需要越大的驅動力(driving force)以克服之。本實驗蒸鍍鎳矽化合物誘發矽結 晶之活化能計算如圖 4-13，所得之斜率即活化能(E)為 3.24eV。對於退火 初期無法看到側向結晶的成長長度，本實驗提出一可能的解釋如下。
由試片剛蒸鍍完鍍層的 XRD 分析結果(圖 4-14)得知，鍍上去的薄膜基 本上為一非晶質的相，不具有特定的結晶峰值，隨著退火時間增加至兩小 時、四小時後，分別在 2θ=28.543°、47.417°、56.139°出現 Si 的(111)、
(220)、(311)峰值訊號，顯示非晶矽薄膜開始結晶，但由於 NiSi2相與 Si
基本上與 Si 之峰值互相重疊。並由相圖[52]及文獻[53]得知，當退火溫度 理後之表面形貌，由圖 4-15(a)中不同對比的三個區域可明顯看出 MIC、MILC、
a-Si 的分佈位置，且試片表面經過蝕刻後顯示 NiSi2曾經存在之位置，由 圖 4-15(b)在三個區域表面皆出現不等量之 etching pits，表示存在三個 區域的 NiSi2含量有明顯差異性。圖 4-16(a)-(f)為試片經 570℃退火 10 小 時並蝕刻後對不同位置放大之 SEM 照片，由圖 4-16(a)得知 MIC 表面佈滿密 密麻麻的 etching pits 顯示 MIC 區域表面及內部有大量的 NiSi2存在，圖 4-16(b)在 MIC/MILC 交界處也有長約 5µm 區域佈滿大量的 etching pits，
且越往側向的方向，etching pits 含量明顯隨之下降。並由圖 4-16 (b) -(f)
可知隨著退火的進行，NiSi2持續往側向的非晶矽區擴散，越遠離 MIC 區域 的產生誘發結晶的效果，但由本實驗的結果得知在 550℃-570℃的溫度區間 持溫四小時以內皆無法觀察到側相結晶的發生，而鍍層下方的非晶矽薄膜 確實已結晶。對於此現象，本實驗推測鎳矽化合物鍍層在退火後，雖然反 應形成大量的 NiSi2並往下方非晶矽層擴散，提供了大量的成核點以誘發矽 結晶，並形成了 MIC 區域(如圖 4-17(b))。但 MIC 區域邊緣的 NiSi2因為仍
散並誘發結晶，因為有大量的 NiSi2從 MIC 擴散至 MIC/MILC 交界處，因此 大量的 NiSi2聚集於 MIC/MILC 交界(如示意圖 4-17(C))，使得本實驗在 SEM 圖 4-16(b)MIC/MILC 交界處觀察到一個長約 5µm 佈滿大量 etching pits 的 區域。且因為 MIC/MILC 交界的 NiSi2周圍仍然佈滿了大量的 NiSi2，使得 NiSi2缺乏擴散的驅動力，因此退火初期不易在短時間觀察到側相結晶的長 度。
如示意圖 4-17(d)隨著退火時間的增加，遍佈在 MIC/MILC 交界的 NiSi2 開始往鄰近的側向非晶矽區域擴散，由於大部分的 NiSi2仍殘留於 MIC/MILC 交界，使得較少量的 NiSi2往外擴散後因為鄰近區域仍是非晶矽，因此具有 足夠的驅動力可以繼續往側向非晶矽擴散並誘發結晶，且隨著持溫時間的 增加 NiSi2越往非晶矽區擴散此驅動力將越顯著，因此本實驗之側向結晶長 度必需在較長時間退火後才開始大於文獻中鍍鎳誘發矽結晶之側向結晶長 度。
4.4 X
圖 4-18(a),(b),(c)分別為試片經 570℃,560℃,550℃持溫不同時間之 X 光 繞射分析，由 X 光繞射結果得知在退火前沒有明顯的鎳矽化合物繞射峰出 現，只有在 2θ=20°-27°來自玻璃基材的訊號，表示鍍層在退火前並未形成 大量的鎳矽化合物。
比較三組不同退火溫度的 X 光繞射分析得知，550℃退火兩小時已經出 現 Si 的繞射峰，分別為 2θ=28.543°之(111),2θ=47.417°之(220),2θ
=56.139°之(311)，表示以 550℃退火兩小時已經可以產生金屬誘發結晶的 效果，並隨著持溫時間的增加 (111)晶面的繞射峰強度隨之增加，直到退 火 12 小時達到最大值，但(220)及(311)晶面之繞射峰強度幾乎不隨退火時 間拉長而變強，表示非晶矽被誘發結晶時仍是以 NiSi2的最密堆積面(111) 作為主要的成核點，使得結晶矽主要呈現(111) 繞射峰為主，此結果與 SEM(圖 4-19)觀察到鎳矽化合物誘發矽結晶具有擇優取向相互應證，且文獻 中單純以鎳誘發矽結晶者也具有相同的結果[54, 55]。
三組不同退火溫度在持溫四小時的 X 光分析皆呈現相同的趨勢，矽 (111)晶面繞射強度必須在退火四小時以後才明顯大於背景雜訊，且與
才能完全結晶，並且持溫時間需大於四小時 NiSi2才開始往側向的非晶矽區 域擴散，此結果與 4-2 節觀察到退火時間低於四小時皆無側向結晶的現象 相互應證。
4.5 薄膜之(1)結晶性、(2)Raman Shift 作討論。
(1) 結晶性:
圖 4-20(a)-(c)分別為試片經 550℃,560℃,570℃退火不同時 間之拉曼光譜分析，由圖可看出不同的溫度因素對於薄膜的結晶性較無顯
貢獻的曲線下積分面積討論薄膜結晶之程度，圖 4-21 為試片在三組不同溫
對於矽晶粒大小與峰值偏移量之間的定量關係目前仍未有一明確的算 式可計算，但藉由與他人文獻作比較，可發現以不同金屬誘發，形成不同 大小之晶粒對應的偏移量也不一，如文獻中以 550℃退火六小時後(200℃時 試片已放入，並以 5℃/min 升至 550℃再開始持溫)，Ni 誘發之多晶矽晶粒 大小約將近 1µm，對應之拉曼峰值約為 518.70cm-1 ; 而 Cu 誘發所得之多晶 矽晶粒大小約為 50nm，對應之峰值為 517.30cm-1 [59]，而本實驗所得之峰 值正好作落於兩者之間，顯示持續的增加持溫時間雖然可以使晶粒合併變 大，但此現象仍不明顯，使得晶粒大小介於 50nm-1µm 之間。
4.6
原本的 100nm 只增加至 180nm。綜合上述可知，550-570℃的溫度區間對於 多晶矽晶粒的晶粒成長仍偏低，持續的增加持溫時間晶粒尺寸雖然隨之變 大，但效果較不顯著。
表面粗躁度亦為矽薄膜一重要之考慮因素，若粗糙度太高將會使漏電 流變大、崩潰電壓降低，因此圖 4-31(b)為三組不同溫度的表面粗躁度對持 溫時間作圖，由圖可得退火溫度越高，薄膜表面的粗糙度越大。且粗糙度 由退火兩小時的 2nm 成長至退火十二小時的 5-7nm 不等，此結果與 4-40(a) 的晶粒成長趨勢一致，顯示晶粒成長的同時也會使表面平整度下降，因此 兩者之間需取得一平衡點。
Element Weight % Atomic %
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圖 4-7 實驗選用之圖案
圖 4-8 試片經 570℃退火 12 小時後之型態(a)500 倍(b)800 倍
圖 4-9 試片經 570℃退火 10 小時後之型態(a)500 倍(b)800 倍
(a) (b)
(a) (b)
圖 4-10 試片經 550℃退火 12 小時後之型態(a)500 倍(b)800 倍
圖 4-11 試片經 550℃退火 10 小時後之型態(a)500 倍(b)800 倍
(a) (b)
(a) (b)
4-12 不同退火溫度下之側相結晶長度對持溫時間作圖
* Cheng, C.F., et al., Modeling of large-grain polysilicon formation under retardation effect of SPC., IEEE Transactions on Electron Devices, 2004.
51(12): p. 2205-2210.