JPS6143409A - 半導体薄膜結晶層の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、絶縁層上の半導体薄膜結晶層の製造方法に関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、ＳＯ８（シリコン・オン・サファイア）基板に変
わるものとして、単結晶Ｓｉ基板を酸化して形成したＳ
　ｉ　０２層上や該基板に堆積したＳｉＯ２層上に３ｉ
薄膜を堆積した、所謂Ｓｏｌ基板を用いることが検討さ
れている。５ｉＯ２Ｎｆｌ上に８１薄膜を堆積しただけ
では結晶粒径が高々数１００〜数１０００［人］１１度
の多結晶であるが、これにレーザビームや電子ビームを
細く絞って膜上を走査させることにより、その膜を溶融
・再凝固化せしめ、結晶粒径を著しく大きくしたり、単
結晶層を形成することが可能となっている。このような
方法を用いることにより、数［μＴｒＬ］〜数１０［μ
７ＦＬ］の結晶粒径を持つ多結晶３ｉや、結晶方位制御
がなされた単結晶が得られ、且つこのＳｉｌ膜上に形成
されたＭＯＳトランジスタの電界効果移動度は、Ｎチャ
ネルトランジスタの場合バルク３ｉ基板のそれの５０［
５１以上にも達するものが得られている。

しかしながら、このような方法によって得られた素子に
おいては、次のような問題があった。即ち、上述のＭＯ
Ｓトランジスタはチャネル幅Ｗ−５０［μｍ］、チャネ
ル長Ｌ−５０［μｍ］といった比較的大きな面積を持つ
素子であった。これがＷ−８［μｍ］、Ｌ−４［μｍ］
とイッた小さな面積のトランジスタになると、移動度が
４５０［ｃａｌ／ｖｓｅｃコとバルクＳｉのそれの約６
０［％］のものもある一方、数１０　［ｃｉ／ｖ　ｓｅ
ｃ　］　Ｌ／かない素子もでてくる。また、リーク電流
の多い素子も見受けられる。これらの原因を調べて見る
と、移動度の小さな素子には下地絶縁層と８１薄膜との
境界面から表面に向けて多くの格子欠陥が存在している
ことが判った。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、絶縁層上に格子欠陥の少ない半導体１
１１１１結晶層を形成することができ、該結晶層上に形
成する素子の特性向上等に寄与し得る半導体薄膜結晶層
の製造方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、アニールすべき半導体薄膜に照射する
レーザビームとは別に、該半導体薄膜の下地である絶縁
層を加熱するレーザビームを用い、半導体薄膜の急冷に
よる格子欠陥の発生を防止することにある。

即ち本発明は、半導体基板上に形成された絶縁層上に半
導体薄膜を形成し、この半導体８１Ｍをレーザビームア
ニールにより溶融・再結晶化せしめる半導体薄膜結晶層
の製造方法において、前記半導体薄膜に該薄膜に吸収さ
れる波長を持つ第１のレーザビームを基板上方から照射
すると共に、前記半導体基板に対して透過性を持ち前記
絶縁層に吸収される波長の第２のレーザビームを上記第
１のレーザビームの光軸と揃えて基板下方から照射し、
且つ上記各ビームと前記基板との相対位置を移動して前
記半導体薄膜のアニールすべき領域全体をアニールする
ようにした方法である。

ここで、上記第２のレーザビームの波長を半導体基板に
吸収されない波長に選んだ理由は、第２のレーザビーム
が半導体基板に吸収されると基板自体が加熱され、絶縁
層の加熱に大きなエネルギーを要する。さらに、基板の
厚みにより絶縁層の加熱領域が広がることになり、絶縁
層の局所的な加熱ができなくなるからである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１及び第２のレーザビームをその光
軸を揃えて基板上に照射することにより、半導体薄膜の
溶融・再凝固の際に該薄膜が急冷するのを未然に防止す
ることができる。このため、絶縁層上に格子欠陥の発生
の少ない半導体薄膜結晶層を形成することができる。従
って、該結晶層上に形成する素子の特性向上等に橿めて
有効である。また、絶縁層を加熱するためのレーザビー
ムは局所加熱に用いるものであるから、その出力は左程
大きいものである必要はない。さらに、局所加熱である
ことから、基板全体をヒータ等により加熱する方法に比
べ、熱応力を小さくできる等の利点がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例方法を第１図乃至第３図を参照
して説明する。

まず、第２図に示す如く単結晶８１基板（半導体基板）
１上を醇化して厚さ０．５［μＴｒＬ］の８１０２層（
絶縁層）２を成長させ絶縁性基板を形成し、その上に多
結晶Ｓｉ膜（半導体ｉ１［１１）３を成長ざせ試料４と
した。この工程は、通常のビ−ムアニールに先立つ試料
形成工程と同様である。

次いで、この試料４を第１図に示す如くシリコン基台５
上に基板１を下にして載置し、表面側（Ｍ板上方）から
ＧＷ−Ａｒレーザ（第１のレーザビーム）６を図示しな
い光学系で絞り、出力１２〜１６　［Ｗ］で試料４上に
照射する。一方、裏面側（Ｍ板下方）からはＣＷ−ＣＯ
２レーザ（第２のレーザビーム）７を同様に光学系で絞
りＣＷ−Ａｒレーザ６の光軸と揃うように出力５〜１０
［Ｗ］で試料４に照射する。そして、両方のレーザ６．
７の光軸が揃うように、第３図に示す如く試料４の全面
に亙りＸ方向及びＹ方向に走査し、多結晶５ＩＩＩ３の
全面をアニールした。

ここで、ＣＷ−Ａｒレーザ６の波長は約０．５［μｍ］
であり、＄１に良く吸収される。また、ＣＷ　−ＣＯ２
レーザ７の波長は約１０　［μ７ＦＬ］　テあり、この
光は３ｉに対し透過性でＳｉＯ２に良く吸収される。こ
のため、基板下方から照射されたＣＷ−ＣＯ２Ｌ／−ｆ
７Ｇ；ｔｓ　ｉ　０２１２（７）みを選択的に加熱する
ことになる。即ち、ＣＷ−ＣＯ２レーザ７により絶縁層
２が加熱されることになり、これによりＣＷ−Ａｒレー
ザ６によって溶融したＳｉが再凝固する際に急冷するの
が防止される。

このため、５ｉＳｉＯｚ界面からの格子欠陥発生を抑え
ることが可能となる。

かくして本実施例方法によれば、５ｉＯｚ層２−上に格
子欠陥の穫めて少ない単結晶５ｉｌｌｌｌを得ることが
できる。このため、該薄膜上に形成する素子の特性面上
等に橘めて有効である。また、下地基板全体をその裏面
側からヒータ等により加熱する方法と比較し、局所加熱
であるから、熱応力が小さい等の効果がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例夫ば、前記半導体薄膜は多結晶Ｓｉに限るもので
はなく、非晶質Ｓ１でもよい。さらに、Ｓｌに限らず、
各種の半導体１膜を用いることが可能である。同様に、
下地基板や絶縁層の材質は適宜変更可能である。また、
前記第１のレーザビームとしては、半導体薄膜に良く吸
収される波長を有するものであればよい、さらに、前記
第２のレーザビームとしては、下地半導体基板に対して
透過性で絶縁層に良く吸収される波長を有するものであ
ればよい。また、前記試料として半導体薄膜が絶縁層に
設けられた開孔を介して一部下地基板に接触しているも
のを用いるようにしてもよい。さらに、前記シリコン基
台の代りには、第２のレーザビームに対して透過性を有
するものであれば用いることができる。また、前記レー
ザビームを走査する代りに、試料を移動するようにして
もよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１因乃至第３図はそれぞれは本発明の一実施例方法を
説明するためのもので第１図はレーザビーム照射方法を
示す模式図、第２図は試料構造を示す断面図、第３図は
レーザビーム走査方法を示す模式図である。 １・・・単結晶３ｉ基板（半導体基板）、２・・・５１
０２層（絶縁層）、３・・・多結晶Ｓ１薄膜（半導体薄
膜）、４・・・試料、５・・・シリコン基台、６・・・
ＣＷ−Ａｒレーザ（第１のレーザビームン、７・・・Ｃ
Ｗ−ＣＯ２レーザ（第２のレーザビーム）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成された絶縁層上に半導体薄膜
   を形成し、この半導体薄膜をレーザビームアニールによ
   り溶融・再結晶化せしめる半導体薄膜結晶層の製造方法
   において、前記半導体薄膜に該薄膜に吸収される波長を
   持つ第１のレーザビームを基板上方から照射すると共に
   、前記半導体基板に対して透過性を持ち前記絶縁層に吸
   収される波長の第２のレーザビームを上記第１のレーザ
   ビームの光軸と揃えて基板下方から照射し、且つ上記各
   ビームと前記基板との相対位置を移動して前記半導体薄
   膜のアニールすべき領域全体をアニールすることを特徴
   とする半導体薄膜結晶層の製造方法。
2. （２）前記半導体基板として単結晶シリコン基板、前記
   絶縁層としてシリコン酸化膜、前記半導体薄膜として多
   結晶シリコン若しくは非晶質シリコンを用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体薄膜結晶層
   の製造方法。
3. （３）前記半導体薄膜は、前記絶縁層に設けられた開孔
   を介して前記半導体基板と一部接触していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体薄
   膜結晶層の製造方法。
4. （４）前記第１のレーザビームとしてＣＷ−Ａｒレーザ
   、前記第２のレーザビームとしてＣＷ−ＣＯ＿２レーザ
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の半導体薄膜結晶層の製造方法。