低溫多晶矽之製作與特性分析

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林士傑(Shih-Chieh Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

低溫多晶矽之製作與特性分析
(The study of Characteristics of Low-Temperature Polycrystalline Silicon thin film Prepared by Metal Induced Crystallization)

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摘要(中)

在本實驗中利用鎳(Ni)金屬誘發的方式，使沉積在二氧化矽(SiO2)/矽(Si)基板上的非晶矽(a-Si)薄膜經低溫退火產生結晶，並探討矽結晶的型態與可能的形成機制。以快速退火（Rapid Thermal Annealing；RTA）的方式預先對鎳薄膜做退火，使Ni聚集成一顆一顆的叢集，之後沉積非晶矽於其上，再經退火處理時得以使鎳擴散至非晶矽薄膜後，形成用以誘發結晶的矽化鎳(NiSi2)晶種，以期使結晶晶粒較直接鍍覆金屬在非晶矽薄膜上所得的晶粒大。實驗中發現Ni與非晶矽薄膜於550℃下退火2小時，即可使非晶矽薄膜轉變成多晶矽(poly-Si)。
此外，以雷射輔助電漿激發式化學氣相沉積系統(LAPECVD)成長非晶矽薄膜亦可有效的改善薄膜的特性，使薄膜結晶所需的熱處理時間可以明顯的縮短。我們以LAPECVD在室溫下成長非晶矽薄膜，不但可大幅降低製程的熱預算(thermal budget)外，也可以使用成本較低的玻璃基板。以低溫熱處理在短時間內使非晶矽結晶成為多晶矽，符合一般業界在低溫多晶矽製程方面，希望降低成本且增加產能的需求與期望。

摘要(英)

In the study, the amorphous silicon (a-Si) thin film deposited on SiO2/Si substrate by Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(LAPECVD) was crystallized during annealing process at low temperature by Ni-induced crystallization.
Ni film was turned into to Ni clusters by Rapid Thermal Annealing(RTA).After that,a-Si film was grown by LAPECVD on Ni.Finally,Ni diffused to the a-Si interface to form NiSi2 and promote Si crystallization during annealing.
a-Si film could be fully crystallized by annealing at 550℃ for 2hours in N2 ambient.
Besides,a-Si film grown by LAPECVD could have better quality and be crystllized more efficient than those by PECVD.By means of a-Si film grown by LAPECVD at room temperature, we can reduce thermal budget of process and use cheaper glass substrate instead of quartz.To make a-Si film fully crystallized at low temperature in a short time,we can meet the requirement and anticipation of the industry in making LTPS.

關鍵字(中)

★ 低溫多晶矽
★ 鎳金屬誘發結晶
★ 雷射輔助電漿激發式化學氣相沈積

關鍵字(英)

★ LAPECVD
★ Ni-MIC
★ LTPS

論文目次

論文摘要 I
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章緒論 1
1.1背景及研究動機 1
1.2實驗目的 4
第二章文獻回顧與理論背景 5
2.1液晶顯示器 5
2.2低溫多晶矽製作方式 7
2.2.1固相結晶 7
2.2.2準分子雷射退火結晶 7
2.2.3金屬誘發結晶 8
2.3鎳金屬誘發結晶的機制 9
2.4二氧化碳雷射輔助電漿激發式化學氣相沉積原理….………11
2.4.1電漿激發式化學氣相沉積原理……………….……….11
2.4.2二氧化碳雷射誘發化學氣相沉積系統………………..13
第三章實驗裝置與方法 16
3.1 LAPECVD系統 16
3.1.1 PECVD系統………………………………………..….16
3.1.2 二氧化碳雷射與光學系統……………………………18
3.2試片製備 19
3.3雷射輔助非晶矽薄膜沉積 22
3.4試片分析 24
3.4.1原子力顯微鏡分析…………………………………......24
3.4.1.1原子力顯微鏡…………………………………...24
3.4.1.2原子力顯微鏡原理……………………………...24
3.4.2掃瞄式電子顯微鏡分析………………………………..25
3.4.2.1掃瞄式電子顯微鏡……………………………...25
3.4.2.2掃瞄式電子顯微鏡原理………………………...25
3.4.3拉曼光譜量測…………………………………………..26
3.4.3.1拉曼光譜………………………………………...26
3.4.3.2拉曼光譜量測原理……………………………...26
3.4.3.3大角度入射的拉曼光譜測定方法……………...27
3.4.4薄膜X光繞射分析……………………………………..28
3.4.4.1 X光繞射儀……………………………………...28
3.4.4.2 X光繞射儀原理……………………………...…28
3.4.4.3低掠角X光繞射……………….………..…...…29
第四章結果與討論 30
前言 30
4.1非晶矽層的結晶型態(Ni預先RTA)…………………………30
4.1.1原子力顯微鏡分析……………………………….…….30
4.1.2掃瞄式電子顯微鏡分析………………………….…….30
4.1.3拉曼光譜分析…………………………………………..31
4.1.4薄膜X光繞射分析……….………………………..…..31
4.1.5 Ni薄膜的效應………..……………………….………..32
4.2非晶矽層的結晶型態(雷射輔助) 34
4.2.1原子力顯微鏡分析 34
4.2.2掃瞄式電子顯微鏡分析………………………..………34
4.2.3拉曼光譜分析 35
4.2.4薄膜X光繞射分析 35
4.2.5雷射輔助成長非晶矽的效應…………………………..36
第五章結論 37
參考文獻 39

參考文獻

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指導教授

李清庭(Ching-Ting Lee)

審核日期

2003-7-8

推文