JPS60186496A - 半導体装置の製造方法 - 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】 く技術分野〉 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にレーザ光等
のエネルギビームを照射して再結晶化させることにより
、薄膜結晶の粒径拡大を図る半導体装置の製造方法に関
するものである。

〈従来技術〉 近年多結晶、或いは非晶質薄膜として形成された非単結
晶薄膜を単結晶化して半導体基板として利用することが
研究されている。即ち非単結晶薄膜にレーザ光等によっ
てエネルギを与えて一旦溶融し、この溶融領域を固化さ
ぜる際に結晶粒を成長させて単結晶化を図るもので、第
５図は従来から提案されている製造工程を示す図である
。

同図において、石英、シリコン等の材料からなる絶縁性
基板１を支持台として、該基板１の表面に熱吸収性、即
ち基板１への熱伝導を遮えぎる作用をもつ遮光性の多結
晶シリコン膜２が被着され、該多結晶シリコン膜２上に
、単結晶化させるための多結晶シリコン領域４が、５Ｉ
Ｏ２，８１３Ｎ４　等の絶縁膜３に島状に埋設して形成
されている。上記積層構造からなる基板にレーザ光が照
射されて多結晶シリコン領域４を単結晶化するためのエ
ネルギが与えられる。

上記基板構造において、島状多結晶シリコン領域４を埋
設する素地は反射防止作用が大きく入射光を透過させる
Ｓ　ｉ　０２絶縁膜３が用いられ、該絶縁膜３を透過し
たレーザ光は吸収性の多結晶シリコン膜２に達して直接
吸収され、＠２は温度上昇する。」二連のように下地多
結晶シリコン膜２が、温度−Ｊ−昇し、この熱が島状多
結晶シリコン領域４に伝導されることから、領域４にお
ける温度分布は第２図の曲線Ａで示す如く、領域４の周
囲が中央より高くなり、再結晶時の同化は低温状態の中
央Ｂから進み、領域４として単結晶化される。

」−記従来の製造方法における基板構造では、島状多結
晶シリコン領域４を埋設している５ｉ０２膜３はＩ／ｍ
ｍ程度の膜厚を必要とし、厚い膜を形成した場合には、
実際の薄膜作成工程において成膜時のバラツキを防ぐこ
とは非常に困難である。このような膜厚のバラツキは５
１０２膜３の反則率に大きく影響し、この反射率の変化
は下地として形成された遮光用の多結晶シリコン膜２の
レーザ光吸収量に影響する。島状多結晶シリコン領域４
は多結晶シリコン膜２からの熱伝導を受けるため、」二
記のような５ｉ０２膜３の膜厚のバラツキは領域４の温
度分布を不安定にし、このことは生成される再結晶シリ
コン膜の結晶性にバラツキを生じさせ、半導体基板とし
ては好ましくない。

また上記基板構造では単結晶領域が絶縁膜に埋設した島
状構造に形成されるため、隔間の分離幅が必要となり結
晶の有効面積を大きくする」二でも不都合であった。

〈発明の目的〉 本発明は上記従来の半導体装置の製造方法の欠点を除去
し、非単結晶薄膜を安定して単結晶領域に再結晶化させ
ることができ製造方法を提供する。

〈実施例〉 本実施例は、単結晶化を図るための非単結晶薄膜を、反
射防止膜として作用する薄い絶縁膜で被い、更に単結晶
化させるべき領域の特に核発生部近傍にストライプ状の
光吸収層を積層して基板を作成し、該基板にエネルギビ
ームを照射することにより光吸収層で被われていない部
分の非単結晶薄膜を直接加熱し、−力先吸収層で被われ
た非単結晶薄膜に対しては被着された光吸収層がエネル
ギを吸収し、その結果発生した熱が伝導されて薄膜を加
熱し再結晶化に最適の温度分布を作り出す。

第１図において、下地絶縁性基板１上に単結晶化するた
めの薄膜５が、光吸収性をもつ多結晶シリコン或いは非
晶質シリコン膜により被着されている。該薄膜５上には
更に５ｉＱ２．５ｉ３Ｎ４　又は５ｉ０２と５ｉＢＮ４
の積層膜６が反射防止膜として形成され、重ねて遮光性
の多結晶シリコン膜７が化学気相成長法により形成され
る。該多結晶シリコン膜７は遮光性即ち光吸収性を有し
、照射されたレーザ光を吸収して多結晶シリコン膜７自
身で温度上昇する。従って多結晶シリコン膜７は非単結
晶薄膜５に対して温度上昇を抑制し、再結晶過程におけ
る核発生を提供する。そのため上記多結晶シリコン膜７
は作成する単結晶領域のサイズを配慮してストライプ状
にパターニングされ、該ストライプの幅はレーザ光やラ
ンプ等のエネルギ光源によって行なうアニール幅よりも
小さい形状に設定され、ストライプの両側においてはレ
ーザ光が直接多結晶シリコン膜５を加熱する。

薄膜５の単結晶化領域を被う遮光性即ち光吸収性の膜７
は上記のように多結晶シリコン膜５と同じもので形成す
ることができるが、他の膜材を用いても実施することが
でき、また膜厚は膜内で光がほぼ１００％吸収される厚
さに設定される。

薄膜５を被う反射防止膜として５ｉＯ２６の膜厚は、エ
ネルギー源であるレーザやランプ等の光源から放射され
た光の吸収率を上げるため、反射率が最低になる値を選
ぶことが望ましく、アルゴンレーザをエネルギ源とする
場合には、９００　、２６００　。

４３００Ａ等の値に形成し、特に遮光膜７で発生した熱
により下層多結晶シリコン膜５が溶融するため９００Ａ
の値が最適である。」二記５ｉ０２膜６は化学気相成長
法等で形成されるが、上記値のような比較的薄い膜厚に
おいては、たとえ±１０ｆｏ程度膜厚分布にバラツキが
生じても反射率は数％しか変化しない。そのため上記積
層構造の基板を作成する際、製造時の膜厚分布のバラツ
キが結晶性に与える影響は小さく、均一な結晶性をもっ
た薄膜を作成することができる。

即ち第３図において、上記積層構造の基板に、遮光膜７
の中央にレーザ光のビーム中心が位置するようにレーザ
光８を照射すると、多結晶シリコン膜５の遮光膜７で被
われていない部分５１　は、５ｉ０２膜６を通過して多
結晶シリコン膜５にレーザ光８が入射し、その部分の温
度が上昇する。一方遮光膜７で被われた部分５２　では
、レーザ光が遮光膜７に吸収されて遮光膜７が温度上昇
し、その熱は５ＩＯ２膜６を通して多結晶シリコン膜５
に伝導される。このとき遮光膜７の直下５゜では遮光膜
表面の反射とＳ　ｉｏ　２膜６による温度低下のため、
周辺或いは領域境界５１　の温度上昇が高く、第２図の
曲線Ｃに示す如〈従来方法と同様に領域中央部が低く、
周囲が高い温度分布が形成される。

」二記温度分布においては、液相から固化する過程で領
域中央部５２で核発生し、この核が成長して単結晶薄膜
が形成される。

上記アニール処理によって単結晶化した後、遮光膜７、
反射防止膜６がエツチング除去され、フォトリック゛ラ
フィにより単結晶領域が半導体素子作成に供する形状に
加工される。

第４図は共通した一つの薄膜内に複数の単結晶領域５．
５・・・を隣接して作成する基板構造を示し、上記実施
例と同様の遮光膜７．７・・をレーザ光８のアニール幅
に対応させて繰り返して形成し、各遮光膜７上にレーザ
光８を照射して薄膜５をストライプ状に再結晶化する。

各単結晶領域は、任意の方位をもって形成されるため、
両頭域の境界には結晶粒界が生成する。この方法によれ
ば各単結晶領域は従来のように分離幅を隔てることなく
全面をストライプ状に単結晶化することができる。

尚遮光膜７は、屈折率が大きくて反射率が高い材料から
なる場合には、遮光膜７の表面にも反射防止膜として８
１０２等を積層し、反射率を調整することもできる。

く効果〉 以上本発明によれば、薄膜をエネルギビームでアニール
して再結晶化する際、積層構造からなる各薄膜を作成す
る際の膜厚分布のバラツキに影響品薄膜を作成すること
ができ、また再結晶による有効面積を大きくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を説明するための基板断
面図、第２図はアニール工程時の温度分布図、第３図は
本発明による一実施例の再結晶過程を説明するための基
板断面図、第４図は本発明による他の実施例を説明する
ための基板断面図、第５図は従来の製造方法を説明する
ための基板断面図である。 １：絶縁基板、５：多結晶シリコン膜、６：反射防止膜
、７：遮光膜、８：レーザ光。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１Ｌ２１ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光吸収性の非単結晶薄膜をエネルギビームによるア
   ニールで再結晶化して薄膜結晶を製造する方法において
   、非単結晶薄膜上に薄い反対防止膜を介して、エネルギ
   ビーム径より小さい幅で且つ光吸収性をもつ被膜を形成
   し、該被膜部分を被ってエネルギビームを照射する工程
   を含み、被膜で被われた非単結晶領域に発生した核を種
   に結晶成長させることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。