JPS61145819A - 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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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。
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・ 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、被処理半導体がレーザ光に直接照射されると
、レーザ光の元エネルギーによって１半導体の格子結合
が破壊されて未結合手が発生したシ、格子の位置にあっ
た原子が格子間に移動して空孔が発生したプするように
、熱処理に伴っ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った。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った。
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・ 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、被処理半導体がレーザ光に直接照射されると
、レーザ光の元エネルギーによって１半導体の格子結合
が破壊されて未結合手が発生したシ、格子の位置にあっ
た原子が格子間に移動して空孔が発生したプするように
、熱処理に伴っ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った。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った。
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って、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
問題があった。
きは、レーザ光の直接照射によって、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
問題があった。
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・ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は半導体薄膜ＤＣにレーザ光吸収層（２）を被着
形成し、このレーザ光吸収層（２）にレーザ光りを照射
して、レーザ光吸収層（２）を介して半導体薄膜α力を
加熱するようにした半導体薄膜の熱処理方法である。
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・ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は半導体薄膜ＤＣにレーザ光吸収層（２）を被着
形成し、このレーザ光吸収層（２）にレーザ光りを照射
して、レーザ光吸収層（２）を介して半導体薄膜α力を
加熱するようにした半導体薄膜の熱処理方法である。
かかる本発明忙よれば、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・ 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。
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。
第１図において、αＱは基板であって、例えばソーダガ
ラスから成り、この基板αＱの上面に、熱処理されるべ
きアモルファスシリコン膜ａカが０．５〜１μｍの厚さ
に被着形成される。このアモルファスシリコン膜αηは
、シラン（ＳｉＨ４）を反応ガスとして熱分解（ＣＶＴ
））法、プラズマ分解法または光分解法によって形成さ
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。
ラスから成り、この基板αＱの上面に、熱処理されるべ
きアモルファスシリコン膜ａカが０．５〜１μｍの厚さ
に被着形成される。このアモルファスシリコン膜αηは
、シラン（ＳｉＨ４）を反応ガスとして熱分解（ＣＶＴ
））法、プラズマ分解法または光分解法によって形成さ
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ァスシリコンには、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ＣＩη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ァスシリコンをａ
−８１：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ＣＩη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ァスシリコンをａ
−８１：Ｈと略記する。
（２）は光吸収層であって、ＣＶＤ法等によってａ−８
１：Ｈ膜α力上に被着形成される。光吸収層（２）には
緻密な窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ４）が用いられ、後述の
理由から、光吸収層（２）の厚さｔ１２は１００〜５２
０ ｎｍの範囲に選定される。Ｌは波長が２４５ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザ光□であって、間欠的に照射され
る。
１：Ｈ膜α力上に被着形成される。光吸収層（２）には
緻密な窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ４）が用いられ、後述の
理由から、光吸収層（２）の厚さｔ１２は１００〜５２
０ ｎｍの範囲に選定される。Ｌは波長が２４５ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザ光□であって、間欠的に照射され
る。
このレーザ光りのエネルギーが光吸収層（２）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−８ｉ：Ｈ膜Ｃ１ｌに伝達されて、例えば１０
００℃の所定温度でａ−８１：Ｈ膜α乃の結晶化処理が
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−８ｉ：Ｈ膜Ｃ１ｌに伝達されて、例えば１０
００℃の所定温度でａ−８１：Ｈ膜α乃の結晶化処理が
行なわれる。
レーザ光の照射時間τは例えば３５−と極めて短いので
、レーザ光りのエネルギー量を適宜忙設定すれば、ガラ
ス基板（ＩＧが高温に加熱されることはない。
、レーザ光りのエネルギー量を適宜忙設定すれば、ガラ
ス基板（ＩＧが高温に加熱されることはない。
光吸収層ａｚがレーザ光りを充分吸収して、効果的熱処
理が行なわれるためには、光吸収層ａ２の厚さ１１ｇ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。
理が行なわれるためには、光吸収層ａ２の厚さ１１ｇ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。
ｔ１□≧ｌ／α ・・・・・（１）波長
が２４５ ｎｍの紫外線に対するＳム３Ｎ４の吸収係数
は約１×１０ｃＷＩであるから、本実施例においては、
ｔ１□、？１１００ｎとなる。
が２４５ ｎｍの紫外線に対するＳム３Ｎ４の吸収係数
は約１×１０ｃＷＩであるから、本実施例においては、
ｔ１□、？１１００ｎとなる。
また、光吸収層惺２の熱拡散係数をＤ １２７！／１１
８１１１ ｔレーザ光りの１回の照射時間（パルス幅）
をτ（８）とすると、このＴ籾量に光吸収層ｕａの中を
熱が伝わるｍａｄは次の（２）式で与えられる。
８１１１ ｔレーザ光りの１回の照射時間（パルス幅）
をτ（８）とすると、このＴ籾量に光吸収層ｕａの中を
熱が伝わるｍａｄは次の（２）式で与えられる。
ａ＝２ｐ珂ｒ′ ・・・・・（２）この距離
ｄよりも光吸収層ａａの厚さ’ｉ１１が小さいときは、
レーザ光りの照射時間τ内に光吸収層蝶２に発生した熱
がその下面に伝わｆ） 、ａ−８ｉ ： ＨＭ（ロ）の
熱処理が行なわれる。
ｄよりも光吸収層ａａの厚さ’ｉ１１が小さいときは、
レーザ光りの照射時間τ内に光吸収層蝶２に発生した熱
がその下面に伝わｆ） 、ａ−８ｉ ： ＨＭ（ロ）の
熱処理が行なわれる。
Ｓｌ、Ｎ４の熱拡散係数はり、２＝ ０．０２ ｃｍ２
烏であるから、τ＝３５ｎｓｃｃとするとき、２ｙ′ｒ
ｒＦ″＃ ５２０ ｎｍとなる。
烏であるから、τ＝３５ｎｓｃｃとするとき、２ｙ′ｒ
ｒＦ″＃ ５２０ ｎｍとなる。
従って、前出のように、本実施例における光吸収層（２
）の厚さ’１２は１００〜５２０ ｎｍの範囲に選定さ
れる。
）の厚さ’１２は１００〜５２０ ｎｍの範囲に選定さ
れる。
上述のように１本実施例においては、ａ−８にＨ膜０１
は、光吸収層（２）を介して、間接的にレーザ光りによ
っ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（２）
としてｌｉ＆なＳｌ、Ｎ４を用いているので、ａ−８ｌ
：Ｈ，＠αα空中水素の放出が防止される。
は、光吸収層（２）を介して、間接的にレーザ光りによ
っ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（２）
としてｌｉ＆なＳｌ、Ｎ４を用いているので、ａ−８ｌ
：Ｈ，＠αα空中水素の放出が防止される。
更に、光吸収層（６）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。
、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
実施例忙ついて説明する。
実施例忙ついて説明する。
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、（２）は中間層であって、半導体薄膜
ＣＡ磨と光吸収層（６）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（８１０２）
が用いられる。この中間層（２）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（２）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（ロ）の厚
さを減することができる・例えば、波長が４００ ｍｍ
以下の紫外線に対して、シリコンの吸収係数は１０’ｃ
ｙ＊−’以上となるので、前述の実施例と同様＆’ＣＫ
ｒＦレーザ元管用いる場合、光吸収層（２）の厚さｔ１
２は１０歯あれば足シる。
ＣＡ磨と光吸収層（６）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（８１０２）
が用いられる。この中間層（２）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（２）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（ロ）の厚
さを減することができる・例えば、波長が４００ ｍｍ
以下の紫外線に対して、シリコンの吸収係数は１０’ｃ
ｙ＊−’以上となるので、前述の実施例と同様＆’ＣＫ
ｒＦレーザ元管用いる場合、光吸収層（２）の厚さｔ１
２は１０歯あれば足シる。
また、前述の実施例と同様に、レーザ光りの照射時間τ
内に光吸収層（２）に発生した熱が、光吸収層（２）及
び中間層（２）を通って、半導体薄膜（１１に伝わるた
めには、光吸収層（６）及び中間層に）を熱が伝わる時
間τ 及びτ、３の和がτを越えてはならない。
内に光吸収層（２）に発生した熱が、光吸収層（２）及
び中間層（２）を通って、半導体薄膜（１１に伝わるた
めには、光吸収層（６）及び中間層に）を熱が伝わる時
間τ 及びτ、３の和がτを越えてはならない。
即ち、中間層（２）の厚さ及び熱拡散係数をｔ、！及び
り４．として、前出の（２）式から明らかなよう忙、次
の関係が成立しなければならない。
り４．として、前出の（２）式から明らかなよう忙、次
の関係が成立しなければならない。
Ｔ１２十τ、ｓ ＝ （”１２／Ｄ１２ ” ’１４５
／Ｄ１３ ）／４≦τこの式を書き換えて次の（３）式
が得られる・Ｄ□ｔｔｚ ＋ Ｄ、２ｔ、、≦４Ｄ１２
Ｄ１ｉＳτ ・・・・・・（３）シリコン及び２酸化シ
リコンの熱拡散係数はそｔＬ（’ ｔＬ Ｄ１２ ＝
０．９ ｃｍ２／ｍｅ ＃ Ｄ１３−０．００６ ｔｙ
ｓし門であるから、本実施例において、光吸収層（ロ）
及び中間伝熱層に）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１！ （３）と横
軸に囲まれる領域となる。
／Ｄ１３ ）／４≦τこの式を書き換えて次の（３）式
が得られる・Ｄ□ｔｔｚ ＋ Ｄ、２ｔ、、≦４Ｄ１２
Ｄ１ｉＳτ ・・・・・・（３）シリコン及び２酸化シ
リコンの熱拡散係数はそｔＬ（’ ｔＬ Ｄ１２ ＝
０．９ ｃｍ２／ｍｅ ＃ Ｄ１３−０．００６ ｔｙ
ｓし門であるから、本実施例において、光吸収層（ロ）
及び中間伝熱層に）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１！ （３）と横
軸に囲まれる領域となる。
一方、光吸収層（２）の厚さｔ、２は、上述のように、
吸収係数αによってその最小値が制限され、第３図の直
線Ｑ）と縦軸に囲まれる範囲内に設定することができな
い・ 従って、本実施例においては、光吸収層（２）及び中間
伝熱層（２）の厚さは、第３図の横軸、直線（２）及び
曲ｉｓ（至）に囲まれる領域内に設定することができて
、前述した＄１図の実施例と同様の効果が得られる。
吸収係数αによってその最小値が制限され、第３図の直
線Ｑ）と縦軸に囲まれる範囲内に設定することができな
い・ 従って、本実施例においては、光吸収層（２）及び中間
伝熱層（２）の厚さは、第３図の横軸、直線（２）及び
曲ｉｓ（至）に囲まれる領域内に設定することができて
、前述した＄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−８１：Ｈ薄膜である場合につい
て述べたが、ｆｆ ＋７ウム砒素（ＧａＡａ ）半導体
の場合には光吸収層（及び中間層）ＫよってＡｓの放出
を防止することができる。また、硫化亜鉛（Ｚｎ８）の
ようなＩＩ−Ｖｌ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。
て述べたが、ｆｆ ＋７ウム砒素（ＧａＡａ ）半導体
の場合には光吸収層（及び中間層）ＫよってＡｓの放出
を防止することができる。また、硫化亜鉛（Ｚｎ８）の
ようなＩＩ−Ｖｌ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。 α０は基板、 ＤＣは半導体薄膜、（２）は光吸収層、
（２）は中間伝熱層、Ｌはエネルギービーム（レーザ光
）である。
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。 α０は基板、 ＤＣは半導体薄膜、（２）は光吸収層、
（２）は中間伝熱層、Ｌはエネルギービーム（レーザ光
）である。
Claims (1)
- １ 半導体薄膜にレーザ光吸収層を被着形成し、該レー
ザ光吸収層にレーザ光を照射して、上記レーザ光吸収層
を介して上記半導体薄膜を加熱することを特徴とする半
導体薄膜の熱処理方法。
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 true JPS61145819A (ja) | 1986-07-03 |
| JPH0715881B2 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) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| 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 |
| 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 |
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-
1984
- 1984-12-20 JP JP59268810A patent/JPH0715881B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US6265745B1 (en) | 1995-02-21 | 2001-07-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for producing insulated gate thin film semiconductor device |
| US7045403B2 (en) | 1995-02-21 | 2006-05-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for producing insulated gate thin film semiconductor device |
| US6709905B2 (en) | 1995-02-21 | 2004-03-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for producing insulated gate thin film semiconductor device |
| US7615423B2 (en) | 1995-02-21 | 2009-11-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for producing insulated gate thin film semiconductor device |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715881B2 (ja) | 1995-02-22 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |