第十章多晶硅薄膜

1、第第 十章十章 多晶硅薄膜多晶硅薄膜 多晶硅薄膜材料：指在玻璃、陶瓷、廉價(jià)硅等低成本襯底多晶硅薄膜材料：指在玻璃、陶瓷、廉價(jià)硅等低成本襯底上，通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，制備成一定厚度的多晶硅上，通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，制備成一定厚度的多晶硅薄膜。薄膜。 根據(jù)多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可稱為根據(jù)多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可稱為微晶硅微晶硅薄膜薄膜（uc-Si，其晶粒大小在，其晶粒大小在10-30nm左右）或左右）或納米硅納米硅（nc-Si,其晶粒在其晶粒在10nm左右）薄膜。左右）薄膜。 多晶硅薄膜主要分為兩類：一類是晶粒較大，完全由多晶硅薄膜主要分為兩類：一類是晶粒較大，完全由多

2、晶多晶硅顆粒組成硅顆粒組成；另一類是由；另一類是由部分晶化部分晶化、晶粒細(xì)小的多晶硅鑲晶粒細(xì)小的多晶硅鑲嵌在非晶硅中組成嵌在非晶硅中組成。第第 十章十章 多晶硅薄膜多晶硅薄膜 多晶硅薄膜主要有兩種制備途徑：多晶硅薄膜主要有兩種制備途徑：1）通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，在一定的襯底材料上直接制）通過化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，在一定的襯底材料上直接制備；備；2）首先制備非晶硅薄膜，然后通過固相晶化、激光晶化和）首先制備非晶硅薄膜，然后通過固相晶化、激光晶化和快速熱處理晶化等技術(shù)，將非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜?？焖贌崽幚砭Щ燃夹g(shù)，將非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。第第 十章十章 多晶硅薄膜多晶硅薄膜 10.1

3、多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì) 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì) 10.1.1 多晶硅薄膜的特點(diǎn)多晶硅薄膜的特點(diǎn) 10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù) 10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷多晶硅薄膜的晶界和缺陷 10.1.4多晶硅薄膜的雜質(zhì)多晶硅薄膜的雜質(zhì)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì) 1）晶粒尺寸一般為幾百納米到幾十微米）晶粒尺寸一般為幾百納米到幾十微米 2）具有晶體硅的性質(zhì)）具有晶體硅的性質(zhì) 3）具有非晶硅

4、薄膜的低成本、制備簡單和可以大面積制）具有非晶硅薄膜的低成本、制備簡單和可以大面積制備的優(yōu)點(diǎn)備的優(yōu)點(diǎn) 4）大晶粒的多晶硅薄膜具有與單晶硅相似的高遷移率，）大晶粒的多晶硅薄膜具有與單晶硅相似的高遷移率，可以做成大面積、具有快響應(yīng)的場效應(yīng)薄膜晶體管、傳感可以做成大面積、具有快響應(yīng)的場效應(yīng)薄膜晶體管、傳感器等光電器件，在大陣列液晶顯示領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。器等光電器件，在大陣列液晶顯示領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。 5）對長波長光線具有高敏性，而且對可見光有很高的吸）對長波長光線具有高敏性，而且對可見光有很高的吸收系數(shù)。收系數(shù)。10.1.1 多晶硅薄膜的特點(diǎn)多晶硅薄膜的特點(diǎn)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本

5、性質(zhì)10.1.1 多晶硅薄膜的特點(diǎn)多晶硅薄膜的特點(diǎn)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù) 真空蒸發(fā)、濺射、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積、液相外延真空蒸發(fā)、濺射、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積、液相外延和分子束外延等。和分子束外延等。 液相外延液相外延 化學(xué)氣相沉積技術(shù)化學(xué)氣相沉積技術(shù)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì) 液相外延液相外延: 將襯底浸入低溶點(diǎn)的硅的金屬合金熔體中，通將襯底浸入低溶點(diǎn)的硅的金屬合金熔體中，通過降低溫度使硅在合金中處于過飽和狀態(tài)，然后作為第二過降低溫度使硅在合金中處于過飽和狀態(tài)，然后作為第二相析出在

6、襯底上，形成多晶硅薄膜。相析出在襯底上，形成多晶硅薄膜。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 晶體質(zhì)量好；缺陷少；晶界的復(fù)合能力低；少數(shù)載流子的晶體質(zhì)量好；缺陷少；晶界的復(fù)合能力低；少數(shù)載流子的遷移率僅次于晶體硅；應(yīng)用在高效率的薄膜太陽電池。遷移率僅次于晶體硅；應(yīng)用在高效率的薄膜太陽電池。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 生長速率慢；生產(chǎn)速率效低，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)生長速率慢；生產(chǎn)速率效低，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì) 化學(xué)氣相沉積技術(shù)化學(xué)氣相沉積技術(shù) 利用利用SiH4、SiH2Cl2 、 SiHCl3等和等和H2的混合氣體，在各種的混合氣

7、體，在各種氣相條件下分解，然后在加熱（氣相條件下分解，然后在加熱（300-1200oC)的襯底上沉的襯底上沉積多晶硅薄膜。積多晶硅薄膜。 根據(jù)化學(xué)氣相沉積條件的不同，可分為以下幾種：根據(jù)化學(xué)氣相沉積條件的不同，可分為以下幾種： 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 低壓化學(xué)氣相沉積低壓化學(xué)氣相沉積 常壓化學(xué)氣相沉積常壓化學(xué)氣相沉積 熱絲化學(xué)氣相沉積熱絲化學(xué)氣相沉積10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù) 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜主要有兩個(gè)途徑：化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄

8、膜主要有兩個(gè)途徑： 1）是與制備非晶硅薄膜一樣，利用加熱、等離子體、光）是與制備非晶硅薄膜一樣，利用加熱、等離子體、光輻射等能源，通過硅烷或其它氣體的分解，在不同的襯底輻射等能源，通過硅烷或其它氣體的分解，在不同的襯底上一步工藝直接沉積多晶硅薄膜；上一步工藝直接沉積多晶硅薄膜； 2）是利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)首先制備非晶硅薄膜，然后）是利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)首先制備非晶硅薄膜，然后利用其亞穩(wěn)的特性，通過不同的熱處理技術(shù)，將非晶硅晶利用其亞穩(wěn)的特性，通過不同的熱處理技術(shù)，將非晶硅晶化成多晶硅薄膜。化成多晶硅薄膜。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅

9、薄膜的制備技術(shù)10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù) 化學(xué)氣相沉積技術(shù)直接制備多晶硅薄膜時(shí)，可以分為化學(xué)氣相沉積技術(shù)直接制備多晶硅薄膜時(shí)，可以分為高溫高溫工藝工藝（襯底溫度高于（襯底溫度高于600oC）和）和低溫工藝低溫工藝（襯底溫度低于（襯底溫度低于600oC），這主要由襯底材料的玻璃化溫度決定。），這主要由襯底材料的玻璃化溫度決定。 注意：在注意：在600oC以上沉積時(shí)，硅中的氫很容易外擴(kuò)散，導(dǎo)以上沉積時(shí)，硅中的氫很容易外擴(kuò)散，導(dǎo)致硅薄膜中的懸掛鍵增多，因此，致硅薄膜中的懸掛鍵增多，因此，高溫工藝制備的多晶硅高溫工藝制備的多

10、晶硅薄膜常還需要第二次低溫處理薄膜常還需要第二次低溫處理。這樣。這樣只含有多晶硅晶粒只含有多晶硅晶粒，沒有非晶硅相，而且相對尺寸較大，沒有非晶硅相，而且相對尺寸較大，約大小約大小100nm. 在在低溫制備的多晶硅薄膜低溫制備的多晶硅薄膜中，含有一定量的中，含有一定量的非晶硅非晶硅，而且，而且晶粒的尺寸較小，晶粒的尺寸較小，約為約為20-30nm左右，通常又稱為左右，通常又稱為微晶硅微晶硅。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù) 一般認(rèn)為，利用高溫工藝可以使硅原子很好的結(jié)晶，通常一般認(rèn)為，利用高溫工藝可以使硅原子很好的結(jié)晶，通常襯

11、底溫度越高，多晶硅薄膜的質(zhì)量越好。襯底溫度越高，多晶硅薄膜的質(zhì)量越好。 但是，高溫對襯底材料提出了高的要求：但是，高溫對襯底材料提出了高的要求： 1）要求襯底材料）要求襯底材料有高的玻璃化溫度有高的玻璃化溫度； 2）要求襯底材料）要求襯底材料在高溫時(shí)與硅材料有好的晶格匹配在高溫時(shí)與硅材料有好的晶格匹配； 3）要求襯底材料）要求襯底材料相對高純相對高純，在高溫時(shí)不能向，在高溫時(shí)不能向多晶硅薄膜多晶硅薄膜擴(kuò)散雜質(zhì)擴(kuò)散雜質(zhì)。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.2 多晶硅薄膜的制備技術(shù)多晶硅薄膜的制備技術(shù) 為了防止在高溫工藝中雜質(zhì)自襯底向硅薄膜中擴(kuò)散，目前為了防止在高溫工藝中雜

12、質(zhì)自襯底向硅薄膜中擴(kuò)散，目前一般采用一般采用“緩沖層緩沖層”技術(shù)。技術(shù)。 高溫工藝制備多晶硅薄膜的生長速率很高。一般認(rèn)為，隨高溫工藝制備多晶硅薄膜的生長速率很高。一般認(rèn)為，隨著襯底溫度的升高，沉積速率增加。著襯底溫度的升高，沉積速率增加。 薄膜的厚度一般為薄膜的厚度一般為20-50um.需要襯底材料。需要襯底材料。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷多晶硅薄膜的晶界和缺陷 多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷等。多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷等。 由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒組成，因此由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒組成，因此晶界晶界

13、的面積的面積較大，是多晶硅的主要缺陷。較大，是多晶硅的主要缺陷。 在制備過程中，由于在制備過程中，由于冷卻速速率快冷卻速速率快，晶粒內(nèi)含有大量的，晶粒內(nèi)含有大量的位位錯(cuò)錯(cuò)等微缺陷。等微缺陷。 在實(shí)驗(yàn)室中，多晶硅薄膜的在實(shí)驗(yàn)室中，多晶硅薄膜的最高光電轉(zhuǎn)換效率最高光電轉(zhuǎn)換效率也僅在也僅在13%左右。左右。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷多晶硅薄膜的晶界和缺陷 多晶硅薄膜的中的晶界可以引入勢壘，引起能帶的彎曲。多晶硅薄膜的中的晶界可以引入勢壘，引起能帶的彎曲。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷多

14、晶硅薄膜的晶界和缺陷 晶界對材料的性能有兩方面的破壞作用：一方面晶界對材料的性能有兩方面的破壞作用：一方面會引入墊會引入墊壘壘，導(dǎo)致多數(shù)載流子的，導(dǎo)致多數(shù)載流子的傳輸受到阻礙傳輸受到阻礙；另一方面，其晶界；另一方面，其晶界成為成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心少數(shù)載流子的復(fù)合中心，降低了，降低了少數(shù)載流子的擴(kuò)散長少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度度，導(dǎo)致太陽電池的開路電壓和效率的降低。，導(dǎo)致太陽電池的開路電壓和效率的降低。 所以晶粒的大小是非常重要的，通常多晶硅薄膜太陽電池所以晶粒的大小是非常重要的，通常多晶硅薄膜太陽電池的效率隨晶粒尺寸的增大而增加。的效率隨晶粒尺寸的增大而增加。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅

15、薄膜的基本性質(zhì)10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷多晶硅薄膜的晶界和缺陷 研究多晶硅薄膜中缺陷的研究多晶硅薄膜中缺陷的工具：掃描電鏡、透射電工具：掃描電鏡、透射電鏡、鏡、電子自旋共振譜儀電子自旋共振譜儀、紅外光譜等。紅外光譜等。 多晶硅薄膜缺陷的許多物多晶硅薄膜缺陷的許多物理機(jī)理還沒有很好地解決。理機(jī)理還沒有很好地解決。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.4 多晶硅薄膜的雜質(zhì)多晶硅薄膜的雜質(zhì) 氫氫是多晶硅薄膜的主要雜質(zhì)。但是氫的濃度一般較低，只是多晶硅薄膜的主要雜質(zhì)。但是氫的濃度一般較低，只有有1%-2%。而且沒有引起光致衰減現(xiàn)象。而且沒有引起光致衰減現(xiàn)象。 多晶硅薄膜

16、中少量的氫對改善多晶硅薄膜質(zhì)量至關(guān)重要。多晶硅薄膜中少量的氫對改善多晶硅薄膜質(zhì)量至關(guān)重要。它可以起到兩個(gè)作用：它可以起到兩個(gè)作用： 1）鈍化晶界和位錯(cuò)的懸掛鍵；）鈍化晶界和位錯(cuò)的懸掛鍵； 2）可以鈍化與氧相關(guān)的施主態(tài)或其他金屬雜質(zhì)引入的能）可以鈍化與氧相關(guān)的施主態(tài)或其他金屬雜質(zhì)引入的能級。級。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.4 多晶硅薄膜的雜質(zhì)多晶硅薄膜的雜質(zhì) 氧氧是多晶硅薄膜中的另一種重要雜質(zhì)，活化能約為是多晶硅薄膜中的另一種重要雜質(zhì)，活化能約為0.15eV. 由于系統(tǒng)的由于系統(tǒng)的真空度不夠真空度不夠或者或者反應(yīng)氣體不夠高純反應(yīng)氣體不夠高純所引起的。所引起的。 有

17、研究報(bào)道，在適合的氣壓下生長多晶硅薄膜，薄膜表面有研究報(bào)道，在適合的氣壓下生長多晶硅薄膜，薄膜表面的氧有可能擴(kuò)散進(jìn)入體內(nèi)。的氧有可能擴(kuò)散進(jìn)入體內(nèi)。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.4 多晶硅薄膜的雜質(zhì)多晶硅薄膜的雜質(zhì) 在多晶硅氧雜質(zhì)通常打斷在多晶硅氧雜質(zhì)通常打斷Si-Si，形成氧橋，構(gòu)成，形成氧橋，構(gòu)成Si-O-Si 。 處于氧橋位置的氧對多晶硅薄膜的影響有限，尤其是對薄處于氧橋位置的氧對多晶硅薄膜的影響有限，尤其是對薄膜是對薄膜的晶粒大小和晶化率基本沒有影響。膜是對薄膜的晶粒大小和晶化率基本沒有影響。 在薄膜的制備過程和太陽電池的制備工藝中，氧可以產(chǎn)生在薄膜的制備過

18、程和太陽電池的制備工藝中，氧可以產(chǎn)生擴(kuò)散，在多晶硅薄膜晶界聚集，降低了系統(tǒng)的能量，也產(chǎn)擴(kuò)散，在多晶硅薄膜晶界聚集，降低了系統(tǒng)的能量，也產(chǎn)生了施主態(tài)，影響薄膜材料的性能。生了施主態(tài)，影響薄膜材料的性能。10.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì)多晶硅薄膜的基本性質(zhì)10.1.4 多晶硅薄膜的雜質(zhì)多晶硅薄膜的雜質(zhì) 多晶硅薄膜中氧施主態(tài)與直拉單晶硅中的多晶硅薄膜中氧施主態(tài)與直拉單晶硅中的“熱施主熱施主”相似，相似，主要在主要在400-500oC之間形成，與氧的擴(kuò)散緊密相關(guān)。之間形成，與氧的擴(kuò)散緊密相關(guān)。 研究表明：與氧相關(guān)的施主態(tài)缺陷是淺施主，其提供的電研究表明：與氧相關(guān)的施主態(tài)缺陷是淺施主，其提供的電子可以和多

19、晶硅薄膜中具有深能能的懸掛鍵復(fù)合，能夠降子可以和多晶硅薄膜中具有深能能的懸掛鍵復(fù)合，能夠降低懸掛鍵的缺陷密度。低懸掛鍵的缺陷密度。10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 設(shè)備和技術(shù)與制備非晶硅薄膜非常相似，尤其是在低溫制設(shè)備和技術(shù)與制備非晶硅薄膜非常相似，尤其是在低溫制備工藝中。但是與非晶硅不同的是，通常利用純的備工藝中。但是與非晶硅不同的是，通常利用純的SiH4或或低濃度低濃度H2稀釋的稀釋的SiH4作為源氣體制備作為源氣體制備非晶硅薄膜非晶硅薄膜，而利用，而利用高濃度高濃度H2稀釋的稀釋的SiH4來制備來制備多晶硅薄膜多晶硅薄膜。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄

20、膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜10.2.2 低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 在反應(yīng)室中通入在反應(yīng)室中通入SiH4 和和H2兩者的混合氣體作為氣體源，兩者的混合氣體作為氣體源，然后在等離子體中進(jìn)行化學(xué)氣相分解。然后在等離子體中進(jìn)行化學(xué)氣相分解。 H2的濃度的濃

21、度90%-99%，可以制備多晶硅（微晶硅）薄膜。，可以制備多晶硅（微晶硅）薄膜。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 在制備過程中，微晶硅的晶化分?jǐn)?shù)主要取決于反應(yīng)氣體中在制備過程中，微晶硅的晶化分?jǐn)?shù)主要取決于反應(yīng)氣體中H2的濃度。通常，隨著的濃度。通常，隨著H2濃度的提高，硅薄膜晶化的比率濃度的提高，硅薄膜晶化的比率就大。就大。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜

22、10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 在反應(yīng)過程中，只有當(dāng)在反應(yīng)過程中，只有當(dāng)SiH4超過一定臨界濃度時(shí)，才能產(chǎn)超過一定臨界濃度時(shí)，才能產(chǎn)生呈多種多面體形態(tài)的細(xì)硅粒，然后這些細(xì)硅粒作為形核生呈多種多面體形態(tài)的細(xì)硅粒，然后這些細(xì)硅粒作為形核中心進(jìn)一步長大，最終形成多晶硅薄膜。中心進(jìn)一步長大，最終形成多晶硅薄膜。 T.Kitagawa等對等對PECVD制備的多晶硅薄膜進(jìn)行了原位制備的多晶硅薄膜進(jìn)行了原位RHEED研究，氣體比例從研究，氣體比例從10變化到變化到200，而襯底溫度，而襯底

23、溫度TS則則從從27oC變化到變化到560oC. 發(fā)現(xiàn)，在襯底表面首先是生成非晶硅發(fā)現(xiàn)，在襯底表面首先是生成非晶硅層，在達(dá)到一個(gè)層，在達(dá)到一個(gè)臨界膜厚臨界膜厚后，開始后，開始形核結(jié)晶形核結(jié)晶，多晶硅薄膜，多晶硅薄膜才開始生長，而且襯底才開始生長，而且襯底表面氫表面氫起到了相當(dāng)大的作用。起到了相當(dāng)大的作用。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 在在200oC下，不同條件下制備了多晶硅薄膜后，下，不同條件下制備了多晶硅薄膜后，O.Vetterl等發(fā)現(xiàn)，多晶硅薄膜生長存在三種情況：等發(fā)

24、現(xiàn)，多晶硅薄膜生長存在三種情況： 1）在高）在高H2濃度稀釋的情況下，多晶硅晶粒呈柱狀生長，濃度稀釋的情況下，多晶硅晶粒呈柱狀生長，生長速率較高；生長速率較高； 2）近非晶硅生長情況，晶粒呈柱狀或樹枝狀生長，但尺）近非晶硅生長情況，晶粒呈柱狀或樹枝狀生長，但尺寸很小，晶粒之間有非晶硅寸很小，晶粒之間有非晶硅； 3）非晶硅生長情況，只有細(xì)小的微晶硅顆粒鑲嵌在非晶）非晶硅生長情況，只有細(xì)小的微晶硅顆粒鑲嵌在非晶硅薄膜之中。硅薄膜之中。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 與非晶硅薄膜

25、生長機(jī)理一樣，與非晶硅薄膜生長機(jī)理一樣，PECVD制備多晶硅薄膜的制備多晶硅薄膜的機(jī)理至今仍然有爭議。機(jī)理至今仍然有爭議。 除氫以外，在除氫以外，在PECVD工藝中，決定硅薄膜是非晶還是多工藝中，決定硅薄膜是非晶還是多晶的另一個(gè)重要因素是等離子體中離子的能量。晶的另一個(gè)重要因素是等離子體中離子的能量。 一般認(rèn)為：一般認(rèn)為：當(dāng)離子的能量較高當(dāng)離子的能量較高，大于大于5eV時(shí)，傾向于生長時(shí)，傾向于生長成成非晶硅薄膜非晶硅薄膜；反之，則為；反之，則為多晶硅薄膜多晶硅薄膜。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)

26、氣相沉積制備多晶硅薄膜 人們利用各種技術(shù)試圖降低等離子體中的高能離子數(shù)目，人們利用各種技術(shù)試圖降低等離子體中的高能離子數(shù)目，以便增加薄膜晶化率。以便增加薄膜晶化率。 1）利用甚高頻等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)（）利用甚高頻等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)（VHF PECVD)來制備多晶硅薄膜。來制備多晶硅薄膜。 2）利用氘替代）利用氘替代H2作作SiH4的稀釋氣體，不僅可以增加晶化的稀釋氣體，不僅可以增加晶化率，而且可以降低缺陷密度。率，而且可以降低缺陷密度。 3）通過電極的設(shè)計(jì)也可以改變等離子體中高能離子的數(shù)）通過電極的設(shè)計(jì)也可以改變等離子體中高能離子的數(shù)量。量。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄

27、膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.1 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備多晶硅薄膜，要求利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備多晶硅薄膜，要求襯底的溫度在襯底的溫度在500-600oC，但是由于輝光放電技術(shù)本身的，但是由于輝光放電技術(shù)本身的原因，襯底的溫度很難達(dá)到原因，襯底的溫度很難達(dá)到550oC以上。以上。 因此對襯底材料進(jìn)行不同程度的因此對襯底材料進(jìn)行不同程度的預(yù)處理預(yù)處理，可以促進(jìn)多晶硅，可以促進(jìn)多晶硅薄膜的形成。（見薄膜的形成。（見P244) 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10

28、.2.2 低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 LPCVD是在異質(zhì)襯底中大面積制備多晶硅薄膜的另一是在異質(zhì)襯底中大面積制備多晶硅薄膜的另一種常用技術(shù)。種常用技術(shù)。 與常規(guī)的與常規(guī)的PECVD制備的多晶硅薄膜比較，其制備的多晶硅薄膜比較，其少數(shù)載流少數(shù)載流子的遷移率要高子的遷移率要高，晶粒內(nèi)部的，晶粒內(nèi)部的應(yīng)力要低應(yīng)力要低；而且由于制備；而且由于制備時(shí)間較長，所以薄膜的晶粒較大；時(shí)間較長，所以薄膜的晶粒較大；缺陷較多缺陷較多，因此，因此少數(shù)少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度小載流子的擴(kuò)散長度小，會影響其太陽電池的效率。，會影響其太陽電池的效率。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)

29、氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.2 低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 利用利用SiH4 作為氣體源，也有用乙硅烷（作為氣體源，也有用乙硅烷（ Si2H6 ）作為氣）作為氣體源的，在低壓條件下熱分解氣體源，從而直接在襯底上體源的，在低壓條件下熱分解氣體源，從而直接在襯底上沉積多晶硅。工藝參數(shù)見書沉積多晶硅。工藝參數(shù)見書P245 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.2 低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 由于由于LPCVD的沉積溫度較高，襯底一般選用昂貴的的沉積溫度較高，襯底一般選用昂貴的石英石英玻璃玻璃

30、作為襯底。作為襯底。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 HWCVD是在是在PECVD技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型硅薄技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型硅薄膜制備技術(shù)。膜制備技術(shù)。 利用該技術(shù)，硅薄膜的生長速率比普通利用該技術(shù)，硅薄膜的生長速率比普通PECVD的生長速的生長速率高率高5-25倍，可以大面積均勻沉積薄膜，設(shè)備的成本也相倍，可以大面積均勻沉積薄膜，設(shè)備的成本也相對較低，而且多晶硅薄膜對較低，而且多晶硅薄膜顆粒較大顆粒較大、氧濃度低氧濃度低、本征缺陷本征缺陷少少、高度高度取向取向，即使襯底溫

31、度為，即使襯底溫度為250oC，利用這種技，利用這種技術(shù)制備的多晶硅薄膜（含氫術(shù)制備的多晶硅薄膜（含氫2%-3%）的暗電導(dǎo)也可以達(dá)）的暗電導(dǎo)也可以達(dá)到到10-7S/cm。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 HWCVD優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1）襯底溫度低，可以利用廉價(jià)的材料作為襯底；）襯底溫度低，可以利用廉價(jià)的材料作為襯底； 2）高溫鎢絲可使硅烷充分分解，達(dá)到充分利用氣體源的）高溫鎢絲可使硅烷充分分解，達(dá)到充分利用氣體源的目的；目的； 3）薄膜生長速率高）薄膜生長速率高 以上優(yōu)點(diǎn)可以降低多晶硅的制備

32、成本。以上優(yōu)點(diǎn)可以降低多晶硅的制備成本。 另外，另外， HWCVD制備的多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)均勻，一致性高，制備的多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)均勻，一致性高，載流子遷移率高；而且氫含量低，僅有載流子遷移率高；而且氫含量低，僅有1%左右。左右。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 HWCVD是指在反應(yīng)室的襯底附近約是指在反應(yīng)室的襯底附近約3-5cm處，放置一個(gè)處，放置一個(gè)直徑為直徑為0.3-0.7mm的金屬鎢絲，呈盤狀或平行狀，然后通的金屬鎢絲，呈盤狀或平行狀，然后通入大電流，使鎢絲加熱升溫至入大電流，使鎢絲加熱

33、升溫至1500-2000oC，此時(shí)，此時(shí)SiH4等等氣體源在流向襯底的途中，受到鎢絲的高溫催化作用而發(fā)氣體源在流向襯底的途中，受到鎢絲的高溫催化作用而發(fā)生熱解，從而使硅原子直接沉積在襯底上形成多晶硅薄膜。生熱解，從而使硅原子直接沉積在襯底上形成多晶硅薄膜。 多晶硅的沉積速率和效率高，最大沉積速率可以達(dá)到多晶硅的沉積速率和效率高，最大沉積速率可以達(dá)到3-nm/s;而且熱絲對襯底的熱輻射較低，有助于多晶硅薄膜而且熱絲對襯底的熱輻射較低，有助于多晶硅薄膜的高速生長。的高速生長。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉

34、積制備多晶硅薄膜 在在HWCVD工藝中，工藝中，H2稀釋稀釋SiH4鍵在鍵在1500oC以上被打斷，可以上被打斷，可能發(fā)生的發(fā)學(xué)反應(yīng)為：能發(fā)生的發(fā)學(xué)反應(yīng)為： 但這些基團(tuán)沒有到達(dá)襯底表面，而是參與了下述氣相反應(yīng)但這些基團(tuán)沒有到達(dá)襯底表面，而是參與了下述氣相反應(yīng) 反應(yīng)中，只有反應(yīng)中，只有SiH3基團(tuán)能夠到達(dá)襯底表面形成多晶硅薄膜?；鶊F(tuán)能夠到達(dá)襯底表面形成多晶硅薄膜。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 HWCVD典型的工藝典型的工藝 在在HWCVD工藝制備多晶硅薄膜時(shí)，工藝制備多晶硅薄膜時(shí)，熱絲

35、的溫度熱絲的溫度被認(rèn)為是被認(rèn)為是決定決定多晶硅薄膜質(zhì)量多晶硅薄膜質(zhì)量的主要因素。的主要因素。 在在HWCVD工藝中，工藝中，稀釋稀釋H2的作用的作用主要是影響了主要是影響了多晶硅薄多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)膜的結(jié)構(gòu)。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 HWCVD也是一種重要的制備非晶硅薄膜的技術(shù)，材料也也是一種重要的制備非晶硅薄膜的技術(shù)，材料也受襯底溫度、熱絲溫度、氫濃度等因素的影響。受襯底溫度、熱絲溫度、氫濃度等因素的影響。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2

36、.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 利用利用HWCVD制備非晶硅薄膜時(shí)，制備非晶硅薄膜時(shí)，反應(yīng)室的壓力反應(yīng)室的壓力也是重要也是重要因素。因素。 10.2 化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 10.2.3 熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜 利用利用HWCVD制備非晶硅薄膜時(shí)，制備非晶硅薄膜時(shí)，襯底的溫度襯底的溫度也是重要因也是重要因素。素。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜 除了以上提到制備多晶硅薄膜的技術(shù)之外，另一種制備多除了以上提到制備多晶硅薄膜的技術(shù)之外，另一種制備多晶硅薄膜的技術(shù)就是利用

37、晶硅薄膜的技術(shù)就是利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，首先在低溫下制備首先在低溫下制備非晶硅非晶硅，由于非晶硅是，由于非晶硅是亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài)，在后，在后續(xù)適合的續(xù)適合的熱處理?xiàng)l件熱處理?xiàng)l件下，晶化形成下，晶化形成多晶硅薄膜多晶硅薄膜。 非晶硅再結(jié)晶技術(shù)包括非晶硅再結(jié)晶技術(shù)包括高溫再結(jié)晶的區(qū)域熔煉再結(jié)晶高溫再結(jié)晶的區(qū)域熔煉再結(jié)晶（ZMR），以及），以及低溫再結(jié)晶的固相再結(jié)晶低溫再結(jié)晶的固相再結(jié)晶、激光再結(jié)晶激光再結(jié)晶、快速熱處理再結(jié)晶快速熱處理再結(jié)晶等。等。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜 一般來說，多晶硅薄膜太陽電池的效率與晶粒的大小成正一般來

38、說，多晶硅薄膜太陽電池的效率與晶粒的大小成正比。比。 化學(xué)氣相沉積一步制備的多晶硅薄膜，通常晶粒都比較細(xì)化學(xué)氣相沉積一步制備的多晶硅薄膜，通常晶粒都比較細(xì)小，最好經(jīng)過再結(jié)晶過程，使得多晶硅薄膜的晶粒變大。小，最好經(jīng)過再結(jié)晶過程，使得多晶硅薄膜的晶粒變大。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.1 固化晶化制備多晶硅薄膜固化晶化制備多晶硅薄膜10.3.2 金屬誘導(dǎo)固化固化晶化制備多晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)固化固化晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜10.3.4 激光晶化制備多晶硅薄膜激光晶化制備多晶硅薄膜10.3 非晶硅晶化

39、制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.1固化晶化制備多晶硅薄膜固化晶化制備多晶硅薄膜 固化晶化固化晶化（SPC)是指非晶硅薄膜在一定的保護(hù)氣中，在是指非晶硅薄膜在一定的保護(hù)氣中，在600oC以上進(jìn)行常規(guī)熱處理，時(shí)間約為以上進(jìn)行常規(guī)熱處理，時(shí)間約為10-100h.此時(shí)，非此時(shí)，非晶硅可以在遠(yuǎn)低于熔硅晶化溫度的條件下結(jié)晶，形成多晶晶硅可以在遠(yuǎn)低于熔硅晶化溫度的條件下結(jié)晶，形成多晶硅。硅。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.1固化晶化制備多晶硅薄膜固化晶化制備多晶硅薄膜10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.1固化晶化制備多晶硅薄

40、膜固化晶化制備多晶硅薄膜 研究發(fā)現(xiàn)：利用固相晶化技術(shù)制得的多晶硅薄膜的研究發(fā)現(xiàn)：利用固相晶化技術(shù)制得的多晶硅薄膜的晶粒尺晶粒尺寸寸與與非晶硅薄膜的原子結(jié)構(gòu)無序程度非晶硅薄膜的原子結(jié)構(gòu)無序程度和和熱處理溫度熱處理溫度密切相密切相關(guān)。關(guān)。 初始的非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)越無序，固相晶化過程中多晶成初始的非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)越無序，固相晶化過程中多晶成核速率越低，晶粒尺寸越大。非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)越有序，核速率越低，晶粒尺寸越大。非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)越有序，局部的長程有序區(qū)域產(chǎn)生的概率也就越大，固相晶化過程局部的長程有序區(qū)域產(chǎn)生的概率也就越大，固相晶化過程中成核速率也就越高，從而使晶粒尺寸變小。中成核速率也就越高，從而

41、使晶粒尺寸變小。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.1固化晶化制備多晶硅薄膜固化晶化制備多晶硅薄膜 熱處理溫度熱處理溫度也是影響晶化效果的另一個(gè)重也是影響晶化效果的另一個(gè)重要因素。要因素。 當(dāng)非晶硅在當(dāng)非晶硅在700oC以下熱處理時(shí)，溫度越低，成以下熱處理時(shí)，溫度越低，成核速率越低，所能得到的晶粒尺寸越大；核速率越低，所能得到的晶粒尺寸越大； 在在700oC-800oC 熱處理時(shí)，由于此時(shí)晶界移動(dòng)引熱處理時(shí)，由于此時(shí)晶界移動(dòng)引起了晶粒的相互吞并，小的晶粒逐漸消失，而大起了晶粒的相互吞并，小的晶粒逐漸消失，而大的晶粒逐漸長大，使得在此溫度范圍內(nèi)晶粒尺寸的晶粒逐漸長

42、大，使得在此溫度范圍內(nèi)晶粒尺寸隨溫度的升高而增大。隨溫度的升高而增大。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.1固化晶化制備多晶硅薄膜固化晶化制備多晶硅薄膜 為了改善多晶硅薄膜質(zhì)量，增加晶粒的尺寸，研究者提出為了改善多晶硅薄膜質(zhì)量，增加晶粒的尺寸，研究者提出分層摻雜技術(shù)分層摻雜技術(shù)。 另一項(xiàng)技術(shù)是利用具有另一項(xiàng)技術(shù)是利用具有絨面結(jié)構(gòu)的襯底材料絨面結(jié)構(gòu)的襯底材料。 一般固相晶化技術(shù)的晶化溫度都在一般固相晶化技術(shù)的晶化溫度都在600oC以上，因此對以上，因此對襯襯底材料底材料還是有一定要求，另外還是有一定要求，另外晶化時(shí)間長晶化時(shí)間長也是一個(gè)重要弱也是一個(gè)重要弱點(diǎn)。點(diǎn)。

43、10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.2 金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜 金屬誘導(dǎo)固相晶化技術(shù)就是在制備非晶硅薄膜之前、之后金屬誘導(dǎo)固相晶化技術(shù)就是在制備非晶硅薄膜之前、之后或同時(shí)，沉積一層或同時(shí)，沉積一層金屬薄膜金屬薄膜（如（如Al、Ni、Au、Pd)，然后，然后在在低溫下進(jìn)行熱處理低溫下進(jìn)行熱處理，在金屬誘導(dǎo)作用下，使非晶硅低溫，在金屬誘導(dǎo)作用下，使非晶硅低溫晶化而獲得多晶硅。晶化而獲得多晶硅。 這主要是因?yàn)檫@主要是因?yàn)榻饘倥c非晶硅界面的相互擴(kuò)散作用金屬與非晶硅界面的相互擴(kuò)散作用，減弱了，減弱了非晶硅中非晶硅中Si-Si的鍵強(qiáng)的鍵

44、強(qiáng)，同時(shí)金屬與非晶態(tài)硅通常有，同時(shí)金屬與非晶態(tài)硅通常有較低較低的共晶溫度的共晶溫度，從而使非晶態(tài)硅能在低于，從而使非晶態(tài)硅能在低于500oC下發(fā)生晶化。下發(fā)生晶化。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.2 金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜 目前最常用的金屬鋁為例：來說明金屬誘導(dǎo)晶化的主要機(jī)目前最常用的金屬鋁為例：來說明金屬誘導(dǎo)晶化的主要機(jī)理，見書理，見書P252.10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.2 金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化

45、制備多晶硅薄膜10.3.2 金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜 在金屬硅中引入誘導(dǎo)金屬可以有兩種方法：在金屬硅中引入誘導(dǎo)金屬可以有兩種方法： 1）以金屬與非晶硅層狀復(fù)合。要使非晶硅在金屬誘導(dǎo)下）以金屬與非晶硅層狀復(fù)合。要使非晶硅在金屬誘導(dǎo)下低溫晶化，金屬層與非晶態(tài)硅層界面之間必須有一個(gè)良好低溫晶化，金屬層與非晶態(tài)硅層界面之間必須有一個(gè)良好的界面接觸條件。的界面接觸條件。 2）金屬與非晶態(tài)硅混合相嵌，即在沉積金屬的同時(shí)沉積）金屬與非晶態(tài)硅混合相嵌，即在沉積金屬的同時(shí)沉積非晶硅。非晶硅。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.2 金屬誘導(dǎo)固化晶

46、化制備多晶硅薄膜金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜 金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜主要取決于金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜主要取決于金屬種類金屬種類和和晶化溫度晶化溫度，而與，而與非晶硅的結(jié)構(gòu)非晶硅的結(jié)構(gòu)、金屬層厚度金屬層厚度等因素?zé)o關(guān)。等因素?zé)o關(guān)。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 采用采用光加熱光加熱的方式，在數(shù)十秒內(nèi)能將材料升高到的方式，在數(shù)十秒內(nèi)能將材料升高到1000oC以上的高溫，并以上的高溫，并快速降溫快速降溫的熱處理工藝來晶化非晶硅薄膜。的熱處理工藝來晶化非晶硅薄膜。10.3 非晶硅晶化制備

47、多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 在快速熱處理系統(tǒng)中，一般采用碘鎢燈加熱，其光譜從紅在快速熱處理系統(tǒng)中，一般采用碘鎢燈加熱，其光譜從紅外到紫外：外到紫外： 一方面燈光可以加熱材料；另一方面燈光中波長小于一方面燈光可以加熱材料；另一方面燈光中波長小于0.8um的高的高能量光子對材料會起到增強(qiáng)擴(kuò)散作用能量光子對材料會起到增強(qiáng)擴(kuò)散作用。另外，。另外，在快速熱處理時(shí)，還會出現(xiàn)在快速熱處理時(shí)，還會出現(xiàn)氧化增強(qiáng)效應(yīng)氧化增強(qiáng)效應(yīng)、瞬態(tài)增強(qiáng)效應(yīng)瞬態(tài)增強(qiáng)效應(yīng)和和場助效應(yīng)作用場助效應(yīng)作用等。等。 在快速熱處理也有弱點(diǎn)，如引入較高的熱應(yīng)力、重復(fù)

48、性和在快速熱處理也有弱點(diǎn)，如引入較高的熱應(yīng)力、重復(fù)性和均勻性較差等。均勻性較差等。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 利用利用RTP晶化，最大的原因在于晶化，最大的原因在于RTP改變了雜質(zhì)改變了雜質(zhì)原子在非晶硅中的擴(kuò)散。原子在非晶硅中的擴(kuò)散。 常規(guī)熱處理中，雜質(zhì)原子的擴(kuò)散是基于常規(guī)熱處理中，雜質(zhì)原子的擴(kuò)散是基于熱力學(xué)而熱力學(xué)而進(jìn)行的擴(kuò)散進(jìn)行的擴(kuò)散，主要依靠，主要依靠漂移場漂移場和和濃度梯度場濃度梯度場的作的作用。用。 而在而在RTP工藝中，除了有熱力學(xué)作用外，還受到工藝中，除了有熱力學(xué)作用外，還受到光

49、效應(yīng)的作用光效應(yīng)的作用，特別是，特別是高能光子的作用高能光子的作用。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 快速熱處理晶化不僅可以制備本征多晶硅薄膜，而且可以快速熱處理晶化不僅可以制備本征多晶硅薄膜，而且可以制備重?fù)诫s薄膜，使得制備的多晶硅薄膜可以在太陽能光制備重?fù)诫s薄膜，使得制備的多晶硅薄膜可以在太陽能光電、集成電路的多晶硅發(fā)射極和場效應(yīng)管等器件上得到應(yīng)電、集成電路的多晶硅發(fā)射極和場效應(yīng)管等器件上得到應(yīng)用。用。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶

50、硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 在在RTP處理過程中，溫度和時(shí)間是影響非晶硅薄膜晶化的處理過程中，溫度和時(shí)間是影響非晶硅薄膜晶化的主要因素。主要因素。10.3 非晶硅晶化制備多晶硅薄膜非晶硅晶化制備多晶硅薄膜10.3.3 快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜 多晶硅薄膜的性能主要受多晶硅薄膜的性能主要受晶界晶界和和晶粒內(nèi)部缺陷晶粒內(nèi)部缺陷的影響，為的影響，為了提高多晶硅薄膜的性能，必須增大晶粒尺寸和減少多晶了提高多晶硅薄膜的性能，必須增大晶粒尺寸和減少多晶硅薄膜的缺陷密度。硅薄膜的缺陷密度