目前制备多晶矽薄膜的方法主要有如下几种：
1.低压化学气相沉积（LPCVD）
这是一种直接生成多晶矽的方法。LPCVD是积体电路中所用多晶矽薄膜的制备中普遍采用的标准方法，有生长速度快，膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶矽薄膜可采用矽烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：矽烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。
2.固相晶化(SPC)
这是一种间接生成多晶矽的方法，先以矽烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的矽在晶核上继续晶化而使芯片增大转化为多晶矽薄膜。使用这种方法，多晶矽薄膜的芯片大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的芯片尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了芯片的相互吞并，使得在此温度范围内，芯片尺寸随温度的升高而增大。利用该方法制得的多晶矽芯片尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，芯片尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，SPC多晶矽薄膜芯片的晶面取向是随机的。相邻芯片晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高SPC多晶矽的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，芯片尺寸大于直接沉积的多晶矽。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶矽熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶矽，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。
3.准分子镭射晶化(ELA)
镭射晶化相对于固相晶化制备多晶矽来说更为理想，其利用瞬间雷射脉冲产生的高能量入射到非晶矽薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，雷射脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择镭射的波长和功率，使用镭射加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-Si薄膜的制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶矽和非晶矽的混合体。准分子镭射退火晶化的机理：激光辐射到a-Si的表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子-空穴对，增加了自由电子的导电能量，热电子-空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传给晶格，导致近表层极其迅速的升温，由于非晶矽材料具有大量的隙态和深能级，无辐射跃迁是主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若镭射的能量密度达到域值能量密度Ec时，即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约10m/s的速度深入材料内部，经过镭射照射，薄膜形成一定深度的融层，停止照射后，融层开始以108～1010K/s的速度冷却，而固相和液相之间的接口将以1～2m/s的速度回到表面，冷却之后薄膜晶化为多晶，随着镭射能量密度的增大，芯片的尺寸增大，当非晶薄膜完全熔化时，薄膜晶化为微晶或多晶，若镭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温度升至熔点,则薄膜不发生晶化。一般情况下,能量密度增大，芯片增大，薄膜的迁移率相应增大，当Si膜接近全部熔化时，芯片最大。但能量受雷射器的限制，不能无限增大，太大的能量密度反而令迁移率下降。镭射波长对晶化效果影响也很大，波长越长，镭射能量注入Si膜越深，晶化效果越好。
ELA法制备的多晶矽薄膜芯片大、空间选择性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、迁移率高达到400cm2/v.s，是目前综合性能最好的低温多晶矽薄膜。工艺成熟度高，已有大型的生产线设备，但它也有自身的缺点，芯片尺寸对镭射功率敏感，大面积均匀性较差。重复性差、设备成本高，维护复杂。
4.快速热退火（RTA）
一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。最后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶矽作为初始材料，进行退火处理。平衡温度控制在600℃以上，纳米矽芯片能在非晶矽薄膜中形成，而且所形成的纳米矽芯片的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米矽芯片较小(1.6～15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米矽粒较大(23～46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米矽芯片的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米矽芯片大小。为了弄清楚升温量变化快慢对所形成的纳米矽大小芯片的影响，采用晶体生长中成核理论。在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是生长。也就是说，在第一步中需要足够量的生长仔晶。结果显示：升温快慢影响所形成的仔晶密度。若单位时间内温度变化量大,则产生的仔晶密度大；反之，若单位时间内温度变化量小，则产生的仔晶密度小。RTA退火时升高退火温度或延长退火时间并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一种从非晶矽中分形生长出纳米矽的生长机理：分形生长。从下到上，只要温度不太高以致相邻的纳米矽岛不熔化，那么即使提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除其中的非晶部分。
RTA退火法制备的多晶矽芯片尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶矽。
5.等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）
PECVD法沉积薄膜的过程可以概括为三个阶段：
(1).SiH4分解产生活性粒子Si、H、SiH2 和SiH3等；
(2).活性粒子在衬底表面的吸附和扩散；
(3).在衬底上被吸附的活性分子在表面上发生反应生成Poly-Si层，并放出H2；
对于SiH4:H2气体系统,在高氢掺杂的条件下,当用RFPECVD的方法沉积多晶矽薄膜时,必须采用衬底加热到600℃以上的办法,才能促进最初成长阶段晶核的形成。而当衬底温度小于300℃时,只能形成氢化非晶矽(a-Si:H)薄膜。以SiH4:H2为气源沉积多晶矽温度较高，一般高于600℃，属于高温工艺，不适用于玻璃基底。目前有报导用SiC14:H2或者SiF4:H2为气源沉积多晶矽，温度较低，在300℃左右即可获得多晶矽，但用CVD法制备得多晶矽芯片尺寸小，一般不超过50nm，晶内缺陷多，晶界多。
6.金属横向诱导法(MILC)
利用金属如镍等在非晶矽薄膜表面形成诱导层，金属Ni与a-Si在接口处形成NiSi2的矽化物，利用矽化物释放的潜热及接口处因晶格失错而提供的晶格位置，a-Si原子在接口处重结晶，形成多晶矽芯片，NiSi2层破坏，Ni原子逐渐向a-Si层的底层迁移，再形成NiSi2矽化物，如此反复直a-Si层基本上全部晶化，其诱导温度一般在500℃，持续时间在10小时左右，退火时间与薄膜厚度有关。
金属诱导法具有均匀性高、成本低、相连金属掩蔽区以外的非晶矽也可以被晶化、生长温度在500℃。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且随着热处理时间的增长速率会降低。我们采用MILC和光脉冲辐射相结合的方法，实现了a-Si薄膜在低温环境下快速横向晶化，得到高迁移率、低金属污染的多晶矽带。
除了上述几种主要方法外，还有超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)、电子束蒸发等。
