JP2554864B2 - 半導体薄膜の再結晶化方法 - Google Patents
半導体薄膜の再結晶化方法Info
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- JP2554864B2 JP2554864B2 JP61161577A JP16157786A JP2554864B2 JP 2554864 B2 JP2554864 B2 JP 2554864B2 JP 61161577 A JP61161577 A JP 61161577A JP 16157786 A JP16157786 A JP 16157786A JP 2554864 B2 JP2554864 B2 JP 2554864B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に非晶質透明絶縁基板上の半導体薄膜の
溶融、再結晶化方法であり、薄膜トランジスタ（TFT）
の製造に有効なものである。
溶融、再結晶化方法であり、薄膜トランジスタ（TFT）
の製造に有効なものである。
上記基板の裏面からレーザ光等ビームを半導体薄膜に
照射し、溶融再結晶化するにあたり、基板上の半導体薄
膜、第１薄膜、第２薄膜を順次形成し、第２薄膜はビー
ムの照射される半導体薄膜上にビーム幅より狭い幅で選
択形成された構造を用いる。ビーム照射され溶融した半
導体薄膜のうち第２薄膜下の冷却がヒートシンク効果の
ため他より速く、再結晶化がこの部分よ外側に拡大し、
粒径の大きい再結晶薄膜が得られる。第１薄膜と半導体
薄膜の間に透明絶縁膜を挿入するなどした応用もある。
照射し、溶融再結晶化するにあたり、基板上の半導体薄
膜、第１薄膜、第２薄膜を順次形成し、第２薄膜はビー
ムの照射される半導体薄膜上にビーム幅より狭い幅で選
択形成された構造を用いる。ビーム照射され溶融した半
導体薄膜のうち第２薄膜下の冷却がヒートシンク効果の
ため他より速く、再結晶化がこの部分よ外側に拡大し、
粒径の大きい再結晶薄膜が得られる。第１薄膜と半導体
薄膜の間に透明絶縁膜を挿入するなどした応用もある。
レーザアニール等のビームアニール技術は、非晶質基
板上の半導体薄膜を実質的に低温で再結晶化できるた
め、将来の三次元集積回路の主要技術と考えられてい
る。一方、非晶質Si（ａ−Si）や多結晶Siを再結晶化し
てキャリア移動度を高めようとする応用もあり、この場
合石英やガラス基板が使われる。これらの場合、再結晶
半導体薄膜の粒径は大きいか単結晶であることが望まし
く、例えば日経エレクトロニクス、1985年10月７日号22
9〜253頁にある様に種々のビームアニール方法が開発さ
れている。これらは（１）ビーム強度に分布をもたせ
る。（２）反射膜や吸収膜をもたせてビーム強度分布を
もたせる。（３）放熱に差をもたせるなどして、ビーム
照射され溶融した半導体薄膜の中央部から再結晶化が始
まり、それを核として外側に再結晶化を進めようとする
ものである。しかし、（１）の方法は光学的調製や安定
性を精密に制御する必要があり、（２）や（３）の方法
は製造工程が多いという問題があり、特に（２）や
（３）の方法は基板にSiを用いているものが多く、基板
がガラス等の熱半導率が小さいものに使いにくい点もあ
る。
板上の半導体薄膜を実質的に低温で再結晶化できるた
め、将来の三次元集積回路の主要技術と考えられてい
る。一方、非晶質Si（ａ−Si）や多結晶Siを再結晶化し
てキャリア移動度を高めようとする応用もあり、この場
合石英やガラス基板が使われる。これらの場合、再結晶
半導体薄膜の粒径は大きいか単結晶であることが望まし
く、例えば日経エレクトロニクス、1985年10月７日号22
9〜253頁にある様に種々のビームアニール方法が開発さ
れている。これらは（１）ビーム強度に分布をもたせ
る。（２）反射膜や吸収膜をもたせてビーム強度分布を
もたせる。（３）放熱に差をもたせるなどして、ビーム
照射され溶融した半導体薄膜の中央部から再結晶化が始
まり、それを核として外側に再結晶化を進めようとする
ものである。しかし、（１）の方法は光学的調製や安定
性を精密に制御する必要があり、（２）や（３）の方法
は製造工程が多いという問題があり、特に（２）や
（３）の方法は基板にSiを用いているものが多く、基板
がガラス等の熱半導率が小さいものに使いにくい点もあ
る。
本発明は、特に非晶質透明絶縁基板上の半導体薄膜の
再結晶化方法に関し、単純な光学系で試料構造が簡単
で、しかも大粒径または単結晶の再結晶半導体薄膜を得
る方法を提供するものである。
再結晶化方法に関し、単純な光学系で試料構造が簡単
で、しかも大粒径または単結晶の再結晶半導体薄膜を得
る方法を提供するものである。
本発明で用いる試料構造は、透明絶縁基板上に半導体
薄膜、第１薄膜、第２薄膜を順次形成し、第２薄膜は照
射さるべきビームの幅より狭い幅で選択形成されてい
る。エネルギービームは基板の裏面側より半導体薄膜に
照射されるが、照射部分上には第２薄膜がある様にす
る。第１薄膜はビームに対し不透明で大部分を半導体薄
膜側へ反射する様に材質厚みが選ばれる。応用として
は、第１薄膜と半導体薄膜の間に透明絶縁膜を挿入した
り、基板と半導体薄膜の間に透明バッファ絶縁膜を挿入
するなどがある。
薄膜、第１薄膜、第２薄膜を順次形成し、第２薄膜は照
射さるべきビームの幅より狭い幅で選択形成されてい
る。エネルギービームは基板の裏面側より半導体薄膜に
照射されるが、照射部分上には第２薄膜がある様にす
る。第１薄膜はビームに対し不透明で大部分を半導体薄
膜側へ反射する様に材質厚みが選ばれる。応用として
は、第１薄膜と半導体薄膜の間に透明絶縁膜を挿入した
り、基板と半導体薄膜の間に透明バッファ絶縁膜を挿入
するなどがある。
基板裏面から入射したビームは半導体薄膜に吸収さ
れ、透過した一部のビームは第１薄膜で均一に反射され
再び半導体薄膜に吸収される。そのため半導体薄膜は均
一に加熱されて溶融する。再結晶化にあたっては、熱は
基板側と第１及び第２薄膜側に逃げる。その際、第２薄
膜がヒートシンクとして働き、第２薄膜下の半導体薄膜
が最も速く温度低下を生じ、ここから再結晶化が始ま
る。これを核として再結晶化が周辺に進み、大粒径また
は単結晶の再結晶薄膜が得られる。通常第２薄膜は温度
制御されたウェハーチャックに接触しヒートシンク効果
が助長される。第１薄膜と半導体薄膜間に透明絶縁膜を
挿入する場合は、第１薄膜と半導体薄膜間の反応を防止
する作用を有する。また、第１薄膜と第２薄膜は同じ材
質でも効果は同様である。
れ、透過した一部のビームは第１薄膜で均一に反射され
再び半導体薄膜に吸収される。そのため半導体薄膜は均
一に加熱されて溶融する。再結晶化にあたっては、熱は
基板側と第１及び第２薄膜側に逃げる。その際、第２薄
膜がヒートシンクとして働き、第２薄膜下の半導体薄膜
が最も速く温度低下を生じ、ここから再結晶化が始ま
る。これを核として再結晶化が周辺に進み、大粒径また
は単結晶の再結晶薄膜が得られる。通常第２薄膜は温度
制御されたウェハーチャックに接触しヒートシンク効果
が助長される。第１薄膜と半導体薄膜間に透明絶縁膜を
挿入する場合は、第１薄膜と半導体薄膜間の反応を防止
する作用を有する。また、第１薄膜と第２薄膜は同じ材
質でも効果は同様である。
a.実施例１（第１図） 第１図（ａ）には本発明による試料構造の１実施例
を、第１図（ｂ）には冷却過程の温度分布の模式図を示
す。第１図（ａ）の試料構造は、透明絶縁基板１上の半
導体薄膜２、その上の第１薄膜３、さらにその上に選択
形成された第２薄膜４より成る。レーザビーム10は基板
１の裏側より第２薄膜４の下部の半導体薄膜２を含む部
分に照射される。基板１には石英、ガラスやサファイ
ヤ、スピネル等の透明絶縁体が選ばれ、レーザビーム10
には基板を透過する光、例えばArレーザ、エキシマーレ
ーザ、YAGレーザ、He−Neレーザ等が使われる。半導体
薄膜２にはａ−Siや多結晶Si膜が用いられる。第１薄膜
３には、半導体薄膜４と反応しにくい金属ということで
Cr,W,Mo,Ta,等の高融点金属膜が最適でレーザビーム10
をほとんど透過させない厚みに形成され、例えばCrの場
合1000〜3000Åである。第２薄膜４は熱容量の大きい金
属膜または絶縁膜が望ましいが、特に熱伝導率の大きい
金属でも目的を達成でき、例えばAl,Ni,Au,等が用いら
れ、厚みは少なく共半導体薄膜２以上典型的には２倍以
上が望ましい。これは溶けた半導体薄膜２の熱を第２薄
膜４が全部吸収しても溶けない様に設定される。第２薄
膜４の幅はビーム10の幅より狭く選ばれるが、極力狭い
ことが望ましい。例えばビーム10の幅40μとしたとき、
10μ以下が設定される。ビームは第１図（ａ）において
紙面に垂直に走査されるので、第２薄膜４はストライプ
状または再結晶薄膜が必要な部分にのみ形成すれば良
い。ビーム10に対し第２薄膜４の位置はビーム中央が望
ましいが、多少ずれても溶融した半導体薄膜２上に第２
薄膜４があればその効果は生じる。第１図（ｂ）は、半
導体薄膜２の温度Ｔ分布を模式的に示し、溶融した瞬間
t0は融点またはそれ以上になっている。この際、温度分
布はビーム10の入射強度分布と第１薄膜３による反射強
度分布の和になる。図では一定と仮定している。ある時
間t1になると半導体薄膜２は冷却し、ヒートシンク（第
２薄膜４）のある部分がより速く融点以下になりＡ点か
ら再結晶化が始まる。さらに時間t2になると融点以下の
領域が横方向に拡がり、Ａ点からの再結晶化が拡がる。
この際、Ａ点の再結晶薄膜が核になるので大粒径または
単結晶の再結晶膜が得られることになる。
を、第１図（ｂ）には冷却過程の温度分布の模式図を示
す。第１図（ａ）の試料構造は、透明絶縁基板１上の半
導体薄膜２、その上の第１薄膜３、さらにその上に選択
形成された第２薄膜４より成る。レーザビーム10は基板
１の裏側より第２薄膜４の下部の半導体薄膜２を含む部
分に照射される。基板１には石英、ガラスやサファイ
ヤ、スピネル等の透明絶縁体が選ばれ、レーザビーム10
には基板を透過する光、例えばArレーザ、エキシマーレ
ーザ、YAGレーザ、He−Neレーザ等が使われる。半導体
薄膜２にはａ−Siや多結晶Si膜が用いられる。第１薄膜
３には、半導体薄膜４と反応しにくい金属ということで
Cr,W,Mo,Ta,等の高融点金属膜が最適でレーザビーム10
をほとんど透過させない厚みに形成され、例えばCrの場
合1000〜3000Åである。第２薄膜４は熱容量の大きい金
属膜または絶縁膜が望ましいが、特に熱伝導率の大きい
金属でも目的を達成でき、例えばAl,Ni,Au,等が用いら
れ、厚みは少なく共半導体薄膜２以上典型的には２倍以
上が望ましい。これは溶けた半導体薄膜２の熱を第２薄
膜４が全部吸収しても溶けない様に設定される。第２薄
膜４の幅はビーム10の幅より狭く選ばれるが、極力狭い
ことが望ましい。例えばビーム10の幅40μとしたとき、
10μ以下が設定される。ビームは第１図（ａ）において
紙面に垂直に走査されるので、第２薄膜４はストライプ
状または再結晶薄膜が必要な部分にのみ形成すれば良
い。ビーム10に対し第２薄膜４の位置はビーム中央が望
ましいが、多少ずれても溶融した半導体薄膜２上に第２
薄膜４があればその効果は生じる。第１図（ｂ）は、半
導体薄膜２の温度Ｔ分布を模式的に示し、溶融した瞬間
t0は融点またはそれ以上になっている。この際、温度分
布はビーム10の入射強度分布と第１薄膜３による反射強
度分布の和になる。図では一定と仮定している。ある時
間t1になると半導体薄膜２は冷却し、ヒートシンク（第
２薄膜４）のある部分がより速く融点以下になりＡ点か
ら再結晶化が始まる。さらに時間t2になると融点以下の
領域が横方向に拡がり、Ａ点からの再結晶化が拡がる。
この際、Ａ点の再結晶薄膜が核になるので大粒径または
単結晶の再結晶膜が得られることになる。
b.実施例２（第２図） 第２図は他の試料断面構造例を示す。半導体薄膜２と
第１薄膜３の間の反応を防止するためにSiOxやSiNx等の
透明絶縁膜５を挿入すると共に、第１及び第２薄膜3,4
に同一材質の薄膜を用いたものである。これは例えばCr
は１μ程度堆積後選択エッチを行ない、厚い部分（第２
薄膜４）と薄い部分（第１薄膜３）を形成して実施され
る。また絶縁膜５の膜厚は極力薄いことが望ましく、例
えば半導体薄膜２の半分以下に設定される。
第１薄膜３の間の反応を防止するためにSiOxやSiNx等の
透明絶縁膜５を挿入すると共に、第１及び第２薄膜3,4
に同一材質の薄膜を用いたものである。これは例えばCr
は１μ程度堆積後選択エッチを行ない、厚い部分（第２
薄膜４）と薄い部分（第１薄膜３）を形成して実施され
る。また絶縁膜５の膜厚は極力薄いことが望ましく、例
えば半導体薄膜２の半分以下に設定される。
c.実施例（第３図） 第３図の試料構造断面図は、特に基板１が半導体薄膜
２の融点以下の温度で損傷を受けやすい例えばガラス等
の場合に有効な場合を示す。この例では、基板１と半導
体薄膜２の間に透明なバッファ絶縁膜６を挿入したもの
で、SiOxやSiNx、その多層膜が用いられる。溶けた半導
体薄膜２の放熱過程で基板１の表面温度が損傷を受ける
温度以下になる様にバッファ絶縁膜６の膜厚が選ばれ
る。典型的には、半導体薄膜２の膜厚の３倍以上であ
る。ヒートシンクは第1,第２薄膜3,4もあるので、基板
損傷はより少なくできる。
２の融点以下の温度で損傷を受けやすい例えばガラス等
の場合に有効な場合を示す。この例では、基板１と半導
体薄膜２の間に透明なバッファ絶縁膜６を挿入したもの
で、SiOxやSiNx、その多層膜が用いられる。溶けた半導
体薄膜２の放熱過程で基板１の表面温度が損傷を受ける
温度以下になる様にバッファ絶縁膜６の膜厚が選ばれ
る。典型的には、半導体薄膜２の膜厚の３倍以上であ
る。ヒートシンクは第1,第２薄膜3,4もあるので、基板
損傷はより少なくできる。
d.実施例４（第４図） 第４図は、第３図の構造にさらに透明絶縁膜５を工夫
した例を示す。透明絶縁膜５の第２薄膜４下の部分を他
に比して薄くしたもので、この部分の熱伝導が容易にな
りヒートシンク効果が助長される。さらに、透明絶縁膜
５の膜厚によるビーム10の干渉効果を利用して、薄い部
分のビーム反射強度を他の部分の反射強度に比して弱く
してやれば、ビーム強度分布をもったアニールも併用で
きる利点がある。
した例を示す。透明絶縁膜５の第２薄膜４下の部分を他
に比して薄くしたもので、この部分の熱伝導が容易にな
りヒートシンク効果が助長される。さらに、透明絶縁膜
５の膜厚によるビーム10の干渉効果を利用して、薄い部
分のビーム反射強度を他の部分の反射強度に比して弱く
してやれば、ビーム強度分布をもったアニールも併用で
きる利点がある。
本発明は基板１が透明絶縁基板であるときの半導体薄
膜の再結晶化に有効な方法で、大粒径または単結晶の再
結晶薄膜が得られる。特に基板１が低融点ガラスのとき
にも有効であるので、大面積基板化ができ、再結晶半導
体膜を用いたTFTを搭載した液晶表示パネルや他の表示
パネル、イメージセンサー等々に応用できる。その結
果、高速性、信頼性に優れたデバイスを供給でき、本発
明の意義は大きい。半導体薄膜２を主にSiについて述べ
たが、Geや他の半導体にも本発明は適用される。また、
アニール用ビームとしてレーザを主に述べたが、基板を
透過する光であれば、例えばランプ光でも本発明は有効
である。
膜の再結晶化に有効な方法で、大粒径または単結晶の再
結晶薄膜が得られる。特に基板１が低融点ガラスのとき
にも有効であるので、大面積基板化ができ、再結晶半導
体膜を用いたTFTを搭載した液晶表示パネルや他の表示
パネル、イメージセンサー等々に応用できる。その結
果、高速性、信頼性に優れたデバイスを供給でき、本発
明の意義は大きい。半導体薄膜２を主にSiについて述べ
たが、Geや他の半導体にも本発明は適用される。また、
アニール用ビームとしてレーザを主に述べたが、基板を
透過する光であれば、例えばランプ光でも本発明は有効
である。
第１図（ａ）は本発明の試料断面図、第１図（ｂ）は半
導体薄膜の冷却時の温度分布模式図であり、第２図、第
３図、第４図はそれぞれ本発明による他の試料断面図で
ある。 １……基板 ２……半導体薄膜 ３……第１薄膜 ４……第２薄膜 ５……透明絶縁膜 ６……透明バッファ絶縁膜 10……レーザビーム
導体薄膜の冷却時の温度分布模式図であり、第２図、第
３図、第４図はそれぞれ本発明による他の試料断面図で
ある。 １……基板 ２……半導体薄膜 ３……第１薄膜 ４……第２薄膜 ５……透明絶縁膜 ６……透明バッファ絶縁膜 10……レーザビーム
Claims (5)
- 【請求項１】透明絶縁基板の主面上の非晶質あるいは多
結晶の半導体薄膜をレーザビームを照射して溶融再結晶
化するにあたり、前記透明絶縁基板の一主面上に前記半
導体薄膜と、前記半導体薄膜上に前記レーザビームを反
射し、前記半導体薄膜より融点の高い第１薄膜と、前記
レーザビームの幅より狭い幅を有し、前記第１薄膜に対
して選択的に、ヒートシンクとして第２薄膜を前記第１
薄膜上に形成し、前記レーザビームを前記基板の他の主
面側から第２薄膜下の半導体薄膜に照射することを特徴
とする半導体薄膜の再結晶化方法。 - 【請求項２】前記第１薄膜が前記レーザビームに対して
不透明であり、前記レーザビームを反射する薄膜である
特許請求の範囲第１項記載の半導体薄膜の再結晶化方
法。 - 【請求項３】前記半導体薄膜と前記第１薄膜の間に透明
絶縁膜を設けた特許請求の範囲第１項および第２項記載
の半導体薄膜の再結晶化方法。 - 【請求項４】前記第１薄膜と前記第２薄膜が同一材質か
ら成る特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の半導体薄
膜の再結晶化方法。 - 【請求項５】前記第２薄膜下の透明絶縁膜の少なくとも
一部が、上に第２薄膜がない部分の透明絶縁膜に比して
薄い厚みを有する特許請求の範囲第３項記載の半導体薄
膜の再結晶化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61161577A JP2554864B2 (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 半導体薄膜の再結晶化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61161577A JP2554864B2 (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 半導体薄膜の再結晶化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6317516A JPS6317516A (ja) | 1988-01-25 |
| JP2554864B2 true JP2554864B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=15737764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61161577A Expired - Lifetime JP2554864B2 (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 半導体薄膜の再結晶化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554864B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02256227A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-10-17 | Ricoh Co Ltd | 薄膜半導体とその製法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58186949A (ja) * | 1982-04-26 | 1983-11-01 | Toshiba Corp | 薄膜半導体装置の製造方法 |
| JPS6115319A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS61108121A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-26 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP61161577A patent/JP2554864B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6317516A (ja) | 1988-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |