目前制備多晶矽薄膜的方法主要有如下幾種：

1.低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）

這是一種直接生成多晶矽的方法。LPCVD是積體電路中所用多晶矽薄膜的制備中普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)方法，有生長速度快，膜致密、均勻、裝片容量大等特點(diǎn)。多晶矽薄膜可采用矽烷氣體通過LPCVD法直接沉積在襯底上，典型的沉積參數(shù)是：矽烷壓力為13.3～26.6Pa，沉積溫度Td=580～630℃，生長速率5～10nm/min。由于沉積溫度較高，如普通玻璃的軟化溫度處于500～600℃，則不能采用廉價(jià)的普通玻璃而必須使用昂貴的石英作襯底。

2.固相晶化(SPC)

這是一種間接生成多晶矽的方法，先以矽烷氣體作為原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉積a-Si:H薄膜，然后將薄膜在600℃以上的高溫下使其熔化，再在溫度稍低的時(shí)候出現(xiàn)晶核，隨著溫度的降低熔融的矽在晶核上繼續(xù)晶化而使芯片增大轉(zhuǎn)化為多晶矽薄膜。使用這種方法，多晶矽薄膜的芯片大小依賴于薄膜的厚度和結(jié)晶溫度。退火溫度是影響晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火溫度范圍內(nèi)，溫度越低，成核速率越低，退火時(shí)間相等時(shí)所能得到的芯片尺寸越大；而在700℃以上，由于此時(shí)晶界移動(dòng)引起了芯片的相互吞并，使得在此溫度范圍內(nèi)，芯片尺寸隨溫度的升高而增大。利用該方法制得的多晶矽芯片尺寸還與初始薄膜樣品的無序程度密切相關(guān)，初始材料越無序，固相晶化過程中成核速率越低，芯片尺寸越大。由于在結(jié)晶過程中晶核的形成是自發(fā)的，因此，SPC多晶矽薄膜芯片的晶面取向是隨機(jī)的。相鄰芯片晶面取向不同將形成較高的勢壘，需要進(jìn)行氫化處理來提高SPC多晶矽的性能。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能制備大面積的薄膜，芯片尺寸大于直接沉積的多晶矽?？蛇M(jìn)行原位摻雜，成本低，工藝簡單，易于形成生產(chǎn)線。由于SPC是在非晶矽熔融溫度下結(jié)晶，屬于高溫晶化過程，溫度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火時(shí)間長達(dá)10個(gè)小時(shí)以上，不適用于玻璃基底，基底材料采用石英或單晶矽，用于制作小尺寸器件，如液晶光閥、攝像機(jī)取景器等。

3.準(zhǔn)分子鐳射晶化(ELA)

鐳射晶化相對于固相晶化制備多晶矽來說更為理想，其利用瞬間雷射脈沖產(chǎn)生的高能量入射到非晶矽薄膜表面，僅在薄膜表層100nm厚的深度產(chǎn)生熱能效應(yīng)，使a-Si薄膜在瞬間達(dá)到1000℃左右，從而實(shí)現(xiàn)a-Si向p-Si的轉(zhuǎn)變。在此過程中，雷射脈沖的瞬間(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并轉(zhuǎn)化為相變能，因此，不會有過多的熱能傳導(dǎo)到薄膜襯底，合理選擇鐳射的波長和功率，使用鐳射加熱就能夠使a-Si薄膜達(dá)到熔化的溫度且保證基片的溫度低于450℃，可以采用玻璃基板作為襯底，既實(shí)現(xiàn)了p-Si薄膜的制備，又能滿足LCD及OEL對透明襯底的要求。其主要優(yōu)點(diǎn)為脈沖寬度短(15～50ns)，襯底發(fā)熱小。通過選擇還可獲得混合晶化，即多晶矽和非晶矽的混合體。準(zhǔn)分子鐳射退火晶化的機(jī)理：激光輻射到a-Si的表面，使其表面在溫度到達(dá)熔點(diǎn)時(shí)即達(dá)到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光輻射下吸收能量，激發(fā)了不平衡的電子-空穴對，增加了自由電子的導(dǎo)電能量，熱電子-空穴對在熱化時(shí)間內(nèi)用無輻射復(fù)合的途徑將自己的能量傳給晶格，導(dǎo)致近表層極其迅速的升溫，由于非晶矽材料具有大量的隙態(tài)和深能級，無輻射躍遷是主要的復(fù)合過程，因而具有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，若鐳射的能量密度達(dá)到域值能量密度Ec時(shí)，即半導(dǎo)體加熱至熔點(diǎn)溫度，薄膜的表面會熔化，熔化的前沿會以約10m/s的速度深入材料內(nèi)部，經(jīng)過鐳射照射，薄膜形成一定深度的融層，停止照射后，融層開始以108～1010K/s的速度冷卻，而固相和液相之間的接口將以1～2m/s的速度回到表面，冷卻之后薄膜晶化為多晶，隨著鐳射能量密度的增大，芯片的尺寸增大，當(dāng)非晶薄膜完全熔化時(shí)，薄膜晶化為微晶或多晶，若鐳射能量密度小于域值能量密度Ec，即所吸收的能量不足以使表面溫度升至熔點(diǎn),則薄膜不發(fā)生晶化。一般情況下,能量密度增大，芯片增大，薄膜的遷移率相應(yīng)增大，當(dāng)Si膜接近全部熔化時(shí)，芯片最大。但能量受雷射器的限制，不能無限增大，太大的能量密度反而令遷移率下降。鐳射波長對晶化效果影響也很大，波長越長，鐳射能量注入Si膜越深，晶化效果越好。

ELA法制備的多晶矽薄膜芯片大、空間選擇性好，摻雜效率高、晶內(nèi)缺陷少、電學(xué)特性好、遷移率高達(dá)到400cm2/v.s，是目前綜合性能最好的低溫多晶矽薄膜。工藝成熟度高，已有大型的生產(chǎn)線設(shè)備，但它也有自身的缺點(diǎn)，芯片尺寸對鐳射功率敏感，大面積均勻性較差。重復(fù)性差、設(shè)備成本高，維護(hù)復(fù)雜。

4.快速熱退火（RTA）

一般而言，快速退火處理過程包含三個(gè)階段：升溫階段、穩(wěn)定階段和冷卻階段。當(dāng)退火爐的電源一打開，溫度就隨著時(shí)間而上升，這一階段稱為升溫階段。單位時(shí)間內(nèi)溫度的變化量是很容易控制的。在升溫過程結(jié)束后，溫度就處于一個(gè)穩(wěn)定階段。最后，當(dāng)退火爐的電源關(guān)掉后，溫度就隨著時(shí)間而降低，這一階段稱為冷卻階段。用含氫非晶矽作為初始材料，進(jìn)行退火處理。平衡溫度控制在600℃以上，納米矽芯片能在非晶矽薄膜中形成，而且所形成的納米矽芯片的大小隨著退火過程中的升溫快慢而變化。在升溫過程中，若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量較大時(shí)(如100℃/s)，則所形成納米矽芯片較小(1.6～15nm)；若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量較小(如1℃/s)，則納米矽粒較大(23～46nm)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明：延長退火時(shí)間和提高退火溫度并不能改變所形成的納米矽芯片的大?。欢谕嘶饡r(shí)，溫度上升快慢直接影響著所形成的納米矽芯片大小。為了弄清楚升溫量變化快慢對所形成的納米矽大小芯片的影響，采用晶體生長中成核理論。在晶體生長中需要兩步：第一步是成核，第二步是生長。也就是說，在第一步中需要足夠量的生長仔晶。結(jié)果顯示：升溫快慢影響所形成的仔晶密度。若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量大,則產(chǎn)生的仔晶密度大；反之，若單位時(shí)間內(nèi)溫度變化量小，則產(chǎn)生的仔晶密度小。RTA退火時(shí)升高退火溫度或延長退火時(shí)間并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一種從非晶矽中分形生長出納米矽的生長機(jī)理：分形生長。從下到上，只要溫度不太高以致相鄰的納米矽島不熔化，那么即使提高退火溫度或延長退火時(shí)間都不能完全消除其中的非晶部分。

RTA退火法制備的多晶矽芯片尺寸小，晶體內(nèi)部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且屬于高溫退火方法，不適合于以玻璃為襯底制備多晶矽。

5.等離子體增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)氣相沉積（PECVD）

PECVD法沉積薄膜的過程可以概括為三個(gè)階段：

(1).SiH4分解產(chǎn)生活性粒子Si、H、SiH2 和SiH3等；
(2).活性粒子在襯底表面的吸附和擴(kuò)散；
(3).在襯底上被吸附的活性分子在表面上發(fā)生反應(yīng)生成Poly-Si層，并放出H2；

對于SiH4:H2氣體系統(tǒng),在高氫摻雜的條件下,當(dāng)用RFPECVD的方法沉積多晶矽薄膜時(shí),必須采用襯底加熱到600℃以上的辦法,才能促進(jìn)最初成長階段晶核的形成。而當(dāng)襯底溫度小于300℃時(shí),只能形成氫化非晶矽(a-Si:H)薄膜。以SiH4:H2為氣源沉積多晶矽溫度較高，一般高于600℃，屬于高溫工藝，不適用于玻璃基底。目前有報(bào)導(dǎo)用SiC14:H2或者SiF4:H2為氣源沉積多晶矽，溫度較低，在300℃左右即可獲得多晶矽，但用CVD法制備得多晶矽芯片尺寸小，一般不超過50nm，晶內(nèi)缺陷多，晶界多。

6.金屬橫向誘導(dǎo)法(MILC)

利用金屬如鎳等在非晶矽薄膜表面形成誘導(dǎo)層，金屬Ni與a-Si在接口處形成NiSi2的矽化物，利用矽化物釋放的潛熱及接口處因晶格失錯(cuò)而提供的晶格位置，a-Si原子在接口處重結(jié)晶，形成多晶矽芯片，NiSi2層破壞，Ni原子逐漸向a-Si層的底層遷移，再形成NiSi2矽化物，如此反復(fù)直a-Si層基本上全部晶化，其誘導(dǎo)溫度一般在500℃，持續(xù)時(shí)間在10小時(shí)左右，退火時(shí)間與薄膜厚度有關(guān)。

金屬誘導(dǎo)法具有均勻性高、成本低、相連金屬掩蔽區(qū)以外的非晶矽也可以被晶化、生長溫度在500℃。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且隨著熱處理時(shí)間的增長速率會降低。我們采用MILC和光脈沖輻射相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了a-Si薄膜在低溫環(huán)境下快速橫向晶化，得到高遷移率、低金屬污染的多晶矽帶。

除了上述幾種主要方法外，還有超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV/CVD)、電子束蒸發(fā)等。