JP4293414B2

JP4293414B2 - 半導体膜の結晶化方法及びそれを用いた半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4293414B2
Application number: JP2002195544A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004039890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜の結晶化に用いるレーザー照射装置及びそれを用いた半導体膜の結晶化方法、並びにそれを用いた半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板上に堆積した非晶質シリコン膜に、レーザー光を照射して多結晶シリコン膜を形成する結晶化技術が知られている。パルス発振するエキシマレーザー発振器はこの結晶化技術において代表的に用いられている光源である。パルスレーザー光の照射によりシリコンは瞬間的に加熱され、一旦溶融し冷却過程で結晶化が起こり、通常は異なる面方位を持った複数の結晶粒が集合した多結晶体が形成される。パルス幅が数十〜数百ナノ秒のパルスレーザー光の照射は、シリコンを選択的に加熱することが可能であり、基板の温度を上昇させずに結晶化が可能である。従って、耐熱温度が低いとされるホウケイ酸ガラスなど安価な基板を適用できるという利点が認識されている。
【０００３】
勿論、ガラス基板上における半導体膜の低温での結晶化はパルスレーザー光の照射に限定されず、連続発振レーザー光の照射によっても可能である。例えば、「N. Sasaki et al, 2002 SID International Symposium Digest of Technical Papers, pp.154-157」では連続発振レーザー光の照射によるラテラル結晶成長技術について報告されており、その技術を用いて作製されたシフトレジスタ回路において２７０MHzの動作周波数が報告されている。
【０００４】
上記文献で開示されている連続発振レーザー発振器を用いるレーザーアニールは、エキシマレーザーに代表されるパルスレーザー発振器を光源とする場合と比較して、半導体膜がレーザー光により加熱される時間が長いという特徴がある。また、溶融領域と固相領域との界面（固液界面）が基板表面と概略平行な方向に進み結晶がその方向に延在するという特徴がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これまでの半ば経験的な知見として、レーザーアニールにより非晶質シリコン膜を結晶化するに際し、酸素を含む雰囲気中で結晶化を行うと大粒径化が図られることが知られている（例えば、特開２００１−１５４３５号公報を参照）。従って、多くの場合レーザーアニールは大気中で行われていた。
【０００６】
結晶の大粒径化の要求は、それを用いて作製するＴＦＴの電界効果移動度を向上させることにあり、単結晶シリコン基板に形成されるＭＯＳトランジスタと同等にすることがその理想的な一形態として捉えられている。連続発振レーザー光を走査して固液界面を連続的に移動させながら結晶化する方法はゾーンメルティング法に近い方法であると考えられ、連続的な結晶成長により大粒径化が可能である。しかしながら、結晶を大粒径化が実現しても、同一基板上に形成した複数のＴＦＴ間で特性がばらつくという問題点がしばしば顕在化していた。
【０００７】
この問題点に関し、本発明者はレーザーアニール法において、これまでに認識されていない新たな要因を見いだした。つまり、パルスレーザー光より長い時間溶融状態を持つ連続発振レーザー光の結晶化は、外部から不純物が結晶に取り込まれる割合が増加して、それが融液表面での表面張力対流（マランゴニ対流）によって均一に分散せず、局所的に偏析して、結局は結晶の品質が変動する要因となり、それがＴＦＴの特性ばらつきの原因となっていると考えることができた。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み成されたものであり、レーザーアニール法において融液表面での表面張力対流（マランゴニ対流）を制御して、結晶性に優れ、且つその品質のばらつきが少ない結晶性半導体膜を提供するレーザー照射装置及びそれを用いた半導体膜の結晶化方法、並びに、それにより作製される結晶性半導体膜で高い電界効果移動度を実現する電界効果トランジスタを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、非晶質半導体膜を一旦溶融して、その後の冷却過程で結晶化するに際し、その溶融表面の表面張力対流（マランゴニ対流）を制御することを主たる目的として、溶融表面又は溶融帯に磁場を印加することを特徴とする。磁場の印加により表面張力対流（マランゴニ対流）が抑制され、酸素を含む雰囲気中で溶融帯を形成しても、半導体に取り込まれた酸素が局所的に偏析するのを防ぎ、形成される結晶性半導体膜中に均質に分散させることを可能とする。
【００１０】
上記目的を達成する本発明に係るレーザー照射装置は、連続発振レーザー発振器と、それを光源とするレーザー光を照射面において線状に集光する光学系と、被照射体に対して照射面を移動させる走査手段と、照射面又は照射面を含む空間において磁場を形成する磁場印加手段とが備えられたものである。磁場印加手段としては、常伝導コイル、超伝導コイル、永久磁石などが適用可能である。
【００１１】
本発明に係る半導体膜の結晶化方法は、半導体膜を部分的に加熱して溶融帯を形成し、その固液界面を連続的に移動させることにより結晶化するに際し、溶融帯若しくは固液界面に磁場を印加して溶融帯表面での表面張力対流（マランゴニ対流）を抑制しつつ半導体膜の結晶化を行うものである。溶融帯は連続発振レーザー光を半導体膜に照射することにより形成され、溶融帯は酸素を含む雰囲気中で形成することが好ましい形態となる。また、半導体膜の溶融時間が、１０μsec乃至５００μsecとなるように溶融帯若しくは固液界面を移動させることが好ましい形態となる。
【００１２】
本発明に係る半導体膜の結晶化方法は、絶縁表面上に形成された半導体膜を部分的に加熱して溶融帯を形成し、その固液界面を連続的に移動させることにより結晶化するに際し、溶融帯若しくは固液界面に磁場を印加して溶融帯表面での表面張力対流を抑制しつつ半導体膜の結晶化を行い、形成された結晶性半導体膜に絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル部を形成するものである。溶融帯は連続発振レーザー光を半導体膜に照射することにより形成され、溶融帯は酸素を含む雰囲気中で形成することが好ましい形態となる。また、半導体膜の溶融時間が、１０μsec乃至５００μsecとなるように溶融帯若しくは固液界面を移動させることが好ましい形態となる。
【００１３】
上記本発明の構成において、磁場は照射面若しくは溶融帯に対して、水平磁場、垂直磁場、カプス磁場によって半導体膜に取り込まれる酸素濃度とその分布を制御する。或いは、溶融帯の移動方向に対して、水平磁場、垂直磁場、カプス磁場によって半導体膜に取り込まれる酸素濃度とその分布を制御する。
【００１４】
酸素は２配位であるので、４配位のシリコンネットワーク中に取り込まれることにより構造柔軟性が高まり、転移などに起因する未結合手を低減させる作用を持つ。結晶粒界に供給される酸素は、そこに存在する未結合手と反応して結合を形成する。結合に自由度が増すので、格子歪みに起因する欠陥を補償することができる。
【００１５】
もっとも、多量の酸素の供給はシリコンの結晶構造の崩壊を招き、かえって欠陥を増大させる。本発明において適用される酸素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される平均的な濃度評価法に従えば、５×１０¹⁷〜２×１０¹⁹/cm³とすることが望ましい。但し、本発明において対象にする酸素は、レーザーアニールに際し雰囲気中（気相中）から取り込まれる酸素の他に、当初から半導体膜に含まれている酸素、半導体膜の表面に形成される自然酸化膜の酸素、半導体膜が接する下地から供給される酸素なども含んでいる。
【００１６】
なお、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の態様について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に示す実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付するものとする。
【００１８】
図６は、本発明のレーザー照射装置の主要な構成要素とその関連を示す図である。当該レーザー照射装置は、レーザー発振器１０１、波長変換素子１０２、高変換ミラー１０３、シリンドリカルレンズ１０４、１０５、スリット１０６などを含み照射面においてレーザー光を線状に集光する光学系１００、載置台１０９、載置台の周辺部に置かれた磁場印加手段１０７を主要な構成要素としている。その他に付加的な構成要素として、被処理物１１０が晒される雰囲気を制御するガス供給手段１０８が備えられていても良い。雰囲気制御は、特に酸素を積極的に含ませる場合、或いは含ませない場合に用いる。
【００１９】
レーザー発振器１０１は矩形ビーム固体レーザー発振器が適用され、特に好ましくはスラブレーザー発振器が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振器にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザー発振器、固体レーザー発振器を適用することもできる。連続発振固体レーザー発振器としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振器を適用する。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。５W以上のより高い出力を得る為には、ダイオード励起の固体レーザー発振器をカスケード接続しても良い。
【００２０】
このようなレーザー発振器から出力される円形状又は矩形状のレーザー光は、シリンドリカルレンズ１０４、１０５により照射面の断面形状において線状に集光される。また、照射面での干渉を防ぐため、高変換ミラー１０３を適宜調節して１０〜８０度の角度を持って斜め方向から入射する構成としても良い。シリンドリカルレンズ１０４、１０５は合成石英製とすれば高い透過率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、レーザー光の波長に対する透過率が９９％以上を実現するために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状としても構わない。いずれにしても短軸と長軸の比が、１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指している。また、波長変換素子１０２は基本波に対する高調波を得るために備えられている。
【００２１】
また、載置台１０９は駆動手段により二軸方向に動かすことにより被処理物１１０の全面にレーザー処理をすることを可能としている。一方向への移動は基板４２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/sec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザー光の集光幅が概略５〜５０μmであり、上記走査速度を適用することにより、
１０μsec〜５０μsecの溶融時間が達せられる。
【００２２】
磁場印加手段は、超伝導コイル又は常伝導コイルなどの電磁石又は永久磁石が適用され、被処理物１１０の周囲に５００〜１００００ガウス程度の磁場を形成する目的で配置されている。磁場はレーザー光の照射により被処理物に形成される溶融帯との相対的な位置関係によって、水平磁場、垂直磁場、カスプ磁場の形成を可能とする配置から選択する。
【００２３】
大気中で非晶質半導体膜にレーザー光を照射して溶融帯を形成すると、大気と反応して酸素がそこに溶け込む。また、他の酸素流入経路としては、非晶質半導体膜の下地のガラス基板又はその表面に形成した酸化シリコン膜の酸素などがある。磁場の印加は表面張力対流（マランゴニ対流）を抑制して、溶融帯が固化して酸素が局部的に偏析するのを防ぎ、酸素を一様に分散させる作用を呈する。また、磁場の印加方法により、結晶化領域における酸素濃度の制御をすることが可能となる。即ち、酸素を意図的に含ませることもできる。いずれにしても、結晶化の形態によって磁場の印加方法を目的に応じて使い分けることが肝要である。
【００２４】
図２に示す磁場印加の形態は、基板１１０上の半導体膜１１１に形成される溶融帯１１２に対して垂直方向に印加する一例である。この場合、溶融帯１１２は紙面の垂直方向に移動することを想定している。磁場印加手段１０７としてはトロイダルコイルを適用しても良い。
【００２５】
図３に示す磁場印加の形態は、基板１１０上の半導体膜１１１に形成される溶融帯１１２に対して水平方向に印加する一例である。この場合、溶融帯１１２は紙面の垂直方向に移動することを想定している。図６はこの状態を上面から見た形態である。磁場印加手段１０７としてはトロイダルコイルを適用しても良い。一方、磁場印加手段の配置の変更により、水平方向の磁場印加の他の形態として、溶融帯１１２の移動方向と平行な方向に磁場を印加することもできる。
【００２６】
図４に示す磁場印加の形態は、基板１１０上の半導体膜１１１に形成される溶融帯１１２に対してカスプ磁場を印加する一例である。この場合、溶融帯１１２は紙面の垂直方向に移動することを想定している。磁場印加手段１０７としてはトロイダルコイルを適用しても良い。カスプ磁場中心の位置は、溶融帯１１２の上方、溶融帯１１２の中心、溶融帯１１２の下方の三種類を取り得る。カスプ磁場中心が溶融帯１１２の中心である場合には、溶融帯１１２の中心から外側の向きに磁力が作用する。一方、図５のようにして、カスプ磁場を溶融帯１１２の垂直方向へ作用させることもできる。
【００２７】
図８と図９は溶融帯１１２の移動方向とカスプ磁場の相対的な位置関係を示している。これは、溶融帯１１２の移動方向と平行な方向に作用する磁場成分Ｈｐと、交差する方向に作用する磁場成分Ｈｃとの向きを異ならせた形態を示している。
【００２８】
本発明の半導体装置の作製方法の最も好適な一例として、磁場を印加して非晶質半導体膜に溶融帯を形成し、固液界面を連続的に移動させて結晶成長させる態様においては、吸収係数が５×１０⁴〜２×１０⁵/cmとなる波長帯域から選ばれた連続発振レーザー光を照射することが望ましい。これは、非晶質半導体膜の内部でレーザー光を吸収して内側から加熱することで完全溶融化することを目的としている。例えば、非晶質シリコン膜に対して、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザー発振器の第２高調波（５３２nm）が適用される。
【００２９】
図１０は本発明による半導体装置の作製方法を説明する図である。図１０（Ａ）において基板２０１上には窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒酸化シリコン膜の単層又は積層体から成る下地絶縁膜２０２がされている。基板２０１となる部材はアルミノシリケートガラスなど市販品で無アルカリガラスと称されるガラス材料が適用可能である。その他に単結晶シリコンなど半導体基板を適用することも可能である。
【００３０】
結晶性半導体膜２０３は、非晶質半導体膜を磁場印加してレーザー光を照射して結晶化させる。非晶質半導体膜はシリコン又はシリコンにゲルマニウムを添加した非晶質材料を用いる。結晶性半導体膜の厚さは３０〜２００nm、代表的には１５０nmの厚さとする。
結晶化は連続発振レーザー光を照射するが、その光源はＹＶＯ₄レーザー発振器を用いその第２高調波（５３２nm）を適用する。光源の出力６W（第２高調波）のレーザー光を約５００μm×２０μmに集光したビームを５〜１００cm/sec、好ましくは２５〜５０cm/secの速度で走査する。磁場は５００〜５０００ガウスを印加する。また、結晶性半導体膜２０３は、非晶質半導体膜を磁場印加してレーザー光を照射して再結晶化させたものでも同等である。
【００３１】
次いで、図１０（Ｂ）に示すように、基板１０１の下地絶縁膜１０２上に作製された結晶性半導体膜から、所望の形状にエッチング処理し島状に孤立分離した半導体膜２０１〜２０３を形成する。これらの半導体膜２０１〜２０３は、チャネル形成領域、ソース及びドレイン領域、低濃度不純物領域などを作り込みＴＦＴの主要な構成要素となる。結晶性半導体膜をエッチングするには、ドライエッチング法を用いてＣＦ₄とＯ₂の混合ガスをエッチングガスとして用い、ゲート絶縁膜の被覆性を良くするために、半導体膜２０１〜２０３の端部に３０〜６０度のテーパー角が付くように加工する。
【００３２】
次いで、半導体膜２０４〜２０６を形成し（図１０（Ｂ））、その上にゲート絶縁膜を形成する酸化シリコン膜２０７、窒化シリコン膜２０８を高周波マグネトロンスパッタリング法で形成し、ゲート電極を形成する第１導電膜２０９、第２導電膜２１０の４層を大気に触れさせることなく減圧下にて連続的に形成する（図１０（Ｃ））。
【００３３】
まず、半導体膜２０４〜２０６の表面の清浄化と平滑化処理を、オゾン水含有水溶液による酸化処理及びフッ酸含有水溶液による酸化膜除去処理で行い、半導体膜の表面をエッチングして表層部を除去する。この処理により半導体膜２０４〜２０６の最表面がエッチングされて水素で終端された清浄で不活性な表面を形成することができる。ゲート絶縁膜の成膜段階では、基板及び基板表面に付着している水分を離脱させ清浄化させるために１００〜２００℃の加熱処理を減圧下で行う。
【００３４】
本実施形態におけるゲート絶縁膜は、高周波マグネトロンスパッタリング法によりシリコンをターゲットとして形成される酸化シリコン膜２０７と、窒化シリコン膜２０８の二層積層構造である。酸化シリコン膜の主な膜形成条件は、スパッタガスにＯ₂とＡｒを用い、基板加熱温度１００〜２００℃として１０〜６０nmの厚さで形成する。さらに、その後６００〜７５０℃で３０〜１８０secのランプアニールを行う。この条件により半導体膜と界面準位密度が低く、緻密な酸化シリコン膜２０７を形成することができる。窒化シリコン膜２０８は、スパッタガスにＮ₂とＡｒを用い、同様に１００〜２００℃に加熱して１０〜３０nmの厚さに形成する。酸化シリコンの比誘電率３．８に対し窒化シリコンの比誘電率は約７．５であるので、酸化シリコン膜で形成するゲート絶縁膜に窒化シリコン膜を含ませることで、実質的にはゲート絶縁膜の薄膜化を図るのと同等の効果を得ることができる。ゲート絶縁膜において酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の２層構造とすることで、当該ゲート絶縁膜の全厚さを３０〜８０nmとしてもゲートリーク電流を低減させ、２．５〜１０V、代表的には３．０〜５．５VでＴＦＴを駆動させることができる。
【００３５】
この様に本実施形態では二層構造のゲート絶縁膜を採用するが、勿論、プラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳを用いて形成する酸化シリコン膜や、ＳｉＨ₄と窒酸化物ガスを反応させて形成する窒酸化シリコン膜を用いても良い。
【００３６】
さらに、ゲート絶縁膜とゲート電極界面の汚染物も、しきい値電圧などを変動させる原因となるのでゲート絶縁膜を形成した後、続けて膜厚１０〜５０nmの窒化タンタル（ＴａＮ）から成る第１導電膜２０９と、膜厚１００〜４００nmのタングステン（Ｗ）から成る第２導電膜２１０とを積層形成する。
【００３７】
ゲート電極はこの積層膜を加工して形成するが、その他に適用可能な導電性材料としてはＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または当該元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、第１導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【００３８】
次に、図１０（Ｄ）に示すように、写真蝕刻をしてゲート電極のパターンを形成するレジストマスク２１１を形成する。その後、ドライエッチング法により第１エッチング処理を行う。エッチング用ガスに限定はないが、ＷやＴａＮのエッチングにはＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用いると良い。第１エッチング処理では、基板側には所定のバイアス電圧を印加して、形成される第１形状のゲート電極パターン２１２の側面に１５〜５０度の傾斜角を持たせる。エッチング条件にもよるが、第１エッチング処理によりゲート絶縁膜として形成された窒化シリコン膜２０８は、第１形状のゲート電極パターン２１２の下部において残存し、その他の領域では酸化シリコン膜２０４が露出する。
【００３９】
この後、第２エッチング条件に変え、エッチング用ガスにＳＦ₆とＣｌ₂とＯ₂とを用い、基板側に印加するバイアス電圧を所定の値として、Ｗ膜の異方性エッチングを行う。こうして、ゲート電極２１３を形成する。その後、レジストマスク２１１は除去する（図１０（Ｅ））。
【００４０】
ゲート電極は第１導電膜２０９と第２導電膜２１０との積層構造体であり、第１導電膜２０９が庇のように突出した帽子型（ハットシェイプ）の構造となっている。その後、図１０（Ｆ）で示すようにドーピング処理を行い、各半導体膜に不純物領域を形成する。ドーピング条件は適宜設定すれば良い。半導体膜２０４に形成される第１ｎ型不純物領域２１５は低濃度ドレインを形成し、第２ｎ型不純物領域２１６はソース又はドレイン領域を形成する。半導体膜２０５に形成される第１ｐ型不純物領域２１８はゲート電極とオーバーラップするソース又はドレインを形成し、第２ｐ型不純物領域２１９はソース又はドレイン領域を形成する。それぞれの半導体膜におけるチャネル形成領域２１４、２１７はゲート電極２１３の第２導電膜とほぼ重なる位置に形成されろことになる。また、半導体膜２０６は容量部を形成する部材として適用し、第２ｎ型不純物領域又は第２ｐ型不純物領域と同じ濃度で不純物が添加される。
【００４１】
そして、図１１（Ａ）に示すように水素を含有する酸化窒化シリコン膜２２０をプラズマＣＶＤ法により５０nmの厚さで形成し、さらに３５０〜５５０℃の加熱処理により半導体膜の水素化を行う。
【００４２】
層間絶縁膜２２１はアクリル又はポリイミドなどを主成分とする感光性の有機樹脂材料で所定のパターンに形成している。そして、ドライエッチングによりコンタクトホールを形成する（図１１（Ｂ））。
【００４３】
その後、図１１（Ｃ）で示すように、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いて配線２２２〜２２４を形成する。配線構造の一例は、膜厚５０〜２５０nmのＴｉ膜と、膜厚３００〜５００nmの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜を用いる。
【００４４】
こうして、ｎチャネル型ＴＦＴ３０１、ｐチャネル型ＴＦＴ３０２、容量部３０３を形成することができる。各ＴＦＴにおいてはゲート絶縁膜に少なくとも１層の窒化シリコン膜が含まれている。また、容量部３０３において、誘電体膜として少なくとも一層の窒化シリコン膜が含まれている。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、非晶質半導体膜を一旦溶融して、その後の冷却過程で結晶化するレーザーアニール法において、レーザー光の照射により形成される溶融表面の表面張力対流（マランゴニ対流）を制御することにより、酸素を含む雰囲気中で溶融帯を形成しても、半導体に取り込まれた酸素が局所的に偏析するのを防ぎ、形成される結晶性半導体膜中に均質に分散させることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザー照射装置の構成を示す図である。
【図２】溶融帯に対して垂直に磁場を印加する形態を示す図である。
【図３】溶融帯に対して水平に磁場を印加する形態を示す図である。
【図４】溶融帯に対してカスプ磁場を印加する形態を示す図である。
【図５】溶融帯に対してカスプ磁場を印加する形態を示す図である。
【図６】溶融帯に対して水平に磁場を印加する形態を示す図である。
【図７】溶融帯の移動方向に対して平行に磁場を印加する形態を示す図である。
【図８】溶融帯に対してカスプ磁場を印加する形態を示す図である。
【図９】溶融帯に対してカスプ磁場を印加する形態を示す図である。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法を説明する図である。
【図１１】本発明の半導体装置の作製方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０７磁場印加手段
１１０基板
１１１半導体膜
１１２溶融帯

Claims

酸素を含む雰囲気中において、線状の連続発振レーザー光を半導体膜に照射して溶融帯を形成し、その固液界面を連続的に移動させることにより結晶化するに際し、
前記溶融帯若しくは固液界面に磁場を印加して前記溶融帯での表面張力対流を制御することによって、前記酸素を含む雰囲気中から前記溶融帯に取り込む酸素濃度を制御するとともに、前記溶融帯中の酸素濃度の分布を一様にする半導体膜の結晶化方法であって、
前記磁場の方向は前記溶融帯に対して平行であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
酸素を含む雰囲気中において、線状の連続発振レーザー光を半導体膜に照射して溶融帯を形成し、その固液界面を連続的に移動させることにより結晶化するに際し、
前記溶融帯若しくは固液界面に磁場を印加して前記溶融帯での表面張力対流を制御することによって、前記酸素を含む雰囲気中から前記溶融帯に取り込む酸素濃度を制御するとともに、前記溶融帯中の酸素濃度の分布を一様にする半導体膜の結晶化方法であって、
前記磁場は前記溶融帯に対してカスプ磁場であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
酸素を含む雰囲気中において、絶縁表面上に形成された半導体膜に、線状の連続発振レーザー光を照射して溶融帯を形成し、その固液界面を連続的に移動させることにより結晶化するに際し、
前記溶融帯若しくは固液界面に磁場を印加して前記溶融帯での表面張力対流を抑制することによって、前記酸素を含む雰囲気中から前記溶融帯に取り込む酸素濃度を制御するとともに、前記溶融帯中の酸素濃度の分布を一様にすることによって形成された結晶性半導体膜に絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル部を形成する半導体装置の作製方法であって、
前記磁場の方向は前記溶融帯に対して平行であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
酸素を含む雰囲気中において、絶縁表面上に形成された半導体膜に、線状の連続発振レーザー光を照射して溶融帯を形成し、その固液界面を連続的に移動させることにより結晶化するに際し、
前記溶融帯若しくは固液界面に磁場を印加して前記溶融帯での表面張力対流を抑制することによって、前記酸素を含む雰囲気中から前記溶融帯に取り込む酸素濃度を制御するとともに、前記溶融帯中の酸素濃度の分布を一様にすることによって形成された結晶性半導体膜に絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル部を形成する半導体装置の作製方法であって、
前記磁場は前記溶融帯に対してカスプ磁場であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項３又は４において、前記結晶性半導体膜中の酸素濃度は５×１０^１７〜２×１０^１９／ｃｍ^３の範囲であることを特徴とする半導体装置の作製方法。