JPH03284829A - 半導体結晶化膜の形成方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体結晶化膜の形成方法に関し、特に粒径の
大きな結晶化膜を得ることができる半導体結晶化膜の形
成方法に間する。

（従来の技術およびその問題点） 従来から、基板上に形成した非晶質または多結晶の半導
体膜にレーザ光を照射して溶融・固化させることにより
半導体膜を結晶化するレーザビーム結晶化法があり、不
純物の混入が少なくて粒径の大きな結晶化膜を作るため
に種々の試みが為されている。

例えば特公昭６１−１６７５８号公報には、基板と非晶
質半導体膜または多結晶半導体膜との間に、熱酸化法で
形成したＳｉＯ２膜を介在させて非晶質または多結晶半
導体膜が溶融したときの基板からの汚染を防いだり、固
化するときの熱衝撃を緩和することが開示されている。

ところが、熱酸化法で形成した５ｉｎ２膜は、溶融した
半導体膜とのぬれ性が悪（（ＳｉＯ２とシリコンとの接
触角は約８７°）、半導体膜が溶融して固化する際に、
半導体膜が表面張力で球状になりやすく、結晶化膜に微
細な亀裂（マイクロクラック）が多数発生し、結晶化後
の粒径も５０００人〜１０μｍ程度のものしが得られな
いという問題があった。

また、基板と非晶質または多結晶半導体膜との間に、溶
融した半導体膜とぬれ性が良好なｓｉ３Ｎ４膜を形成（
Ｓｉ、Ｎ、ｔとシリコンとの接触角は２７°）すること
も提案されているが、Ｓｉ３Ｎ４は昇華型であるため、
膜飛びが発生しやすく、結晶化後の粒径はＳｉｏ２膜を
用いた場合と同様に５０００人〜１０μｍ程度のものし
か得られないという問題があった。

粒径の小さい結晶化膜を使ってトランジスタなどを形成
しても、粒界で電子と正孔の移動が妨げられて応答速度
の速いトランジスタは得られない。

本発明は、このような背景のもとに案出されたものであ
り、粒径の大きな結晶化膜を得ることができる半導体結
晶化膜の形成方法を提供することを目的とするものであ
る。

（発明の構成） 本発明によれば、基板上に形成した非晶質または多結晶
の半導体膜にレーザ光を照射して結晶化する半導体結晶
化膜の形成方法において、前記基板と非晶質または多結
晶の半導体膜との間に、Ｘ：ｙが１：２〜３：１の５ｉ
８ｏｙ膜を介在サセてレーザ光を照射することを特徴と
する半導体結晶化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） 上記のように構成することにより、Ｓｉ、Ｏ。

と半導体膜とのぬれ性が向上し、非晶質または多結晶の
半導体膜が結晶化する際に、球状化することがなく、も
って半導体膜にマイクロクラックなどを生じることが著
しく減少する。

（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（ａ）〜（０は、本発明に係る半導体結晶化膜の
形成方法を説明するための工程図である。

まず、基板１を用意する（第１図（→参照）０本発明で
は、＃７０５９ガラス基板や石英基板などが好適に用い
られる。ちなみに＃７０５９基板の熱膨張係数は、４　
、６　Ｘ　１０−”ｃ　ｍ／’Ｃであり、石英基板の熱
膨張係数は、０．４Ｘ１０−’ｃｍ／℃である。また、
結晶化される半導体膜がシリコンである場合の熱膨張係
数は３．６Ｘ１０−’ｃｍ／℃である。

次に、前記基板１上に、Ｘ：ｙが１：２〜３：１のＳｉ
ｘＯｙ（酸化シリコン）膜２を形成する（第１図（ｂ）
参照）、このような酸化シリコン膜２は、プラズマＣＶ
Ｄ法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法によって形成される。プ
ラズマＣＶＤ法で形成する場合は、例えばプラズマ反応
炉を０．１〜５゜０ｔｏｒｒ、好適には２．Ｑｔｏｒｒ
にして、基板１を１６０〜４００℃、好適には４００℃
に維持しながら、Ｎ２０ガスとＳ　ｉ　Ｈａガスとを流
量比（Ｎ２０／　Ｓ　ｉ　Ｈ−）が１０＝１〜５０：１
程度、好適には３６：１になるように反応炉内に供給し
、約２０〜４００Ｗ、好適には１００Ｗ、周波数が４０
０Ｋ　〜１３．５６ＭＨｚ、好適には１３゜５６ＭＨｚ
の放電用電源でプラズマ反応を起こさせることにより、
基板１上に上記条件を満たす酸化シリコン膜が堆積され
る。

このように形成される酸化シリコン膜の膜厚は、３００
０〜５００００人程度のものが好適に用いられる。この
酸化シリコン膜２は、熱酸化法によって形成される酸化
シリコン膜に比べて、その密度が６０〜９０％、すなわ
ち１．２〜２．１６ｇ／ｃｍ’程度の密度となる。また
、酸化シリコン膜２の表面粗さは、Ｒａで１０〜５０人
となり、しかも酸化シリコン膜中のシリコン原子がリッ
チなこととあいまって後述する溶融した半導体膜とのぬ
れ性が向上する。

ＳｉｘＯｙにおけるＸ：ｙが１＝２よりもシリコン原子
が少なくなると溶融した半導体膜とのぬれ性が悪くなり
、粒径の大きな単結晶化膜を形成することができない、
また、５ｉＸＯｙにおけるｘ：ｙが３＝１よりもシリコ
ン原子が多くなると基板１からの不純物をブロックでき
なくなり、良好な単結晶化膜を形成できない、したがっ
て、本発明では一３ｉ、Ｏ，におけるＸ：ｙを１＝２〜
３：１の範囲に設定しなければならない。

なお、この酸化シリコンＭ２は、光ＣＶＤ法や熱ＣＶＤ
法で形成してもよい。

次に、前記酸化シリコン股上に、非晶質または多結晶の
半導体膜３を形成する（第１図（ｃ）参照）。

この非晶質または多結晶の半導体膜３は、例えば従来周
知のプラズマＣＶＤ法などで、厚み０．０５〜２μｍ程
度に形成される。

次に、前記非晶質または多結晶の半導体膜３上に、保護
膜４を形成する（第２図（ｃ）参照）、この保護膜４は
、基板１上に形成される酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ、ｘ
：ｙが１：２〜３：１）膜２と同様な酸化シリコン膜で
、厚み１０００人程度に形成される。この保護膜４は、
非晶質または多結晶半導体膜３を溶融・固化させて結晶
化する際に、気相中から半導体膜３に不純物が混入する
のを防止したり、半導体膜３の表面が平坦度を維持でき
るようにするために設ける。

上述のようにして形成した非晶質または多結晶の半導体
膜３に、基板１側から若しくは保護膜４側から０，１〜
２０Ｗの連続発振アルゴンレーザを走査速度０．５〜２
０ｃｍ／ｓｅｃで照射して非晶質または多結晶シリコン
膜３を溶融・固化させて結晶化する（第２図（社）参照
）、なお、レーザ光としては、大きな粒径の結晶化膜を
得るためにいわゆる双峰型の強度分布を有するものが好
ましい０本発明では、基板１と半導体膜３との間には、
シリコン原子がリッチな酸化シリコン膜２が介在してい
ることから、溶融した半導体膜３とのぬれ性がよく、溶
融した半導体膜３の表面張力による球状化を生じること
はない、もって半導体膜３にマイクロクラックなどが発
生することが少なくなり、８０μｍＸ３００μｍ程度の
大きな粒径を有する結晶化膜が得られる。

また、上述のようにして形成された半導体結晶化膜に、
例えばトランジスタなどを形成する場合は、第１図（Ｑ
に示すように、保護膜４と結晶化した半導体膜３の表面
部分を、例えばＨＦ／ＮＨ。

Ｆ溶液などでエツチング除去して、半導体膜３の表面部
分にトランジスタを形成すればよい、すなわち、非晶質
または多結晶の半導体膜３に、あらかじめ−導電型不純
物を混入させておいて結晶化し、この結晶化膜３′の表
面部分に逆導電型不純物を含有する半導体膜を形成する
ことにより、半導体接合部を形成するとともに、所定部
分に電極を形成して薄膜トランジスタを形成すればよい
。

この場合、半導体結晶化膜３には、粒界が少ないことか
ら電子と正孔の移動が妨げれる要因が少なくなり、応答
速度の速い薄膜トランジスタを得ることができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明に係る半導体結晶化膜の形成方法
によれば、基板と非晶質または多結晶の半導体膜との間
に、ｘ：ｙが１＝２〜３：１のＳｉ。Ｏｙ膜を介在させ
てレーザ光を照射することから、半導体膜が溶融したと
きのＳｉｘＯｙ膜と半導体膜とのぬれ性が向上し、もっ
て大きな粒径を有する半導体結晶化膜を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（０は、それぞれ本発明に係る半導体結
晶化膜の形成方法を説明するための工程図である。 ４：保護膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板上に形成した非晶質または多結晶の半導体膜にレ
   ーザ光を照射して結晶化する半導体結晶化膜の形成方法
   において、 前記基板と非晶質または多結晶の半導体膜との間に、ｘ
   ：ｙが１：２〜３：１のＳｉ＿ｘＯ＿ｙ膜を介在させて
   レーザ光を照射することを特徴とする半導体結晶化膜の
   形成方法。