JPH04314325A - 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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- JPH04314325A JPH04314325A JP7954891A JP7954891A JPH04314325A JP H04314325 A JPH04314325 A JP H04314325A JP 7954891 A JP7954891 A JP 7954891A JP 7954891 A JP7954891 A JP 7954891A JP H04314325 A JPH04314325 A JP H04314325A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁体上に半導体結晶
膜を形成する方法改良に関するものである。
膜を形成する方法改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザー照射による半導体装置の
製造方法としては特開昭５８−１６５３１６に記載され
た例が知られている。以下図面にもとづき説明する。
製造方法としては特開昭５８−１６５３１６に記載され
た例が知られている。以下図面にもとづき説明する。
【０００３】図２に示したように非晶質絶縁層７上にＣ
ＶＤ法により多結晶シリコン層８を成膜した後、試料室
を真空またはプラズマ（例えば水素プラズマ）雰囲気中
にしたうえで、２０００から１００００ガウスの静磁場
を構成しレーザー照射して、多結晶シリコン層８を単結
晶化する。この製造方法によれば、多結晶シリコン層を
レーザーにて再結晶化するに際し、よりグレイン・サイ
ズの大きな、かつ不純物濃度および分布をよく制御した
シリコン層を得ることができ、信頼性の高い高性能な半
導体装置を作製することができるというものであった。 なお、磁場を印加した状態で多結晶シリコン膜にレーザ
ーを照射することにより、単結晶化が進むことと不純物
の出入りが少なく濃度のコントロールが容易な理由は現
在のところ明確ではない。図３に本従来例で使用される
試料室１０の構造を示す。主な構成装置はレーザー発生
装置９と磁場発生用コイル１１である。
ＶＤ法により多結晶シリコン層８を成膜した後、試料室
を真空またはプラズマ（例えば水素プラズマ）雰囲気中
にしたうえで、２０００から１００００ガウスの静磁場
を構成しレーザー照射して、多結晶シリコン層８を単結
晶化する。この製造方法によれば、多結晶シリコン層を
レーザーにて再結晶化するに際し、よりグレイン・サイ
ズの大きな、かつ不純物濃度および分布をよく制御した
シリコン層を得ることができ、信頼性の高い高性能な半
導体装置を作製することができるというものであった。 なお、磁場を印加した状態で多結晶シリコン膜にレーザ
ーを照射することにより、単結晶化が進むことと不純物
の出入りが少なく濃度のコントロールが容易な理由は現
在のところ明確ではない。図３に本従来例で使用される
試料室１０の構造を示す。主な構成装置はレーザー発生
装置９と磁場発生用コイル１１である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術では、多結晶シリコン層８のグレイン・サイ
ズを大きくするために図３におけるように磁場発生用コ
イル１１を構成し、磁場を印加した状態で、レーザー４
を照射する必要があった。ところが、磁場印加によるレ
ーザー照射の際の作用原理が不明なために、磁場の強さ
やレーザー４の照射強度の最適化が困難で、多結晶シリ
コン膜の膜質によっては十分な効果をあげることはでき
ないという問題点を有している。また、このような磁場
が構成された状態で、水素プラズマ雰囲気下にサンプル
をおいても、水素イオンがローレンツ力により磁場の影
響を受け、水素イオンのシリコン膜中への注入も効果的
に行われず、シリコン膜中のラップ密度も減少しにくく
高品質のシリコン膜が得られにくいという問題点をも有
していた。
従来の技術では、多結晶シリコン層８のグレイン・サイ
ズを大きくするために図３におけるように磁場発生用コ
イル１１を構成し、磁場を印加した状態で、レーザー４
を照射する必要があった。ところが、磁場印加によるレ
ーザー照射の際の作用原理が不明なために、磁場の強さ
やレーザー４の照射強度の最適化が困難で、多結晶シリ
コン膜の膜質によっては十分な効果をあげることはでき
ないという問題点を有している。また、このような磁場
が構成された状態で、水素プラズマ雰囲気下にサンプル
をおいても、水素イオンがローレンツ力により磁場の影
響を受け、水素イオンのシリコン膜中への注入も効果的
に行われず、シリコン膜中のラップ密度も減少しにくく
高品質のシリコン膜が得られにくいという問題点をも有
していた。
【０００５】そこで、本発明の半導体装置の製造方法は
、上記の問題を解決するもので、磁場を使用することな
く、最適なレーザー照射強度で高品質な結晶性半導体膜
を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
、上記の問題を解決するもので、磁場を使用することな
く、最適なレーザー照射強度で高品質な結晶性半導体膜
を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁性基体上に形成された非晶質の半導体膜
を、局部加熱により融解させて単結晶膜とする方法にお
いて、前記非晶質の半導体膜をアニールによる固相成長
法により多結晶質の半導体膜にした後、１平方センチメ
ートルあたり２００ミリジュールから５００ミリジュー
ルの強度のレーザーを照射することにより前記多結晶質
の半導体膜の表面領域５０Åから２５０Åを結晶領域へ
変換することを特徴とする。
造方法は、絶縁性基体上に形成された非晶質の半導体膜
を、局部加熱により融解させて単結晶膜とする方法にお
いて、前記非晶質の半導体膜をアニールによる固相成長
法により多結晶質の半導体膜にした後、１平方センチメ
ートルあたり２００ミリジュールから５００ミリジュー
ルの強度のレーザーを照射することにより前記多結晶質
の半導体膜の表面領域５０Åから２５０Åを結晶領域へ
変換することを特徴とする。
【０００７】請求項１の非晶質の半導体膜をプラズマ気
相成長法により成膜することを特徴とする。
相成長法により成膜することを特徴とする。
【０００８】また、請求項１のアニールを３００℃から
５００℃の第１アニールと５００℃から７００℃の第２
アニールを含むことを特徴とする。
５００℃の第１アニールと５００℃から７００℃の第２
アニールを含むことを特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の半導体装置の製造方法をシリ
コン膜に適用した場合の一実施例について図面にもとづ
き詳細に説明する。
コン膜に適用した場合の一実施例について図面にもとづ
き詳細に説明する。
【００１０】まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す
ように石英基板などの絶縁性基体１上に、蒸着法やスパ
ッタ法あるいはＰＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法
）のいずれかにより非晶質のシリコン膜２を成膜する。 次に図１（ｃ）に示すように、アニールにより非晶質の
シリコン薄膜２を多結晶質のシリコン膜３に変換する。 非晶質のシリコン膜２をできるだけ低温で多結晶質のシ
リコン膜３へ変換するためには、通常数時間かけて５５
０℃以上のアニールをほどこす必要がある。このアニー
ルを１０００℃ほどの高温でおこなっても、多結晶質の
シリコン膜３を１時間以内の工程で得ることは可能であ
る。しかし、そのような高温のアニールで得られた多結
晶のシリコン膜２は、トラップ準位の多いものになる。 これは、短時間の高温アニールによって非晶質のシリコ
ン膜２内に含まれる水素が膜から急激に離脱したことに
より、多量の結晶欠陥が膜内に構成されるためと、高温
アニールにより数多くの結晶成長核が構成され易くなる
ため、膜内のいたる所からの結晶成長が任意の方向にば
らばらに進み、成長面の異なる結晶粒が欠陥の多い粒界
を構成するためであると考えられる。したがって、欠陥
の少ない高品質の膜を構成するためには、短時間高温の
アニールは適当でなく、長時間を要する低温のアニール
が望ましい。
ように石英基板などの絶縁性基体１上に、蒸着法やスパ
ッタ法あるいはＰＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法
）のいずれかにより非晶質のシリコン膜２を成膜する。 次に図１（ｃ）に示すように、アニールにより非晶質の
シリコン薄膜２を多結晶質のシリコン膜３に変換する。 非晶質のシリコン膜２をできるだけ低温で多結晶質のシ
リコン膜３へ変換するためには、通常数時間かけて５５
０℃以上のアニールをほどこす必要がある。このアニー
ルを１０００℃ほどの高温でおこなっても、多結晶質の
シリコン膜３を１時間以内の工程で得ることは可能であ
る。しかし、そのような高温のアニールで得られた多結
晶のシリコン膜２は、トラップ準位の多いものになる。 これは、短時間の高温アニールによって非晶質のシリコ
ン膜２内に含まれる水素が膜から急激に離脱したことに
より、多量の結晶欠陥が膜内に構成されるためと、高温
アニールにより数多くの結晶成長核が構成され易くなる
ため、膜内のいたる所からの結晶成長が任意の方向にば
らばらに進み、成長面の異なる結晶粒が欠陥の多い粒界
を構成するためであると考えられる。したがって、欠陥
の少ない高品質の膜を構成するためには、短時間高温の
アニールは適当でなく、長時間を要する低温のアニール
が望ましい。
【００１１】次に図（ｄ）に示すように１平方センチメ
ートル２００ミリジュールから５００ミリジュールの強
度を有するレーザー４を多結晶質のシリコン膜３に照射
し、照射面近傍の５０Åから２５０Åの表面層のみを融
解し、結晶領域５を形成する。レーザー４の最適強度は
、多結晶質のシリコン膜６の成膜温度や結晶性および膜
厚により異なり、その結晶化度が高いものほど、照射強
度は大きなものとなる。たとえば、膜厚が２５０Åで窒
素雰囲気下の６００℃、１時間のアニールにより固相成
長した多結晶質のシリコン膜３の約１００Åを融解する
のに必要な照射強度は、３００ミリジュールであった。 照射強度を弱め表面のみを融解し、シリコン膜全体を融
解させない理由は、過剰な融解熱を与え全体を融解して
しまうと、高温のアニールをほどこし結晶化する場合と
同様に、シリコン膜内のあらゆる所から、でたらめな面
方向に結晶成長が進行し、結果的には、トラップ準位の
多い粒界が形成されてしまうためである。しかし、融解
時に与えられたレーザー４の熱が弱いと、融解が膜全体
におよぶことなくシリコン膜の表面近傍のみが融けるこ
とになる。このようにすると、融解し構成された結晶領
域５は、融解熱が融解しない多結晶質のシリコン膜の方
に伝導・放散し、融解後すばやく全体が再結晶化するた
めに、結晶粒界の不明確な結晶欠陥の少ない高品質な半
導体膜となりうる。したがって、このような５０Åから
２５０Åの活性層となる表面のみが融解・再結晶化した
シリコン膜により構成された半導体装置は、極めて優れ
た電気的特性を示し得る。前記した実施例の膜により構
成した薄膜トランジスたのトラップ準位は１平方センチ
メートルあたり８×１０１１個であった。
ートル２００ミリジュールから５００ミリジュールの強
度を有するレーザー４を多結晶質のシリコン膜３に照射
し、照射面近傍の５０Åから２５０Åの表面層のみを融
解し、結晶領域５を形成する。レーザー４の最適強度は
、多結晶質のシリコン膜６の成膜温度や結晶性および膜
厚により異なり、その結晶化度が高いものほど、照射強
度は大きなものとなる。たとえば、膜厚が２５０Åで窒
素雰囲気下の６００℃、１時間のアニールにより固相成
長した多結晶質のシリコン膜３の約１００Åを融解する
のに必要な照射強度は、３００ミリジュールであった。 照射強度を弱め表面のみを融解し、シリコン膜全体を融
解させない理由は、過剰な融解熱を与え全体を融解して
しまうと、高温のアニールをほどこし結晶化する場合と
同様に、シリコン膜内のあらゆる所から、でたらめな面
方向に結晶成長が進行し、結果的には、トラップ準位の
多い粒界が形成されてしまうためである。しかし、融解
時に与えられたレーザー４の熱が弱いと、融解が膜全体
におよぶことなくシリコン膜の表面近傍のみが融けるこ
とになる。このようにすると、融解し構成された結晶領
域５は、融解熱が融解しない多結晶質のシリコン膜の方
に伝導・放散し、融解後すばやく全体が再結晶化するた
めに、結晶粒界の不明確な結晶欠陥の少ない高品質な半
導体膜となりうる。したがって、このような５０Åから
２５０Åの活性層となる表面のみが融解・再結晶化した
シリコン膜により構成された半導体装置は、極めて優れ
た電気的特性を示し得る。前記した実施例の膜により構
成した薄膜トランジスたのトラップ準位は１平方センチ
メートルあたり８×１０１１個であった。
【００１２】なお、図１（ｂ）の非晶質のシリコン膜２
をプラズマＣＶＤ法により成膜すると、他の成膜方法と
ことなり大面積の絶縁性基体１上に均一な結晶性シリコ
ン膜を形成することが可能となる。現在、６５０平方セ
ンチメートルのガラス基板からなる絶縁性基体１上に前
記結晶性のシリコン膜を構成することが可能であること
がわかっている。
をプラズマＣＶＤ法により成膜すると、他の成膜方法と
ことなり大面積の絶縁性基体１上に均一な結晶性シリコ
ン膜を形成することが可能となる。現在、６５０平方セ
ンチメートルのガラス基板からなる絶縁性基体１上に前
記結晶性のシリコン膜を構成することが可能であること
がわかっている。
【００１３】また、図１（ｂ）から図１（ｃ）にいたる
非晶質のシリコン膜２から多結晶質のシリコン膜３への
変換の際に必要となるアニールにおいては、３００℃か
ら５００℃のアニールと５００℃から７００℃のアニー
ルを行うのが望ましいことがわかっている。第１のアニ
ールは、固相成長法により形成する多結晶質のシリコン
膜の結晶欠陥を減少させ高品質な膜を得るために行うも
ので、シリコン膜中の水素を離脱させるためのものであ
る。この第１のアニールをほどこさないで、いきなり５
００℃から７００℃の第２のアニールを行うと、水素離
脱と固相成長が同時に進行し、結晶欠陥の多い多結晶シ
リコン膜が構成される事になる。このため、膜中のトラ
ップ準位は多くなり、けっして優れた半導体装置を製作
する材料とはならない。また、この二段階アニールによ
る固相成長によれば、欠陥の少ない膜が得られ、半導体
膜の安定性も向上し信頼性の高い半導体装置を得ること
ができる。
非晶質のシリコン膜２から多結晶質のシリコン膜３への
変換の際に必要となるアニールにおいては、３００℃か
ら５００℃のアニールと５００℃から７００℃のアニー
ルを行うのが望ましいことがわかっている。第１のアニ
ールは、固相成長法により形成する多結晶質のシリコン
膜の結晶欠陥を減少させ高品質な膜を得るために行うも
ので、シリコン膜中の水素を離脱させるためのものであ
る。この第１のアニールをほどこさないで、いきなり５
００℃から７００℃の第２のアニールを行うと、水素離
脱と固相成長が同時に進行し、結晶欠陥の多い多結晶シ
リコン膜が構成される事になる。このため、膜中のトラ
ップ準位は多くなり、けっして優れた半導体装置を製作
する材料とはならない。また、この二段階アニールによ
る固相成長によれば、欠陥の少ない膜が得られ、半導体
膜の安定性も向上し信頼性の高い半導体装置を得ること
ができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、トラップ準位の少ない高品質な半導体膜
を構成でき、高信頼性の半導体装置を実現できるという
効果を有する。
の製造方法は、トラップ準位の少ない高品質な半導体膜
を構成でき、高信頼性の半導体装置を実現できるという
効果を有する。
【図１】（ａ）〜（ｄ）本発明の半導体装置の製造方法
の一実施例を示す工程順断面図。
の一実施例を示す工程順断面図。
【図２】従来の半導体装置の製造方法の一実施例を示す
断面図。
断面図。
【図３】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
１ 絶縁性基体
２ 非晶質のシリコン膜
３ 多結晶質のシリコン膜
４ レーザー
５ 結晶領域
６ 結晶性のシリコン膜
７ 非晶質絶縁層
８ 多結晶シリコン層
９ レーザー発生装置
１０ 試料室
１１ 磁場発生用コイル
Claims (3)
- 【請求項１】絶縁性基体上に形成された非晶質の半導体
膜を、局部加熱により融解させて単結晶膜とする方法に
おいて、前記非晶質の半導体膜をアニールによる固相成
長法により多結晶質の半導体膜にした後、１平方センチ
メートルあたり２００ミリジュールから５００ミリジュ
ールの強度のレーザーを照射することにより前記多結晶
質の半導体膜の表面領域５０Åから２５０Åを結晶領域
へ変換することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】請求項１の非晶質の半導体膜をプラズマ気
相成長法により成膜することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】請求項１のアニールを３００℃から５００
℃の第１アニールと５００℃から７００℃の第２アニー
ルを含む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 |
|---|---|---|---|
| JP7954891A JPH04314325A (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7954891A JPH04314325A (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04314325A true JPH04314325A (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=13693059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7954891A Pending JPH04314325A (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04314325A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6753213B2 (en) | 1994-07-28 | 2004-06-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method |
-
1991
- 1991-04-12 JP JP7954891A patent/JPH04314325A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6753213B2 (en) | 1994-07-28 | 2004-06-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method |
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