JP2849852B2 - 半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
半導体薄膜の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体薄膜の形成方法に関し、特に非晶質も
しくは多結晶の半導体薄膜にレーザ光を照射して結晶化
する半導体薄膜の形成方法に関する。
しくは多結晶の半導体薄膜にレーザ光を照射して結晶化
する半導体薄膜の形成方法に関する。
（従来の技術） 従来、ガラス基板や石英基板上に、二酸化シリコン
（SiO2）などから成る第１の絶縁膜を形成し、この第１
の絶縁膜上に非晶質または多結晶の半導体膜を形成し、
この半導体薄膜上に二酸化シリコンなどから成る第２の
絶縁膜を形成して、半導体薄膜にレーザ光を照射して半
導体薄膜を結晶化するいわゆるレーザビーム結晶化法が
あった（例えば特公昭61−16758号公報、特開昭56−157
019号公報参照）。
（SiO2）などから成る第１の絶縁膜を形成し、この第１
の絶縁膜上に非晶質または多結晶の半導体膜を形成し、
この半導体薄膜上に二酸化シリコンなどから成る第２の
絶縁膜を形成して、半導体薄膜にレーザ光を照射して半
導体薄膜を結晶化するいわゆるレーザビーム結晶化法が
あった（例えば特公昭61−16758号公報、特開昭56−157
019号公報参照）。
上述の二酸化シリコンなどから成る第１の絶縁膜およ
び第２の絶縁膜は。シリコンを熱酸化させて酸化シリコ
ン膜を形成する熱酸化法、シランガスと酸化窒素ガスを
グロー放電分解して二酸化シリコン膜を形成するプラズ
マCVD法、あるいは二酸化シリコンから成るターゲット
に電場で加速された高エネルギー粒子を衝突させて二酸
化シリコン膜を基板上に堆積させるスパッタリング法な
どで形成されていた。
び第２の絶縁膜は。シリコンを熱酸化させて酸化シリコ
ン膜を形成する熱酸化法、シランガスと酸化窒素ガスを
グロー放電分解して二酸化シリコン膜を形成するプラズ
マCVD法、あるいは二酸化シリコンから成るターゲット
に電場で加速された高エネルギー粒子を衝突させて二酸
化シリコン膜を基板上に堆積させるスパッタリング法な
どで形成されていた。
（発明が解決しようとする問題点） ところが、非晶質または多結晶の半導体薄膜の下地層
となる第１の絶縁膜を熱酸化法スパッタリング法で形成
すると、膜が緻密になり過ぎるために、結晶化工程で基
板との熱膨張率の違いによるストレスが発生し、半導体
薄膜に微細な亀裂を生じたり膜剥離を生じるという問題
があった。
となる第１の絶縁膜を熱酸化法スパッタリング法で形成
すると、膜が緻密になり過ぎるために、結晶化工程で基
板との熱膨張率の違いによるストレスが発生し、半導体
薄膜に微細な亀裂を生じたり膜剥離を生じるという問題
があった。
また、第１の絶縁膜をプラズマCVD法で形成すると膜
がポーラスとなって熱膨張率の相違を緩和する緩衝層と
なり、半導体薄膜の結晶化工程での亀裂の発生や膜剥離
は防止できるものの、プラズマCVD法で形成した二酸化
シリコン膜は、膜構造が不安定なために半導体薄膜の結
晶化工程で二酸化シリコン膜の構成物質が半導体薄膜中
に混入し、結晶化した後の半導体薄膜の膜質が著しく低
下するという問題があった。
がポーラスとなって熱膨張率の相違を緩和する緩衝層と
なり、半導体薄膜の結晶化工程での亀裂の発生や膜剥離
は防止できるものの、プラズマCVD法で形成した二酸化
シリコン膜は、膜構造が不安定なために半導体薄膜の結
晶化工程で二酸化シリコン膜の構成物質が半導体薄膜中
に混入し、結晶化した後の半導体薄膜の膜質が著しく低
下するという問題があった。
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みて提案さ
れたものであり、半導体薄膜の結晶化工程で半導体薄膜
に亀裂や剥離や不純物の混入などを生じることのない半
導体結晶薄膜の形成方法を提供することを目的とするも
のである。
れたものであり、半導体薄膜の結晶化工程で半導体薄膜
に亀裂や剥離や不純物の混入などを生じることのない半
導体結晶薄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、二酸化シリコンから成る
第１の絶縁膜、非晶質もしくは多結晶の半導体薄膜、お
よび二酸化シリコンから成る第２の絶縁膜を形成して、
該半導体薄膜にレーザ光を照射して結晶する半導体薄膜
の形成方法において、前記第１の絶縁膜の下層部分をCV
D法で形成すると共に、前記第１の絶縁膜の上層部分と
第２の絶縁膜をスパッタリング法で形成することによ
り、前記第１の前縁膜の上層部分と第２の絶縁膜との膜
密度を、前記第１の絶縁膜の下層部分の膜密度よりも高
密度に形成してレーザ光を照射することを特徴とする半
導体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。
第１の絶縁膜、非晶質もしくは多結晶の半導体薄膜、お
よび二酸化シリコンから成る第２の絶縁膜を形成して、
該半導体薄膜にレーザ光を照射して結晶する半導体薄膜
の形成方法において、前記第１の絶縁膜の下層部分をCV
D法で形成すると共に、前記第１の絶縁膜の上層部分と
第２の絶縁膜をスパッタリング法で形成することによ
り、前記第１の前縁膜の上層部分と第２の絶縁膜との膜
密度を、前記第１の絶縁膜の下層部分の膜密度よりも高
密度に形成してレーザ光を照射することを特徴とする半
導体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） 上記のようにな構成によれば、CVD法で形成した第１
の絶縁膜の下層部分で熱膨張の相違によるストレスの発
生が緩和させるとともに、高密度に形成した第１の絶縁
膜の上層部分と第２の絶縁膜とで半導体薄膜への不純物
の混入が防止される。
の絶縁膜の下層部分で熱膨張の相違によるストレスの発
生が緩和させるとともに、高密度に形成した第１の絶縁
膜の上層部分と第２の絶縁膜とで半導体薄膜への不純物
の混入が防止される。
（実施例） 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
第１図は、本発明に係る半導体薄膜の形成方法を説明
するための膜構成を示す断面図であり、１は基板、２は
二酸化シリコンから成る第１の絶縁膜、３は半導体薄
膜、４は二酸化シリコンから成る第２の絶縁膜である。
するための膜構成を示す断面図であり、１は基板、２は
二酸化シリコンから成る第１の絶縁膜、３は半導体薄
膜、４は二酸化シリコンから成る第２の絶縁膜である。
前記基板１は、ガラス、石英、セラミックなどの電気
絶縁膜や単結晶半導体基板などで構成される。
絶縁膜や単結晶半導体基板などで構成される。
前記第１の絶縁膜２は、基板１上に形成された下層部
分2aと下層部分2a上に形成された上層部分2bとで構成さ
れ、二酸化シリコン（SiO2）で形成される。低密度の下
層部分2aは、CVD法で形成される。すなわち、第１の絶
縁膜２の下層部分2aをプラズマCVD法で形成する場合
は、基板温度を100〜500℃、好適には400℃に維持し
て、プラズマ反動炉内を0.1〜5torr、好適には2torrに
減圧して、シランガス（SiH4）と亜酸化窒素ガス（N
2O）とを所定流量、例えばN2O/SiH4が１〜200程度、好
適には37になるように設定して、20〜400W程度、好適に
は100Wの出力の放電用電源でプラズマ反応を起こさせる
ことにより、厚み3000〜50000Å程度に形成される。こ
のように形成した二酸化シリコン膜の密度は、1.2〜2.1
6g/cm3となる。この第１の絶縁膜２の下層部分2aは、熱
CVD法、光CVD法で形成してもよい。
分2aと下層部分2a上に形成された上層部分2bとで構成さ
れ、二酸化シリコン（SiO2）で形成される。低密度の下
層部分2aは、CVD法で形成される。すなわち、第１の絶
縁膜２の下層部分2aをプラズマCVD法で形成する場合
は、基板温度を100〜500℃、好適には400℃に維持し
て、プラズマ反動炉内を0.1〜5torr、好適には2torrに
減圧して、シランガス（SiH4）と亜酸化窒素ガス（N
2O）とを所定流量、例えばN2O/SiH4が１〜200程度、好
適には37になるように設定して、20〜400W程度、好適に
は100Wの出力の放電用電源でプラズマ反応を起こさせる
ことにより、厚み3000〜50000Å程度に形成される。こ
のように形成した二酸化シリコン膜の密度は、1.2〜2.1
6g/cm3となる。この第１の絶縁膜２の下層部分2aは、熱
CVD法、光CVD法で形成してもよい。
前記第１の絶縁膜２の高密度の上層部分2bは、スパッ
タリング法によって形成される。この上層部分2bをRFス
パッタリングで形成する場合は、炉内を10-3〜10-2程度
に減圧してアルゴンガスなどから成る不活性ガスを導入
し、出力が数100W〜1KW、周波数が13.56MHzの高周波で
電場をかけてプラズマ放電を起こして不活性ガスを高エ
ネルギー化させ、二酸化シリコンからなるターゲットを
たたいて厚み50〜1000Å程度に堆積させる。この上部層
2bは、二酸化シリコンが、半導体薄膜３中に混入するの
を防止するために設けられ、厚みは極めて薄くて良い。
上部層2bの厚みが50Å以下の場合、下部層2aの二酸化シ
リコンが半導体薄膜３中に混入することを防止できず、
また1000Å以上の場合、結晶化工程の熱ストレスを緩和
仕切れずに半導体薄膜に微細に亀裂を生じる。このよう
に形成した二酸化シリコン膜の密度は、2.2〜2.4g/cm3
となる。なお、ターゲットとして単結晶または多結晶の
シリコンを用いるとともに、このシリコンと酸素ガスと
を反応させて二酸化シリコン膜を堆積させる反応性スパ
ッタリングで形成してもよい。この場合、アルゴンガス
と酸素ガスの流量比は10〜50％である。また、シリコン
は導電性を呈することから直流スパッタチングを行うこ
ともできる。
タリング法によって形成される。この上層部分2bをRFス
パッタリングで形成する場合は、炉内を10-3〜10-2程度
に減圧してアルゴンガスなどから成る不活性ガスを導入
し、出力が数100W〜1KW、周波数が13.56MHzの高周波で
電場をかけてプラズマ放電を起こして不活性ガスを高エ
ネルギー化させ、二酸化シリコンからなるターゲットを
たたいて厚み50〜1000Å程度に堆積させる。この上部層
2bは、二酸化シリコンが、半導体薄膜３中に混入するの
を防止するために設けられ、厚みは極めて薄くて良い。
上部層2bの厚みが50Å以下の場合、下部層2aの二酸化シ
リコンが半導体薄膜３中に混入することを防止できず、
また1000Å以上の場合、結晶化工程の熱ストレスを緩和
仕切れずに半導体薄膜に微細に亀裂を生じる。このよう
に形成した二酸化シリコン膜の密度は、2.2〜2.4g/cm3
となる。なお、ターゲットとして単結晶または多結晶の
シリコンを用いるとともに、このシリコンと酸素ガスと
を反応させて二酸化シリコン膜を堆積させる反応性スパ
ッタリングで形成してもよい。この場合、アルゴンガス
と酸素ガスの流量比は10〜50％である。また、シリコン
は導電性を呈することから直流スパッタチングを行うこ
ともできる。
前記第１の絶縁膜２上に、非晶質または多結晶の半導
体薄膜３を例えばプラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法な
どで、厚み0.05〜２μｍ程度に形成する。半導体薄膜３
を、例えばプラズマCVD法で形成する場合、基板１をプ
ラズマ反応炉に搬入して、モノシラン（SiH4）などの水
素化シリコンガスを反応炉に導入し、基板を140〜400℃
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
することによって形成する。なお、上記水素化シリコン
ガスに、フォスフィン（PH3）やジボラン（B2H6）など
の半導体用不純物ガスを混入させてアモルファスシリコ
ン層を形成してもよい。
体薄膜３を例えばプラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法な
どで、厚み0.05〜２μｍ程度に形成する。半導体薄膜３
を、例えばプラズマCVD法で形成する場合、基板１をプ
ラズマ反応炉に搬入して、モノシラン（SiH4）などの水
素化シリコンガスを反応炉に導入し、基板を140〜400℃
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
することによって形成する。なお、上記水素化シリコン
ガスに、フォスフィン（PH3）やジボラン（B2H6）など
の半導体用不純物ガスを混入させてアモルファスシリコ
ン層を形成してもよい。
前記半導体薄膜３上に、高密度の第２の絶縁膜４をス
パッタリング法で形成する。この第２の絶縁膜４の構成
および製法は、第１の絶縁膜２の上部2bと同一である。
パッタリング法で形成する。この第２の絶縁膜４の構成
および製法は、第１の絶縁膜２の上部2bと同一である。
最後に、基板１側もしくは第２の絶縁膜４側からレー
ザ光を照射して半導体薄膜３を溶融して固化させること
により結晶化される。このレーザ光としては、例えばビ
ームスポットが20〜30μｍで出力が0.5〜20Wの連続発振
アルゴンレーザなどが好適に用いられ、１〜20cm/secの
走査速度で基板１を相対移動させることにより結晶化さ
せる。
ザ光を照射して半導体薄膜３を溶融して固化させること
により結晶化される。このレーザ光としては、例えばビ
ームスポットが20〜30μｍで出力が0.5〜20Wの連続発振
アルゴンレーザなどが好適に用いられ、１〜20cm/secの
走査速度で基板１を相対移動させることにより結晶化さ
せる。
（実施例１） ＃7059ガラス基板１上に、基板温度を400℃に維持し
て、プラズマ反応炉を2torrに減圧して、シランガス（S
iH4）と亜酸化窒素ガス（N2O）とを流量比が37:1となる
ように設定して出力100Wで厚み40000Åに二酸化シリコ
ン膜（第１の絶縁膜の下層部2a）を堆積させ、しかる後
アルゴンガス雰囲気中で二酸化シリコンのターゲットを
用いて出力100W、周波数13.57MHzで厚み200Åに二酸化
シリコン膜（第１の絶縁膜２の上部層2b）を形成し、し
かる後基板温度を400℃に維持して、シランガスを用い
て100WのプラズマCVD法で非晶質半導体層３を厚み１μ
ｍに形成し、しかる後第１の絶縁膜２の上部層2bの形成
と同じ条件のスパッタリング法で二酸化シリコン膜（第
２の絶縁膜４）を厚み500Åに形成して、第２の絶縁膜
４側から出力10Wの連続発振アルゴンレーザを走査速度1
0cm/secで照射して非晶質半導体層３を結晶化し、第２
の絶縁膜４をフッ硝酸溶液でエッチング除去して結晶化
膜の結晶性を調べたところ、単結晶領域が生成している
ことが確認され、良質な結晶化膜であることが分かると
ともに、第１の絶縁膜の減少も無く、酸素の混入もほと
んどないことが分った。
て、プラズマ反応炉を2torrに減圧して、シランガス（S
iH4）と亜酸化窒素ガス（N2O）とを流量比が37:1となる
ように設定して出力100Wで厚み40000Åに二酸化シリコ
ン膜（第１の絶縁膜の下層部2a）を堆積させ、しかる後
アルゴンガス雰囲気中で二酸化シリコンのターゲットを
用いて出力100W、周波数13.57MHzで厚み200Åに二酸化
シリコン膜（第１の絶縁膜２の上部層2b）を形成し、し
かる後基板温度を400℃に維持して、シランガスを用い
て100WのプラズマCVD法で非晶質半導体層３を厚み１μ
ｍに形成し、しかる後第１の絶縁膜２の上部層2bの形成
と同じ条件のスパッタリング法で二酸化シリコン膜（第
２の絶縁膜４）を厚み500Åに形成して、第２の絶縁膜
４側から出力10Wの連続発振アルゴンレーザを走査速度1
0cm/secで照射して非晶質半導体層３を結晶化し、第２
の絶縁膜４をフッ硝酸溶液でエッチング除去して結晶化
膜の結晶性を調べたところ、単結晶領域が生成している
ことが確認され、良質な結晶化膜であることが分かると
ともに、第１の絶縁膜の減少も無く、酸素の混入もほと
んどないことが分った。
（実施例２） 実施例１の第１の絶縁膜の上層側2bの厚みを800Åと
した以外は、実験例１と同一の条件で各層を形成して、
結晶化膜３の結晶性を調べたところ、実験例１と同様に
良質な結晶化膜であることが確認された。
した以外は、実験例１と同一の条件で各層を形成して、
結晶化膜３の結晶性を調べたところ、実験例１と同様に
良質な結晶化膜であることが確認された。
（比較例１） 実施例１の第１の絶縁膜２の上層2bを形成しなかった
以外は、実験例１と同一の条件で単結晶化膜３を形成し
て結晶性を調べたところ、粒径が、100μｍ以上の単結
晶部分が存在するものの、第１の絶縁膜および第２の絶
縁膜の厚みが約半分に減少しており、結晶化膜に多数の
二酸化シリコンが混入していることが分かった。
以外は、実験例１と同一の条件で単結晶化膜３を形成し
て結晶性を調べたところ、粒径が、100μｍ以上の単結
晶部分が存在するものの、第１の絶縁膜および第２の絶
縁膜の厚みが約半分に減少しており、結晶化膜に多数の
二酸化シリコンが混入していることが分かった。
（比較例２） 実施例１の第１の絶縁膜２のすべてを実験例１のスパ
ッタリング法と同一条件で形成した以外は、実験例１と
同一の条件で単結晶化膜を形成して結晶性を調べたとこ
ろ、絶縁膜の膜厚の減少は認められなかったものの、結
晶化膜に微細な亀裂が多数生じており、粒径10μｍ以上
の単結晶領域は認められなかった。
ッタリング法と同一条件で形成した以外は、実験例１と
同一の条件で単結晶化膜を形成して結晶性を調べたとこ
ろ、絶縁膜の膜厚の減少は認められなかったものの、結
晶化膜に微細な亀裂が多数生じており、粒径10μｍ以上
の単結晶領域は認められなかった。
（発明の効果） 以上のように、本発明に係る半導体薄膜の形成方法に
よれば、第１の絶縁膜の下層部分をCVD法で形成すると
共に、第１の絶縁膜の上層部分と第２の絶縁膜をスパッ
タリング法で形成することにより、第１の絶縁膜の上層
部分と第２の絶縁膜との膜密度を、第１の絶縁膜の下層
部分の膜密度よりも高密度に形成してレーザ光を照射す
ることから、第１の絶縁膜の上層部分の密度が粗となて
熱膨張率の差に起因するストレスを吸収するとともに、
第１の絶縁膜の上層部分と第２の絶縁膜の密度が密とな
って第１の絶縁膜自体の構成物質や大気中からの異物が
結晶化膜へ混入することを防止でき、もって微細な亀裂
や不純物混入のない良質な結晶化膜を形成することがで
きる。
よれば、第１の絶縁膜の下層部分をCVD法で形成すると
共に、第１の絶縁膜の上層部分と第２の絶縁膜をスパッ
タリング法で形成することにより、第１の絶縁膜の上層
部分と第２の絶縁膜との膜密度を、第１の絶縁膜の下層
部分の膜密度よりも高密度に形成してレーザ光を照射す
ることから、第１の絶縁膜の上層部分の密度が粗となて
熱膨張率の差に起因するストレスを吸収するとともに、
第１の絶縁膜の上層部分と第２の絶縁膜の密度が密とな
って第１の絶縁膜自体の構成物質や大気中からの異物が
結晶化膜へ混入することを防止でき、もって微細な亀裂
や不純物混入のない良質な結晶化膜を形成することがで
きる。
第１図は本発明に係る半導体薄膜の形成方法を説明する
ための図である。 1:基板、2:第１の絶縁膜 2a:下層部分、2b:上層部分 3:半導体薄膜：、4:第２の絶縁膜
ための図である。 1:基板、2:第１の絶縁膜 2a:下層部分、2b:上層部分 3:半導体薄膜：、4:第２の絶縁膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−270812（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/20
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に、二酸化シリコンから成る第１の
絶縁膜、非晶質もしくは多結晶の半導体薄膜、および二
酸化シリコンから成る第２の絶縁膜を形成して、該半導
体薄膜にレーザ光を照射して結晶化する半導体薄膜の形
成方法において、前記第１の絶縁膜の下層部分をCVD法
で形成すると共に、前記第１の絶縁膜の上層部分と第２
の絶縁膜をスパッタリング法で形成することにより、前
記第１の絶縁膜の上層部分と第２の絶縁膜との膜密度
を、前記第１の絶縁膜の下層部分の膜密度よりも高密度
に形成してレーザ光を照射することを特徴とする半導体
薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8598590A JP2849852B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8598590A JP2849852B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体薄膜の形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03284830A JPH03284830A (ja) | 1991-12-16 |
| JP2849852B2 true JP2849852B2 (ja) | 1999-01-27 |
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ID=13873985
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000195792A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP4534585B2 (ja) * | 2004-05-11 | 2010-09-01 | 日立電線株式会社 | 薄膜半導体基板及びその製造方法 |
| JP2006261183A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Hitachi Cable Ltd | 薄膜半導体装置 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP8598590A patent/JP2849852B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH03284830A (ja) | 1991-12-16 |
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