連續脈波二氧化碳雷射對氧化矽上矽薄膜再結晶技術之研究

Abstract

雷射退火技術已被廣泛地應用於植入離子的活化和增進晶粒成長等半導體的製程上。 在薄膜電晶體，絕緣層上矽薄膜及三度空間元件的技術開發中，雷射再結晶技術亦被 視作一種最為可行的方法。 比較諸種雷射（如氬離子雷射，準分子雷射及銣：石榴石雷射等）的特性，連續脈波 二氧化碳雷射具備高功率，低價格及高效率等優點。應用連續脈波二氧化碳雷射，我 們對成長在氧化矽上的矽薄膜做雷射再結晶的研究。 在探究諸種雷射退火參數方面，不同厚度的多晶及非晶矽以低壓化學汽相沈積方法成 長於不同厚度的氧化矽上。試片在不同的基板溫度下以不同的功率做不同速率的掃描 。 高的基板溫度（大於攝低 300度）能促進自由載子吸收而增進雷射的再結晶。高的掃 描速率（大於2cm╱sec），可減少試片的彎曲及表面上的破洞，但是與低速掃描（小 於0.2cm╱sec）的試片比較，則顯得更容易碎裂。為了解決試片彎曲，破裂及熱度不 均勻的問題，我們嘗試在不同的位置改變功率的大小。借助光學顯微鏡，掃描式電子 顯微鏡，穿透式電子顯微鏡及 X光繞射儀等儀器，我們對再結晶矽薄膜做廣泛的分析 。 在本研究中，我們成長出長度大於30um的晶粒，顯示二氧化碳雷射適於大晶粒的成長 。使用此種薄膜，我們也製做出高傳導率及高開關電流比的薄膜電晶體，更加証明雷 射再結晶技術在薄膜電晶體及三度空間元件製做方面的潛力。