态,这样就存在一个结晶情况好的温度极值点。

另外,此热力学过程是一个统计的平衡过程,加热到某温度其本质上是各种动能运动的统计平均值。无论温度高或是低都包含一系列的能量,只不过温度高时高能量部分占的比例大,温度低时高能量部分占的比例小。当提供晶化需要的能量时,可以通过升高退火温度、缩短退火时间,也可以通过降低退火温度、延长退火时间来达到晶化目标。退火温度与退火时间是相互关联的。

非晶相结构与结晶相结构的转化是一个动态过程,在加热过程中必将发生状态的转变,常规高温炉加热使非晶相中某些原子离开原来的位置而到另一更稳定结晶相原子团中。随着更多原子跃过两相之间的势垒加入到结晶相原子团中,原子团逐渐长大。常规高温炉加热造成非晶相与结晶相原子团的转化过程是一个热力学过程,也是一个动态平衡过程,具有统计学的意义。跃过这一非晶-晶相可以通过升高温度在较短时间内完成,也可以通过延长退火时间在较低温度下完成,两者是等价的。这是热力学统计平衡的一种体现。

3结论

采用PECVD法沉积的非晶硅薄膜选择于850℃分别退火2h、3h、6h、8h,于700℃分别退火5h、7h、10h、13h,于900℃分别退火1h、3h、8h,分别于720℃、790℃、840℃、900℃、940℃退火1h,发现退火温度与退火时间是相互关联的。对于同样的晶化效果,如果退火温度高,可在较短的时间内完成晶化;如果退火温度低,则可在较长的时间内完成晶化。在这一过程中会出现一系列晶化效果好的极值点,如940℃退火1h、850℃退火3h等。

薄膜的材料及制备工艺

薄膜混合集成电路的制作工艺 中心议题：多晶硅薄膜的制备 摘要：本文主要介绍了多晶硅薄膜制备工艺，阐述了具体的工艺流程，从低压化学气相沉积(LPCVD)，准分子激光晶化(ELA)，固相晶化（SPC）快速热退火(RTA)，等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD等，进行详细说明。 关键词：低压化学气相沉积(LPCVD)；准分子激光晶化(ELA)； 快速热退火(RTA)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD) 引言 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。 1薄膜集成电路的概述

在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并组装上分立微型元件、器件,外加封装而成的混合集成电路。所装的分立微型元件、器件，可以是微元件、半导体芯片或单片集成电路。 2物理气相沉积-蒸发 物质的热蒸发利用物质高温下的蒸发现象，可制备各种薄膜材料。与溅射法相比，蒸发法显著特点之一是在较高的真空度条件下，不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上，且可确保所制备的薄膜具有较高纯度。 3 等离子体辅助化学气相沉积--PECVD

传统的CVD技术依赖于较高的衬底温度实现气相物质间的化学反应与薄膜沉积。PECVD在低压化学气相沉积进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响。促进反应、降低温度。 降低温度避免薄膜与衬底间不必要的扩散与化学反应；避免薄膜或衬底材料结构变化与性能恶化；避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等。 4低压化学气相沉积(LPCVD)

薄膜制备技术论文

薄膜制备技术论文 高阻隔薄膜的制备技术 【摘要】本文介绍了包装领域中阻隔薄膜的几种基本的制备技术，并对其技术原理和技术特点做了简要的概述，重点介绍普通包装薄 膜表面沉积纳米SiOx作为阻隔材料的优越性和制备方法。纳米氧化 硅薄膜制备包括：物理气相沉积，化学气相沉积两种。物理气相沉 积技术较成熟，已广泛用于当今的众多薄膜生产厂家;化学气相沉积 技术由于沉积速率慢，生产成本高，耗资大，限制了工业化应用。 本文还介绍了一种能够克服上述限制因素的新技术，从而使薄膜的 阻隔性能大大提高。 【关键词】纳米氧化硅薄膜阻隔性能物理气相沉积化学气相沉积引言 社会发展表现在不仅对普通包装材料数量上的增加，对优质保质保鲜包装材料品种和质量的需求也在日益增加。如在食品和医药包 装领域中，包装材料的阻水阻气要求越来越高。高阻隔包装材料通 常指对气液渗透物具有高阻尼作用的材料，即防止氧的侵入以免商 品氧化变质，防止水或水蒸气的渗透以免商品受潮霉变，防止香气、香味和二氧化碳外逸，以免商品变味和变质等。目前阻隔性包装材 料已经成为包装材料的发展趋势，并广泛用于各种应用领域，如电 子显示领域的OLED[1]。 1阻隔材料的发展历程及趋势 阻隔包装材料的发展历程可分为三个阶段：第一代包装材料如PE、PP、PET、PVDC、PVC等。因其阻隔性达不到要求(见表1)，使 用越来越少。采用高聚物(比如PEN)可以解决阻隔性和用金属探测 器检查问题，但是成本太高，并且难于循环利用。采用复合膜结构，如三层复合膜PA/黏合剂/PE、五层复合膜LDPE/粘合剂/EVOH/黏合 剂/LDPE等，阻隔性能大大提高，但工艺复杂、回收困难、污染环

薄膜制备方法

薄膜制备方法 1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜 2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。 一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10ˉ2Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。 保证真空环境的原因有?防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。?防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等?在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。 蒸发镀根据蒸发源的类别有几种: ⑴、电阻加热蒸发源。通常适用于熔点低于1500℃的镀料。对于蒸发源的要求为a、熔点高 b、饱和蒸气压低 c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应 d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。 ⑵、电子束蒸发源。热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。b、镀料置于冷水铜坩埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。 ⑶、高频感应蒸发源。将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。常用于大量蒸发高纯度金属。 分子束外延技术（molecularbeamepitaxy,MBE)。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”，两者不同的称为“异质外延”。 10—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，在严格监控之下，直接喷射到衬MBE是在8 底表面。其中未被基片捕获的分子，及时被真空系统抽走，保证到达衬底表面的总是新分子束。这样，到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响，仅由蒸发系统的几何形状和蒸发源温度决定。二、离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 常用的几种离子镀： （1）直流放电离子镀。蒸发源：采用电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少量反应气体；离化方式：被镀基体为阴极，利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速，离化和离子加速一起进行。 （2）空心阴极放电离子镀（HCD，hollowcathodedischarge）。等离子束作为蒸发源，可充入Ar、其他惰性气体或反应气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化，0至数百伏的加速电压。离化和离子加速独立操作。 （3）射频放电离子镀。电阻加热或电子束加热，真空，Ar，其他惰性气体或反应气体；利用射频等离子体放电离化，0至数千伏的加速电压，离化和离子加速独立操作。 （4）低压等离子体离子镀。电子束加热，惰性气体，反应气体。等离子体离化，DC或AC50V

多晶硅薄膜的制备方法

多晶硅薄膜的制备方法 2010年01月21日作者：胡志鹏来源：中国电源博览总第106期编辑：杨宇 摘要：本文介绍了太阳能多晶硅薄膜的主要制备方法。其中化学气相沉积法(CVD)是制备多晶硅薄膜最广泛使用的方法，其中主要有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法、甚高频等离子体增强化学气相沉积系统(VHF-PECVD)、低压化学气相沉积LPCVD和快速热化学气相沉积(RTCVD)。固相晶化技术（SPC）是指通过使固态下的非晶硅薄膜的硅原子被激活，重组，从而使非晶硅薄膜转化为多晶硅薄膜的晶化技术，其中主要包括常规高温炉退火、金属诱导晶化(MIC)。另外还有金属诱导非晶硅晶化。 关键词：太阳能多晶硅薄膜制备方法 为了减少材料浪费，降低成本，单晶硅和多晶硅太阳能电池都在朝薄型化发展。目前晶体硅薄膜电池的晶粒大小从纳晶直到毫米级都有，为了方便，光伏界将它们统称为多晶硅薄膜太阳能电池。由于多晶硅薄膜生产成本低、效率稳定性好、光电转换效率高，近年来随着人们在陷光技术、钝化技术以及载流子束缚等技术方面不断取得进展，多晶硅薄膜电池的研究日益受到人们的重视，未来将成为太阳能电池的主要竞争者。在研究怎样把硅片切薄的同时，人们加大了对多晶硅薄膜电池的研究。 制备多晶硅薄膜的方法有很多种，其中化学气相沉积法(CVD)是制备多晶硅薄膜最广泛使用的方法。在这种方法中，气源，例如硅烷(SiH4)，可以在等离子体(PECVD)、催化作用(Hot-Wire CVD)等方法中有几种不同的可行性的分解过程。分解后的物质在经过一系列的气相反应后抵达衬底并沉积生长。在多数情况下，用氢气稀释后的气源来制备多晶硅薄膜，而用纯硅烷来制备非晶硅薄膜。然而，电子束蒸发法(EBE)也有着它独特的优点:相比气相沉积法使用气源，以固体硅材料作为原料的EBE可以有更高的原料利用率。此外，为了获得更高质量的多晶硅薄膜，还可以通过两步法(Two Steps Process)来制备多晶硅薄膜，即:先用CVD或者电子束蒸发(EBE)法制得非晶硅薄膜，再经固相晶化法(SPC)或者快速热处理法(RTP)等进一步制得多晶硅薄膜。 一、化学气相沉积法 1.等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法 等离子体增强化学气相沉积法(PEcvD)l61是化学气相沉积方法的一种，是在低压化学气相沉积的同时，利用辉光放电等离子体对过程施加影响，利用PECVD技术可以在非硅衬底上制备晶粒较小的多晶硅薄膜。 在用等离子体增强化学气相沉积方法来制备多晶硅薄膜的过程中，目前都是通入SiH4和H2两者的混合气体作为气源，如若仅仅引入纯SiH4气体，PECVD在衬底上面沉积而得的

二氧化硅薄膜制备及检测

二氧化硅的化学性质 二氧化硅的化学性质不活泼，不与水反应，也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或碱反应生成盐。例如：高温 2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O CaO+SiO2===CaSiO3 二氧化硅的化学性质特点：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐。然而SiO2与其它的酸性氧化物相比却有一些特殊的性质。 （1）酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但SiO2却不能直接跟水化合。它所对应的水化物——硅酸，只能用相应的可溶性硅酸盐跟酸反应制得（硅酸不溶于水，是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱（2）酸性氧化物一般不跟酸作用，但SiO2却能跟氢氟酸起反应，生成气态的四氟化硅。SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O 普通玻璃、石英玻璃的主要成分是二氧化硅。因而可用氢氟酸来腐蚀玻璃。用氢氟酸在玻璃上雕花刻字，实验室里氢氟酸不能用含二氧化硅的玻璃、陶瓷、瓷器、陶器盛放，一般可用塑料瓶。 （3）SiO2与强碱溶液反应可生成水玻璃，它是一种矿物胶，常用作粘合剂。所以实验室盛放碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞，而用橡胶塞。 二氧化硅在IC中的用途 二氧化硅薄膜最重要的应用是作为杂质选择扩散的掩蔽膜，因此需要一定的厚度来阻挡杂质扩散到硅中。二氧化硅还有一个作用是对器件表面保护和钝化。二氧化硅薄膜还可作为某些器件的组成部分： （1）用作器件的电绝缘和隔离。 （2）用作电容器的介质材料。 （3）用作MOS晶体管的绝缘栅介质。 1 二氧化硅（SiO2）薄膜的制备 针对不同的用途和要求,很多SiO2薄膜的制备方法得到了发展与应用,主要有化学气相淀积，物理气相淀积，热氧化法，溶胶凝胶法和液相沉积法等。 1.1化学气相淀积（CVD） 1969年，科莱特（Collett）首次利用光化学反应淀积了Si3N4薄膜，从此开辟了光化 学气相淀积法在微电子方面的应用。 化学气相淀积是利用化学反应的方式，在反应室内，将反应物（通常是气体）生成固态生成物，并淀积在硅片表面是的一种薄膜淀积技术。因为它涉及化学反应，所以又称CVD （Chemical Vapour Deposition）。 CVD法又分为常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)和光化学气相沉积等。此外CVD法制备SiO2可用以下几种反应体系:SiH4-O2、SiH4-N2O、SiH2Cl2-N2O、Si(OC2H5)4等。各种不同的制备方法和不同的反应体系生长SiO2所要求的设备和工艺条件都不相同,且各自拥有不同的用途和优缺点。目前最常用的是等离子体增强化学气相沉积法。 1.1.1等离子体增强化学气相沉积法 这种技术利用辉光放电,在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体,这些离子在电场中被加速而获得能量,可在较低温度下实现SiO2薄膜的沉积。这种方法的特点是沉积温度可以降低,一般可从LPCVD中的700℃下降至200℃,且生长速率快,可准确控制沉积速率(约1nm樸s),生成的薄膜结构致密;缺点是真空度低,从而使薄膜中的杂质含量(Cl、O)较高,薄膜硬度低,沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重,并存在空洞等。

多晶硅薄膜的制备方法

多晶硅薄膜的制备方法 陈文辉 08级光伏材料专科班学号是081503060107 制备多晶硅薄膜的方法有很多种，其中化学气相沉积法(CVD)是制备多晶硅薄膜最广泛使用的方法。在这种方法中，气源，例如硅烷(SiH4)，可以在等离子体(PECVD)、催化作用(Hot-Wire CVD)等方法中有几种不同的可行性的分解过程。分解后的物质在经过一系列的气相反应后抵达衬底并沉积生长。在多数情况下，用氢气稀释后的气源来制备多晶硅薄膜，而用纯硅烷来制备非晶硅薄膜。然而，电子束蒸发法(EBE)也有着它独特的优点:相比气相沉积法使用气源，以固体硅材料作为原料的EBE可以有更高的原料利用率。此外，为了获得更高质量的多晶硅薄膜，还可以通过两步法(Two Steps Process)来制备多晶硅薄膜，即:先用CVD 或者电子束蒸发(EBE)法制得非晶硅薄膜，再经固相晶化法(SPC)或者快速热处理 法(RTP)等进一步制得多晶硅薄膜。 一、化学气相沉积法 1.等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法 等离子体增强化学气相沉积法(PEcvD)l61是化学气相沉积方法的一种，是在低压化学气相沉积的同时，利用辉光放电等离子体对过程施加影响，利用PECVD 技术可以在非硅衬底上制备晶粒较小的多晶硅薄膜。 在用等离子体增强化学气相沉积方法来制备多晶硅薄膜的过程中，目前都是通入SiH4和H2两者的混合气体作为气源，如若仅仅引入纯SiH4气体，PECVD 在衬底上面沉积而得的薄膜都是非晶硅薄膜。在多晶硅薄膜的沉积过程中，通过射频辉光放电法(Radio Frequency Glow Discharge)分解硅烷，在射频功率的作用下，硅烷气体被分解成多种新的粒子:原子、自由基团以及各种离子等等离子体。这些新的粒子通过迁移、脱氢等一系列复杂的过程后沉积于基板。总体来说多晶硅薄膜的沉积过程可以分为两个步骤:即SiH4气体的分解以及基团的沉积。而SiH4气体的分解又分为两个阶段:首先，在辉光放电下，高能电子与SiH4气体碰撞，使SiH4发生分解。反应中沉积过程的微观过程如图1所示。

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

多晶硅薄膜的制备方法

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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～，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

多晶硅薄膜的制备方法

多晶硅薄膜的制备方法 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600℃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100℃/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1℃/s)，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