JPH0388323A - 単結晶半導体薄膜の製造方法 - 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） 本発明は単結晶半導体薄膜の製造方法に関し、特にアモ
ルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜にレーザ光
を照射して単結晶化する単結晶半導体ＦＪＷ４の製造方
法に関する。

（従来の技術） 従来から、絶縁基板上に形成したアモルファスシリコン
族または多結晶シリコン膜にレーザ光を照射してアモル
ファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を溶融して固
化させて単結晶化するレーザビーム結晶化法があり、結
晶欠陥や不純物のない良質な単結晶薄膜を作るために種
々の試みが為されている。

例えば特公昭６１−１６７５８号公報には、半導体薄膜
より融点の高い材料、例えば窒化けい素ＩＩ（Ｓｉ３Ｎ
４）や酸化けい素膜（ＳｉＯ２）などから成る保護膜で
覆うことにより、エネルギー線の照射中に気相中から半
導体薄膜へ不純物が混入することを防いで、良質の単結
晶薄膜を得ることが開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この従来の単結晶薄膜の製造方法では、気相
中からの不純物の混入は防ぐことができるものの、保護
膜自体が半導体膜へ混入することについては防げなかっ
た。具体的に説明すると、結晶化のためレーザビームを
保護膜を通して半導体薄膜に照射すると、レーザビーム
は薄膜表面で主に吸収されるため半導体薄膜の表面近く
の温度が非常に高くなる。酸化けい素（ＳｉＯ２）の融
点は１６１０℃であるが、容易に１６００℃以上の温度
に達することができ、この時半導体薄膜と酸化けい素（
Ｓｉｎ２）とが反応しあい半導体膜中への酸素元素の混
入が起こる。

すなわち、アモルファスシリコン膜上に保護膜として膜
厚が５００Åの酸化けい素（ＳｉＯ２）膜を形成してレ
ーザ光を照射することにより、アモルファスシリコン膜
を単結晶化した場合のシリコン単結晶薄膜の厚さ方向の
酸素元素の濃度分布をｘｐｓ（ｘ＠光電子分光）で調べ
た結果を第１図に示す。

表面から１９００人の深さにわたって多量の酸素元素の
混入が確認される。一方、基板側からの酸素元素の混入
はない、これは基板側のシリコン膜はレーザ光によって
直接は加熱されないため酸化シリコン（ＳｉＯ２）ｌｉ
の融点以上には上がりにくいためである。このような酸
素元素の混入した半導体結晶化膜に薄膜トランジスタを
形成してキャリアの移動度を調べると、酸素元素の混入
したシリコン半導体膜では９ｃｍ２／Ｖｓｅｃとなり、
酸素元素の混入しないシリコン半導体膜で形成した場合
の４０ｃｍ２／Ｖｓｅｃに比べて極めて遅い、このこと
により酸素元素の混入が半導体膜の特性に多大なる悪影
響を与えることがわかる。

また、窒化シリコン（Ｓ　ｉ３　Ｎ４　）は、融点は高
いもののシリコンと馴染がよいため、シリコン族が加熱
された際に、シリコン族中に固溶しやすいという問題が
ある。

（発明の目的） 本発明は、このような問題点に鑑みて案出されたもので
あり、単結晶化した半導体薄膜中に酸素やその他の悪影
響を与える不純物が保護膜から混入することのない単結
晶薄膜の製造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、透明絶縁基板上に形成したアモルファ
スシリコン膜または多結晶シリコン膜にレーザ光を照射
してアモルファスシリコン族または多結晶シリコン膜を
溶融して固化させることにより単結晶化する単結晶半導
体薄膜の製造方法において、前記絶縁基板とアモルファ
スシリコン膜または多結晶シリコン膜との間に、融点が
１９００℃以上の透光膜を介在させてレーザ光を前記透
明基板側から照射することを特徴とする単結晶半導体薄
膜の製造方法が提供される。

（作用） 上述のように構成することによって、レーザ光が照射さ
れても、アモルファスシリコン膜上に形成された保護膜
やアモルファスシリコン膜の下に形成された透光膜の含
有成分がアモルファスシリコン膜に混入することがない
、また、トランジスタ等が形成される表面側とは反対側
からレーザ光を照射することから、不純物の影響がさら
に少なくなり、キャリアの移動度が速いトランジスタを
得ることが可能となる。

（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２図（ω〜（６）は本発明に係る単結晶半導体薄膜の
製造方法を示す工程図である。

まず、透明絶縁基板１を用意する（第２図（濁）。

本発明では、透明絶縁基板として＃７０５９ガラス等が
好適に用いられる。また、この透明絶縁基板としては、
石英基板などを用いても良い、上述の透明絶縁基板を化
学的に洗浄する。

次に、前記透明絶縁基板１上に融点が１９００℃以上の
透明乃至半透明の透光膜２を形成する（第２図（υ〉、
この膜を透光膜で形成する理由は、後述するレーザビー
ムを透明絶縁基板から照射するためである。従って、こ
の透光膜２は、少なくともレーザビームを透過するもの
でなければならない、また、融点が１９００℃以上のも
のを使用する理由は、被単結晶化膜にレーザ光を照射し
た際に被単結晶化膜のレーザ光照射側と反対側の温度勾
配が最大５００℃にもなることがあるからである、即ち
、透光ＩＢ！２側から被単結晶化膜にレーザ光を照射し
て被単結晶化膜のレーザ光が照射される側とは反対側を
溶融するためには、レーザ光が照射される側とは反対側
を少なくとも１４００℃に加熱しなければならない、レ
ーザ光が照射される側とは反対側が１４００℃になれば
、レーザ光が照射される側は最大１９００℃になる。そ
こでこの透光膜は、その融点が少なくとも１９００℃以
上のものを使用することが必要になる。

このような融点が１９００℃以上で透明乃至半透明な膜
としては、炭化けい素（ＳｉＣ）膜、あるいは酸化アル
ミニウム（Ａ１２０３）ＩＩ等が好適に用いられる。こ
の場合、レーザ光を効率良く透過するために、透光膜２
の膜圧は１０μｍ以下とすることが望ましい、上記透光
膜を炭化けい素膜で形成する場合は、例えばプラズマＣ
ＶＤ法等により形成される。また、透光膜を酸化アルミ
ニウムで形成する場合は、例えばスパッタリング法によ
り形成される。

例えばプラズマＣＶＤ法で炭化けい素膜を形成するに際
しては、基板温度を１５０〜６００℃、好適には５００
℃近傍に維持して、シランガス（ＳｉＨ４）を２〜１１
０５ＣＣ程度、またメンタンガス（ＣＨ４）を１０１０
０−５００ｓｅ程度流すことによって形成する。尚、シ
ランガスとメタンガスの流量比（ＣＨａ　／　Ｓ　ｉ　
Ｈａ　）は、５〜５０程度とすることが望ましい、また
、プラズマＣＶＤ装置の放電用電源は５０〜３００Ｗ程
度が望ましい。

このようにして形成される融点が１９００℃以上の透光
膜２上に、アモルファスシリコン膜３をプラズマＣＶＤ
法にて０．０５〜２μｍの厚さに形成する（第２図（Ｃ
））。

このアモルファスシリコン膜３上に、酸化けい素４Ｉｉ
を１μｍ程度の厚みにプラズマＣＶＤ法で形成する〈第
２図（ｃ））、尚、この酸化けい素膜４は、アモルファ
スシリコン膜を溶融・固化させて単結晶化する際に、気
相中からシリコン膜に不純物が混入するのを防止したり
、シリコン表面が平坦度を維持できるようにするために
設ける。

次ぎに、レーザで溶融・固化させる際にアモルファスシ
リコン膜が剥離したりするのを防止するために、６００
℃程度の温度で２時間程度維持して脱水素処理を行う（
第２図（イ））。

このようにして用意した試料に透明絶縁基板１側から０
．１〜２０Ｗの出力の連続波アルゴンレーザを走査速度
０．５〜２０　ｃ　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃで照射してアモ
ルファスシリコン膜３を溶融・固化させて単結晶化する
（第２図（６））。

この場合、透光ｒｍ２は融点が１９００℃のもので構成
されることから、透光Ｍ２自体が軟化したり、組成変化
を起こすことはなく、もって透光膜２自体からアモルフ
ァスシリコン膜３に不純物が混入することはない。

また、このようにして形成された単結晶シリコン薄膜３
°に例えばトランジスタ等を形成する場合、第２図（「
）に示すように、酸化シリコン膜４と単結晶化した半導
体Ｊｌｉ３’の表面部分を例えばＨＦでエツチング除去
して、単結晶化した半導体膜３°の表面部分にトランジ
スタを形成すれば、レーザ光が照射される側とは反対側
のシリコン股上にトランジスタが形成されることとなり
、不純物の影響はさらに少なくなる。すなわち、アモル
ファスシリコン膜３内に予め一導電型不純物を混入させ
て単結晶化して、表面部に逆導電型不純物を含有する半
導体層を堆積して半導体接合部を形成すれば良い。

尚、上記実施例では、アモルファスシリコン膜３を単結
晶化させることについて説明したが、多結晶シリコン膜
であっても全く同様に単結晶化させることができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明に係る単結晶薄膜の製造方法によ
れば、絶縁基板とアモルファスシリコン膜または多結晶
シリコン膜との間に、融点が１９００℃以上の透光膜を
介在させてレーザ光を透明絶縁基板側から照射してアモ
ルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜を単結晶化す
ることがら、レーザ光が照射されても、透光膜や保護膜
の成分がシリコン膜に混入することがなく、不純物をは
とんと含有しない単結晶半導体薄膜を形成できる。

また、トランジスタ等が形成される表面側とは反対側か
らレーザ光を照射することから、不純物の影響がさらに
少なくなり、キャリアの移動度が速いトランジスタを得
ることができる単結晶半導体薄膜の製造方法の提供が可
能となる。

さらに、単結晶化膜にトランジスタ等を形成する場合は
、透光膜をエツチング除去する必要はなく、もってこの
透光膜を例えば炭化けい素膜などの極めてエツチング除
去しにくい材料のものでも使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は単結晶化したシリコン膜中の厚み方向の酸素元
素分布を示す図、第２図（ω〜（０はそれぞれ本発明に
係る単結晶薄膜の製造方法を説明するための工程図であ
る。 ｌ、透明絶縁基板　　２、透光膜 ３、アモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明絶縁基板上に形成したアモルファスシリコン
   膜または多結晶シリコン膜にレーザ光を照射してアモル
   ファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を溶融して固
   化させることにより単結晶化する単結晶半導体薄膜の製
   造方法において、 　前記絶縁基板とアモルファスシリコン膜または多結晶
   シリコン膜との間に、融点が１９００℃以上の透光膜を
   介在させてレーザ光を前記透明絶縁基板側から照射する
   ことを特徴とする単結晶半導体薄膜の製造方法。