氫等離子體輔助固相晶化多晶硅薄膜的初步研究.pdf

1、多晶硅薄膜由于具有較高的遷移率和較好的穩(wěn)定性，近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用于平板顯示薄膜晶體管(TFT)的有源選址矩陣基板、高效長(zhǎng)壽命薄膜太陽(yáng)電池以及一些高速電子器件當(dāng)中。晶化技術(shù)是制備高質(zhì)量多晶硅薄膜的關(guān)鍵。近期改進(jìn)型的固相晶化(SPC)技術(shù)，由于其具有大面積均勻性、工藝方法簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)而受到人們的重點(diǎn)關(guān)注。為了利用SPC技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)改善此晶化技術(shù)晶化溫度高、時(shí)間長(zhǎng)、薄膜缺陷態(tài)多的缺點(diǎn)，本文采用氫等離子體輔助固相晶化(H-PAC

2、)的方法來(lái)制備多晶硅薄膜。
　　 本文第二章研究了工藝條件壓強(qiáng)和射頻功率對(duì)產(chǎn)生的氫等離子體特性的影響、不同特性的氫等離子體將對(duì)晶化過(guò)程產(chǎn)生不同的作用，從而影響誘導(dǎo)晶化效果。另外還對(duì)工藝條件氣體流量、氫等離子體處理時(shí)間以及H作用時(shí)間點(diǎn)的選取進(jìn)行了研究。通過(guò)分析晶化率和霍爾遷移率的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在100Pa的腔體壓強(qiáng)條件下，當(dāng)射頻功率密度為0.15W/cm2時(shí)，薄膜的晶化率最高;當(dāng)功率密度為0.13 W/cm2時(shí)，薄膜的電學(xué)特性最好。氣

3、體流量能夠影響氣體在腔內(nèi)的交換速率及氫等離子體對(duì)薄膜的作用程度，從而影響輔助效果，實(shí)驗(yàn)中采用流量為50sccm時(shí)，晶化效果最好。處理時(shí)間主要影響H等離子體與晶化過(guò)程的相互作用，在H等離子體處理20分鐘后多晶硅的Hall遷移率最高;在處理20-30分鐘后，薄膜的晶化率最優(yōu)。固相晶化的兩個(gè)階段中結(jié)晶成核階段對(duì)能量的需求比晶核長(zhǎng)大過(guò)程要多，這就造成采用不同時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始的H等離子體處理，會(huì)產(chǎn)生不同的輔助效果，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在加熱一小時(shí)后開(kāi)始的氫等離

4、子體處理，晶化質(zhì)量最優(yōu)。經(jīng)過(guò)對(duì)H等離子體處理工藝參數(shù)的初步優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)中采用H-PAC技術(shù)在600℃、6h退火后的樣品晶化率達(dá)到70％，而采用普通的SPC技術(shù)處理的樣品沒(méi)有晶化。
　　 本文第三章主要研究了前驅(qū)物特性的不同對(duì)H-PAC技術(shù)的影響，主要針對(duì)氫化非晶硅薄膜的無(wú)序度和晶化前驅(qū)物中氫的不同鍵合狀態(tài)進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，非晶硅薄膜的ITA/ITO比值越大，薄膜越無(wú)序，同等條件下晶化效果越差，反之亦然。去氫時(shí)間能夠改變薄膜的氫

5、含量和微結(jié)構(gòu)，對(duì)于H-PAC技術(shù)來(lái)說(shuō)，前驅(qū)物的R值越小，薄膜越致密，薄膜中的Si-H鍵的比例越高，無(wú)序硅基中Si原子的濃度越高，在H等離子體的作用下，越容易成核結(jié)晶。另外，本章還對(duì)H-PAC技術(shù)的薄膜均勻性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示在4inch襯底上薄膜的晶化率不均勻性小于±5％。
　　 本文第四章研究了H等離子體在SPC過(guò)程中的作用方式，結(jié)合第二章的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)SIMS測(cè)試中體現(xiàn)的H進(jìn)入薄膜的深度和進(jìn)入的H含量來(lái)分析H等離子體誘導(dǎo)