多晶硅薄膜制备技术的研究进展 .pdf

吁地大学学报(台然科学版) 第 25 卷第1 期 VoL25 No.1 2005 年 1 月 Journal of Hebei University(Natural Sci巳nce Edition) Jan.2005 学科综述 多晶硅薄膜制备技术的研究进展 马 蕾，简红彬，康建波，彭英才 (河北大学电子信息工程学院，河北保定 071002) 摘 要:多晶硅薄膜是当前在能源科学和信息技术领域中广泛使用的功能材料，它兼具羊晶硅和氢化非 晶硅(a-Si :H) 的优点本文评论了近几年多晶硅薄膜制备技术的研究进展，着重讨论了每种方法薄膜的淀积 机理，并预测了多晶硅薄膜制备技术的未来发展趋势- 关键词:多晶硅薄摸;低压化学气相淀积;热丝化学气相淀积;固相晶化;激光诱导晶化;金属诱导晶化 中固分类号:0484 文献标识码:A 文章编号: 1000 - 1565(2005)01 - 0097 - 07 自从 1964 年多晶硅薄膜开始在集成电路中被用作隔离介质，以及 1966 年出现第 1 只多晶硅金属氧化 物半导体场效应晶体管(MOSFET) 以来，多晶硅薄膜以其所具有的各种良好电学特性，目前已被广泛应用 于大规模集成电路和各种半导体分立器件的制作中.例如:利用重掺杂低阻多晶硅薄膜可作为 MOS 晶体管 的栅极，而在此基础上发展起来的 Si 栅 N 沟道技术极大地促进了集成电路的迅速发展-尤其是以重掺杂多 晶硅薄膜替代原来的铝(AI)膜作为 MOS 晶体管的栅极后，由于实现了自对准栅，从而减小了器件的寄生电 容，使电路的动作速度大大提高;与此同时，由于多晶硅栅与 Si 的功函数差较小，因而降低了 MOS 晶体管的 开启电压，使得充放电幅度降低，提高了器件的频率特性，并降低了集成电路的功耗.此外，在 MOS 集成电 路中，重掺杂多晶硅薄膜还常用作电容器的极板~MOS 随机存储器电荷存储元件的极板、浮栅器件的浮栅和 电荷搞合器件的电极等-轻掺杂多晶硅薄膜则常用于集成电路中 MOS 随机存储器的负载电阻及其他电阻 器 当前，多晶硅薄膜极富发展潜力的应用有 2 个:一是大晶粒多晶硅，具有远大于非晶硅，并与单晶硅可相 比拟的高载流子迁移率，常代替非晶硅应用于薄膜晶体管(T盯)的有源层，因此不仅可以取代非晶硅用于液 晶显示器件(LCD) ，而且用它制作的互补 MOS(CMOS) 电路可以实现 LCD 一体化，即把外国驱动电路和显 示屏做在同一衬底上;另一方面，多晶硅薄膜在光照下，无非晶硅薄膜材料在受到长时间的光照之后，光电导 和暗电导的性能均有所降低的光致亚稳效应(S-W 效应) .而且带隙较窄，对可见光能有效吸收，被公认为是 高效率和低功耗的光伏材料，因为在太阳电池制作上的应用十分成功. 此外，更需要重视的是，目前正在蓬勃发展的纳米 CMOS 器件的特征尺寸已经小于 100 nm，其中多晶硅 栅长已减小到几十甚至 10 nm 以下，膜厚也在 10 nm 的量级.当前已经制备出颗粒尺寸小于 10 nm 的超薄 多晶硅线以用于单电子器件(SET) 的制作[1] 研究指出，当多晶硅薄膜的晶粒小到 100 nm 以下、膜厚在十几 纳米时，其结构及载流子输运特性必将发生新的变化，而这些变化对器件的电学特性将发生重要影响-所以， 电学和光学性能优良、戚本低廉的多晶硅薄膜制备技术的研究受到各国学者的广泛关注-本文评论了当前使 用比较广泛的多晶硅薄膜的制备方法，并比较了各种方法对薄膜结构特征与电学性质的影响- 收稿日期 :2004 - 06 - 10 基金项目:河北省自然科学基金资助项目 (503125) 作者简介:马 蕾(1978-) ，男，河北张家口人，河北大学助教，河北大学在读硕士研究生- . 98 . 河北大学学报(自然科学版) 2005 年