JPH0324736A - 半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
半導体薄膜の形成方法Info
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- JPH0324736A JPH0324736A JP16048089A JP16048089A JPH0324736A JP H0324736 A JPH0324736 A JP H0324736A JP 16048089 A JP16048089 A JP 16048089A JP 16048089 A JP16048089 A JP 16048089A JP H0324736 A JPH0324736 A JP H0324736A
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- Japan
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- conductivity type
- amorphous semiconductor
- semiconductor layer
- single crystal
- thin film
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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】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体薄膜の形成方法に関し、特に半導体接合
部を有する単結晶半導体薄膜の形成方法に関する. (従来の技術及びその問題点) 従来から非晶質半導体層にレーザー光を照射して非晶質
半導体層を溶融一固化させて単結晶化するレーザービー
ム結晶化法がある.このレーザービーム結晶化法を応用
して三次元IC等を製造する方法も種々提案されている
が、三次元ICを製造する場合基板は必ず単結晶シリコ
ン基板に限られてしまい、大面積化は到底望めないと共
に、半導体層に不純物イオンを拡散する場合イオン注入
法や熱拡散法で行うことから、不純物イオンを広い領域
にわたって均一に拡散させることができなかったり、高
温加熱に耐えられる基板を用いなければならない等技術
上不可、避の問題がある.そこで、このような問題を解
決する方法として例えば特開昭62−214668号公
報では一第3図に示すように、基板11として大面積化
が可能で安価なガラス基板を用い、このガラス基板上に
SiO2膜12等を形成し、このSiO2膜の所定部分
に後にトランジスタのチャンネル領域を形成する不純物
となるホウ素12aとリン12bをイオン注入法等で注
入し、このS z 02 膜1 2上にシリコン薄膜1
3を堆積させてシリコン薄膜13にレーザー光を照射し
て加熱することによりS i O2膜12中の不純物を
シリコン薄膜13に熱拡散させてチャンネル領域を形成
して、ガラス基板11上に逆チャンネル型の薄膜トラン
ジスタ18、23等を形成することも提案されている.
ところが、この従来の薄膜トランジスタの製造方法では
、S i O2膜12に予めトランジスタのチャンネル
領域を形成する不純物をイオン注入法等で注入して置か
なければならず、製造工程が煩雑で装置も大掛かりなも
のを用意しなければならないという問題が依然としてあ
る. (発明の目的〉 本発明はこのような従来方法の問題点に鑑み案出された
ものであり、イオン注入法等の煩雑な工程や大掛かりな
装置を用いずに簡単に形成することができる半導体薄膜
単結晶の形成方法を提供することを目的とするものであ
る. (発明の構成) 本発明によれば、絶縁基板上に一導電型の非晶質半導体
層を被着形戒して所定部分を工・ソチング除去し、前記
絶縁基板上の一導電型非晶質半導体層を除去した部分に
前記一導電型とは反対の導電型の非晶質半導体層を前記
一導電型非晶質半導体層と接触した状態に被着形成し、
これら非晶質半導体層にレーザー光を照射して溶融・固
化させることにより半導体層を単結晶化すると同時に一
導電型半導体単結晶と他の導電型半導体単結晶とで構成
される半導体接合部を形成する半導体薄膜の形成方法が
提供される. 《実施例) 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する. 第1図(a)(W (c)(イ)は、本発明に係る半導
体薄膜の形成方法を説明するための図である. 本発明に係る方法に用いられる絶縁基板1は、ナトリウ
ムイオンをほとんど含有しないガラスや石英等からなり
、非晶質半導体層とのgB張率の差や価格を考慮すると
#7059基板等が好適に用いられる.基板1として#
7059基板を用いる場合は、基板の表面に例えば酸化
シリコン膜(Si02)等を0.01〜2.01tm程
度の厚みに被着させて置くとよい.なぜなら、後述する
非晶質半導体層の結晶化工程で基板1からの不純物の混
入を阻止したり熱衝撃を緩和させることができるからで
ある. 次に、同図(a)に示すように、絶縁基vil上に一導
電型非晶質半導体層2を形成する.この非晶質半導体層
2は、プラズマCVD法、熱CVD法、或いは光CVD
法等で形成される.プラズマCvD法で形成する場合、
プラズマ反応炉を2TOrr程度に減圧して、反応炉内
にモノシラン(SiH.)等の水素化シリコンガスに不
純物用ガスをlppm〜1%程度混入させて絶縁基板1
を200〜300℃に加熱しながらグロー放電分解する
ことにより絶縁基板1上に堆積する.不純物用ガスとし
ては、n型半導体層(例えば一導電型非晶質半導体層)
を形成する場合はフ才スフィン(PH3)等が用いられ
、p型半導体層(例えば一導電型非晶質半導体層とは反
対の導電型非晶質半導体層〉を形戒する場合はジボラン
(82 Hs )等が用いられる.この不純物ガスの濃
度を調整することによって、最終的に形成される半導体
単結晶内の不純物濃度を1 0 12c m−’〜1
022c m−’の範囲内等で任意に調整することがで
きる.この非晶質半導体層2は、500〜20000人
程度の厚みに形成される. 次に、同図(日に示すように、一導電型非晶質半導体層
2の所定部分に有機材料等から成るフォトレジスト膜を
塗布して1〜10%のフッ硝酸溶液( H N 03
+ H F )中に2〜60分程度浸漬してフォトレジ
スト膜が塗布された部分以外の一導電型非晶質半導体層
2をエッチング除去する.次に、同図(c)に示すよう
に、一導電型非晶質半導体層2がエッチング除去された
部分に一導電型非晶質半導体層とは反対の導電型非晶質
半導体層3をプラズマCVD法、熱CVD法、或いは光
CVD法により形成する.この一導電型非晶質半導体層
がエッチング除去された部分に反対の導電型非晶質半導
体層を形成するにあたっては、例えばメタルマスクで一
導電型非晶質半導体層を被覆してエッチング除去された
部分だけに反対の導電型の非晶質半導体層を堆積しても
よいし、全面に反対の導電型非晶質半導体層を堆積して
重複部分の反対の導電型の非晶質半導体層を除去して形
成してもよい.また、一導電型非晶質半導体層と反対の
導電型非晶質半導体層との間に間隙を生じないように接
触して形成する.尚、一導電型非晶質半導体層と反対の
導電型非晶質とは一部が重複するように形成してもよい
. 次に、絶縁基板1を500〜600℃に2時間程度加熱
して、非晶質半導体層2、3内の水素を排出する.即ち
、非晶質半導体層2、3を絶縁基板1に均質に堆積する
ためにはシリコンの結合手を飽和させるための水素を含
有させなければならない.例えば絶縁基板1を200〜
300℃に加熱して非晶質半導体膜2、3を堆積すると
非晶質半導体膜2、3中に1021個cm””程度の水
素が含有されてしまう.ところが、水素を含有した状態
で非晶質半導体膜2、3を単結晶化すると、レーザーを
照射して加熱した際に水素が突沸して非晶質半導体膜が
絶縁基板から剥離する.そこで、絶縁基板1を500〜
600℃に加熱して非晶質半導体層2、3中の水素を1
0′!個c m−’程度まで低減させる.なお、加熱処
理温度が500℃未満の場合は含有水素量を所望値まで
低減させ難く、また600℃以上の場合は非晶質半導体
層2、3が多結晶化して単結晶化工程で膜中にクラック
(亀裂)を生じ易くなる.従って、この加熱処理温度は
500〜600℃の範囲で行うことが望ましい. 次に、同図(イ)に示すように、非晶質半導体層2、3
にレーザー光を照射して単結晶化させると同時に一導電
型半導体単結晶2と反対の導電型半導体単結晶3とで構
成される半導体接合部を形成する.レーザーとしては、
.例えばビームスポットが20〜100μmでパワー0
.5〜20Wの連続発振アルゴンレーザー等が好適に用
いられ、走査速度は1〜20cm/sec程度である.
レーザー光を照射すると非晶質半導体膜2、3は140
0℃以上に加熱されて瞬間的に溶融しレーザー光が通り
過ぎると瞬時に固化して単結晶化する.半導体接合部の
不純物拡散領域の境界を明瞭にしていわゆる逆方向特性
やリーク電流等の素子特性を向上させるためにレーザー
の走査速度は単結晶化できる範囲でできるだけ速くする
ことが望ましく、また溶融した非晶質半導体層2、3を
瞬時に固化させるために非晶質半導体層2、3上等に放
熱を促進するポリエチレングリコール等の粘性物質を塗
布してレーザー光を照射するとよい.また、非晶質半導
体層2、3上に酸化シリコンli ( S z 02
)等を0.5μm程度の厚みに例えばプラズマCVD法
等で被着して置くとよい.なぜなら、非晶質半導体層2
、3がレーザーで加熱された際の熱をいち早く吸収して
瞬時に固化させることができ、また大気中から非晶質半
導体層2、3内への汚染を防止でき、さらに非晶質半導
体層2、3の表面の波打ち等を防止できるからである.
なお、一導電型半導体単結晶2及び反対の導電型半導体
単結晶3の不純物濃度は非晶質半導体層2、3を形成す
る際の不純物ガスの濃度にそのまま依存している. 上記実施例では一導電型非晶質半導体層と他の導電型非
晶質半導体層とでp−n接合を形成することについて述
べたが、全く同様の方法によって第2図(一〜(イ)に
示すようなれ4″−p n 1″接合も形成すること
ができる. このように形成した半導体接合部を有する半導体薄膜2
、3上に例えば酸化シリコンや窒化シリコン等からなる
フィールド酸化膜やゲート絶縁膜を形成し、さらにアル
ミニュウムやニッケル等から成るソース電極、ゲート電
極、及びドレイン電極を所定部分に形成することにより
、異なるチャンネルのトランジスタで構成されるC−M
OS.}−ランジスタを極めて容易に形成することがで
きる.(発明の効果〉 以上のように、本発明に係る半導体薄膜の形成方法によ
れば、絶縁基板上に7導電型の非晶質半導体層を被着形
成して所定部分をエッチング除去し、前記絶縁基板上の
一導電型非晶質半導体層を除去した部分に前記一導電型
とは反対の導電型の非晶質半導体層を前記一導電型非晶
質半導体層と接触した状態に被着形成し、これら非晶質
半導体層にレーザー光を照射して溶融・固化させること
により半導体層を単結晶化すると同時に一導電型半導体
単結晶と他の導電型半導体単結晶とで構成される半導体
接合部を形戒することから、例えばイオン注入装置のよ
うな大掛かりな装置を用いずに簡単な工程で大面積にわ
たって均質な半導体薄膜を高温処理工程を経ずに形成す
ることができ、もって基板としてガラス等の安価で大面
積の基板にC−MOS等の異なるチャンネルのトランジ
スタを簡単に形成できる.
部を有する単結晶半導体薄膜の形成方法に関する. (従来の技術及びその問題点) 従来から非晶質半導体層にレーザー光を照射して非晶質
半導体層を溶融一固化させて単結晶化するレーザービー
ム結晶化法がある.このレーザービーム結晶化法を応用
して三次元IC等を製造する方法も種々提案されている
が、三次元ICを製造する場合基板は必ず単結晶シリコ
ン基板に限られてしまい、大面積化は到底望めないと共
に、半導体層に不純物イオンを拡散する場合イオン注入
法や熱拡散法で行うことから、不純物イオンを広い領域
にわたって均一に拡散させることができなかったり、高
温加熱に耐えられる基板を用いなければならない等技術
上不可、避の問題がある.そこで、このような問題を解
決する方法として例えば特開昭62−214668号公
報では一第3図に示すように、基板11として大面積化
が可能で安価なガラス基板を用い、このガラス基板上に
SiO2膜12等を形成し、このSiO2膜の所定部分
に後にトランジスタのチャンネル領域を形成する不純物
となるホウ素12aとリン12bをイオン注入法等で注
入し、このS z 02 膜1 2上にシリコン薄膜1
3を堆積させてシリコン薄膜13にレーザー光を照射し
て加熱することによりS i O2膜12中の不純物を
シリコン薄膜13に熱拡散させてチャンネル領域を形成
して、ガラス基板11上に逆チャンネル型の薄膜トラン
ジスタ18、23等を形成することも提案されている.
ところが、この従来の薄膜トランジスタの製造方法では
、S i O2膜12に予めトランジスタのチャンネル
領域を形成する不純物をイオン注入法等で注入して置か
なければならず、製造工程が煩雑で装置も大掛かりなも
のを用意しなければならないという問題が依然としてあ
る. (発明の目的〉 本発明はこのような従来方法の問題点に鑑み案出された
ものであり、イオン注入法等の煩雑な工程や大掛かりな
装置を用いずに簡単に形成することができる半導体薄膜
単結晶の形成方法を提供することを目的とするものであ
る. (発明の構成) 本発明によれば、絶縁基板上に一導電型の非晶質半導体
層を被着形戒して所定部分を工・ソチング除去し、前記
絶縁基板上の一導電型非晶質半導体層を除去した部分に
前記一導電型とは反対の導電型の非晶質半導体層を前記
一導電型非晶質半導体層と接触した状態に被着形成し、
これら非晶質半導体層にレーザー光を照射して溶融・固
化させることにより半導体層を単結晶化すると同時に一
導電型半導体単結晶と他の導電型半導体単結晶とで構成
される半導体接合部を形成する半導体薄膜の形成方法が
提供される. 《実施例) 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する. 第1図(a)(W (c)(イ)は、本発明に係る半導
体薄膜の形成方法を説明するための図である. 本発明に係る方法に用いられる絶縁基板1は、ナトリウ
ムイオンをほとんど含有しないガラスや石英等からなり
、非晶質半導体層とのgB張率の差や価格を考慮すると
#7059基板等が好適に用いられる.基板1として#
7059基板を用いる場合は、基板の表面に例えば酸化
シリコン膜(Si02)等を0.01〜2.01tm程
度の厚みに被着させて置くとよい.なぜなら、後述する
非晶質半導体層の結晶化工程で基板1からの不純物の混
入を阻止したり熱衝撃を緩和させることができるからで
ある. 次に、同図(a)に示すように、絶縁基vil上に一導
電型非晶質半導体層2を形成する.この非晶質半導体層
2は、プラズマCVD法、熱CVD法、或いは光CVD
法等で形成される.プラズマCvD法で形成する場合、
プラズマ反応炉を2TOrr程度に減圧して、反応炉内
にモノシラン(SiH.)等の水素化シリコンガスに不
純物用ガスをlppm〜1%程度混入させて絶縁基板1
を200〜300℃に加熱しながらグロー放電分解する
ことにより絶縁基板1上に堆積する.不純物用ガスとし
ては、n型半導体層(例えば一導電型非晶質半導体層)
を形成する場合はフ才スフィン(PH3)等が用いられ
、p型半導体層(例えば一導電型非晶質半導体層とは反
対の導電型非晶質半導体層〉を形戒する場合はジボラン
(82 Hs )等が用いられる.この不純物ガスの濃
度を調整することによって、最終的に形成される半導体
単結晶内の不純物濃度を1 0 12c m−’〜1
022c m−’の範囲内等で任意に調整することがで
きる.この非晶質半導体層2は、500〜20000人
程度の厚みに形成される. 次に、同図(日に示すように、一導電型非晶質半導体層
2の所定部分に有機材料等から成るフォトレジスト膜を
塗布して1〜10%のフッ硝酸溶液( H N 03
+ H F )中に2〜60分程度浸漬してフォトレジ
スト膜が塗布された部分以外の一導電型非晶質半導体層
2をエッチング除去する.次に、同図(c)に示すよう
に、一導電型非晶質半導体層2がエッチング除去された
部分に一導電型非晶質半導体層とは反対の導電型非晶質
半導体層3をプラズマCVD法、熱CVD法、或いは光
CVD法により形成する.この一導電型非晶質半導体層
がエッチング除去された部分に反対の導電型非晶質半導
体層を形成するにあたっては、例えばメタルマスクで一
導電型非晶質半導体層を被覆してエッチング除去された
部分だけに反対の導電型の非晶質半導体層を堆積しても
よいし、全面に反対の導電型非晶質半導体層を堆積して
重複部分の反対の導電型の非晶質半導体層を除去して形
成してもよい.また、一導電型非晶質半導体層と反対の
導電型非晶質半導体層との間に間隙を生じないように接
触して形成する.尚、一導電型非晶質半導体層と反対の
導電型非晶質とは一部が重複するように形成してもよい
. 次に、絶縁基板1を500〜600℃に2時間程度加熱
して、非晶質半導体層2、3内の水素を排出する.即ち
、非晶質半導体層2、3を絶縁基板1に均質に堆積する
ためにはシリコンの結合手を飽和させるための水素を含
有させなければならない.例えば絶縁基板1を200〜
300℃に加熱して非晶質半導体膜2、3を堆積すると
非晶質半導体膜2、3中に1021個cm””程度の水
素が含有されてしまう.ところが、水素を含有した状態
で非晶質半導体膜2、3を単結晶化すると、レーザーを
照射して加熱した際に水素が突沸して非晶質半導体膜が
絶縁基板から剥離する.そこで、絶縁基板1を500〜
600℃に加熱して非晶質半導体層2、3中の水素を1
0′!個c m−’程度まで低減させる.なお、加熱処
理温度が500℃未満の場合は含有水素量を所望値まで
低減させ難く、また600℃以上の場合は非晶質半導体
層2、3が多結晶化して単結晶化工程で膜中にクラック
(亀裂)を生じ易くなる.従って、この加熱処理温度は
500〜600℃の範囲で行うことが望ましい. 次に、同図(イ)に示すように、非晶質半導体層2、3
にレーザー光を照射して単結晶化させると同時に一導電
型半導体単結晶2と反対の導電型半導体単結晶3とで構
成される半導体接合部を形成する.レーザーとしては、
.例えばビームスポットが20〜100μmでパワー0
.5〜20Wの連続発振アルゴンレーザー等が好適に用
いられ、走査速度は1〜20cm/sec程度である.
レーザー光を照射すると非晶質半導体膜2、3は140
0℃以上に加熱されて瞬間的に溶融しレーザー光が通り
過ぎると瞬時に固化して単結晶化する.半導体接合部の
不純物拡散領域の境界を明瞭にしていわゆる逆方向特性
やリーク電流等の素子特性を向上させるためにレーザー
の走査速度は単結晶化できる範囲でできるだけ速くする
ことが望ましく、また溶融した非晶質半導体層2、3を
瞬時に固化させるために非晶質半導体層2、3上等に放
熱を促進するポリエチレングリコール等の粘性物質を塗
布してレーザー光を照射するとよい.また、非晶質半導
体層2、3上に酸化シリコンli ( S z 02
)等を0.5μm程度の厚みに例えばプラズマCVD法
等で被着して置くとよい.なぜなら、非晶質半導体層2
、3がレーザーで加熱された際の熱をいち早く吸収して
瞬時に固化させることができ、また大気中から非晶質半
導体層2、3内への汚染を防止でき、さらに非晶質半導
体層2、3の表面の波打ち等を防止できるからである.
なお、一導電型半導体単結晶2及び反対の導電型半導体
単結晶3の不純物濃度は非晶質半導体層2、3を形成す
る際の不純物ガスの濃度にそのまま依存している. 上記実施例では一導電型非晶質半導体層と他の導電型非
晶質半導体層とでp−n接合を形成することについて述
べたが、全く同様の方法によって第2図(一〜(イ)に
示すようなれ4″−p n 1″接合も形成すること
ができる. このように形成した半導体接合部を有する半導体薄膜2
、3上に例えば酸化シリコンや窒化シリコン等からなる
フィールド酸化膜やゲート絶縁膜を形成し、さらにアル
ミニュウムやニッケル等から成るソース電極、ゲート電
極、及びドレイン電極を所定部分に形成することにより
、異なるチャンネルのトランジスタで構成されるC−M
OS.}−ランジスタを極めて容易に形成することがで
きる.(発明の効果〉 以上のように、本発明に係る半導体薄膜の形成方法によ
れば、絶縁基板上に7導電型の非晶質半導体層を被着形
成して所定部分をエッチング除去し、前記絶縁基板上の
一導電型非晶質半導体層を除去した部分に前記一導電型
とは反対の導電型の非晶質半導体層を前記一導電型非晶
質半導体層と接触した状態に被着形成し、これら非晶質
半導体層にレーザー光を照射して溶融・固化させること
により半導体層を単結晶化すると同時に一導電型半導体
単結晶と他の導電型半導体単結晶とで構成される半導体
接合部を形戒することから、例えばイオン注入装置のよ
うな大掛かりな装置を用いずに簡単な工程で大面積にわ
たって均質な半導体薄膜を高温処理工程を経ずに形成す
ることができ、もって基板としてガラス等の安価で大面
積の基板にC−MOS等の異なるチャンネルのトランジ
スタを簡単に形成できる.
第1図(3)(ij (c)(イ)はそれぞれ本発明に
係る薄膜半導体の製造方法を説明するための図、第2図
(a)(bl(c)(イ)はそれぞれ他の実施例を説明
するための図、第3図は従来の半導体薄膜の製造方法を
説明するための図である. 1、絶縁基板 2、一導電型非晶質半導体層 3、反対の導電型非晶質半導体層
係る薄膜半導体の製造方法を説明するための図、第2図
(a)(bl(c)(イ)はそれぞれ他の実施例を説明
するための図、第3図は従来の半導体薄膜の製造方法を
説明するための図である. 1、絶縁基板 2、一導電型非晶質半導体層 3、反対の導電型非晶質半導体層
Claims (1)
- 絶縁基板上に一導電型の非晶質半導体層を被着形成して
所定部分をエッチング除去し、前記絶縁基板上の一導電
型非晶質半導体層を除去した部分に前記一導電型とは反
対の導電型の非晶質半導体層を前記一導電型非晶質半導
体層と接触した状態に被着形成し、これら非晶質半導体
層にレーザー光を照射して溶融・固化させることにより
半導体層を単結晶化すると同時に一導電型半導体単結晶
と他の導電型半導体単結晶とで構成される半導体接合部
を形成する半導体薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16048089A JPH0324736A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16048089A JPH0324736A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 半導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0324736A true JPH0324736A (ja) | 1991-02-01 |
Family
ID=15715863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16048089A Pending JPH0324736A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0324736A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534832B2 (en) | 1993-09-07 | 2003-03-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and glass member and substrate member having film comprising aluminum, nitrogen and oxygen |
| US7038302B2 (en) | 1993-10-12 | 2006-05-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Glass substrate assembly, semiconductor device and method of heat-treating glass substrate |
-
1989
- 1989-06-22 JP JP16048089A patent/JPH0324736A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6534832B2 (en) | 1993-09-07 | 2003-03-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and glass member and substrate member having film comprising aluminum, nitrogen and oxygen |
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