JPH04196312A - 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、３次元集積回路の構成要素あるいは大面積電
子素子に適用される半導体薄膜の製造方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、非晶質材料上に半導体薄膜を成長させるさまざま
な結晶形成技術が提案されている。そのうちの一つの方
法として、基板上にあらかじめ形成された非晶質薄膜を
融点以下の低温における熱処理によって固相成長させる
方法が提案されている。

これは例えば、非晶質酸化シリコン上に形成された、膜
厚１００止程度でイオン注入によって非晶質化されたシ
リコン薄膜を、窒素雰囲気中において６００℃、数十時
間熱処理することにより、前記非晶質シリコン薄膜を結
晶化すると、ミクロンオーダーの大粒径樹枝状多結晶薄
膜が得られ、そこに作製されたトランジスタ特性が良好
であることが報告された。（Ｔ、Ｎｏｇｕｃｈｉ、Ｈ，
Ｈａｙａｓｈｉ、ａｎｄ　Ｈ、Ｏｈｓｈｉｍａ　　１９
８７Ｍａｔ、Ｒｅｓ、Ｓｏｃ、Ｓｙｍｐ、Ｐｒｏｃ、、
１０６．Ｐ。

１ｙｓｉｌｉｃｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｍ
　２９３．Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅ　　Ｐｕ
ｂｌｉｓｈｉｎｇ、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　１９８８）。

さらに上記したような半導体結晶薄膜の結晶性外線ラン
プ光を照射する方法が提案されている（野口、円層、山
水、桝屋、第３７回応用物理学関係連合講演会（１９９
０）２９ａ−３Ｂ−１７第２分冊）８このように結晶薄
膜を高温で熱処理することにより、結晶内の微小欠陥な
どが除去され、結晶性が改善される。

また、非晶質酸化シリコン上に減圧ＣＶＤ法により形成
された膜厚５００ｎｍ程度で平均粒径５０ｎｍ程度の多
結晶シリコン膜に対して、赤外線ランプ光により１２０
０℃を越える熱処理を行なった場合、結晶粒の粒径が膜
厚と同程度まで拡大する１次粒成長が生じ、粒径が拡大
される結果、その上に形成される電子素子の特性が改善
される。

近年、上記したように半導体薄膜に赤外線ランプなどの
インコヒーレントな光源を用いて石英管の外部から加熱
すると、石英管はランプの光をほとんど吸収しないため
に加熱されず、基板のみを加熱できるため、従来の石英
管内でのファーネスアニールでは困難であった１１００
℃を越えるような高温の熱処理が容易に実現できるよう
になった。

このような高温の熱処理により、結晶性を改善、あるい
は結晶粒の粒成長を実現する技術が報告されつつある。

さらに、これらの熱処理は、従来から報告されているレ
ーザー光や、電子線を用いるアニールと比べた場合、照
射面積が大きくとれ、しかも均一であるために、試料全
体を一括して、均一に加熱することが可能である。また
昇温、降温が１００〜２００℃／ｓｅｅといった速さで
迅速に行なえるため、枚葉処理であるにもかかわらず、
処理速度は速い。

しかしながら、前３己したような赤外線ランプ光照射に
よる高温の熱処理では、熱処理によって半導体薄膜の表
面が荒れたりすることが多（、光強度が強い場合には半
導体薄膜が蒸発してしまうこともあった。表面が荒れて
しまった半導体薄膜は、その後のデバイス形成に適さな
（なってしまう。

このような表面荒れを防止するためには、熱処理に先立
って半導体薄膜の上部に保護膜を形成する必要があり、
従来は、あらかじめＣＶＤ法によって酸化シリコン膜や
、窒化シリコン膜を半導体薄膜上に形成して、保護膜と
していた。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上述した従来の保護膜の形成方法では、
熱処理に先立ってＣＶＤ法等により実施する必要がある
ため、工程の増加につながるという欠点がある。

また、特に大面積の基板上に結晶薄膜を形成する場合、
このような大面積基板に均一に保護膜を形成する技術は
十分には確立されておらず、表面の荒れを生じさせてし
まうという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、工程を増やすことなく、かつ、表面の
荒れを生じせしめることなく、均一に熱処理する半導体
薄膜の形成方法を提供することである。

［課題を解決するための手段及び作用コ前記課題を解決
するため、本発明は、基体上に形成された半導体薄膜を
熱処理する工程を有する半導体薄膜の製造方法において
、 前記熱処理に先立って、前記半導体薄膜を酸素雰囲気の
炉内において、光照射により表面を酸化し、保護膜を形
成する工程と、 前記酸素雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換し、光照射を
行なう工程とを有し、前記２つの工程を同一炉内におい
て連続的に行なうことを特徴とする半導体薄膜の製造方
法により、 前記半導体薄膜中の欠陥等を除去して結晶性の改善を図
り、あるいは、結晶粒の粒成長を行なう方法であり、同
一炉内で同一光源を使用して、熱処理に連続するプロセ
スにおいて保護膜を形成するので工程が簡略化される。

特に大面積基板においては保護膜を容易に均一に形成で
きる。

さらにこの結晶薄膜でＭＯＳＦＥＴを形成する場合には
、この保護膜をゲート絶縁膜としても利用できるのでさ
らに工程が簡略化できる。

以下に、本発明の手段の詳細について説明する。

（下地材料） 本発明において対象となる下地材料は、半導体薄膜の形
成、熱処理に適するものであれば、形状、構成材料とも
なんら限定されないが、例を挙げるならば、シリコン、
石英ガラス、金属、アルミナ等がある。

（半導体薄膜） 本発明において用いられる半導体薄膜の膜質については
、非晶質、多結晶、単結晶のいずれでもかまわない。

（熱処理工程） 本発明に用いられるインコヒーレント光照射の光源とし
ては、タングステンハロゲンランプ、水銀ランプ等のア
ークランプなどがある。光照射は、その発光スペクトル
に半導体薄膜の吸収波長領域が含まれるものであれば、
光エネルギーが吸収され、加熱される。例えば、ノンド
ープのシリコンの場合、基礎吸収端の波長およそ１μｍ
よりも短い波長が含まれる光照射であれば良い。

熱処理の温度は、加熱方法、測温方法により多少異なる
が、９００℃を越える熱処理において、結晶性が改善さ
れる。特に１１００°Ｃを越える温度での光照射による
熱処理で表面の荒れが顕著になるが、本発明は、このよ
うな温度領域において特に効果を持つ。一方、１１００
℃程度、あるいはそれを越える温度で、酸素雰囲気で熱
処理した場合、半導体薄膜表面に数ｎｍから数十ｒｕｎ
程度の酸化膜が短時間で容易に形成できる。

光照射における保護膜としてこの酸化膜の適否を実験し
た結果、次のことが確認された。

半導体薄膜が全く溶融しない温度での熱処理においては
、この酸化膜は局所的に破れることもなく、したがって
半導体薄膜の表面には荒れが生じないことがわかった。

このとき必要な酸化膜の膜厚は、５ｎｍ以上、より好ま
しくは、１０ｎｍ以上である。

また、この酸化膜が好適に用いられる熱処理の温度は、
温度の測定方法により若干具なるが、およそ１１００℃
から、半導体薄膜が溶融しない１４００℃強までの範囲
である。

［実施例コ （実施例１） 以下に本発明の実施例１を、第１図の工程を示す断面図
を用いて説明する。

（１）基体としての石英ガラス基板１０１に、減圧ＣＶ
Ｄ法により、６２０℃でＳ　Ｉ　Ｈ＜を熱分解して、平
均粒径５００人の微細な結晶粒からなる多結晶シリコン
薄膜１０２を０，１μｍ堆積した。次にＳｉ’イオンを
５０　ｋｅＶ　、　２　Ｘ　１０”／ｃｍ”注入し、非
晶質化した。さらにこのシリコン薄膜１０２を、窒素中
で６００℃で５０時間加熱し、固相成長により最大５μ
ｍにも達する大粒径樹枝状多結晶を得た（第１図（ａ）
）。

（２）この基体をランプアニール装置内に設置し、酸素
雰囲気中でタングステンハロゲンランプのインコヒーレ
ント光で上下より照射した。シリコンウェハを温度モニ
ターとしてオプティカルパイロメーターで測定したとこ
ろ、１１５０℃であり、照射時間は２分であった。この
後、温度を下げて取り出し、シリコン薄膜１０２上に形
成された保護膜１０４としての酸化シリコン薄膜１０４
の膜厚を測定したところ、膜厚は２０ｎｍであった（第
１図（ｂ）　）　。

（３）上記（２）の熱処理の後、温度を下げずに酸素を
窒素に置換した後、さらに温度を上げ、１３８０℃で３
分間ランプ照射を行なった（第１図（Ｃ））。

この後、温度を下げて基体を取り出し、酸化シリコン薄
膜１０４をフッ酸溶液により剥離した。

この表面を、光学顕微鏡、及び走査型電子顕微鏡により
観察したところ、表面の荒れは観察されなかった。また
、この半導体薄膜を透過型電子顕微鏡により観察したと
ころ、内部の積層欠陥が著しく激減していた。

比較のため、同時に（２）の酸化シリコン薄膜形成を行
なわずに、１３８０℃で３分間の光照射を施した基体に
ついても観察したところ、表面には、５００ｎｍ程度の
周期の凹凸が観察された（第１図（ｄ））。また、とこ
ろどころに結晶が溶融して固化したと思われる樹枝状の
斑点ができていた。

本実施例の薄膜を活性層として電界効果トランジスタを
作製したところ、照射前に比べて飛躍的に特性が向上し
た。

本実施例では、酸素雰囲気中でのインコヒーレント光の
照射による保護膜の形成後、同一炉内で窒素雰囲気に置
換して、再度インコヒーレント光照射を行ない、結晶欠
陥を低減させる方法を行なっているが、ここで用いた窒
素ガスは、その他の不活性ガスであるヘリウム、アルゴ
ンなどの希ガスであっても同様の効果が得られる。

また基体としては、Ｓｉウェハ上に膜厚５００ｎｍの熱
酸化膜を形成したものでもよい。

（実施例２） 次に、本発明の実施例２について、第２図の工程を示す
断面図を用いて説明する。

（１）石英ガラス基板（基体）２０１を下地材料とし、
その表面に１辺２０μｍの正方形で深さ３００ｎｍの凹
部を間隔６０μｍの格子点上に形成した。この基体２０
１の表面を非核形成面２０３とした（第２図（ａ））。

（２）次に、窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により１０
００人堆積した後、通常の半導体プロセスにおけるフォ
トリソグラフィー、及び反応性イオンエツチング（ＲＩ
　Ｅ）により、該凹部に１つの結晶が配されるように該
凹部の中央にそれぞれ大きさ２μ口角で残し、核形成面
２０７とし、結晶形成用の基体を得た（第２図（ｂ））
。

（３）次にジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣ
ＶＤ法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長
条件は以下のとおり。

ＳｉＨ＊Ｃ１＊／ＨＣＩ／Ｈｔ”０．５３／１．３／１
００　（４７分）、１０５０℃、８０　Ｔｏｒｒ、　３
０分。

その結果、粒径３０μｍの単結晶２１０が核形成面２０
７を起点として形成され、あらかじめ形成しておいた凹
部を埋めつ（した（第２図（Ｃ））。

（４）次に、基体を通常のシリコンウェハ研磨工程に投
入し、コロイダルシリカを用いた研磨を行ない、石英基
板の上面の凹部の周囲の高い領域の面２１３をストッパ
ーとして結晶２１０を平坦化し、結晶２１０の上面がこ
の面２１３と等しくなったところで研磨を停止した（第
２図（ｄ））。

この結晶に対して、欠陥顕在化エツチングを１分行なっ
た後、光学顕微鏡により観察したところ、第２図（ｄ）
に示すように放射状の欠陥２１４が大量に存在した。

（５）次に、研磨により平坦化された結晶をタングステ
ンハロゲンランプを用いたラピッドサーマルアニール装
置に設置し、インコヒーレント光照射により酸素雰囲気
中で１１５０℃で３分間保持して結晶表面を酸化し、膜
厚２５ｎｍの酸化シリコン膜（保護膜）２０４を形成し
た後、酸素雰囲気を窒素雰囲気に置換して、さらに温度
を上げ、１４００’ｃで２分間熱処理を行なった（第２
図（ｅ））。

こうして得られた結晶に対して、欠陥顕在化化学エツチ
ングである５ＥＣＣＯエツチングを１分間行ない、その
後光学顕微鏡により観察したところ、欠陥はほとんど観
察されな（なった。

また、この結晶の上部にアニール装置内で形成した酸化
シリコン膜をゲート絶縁膜としたＰ−ＭＯＳトランジス
タを形成して、モビリティを測定したところ熱処理前の
値７０　ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃが１９０ｃｍ２／’ｈｓｅ
ｃになっていた。

（実施例３） （１）石英ガラス基板を下地材料とし、その表面に１０
μｍＸ２０ＬＬｍ角の長方形で深さ１μｍの凹部を間隔
６０μｍの格子点状に形成し、この表面を非核形成面と
した。

（２）次に、多結晶シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、
２０００人堆積した後、不純物として”Ｐ’　　（リン
）を加速電圧３０　ｋｅＶで２　Ｘ　１０”ａｍ−２注
入した。さらに、通常の半導体プロセスにおけるフォト
リソグラフィー、及び、反応性イオンエツチング（ＲＩ
　Ｅ）により、それぞれの凹部の中央に前記シリコン膜
を大きさ１．２μｍ角で残し、原種子とした。

（３）次にこの基体を水素雰囲気中１１００℃で３分間
熱処理した。その結果、各原種子はそれぞれ単一体に凝
集し、単結晶種子となった。

（４）ジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣＶＤ
法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長条件
は以下のとおり。

ＳｉＨａＣ１ｇ／）ＩｃＩ／Ｈｔ＝　０．５３／１．６
／１００（１／ｍ１ｎ−）その結果、粒径３０μｍの単
結晶が単結晶種子を起点として成長し、前記凹部を埋め
つくした。

（５）次に、基体と通常のウェハ研磨工程に投入し、コ
ロイダルシリカを用いた研磨を行ない、結晶を平坦化し
、結晶の上面が石英基板上面の凹部の周囲の高い領域の
面と等しくなったところで研磨を停止した。

（６）続いて前記基体をタングステンハロゲンランプを
用いたラビッドサーマルアニール装置に設置し、インコ
ヒーレント光照射により酸素雰囲気中において、１１５
０℃で加熱して結晶表面を酸化して保護膜を形成した後
、酸素雰囲気を窒素雰囲気（アルゴン雰囲気でもよい）
に置換して、さらに温度を上げ、１４００℃で２分間熱
処理を行なった。

得られた結晶に対して、欠陥顕在化化学エツチングであ
る５ＥＣＣＯエツチングを１分間行ない、その後光学顕
微鏡により観察したところ、欠陥はほとんど観察されな
くなった。更に、この結晶の上部にＰ−ＭＯＳトランジ
スタを形成して、モビリティを測定したところ、熱処理
前のモビリティが７００ｍ２／ｖｓｅｃであったのが、
１９０　ｃｍ”／Ｖｓｅｃになっていた。

また、基体としてはＳｉウェハーに膜厚１．３μｍの熱
酸化膜を形成したものでもよい。

（実施例４） （１）石英ガラス基板に減圧ＣＶＤ法により、６２０℃
でＳｉＨ４を熱分解して、平均粒径５００人の微細な結
晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を０．１μｍ堆積した
。

（２）この基体をランプアニール装置内に設！し、酸素
雰囲気中でタングステンハロゲンランプによるインコヒ
ーレント光で上下より照射した。

シリコンウェハを温度モニターとしてオプティカルパイ
ロメーターで測定したところ、１１５０℃であり、照射
時間は２分であった。この後、温度を下げて取り出し、
シリコン薄膜上に形成された酸化シリコン薄膜（保護膜
）の膜厚を測定したところ、膜厚は２０ｎｍであった。

（３）上記（２）の熱処理の後、温度を下げずに酸素を
窒素に置換した後、さらに温度を上げ、１３８０℃で３
分間ランプ照射を行なった。

この後、温度を下げて基体を取り出し、酸化シリコン薄
膜をフッ酸溶液により剥離した。

この後、光学顕微鏡、および、走査型電子顕微鏡により
表面を観察したが、表面の荒れは観察されなかった。

比較のため、同時に（２）の酸化シリコン薄膜形成を行
なわずに、１３８０℃で３分間の光照射を施した基体に
ついても観察したところ、表面には、１１００ｎ程度の
周期の凹凸が観察された。また、ところどころに結晶が
溶融して固化したと思われる樹枝状の斑点ができていた
。

本実施例の薄膜を活性層として電界効果トランジスタを
作製したところ、照射前に比べて飛躍的に特性が向上し
た。

（実施例５） 以下に本発明の実施例５を、第４図の工程を示す断面図
を用いて説明する。

（１）基体としての石英ガラス基板４０１に、減圧ＣＶ
Ｄ法により、５５０℃で！ｌ；ｉＨ＜を熱分解して、非
晶質シリコン薄膜を０．１μｍ堆積した。

続いて、Ｓｉ’″イオンを７０ｋｅＶ、５　Ｘ　１０”
７０ｍ２注入した。さらにこのシリコン薄膜４０２を、
窒素中で６００℃で５０時間加熱し、固相成長により最
大５μｍにも達する大粒径樹枝状多結晶を得た（第４図
（ａ））。

（２）この基体をランプアニール装置内に設置し、酸素
雰囲気中でタングステンハロゲンランプで上下より照射
した。シリコンウェハを温度モニターとしてオプティカ
ルパイロメーターで測定したところ、１１５０℃であり
、照射時間は２分であった。この後、温度を下げてこの
試料を取り出し、シリコン薄膜４０２上に形成された酸
化シリコン薄膜４０４の膜厚を測定したところ、酸化膜
膜厚は２０ｎｍであった（第４図（ｂ））。

（３）上記（２）の熱処理の後、温度をいったん８００
℃に下げて、雰囲気を酸素からアンモニア雰囲気に置換
し、再び１１５０℃に上げて１分間保持した。この時点
で試料を炉から取り出して表面に形成された膜をオージ
ェ電子分光により組成を分析したところ、表面から５ｎ
＋＋＋では窒素が酸素に対して１７３以上含まれており
、窒化酸化膜４０５が形成されていた（第４図（Ｃ））
。

（４）上記（３）の熱処理の後、温度を下げずに、アン
モニア雰囲気をヘリウム雰囲気に置換した後、さらに温
度を上げ、１３８０℃で３分間ランプ照射を行なった。

この後、温度を下げて基体を取り出し、表面の保護膜を
剥離した後、この表面を、光学顕微鏡、及び走査型電子
顕微鏡により観察したところ、表面の荒れは観察されな
かった（第４図（ｄ））。

また、この半導体薄膜を透過型電子顕微鏡により観察し
たところ、内部の積層欠陥を中心とする欠陥群が著しく
減少し、良質な短結晶に見られるようなりｅｎｄ　ｃｏ
ｎｔｏｕｒが見られるようになった。

比較のため、上記（２）、（３）の保護膜形成を行なわ
ずに１３８０℃で３分間の光照射を施した基体について
も観察したところ、表面には、５００ｎｍ程度の周期の
凹凸状の荒れ４１２が観察された（第４図（ｅ））。ま
た、ところどころに結晶が溶融して固化したと思われる
樹枝状の斑点が観察される部分もあった。

本実施例の結晶薄膜を活性層としてＰＭＯＳトランジス
タを作製したところ、光照射工程を経ない試料上ではモ
ビリティ−が８０ｃｍ”／Ｖｓｅｃであったものが、光
照射した場合には９０ｃｍ２／Ｖｓｅｃに向上した。

（実施例６） 次に、本発明の実施例６について、第２図の工程を示す
断面図を用いて説明する。

（１）シリコンウェハ（基体）２０】を下地材料とし、
その表面な熱駿化法により酸化して膜厚１μｍの酸化シ
リコン膜とし、その表面に１辺２０μｍの正方形で深さ
３００ｎｍの凹部を間隔６０μｍの格子点上に形成した
。この基体２０１の表面を非核形成面２０３とした（第
２図（ａ））。

（２）次に、窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により１０
０　ｎｍ堆積した後、通常の半導体プロセスにおけるフ
ォトリソグラフィー、及び反応性イオンエツチング（Ｒ
Ｉ　Ｅ）により、該凹部に１つの結晶が配されるように
該凹部の中央にそれぞれ大きさ２μｍ角で残し、核形成
面２０７とし、結晶形成用の基体を得た（第２図（ｂ）
）。

（３）次にジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣ
ＶＤ法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長
条件は以下のとおり。

５ｉＨ２Ｃ１ｚ／ＨＣＩ／Ｈ−＝０．５３／１．３／１
００　（ｊ２　／分）。

１０５０℃、　８０Ｔｏｒｒ、　３０分。

その結果、粒径３０μｍの単結晶２１０が核形成面２０
７を起点として形成され、あらかじめ形成しておいた凹
部を埋めつくした（第２図（ｂ））。

（４）次に、基体を通常のシリコンウェハ研磨工程に投
入し、コロイダルシリカを用いた研磨を行ない、石英基
板の上面の凹部の周囲の高い領域の面２１３をストッパ
ーとして結晶２１０を平坦化し、結晶２１０の上面がこ
の面と等しくなったところで研磨を停止した（第２図（
ｄ））。

この結晶に対して、欠陥顕在化エツチングを１分間行な
った後、光学顕微鏡により観察したところ、第３図（ａ
）に示すように放射状の欠陥２１４が大量に存在した。

（５）次に、研磨により平坦化された結晶をタングステ
ンハロゲンランプを用いたラピッドサーマルアニール装
置に設置し、光照射により酵素雰囲気中で、１１５０℃
で３分間保持して結晶表面を酸化し、膜厚２５ｎｍの酸
化シリコン膜２０４を形成した後、雰囲気をアルゴンに
置換し、１１５０℃で２分間保持して表面に窒化酸化膜
２０４を形成した（第２図（ｅ））。

この後、さらに温度を上げ、１４００℃で２０分間熱処
理を行なった。

こうして得られた結晶に対して、保護膜を剥離した後、
欠陥顕在化化学エツチングである５ＥＣＣＯエツチング
を１分間行ない、その後光学顕微鏡により観察したとこ
ろ、欠陥はほとんど観察されな（なった。

また、この結晶の上部にアニール装置内で形成した窒化
酸化膜をゲート絶縁膜としたＰ−ＭＯＳトランジスタを
形成して、モビリティを測定したところ熱処理前の値７
００ｍ２／ｖｓｅｃが１９０ｃｍ２／■ｓｅｃになって
いた。

（実施例７） （１）石英ガラス基鈑を下地材料とし、その表面に１０
μｒｒ＋　Ｘ２０μｍ角の長方形で深さ１μｍの凹部な
間隔６０μｍの格子点状に形成し、この表面を非核形成
面とした。

（２）次に、多結晶シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、
２００ｎｍ堆積した後、不純物として”Ｐ’　　（リン
）を加速電圧３０　ｋｅＶで２　Ｘ　１０１５ｃｎ＋−
２注入した。さらに、通常の半導体プロセスにおけるフ
ォトリソグラフィー、及び、反応性イオンエツチング（
ＲＩ　Ｅ）により、それぞれの凹部の中央に前記シリコ
ン膜を大きさｌ　ｕｍ角で残し、原種子とした。

（３）次にこの基体を水素雰囲気中１１００℃で３分間
熱処理した。その結果、各原種子はそれぞれ単一体に凝
集し、単結晶種子となった。

（４）ジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣＶＤ
法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長条件
は以下のとおり。

５ｉＨａＣ１ｉ／ＨＣＩ／Ｈ２＝　０．５３／１．６／
１００（１／ｍｉｎ、）その結果、粒径３０ｕｍの単結
晶が単結晶種子を起点として成長し、前記凹部を埋めつ
くした。

（５）次に、基体と通常のウェハ研磨工程に投入し、コ
ロイダルシリカを用いた研磨を行ない、結晶を平坦化し
、結晶の上面が石英基板上面の凹部の周囲の高い領域の
面と等しくなったところで研磨を停止した。

（６）続いて前記基体をタングステンハロ−ゲンランプ
を用いたラビッドサーマルアニール装置に設置し、光照
射により酸素雰囲気中において、１１５０℃で３分間加
熱して結晶表面を酸化して保護膜を形成した後、雰囲気
を窒素に置換し、１１５０℃で２分間保持して表面に窒
化酸化膜を形成した。このあと、さらに温度を上げ、１
４００”ｃで２０分間熱処理を行なった。

得られた結晶に対して、欠陥顕在化化学エツチングであ
る５ＥＣＣＯエツチングを１分間行ない、その後光学顕
微鏡により観察したところ、欠陥はほとんど観察されな
くなった。更に、この結晶の上部にＰ−ＭＯＳトランジ
スタを形成して、モビリティを測定したところ、熱処理
前のモビリティが７０　ｃｍ”／Ｖ−ｓｅｅであったの
が、１９０　ｃｍ２／■ｓｅｃになっていた。

［発明の効果］ 上述したように、本発明によれば、工程を増やすことな
く、かつ、表面荒れを生じせしめることなく、シリコン
薄膜等の半導体薄膜を光で照射して高温で熱処理する方
法を提供できる。

また、保護膜形成は、大面積基板にも十分均一に熱処理
を行なうことのできるランプアニール装置で行なうこと
ができるので、大面積基板上のシリコン薄膜の高品質化
を均一に行なうことが実現できる。

さらに、保護膜として用いる酸化シリコン膜をＭＯＳＦ
ＥＴのゲート絶縁膜として用いれば、熱処理後に新たに
ゲート絶縁膜を形成する必要がないので工程が簡略化さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の工程を説明する半導体装置
の断面図である。 第２図は本発明の実施例２の工程を説明する半導体装置
の断面図である。 第３図は本発明の実施例における結晶性の改善を説明す
る図である。 第４図は本発明の実施例５の工程を説明する半導体装置
の断面図である。 １０１．２０１，４０１・・・基体 １０２．４０２・・・半導体薄膜 １０４．２０４，４０４・・・酸化膜（保護膜）１１２
．４１２・・・荒れ ２０３・・・非核形成面 ２０７・・・核形成面　２１０・・・結晶粒（単結晶）
２１４・・・放射状の欠陥 ４０５・・・窒化酸化膜（保護膜） 代理人　弁理士　　山　下　穣　平 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に形成された半導体薄膜を熱処理する工程
   を有する半導体薄膜の製造方法において、 前記熱処理に先立って、前記半導体薄膜を酸素雰囲気の
   炉内において、光照射により表面を酸化し、保護膜を形
   成する工程と、 前記酸素雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換し、光照射を
   行なう工程とを有し、前記２つの工程を同一炉内におい
   て連続的に行なうことを特徴とする半導体薄膜の製造方
   法。
2. （２）前記不活性ガスが、窒素ガスであることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
3. （３）基板上に形成された半導体薄膜を熱処理する工程
   を有する半導体薄膜の製造方法におい前記熱処理に先立
   って、前記半導体薄膜を酸素雰囲気中でのインコヒーレ
   ント光による光照射により表面を酸化し、引き続いて窒
   化雰囲気に置換して、該酸化された表面を窒化して保護
   膜を形成する工程と、引き続いて同一炉内において、雰
   囲気を窒素ないしは不活性ガス雰囲気に置換し、前記保
   護膜形成工程に引き続いてインコヒーレント光により光
   照射を行なうことによって、前記基体界面近傍の結晶欠
   陥を低減させる工程とを有することを特徴とする半導体
   薄膜の製造方法。
4. （４）前記半導体薄膜はシリコンであることを特徴とす
   る請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。