GROWTH OF PLASMA-TRANSPORT MICROCRYSTALLINE SILICON AS STUDIED BY IN-SITU RAMAN SPECTROSCOPY

Résumé
Nous avons étudié par spectroscopie Raman in-situ la croissance de couches de silicium microcristallines préparées par transport assisté par un plasma, à des températures de substrat d'environ 300°C. Nous trouvons qu'au début, le silicium croît en couche amorphe. Puis, quand l'épaisseur excède 15 nm, des cristallites apparaissent et une croissance additionnelle augmente le rapport entre matériau cristallin et amorphe. Une attaque postérieure de la couche montre que la partie initialement amorphe s'est cristallisée en cours de croissance. Les valeurs du rapport Antistokes/Stokes mesurées pendant la croissance de la couche mettent en évidence que les températures locales sont au moins de 300°C inférieures à la température de cristallisation de la couche amorphe, déterminée séparément comme étant de 700°C, la même que pour les couches amorphes épaisses de silicium. Nous en concluons que la cristallisation ne peut s'expliquer par un processus de recuit thermique. Nos résultats sont comparés avec la cristallisation à basse température du silicium amorphe dans un plasma d'hydrogène observée par Bustarret et al.(1) et discutés en tenant compte du modèle de cristallisation proposé par Veprek et al.(2).

Abstract
Using in-situ Raman spectroscopy, we have studied the growth of microcrystalline silicon films prepared by plasma-assisted transport at substrate temperatures around 300°C. We find that initially the material grows as an amorphous film. At thicknesses over about 15 nm, crystallites are detected. Further growth increases the ratio of crystalline to amorphous material in the film. Subsequent etching of the film reveals a crystallization of the initially amorphous layer during the growth process. Measurements of the Antistokes/Stokes ratio during film growth indicate that local temperatures are at least 300°C below the crystallization temperature of the amorphous layer, that has been separately determined to be 700°C, the same as that of thick amorphous silicon films. We therefore conclude that the crystallization cannot be explained by a thermal annealing process. The experimental facts are compared with the low temperature crystallization of amorphous silicon in a hydrogen plasma observed by Bustarret et al.(1) and they are discussed in the light of the crystallization mode1 proposed by Veprek et al.