低壓化學(xué)氣相沉積、固相晶化、準(zhǔn)分子激光晶化、快速熱退火、金屬誘導(dǎo)晶化、等離子體增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)氣相沉積等是目前用于制備多晶硅薄膜的幾種主要方法。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的薄膜制備技術(shù)論文，僅供參考!

　　薄膜制備技術(shù)論文篇一

　　高阻隔薄膜的制備技術(shù)

　　【摘 要】本文介紹了包裝領(lǐng)域中阻隔薄膜的幾種基本的制備技術(shù)，并對(duì)其技術(shù)原理和技術(shù)特點(diǎn)做了簡(jiǎn)要的概述，重點(diǎn)介紹普通包裝薄膜表面沉積納米SiOx作為阻隔材料的優(yōu)越性和制備方法。納米氧化硅薄膜制備包括：物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積兩種。物理氣相沉積技術(shù)較成熟，已廣泛用于當(dāng)今的眾多薄膜生產(chǎn)廠家;化學(xué)氣相沉積技術(shù)由于沉積速率慢，生產(chǎn)成本高，耗資大，限制了工業(yè)化應(yīng)用。本文還介紹了一種能夠克服上述限制因素的新技術(shù)，從而使薄膜的阻隔性能大大提高。

　　【關(guān)鍵詞】納米氧化硅薄膜 阻隔性能 物理氣相沉積 化學(xué)氣相沉積

　　引言

　　社會(huì)發(fā)展表現(xiàn)在不僅對(duì)普通包裝材料數(shù)量上的增加，對(duì)優(yōu)質(zhì)保質(zhì)保鮮包裝材料品種和質(zhì)量的需求也在日益增加。如在食品和醫(yī)藥包裝領(lǐng)域中，包裝材料的阻水阻氣要求越來越高。高阻隔包裝材料通常指對(duì)氣液滲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變質(zhì)，防止水或水蒸氣的滲透以免商品受潮霉變，防止香氣、香味和二氧化碳外逸，以免商品變味和變質(zhì)等。目前阻隔性包裝材料已經(jīng)成為包裝材料的發(fā)展趨勢(shì)，并廣泛用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，如電子顯示領(lǐng)域的OLED[1]。

　　1 阻隔材料的發(fā)展歷程及趨勢(shì)

　　阻隔包裝材料的發(fā)展歷程可分為三個(gè)階段：第一代包裝材料如PE、PP、PET、PVDC、PVC等。因其阻隔性達(dá)不到要求(見表1)，使用越來越少。采用高聚物(比如PEN)可以解決阻隔性和用金屬探測(cè)器檢查問題，但是成本太高，并且難于循環(huán)利用。采用復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，如三層復(fù)合膜PA/黏合劑/PE、五層復(fù)合膜LDPE/粘合劑/EVOH/黏合劑/LDPE等，阻隔性能大大提高，但工藝復(fù)雜、回收困難、污染環(huán)境和成本高，應(yīng)用也受到限制。第二代現(xiàn)代包裝材料采用蒸鍍鋁箔/薄膜鍍鋁作為阻隔層，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)空氣、水分阻隔性高。但鍍鋁薄膜存在的問題是不透明，不適宜用于微波加工，不能用金屬探測(cè)器檢查，消耗資源和能源量大，無法回收，造成環(huán)境污染等。20世紀(jì)80年代末，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)了對(duì)薄膜表面沉積納米SiOx阻隔層的第三代現(xiàn)代包裝材料研究[4]。新一代阻隔膜的技術(shù)表現(xiàn)出阻隔性高、 節(jié)省資源、成本低等優(yōu)點(diǎn)。如沉積二氧化硅的PET用于啤酒、果汁等軟飲料的包裝中，對(duì)氧氣、二氧化碳、水氣和風(fēng)味等的阻隔性良好，滿足了其所需的包裝要求。但是采用二氧化硅涂層的PET表面薄膜略帶顏色，特別是柔韌性不好，與其它薄膜復(fù)合時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，這影響其應(yīng)用范圍。

　　高阻隔薄膜發(fā)展除了滿足包裝材料的基本的要求外，其綠色環(huán)保、節(jié)省能源、可回收利用等也是現(xiàn)代包裝材料的基本要求。其發(fā)展趨勢(shì)包括如下兩點(diǎn)[5]。

　　(1)新型高阻隔性能的塑料研制開發(fā)，如PVDC、EVOH等。日本可樂麗公司開發(fā)出一種新型復(fù)合膜為基材，以O(shè)PP復(fù)合一種特殊的乙烯-乙烯醇共聚物。具有EVAL和OPP兩者的性能，包括透氣性好、透明度高、加工容易、焚化時(shí)不產(chǎn)生有害氣體。美國(guó)SuperexPolymer公司成功地開發(fā)了一種多層復(fù)合的食品包裝材料-液晶聚合物(LCP)。其阻隔性能比EVOH高出8倍，而生產(chǎn)成本卻比EVOH低至少20%。

　　(2)是對(duì)現(xiàn)有的塑料包裝材料進(jìn)行改性。用噴涂金屬氧化物的方法為塑料薄膜提供了高阻隔的特性。如將高純度SiO2噴涂到塑料薄膜表面，沉積厚度為80nm-100nm。這種材料就具有接近玻璃的阻隔性，而且透明、耐蒸煮、隔氧性能比聚酯膜高120倍，隔水性高45倍。

　　采用納米SiOx作為阻隔層是高阻隔包裝的發(fā)展趨勢(shì)。日本、美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開發(fā)了系列SiOx復(fù)合薄膜產(chǎn)品包裝，取代了鋁塑復(fù)合包裝材料，獲得了滿意的包裝有效期和消費(fèi)者的好評(píng) [2]。專家預(yù)測(cè)，未來10年，氧化硅(SiOx)涂塑包裝材料將成為新一代阻隔包裝材料[3]。目前高阻隔材料制備主要是對(duì)聚酯薄膜表面進(jìn)行氧化硅改性，即采用不同技術(shù)在其表面涂覆一層無機(jī)氧化硅材料，所用的涂覆技術(shù)主要有：物理方法，如電子束蒸鍍、磁控濺射沉積、熱蒸發(fā)和Sol-gol法，和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)。在等離子體化學(xué)氣相沉積時(shí)，采用不同的等離子體源，對(duì)薄膜的性能影響很大，特別是對(duì)薄膜的透明性有很大影響。

　　2 氧化硅薄膜的制備技術(shù)概述

　　2.1 物理氣相沉積

　　物理氣相沉積法可分為蒸鍍法、濺射法和涂敷法。其中電阻式蒸發(fā)源以電阻絲加熱，溫度可達(dá)1700℃，蒸發(fā)氧化硅;電子槍蒸發(fā)，是通過電子束高能量，達(dá)20kW/cm2，溫度更可達(dá)3000℃-6000℃把氧化硅加熱;氧化硅物理氣相沉積原材料通常以SiO或SiO2，或SiO和SiO2以一定的比例混合作為。

　　而濺射法制備氧化硅，是采用磁控濺射技術(shù)把氧化硅靶濺射起來，再進(jìn)行沉積。磁控濺射就是通過離子轟擊靶材后，產(chǎn)生的濺射粒子沉積在基材表面的工藝過程。與蒸發(fā)法相比，此鍍膜層與基材的結(jié)合力強(qiáng)，鍍膜層致密、均勻、沉積溫度低、靶材不受限制、鍍膜質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。還有其它優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、控制容易。在濺射鍍膜過程中，只要保持工作氣壓和濺射功率恒定，基本上可獲得穩(wěn)定的沉積速率，沉積速率相對(duì)較低是此技術(shù)的最大缺點(diǎn)。磁控濺射的一個(gè)重要發(fā)展方向是反應(yīng)磁控濺射，產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代前。反應(yīng)磁控濺射存在的問題主要是靶中毒引起的打火和濺射過程不穩(wěn)定，膜的缺陷密度較高，這些都限制了它的應(yīng)用發(fā)展?？傮w來講，目前物理氣相沉積技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為較成熟的鍍膜工藝，廣泛用于各類材料的制備工藝中。

　　2.2 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積

　　等離子體化學(xué)氣相沉積機(jī)理為：構(gòu)成有機(jī)化合物的許多鍵能為幾個(gè)電子伏特(某些分子的鍵能見表2)。其結(jié)合能的大小與等離子體中的電子、光子、離子的能量相接近。

　　因此，當(dāng)?shù)入x子體中的電子、離子或載能基團(tuán)達(dá)到介質(zhì)表面時(shí)，可以輕易地把這些鏈打開，產(chǎn)生自由基和反應(yīng)基團(tuán)，有利于材料表面改性。用這種方法制備的聚合膜表現(xiàn)出具有特殊的化學(xué)物理性能。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積氧化硅正是基于這個(gè)原理。采用有機(jī)硅化合物作為單體，用等離子體手段先進(jìn)行離解，然后在基材表面聚合沉積，是一種新的SiOx薄膜制備手段，大大拓展了等離子體應(yīng)用的領(lǐng)域。根據(jù)放電方式的不同主要分為中頻聚合、RF聚合、微波聚合等。 　　潘寧放電等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PDPs)，是較好地可以制備氧化硅薄膜的方法之一。與其他沉積方法相比，其優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

　　(1)表面沉積的均勻性。利用霍爾效應(yīng)控制原理，交叉垂直的磁場(chǎng)和電場(chǎng)結(jié)構(gòu)將高密度均勻等離子體約束在上、下兩電極之間，保證了在寬基材上均勻沉積氧化硅薄膜的。

　　(2)低溫、低壓沉積過程。在低壓下(100mTorr)不但產(chǎn)生低的離子溫度和中性粒子溫度，而且也產(chǎn)生高的電子溫度，有利于各種粒子和激發(fā)粒子的沉積。在低溫低壓下沉積結(jié)果是在較低的基材溫度下產(chǎn)生高速率高質(zhì)量的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積薄膜。

　　(3)高沉積速率。在霍爾電流的兩電極之間空隙的中心是一個(gè)被稱為虛陰極的空間。當(dāng)電子在霍爾電流中形成時(shí)，加速飛進(jìn)中心空隙區(qū)域。霍爾約束電流和中心離子流結(jié)合在兩電極之間產(chǎn)生致密等離子體，這種致密的帶電離子密度可達(dá)1012/cm3。

　　結(jié)語

　　納米SiOx高阻隔包裝薄膜具有明顯的優(yōu)異性能，逐漸成為新一代的包裝阻隔材料。SiOx薄膜的制備方法主要包括物理蒸鍍和化學(xué)氣相沉積，目前磁控濺射技術(shù)已在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。同時(shí)潘寧放電等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積技術(shù)由于沉積速率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、沉積氧化硅層阻隔性高與基材結(jié)合力好等優(yōu)勢(shì)將成為氧化硅阻隔薄膜的發(fā)展趨勢(shì)。隨著涂覆技術(shù)的發(fā)展，SiOx薄膜在阻隔包裝領(lǐng)域?qū)⒂懈鼮閺V泛的應(yīng)用，而PDPs將為氧化硅涂覆薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

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　　薄膜制備技術(shù)論文篇二

　　多晶硅薄膜的制備方法

　　摘要：低壓化學(xué)氣相沉積、固相晶化、準(zhǔn)分子激光晶化、快速熱退火、金屬誘導(dǎo)晶化、等離子體增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)氣相沉積等是目前用于制備多晶硅薄膜的幾種主要方法。它們具有各自不同的制備原理、晶化機(jī)理、及其優(yōu)缺點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：氫化非晶硅 多晶硅 晶化

　　The preparation methods of polycrystalline silicon film

　　Abstract: At present，The preparation methods of polycrystalline silicon film，including Low pressure Chemical Vapor Deposition、Solide Phase Crystallization、Excimer Laser Annealing、 Rapid Thermal Annealing、Metal Induced Crystallization、plasma enhanced chemical vapor deposition，are bEing developed. we review typical preparation methods of polycrystalline silicon film、Crystallization Mechanism、thEIr Advantage and Disadvantage.

　　Keywords: a-Si:H,Polycrystalline silicon, Crystallization

　　1 前言

　　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：

　　2 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<110>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。

　　3 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)初始材料越無序，固相晶化過程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在結(jié)晶過程中晶核的形成是自發(fā)的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是隨機(jī)的。相鄰晶粒晶面取向不同將形成較高的勢(shì)壘，需要進(jìn)行氫化處理來提高SPC多晶硅的性能。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能制備大面積的薄膜, 晶粒尺寸大于直接沉積的多晶硅。可進(jìn)行原位摻雜，成本低，工藝簡(jiǎn)單，易于形成生產(chǎn)線。由于SPC是在非晶硅熔融溫度下結(jié)晶，屬于高溫晶化過程，溫度高于600℃，通常需要1100 ℃左右，退火時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10個(gè)小時(shí)以上，不適用于玻璃基底，基底材料采用石英或單晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光閥、攝像機(jī)取景器等。

　　4 準(zhǔn)分子激光晶化(ELA)

　　激光晶化相對(duì)于固相晶化制備多晶硅來說更為理想，其利用瞬間激光脈沖產(chǎn)生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，僅在薄膜表層100nm厚的深度產(chǎn)生熱能效應(yīng)，使a-Si薄膜在瞬間達(dá)到1000℃左右，從而實(shí)現(xiàn)a-Si向p-Si的轉(zhuǎn)變。在此過程中，激光脈沖的瞬間(15～50ns )能量被a-Si薄膜吸收并轉(zhuǎn)化為相變能，因此，不會(huì)有過多的熱能傳導(dǎo)到薄膜襯底，合理選擇激光的波長(zhǎng)和功率，使用激光加熱就能夠使a-Si薄膜達(dá)到熔化的溫度且保證基片的溫度低于450℃，可以采用玻璃基板作為襯底，既實(shí)現(xiàn)了p-Si薄膜的制備，又能滿足LCD及OEL對(duì)透明襯底的要求。其主要優(yōu)點(diǎn)為脈沖寬度短(15～50ns )，襯底發(fā)熱小。通過選擇還可獲得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合體。準(zhǔn)分子激光退火晶化的機(jī)理：激光輻射到a-Si的表面，使其表面在溫度到達(dá)熔點(diǎn)時(shí)即達(dá)到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光輻射下吸收能量，激發(fā)了不平衡的電子-空穴對(duì)，增加了自由電子的導(dǎo)電能量，熱電子-空穴對(duì)在熱化時(shí)間內(nèi)用無輻射復(fù)合的途徑將自己的能量傳給晶格，導(dǎo)致近表層極其迅速的升溫，由于非晶硅材料具有大量的隙態(tài)和深能級(jí)，無輻射躍遷是主要的復(fù)合過程，因而具有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，若激光的能量密度達(dá)到域值能量密度Ec時(shí)，即半導(dǎo)體加熱至熔點(diǎn)溫度，薄膜的表面會(huì)熔化，熔化的前沿會(huì)以約10m/s的速度深入材料內(nèi)部，經(jīng)過激光照射，薄膜形成一定深度的融層，停止照射后，融層開始以108-1010K/s的速度冷卻，而固相和液相之間的界面將以1-2m/s的速度回到表面，冷卻之后薄膜晶化為多晶，隨著激光能量密度的增大，晶粒的尺寸增大，當(dāng)非晶薄膜完全熔化時(shí)，薄膜晶化為微晶或多晶，若激光能量密度小于域值能量密度Ec，即所吸收的能量不足以使表面溫度升至熔點(diǎn),則薄膜不發(fā)生晶化。一般情況下,能量密度增大，晶粒增大，薄膜的遷移率相應(yīng)增大，當(dāng)Si膜接近全部熔化時(shí)，晶粒最大。但能量受激光器的限制，不能無限增大，太大的能量密度反而令遷移率下降。激光波長(zhǎng)對(duì)晶化效果影響也很大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，激光能量注入Si膜越深，晶化效果越好。 ELA法制備的多晶硅薄膜晶粒大、空間選擇性好，摻雜效率高、晶內(nèi)缺陷少、電學(xué)特性好、遷移率高達(dá)到400cm2/v.s，是目前綜合性能最好的低溫多晶硅薄膜。工藝成熟度高，已有大型的生產(chǎn)線設(shè)備，但它也有自身的缺點(diǎn)，晶粒尺寸對(duì)激光功率敏感，大面積均勻性較差。重復(fù)性差、設(shè)備成本高，維護(hù)復(fù)雜。

　　5 快速熱退火(RTA)

　　一般而言，快速退火處理過程包含三個(gè)階段：升溫階段、穩(wěn)定階段和冷卻階段。當(dāng)退火爐的電源一打開，溫度就隨著時(shí)間而上升，這一階段稱為升溫階段。單位時(shí)間內(nèi)溫度的變化量是很容易控制的。在升溫過程結(jié)束后，溫度就處于一個(gè)穩(wěn)定階段。最后，當(dāng)退火爐的電源關(guān)掉后，溫度就隨著時(shí)間而降低，這一階段稱為冷卻階段。用含氫非晶硅作為初始材料，進(jìn)行退火處理。平衡溫度控制在600℃以上，納米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的納米硅晶粒的大小隨著退火過程中的升溫快慢而變化。在升溫過程中，若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量較大時(shí)(如100℃/s)，則所形成納米硅晶粒較小(1.6～15nm);若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量較小(如1℃/s)，則納米硅粒較大(23～46nm)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明：延長(zhǎng)退火時(shí)間和提高退火溫度并不能改變所形成的納米硅晶粒的大小;而在退火時(shí)，溫度上升快慢直接影響著所形成的納米硅晶粒大小。為了弄清楚升溫量變化快慢對(duì)所形成的納米硅大小晶粒的影響，采用晶體生長(zhǎng)中成核理論。在晶體生長(zhǎng)中需要兩步：第一步是成核，第二步是生長(zhǎng)。也就是說。在第一步中需要足夠量的生長(zhǎng)仔晶。結(jié)果顯示：升溫快慢影響所形成的仔晶密度.若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量大,則產(chǎn)生的仔晶密度大;反之,若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量小，則產(chǎn)生的仔晶密度小。RTA退火時(shí)升高退火溫度或延長(zhǎng)退火時(shí)間并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一種從非晶硅中分形生長(zhǎng)出納米硅的生長(zhǎng)機(jī)理：分形生長(zhǎng)。從下到上，只要溫度不太高以致相鄰的納米硅島不熔化，那么即使提高退火溫度或延長(zhǎng)退火時(shí)間都不能完全消除其中的非晶部分。 RTA退火法制備的多晶硅晶粒尺寸小，晶體內(nèi)部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且屬于高溫退火方法，不適合于以玻璃為襯底制備多晶硅。

　　6 等離子體增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)氣相沉積(PECVD)

　　等離子體增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)氣相沉積(PECVD)法是利用輝光放電的電子來激活化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的。起初，氣體由于受到紫外線等高能宇宙射線的輻射，總不可避免的有輕微的電離，存在著少量的電子。在充有稀薄氣體的反應(yīng)容器中引進(jìn)激發(fā)源(例如，直流高壓、射頻、脈沖電源等)，電子在電場(chǎng)的加速作用下獲得能量，當(dāng)它和氣體中的中性粒子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，就有可能使之產(chǎn)生二次電子，如此反復(fù)的進(jìn)行碰撞及電離，結(jié)果將產(chǎn)生大量的離子和電子。由于其中正負(fù)粒子數(shù)目相等。故稱為等離子體，并以發(fā)光的形式釋放出多余的能量，即形成“輝光”。在等離子體中，由于電子和離子的質(zhì)量相差懸殊，二者通過碰撞交換能量的過程比較緩慢，所以在等離子體內(nèi)部各種帶電粒子各自達(dá)到其熱力學(xué)平衡狀態(tài)，于是在這樣的等離子體中將沒有統(tǒng)一的溫度，就只有所謂的電子溫度和離子溫度。此時(shí)電子的溫度可達(dá)104℃，而分子、原子、離子的溫度卻只有25～300℃。所以，從宏觀上來看，這種等離子的溫度不高，但其內(nèi)部電子卻處于高能狀態(tài)，具有較高的化學(xué)活性。若受激發(fā)的能量超過化學(xué)反應(yīng)所需要的熱能激活，這時(shí)受激發(fā)的電子能量(1～10eV)足以打開分子鍵，導(dǎo)致具有化學(xué)活性的物質(zhì)產(chǎn)生。因此，原來需要高溫下才能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，通過放電等離子體的作用，在較低溫度下甚至在常溫下也能夠發(fā)生。

　　PECVD法沉積薄膜的過程可以概括為三個(gè)階段：

　　1.SiH4分解產(chǎn)生活性粒子Si、H、SiH2 和SiH3等;

　　2.活性粒子在襯底表面的吸附和擴(kuò)散;

　　3.在襯底上被吸附的活性分子在表面上發(fā)生反應(yīng)生成Poly-Si層，并放出H2;

　　研究表面，在等離子體輔助沉積過程中，離子、荷電集團(tuán)對(duì)沉積表面的轟擊作用是影響結(jié)晶質(zhì)量的重要因素之一。克服這種影響是通過外加偏壓抑制或增強(qiáng)。對(duì)于采用PECVD技術(shù)制備多晶體硅薄膜的晶化過程,目前有兩種主要的觀點(diǎn).一種認(rèn)為是活性粒子先吸附到襯底表面,再發(fā)生各種遷移、反應(yīng)、解離等表面過程,從而形成晶相結(jié)構(gòu),因此,襯底的表面狀態(tài)對(duì)薄膜的晶化起到非常重要的作用.另一種認(rèn)為是空間氣相反應(yīng)對(duì)薄膜的低溫晶化起到更為重要的作用,即具有晶相結(jié)構(gòu)的顆粒首先在空間等離子體區(qū)形成,而后再擴(kuò)散到襯底表面長(zhǎng)大成多晶膜。對(duì)于SiH4:H2氣體系統(tǒng),有研究表明,在高氫摻雜的條件下,當(dāng)用RF PECVD的方法沉積多晶硅薄膜時(shí),必須采用襯底加熱到600℃以上的辦法,才能促進(jìn)最初成長(zhǎng)階段晶核的形成。而當(dāng)襯底溫度小于300℃時(shí),只能形成氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜。以SiH4:H2為氣源沉積多晶硅溫度較高，一般高于600℃，屬于高溫工藝，不適用于玻璃基底。目前有報(bào)道用SiC14:H2或者SiF4:H2為氣源沉積多晶硅，溫度較低，在300℃左右即可獲得多晶硅，但用CVD法制備得多晶硅晶粒尺寸小，一般不超過50nm，晶內(nèi)缺陷多，晶界多。

　　7 金屬橫向誘導(dǎo)法(MILC)

　　20世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)a-Si中加入一些金屬如Al，Cu，Au，Ag，Ni等沉積在a-Si∶H上或離子注入到a-Si∶H薄膜的內(nèi)部，能夠降低a-Si向p-Si轉(zhuǎn)變的相變能量，之后對(duì)Ni/a-Si:H進(jìn)行退火處理以使a-Si薄膜晶化，晶化溫度可低于500℃。但由于存在金屬污染未能在TFT中 應(yīng)用。隨后發(fā)現(xiàn)Ni橫向誘導(dǎo)晶化可以避免孿晶產(chǎn)生，鎳硅化合物的晶格常數(shù)與單晶硅相近、低互溶性和適當(dāng)?shù)南嘧兡芰?，使用鎳金屬誘導(dǎo)a-Si薄膜的方法得到了橫向結(jié)晶的多晶硅薄膜。橫向結(jié)晶的多晶硅薄膜的表面平滑，具有長(zhǎng)晶粒和連續(xù)晶界的特征，晶界勢(shì)壘高度低于SPC多晶硅的晶界勢(shì)壘高度，因此，MILC TFT具有優(yōu)良的性能而且不必要進(jìn)行氫化處理。利用金屬如鎳等在非晶硅薄膜表面形成誘導(dǎo)層，金屬Ni與a-Si在界面處形成NiSi2的硅化物，利用硅化物釋放的潛熱及界面處因晶格失錯(cuò)而提供的晶格位置，a-Si原子在界面處重結(jié)晶，形成多晶硅晶粒，NiSi2層破壞，Ni原子逐漸向a-Si層的底層遷移，再形成NiSi2硅化物，如此反復(fù)直a-Si層基本上全部晶化，其誘導(dǎo)溫度一般在500℃，持續(xù)時(shí)間在1O小時(shí)左右，退火時(shí)間與薄膜厚度有關(guān)。

　　金屬誘導(dǎo)非晶硅晶化法制備多晶硅薄膜具有均勻性高、成本低、相連金屬掩蔽區(qū)以外的非晶硅也可以被晶化、生長(zhǎng)溫度在500℃。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且隨著熱處理時(shí)間的增長(zhǎng)速率會(huì)降低。我們采用MILC和光脈沖輻射相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了a-Si薄膜在低溫 環(huán)境下快速橫向晶化。得到高遷移率、低金屬污染的多晶硅帶。

　　8 結(jié)束語

　　除了上述幾種制備多晶硅薄膜的主要方法外，還有超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV/CVD )、 電子束蒸發(fā)等。用UHV/CVD生長(zhǎng)多晶硅，當(dāng)生長(zhǎng)溫度低于550℃時(shí)能生成高質(zhì)量細(xì)顆粒多晶硅薄膜，不用再結(jié)晶處理，這是傳統(tǒng)CVD做不到的，因此該法很適用于低溫多晶硅薄膜晶體管制備。另外，日立公司研究指出，多晶硅還可用電子束蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)，溫度低于530℃。因此，我們相信隨著上述幾種多晶硅制備方法的日益成熟和新的制備方法的出現(xiàn)，多晶硅技術(shù)的 發(fā)展必將跨上一個(gè)新的臺(tái)階，從而推動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

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