非晶硅薄膜的低温快速晶化及其结构分析

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1、第!"卷第’期&##&年’月物理学报HIB-!"，GI-’，AJK+B，&##&"###@%&)#;&##&;!（"#’）;#/$%@#’A6DA5=E4F6A4FGF6A"&##&6L+,-5LM7-4I:-"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""非晶硅薄膜的低温快速晶化及其结构分析!林揆训林璇英梁厚蕴池凌飞余楚迎黄创君（汕头大学物理系，汕头!"!#$%）（&##"年’月(日收到；&##"年)月&)日收到修改稿）在镀铝的廉价玻璃衬底上高速沉积的非晶硅薄膜在不同的温度下退火"#*+,-退火温

2、度为!##.时，薄膜表面形成了硅铝的混合相，非晶硅薄膜开始呈现了晶化现象；退火温度为!!#.时，大部分（约/#0）的非晶硅晶化为多晶硅，平均晶粒尺寸为!##,*；退火温度为$##.时，几乎所有的非晶硅都转化为多晶硅，其平均晶粒尺寸约为"1!!*-关键词：固相晶化，多晶硅薄膜，非晶硅薄膜!"##：$’(#2，$/&&，/"%#会明显的加快晶化的进程，缩短晶化时间-但通常［"!，"$］"1引言都不短于%#*+,-本文报道了在蒸镀了一层铝膜的廉价玻璃衬底与非晶硅薄膜比较，多晶硅薄膜具有较高的电上高速生长的非晶硅薄膜，分别在!##，!!#和$##迁移率和稳定的光电性能，是制备微电子集

3、成电路、.温度下退火"#*+,，当退火温度为$##.时，几乎彩色电视和计算机终端等大面积平面显示的驱动电完全晶化为多晶硅薄膜-在这么低的退火温度和这［"，&］路以及薄膜太阳能电池的优质材料-用高氢稀释么短的退火时间内薄膜的组分结构、形貌结构、晶粒的硅烷射频辉光放电等离子体化学气相沉积工艺可大小和晶化率就成为普遍关注的问题，也是本文所以制备多晶硅薄膜，但沉积速率太低，不适用于规要分析和讨论的重点-模性生产-对非晶硅薄膜进行激光照射或热退火等后处理工艺是制备多晶硅薄膜的重要方法-激光照&1非晶硅薄膜及其固相晶化实验射所制备的多晶硅薄膜具有低的缺隙态密度-但是，由于激光束的束斑小，

4、难于制备大面积的多晶硅在电容式等离子体化学气相沉积装置上，采用［%—$］8"薄膜；热退火固相晶化（456）所制备的多晶硅纯硅烷射频辉光放电，以",*7的速率分别在玻璃薄膜均匀性好，具有比较光滑的表面结构，可以做衬底和覆盖了铝膜的玻璃衬底上沉积了不同厚度的成大面积-但退火温度比较高，通常在$##—非晶硅薄膜-沉积薄膜的工艺参量为，反应室中硅烷［(—"#］%(##.，退火时间为几个至几十小时，对衬底性气体的压强和流量分别为!#59和%#:*;*+,，射频8&能的要求和制膜的成本都比较高-因此，降低退火（"%1!$<=>）放电的功率流通量为"##*?·:*，衬温度、缩短退火时间是低

5、成本地制备优质多晶硅薄底温度为&!#.-膜厚分别为#1/，"1!和%，由控!*膜的关键性问题-制沉积时间来调节-铝膜用热蒸发法制备，厚度分别由于金属与硅的界面具有低的共熔点温度，例为#1!，#1/和"1&由此组成了)种不同厚度组合!*-如硅铝合金的共熔点为!!(.，或在界面处形成亚结构的9@4+;AB;玻璃样品和%种9@4+;玻璃样品-稳态的金属硅化物，从而可以大幅度地降低非晶硅所制备的样品分别置于管式加热炉的石英管［""—"’］!薄膜的固相晶化温度-据文献报道，硅铝界面中，在"1!C"1#"%&!C"#59压强的氮气氛保护下分在"!#—&##.就出现了固相晶化现象-温度的上

6、升别在!##，!!#和$##.温度下退火"#*+,-为有效地!国家重点基础研究发展规划项目（批准号：3&####&/&#/）资助的课题-6<>物理学报*!卷控制退火时间，先使加热炉中的石英管加热到所需的/射线衍射谱中铝的晶相峰为何如此微弱，仍有的退火温度，再把样品推进石英管中退火!"#$%待对样品作进一步的剖面测试和分析.后，把石英管拉出加热炉外，并加大氮气压强到&’*!("!)&*’!"+,，使样品迅速降温到!""-以下.)(薄膜的组分与形貌结构分析用/射线衍射仪，喇曼谱仪和扫描电子显微镜分别测试了样品的/射线衍射谱，喇曼谱和表面形貌图以分析薄膜的组分结构和形貌结构.测试和

7、分析研究表明，!）经过热退火以后所有,01$2342玻璃样品的组分结构和形貌结构都发生了变化，而所有,01$2玻璃样品则未见有所变化.显然，在这么低的退火温度和这么短的退火时间内，非晶硅薄膜的组分结构、形貌结构的变化都是在铝的诱导下发生的.&）在相同的退火温度下，不同厚度组合结构的,01$2342玻璃样品薄膜结构的变化未见所有不同，下文分析,01$2342玻璃样品薄膜结构随退火温度的变化.!"#"/射线衍射谱通过/射线衍射谱可以分析非晶态薄膜的固［!5，!6］图!/射线衍射谱（,）为相应于纯的34粉；（