JPH0411722A - 半導体結晶化膜の形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体結晶化膜の形成方法に関し、特に結晶化
膜中に混入する不純物を減少せしめた半導体結晶化膜の
形成方法に関する。

（従来の技術およびその問題点） 従来から、基板上に形成した非晶質または多結晶半導体
膜にレーザ光を照射して溶融・固化させることにより半
導体膜を結晶化するレーザビーム結晶化法があり、不純
物の混入が少なくて粒径の大きな結晶化膜を作るために
種々の試みが為されている。

例えば特公昭６ｍ−１６７５８号公報には、基板からの
汚染を防いだり、基板との熱膨張率の相違を緩和するた
めに、非晶質または多結晶半導体膜との間に、熱酸化法
で形成した酸化シリコン膜などから成る下地層を介在さ
せるとともに、大気中からの汚染を防いだり、結晶化膜
表面の平坦度を維持するために、非晶質または多結晶半
導体股上に、酸化シリコン膜などから成る保護層を形成
してレーザ光を照射することによって結晶化膜を形成す
ることが開示されている。

下地層と保護膜とで半導体膜を挟んでレーザ光を照射し
て結晶化すると、基板や大気中からの汚染は防止できる
ものの、半導体膜が溶融した際に、半導体膜と接してい
る下地層の上層部分と半導体膜と接している保護膜の下
層部分とが溶融して半導体膜と混然一体となり、半導体
膜中に多数の酸素原子が取り込まれてしまうという問題
があった。

すなわち、従来のような構成と方法とで半導体膜を結晶
化すると、半導体膜中に５Ｘ１０Ｉ９個ｃｍ３以上の酸
素原子が存在する。

このように多数の酸素原子が混入した半導体膜を使って
トランジスタなどを形成すると、過飽和の酸素原子が数
個集合してクラスターとなり、これがドナーを形成して
しまう。イオン化したドナーは、キャリアの散乱中心と
なるため、半導体膜中での電子および正孔の移動度に悪
影響を与える。

従って、半導体特性を改善するには、上述のようなサー
マルドナーを消滅させておかなければならない。

単結晶のシリコン基板を用いた半導体製造プロセスでは
、酸化膜の形成工程や不純物の拡散工程など１０００℃
以上の高温処理工程があるため、サーマルドナーは分解
してしまうが、ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成
する場合、高温プロセスがないため、最後までサーマル
ドナーが残ってしまい、応答速度の速いトランジスタを
得ることができないという問題があった。また、８００
℃で１０秒程度のＲＴＰ（ランプアニールによるラビッ
トサーマルプロセス）も有効であるが、ガラス基板をこ
のような高温の炉の中に入れることはできない。

また、半導体膜中の酸素原子を減少させるために、結晶
化した半導体膜の上半分をエツチング除去して、保護層
から混入した酸素原子の影響を少なくすることも考えら
れるが、下地層から結晶化膜の下層部分に混入した酸素
原子は取り除くことはできない。

本発明は、このような問題点に鑑みて案出されものであ
り、半導体膜を溶融　固化させる際に半導体膜に酸素原
子が取り込まれることを減少させた半導体結晶化膜の形
成方法を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、基板上に、下地層、非晶質または多結
晶半導体膜、および保護膜を順次形成し、半導体膜の上
層部分は溶融するが下層部分は溶融しないような強度を
もっなレーザ光を照射して、半導体膜の下層部分以外を
結晶化する半導体結晶化膜の形成方法が提供され、その
ことにより上記目的が達成される。

（作用） 上記のように構成することにより、半導体膜にレーザ光
を照射して溶融させても、半導体膜の下層部分は溶融し
ないことから、下地層がら半導体膜に酸素原子などが混
入することはなくなる。

（実施例） 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する６ 第１図く（支）〜（社）は、本発明に係る半導体結晶化
膜の形成方法を説明するための工程図である。

まず、＃７０５９基板などからなる基板１上に、下地層
２を形成する（第１図（ａ）参照）。この下地層２は、
酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、あるいは炭化シリコ
ン膜などで構成される。下地層２を酸化シリコン膜で構
成する場合は、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、或いは
熱ＣＶＤ法で形成される。プラズマＣＶＤ法で形成する
場合は、例えばプラズマ反応炉を０１〜５ｔｏｒｒ、好
適には２ｔｏｒｒに減圧して、絶縁基板を１００〜５０
Ｑ″Ｃ２好適には４００℃に維持しながら、Ｎ２０ガス
とＳ　ｉＨ４ガスとを流量比（Ｎ２０／５ｉＨ４）が１
〜２００程度、好適には３７になるように反応炉内に供
給して約０．１Ｗ／ｃｍ２〜２Ｗ７ｃｍ２−好適には０
．５Ｗ／ｃｍ”の放電用電源でプラズマ反応を起こさせ
ることにより、絶縁基板ｌ上に３０００〜５００００人
程度の厚みに形成する。

次に、前記下地層２上に、非晶質または多結晶半導体膜
３を形成する。この非晶質または多結晶半導体膜３をシ
リコンで形成する場合、例えば従来周知のプラズマＣＶ
Ｄ法などで１〜３μｍ程度の厚みに形成する。すなわち
、シリコン膜を例えばプラズマＣＶＤ法で形成する場合
、酸化シリコン膜２が被着された絶縁基板１をプラズマ
反応炉に搬入して、モノシラン（ＳｉＨ，）などの水素
化シリコンガスを反応炉に導入し、基板１を１５０〜４
００℃に加熱しながら水素化シリコンガスをプラズマ中
で分解することによって酸化シリコン膜上に形成する。

次に、前記非晶質または多結晶半導体膜３上に、保護膜
４を形成する。この保護膜４は、酸化シリコン膜、窒化
シリコン膜、あるいは炭化シリコン膜などで構成される
。保護膜４を酸化シリコン膜で構成する場合は、プラズ
マＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、或いは熱ＣＶＤ法で形成され
る。プラズマＣＶＤ法で形成する場合は、例えばプラズ
マ反応炉を０．１〜５ｔｏｒｒ、好適には２ｔｏｒｒに
減圧して、絶縁基板を１００〜５００℃、好適には４０
０℃に維持しながら、Ｎ２ｏガスとＳ　ｚ　Ｈａカスト
ラ流量比（Ｎ　２０　／　Ｓ　ｚ　Ｈ−）が１〜２００
程度、好適には３７になるように反応炉内に供給して約
０１ＩＷ／Ｃｍ２〜２Ｗ／Ｃｍ２、好適には０゜５　Ｗ
　／　ｃ　ｍ　２の放電用電源でプラズマ反応を起こさ
せることにより、絶縁基板１上に３０００〜５００００
人程度の厚みに形成する。

次に、前記保護膜４上から、レーザ光Ｒを照射して非晶
質または多結晶半導体膜３を結晶化して結晶化膜５を形
成する（第１図（（へ）（ｃ）参照）、このレーザ光Ｒ
としては、０．１〜２０Ｗの連続発振アルゴンレーザを
走査速度０．５〜２０　ｃ　ｍ　／　ｓｅｃで照射して
非晶質または多結晶半導体膜３を溶融・固化させて結晶
化する。この際〜非晶質または多結晶半導体膜３の下層
部分は溶融しないような状態でレーザ光を照射する。非
晶質または多結晶半導体膜３の下層部分は溶融しないよ
うにするには、半導体膜の厚み、レーザ光の強度、およ
びレーザ光の走査速度を適宜調節すればよい。非晶質ま
たは多結晶半導体膜３の下層部分が溶融しないような状
態でレーザ光を走査すると、非晶質または多結晶半導体
Ｍ３の下層に形成した酸化シリコンＭ２の構成元素が結
晶化膜５中に混入することはなく、結晶化膜５中の酸素
原子は１０１６個ｃ　ｍ−’程度となり、半導体膜３を
完全に溶融させた場合の酸素濃度は５Ｘ１０”〜２Ｘ１
０”個Ｃｍ−’程度であるから、本発明によれば約１桁
少なくなる。

上述のようにして形成した結晶化膜５は、例えば保護層
４と結晶化Ｊｌ１５の表面側部分０．５μｍ程度をエツ
チング除去して、スタガータイプの薄膜トランジスタを
形成する膜として用いられる（第１図（ｄ）参照）。結
晶化膜５中の表面部分をエツチング除去することにより
、保護膜４から混入した酸素原子がリッチな部分は除去
される。また、結晶化しなかった半導体膜３の下層部分
はトランジスタの作用には影響しないことから、非晶質
のままであっても差支えない。

（発明の効果） 以上のように、本発明に係る半導体結晶化膜の形成方法
によれば、半導体膜の表面側部分だけを溶融・固化させ
て結晶化することから、結晶化膜に下地層から不純物が
混入することはなく、もってこの結晶化膜でトランジス
タを形成した場合は、応答速度の速いトランジスタを形
成することがでる。

また、半導体結晶化膜の下層に、非晶質または多結晶の
半導体膜が未溶融のまま残っているため、薄膜トランジ
スタを形成したときに、バックチャネルの防止に効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＞〜（社）は、それぞれ本発明に係る半導体
結晶化膜の形成方法を説明するための図である。 ■二基板　　　　　　　２：下地層 ３：非晶質または多結晶半導体膜 ４：保護膜　　　　　　５　結晶化膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に、下地層、非晶質または多結晶半導体膜、お
   よび保護膜を順次形成し、半導体膜の上層部分は溶融す
   るが下層部分は溶融しないような強度のレーザ光を照射
   して、前記半導体膜の下層部分以外を結晶化する半導体
   結晶化膜の形成方法。