JP2872425B2 - Method for forming semiconductor device - Google Patents

Method for forming semiconductor device

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JP2872425B2
JP2872425B2 JP5881591A JP5881591A JP2872425B2 JP 2872425 B2 JP2872425 B2 JP 2872425B2 JP 5881591 A JP5881591 A JP 5881591A JP 5881591 A JP5881591 A JP 5881591A JP 2872425 B2 JP2872425 B2 JP 2872425B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高品質の半導体層を得ら
れる光アニール方法を利用した半導体デバイスの形成方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semiconductor device using an optical annealing method capable of obtaining a high-quality semiconductor layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質基板上に結晶性の薄膜を成長させ
る結晶形成技術の分野に於けるひとつの方法として基板
上に予め形成された非晶質薄膜を融点以下の温度で熱処
理して、結晶化させる固相成長方法が提案されている。
2. Description of the Related Art As one method in the field of crystal formation technology for growing a crystalline thin film on an amorphous substrate, an amorphous thin film previously formed on a substrate is subjected to a heat treatment at a temperature lower than a melting point. A solid-phase growth method for crystallization has been proposed.

【0003】例えば、非晶質絶縁物基板上に形成された
イオン注入によって非晶質化されたSi薄膜をN2雰囲
気に於いて600℃、数十時間熱処理を施し、ミクロン
オーダーの大粒径樹枝状多結晶を形成し、そこに作製さ
れたトランジスター特性が良好であることが報告されて
いる。(T.Noguchi,H.Hayashi&
H.Oshima1987,Mat.Res.Soc.
Symp.Proc.,106,Polysilico
n and Interfaces,293,Else
vier Science Publishing,N
ew York,1988)。
For example, a Si thin film formed on an amorphous insulator substrate and made amorphous by ion implantation is subjected to a heat treatment at 600 ° C. for several tens of hours in an N 2 atmosphere to obtain a large particle size on the order of microns. It has been reported that dendritic polycrystals are formed and the characteristics of the transistors produced there are good. (T. Noguchi, H. Hayashi &
H. Oshima 1987, Mat. Res. Soc.
Symp. Proc. , 106, Polysilico
n and Interfaces, 293, Else
via Science Publishing, N
ew York, 1988).

【0004】その他の方法として、上記薄膜及びデバイ
ス特性向上のために、紫外光レーザーを照射する方法
や、赤外線ランプ光を照射する方法が提案されている。
(野口隆、他、特開昭61−289620号公報),
(猪野、谷、Richo Technical Rep
ort No.14,p4.November198
5)。
[0004] As other methods, a method of irradiating an ultraviolet laser or a method of irradiating an infrared lamp has been proposed in order to improve the thin film and device characteristics.
(Takashi Noguchi, et al., JP-A-61-289620),
(Ino, Tani, Richo Technical Rep
ort No. 14, p4. November 198
5).

【0005】この2つの報告及び出願に記述されている
ランプ加熱方法は、石英基板上にSi薄膜を堆積させ、
Siウエハーを重ねて前記Si薄膜と接触させておき、
ランプ光は、前記石英基板及び前記Si薄膜を透過し、
前記Siウエハーに吸収されその発生した熱を接触によ
る熱伝導により前記石英基板上の前記Si薄膜を加熱し
ようというものである。この方法によると、単に良吸収
体を重ね合せるということに招来される微視的観点に於
ける非密着性、及び不均一性、或いは汚染、融着等の問
題がある。
[0005] The lamp heating method described in the two reports and the application deposits a Si thin film on a quartz substrate,
Si wafers are stacked and brought into contact with the Si thin film,
Lamp light is transmitted through the quartz substrate and the Si thin film,
The Si thin film on the quartz substrate is to be heated by heat conduction caused by contact with the generated heat absorbed by the Si wafer. According to this method, there are problems such as non-adhesion and non-uniformity from a microscopic point of view caused by simply superimposing the good absorbers, or contamination and fusion.

【0006】例えばSi Waferは、平滑といえど
も、一般的に数μmのうねりがあることは周知の事実で
ある。そのために、Si薄膜と前記Siウエハーを接触
(重ね合せ)により完全密着することは不可能であり、
前記Si薄膜が受ける熱量の不均一性が生じる。その結
果、昇温される前記Si薄膜内に温度分布ができる。こ
の温度不均一性は、結晶内部の構造変化を均一にする上
で障害となり、ひいてはデバイス特性に悪影響を与え
る。又、融点近くまで高温にした場合、Si薄膜と、光
吸収体であるSi waferが融着してしまい、素子
作製工程に移行できないという問題がある。
For example, it is a well-known fact that Si Wafer generally has a swell of several μm even though it is smooth. Therefore, it is impossible to bring the Si thin film and the Si wafer into close contact with each other by contact (overlap),
The heat quantity received by the Si thin film becomes non-uniform. As a result, a temperature distribution is formed in the Si thin film to be heated. This temperature non-uniformity is an obstacle to making the structural change inside the crystal uniform, and adversely affects device characteristics. Further, when the temperature is raised to a temperature close to the melting point, there is a problem that the Si thin film and the Si wafer, which is a light absorber, are fused, and the process cannot be shifted to the element manufacturing process.

【0007】 〔目的〕 本発明の目的は前述の従来例が有する課題を解消し、大
面積にわたって均一な熱処理を施し、均一な半導体特性
を有する半導体層の光アニール方法を利用した半導体デ
バイスの形成方法を提供することである。
[Purpose] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to form a semiconductor device by performing a uniform heat treatment over a large area and using a photo-annealing method of a semiconductor layer having a uniform semiconductor characteristic. Is to provide a way.

【0008】本発明の他の目的は大面積にわたって均一
な半導体特性の半導体層を形成し、該半導体層を用いて
半導体デバイスを形成する方法を提供することである。
It is another object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor layer having uniform semiconductor characteristics over a large area and forming a semiconductor device using the semiconductor layer.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、下地基体と、
該下地基体上に設けられた半導体層と、該半導体層上に
設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた光吸収体
層を有する基体を用意する工程、該基体にインコヒーレ
ント光を照射し、該光吸収体層に該インコヒーレント光
を吸収させ、熱エネルギーを発生させる、該熱エネルギ
ーを用いて、該半導体層をアニールする工程、該アニー
ル工程の後、該吸収体層の一部を除去してゲート電極を
形成する工程、ソース及びドレイン領域を形成する工程
を含み、該絶縁層の少なくとも一部をゲート絶縁膜とす
る半導体デバイスの形成方法である。
According to the present invention, an undersubstrate is provided.
A step of preparing a substrate having a semiconductor layer provided on the base substrate, an insulating layer provided on the semiconductor layer, and a light absorber layer provided on the insulating layer; Irradiating the light absorbing layer with the incoherent light to generate thermal energy, annealing the semiconductor layer using the thermal energy, after the annealing step, A method for forming a semiconductor device including a step of forming a gate electrode by removing a part thereof and a step of forming source and drain regions, wherein at least a part of the insulating layer is used as a gate insulating film.

【0010】[0010]

【0011】以下に本発明の作用・構成の詳細を本発明
をなすに際し得た知見とともに説明する。
The details of the operation and configuration of the present invention will be described below together with the knowledge obtained in making the present invention.

【0012】一般に使用されるタングステンハロゲンラ
ンプ光(2200K)の黒体幅射スペクトルと、Siの
吸収係数及びSi内の自由キャリアの吸収係数の照射さ
れる光の波長との関係を図1に示す。
FIG. 1 shows the relationship between the blackbody emission spectrum of a commonly used tungsten halogen lamp light (2200K) and the wavelength of light to be irradiated with the absorption coefficient of Si and the absorption coefficient of free carriers in Si. .

【0013】図1に示されるとおり、Siの基礎吸収端
の吸収係数は、波長1.2μm以下で急激に増加する。
それに対してタングステンハロゲンランプの2200K
に於ける黒体幅射スペクトルは、石英ガラスのカットオ
フ波長3.5μm以下、0.4μm以上の広い範囲の赤
外線領域に渡っている。更に自由キャリア−吸収成分の
波長依存性を見ると、波長1μm以上で、長波長側に伸
びており、高濃度のキャリアーが存在するほど光の吸収
率が高いことがわかる。
As shown in FIG. 1, the absorption coefficient at the basic absorption edge of Si rapidly increases at a wavelength of 1.2 μm or less.
On the other hand, 2200K of tungsten halogen lamp
The blackbody emission spectrum in the above ranges over a wide range of infrared light with a cutoff wavelength of 3.5 μm or less and 0.4 μm or more of quartz glass. Further, when looking at the wavelength dependence of the free carrier-absorbing component, it can be seen that at a wavelength of 1 μm or more, it extends to the longer wavelength side, and the higher the concentration of carriers, the higher the light absorption rate.

【0014】以上のことから次の3つの事実は明らかで
ある。石英基板は赤外線照射によってほとんど加熱で
きない。Si層には約1μm以下の波長域の光が吸収
されるが、それはランプ光の極一部でしかない。Si
層にキャリアーを増加させると、光の吸収率が増加し、
ランプ光を有効に使用できる。
From the above, the following three facts are clear. Quartz substrates can hardly be heated by infrared irradiation. Although the light in the wavelength range of about 1 μm or less is absorbed by the Si layer, it is only a very small part of the lamp light. Si
Increasing the carrier in the layer increases the light absorption,
The lamp light can be used effectively.

【0015】以上3つの事実に加え、Si層への光吸収
は厚膜依存性がある。Si層の層厚は、リーク電流等の
電気的特性を考慮するとトランジスターに用いる半導体
層としてSi層を用いる場合には前記Si層の層厚は
0.1μm以下が特に望ましい。しかしながら、石英基
板上の0.1μm程度の厚みのSi層にはランプ光はほ
とんど透過してしまい光の吸収は極めて微量である。
In addition to the above three facts, the light absorption in the Si layer depends on the thick film. When the Si layer is used as a semiconductor layer for a transistor, the thickness of the Si layer is particularly preferably 0.1 μm or less in consideration of electrical characteristics such as leak current. However, the lamp light is almost transmitted through the Si layer having a thickness of about 0.1 μm on the quartz substrate, and the absorption of the light is extremely small.

【0016】このため例えば厚さ7500μmのSiウ
ェハなら1200℃にも昇温可能な照射強度のインコヒ
ーレントなランプ光を照射しても光透過性材料である石
英基板上に配した層厚0.1μmしかないSi層は数百
℃程度にしか加熱されない。
Therefore, for example, in the case of a 7500 μm-thick Si wafer, even if an incoherent lamp light having an irradiation intensity capable of raising the temperature to 1200 ° C. is irradiated, a layer thickness of 0.1 mm disposed on a quartz substrate which is a light transmitting material. The Si layer of only 1 μm is heated only to about several hundred degrees Celsius.

【0017】ところで他の知見として、金属は、Si層
よりも光の吸収率が高いことも既に知られている。
Meanwhile, as another finding, it is already known that a metal has a higher light absorptivity than a Si layer.

【0018】本発明は、光透過性基板上の薄膜Si層を
アニールするに十分昇温するために吸収層を絶縁物を介
して前記Si層上に堆積している。その基本形態となる
層構成を図2に示す。
According to the present invention, an absorption layer is deposited on the Si layer via an insulator in order to raise the temperature sufficiently to anneal the thin Si layer on the light transmitting substrate. FIG. 2 shows a layer configuration as a basic mode.

【0019】図2に示すとおり、石英等の光透過性基板
21上にはSi等の半導体層22、絶縁層23、光吸収
層24と保護層25とが順に設けられている。
As shown in FIG. 2, a semiconductor layer 22 of Si or the like, an insulating layer 23, a light absorbing layer 24, and a protective layer 25 are sequentially provided on a light transmitting substrate 21 of quartz or the like.

【0020】図2に示す層構成の基体を形成するにはま
ず光透過性基板に通常の堆積膜形成方法によりSi,S
iGe,GaAs,InP等の半導体層22を形成す
る。
In order to form a substrate having a layer structure shown in FIG. 2, first, Si, S is formed on a light-transmitting substrate by an ordinary method of forming a deposited film.
A semiconductor layer 22 of iGe, GaAs, InP or the like is formed.

【0021】ここで本発明によりアニールされた半導体
層を用いて薄膜電子デバイスを形成するためには、半導
体層2の層厚としては好ましくは0.05μm以上0.
3μm以下、より好ましくは0.06μm以上0.2μ
m以下が望ましい。
Here, in order to form a thin film electronic device using the semiconductor layer annealed according to the present invention, the thickness of the semiconductor layer 2 is preferably 0.05 μm or more.
3 μm or less, more preferably 0.06 μm or more and 0.2 μm
m or less is desirable.

【0022】続いて分離層として絶縁層23を通常の堆
積膜形成方法により形成する。絶縁層23としては、例
えば酸化けい素、ちっ化けい素、SiO2y,酸化タン
タルがなどが用いられる。
Subsequently, an insulating layer 23 is formed as a separation layer by a usual deposition film forming method. As the insulating layer 23, for example, silicon oxide, silicon nitride, SiO 2 N y , tantalum oxide, or the like is used.

【0023】前記絶縁層23の層厚としては好ましくは
0.05μm以上1μm以下、より好ましくは0.05
μm以上0.5μm以下、最適には0.05μm以上
0.1μm以下とするのが半導体層22及び光吸収層2
4とを分離すると共に、デバイス形成の際に絶縁層23
をデバイスの構成要素の一部として使用するのに望まし
い。
The thickness of the insulating layer 23 is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less, more preferably 0.05 μm or less.
μm or more and 0.5 μm or less, and most preferably 0.05 μm or more and 0.1 μm or less.
4 and an insulating layer 23 during device formation.
For use as part of a device component.

【0024】続いて前記絶縁層23上に光吸収層24を
形成する。該光吸収層24の材料としては、例えば多結
晶Si,非晶質Si,多結晶SiGe等が挙げられる。
Subsequently, a light absorbing layer 24 is formed on the insulating layer 23. Examples of the material of the light absorbing layer 24 include polycrystalline Si, amorphous Si, and polycrystalline SiGe.

【0025】また、自由キャリアを有することによる吸
収の増大を図ったドープされた半導体材料、例えばリン
添加非品質Si,ホウ素添加非晶質Si,ヒ素添加非晶
質Si等を光吸収層24の材料として用いてもよい。
Further, a doped semiconductor material, such as phosphorus-doped non-quality Si, boron-doped amorphous Si, arsenic-doped amorphous Si, or the like, which is intended to increase absorption by having free carriers, is used for forming the light absorbing layer 24. It may be used as a material.

【0026】例えばPを1020/cm3添加した層厚
0.5μmの多結晶Si層は、無添加のものに比較して
同じ光照射条件での光照射による加熱で約100℃高温
となる。又、光吸収層24の材料となる金属としては例
えばW(タングステン)、Mo(モリブデン)、WSi
(タングステンシリサイド)、MoSi(モリブデンシ
リサイド)等が好適に用いられる。
For example, a polycrystalline Si layer having a layer thickness of 0.5 μm to which P is added at 10 20 / cm 3 is heated to about 100 ° C. by heating under light irradiation under the same light irradiation conditions as compared with a layer without P added. . The metal used as the material of the light absorbing layer 24 is, for example, W (tungsten), Mo (molybdenum), WSi
(Tungsten silicide), MoSi (molybdenum silicide) or the like is preferably used.

【0027】光強度が強い場合、光吸収層24の表面荒
れや蒸発を防止するための保護層25を被ふくすること
により、前記表面荒れを防いでも良い。保護層25には
例えば、SiO2或いはSi34もしくはSiO2/Si
34の二層構造などの光透過性であって高温に耐える材
料を用いることができる。ランプ光を該多層構造に上部
から照射すると、光は保護層25を通過し、吸収層24
に吸収され該吸収層24が昇温する。その結果、分離層
24を介して、本来光を透過して加熱されない層厚の半
導体層22が熱伝導により十分な加熱が行われる。下部
より光を照射した場合には、ランプからの光は、例えば
石英基板21を透過し、更に半導体層(活性層)22と
分離層23とを通して吸収層24で光を吸収し該光吸収
層24を昇温する。上下より照射すれば光吸収層の昇温
効果はより向上する。図3に示すように吸収層24は半
導体層(活性層)22と基板21の間にあっても良く、
又、基板21の裏面に配して基板温度を昇温し、より制
御性を高め、歪みの軽減も可能である。
When the light intensity is high, the surface roughness may be prevented by covering the surface of the light absorbing layer 24 with a protective layer 25 for preventing evaporation and evaporation. The protective layer 25 is made of, for example, SiO 2 or Si 3 N 4 or SiO 2 / Si
3 is light-transmissive, such as two-layer structure of N 4 can be formed using a material to withstand high temperatures. When the lamp light is applied to the multilayer structure from above, the light passes through the protective layer 25 and the absorbing layer 24.
And the absorption layer 24 is heated. As a result, through the separation layer 24, the semiconductor layer 22 having a thickness that is not heated by transmitting light is sufficiently heated by heat conduction. When light is irradiated from below, the light from the lamp passes through, for example, a quartz substrate 21 and further passes through a semiconductor layer (active layer) 22 and a separation layer 23 to be absorbed by an absorption layer 24 so that the light is absorbed by the absorption layer 24. 24 is heated. When the light is irradiated from above and below, the effect of increasing the temperature of the light absorbing layer is further improved. As shown in FIG. 3, the absorption layer 24 may be between the semiconductor layer (active layer) 22 and the substrate 21,
Further, the substrate temperature can be increased by arranging it on the back surface of the substrate 21 to further enhance controllability and reduce distortion.

【0028】光吸収層の層厚としては、入射光を充分吸
収し半導体層を昇温するために、好ましくは0.5μm
以上2μm以下、より好ましくは0.5μm以上1.5
μm以下、最適には0.5μm以上1.0μm以下とす
るのが望ましい。
The thickness of the light absorbing layer is preferably 0.5 μm in order to sufficiently absorb incident light and raise the temperature of the semiconductor layer.
Not less than 2 μm and more preferably not less than 0.5 μm and 1.5
μm or less, and most preferably 0.5 μm or more and 1.0 μm or less.

【0029】半導体層22の出発材料を非晶質Siや微
細な粒径をもつ多結晶Siを用いた場合、粒成長がおこ
り、ミクロンオーダーに結晶粒が成長し、粒界の影響が
少なくなるためデバイス特性が向上する。前述した様な
ミクロンオーダーの大粒径樹枝状多結晶を半導体層22
の出発材料とした場合、該半導体層22内に高密度に存
在する双晶欠陥の著しい減少がおこる。
When amorphous Si or polycrystalline Si having a fine grain size is used as the starting material of the semiconductor layer 22, grain growth occurs, crystal grains grow on the order of microns, and the influence of grain boundaries is reduced. Therefore, device characteristics are improved. As described above, the dendritic polycrystal having a large particle size on the order of microns is formed on the semiconductor layer 22.
When the starting material is used, the twin defects existing at high density in the semiconductor layer 22 are significantly reduced.

【0030】特に結晶群に施す熱処理の温度として好ま
しくは、1000℃以上1420℃以下の高温で光照射
によるアニールを行うと半導体層22内部の積層欠陥、
転移が効率よく消滅する。
In particular, when annealing by light irradiation at a high temperature of 1000 ° C. or more and 1420 ° C. or less is preferable as the temperature of the heat treatment applied to the crystal group,
Metastases disappear efficiently.

【0031】光透過性基板上のSi薄膜の上部、或いは
下部、又は上、下部共に半導体層、或いは金属の光良吸
収層を絶縁物質層を介して堆積により形成し、密着性を
確保した上で光照射することにより、Si薄膜の温度上
昇を補助し、その制御性、均一性を向上させることがで
きる。
A semiconductor layer or a metal light absorbing layer is formed by depositing an upper or lower part of the Si thin film on the light transmissive substrate, or both upper and lower parts with an insulating material layer interposed therebetween to secure adhesion. By irradiating light, the temperature rise of the Si thin film is assisted, and the controllability and uniformity thereof can be improved.

【0032】更に光良吸収層を半導体素子の構造の一部
に使用することによって、工程の簡略化が計られる。
Further, by using the light absorption layer as a part of the structure of the semiconductor device, the process can be simplified.

【0033】又、インコヒレント光を使用するための照
射のさいに光の干渉による熱処理温度の不均一を防ぐこ
とができるので膜全体を均一に熱処理することができ
る。
In addition, during the irradiation for using the incoherent light, it is possible to prevent a non-uniform heat treatment temperature due to light interference, so that the entire film can be heat-treated uniformly.

【0034】光照射の強度としては好ましくは0.1W
/cm2以上300W/cm2以下より好ましくは10W
/cm2以上150W/cm2以下とすることが短時間に
大面積を一括に熱処理するのには望ましい。
The intensity of light irradiation is preferably 0.1 W
/ Cm 2 or more and 300 W / cm 2 or less, more preferably 10 W
/ Cm 2 or more and 150 W / cm 2 or less is desirable for batch heat treatment of a large area in a short time.

【0035】光照射により加熱される半導体層の熱処理
温度は好ましくは1200℃以上1400℃以下、より
好ましくは1250℃以上1400℃以下、最適には1
300℃以上1380℃以下とするのが高品質の半導体
層を得るには望ましい。
The heat treatment temperature of the semiconductor layer heated by light irradiation is preferably 1200 ° C. to 1400 ° C., more preferably 1250 ° C. to 1400 ° C., and most preferably 1 ° C. to 1400 ° C.
The temperature is preferably from 300 ° C. to 1380 ° C. in order to obtain a high-quality semiconductor layer.

【0036】次に、上記多層構造をもったSi層を電界
効果型トランジスタに利用する場合について説明する。
半導体層22は、通常の半導体プロセスにより加工する
ことによりチャンネル部分31として使用され、分離層
23は、ゲート絶縁層38として使用され、光吸収層2
4は、ゲート電極層37に転用される。図4に示すソー
ス32、ドレイン33の高濃度不純物添加領域を形成す
るには図2に示す分離層23のソース32、ドレイン3
3に対応する部分に開口を設けると共に光吸収層24に
不純物添加された多結晶Siを使用し、ランプ加熱時に
熱拡散して形成するかあるいは、通常の半導体プロセス
により前記開口にイオン注入しても良い。
Next, a case where the Si layer having the above-mentioned multilayer structure is used for a field effect transistor will be described.
The semiconductor layer 22 is used as a channel portion 31 by being processed by a normal semiconductor process, the separation layer 23 is used as a gate insulating layer 38, and the light absorbing layer 2 is used.
4 is diverted to the gate electrode layer 37. In order to form the high-concentration impurity added regions of the source 32 and the drain 33 shown in FIG. 4, the source 32 and the drain 3 of the separation layer 23 shown in FIG.
An opening is provided in a portion corresponding to No. 3 and polycrystalline Si doped with impurities is used for the light absorbing layer 24, and is formed by heat diffusion at the time of lamp heating or by ion implantation into the opening by a normal semiconductor process. Is also good.

【0037】前記ソース32、ドレイン33、ゲート電
極層37との電気的接触のために例えばアルミニウム等
の導電性材料からなるのゲート電極34、ソース電極3
5、ドレイン電極36を設ける。以上の様にして作製さ
れた薄膜電界トランジスタは、ランプ加熱温度に応じて
特性が向上する。
For electrical contact with the source 32, the drain 33, and the gate electrode layer 37, a gate electrode 34 and a source electrode 3 made of a conductive material such as aluminum are used.
5. A drain electrode 36 is provided. The characteristics of the thin film electric field transistor manufactured as described above are improved according to the lamp heating temperature.

【0038】[0038]

【実施例】以下、本発明をより一層明確にするための実
施例を記すが、本発明は以下に記す実施例のみに何等限
定されるものではない。
The following examples are provided to further clarify the present invention, but the present invention is not limited to only the following examples.

【0039】実施例1 10cm×10cmの大きさで厚さ500μmの石英ガ
ラス板21に減圧CVDにより、圧力0.3Torr、
基体温度620℃の条件でSiH4を熱分解し、平均約
500Åの微細な結晶粒径をもつ多結晶Si層(活性
層)22を層厚0.1μm堆積した。
Example 1 A quartz glass plate 21 having a size of 10 cm × 10 cm and a thickness of 500 μm was subjected to reduced pressure CVD at a pressure of 0.3 Torr.
At a substrate temperature of 620 ° C., SiH 4 was thermally decomposed to deposit a polycrystalline Si layer (active layer) 22 having a fine crystal grain diameter of about 500 ° on average with a thickness of 0.1 μm.

【0040】該多結晶Si層22上に、基体温度400
℃、圧力760Torrの条件でSiH4ガスとO2ガス
とを導入しSiO2層23を層厚500Å熱CVD法に
より形成した。
On the polycrystalline Si layer 22, a substrate temperature 400
A SiH 4 gas and an O 2 gas were introduced under the conditions of a temperature of 760 Torr and a temperature of 760 Torr, and a SiO 2 layer 23 was formed by a thermal CVD method with a thickness of 500 °.

【0041】続いて、該SiO2層23上に減圧CVD
法により、圧力0.3Torr、基体温度620℃の条
件でSiH4ガスを熱分解して層厚5000Åの多結晶
Si層を形成し、リンイオンを1020ions/cm3
の濃度にイオン注入し、リンイオンを高濃度に含有する
光吸収層24を形成した。
Subsequently, low pressure CVD is performed on the SiO 2 layer 23.
The SiH 4 gas is thermally decomposed under conditions of a pressure of 0.3 Torr and a substrate temperature of 620 ° C. to form a polycrystalline Si layer having a thickness of 5000 ° C. and phosphorus ions of 10 20 ions / cm 3.
The light absorption layer 24 containing phosphorus ions at a high concentration was formed.

【0042】更にその上部に保護層として層厚1μmの
SiO2層25を基体温度400℃、圧力760Tor
rの条件でSiH4ガスとO2ガスを導入し熱CVD法に
より形成した。
Further, an SiO 2 layer 25 having a thickness of 1 μm was formed thereon as a protective layer at a substrate temperature of 400 ° C. and a pressure of 760 Torr.
Under the condition of r, a SiH 4 gas and an O 2 gas were introduced and formed by a thermal CVD method.

【0043】図2に示した多層構造をもつ基体に3分間
タングステンハロゲンランプ光を78W/cm2の強度
で前記基体の上下より照射した。照射雰囲気はN2であ
り温度測定のために前記基体とは別に設けたSi wa
ferを温度モニターとしてオプティカルパイロメータ
で温度測定したところ照射時間3分での温度は1380
℃であった。
The substrate having the multilayer structure shown in FIG. 2 was irradiated with tungsten halogen lamp light from above and below the substrate at an intensity of 78 W / cm 2 for 3 minutes. The irradiation atmosphere was N 2 , and Si wafer provided separately from the substrate for temperature measurement.
When the temperature was measured with an optical pyrometer using fer as a temperature monitor, the temperature at an irradiation time of 3 minutes was 1380.
° C.

【0044】この照射により層厚0.5μmのn+po
lySi層24に吸収された光による熱エネルギーは、
無添加の層厚0.1μmのpoly Si層22へSi
2層23を介して伝導し前記Si層22に対して熱処
理を施した。この熱処理により前記Si層22の結晶粒
径は数百倍以上の数μmの粒径に拡大された。また保護
層25のキャップ効果により、Si層の表面荒れはなか
った。
By this irradiation, an n + po having a layer thickness of 0.5 μm is formed.
The thermal energy due to the light absorbed by the lySi layer 24 is
Si is added to the 0.1 μm thick poly Si layer 22 with no addition.
The heat was conducted to the Si layer 22 by conduction through the O 2 layer 23. By this heat treatment, the crystal grain size of the Si layer 22 was increased to hundreds or more times to a grain size of several μm. Further, the surface of the Si layer was not roughened by the cap effect of the protective layer 25.

【0045】続いて、前述の光照射によるアニールを施
した基体を用いて電界効果トランジスターを通常のIC
プロセスを用いて形成した。
Subsequently, a field-effect transistor was formed using a substrate annealed by light irradiation as described above, using a conventional IC.
It was formed using a process.

【0046】以下、前記電界効果トランジスタの形成工
程につき図4乃至図7を参照しつつ説明する。
Hereinafter, a process for forming the field effect transistor will be described with reference to FIGS.

【0047】まず保護層25を緩衡フッ酸を用いてエッ
チング除却した。続いてゲート領域を形成するため、ゲ
ート電極層37の部分を残して光吸収層24をエッチン
グ除却しゲート電極層を形成し、分離層23にソース及
びドレイン形成のための開口を設け、ゲート絶縁層38
を形成した(図4)。
First, the protective layer 25 was removed by etching using mild hydrofluoric acid. Subsequently, in order to form a gate region, the light absorption layer 24 is removed by etching to leave a portion of the gate electrode layer 37, thereby forming a gate electrode layer. An opening for forming a source and a drain is provided in the separation layer 23, and a gate insulating layer is formed. Layer 38
Was formed (FIG. 4).

【0048】前記開口にて露出している半導体層22に
イオン注入法によりPイオンをドーズ量5×1015io
ns/cm2でイオン注入し、ソース32、及びドレイ
ン33を形成した(図5)。
A dose of 5 × 10 15 io of P ions is implanted into the semiconductor layer 22 exposed at the opening by ion implantation.
Ions were implanted at ns / cm 2 to form a source 32 and a drain 33 (FIG. 5).

【0049】前記ソース32、ドレイン33を形成した
後、基体温度400℃、圧力760Torrの条件でS
iH4ガス及びO2ガスを導入しCVD法にて層厚1μm
のSiO2層を保護層39として形成し、ゲート電極層
37、ソース32及びドレイン33との電気的接触のた
めのコンタクトホールを形成した(図6)。
After the formation of the source 32 and the drain 33, the S 32 is formed at a substrate temperature of 400 ° C. and a pressure of 760 Torr.
iH 4 gas and O 2 gas are introduced, and the layer thickness is 1 μm by the CVD method.
A SiO 2 layer was formed as a protective layer 39, a gate electrode layer 37, to form a contact hole for electrical contact with the source 32 and drain 33 (Fig. 6).

【0050】ゲート電極層37、ソース32及びドレイ
ン33との電気的接触を得るため、電極材料としてアル
ミニウムを堆積し、ゲート電極34、ソース電極35及
びドレイン電極36をパターニングして形成し、電界効
果トランジスタを形成した(図7)。
In order to obtain electrical contact with the gate electrode layer 37, the source 32, and the drain 33, aluminum is deposited as an electrode material, and the gate electrode 34, the source electrode 35, and the drain electrode 36 are formed by patterning. A transistor was formed (FIG. 7).

【0051】このようにして形成したトランジスタの特
性を評価したところ、キャリア易動度100cm2/V
・sec以上、しきい値約1.5V、サブスレッシュホ
ールド特性300mV/decadeであり良好なトラ
ンジスタ特性を有していた。即ち、本実施例によりアニ
ールされた半導体層22は、半導体デバイスの能動領域
として充分な電気特性を有していた。
When the characteristics of the transistor thus formed were evaluated, the carrier mobility was 100 cm 2 / V.
The threshold voltage was about 1.5 V, the sub-threshold characteristic was 300 mV / decade, and the transistor characteristics were good. That is, the semiconductor layer 22 annealed according to the present example had sufficient electric characteristics as an active region of the semiconductor device.

【0052】また、本実施例によればアニールを施した
基体がリン原子を多量に含む多結晶Siからなる光吸収
層24、優れた半導体特性を有する大粒径Siからなる
半導体層22、該光吸収層24と半導体層22とを分離
する絶縁材料からなる分離層23とを有しているため、
該半導体層22にソース32、ドレイン33を形成し得
るのみならず、該分離層23を利用してゲート絶縁層3
8を形成し得、該光吸収層24を利用してゲート電極層
37を形成し得た。そのため本発明により、高品質の半
導体層を得るためのアニール処理に続いて、新たにゲー
ト絶縁層用の絶縁材料層及びゲート電極層用の高ドープ
層を形成する工程を設けることなく少ない工程で半導体
デバイスを形成し得た。
Further, according to this embodiment, the annealed substrate is a light absorbing layer 24 made of polycrystalline Si containing a large amount of phosphorus atoms, a semiconductor layer 22 made of large grain Si having excellent semiconductor characteristics, and Since it has the separation layer 23 made of an insulating material for separating the light absorption layer 24 and the semiconductor layer 22,
Not only can the source 32 and the drain 33 be formed in the semiconductor layer 22, but also the gate insulating layer 3 can be formed by using the separation layer 23.
8 was formed, and the gate electrode layer 37 was formed using the light absorbing layer 24. Therefore, according to the present invention, a small number of steps can be performed without providing a step of newly forming an insulating material layer for a gate insulating layer and a highly doped layer for a gate electrode layer following an annealing treatment for obtaining a high-quality semiconductor layer. A semiconductor device could be formed.

【0053】実施例2 まず、大きさ10cm×10cm厚さ500μmの石英
ガラス製の下地材料121上に圧力0.3Torr基体
温度550℃の条件で原料ガスとしてSiH4を用いた
減圧CVD法により非晶質Si層122を層厚0.1μ
m形成した。
Example 2 First, a non-deposited CVD method using SiH 4 as a source gas under the conditions of a pressure of 0.3 Torr and a substrate temperature of 550 ° C. was performed on a quartz glass base material 121 having a size of 10 cm × 10 cm and a thickness of 500 μm. The crystalline Si layer 122 has a thickness of 0.1 μm.
m was formed.

【0054】続いて、該非晶質Si層122上に圧力7
60Torr,基体温度400℃の条件で原料ガスとし
てSiH4とO2とを用いたCVD法によりSiO2から
なる分離層123を形成した後、スパッター成膜装置に
基体を移し、該分離層123上に圧力10mTorr,
基体温度室温アルゴン雰囲気中にてタングステン層を層
厚5000Åスパッター法で形成し光吸収層124とし
た。
Subsequently, a pressure of 7 is applied on the amorphous Si layer 122.
After forming a separation layer 123 made of SiO 2 by a CVD method using SiH 4 and O 2 as source gases under the conditions of 60 Torr and a substrate temperature of 400 ° C., the substrate is transferred to a sputtering film forming apparatus, and At a pressure of 10 mTorr,
A tungsten layer was formed at a substrate temperature of room temperature in an argon atmosphere by a sputtering method at a thickness of 5000 ° to form a light absorbing layer 124.

【0055】該タングステンからなる光吸収層124上
にSiO2からなる第1の保護層125を前述の分離層
と同様の条件で層厚1μm形成し、該第1の保護層12
5上に圧力0.5Torr,基体温度800℃の条件で
原料ガスSiH2Cl2及びNH3とを用いた減圧CVD
法でSi34からなる第2の保護層126を層厚500
Å形成し、二層構造の保護層127を有する基体101
を形成した(図8)。
On the light absorbing layer 124 made of tungsten, a first protective layer 125 made of SiO 2 is formed to a thickness of 1 μm under the same conditions as the above-mentioned separation layer, and the first protective layer 125
5 under reduced pressure CVD using source gases SiH 2 Cl 2 and NH 3 at a pressure of 0.5 Torr and a substrate temperature of 800 ° C.
The second protective layer 126 made of Si 3 N 4 is formed to a thickness of 500
基 体 Base 101 formed and having protective layer 127 having a two-layer structure
Was formed (FIG. 8).

【0056】前記基体101にタングステンハロゲンラ
ンプ光を60W/cm2の強度で前記基体101の上部
(図8中の矢印hνの方向)から該基体101に1分間
照射した。
The substrate 101 was irradiated with tungsten halogen lamp light at an intensity of 60 W / cm 2 from above (in the direction of arrow hν in FIG. 8) the substrate 101 for one minute.

【0057】温度測定のために前記基体101とは別に
設けたシリコンウェハのモニタ温度は1分間の光照射で
1350℃になった。
The monitor temperature of the silicon wafer provided separately from the substrate 101 for the temperature measurement was 1350 ° C. by light irradiation for one minute.

【0058】続いて、前述の光照射によるアニールを施
した基体101を用いて、電界効果トランジスタを通常
のICプロセスにて形成した。
Subsequently, a field effect transistor was formed by a normal IC process using the substrate 101 annealed by the above-mentioned light irradiation.

【0059】まず、保護層127をリン酸とフッ酸を用
いて除去し、ゲート電極137部を残して他の箇所の光
吸収層124を反応性イオンエッチングを用いて除去
し、ソース及びドレインを形成する箇所が分離層123
から露出するよう を用いて開口部を形成し、ゲート1
37及びゲート絶縁層138を有する基体を形成した。
First, the protective layer 127 is removed using phosphoric acid and hydrofluoric acid, and the light absorbing layer 124 in other parts except the gate electrode 137 is removed using reactive ion etching to remove the source and the drain. The place to be formed is the separation layer 123
An opening is formed by using the gate 1
A substrate having a gate insulating layer 37 and a gate insulating layer 138 was formed.

【0060】続いて、前記開口部にPイオンをドーズ量
4×1015ions/cm2でイオン注入しソース13
2及びドレイン133を有する基体を形成した(図1
0)。
Subsequently, P ions were implanted into the opening at a dose of 4 × 10 15 ions / cm 2 to form a source 13.
2 and a drain 133 were formed (FIG. 1).
0).

【0061】続いて、前記基体に圧力760Torr,
基体温度400℃の条件で原料ガスとしてSiH4とO2
とを使用したCVD法により層厚1μmの保護層139
を形成し、ソース132、ドレイン133及びゲート1
37がそれぞれ露出するためのコンタクトホールを形成
した(図11)。
Subsequently, a pressure of 760 Torr,
SiH 4 and O 2 were used as source gases at a substrate temperature of 400 ° C.
Protective layer 139 having a layer thickness of 1 μm by a CVD method using
Are formed, and the source 132, the drain 133, and the gate 1 are formed.
Contact holes for exposing the respective 37 were formed (FIG. 11).

【0062】続いて、ソース132、ドレイン133及
びゲート137との電気的接触をとるために100To
rr,室温でスパッター法を用いてアルミニウムの電極
層を層厚1μm形成し、パターニングして図12に示す
電界効果トタンジスタを形成した。こうして得られた電
界効果トランジスタのキャリア移動度及びサブスレッシ
ュホールド特性を測定した所極めて良好なトランジスタ
特性を示した。
Subsequently, 100 electrical contacts are made to make electrical contact with the source 132, the drain 133, and the gate 137.
An electrode layer of aluminum was formed to a thickness of 1 μm by sputtering at rr and room temperature, and was patterned to form a field effect transistor shown in FIG. When the carrier mobility and sub-threshold characteristics of the field-effect transistor obtained in this way were measured, extremely good transistor characteristics were shown.

【0063】本実施例のアニールによる効果を調べるた
めに、本実施例の光アニールを施さなかった以外は同様
にして電界効果トランジスタを作成し、そのキャリア移
動度及びサブスレッシュホールド特性を測定した(比較
例)。
In order to examine the effect of the annealing of this embodiment, a field effect transistor was prepared in the same manner except that the optical annealing of this embodiment was not performed, and its carrier mobility and sub-threshold characteristics were measured. Comparative example).

【0064】本実施例のトランジスタ及び比較例のトラ
ンジスタのおのおのの特性を表1にまとめて示す。
Table 1 summarizes the characteristics of each of the transistor of this embodiment and the transistor of the comparative example.

【0065】[0065]

【表1】 [Table 1]

【0066】表1からも明らかなとおり、本実施例の光
アニールを施したトランジスタは高いキャリア移動度と
低いサブスレッシュホールド特性を有しており、極めて
良好なトランジスタ特性を有していた。
As is clear from Table 1, the transistor subjected to the optical annealing of this example had a high carrier mobility and a low sub-threshold characteristic, and had very good transistor characteristics.

【0067】また、シリコン層122を透過電子顕微鏡
観察したところシリコン層122は平均粒径10μmに
達する多結晶シリコン層であった。
When the silicon layer 122 was observed with a transmission electron microscope, the silicon layer 122 was a polycrystalline silicon layer having an average particle diameter of 10 μm.

【0068】また、本実施例によれば保護層127をS
iO2からなる第1の保護層125とSi34からなる
第2の保護層126との二重構造としたため、Si層の
表面が処理後に於いて極めて平坦に形成できた。その平
坦性はSi層の堆積のまま維持された。
According to the present embodiment, the protective layer 127 is made of S
Due to the double structure of the first protective layer 125 made of iO 2 and the second protective layer 126 made of Si 3 N 4 , the surface of the Si layer could be formed extremely flat after the treatment. The flatness was maintained as the Si layer was deposited.

【0069】実施例3 15cm×15cmの大きさで厚さ500μmの石英か
らなる下地材料221上に圧力0.3Torr、基体温
度620℃の条件で原料カスとしてSiH4を用いた減
圧CVD法により層厚0.1μmの多結晶Si層222
を形成し、該多結晶Si層にSi+イオンを加速電圧5
0KeV、ドーズ量2×1015ions/cm2の条件
でイオン注入し該多結晶Si層222を非晶質化し非晶
質Si層222を有する基体を形成した(図13)。
Example 3 A layer was formed on a base material 221 made of quartz having a size of 15 cm × 15 cm and a thickness of 500 μm by a reduced pressure CVD method using SiH 4 as a raw material scum under the conditions of a pressure of 0.3 Torr and a substrate temperature of 620 ° C. 0.1 μm thick polycrystalline Si layer 222
Is formed and Si + ions are applied to the polycrystalline Si layer at an accelerating voltage of 5.
The polycrystalline Si layer 222 was made amorphous by ion implantation under the conditions of 0 KeV and a dose of 2 × 10 15 ions / cm 2 to form a substrate having the amorphous Si layer 222 (FIG. 13).

【0070】該基体をN2雰囲気中600℃で50時間
加熱処理し、前記非晶質Si層222中に固相成長によ
り、最大粒径5μmに達する大粒径樹枝状結晶層222
を形成した。
The substrate is heat-treated at 600 ° C. for 50 hours in an N 2 atmosphere, and the dendritic crystal layer 222 having a maximum grain size of 5 μm is formed in the amorphous Si layer 222 by solid phase growth.
Was formed.

【0071】該樹枝状結晶層222を有する基体を酸化
雰囲気中で表面側から厚さ500Å熱酸化してSiO2
層223を形成し絶縁層とした。酸化されずに残った樹
枝状結晶層222は層厚約500Åの多結晶Si層22
4になった。
[0071] The substrate having a該樹branch crystal layer 222 is oxidized thickness 500Å heat from the surface side in an oxidizing atmosphere SiO 2
A layer 223 was formed to be an insulating layer. The dendritic crystal layer 222 remaining without being oxidized is a polycrystalline Si layer 22 having a thickness of about 500 °.
It became 4.

【0072】該絶縁層223上に圧力0.3Torr基
体温度620℃の条件で原料ガスとしてSiH4を用い
た減圧CVD法により層厚0.5μmの多結晶Si層2
25を形成し、該多結晶Si層225上に圧力20mT
orr基体温度室温の条件でスパッタ法により層厚0.
1μmのTi層226を形成し光吸収層とした。
A 0.5 μm-thick polycrystalline Si layer 2 was formed on the insulating layer 223 by a reduced pressure CVD method using SiH 4 as a source gas under the condition of a pressure of 0.3 Torr and a substrate temperature of 620 ° C.
25 on the polycrystalline Si layer 225 at a pressure of 20 mT.
The layer thickness is set to 0.
A 1 μm Ti layer 226 was formed to form a light absorbing layer.

【0073】該光吸収層226上に保護層として圧力7
60Torr基体温度400℃の条件で原料ガスとして
SiH4及びO2を用いたCVD法により層厚1.0μm
のSiO2層227を形成した。下地材料221裏面に
多結晶Si層228を層厚0.6μm形成し基体裏面の
光吸収層とした。
As a protective layer, a pressure of 7
A layer thickness of 1.0 μm by a CVD method using SiH 4 and O 2 as source gases at a substrate temperature of 60 Torr and a temperature of 400 ° C.
The formation of the SiO 2 layer 227. A polycrystalline Si layer 228 having a thickness of 0.6 μm was formed on the back surface of the base material 221 to form a light absorbing layer on the back surface of the base.

【0074】このようにして図14に示す基体を作成し
た。
Thus, the base shown in FIG. 14 was prepared.

【0075】該基体に70W/cm2の強度のタングス
テンランプ光を基体両面より3分間照射した。この照射
条件で3分間光照射した際のSiウェハーの温度モニタ
ーは1380℃を示した。
The substrate was irradiated with tungsten lamp light having an intensity of 70 W / cm 2 from both sides of the substrate for 3 minutes. The temperature monitor of the Si wafer when irradiated with light for 3 minutes under these irradiation conditions showed 1380 ° C.

【0076】前述の光照射により光吸収層である多結晶
Si層225とTi層226とは反応しTiSi2を形
成した。
The polycrystalline Si layer 225, which is a light absorbing layer, and the Ti layer 226 reacted with each other to form TiSi 2 by the light irradiation.

【0077】最大粒径5μmの大粒径樹枝状多結晶層2
24は光アニール処理前には粒内に転移群が存在してい
たが、光アニール処理後には転移群がほとんど消滅し、
極めて良好な結晶性が得られた。
Large-grain dendritic polycrystalline layer 2 having a maximum grain size of 5 μm
In No. 24, the dislocation groups existed in the grains before the light annealing treatment, but the dislocation groups almost disappeared after the light annealing treatment,
Very good crystallinity was obtained.

【0078】該基体を用いて実施例1と同様にして電界
効果トランジスタを形成した。
A field effect transistor was formed in the same manner as in Example 1 using the substrate.

【0079】得られた電界効果トランジスターはSi単
結晶ウェハに作製したものとほぼ同等の優れた特性を有
していた。
The obtained field effect transistor had almost the same excellent characteristics as those manufactured on a Si single crystal wafer.

【0080】実施例4 石英基板(100mmφ)上に基板温度200℃、圧力
1×10-8Torr、堆積速度1Å/Secの条件で真
空蒸着法によりSi層を層厚0.1μm堆積した。
Example 4 An Si layer having a thickness of 0.1 μm was deposited on a quartz substrate (100 mmφ) by a vacuum evaporation method under the conditions of a substrate temperature of 200 ° C., a pressure of 1 × 10 −8 Torr, and a deposition rate of 1 ° / Sec.

【0081】このSi層は堆積されたままでは非晶質S
i層であるが、N2中600℃50時間の熱処理で実施
例3と同等の大粒径樹枝状多結晶層となった。
This Si layer is made of amorphous S
Although it was an i-layer, a heat treatment at 600 ° C. for 50 hours in N 2 resulted in a dendritic polycrystalline layer having a large grain size equivalent to that of Example 3.

【0082】続いて分離層として前記樹枝状多結晶層上
にTa25層をスパッター法により層厚500Å堆積し
た後、Pを1020原子/cm3以上添加した多結晶Si
層を層厚0.5μm堆積し光吸収層とした。続いてCV
D法によりSiO2層を層厚1.0μm堆積し、保護層
とした基体を形成した。
Subsequently, a Ta 2 O 5 layer is deposited as a separation layer on the dendritic polycrystalline layer by a thickness of 500 ° by a sputtering method, and then polycrystalline Si to which P is added at 10 20 atoms / cm 3 or more is added.
The layer was deposited to a thickness of 0.5 μm to form a light absorbing layer. Then CV
By a method D, a SiO 2 layer was deposited to a thickness of 1.0 μm to form a substrate as a protective layer.

【0083】72W/cm2の強度のタングステンハロ
ゲンランプ光を前記基体の上下より3分間照射した。S
iウエハモニター温度は3分間の光照射により1345
℃となった。吸収層として用いた多結晶Si層をゲート
に転用して電界効果トランジスターを実施例1と同様に
して作製した結果、その特性はSiウエハーに作製した
電界効果トランジスタと同等の良好な特性を示した。
A tungsten halogen lamp having an intensity of 72 W / cm 2 was irradiated from above and below the substrate for 3 minutes. S
The i-wafer monitor temperature was set to 1345 by light irradiation for 3 minutes.
° C. A field-effect transistor was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the polycrystalline Si layer used as the absorption layer was diverted to the gate. As a result, the characteristics were as good as those of the field-effect transistor fabricated on the Si wafer. .

【0084】透過電子顕微鏡の観察の結果、界面近傍の
Si活性層内に存在していた欠陥群が大巾に減少してい
るのが判った。
As a result of observation with a transmission electron microscope, it was found that the number of defects existing in the Si active layer near the interface was greatly reduced.

【0085】実施例5 100mmφの石英ガラス基板に、減圧CVD法により
圧力0.3Torr,基体温度620℃でSiH4を熱
分解し、平均粒径約500Åの微細な結晶粒をもつ多結
晶Si層(半導体層)を層厚0.1μm堆積したのちS
iO2層を熱酸化により層厚500Å形成する。更に再
び前述の多結晶Si層形成条件と同様の減圧CVD法に
より多結晶Si層を層厚5000Å堆積し、リンガラス
からの拡散によりPを1021原子/cm3の高濃度で前
記多結晶Si層に添加する(光吸収層)。
[0085] The quartz glass substrate of Example 5 100 mm, the pressure 0.3Torr by low pressure CVD, the SiH 4 is thermally decomposed at a substrate temperature 620 ° C., a polycrystalline Si layer having fine crystal grains having an average grain size of about 500Å (Semiconductor layer) is deposited at a thickness of 0.1 μm and then S
An iO 2 layer is formed to a thickness of 500 ° by thermal oxidation. Further a polycrystalline Si layer thickness 5000Å is deposited again by the above-mentioned polycrystalline Si layer forming conditions and the same low pressure CVD method, the high concentrations of the P 10 21 atoms / cm 3 by diffusion from the phosphorus glass polycrystalline Si Add to layer (light absorbing layer).

【0086】こうして形成した多層構造をもつ基体に7
5W/cm2の強度でタングステンハロゲンランプ光を
前記基体の上下より3分間照射した。照射雰囲気はN2
とした。Si waferを温度モニターとしてオプテ
ィカルパイロメータで測定したところ3分間の照射時間
内での温度は1380℃であった。
The substrate having a multilayer structure thus formed has a thickness of 7
A tungsten halogen lamp was irradiated from above and below the substrate for 3 minutes at an intensity of 5 W / cm 2 . Irradiation atmosphere is N 2
And When the temperature was measured with an optical pyrometer using Si wafer as a temperature monitor, the temperature within an irradiation time of 3 minutes was 1380 ° C.

【0087】この照射により層厚0.5μmのn+po
ly Si層に吸収された光による熱エネルギーは、無
添加の0.1μmのpoly Si層へ前記SiO2
を介して伝導し前記半導体層を昇温する。この熱処理に
より前記多結晶Si層の粒径は数百倍以上の3μmまで
拡大された。
By this irradiation, an n + po having a layer thickness of 0.5 μm is formed.
The thermal energy due to the light absorbed by the ly Si layer is transmitted to the non-added 0.1 μm poly Si layer via the SiO 2 layer to raise the temperature of the semiconductor layer. By this heat treatment, the grain size of the polycrystalline Si layer was increased by several hundred times or more to 3 μm.

【0088】照射後、通常のICプロセスを用いて光吸
収層のn+poly Siをゲートとして実施例1と同
様に電界効果トランジスターを作製したところ良好な特
性を示した。
After the irradiation, a field effect transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 by using the n + poly Si of the light absorbing layer as a gate using a normal IC process, and showed good characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】波長とシリコンの吸収係数との関係を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a wavelength and an absorption coefficient of silicon.

【図2】本発明を説明するための模式的説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory diagram for explaining the present invention.

【図3】本発明を説明するための模式的説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view for explaining the present invention.

【図4】半導体デバイスの模式的説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view of a semiconductor device.

【図5】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。
FIG. 5 is a schematic illustration of a process for forming a semiconductor device.

【図6】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。
FIG. 6 is a schematic explanatory view of a process of forming a semiconductor device.

【図7】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。
FIG. 7 is a schematic explanatory view of a step of forming a semiconductor device.

【図8】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。
FIG. 8 is a schematic explanatory view of a semiconductor device forming process.

【図9】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。
FIG. 9 is a schematic explanatory view of a step of forming a semiconductor device.

【図10】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図で
ある。
FIG. 10 is a schematic explanatory view of a step of forming a semiconductor device.

【図11】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図で
ある。
FIG. 11 is a schematic explanatory view of a step of forming a semiconductor device.

【図12】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図で
ある。
FIG. 12 is a schematic explanatory view of a step of forming a semiconductor device.

【図13】本発明を説明するための模式的説明図であ
る。
FIG. 13 is a schematic explanatory diagram for explaining the present invention.

【図14】本発明を説明するための模式的説明図であ
る。
FIG. 14 is a schematic explanatory view for explaining the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/20 H01L 29/786 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/20 H01L 29/786

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 下地基体と、該下地基体上に設けられた
半導体層と、該半導体層上に設けられた絶縁層と、該絶
縁層上に設けられた光吸収体層を有する基体を用意する
工程、 該基体にインコヒーレント光を照射し、該光吸収体層に
該インコヒーレント光を吸収させ、熱エネルギーを発生
させ、該熱エネルギーを用いて、該半導体層をアニール
する工程、 該アニール工程の後、該光吸収体層の一部を除去してゲ
ート電極を形成する工程、 ソース及びドレイン領域を形成する工程、を含み、 該絶縁層の少なくとも一部をゲート絶縁膜とする半導体
デバイスの形成方法。
A base having a base substrate, a semiconductor layer provided on the base substrate, an insulating layer provided on the semiconductor layer, and a light absorber layer provided on the insulating layer is provided. Irradiating the substrate with incoherent light, causing the light absorber layer to absorb the incoherent light, generating thermal energy, and annealing the semiconductor layer using the thermal energy. After the step, a step of forming a gate electrode by removing a part of the light absorber layer, and a step of forming source and drain regions, wherein at least a part of the insulating layer is a gate insulating film Formation method.
【請求項2】 前記半導体層と前記下地基体を前記イン
コヒーレント光を透過する材料で構成する請求項1に記
載の半導体デバイスの形成方法。
2. The method for forming a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer and the base substrate are made of a material that transmits the incoherent light.
【請求項3】 保護層を前記光の良吸収体層上に形成す
る請求項1に記載の半導体デバイスの形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein a protective layer is formed on the light absorbing layer.
【請求項4】 前記半導体層はシリコン含有半導体材料
を有する請求項1に記載の半導体デバイスの形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the semiconductor layer comprises a silicon-containing semiconductor material.
【請求項5】 前記光の良吸収体層は半導体または金属
材料を有する請求項1に記載の半導体デバイスの形成方
法。
5. The method according to claim 1, wherein the light-absorbent layer comprises a semiconductor or a metal material.
【請求項6】 エッチングによって前記絶縁層の一部を
除去することを含む請求項1に記載の半導体デバイスの
形成方法。
6. The method according to claim 1, further comprising removing a part of the insulating layer by etching.
【請求項7】 前記半導体層中にイオン注入を施す請求
項1に記載の半導体デバイスの形成方法
7. The method according to claim 1, wherein ion implantation is performed in the semiconductor layer.
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