JPH03292719A - シリコン半導体層の形成方法 - Google Patents

シリコン半導体層の形成方法

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JPH03292719A
JPH03292719A JP9461390A JP9461390A JPH03292719A JP H03292719 A JPH03292719 A JP H03292719A JP 9461390 A JP9461390 A JP 9461390A JP 9461390 A JP9461390 A JP 9461390A JP H03292719 A JPH03292719 A JP H03292719A
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silicon layer
layer
silicon
semiconductor layer
substrate
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JP9461390A
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English (en)
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Tsutomu Hashizume
勉 橋爪
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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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、シリコン半導体層の形成方法、特に薄膜トラ
ンジスタを製造する際の能動領域となる薄膜半導体層を
形成するのに好適なシリコン半導体層の形成方法に関す
る。
〔従来の技術〕
一般に薄膜トランジスタは、石英ガラス等の絶縁基体に
シリコンなどの半導体薄膜を形成しこの半導体薄膜層に
、たとえばチャンネルが形成される活性領域や低抵抗の
ソース領域、 ドレイン領域、チャンネル部を被覆する
絶縁膜、活性領域を能動するためのゲート電極をそれぞ
れ形成して電界効果型トランジスタを構成するようにし
ている。
ところで、薄膜トランジスタの基板としては、活性領域
に移動度が1cm’/s−v以下であるアモルファスシ
リコン層の場合には転移点が650℃以下である例えば
コーニング社7059ガラスなどが使用され、一方、活
性領域に移動度が5cm’/s−v以上である多結晶シ
リコン層の場合には、高融点の石英ガラスが一般に用い
られてきた。移動度の高い多結晶シリコン層を活性領域
とする薄膜トランジスタの場合、アモルファスシリコン
層を活性領域とする薄膜トランジスタよりも動作速度が
速い利点を有するが、 しかし基板に高価な石英ガラス
しか使うことができなかった。そのため、多結晶シリコ
ン層を活性領域とする薄膜トランジスタにおいても石英
ガラスよりも低融点の安価な耐熱ガラスを基板に用いる
ことが望ましい、このような比較的低融点の量産性の可
能な耐熱性ガラス(例えば転移点が700℃程度)を基
板に用いる場合には、薄膜トランジスタの製造工程中の
基板の上限温度を、基板ガラスの転移点以下とするよう
な低温プロセスが必要となる また、公開特許公報(A)昭62−104021のよう
に、基板上にシリコン半導体層を被着形成し、このシリ
コン半導体層に700℃以下の熱処理を施して粒径を成
長させた後、1000℃以下で粒径成長したシリコン半
導体層の融点以下の熱処理によりシリコン半導体層の粒
界トラップを低下させるようになす方法では、減圧化学
気相成長法によって多結晶シリコン層を形成した後、シ
リコンイオンを注入してこの多結晶シリコンを非晶質シ
リコン層に変えた後、600℃30時間のアニールを施
して結晶粒の大きなシリコン層を形成している。しかし
この方法では、600℃30時間のアニールで量産性の
ある無アルカリガラス(例えばコーニング社7059ガ
ラス)は面方向に200ppm以上も収縮し、薄膜トラ
ンジスタを形成するシリコン層と、電極層などの間で著
しくパターニングがず汰 良好な薄膜トランジスタが形
成できない。
〔発明が解決しようとする課題及び目的〕しかしながら
、このような低温プロセスにおいては特性の良好な活性
領域を得ることは困難である。すなわち、基板上に例え
ばLPCVD法(減圧化学気相成長法)でシリコンを形
成しただけでは、結晶粒径の小さな多結晶シリコン相が
形成され電気的特性、特に移動度μの点で良好のものが
得られない。
また、CVD法により非晶質のシリコンを形成し、低温
でアニール(600℃)して結晶粒径を大きくした多結
晶シリコン層を得る方法も考えられている。この場合に
は比較的高性能の薄膜トランジスタ(移動度弁60)が
得られるが、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層にア
ニールするためには、少なくとも4時間のアニールが必
要であるため、転移点が700℃程度のガラスは50p
pm以上の割合で面方向に収縮するため、量産性のある
ガラス基板を使用することができない。
本発明は、上記の点に鑑み、比較的簡単な方法で電気的
特性の良好な薄膜シリコン半導体層を、転移点が700
℃以下のガラス基板に、ガラス基板の収縮が無い温度で
被着形成でき得るようなシリコン半導体層を提供するも
のである。
晶粒径を増大させるアニール方法としては、レーザーア
ニール(例えばエキシマレーザ−)などを用いることが
できる。基板としては、低温プロセスで使用可能な低融
点ガラス(例えばコーニング社7059ガラス)、ある
いは石英ガラス、半導体基板上に二酸化珪素などの絶縁
膜を被着した基板などを用いることができる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、基板にシリコン半導体層を600℃以下の温
度で被着形成し、該シリコン半導体層に、該シリコン半
導体層の融点以下の温度になるようエネルギービームを
照射する事によってアニールを施し、シリコンの結晶を
成長させるようにする。
基板に被着形成するシリコン半導体層は、ジシランを化
学気相成長法によって、600℃以下の温度で形成でき
る。ジシランに限らず、 トリシランなどのポリシラン
でも基板に被着形成可能である。
基板に被着形成したシリコン半導体層の結〔作用〕 転移点が700℃程度の基板に、 (例えばジシランな
ど)で600℃以下の温度で基板の面方向の収縮が発生
せずにシリコン半導体層を基板に被着形成できる。つい
で、エネルギービームを照射することにより、基板の温
度が600℃以上の温度に上昇せずにシリコン半導体層
が結晶化する。
したがって、低温プロセスに於いて電気的特性が良好な
結晶化されたシリコン半導体層が得られる。さらに、6
00 ’030時間のようなアニールを必要としないた
め、転移点が700℃程度のガラス基板(例えばコーニ
ング社7059ガラス)を、シリコン半導体層を被着形
成するための基板に使用する事かでき る。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明に関わるシリコン半導体層の
形成方法を、薄膜トランジスタの製造方法に適用した一
実施例について説明する。
まず第1図に示すように絶縁体基板1としてガラス(例
えばコーニング社7059ガラス)よりなる絶縁基板に
膜厚3000A程度の二酸化珪素B12を被着形成した
ものを用いる。ここで基板1には石英ガラス基板や、歪
点が700℃程度のガラス基板を用いてもよいが、歪点
600℃のガラス基板(例えばコニング社7059ガラ
ス)で十分である。
この絶縁基板の二酸化珪素膜上に、第2図に示すように
モノシランとホスフィンを反応物とする減圧化学気相成
長法により低抵抗の不純物ドープ多結晶シリコン層3を
形成する。
この不純物ドープ多結晶シリコン層をパターンエツチン
グすることにより、第3図に示すようにソース領域4と
ドレイン領域5を形成する。
次に、ジシランを反応物とする減圧化学気相成長法(L
PCVD)により、第4図に示すようにシリコン層6を
200人の厚さに被着形成する。具体的な条件は、たと
えばジシランを80 c m3/m i n、  不活
性ガス(例えばアルゴンガス)を80 c m37m 
i n、  減圧炉内に流し、温度500℃、減圧炉内
の圧力4 x 10−’ k g / c m ’であ
る。この方法で形成されたシリコン層は、結晶化してお
らず、非晶質なシリコン層である。
次に、この非晶質シリコン層6に対して、エネルギービ
ーム(例えばエキシマレーザ−)7を不活性ガス(例え
ばヘリウムガス)雰囲気中で照射して非晶質シリコン層
を溶融し該非晶質シリコン層を第5図に示すように、多
結晶シリコン層または単結晶シリコン層8に変化させる
。エネルギービームの照射強度は、例えば波長308n
mのXeClエキシマレーザ−では300mmJ/cm
2の強度で照射する。このレーザー照射は、薄膜トラン
ジスタの活性領域となる部分だけ行えばよい。上記のレ
ーザーアニールではガラス基板1が熱により損傷あるい
は変形あるいは収縮することはない。
このレーザーアニールの後、パターンエツチング処理を
施して活性領域9を形成し、ついでゲート絶縁膜となる
膜厚1500人程度0二酸化珪素膜10を化学気相法な
どにより被着形成する。なお、非晶質シリコン層を形成
し、ついでパターンエツチング処理をした後レーザ7ア
ニールをしてもなんら差し障りがあるものではない。
さらにその上に金属薄膜(たとえばクロム)被着形成し
、パターンエツチングしてゲート電極11を形成する。
さらにゲート電極を覆うようにパッシベーション膜とな
る絶縁膜(たとえば窒化珪素膜)12を化学気相法法に
より被着形成する0次いでソース領域及びドレイン領域
にコンタクト用の窓部を設けた後、電極となる金属薄膜
(例えばアルミニウム)を被着形成し、パターニングし
てソース電極13及びドレイン電極14をそれぞれ形成
する。さらにこの後、フォーミングガス雰囲気中で30
0℃の熱処理を施して第6図に示すように目的の薄膜ト
ランジスタを得る。
なお上側では基板として低融点ガラスを用いこの基板に
薄膜トランジスタを形成したが、そのほかたとえば所望
の半導体装置を形成したシリコン半導体基板上やガリウ
ムヒ素基板上や、所望の半導体装置を形成したガラス基
板上に二酸化珪素膜などの絶縁膜を形成した基板を用い
、この上に上述と同様の低温プロセスで薄膜トランジス
タを形成していわゆる3次元半導体デバイスを形成する
場合にも本発明は適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によるシリコン半導体層の形成方法によれば、6
00℃以下の低温熱処理で基板上にシリコン半導体層を
形成した後、該シリコン半導体層にエネルギービームを
照射することによる該シリコン層の結晶化を促進し、粒
径の大きな多結晶シリコン層や単結晶゛/すコン層が得
られる。従って、転移点が700度以下の′I!、産性
のあるガラス基板が収縮しない温度における低温プロセ
スでも高温プロセスに匹敵するような電気的特性の良好
なシリコン半導体層を容易に得ることができるという効
果を有する。さらに、たとえば、この発明を薄膜トラン
ジスタに適用した場合に、移動度が大きく、しきい値電
圧が小さくなるなど、高性能な薄膜トランジスタが得ら
れる。
また、本発明によるシリコン半導体層は、低温で形成で
きるために熱工程によるガラス基板の収縮がないために
、転移点の低い量産性のある低融点ガラスを基板に使用
する事ができるという効果を有する。
性領域となる多結晶または単結晶シリコン層10はゲー
ト絶縁膜、 11はゲート電極、12はソース電極、 
13はドレイン電極、 14は絶縁膜。
以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  絶縁基体に、600℃以下でシリコン半導体層を被着
    形成し、エネルギービームを該シリコン層に照射するこ
    とによって該シリコン半導体層の多結晶化を特徴とする
    シリコン半導体層の形成方法。
JP9461390A 1990-04-10 1990-04-10 シリコン半導体層の形成方法 Pending JPH03292719A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07270818A (ja) * 1994-03-28 1995-10-20 Sharp Corp 半導体基板の製造方法およびその製造装置
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