JPH03188618A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH03188618A JPH03188618A JP32605889A JP32605889A JPH03188618A JP H03188618 A JPH03188618 A JP H03188618A JP 32605889 A JP32605889 A JP 32605889A JP 32605889 A JP32605889 A JP 32605889A JP H03188618 A JPH03188618 A JP H03188618A
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- polycrystalline silicon
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- silicon
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
Sol基板を用いる半導体装置の製造方法に関し、
半導体素子を形成する為の単結晶化シリコン層の結晶性
が良好なSol基板を短時間で得られるようにすること
を目的とし、 表面に絶縁層を持った基板にアモルファス・シリコン或
いはシリコン結晶が含まれるアモルファス・シリコンか
らなるシリコン層を形成する工程と、次いで、全体を熱
処理することに依って前記大部分がアモルファス・シリ
コンであるシリコン層を大きな結晶粒をもつ多結晶シリ
コン層に変換する工程と、次いで、該多結晶シリコン層
をエネルギ・ビーム照射して単結晶シリコン層に変換す
る工程とを含んでなるよう構成する。
が良好なSol基板を短時間で得られるようにすること
を目的とし、 表面に絶縁層を持った基板にアモルファス・シリコン或
いはシリコン結晶が含まれるアモルファス・シリコンか
らなるシリコン層を形成する工程と、次いで、全体を熱
処理することに依って前記大部分がアモルファス・シリ
コンであるシリコン層を大きな結晶粒をもつ多結晶シリ
コン層に変換する工程と、次いで、該多結晶シリコン層
をエネルギ・ビーム照射して単結晶シリコン層に変換す
る工程とを含んでなるよう構成する。
本発明は、Sol (silicon on 1n
sulator)基板を用いる半導体装置の製造方法に
関する。
sulator)基板を用いる半導体装置の製造方法に
関する。
現在、半導体装置を高速化、或いは、高密度化する為の
一手段として、三次元構造にすることが考えられ、それ
を実現する為の技術が種々開発されつつある。
一手段として、三次元構造にすることが考えられ、それ
を実現する為の技術が種々開発されつつある。
この三次元構造半導体装置を実現するには、絶縁層上に
素子形成可能なシリコン層をもつSol基板が不可欠で
ある。
素子形成可能なシリコン層をもつSol基板が不可欠で
ある。
通常、Sol基板を得るには、絶縁層上に堆積した多結
晶シリコンにレーザ・ビーt、を照射することで再結晶
化、即ち、単結晶化しているが、現用技術に依った場合
、結晶粒界を多く含んでいるので、それを低減させなけ
れば希求されている半導体装置を製造することができな
い。
晶シリコンにレーザ・ビーt、を照射することで再結晶
化、即ち、単結晶化しているが、現用技術に依った場合
、結晶粒界を多く含んでいるので、それを低減させなけ
れば希求されている半導体装置を製造することができな
い。
[従来の技術〕
従来の技術に依ってSOI基板を製造する場合には、シ
リコン基板上に形成された二酸化シリコンからなる絶縁
層の全面に化学気相堆積(c h emical v
apour depositi。
リコン基板上に形成された二酸化シリコンからなる絶縁
層の全面に化学気相堆積(c h emical v
apour depositi。
n : CVD)法にて多結晶シリコン層を堆積し、こ
の多結晶シリコン層にエネルギ・ビーム、例えば、レー
ザ・ビームを10[μm〕程度の径に集光して照射する
ようにしている。その際、照射領域の縁部分がオーバラ
ップするようにレーザ・ビームを照射し、順次、溶融・
再結晶化を行なって前記絶縁膜上の多結晶シリコン層が
半導体素子を形成するのに充分な面積の単結晶化領域を
もつようにするものである。
の多結晶シリコン層にエネルギ・ビーム、例えば、レー
ザ・ビームを10[μm〕程度の径に集光して照射する
ようにしている。その際、照射領域の縁部分がオーバラ
ップするようにレーザ・ビームを照射し、順次、溶融・
再結晶化を行なって前記絶縁膜上の多結晶シリコン層が
半導体素子を形成するのに充分な面積の単結晶化領域を
もつようにするものである。
前記従来の技術に依って多結晶シリコンの単結晶化を行
なうと、再結晶化の際の種結晶となる多結晶シリコンの
結晶粒が小さいことから、良好な単結晶化を実現するこ
とができず、多くの粒界を含む、結晶性の悪いものしか
得られないので、半導体素子を形成した場合、結晶欠陥
に起因するリーク特性など電気的特性の劣化が発生し易
(、ウェハ内に於ける結晶の均一性が悪いので、その特
性はバルク・シリコンを用いた半導体装置のレベルに達
していないのが現状である。しかも、細く集光したエネ
ルギ・ビームで大きな面積を走査するのであるから、再
結晶化に要する時間が長く、そのスルー・プツトは約3
〔枚/時間〕程度にしかならない。
なうと、再結晶化の際の種結晶となる多結晶シリコンの
結晶粒が小さいことから、良好な単結晶化を実現するこ
とができず、多くの粒界を含む、結晶性の悪いものしか
得られないので、半導体素子を形成した場合、結晶欠陥
に起因するリーク特性など電気的特性の劣化が発生し易
(、ウェハ内に於ける結晶の均一性が悪いので、その特
性はバルク・シリコンを用いた半導体装置のレベルに達
していないのが現状である。しかも、細く集光したエネ
ルギ・ビームで大きな面積を走査するのであるから、再
結晶化に要する時間が長く、そのスルー・プツトは約3
〔枚/時間〕程度にしかならない。
本発明は、半導体素子を形成する為の単結晶化シリコン
層の結晶性が良好なSol基板を短時間で得られるよう
にしようとする。
層の結晶性が良好なSol基板を短時間で得られるよう
にしようとする。
前記した課題は、単結晶化されるべき多結晶シリコン層
として結晶粒が大きいものを用い、しかも、ビーム径を
大きくして単位面積当たりのエネルギを低下させたエネ
ルギ・ビームを用い、広汎な面積を一度に照射すること
で解決される。この際、熔融・再結晶化する必要はない
から、基板加熱は行なわな(て良い。
として結晶粒が大きいものを用い、しかも、ビーム径を
大きくして単位面積当たりのエネルギを低下させたエネ
ルギ・ビームを用い、広汎な面積を一度に照射すること
で解決される。この際、熔融・再結晶化する必要はない
から、基板加熱は行なわな(て良い。
結晶粒が大きい多結晶シリコン層は、アモルファス・シ
リコン層或いはシリコン結晶を含むアモルファス・シリ
コン層をPTA(rapid thermal a
nneal)法、或いは、炉アニール法などを適用する
ことで得られる。また、ビーム径が大きいエネルギ・ビ
ームを生成させるには、ビーム・エクスパンダを用いる
ト良い。
リコン層或いはシリコン結晶を含むアモルファス・シリ
コン層をPTA(rapid thermal a
nneal)法、或いは、炉アニール法などを適用する
ことで得られる。また、ビーム径が大きいエネルギ・ビ
ームを生成させるには、ビーム・エクスパンダを用いる
ト良い。
このようなことから、本発明に依る半導体装置の製造方
法では、表面に絶縁層(例えば二酸化シリコンからなる
絶縁層2)を持った基板(例えばシリコン半11+&I
)にアモルファス・シリコン或いはシリコン結晶が含ま
れるアモルファス・シリコンからなるシリコン層(例え
ばシリコン層3)を形成する工程と、次いで、全体を熱
処理することに依って前記大部分がアモルファス・シリ
コンであるシリコン層を大きな結晶粒をもつ多結晶シリ
コンif(例えば多結晶シリコン層3′)に変換する工
程と、次いで、該多結晶シリコン層をエネルギ・ビーム
照射に依って単結晶シリコン層(例えば単結晶化シリコ
ン層3″)に変換する工程とを含んでなるよう構成する
。
法では、表面に絶縁層(例えば二酸化シリコンからなる
絶縁層2)を持った基板(例えばシリコン半11+&I
)にアモルファス・シリコン或いはシリコン結晶が含ま
れるアモルファス・シリコンからなるシリコン層(例え
ばシリコン層3)を形成する工程と、次いで、全体を熱
処理することに依って前記大部分がアモルファス・シリ
コンであるシリコン層を大きな結晶粒をもつ多結晶シリ
コンif(例えば多結晶シリコン層3′)に変換する工
程と、次いで、該多結晶シリコン層をエネルギ・ビーム
照射に依って単結晶シリコン層(例えば単結晶化シリコ
ン層3″)に変換する工程とを含んでなるよう構成する
。
前記手段を採ることに依り、結晶性良好な単結晶化シリ
コン層を有するSol基板を短時間で製造することが可
能となり、そして、高温で基板を加熱することがないか
ら、低温プロセスが実現され、特に、三次元構造の半導
体装置に於いでは、下層の素子に熱的な悪影響を及ぼす
ことなく、上層の単結晶化シリコン層を形成することが
できるから、特性良好なものを得ることができる。
コン層を有するSol基板を短時間で製造することが可
能となり、そして、高温で基板を加熱することがないか
ら、低温プロセスが実現され、特に、三次元構造の半導
体装置に於いでは、下層の素子に熱的な悪影響を及ぼす
ことなく、上層の単結晶化シリコン層を形成することが
できるから、特性良好なものを得ることができる。
第1図乃至第4図は本発明一実施例を解説する為の工程
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、以下
、各図を参照しつつ説明する。
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、以下
、各図を参照しつつ説明する。
第1図参照
1−(1)
熱酸化法を適用することに依り、シリコン半導体基板1
上に厚さ例えば1[μm〕程度の二酸化シリコンからな
る絶縁膜2を形成する。
上に厚さ例えば1[μm〕程度の二酸化シリコンからな
る絶縁膜2を形成する。
第2図参照
2−(1)
減圧気相成長(low pressurechemi
cal vapour deposition:L
PCVD)法を適用することに依り、厚さ例えば200
0 (人]程度のアモルファス・シリコン或いはシリコ
ン結晶を含むアモルファス・シリコンからなるシリコン
j!3を温度を400(”C)乃至550(”C)程度
として堆積する。
cal vapour deposition:L
PCVD)法を適用することに依り、厚さ例えば200
0 (人]程度のアモルファス・シリコン或いはシリコ
ン結晶を含むアモルファス・シリコンからなるシリコン
j!3を温度を400(”C)乃至550(”C)程度
として堆積する。
第3図参照
3−(1)
ウェハを炉内に配設し、温度を600(’C)程度、時
間を2〔時間〕としてアニールを行なう。
間を2〔時間〕としてアニールを行なう。
この工程を経ると、シリコン層3は、径が2〔μm〕〜
3〔μm〕程度の大きな結晶粒からなる多結晶シリコン
層3′に変換される。
3〔μm〕程度の大きな結晶粒からなる多結晶シリコン
層3′に変換される。
第4図参照
4−(1)
レーザ・ビーム4を照射し、シリコン層3′に於ける結
晶粒をより大きくすることで、単結晶化シリコン層31
に変換する。
晶粒をより大きくすることで、単結晶化シリコン層31
に変換する。
この際、レーザ・ビームの径は、ビーム・エクスパンダ
を用いて、−旦、約20(mm)から30(mm)程度
に拡大し、そのレーザ・ビームをウェハ上でチップ・サ
イズに応じて例かf2〔閣〕〜3〔閣〕程度に集光して
照射すると良い。
を用いて、−旦、約20(mm)から30(mm)程度
に拡大し、そのレーザ・ビームをウェハ上でチップ・サ
イズに応じて例かf2〔閣〕〜3〔閣〕程度に集光して
照射すると良い。
このようにすると、レーザ・ビームに於ける単位面積当
たりのエネルギは、通常のレーザ・ビーム・アニールの
場合に比較して低くなり、シリコン層3′が完全に溶融
する温度に達する過程を経ることなく単結晶化され、単
結晶化シリコン層3#となる。
たりのエネルギは、通常のレーザ・ビーム・アニールの
場合に比較して低くなり、シリコン層3′が完全に溶融
する温度に達する過程を経ることなく単結晶化され、単
結晶化シリコン層3#となる。
このレーザ・ビーム照射の主な条件を列挙すると次の通
りである。
りである。
出カニ200〜300(mW〕
(パワー・メータで測定)
ビーム径:2〜3〔鵬] (可変)
ビーム走査速度:150(mm/秒〕
(X−Yステージで実施)
第5図はレーザ・ビームを照射する工程を説明する為の
レーザ・ビーム照射装置の要部説明図を表している。
レーザ・ビーム照射装置の要部説明図を表している。
図に於いて、5は波長が488(nm)及び514.5
(nm)であるアルゴン・レーザ、6はシャッタ、7
は外波長板、8は偏光ビーム・スプリッタ、9及び10
は全反射ミラー 11は透過率が99〔%〕の半透明ミ
ラー 12はパワー・メータ、13はレーザ・ビーム・
エクスパンダ、14はグイクロイック・ミラー 15は
集光レンズ、16はウェハ、17はX−Yステージ、1
8は顕微鏡、19は半透明ミラー、20はナトリウム・
ランプからなる光源、21は全反射ミラー22は眼をそ
れぞれ示している。
(nm)であるアルゴン・レーザ、6はシャッタ、7
は外波長板、8は偏光ビーム・スプリッタ、9及び10
は全反射ミラー 11は透過率が99〔%〕の半透明ミ
ラー 12はパワー・メータ、13はレーザ・ビーム・
エクスパンダ、14はグイクロイック・ミラー 15は
集光レンズ、16はウェハ、17はX−Yステージ、1
8は顕微鏡、19は半透明ミラー、20はナトリウム・
ランプからなる光源、21は全反射ミラー22は眼をそ
れぞれ示している。
図示のレーザ・ビーム照射装置に於いて、A波長板7は
アルゴン・レーザ5からのレーザ光に於ける偏光角度を
補正する役目を果たしている。即ち、アルゴンに限らな
いがレーザ5は、定められた通りに配置しても、正確に
垂直或いは水平など所定の角度に偏光された光が出射さ
れてくるとは限らず、僅かにずれている場合があり、そ
のまま偏光ビーム・スプリッタ8に入射させるわけには
ゆかない。そこで、η波長板7に依って、その補正を行
なうようにしている。半透明ミラー11は、例えば10
(W)のレーザ光のうち、10100(〕を反射してパ
ワー・メータ12に送り込み、パワー・メータ12は内
蔵するシリコン・フォト・セルでレーザ光を電流に変換
し、その電流を測定することでレーザ光のパワーを知る
ようになっている。レーザ・ビーム・エクスパンダ13
はレーザ光の径を拡大する働きをする。ダイクロインク
・ミラー14はレーザ・ビーム・エクスパンダI3から
のレーザ光を完全に反射して集光レンズ15を介してウ
ェハ16に照射されるように、そして、ウェハ16から
の戻りレーザ光も完全に反射してレーザ・ビーム・エク
スパンダ13方向に戻すことができる機能をもつと共に
顕微鏡18に於けるナトリウム・ランプである光tA2
0からの光を完全に透過してウェハ16を照射し、且つ
、戻ってきた光を透過して半透明ミラー19が透過した
ものを眼22で看取することができるようにする機能を
もっているので、観測者は、眼22をレーザ光で傷める
ことなく、ウェハ16の表面を観測しながら作業を行な
うことができる。
アルゴン・レーザ5からのレーザ光に於ける偏光角度を
補正する役目を果たしている。即ち、アルゴンに限らな
いがレーザ5は、定められた通りに配置しても、正確に
垂直或いは水平など所定の角度に偏光された光が出射さ
れてくるとは限らず、僅かにずれている場合があり、そ
のまま偏光ビーム・スプリッタ8に入射させるわけには
ゆかない。そこで、η波長板7に依って、その補正を行
なうようにしている。半透明ミラー11は、例えば10
(W)のレーザ光のうち、10100(〕を反射してパ
ワー・メータ12に送り込み、パワー・メータ12は内
蔵するシリコン・フォト・セルでレーザ光を電流に変換
し、その電流を測定することでレーザ光のパワーを知る
ようになっている。レーザ・ビーム・エクスパンダ13
はレーザ光の径を拡大する働きをする。ダイクロインク
・ミラー14はレーザ・ビーム・エクスパンダI3から
のレーザ光を完全に反射して集光レンズ15を介してウ
ェハ16に照射されるように、そして、ウェハ16から
の戻りレーザ光も完全に反射してレーザ・ビーム・エク
スパンダ13方向に戻すことができる機能をもつと共に
顕微鏡18に於けるナトリウム・ランプである光tA2
0からの光を完全に透過してウェハ16を照射し、且つ
、戻ってきた光を透過して半透明ミラー19が透過した
ものを眼22で看取することができるようにする機能を
もっているので、観測者は、眼22をレーザ光で傷める
ことなく、ウェハ16の表面を観測しながら作業を行な
うことができる。
ところで、前記したように本発明を実施したところ、径
が約10 (cm) (4(吋〕)ノウエバを約10
〔枚/時間]で処理することができた。因みに、従来の
技術に依った場合には、3〔枚/時間〕がせいぜいであ
り、しかも、単結晶化シリコン層の結晶性は本発明に依
ったものと比較すると劣っていた。
が約10 (cm) (4(吋〕)ノウエバを約10
〔枚/時間]で処理することができた。因みに、従来の
技術に依った場合には、3〔枚/時間〕がせいぜいであ
り、しかも、単結晶化シリコン層の結晶性は本発明に依
ったものと比較すると劣っていた。
本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、表面に
絶縁層を持った基板にアモルファス・シリコン或いはシ
リコン結晶が含まれるアモルファス・シリコンからなる
シリコン層を形成する工程と、次いで、全体を熱処理す
ることに依って前記大部分がアモルファス・シリコンで
あるシリコン層を大きな結晶粒をもつ多結晶シリコン層
に変換する工程と、次いで、該多結晶シリコン層をエネ
ルギ・ビーム照射して単結晶シリコン層に変換する工程
とを含んでいる。
絶縁層を持った基板にアモルファス・シリコン或いはシ
リコン結晶が含まれるアモルファス・シリコンからなる
シリコン層を形成する工程と、次いで、全体を熱処理す
ることに依って前記大部分がアモルファス・シリコンで
あるシリコン層を大きな結晶粒をもつ多結晶シリコン層
に変換する工程と、次いで、該多結晶シリコン層をエネ
ルギ・ビーム照射して単結晶シリコン層に変換する工程
とを含んでいる。
前記構成を採ることに依り、結晶性良好な単結晶化シリ
コン層を有するSol基板を短時間で製造することが可
能となり、そして、高温で基板を加熱することがないか
ら、低温プロセスが実現され、特に、三次元構造の半導
体装置に於いては、下層の素子に熱的な悪影響を及ぼす
ことなく、上層の単結晶化シリコン層を形成することが
できるから、特性良好なものを得ることができる。
コン層を有するSol基板を短時間で製造することが可
能となり、そして、高温で基板を加熱することがないか
ら、低温プロセスが実現され、特に、三次元構造の半導
体装置に於いては、下層の素子に熱的な悪影響を及ぼす
ことなく、上層の単結晶化シリコン層を形成することが
できるから、特性良好なものを得ることができる。
第1図乃至第4図は本発明一実施例を説明する為の工程
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図、第5図はレ
ーザ・ビームを照射する工程を説明する為のレーザ・ビ
ーム照射装置の要部説明図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はシリコン半導体基板、2は二酸化シリ
コンからなる絶縁膜、3はアモルファスシリコン或いは
シリコン結晶を含んだアモルファス・シリコンからなる
シリコン層、3′は多結晶シリコン層、3″は単結晶化
シリコン層、4はレーザ・ビーム、5は波長が488(
nml及び514.5 (nm)であるアルゴン・レー
ザ、6はシャッタ、7は外波長板、8は偏光ビーム・ス
プリンタ、9及び10は全反射ミラー 11は透過率が
99〔%〕の半透明ミラー 12はパワー・メータ、1
3はレーザ・ビーム・エクスパンダ、14はダイクロイ
ック・ミラー 15は集光レンズ、16はウェハ、17
はX−Yステージ、18は顕微鏡、19は半透明ミラー
、20はナトリウム・ランプからなる光源、21は全反
射ミラー22は眼をそれぞれ示している。
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図、第5図はレ
ーザ・ビームを照射する工程を説明する為のレーザ・ビ
ーム照射装置の要部説明図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はシリコン半導体基板、2は二酸化シリ
コンからなる絶縁膜、3はアモルファスシリコン或いは
シリコン結晶を含んだアモルファス・シリコンからなる
シリコン層、3′は多結晶シリコン層、3″は単結晶化
シリコン層、4はレーザ・ビーム、5は波長が488(
nml及び514.5 (nm)であるアルゴン・レー
ザ、6はシャッタ、7は外波長板、8は偏光ビーム・ス
プリンタ、9及び10は全反射ミラー 11は透過率が
99〔%〕の半透明ミラー 12はパワー・メータ、1
3はレーザ・ビーム・エクスパンダ、14はダイクロイ
ック・ミラー 15は集光レンズ、16はウェハ、17
はX−Yステージ、18は顕微鏡、19は半透明ミラー
、20はナトリウム・ランプからなる光源、21は全反
射ミラー22は眼をそれぞれ示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 表面に絶縁層を持った基板にアモルファス・シリコン或
いはシリコン結晶が含まれるアモルファス・シリコンか
らなるシリコン層を形成する工程と、 次いで、全体を熱処理することに依って前記大部分がア
モルファス・シリコンであるシリコン層を大きな結晶粒
をもつ多結晶シリコン層に変換する工程と、 次いで、該多結晶シリコン層をエネルギ・ビーム照射し
て単結晶シリコン層に変換する工程とを含んでなること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32605889A JPH03188618A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32605889A JPH03188618A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03188618A true JPH03188618A (ja) | 1991-08-16 |
Family
ID=18183639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32605889A Pending JPH03188618A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03188618A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745839A (ja) * | 1993-07-31 | 1995-02-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US5814150A (en) * | 1993-10-14 | 1998-09-29 | Neuralsystems Corporation | Method of and apparatus for forming single-crystalline thin film, beam irradiator, beam irradiating method and beam reflecting device |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP32605889A patent/JPH03188618A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745839A (ja) * | 1993-07-31 | 1995-02-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US5814150A (en) * | 1993-10-14 | 1998-09-29 | Neuralsystems Corporation | Method of and apparatus for forming single-crystalline thin film, beam irradiator, beam irradiating method and beam reflecting device |
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