二氧化碳雷射對矽薄膜的退火效應

Abstract

在薄膜電晶體和絕緣層上矽晶薄膜成長的技術開發中, 以雷射對矽薄膜熔化后再結晶 的方法已被廣泛的應用。尤其是未來三度空間方向的元件與電路的制造雷射再結晶已 被視為最可行的辦法。由於二氧化碳雷射有價格低廉穩定性好效率高的優點。它對矽 薄膜的再結晶是本論文探討的重點, 并評量它是否能在薄膜電晶體和絕緣層上的矽晶 薄膜上做應用。 在低壓氧相沈層上去的多晶矽膜和非晶矽膜經二氧化碳雷射再結晶后的晶體成長現象 我們以穿透式電子顯微鏡和掃瞄式電子顯微鏡做觀察。不論在何種雷射退火條件下, 邊緣都有受勢較多的情形。若使矽薄膜整面的完全再結晶則在表面可看見許多凝聚的 凸起粒, 以適當的表面覆蓋層做保護可減低該現象。而退火后基層的矽晶片往往會發 生破裂和捲曲的情形, 經調整適當的退火條件已可有效控制。結晶后在矽單晶上的矽 磊晶在電子顯微鏡下只看到彎扭狀的差排線, 并無其他重大的晶格缺陷, 顯示成長良 好。在二氧化矽層上的矽薄膜結晶后可得到長約15微米寬約8 微米的大型晶顆遠大於 固相成長法所得晶粒大小, 這些結果足以反應出二氧化碳雷射確實適合於大晶粒成長 和垂直與橫向的磊晶成長, 也有足夠條件去做三度空間方向元件的制造。 另外在矽磊晶成長中若降低矽晶的吸熱量, 則發生受熱不均勻, 在未熔化區多晶矽的 晶粒成長有限, 在熔化區的邊緣, 則有大顆的磊晶形成。以穿透式電子顯微鏡做縱切 向觀察和底層矽晶格間有一層極薄的疑似寄生氧化膜, 而在熔化區則無顯示若想突破 該氧化層做固相磊晶成長溫度需接近熔點。而在熔化時該氧化膜可能被溶於矽熔液中 。