JPH0715881B2 - 半導体薄膜の熱処理方法 - Google Patents
半導体薄膜の熱処理方法Info
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- JPH0715881B2 JPH0715881B2 JP59268810A JP26881084A JPH0715881B2 JP H0715881 B2 JPH0715881 B2 JP H0715881B2 JP 59268810 A JP59268810 A JP 59268810A JP 26881084 A JP26881084 A JP 26881084A JP H0715881 B2 JPH0715881 B2 JP H0715881B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光による半導体薄膜の熱処理方法に関す
る。
る。
従来、非晶質半導体の結晶化、或はイオン注入された不
純物の活性化のために、半導体薄膜の熱処理が行なわれ
ていた。
純物の活性化のために、半導体薄膜の熱処理が行なわれ
ていた。
レーザ光による熱処理の場合は、被処理半導体に対する
吸収率の大きい波長のレーザ光が直接に被処理半導体に
照射され、レーザ光の光エネルギーが被処理半導体内で
熱エネルギーに変換されて、被処理半導体が所定温度に
おいて熱処理されていた。
吸収率の大きい波長のレーザ光が直接に被処理半導体に
照射され、レーザ光の光エネルギーが被処理半導体内で
熱エネルギーに変換されて、被処理半導体が所定温度に
おいて熱処理されていた。
ところが、被処理半導体がレーザ光に直接照射される
と、レーザ光の光エネルギーによつて、半導体の格子結
合が破壊されて未結合手が発生したり、格子の位置にあ
つた原子が格子間に移動して空孔が発生したりするよう
に、熱処理に伴つて被処理半導体に種々の欠陥が発生
し、漏洩電流の増加や電子易動度の減少等、半導体の特
性が劣化するという問題があつた。この問題は短波長高
出力レーザ光の直接照射において特に顕著であつた。
と、レーザ光の光エネルギーによつて、半導体の格子結
合が破壊されて未結合手が発生したり、格子の位置にあ
つた原子が格子間に移動して空孔が発生したりするよう
に、熱処理に伴つて被処理半導体に種々の欠陥が発生
し、漏洩電流の増加や電子易動度の減少等、半導体の特
性が劣化するという問題があつた。この問題は短波長高
出力レーザ光の直接照射において特に顕著であつた。
また、被処理半導体が蒸発し易い有用物質を含有すると
きは、レーザ光の直接照射によつて、この有用物質が放
出されてしまい、被処理半導体の特性が損われるという
問題があつた。
きは、レーザ光の直接照射によつて、この有用物質が放
出されてしまい、被処理半導体の特性が損われるという
問題があつた。
かかる点に鑑み、本発明の目的は、レーザ光による欠陥
の発生や有用物質の放出を防止することのできる半導体
薄膜の熱処理方法を提供するところにある。
の発生や有用物質の放出を防止することのできる半導体
薄膜の熱処理方法を提供するところにある。
本発明は半導体薄膜（11）にレーザ光吸収層（12）を被
着形成する工程と、このレーザ光吸収層（12）に波長40
0nm以下の短波長レーザ光Ｌを照射して、レーザ光吸収
層（12）を介して半導体薄膜（11）を加熱する工程とを
有し、光吸収層（12）の厚さをt12、吸収係数をα、拡
散係数をD12、レーザ光Ｌのパルス幅をτとするとき、 の条件を満たすようにした半導体薄膜の熱処理方法であ
る。
着形成する工程と、このレーザ光吸収層（12）に波長40
0nm以下の短波長レーザ光Ｌを照射して、レーザ光吸収
層（12）を介して半導体薄膜（11）を加熱する工程とを
有し、光吸収層（12）の厚さをt12、吸収係数をα、拡
散係数をD12、レーザ光Ｌのパルス幅をτとするとき、 の条件を満たすようにした半導体薄膜の熱処理方法であ
る。
或いはまた本発明は、半導体薄膜（11）に中間層（13）
を介してレーザ光吸収層（12）を形成する工程と、レー
ザ光吸収層（12）に波長400nm以下の短波長レーザ光Ｌ
を照射して、レーザ光吸収層（12）及び中間層（13）を
介して半導体薄膜（11）を加熱する工程とを有し、レー
ザ光光吸収層（12）の厚さをt12、吸収係数をα、拡散
係数をD12、中間層（13）の厚さをt13、拡散係数D13、
レーザ光Ｌのパルス幅をτとするとき、 1/α≦t12 D13t12 2＋D12t13 2≦４D12D13τ の条件を満たすようにした半導体薄膜の熱処理方法であ
る。
を介してレーザ光吸収層（12）を形成する工程と、レー
ザ光吸収層（12）に波長400nm以下の短波長レーザ光Ｌ
を照射して、レーザ光吸収層（12）及び中間層（13）を
介して半導体薄膜（11）を加熱する工程とを有し、レー
ザ光光吸収層（12）の厚さをt12、吸収係数をα、拡散
係数をD12、中間層（13）の厚さをt13、拡散係数D13、
レーザ光Ｌのパルス幅をτとするとき、 1/α≦t12 D13t12 2＋D12t13 2≦４D12D13τ の条件を満たすようにした半導体薄膜の熱処理方法であ
る。
かかる本発明によれば、レーザ光吸収層を介する間接加
熱のため、レーザ光照射による半導体薄膜の欠陥の発生
や有用物質の放出が防止され、更にこのレーザ光吸収層
の厚さを所定の厚さ以上に選定することによって、短波
長レーザ光が被処理半導体薄膜に吸収されて半導体特性
が劣化することを回避できる。
熱のため、レーザ光照射による半導体薄膜の欠陥の発生
や有用物質の放出が防止され、更にこのレーザ光吸収層
の厚さを所定の厚さ以上に選定することによって、短波
長レーザ光が被処理半導体薄膜に吸収されて半導体特性
が劣化することを回避できる。
以下、第１図を参照しながら、本発明による半導体薄膜
の熱処理方法の一実施例について説明する。
の熱処理方法の一実施例について説明する。
第１図に本発明方法の一実施例を適用する半導体装置の
構成を示す。
構成を示す。
第１図において、（10）は基板であつて、例えばソーダ
ガラスから成り、この基板（10）の上面に、熱処理され
るべきアモルフアスシリコン膜（11）が0.5〜１μｍの
厚さに被着形成される。このアモルフアスシリコン膜
（11）は、シラン（SiH4）を反応ガスとして熱分解（CV
D）法、プラズマ分解法または光分解法によつて形成さ
れる。反応温度はCVD法が約600℃と最も高く、他の２方
法においては室温でもよい。
ガラスから成り、この基板（10）の上面に、熱処理され
るべきアモルフアスシリコン膜（11）が0.5〜１μｍの
厚さに被着形成される。このアモルフアスシリコン膜
（11）は、シラン（SiH4）を反応ガスとして熱分解（CV
D）法、プラズマ分解法または光分解法によつて形成さ
れる。反応温度はCVD法が約600℃と最も高く、他の２方
法においては室温でもよい。
分解析出されたアモルフアスシリコンには、なおも一部
の水素が結合したものが含まれる。このシリコンと結合
した水素は、熱処理過程において、シリコン膜（11）中
の欠陥を減少させ、半導体としての電気的特性を向上さ
せる。以下、結合水素を含むアモルフアスシリコンをa-
Si:Hと略記する。
の水素が結合したものが含まれる。このシリコンと結合
した水素は、熱処理過程において、シリコン膜（11）中
の欠陥を減少させ、半導体としての電気的特性を向上さ
せる。以下、結合水素を含むアモルフアスシリコンをa-
Si:Hと略記する。
（12）は光吸収層であつて、CVD法等によつてa-Si:H膜
（11）上に被着形成される。光吸収層（12）には緻密な
窒化シリコン（Si3N4）が用いられ、後述の理由から、
光吸収層（12）の厚さt12は100〜520nmの範囲に選定さ
れる。Ｌは波長が400nm以下の例えば249nmのKrFエキシ
マレーザ光であつて、間欠的に照射される。
（11）上に被着形成される。光吸収層（12）には緻密な
窒化シリコン（Si3N4）が用いられ、後述の理由から、
光吸収層（12）の厚さt12は100〜520nmの範囲に選定さ
れる。Ｌは波長が400nm以下の例えば249nmのKrFエキシ
マレーザ光であつて、間欠的に照射される。
このレーザ光Ｌのエネルギーが光吸収層（12）に吸収さ
れ、熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーが隣
接するa-Si:H膜（11）に伝達されて、例えば1000℃の所
定温度でa-Si:H膜（11）の結晶化処理が行なわれる。
れ、熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーが隣
接するa-Si:H膜（11）に伝達されて、例えば1000℃の所
定温度でa-Si:H膜（11）の結晶化処理が行なわれる。
レーザ光の照射時間τは例えば35nsecと極めて短いの
で、レーザ光Ｌのエネルギー量を適宜に設定すれば、ガ
ラス基板（10）が高温に加熱されることはない。
で、レーザ光Ｌのエネルギー量を適宜に設定すれば、ガ
ラス基板（10）が高温に加熱されることはない。
光吸収層（12）がレーザ光Ｌを充分吸収して、効果的熱
処理が行なわれるためには、光吸収層（12）の厚さt12
と吸収係数αとは次の（１）式の関係を満足しなければ
ならない。
処理が行なわれるためには、光吸収層（12）の厚さt12
と吸収係数αとは次の（１）式の関係を満足しなければ
ならない。
t12≧1/α ……（１） 波長が249nmの紫外線に対するSi3N4の吸収係数は約１×
105cm-1であるから、本実施例においては、t12100nm
となる。
105cm-1であるから、本実施例においては、t12100nm
となる。
また、光吸収層（12）の熱拡散係数をD12cm2/sec,レー
ザ光Ｌの１回の照射時間（パルス幅）をτsecとする
と、このτsec間に光吸収層（12）の中を熱が伝わる距
離ｄは次の（２）式で与えられる。
ザ光Ｌの１回の照射時間（パルス幅）をτsecとする
と、このτsec間に光吸収層（12）の中を熱が伝わる距
離ｄは次の（２）式で与えられる。
この距離ｄよりも光吸収層（12）の厚さt12が小さいと
きは、レーザ光Ｌの照射時間τ内に光吸収層（12）が発
生した熱がその下面に伝わり、a-Si:H膜（11）の熱処理
が行なわれる。
きは、レーザ光Ｌの照射時間τ内に光吸収層（12）が発
生した熱がその下面に伝わり、a-Si:H膜（11）の熱処理
が行なわれる。
Si3N4の熱拡散係数はD12＝0.02cm2/secであるから、τ
＝35nsecとするとき、 となる。
＝35nsecとするとき、 となる。
従つて、前出のように、本実施例における光吸収層（1
2）の厚さt12は100〜520nmの範囲に選定される。
2）の厚さt12は100〜520nmの範囲に選定される。
上述のように、本実施例においては、a-Si:H膜（11）
は、光吸収層（12）を介して、間接的にレーザ光Ｌによ
つて熱処理されるので、レーザ光の光エネルギーによる
格子欠陥が発生することがない。また、光吸収層（12）
として緻密なSi3N4を用いているので、a-Si:H膜（11）
中の水素の放出が防止される。更に、光吸収層（12）に
よる間接的な熱処理であるから、被処理物質がレーザ光
を全く吸収しない場合でも、熱処理が可能である。
は、光吸収層（12）を介して、間接的にレーザ光Ｌによ
つて熱処理されるので、レーザ光の光エネルギーによる
格子欠陥が発生することがない。また、光吸収層（12）
として緻密なSi3N4を用いているので、a-Si:H膜（11）
中の水素の放出が防止される。更に、光吸収層（12）に
よる間接的な熱処理であるから、被処理物質がレーザ光
を全く吸収しない場合でも、熱処理が可能である。
次に、第２図及び第３図を参照しながら、本発明の他の
実施例について説明する。
実施例について説明する。
第２図に本発明方法の他の実施例を適用する半導体装置
の構成を示す。
の構成を示す。
第２図において、（13）は中間層であつて、半導体薄膜
（11）と光吸収層（12）との中間に介在し、耐熱性及び
熱伝導度のよい、例えば、２酸化シリコン（SiO2）が用
いられる。この中間層（13）が介在するため、本実施例
においては、半導体薄膜（11）と同種の材料を光吸収層
（12）にも用いることができる。その余の構成は第１図
に示したものと同様である。
（11）と光吸収層（12）との中間に介在し、耐熱性及び
熱伝導度のよい、例えば、２酸化シリコン（SiO2）が用
いられる。この中間層（13）が介在するため、本実施例
においては、半導体薄膜（11）と同種の材料を光吸収層
（12）にも用いることができる。その余の構成は第１図
に示したものと同様である。
一般に、半導体は紫外線に対する吸収係数が大きいの
で、光吸収層（12）の厚さを減ずることができる。例え
ば、波長が400nm以下の紫外線に対して、シリコンの吸
収係数は106cm-1以上となるので、前述の実施例と同様
にKrFレーザ光を用いる場合、光吸収層（12）の厚さt12
は10nmあれば足りる。
で、光吸収層（12）の厚さを減ずることができる。例え
ば、波長が400nm以下の紫外線に対して、シリコンの吸
収係数は106cm-1以上となるので、前述の実施例と同様
にKrFレーザ光を用いる場合、光吸収層（12）の厚さt12
は10nmあれば足りる。
また、前述の実施例と同様に、レーザ光Ｌの照射時間τ
内に光吸収層（12）に発生した熱が、光吸収層（12）及
び中間層（13）を通つて、半導体薄膜（11）に伝わるた
めには、光吸収層（12）及び中間層（13）を熱が伝わる
時間τ12及びτ13の和がτを越えてはならない。
内に光吸収層（12）に発生した熱が、光吸収層（12）及
び中間層（13）を通つて、半導体薄膜（11）に伝わるた
めには、光吸収層（12）及び中間層（13）を熱が伝わる
時間τ12及びτ13の和がτを越えてはならない。
即ち、中間層（13）の厚さ及び熱拡散係数をt13及びD13
として、前出の（２）式から明らかなように、次の関係
が成立しなければならない。
として、前出の（２）式から明らかなように、次の関係
が成立しなければならない。
τ12＋τ13＝（▲t2 12▼／D12＋▲t2 13▼／D13）/4τ この式を書き換えて次の（３）式が得られる。
D13▲t2 12▼＋D12▲t2 13▼4D12D13τ ……（３） シリコン及び２酸化シリコンの熱拡散係数はそれぞれD
12＝0.9cm2/sec,D13＝0.006cm2/secであるから、本実施
例において、光吸収層（12）及び中間伝熱層（13）の厚
さt12及びt13が（３）式の関係を満足する範囲は、第３
図の曲線（３）の横軸に囲まれる領域となる。
12＝0.9cm2/sec,D13＝0.006cm2/secであるから、本実施
例において、光吸収層（12）及び中間伝熱層（13）の厚
さt12及びt13が（３）式の関係を満足する範囲は、第３
図の曲線（３）の横軸に囲まれる領域となる。
一方、光吸収層（12）の厚さt12は、上述のように、吸
収係数αによつてその最小値が制限され、第３図の直線
（２）と縦軸に囲まれる範囲内に設定することができな
い。
収係数αによつてその最小値が制限され、第３図の直線
（２）と縦軸に囲まれる範囲内に設定することができな
い。
従つて、本実施例においては、光吸収層（12）及び中間
伝熱層（13）の厚さは、第３図の横軸、直線（２）及び
曲線（13）に囲まれる領域内に設定することができて、
前述した第１図の実施例と同様の効果が得られる。
伝熱層（13）の厚さは、第３図の横軸、直線（２）及び
曲線（13）に囲まれる領域内に設定することができて、
前述した第１図の実施例と同様の効果が得られる。
以上、被処理材料がa-Si:H薄膜である場合について述べ
たが、ガリウム砒素（GaAs）半導体の場合には光吸収層
（及び中間層）によつてAsの放出を防止することができ
る。また、硫化亜鉛（ZnS）のようなII-VI族化合物の活
性化に用いても好結果を得ることができる。
たが、ガリウム砒素（GaAs）半導体の場合には光吸収層
（及び中間層）によつてAsの放出を防止することができ
る。また、硫化亜鉛（ZnS）のようなII-VI族化合物の活
性化に用いても好結果を得ることができる。
以上詳述のように、本発明によれば、半導体薄膜を光吸
収層を介して、間接的にレーザ光による熱処理を行なう
ため、被処理材料からの有用成分の放出や光エネルギー
による被処理材料の欠陥の発生を防止することができ
る。
収層を介して、間接的にレーザ光による熱処理を行なう
ため、被処理材料からの有用成分の放出や光エネルギー
による被処理材料の欠陥の発生を防止することができ
る。
第１図は本発明による半導体薄膜の熱処理方法の一実施
例の説明に供する半導体装置の断面図、第２図は本発明
の他の実施例の説明に供する半導体装置の断面図、第３
図はその説明に供する線図である。 （10）は基板、（11）は半導体薄膜、（12）は光吸収
層、（13）は中間伝熱層、Ｌはエネルギービーム（レー
ザ光）である。
例の説明に供する半導体装置の断面図、第２図は本発明
の他の実施例の説明に供する半導体装置の断面図、第３
図はその説明に供する線図である。 （10）は基板、（11）は半導体薄膜、（12）は光吸収
層、（13）は中間伝熱層、Ｌはエネルギービーム（レー
ザ光）である。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体薄膜にレーザ光吸収層（12）を被着
形成する工程と、該レーザ光吸収層（12）に波長400nm
以下の短波長レーザ光を照射して、上記レーザ光吸収層
（12）を介して半導体薄膜（11）を加熱する工程とを有
し、 上記光吸収層の厚さをt12、吸収係数をα、拡散係数をD
12、上記レーザ光のパルス幅をτとするとき、 の条件を満たすことを特徴とする半導体薄膜の加熱処理
方法。 - 【請求項２】半導体薄膜に中間層を介してレーザ光吸収
層（12）を形成する工程と、該レーザ光吸収層（12）に
波長400nm以下の短波長レーザ光を照射して、上記レー
ザ光吸収層（12）及び上記中間層を介して半導体薄膜
（11）を加熱する工程とを有し、 上記光吸収層の厚さをt12、吸収係数をα、拡散係数をD
12、上記中間層の厚さをt13、拡散係数D13、上記レーザ
光のパルス幅をτとするとき、 1/α≦t12 D13t12 2＋D12t13 2≦４D12D13τ の条件を満たすことを特徴とする半導体薄膜の加熱処理
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59268810A JPH0715881B2 (ja) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | 半導体薄膜の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59268810A JPH0715881B2 (ja) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | 半導体薄膜の熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61145819A JPS61145819A (ja) | 1986-07-03 |
| JPH0715881B2 true JPH0715881B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=17463571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59268810A Expired - Lifetime JPH0715881B2 (ja) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | 半導体薄膜の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715881B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5643801A (en) * | 1992-11-06 | 1997-07-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method and alignment |
| US6410374B1 (en) | 1992-12-26 | 2002-06-25 | Semiconductor Energy Laborartory Co., Ltd. | Method of crystallizing a semiconductor layer in a MIS transistor |
| US6544825B1 (en) | 1992-12-26 | 2003-04-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a MIS transistor |
| JP3469337B2 (ja) | 1994-12-16 | 2003-11-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| JP3778456B2 (ja) | 1995-02-21 | 2006-05-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 絶縁ゲイト型薄膜半導体装置の作製方法 |
| JPWO2006098513A1 (ja) * | 2005-03-18 | 2008-08-28 | 国立大学法人東京農工大学 | 熱処理方法及び半導体の結晶化方法 |
| CN104992901B (zh) * | 2010-06-02 | 2017-03-15 | Ncc纳诺责任有限公司 | 用于提供在低温衬底上的薄膜的横向热处理方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57124423A (en) * | 1981-01-26 | 1982-08-03 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPS5928328A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS59158515A (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-08 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0611035B2 (ja) * | 1983-04-15 | 1994-02-09 | ソニー株式会社 | 薄膜の加熱方法 |
-
1984
- 1984-12-20 JP JP59268810A patent/JPH0715881B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61145819A (ja) | 1986-07-03 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |