JPS6163019A - 半導体薄膜の形成方法 - Google Patents

半導体薄膜の形成方法

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JPS6163019A
JPS6163019A JP59184167A JP18416784A JPS6163019A JP S6163019 A JPS6163019 A JP S6163019A JP 59184167 A JP59184167 A JP 59184167A JP 18416784 A JP18416784 A JP 18416784A JP S6163019 A JPS6163019 A JP S6163019A
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semiconductor thin
light
semiconductor
film
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JP59184167A
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Kenji Nakazawa
中沢 憲二
Shigeto Koda
幸田 成人
Hitoshi Arai
均 新井
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Nippon Telegraph and Telephone 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、結晶化した半導体薄膜の形成法に関するもの
でるる。
近年、トランジスタ等の能動素子t−a層化して配置し
た3次元集積回路、あるいは駆動回路を表示画面上に一
括搭載したアクティブマトリックス型平面ディスプレイ
パネルの開発が進められている。これらのデバイスの実
現には、絶縁基板上に高速なスイ、チ/グ特性をもつ薄
膜トランジスタの形成技術が必要である。ところで薄膜
トランジスタの高速化には、半導体薄膜の移動度を向上
することが必要であり、これには、結晶粒m′f、増大
することが重要である。
〔従来の技術〕
結晶粒径を増大する方法としてレーザアニール。
う/グ加熱、電気炉加熱、電子ビームアニール。
ゾーンメルティ/グ等が知られている。これらの方法の
うち、レーザアニール、ランプ那熱は半導体薄膜の光吸
収を原理として該半導体薄膜を加熱し結晶化することが
特徴でアシ、元エネルギによって温度を制御できること
、短時間で加熱できること等の利点がらる。
第1図に光照射によって半導体薄膜を結晶化する従来の
方法を示す。基板1上に半導体薄膜2t−形成した試料
の上面方向から光5t−照射する。半導体薄膜2は光3
t−吸収して温度が上昇するので結晶化に必要な温度ま
で加熱することによりて、該半導体*膜2の結晶粒径を
増大させることができる。例えば、半導体薄膜2として
シリコン薄膜を用いた上記構造に、アルボ/レーザ光あ
るいはハロゲンランプ光を照射し、該半導体重E!X2
を加熱すると結晶粒径が数μ倶から数百μ惰の結晶化シ
リコン薄膜を得ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところがこのような光照射によつて半導体薄膜を結晶化
する従来の方法では、以下に示す欠点がある。
(1)  レーザ光を用いる場合、照射光がスポット光
でるるため、照射位置周辺部での温度分布が不均一とな
シ、結晶化が均一に起こらない。例えば第2図の5はレ
ーザ光4fC照射したときの半導体薄膜2内部の等二線
でラシ、照射位置中心部では高温9周辺部では低温にな
っており、周辺部で結晶性が低下する欠点がちる。
(2)5ノブ光を用iる場合、ランプ光は広い鈍光スペ
クトル帯域をもっているが、牛心体r4Fl!aの光吸
収係数が固有の波長領域だけで大しく、この領域からは
ずれると極端に車重くなる。したがって光吸収スペクト
ル葡域外の光に試料を透過してしまり1照射光の熱への
変換が効4的に行われなり。また、ラング加ハでは、#
−4体薄膜と基板とが同時に加熱さ才しるため、−板に
ソリを生じたり、スリップライ/を生じる間層がらるこ
とが周昶でめる。
(3)  高性能な薄膜トツ/ジスタの形成には、半導
体薄膜表面の平坦性が要求される。しかし七の場合、半
導体薄膜表頁での反射率が高く、効率的な光吸収ができ
なり。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、これらの欠点を除去するため、基板上に堆積
した半導体薄膜に隣接して該半導体薄膜より高融点でか
つ該半導体薄膜よシ少なくとも光吸収係数が大きいか、
あるいは光吸収スペクトル帯域が広−薄膜を形成し、該
薄膜に光照射することによシ、該薄膜を熱源とした伝導
熱の寄与により前記半導体薄膜を結晶化する。その結果
光を効率的に熱へ変換して、結晶粒径が大きい半導体薄
膜を得ることができる。
〔実施例〕
第5図に本発明の実施例として、ランプ加熱によって半
導体薄膜を結晶化する方法を示す。はじめに、基板1上
に半導体薄膜2t−形成し、該半導体薄膜上面に半導体
薄膜2よシ高融点でかつ光吸収係数が大きいかおるいは
光吸収スペクトル帯域が広い薄膜6t−形成し、さらに
−態様にお―て薄膜6表面での反射を防止するため反射
防止膜7f:薄膜6の上面に堆積した構造を形成する。
反射防止vi7は照射光の波長λに対し屈折率11つ透
F!AIIKで1、膜厚f d m (2+s+1 )
λ/(4s) (m : %数)K設定する。次に上記
構造の上面方向から発光スペクトル帯域が広いランプ光
8を照射する。
光は反射防止fi!7′ik透過し薄膜6に効率的に吸
収され薄膜6の温度が上昇する。薄膜6が半導体薄膜2
の結晶化に必要な温度以上まで加熱されると薄膜6から
の伝導熱によりて半導体薄膜2は加熱され結晶化する。
一方、試料の上面、下面両方向から光を照射すると、上
記した加熱作用以外に次の作用が加わる。例えば基板1
に光の透過率が高い材料を使用した場合、下面方向から
の屍は基板管透過し半導体薄膜2を照射する。もし半導
体薄膜2の光吸収係数が透過光に対し大きければ半導体
重1[i2はこの光を吸収して加熱される。一方、゛ 
半導体薄膜2の光吸収係数が小ぢけれは、光は半導体薄
膜2t−透過し、薄膜6を照射して加熱する。
この半導体重T!A2は薄膜6からの熱伝導によって加
熱される。また基板1に光吸収係数が大きい材料を使用
した場合、下面から照射された光によって基板1が加熱
され、基板1からの熱伝導によりて半導体薄膜2が加熱
される。以上述べたように本発明は、熱伝導による間接
的な加熱によって半導体薄膜2を加熱し、結晶化するこ
とに特徴がある。例えば照射光としてI・ロゲンランプ
光を用い、基板1として石英ガラス、中心体重FA2と
して数百鴇鵡〜数μ洛厚のシリコン薄膜、薄膜6として
数百%惰〜数μ毒厚のモリブデン薄膜、反射防止WA7
としてシリコ/酸化膜を使用した場合のシリコン薄膜を
結晶化する方法について説明する。ノ・ロゲンランプの
発光スペクトル帯域400%惰〜18001%惰におい
て、シリコンの光吸収帯域は400%fi〜800f&
鴨でろるのに対し、モリブデンの光吸収帯域は全発光帯
域で#1ぼ一定で69、吸収係数もシリコンの吸収係数
よシ大きい。同じ膜厚のシリコン薄膜、モリブデン薄膜
にハロゲ/う/プ光を照射した場合、モリブデン薄WA
にシリコ/薄膜に比べ約2倍の光工坏ルギを吸収する。
例えば、シリコ/薄膜だけでは600c′c程度にしか
加熱できないハロゲノランプ光の照射条件でも、モリブ
デン薄膜は800〜+ooo6cに加熱され、モリブデ
ン薄膜からの伝導熱によりてシリコン薄膜の温度も80
0〜1000℃になる。すなわち、本発明を適用すれば
、同じ照射条件の下では、シリコン薄膜だけを加熱する
従来の方法に比べ、&2活以上大きい結晶粒径をもつシ
リコン薄膜か得られる。
以上説明した実施例では、半導体薄膜2としてシリコ/
薄hsi8膜6としてモリブデン薄膜を用いて説明した
が、これらに限ることはない。例えは、半導体重PjA
2としてゲルマニタム(G#)+ガリクムヒf: (G
aAa ) 、  カドニクムセレ/(Cd’s )等
のt4 M 、薄L%6としてタングステン、チタン。
鉄等の18腹を用−でも同様に実施できる。
第4図(a) 、 (i)に本発明の別の実施例として
第5図と同様の構造にレーザ光4を照射して半導体薄膜
を結晶化する方法を示す。第4図(、)は薄膜6の膜厚
を適就に厚くした場合の実施例で6タ、5は半導体薄膜
2および薄膜6内での等温蔵でらる。
本実施例では、レーザ光照射位置周辺部で大きな温度分
布を生じるが、薄膜6のレーザ光照射位置中心部から半
導体薄膜2へ伝導する熱は、薄膜6の膜厚が厚いため十
分に拡がシ、半導体薄膜2と薄膜6との界面近傍では、
均一な温度分布となる。
したがって薄膜6から半導体薄膜2への熱伝導はレーザ
光照射位置によらず均一に止し、半導体薄膜2の面内は
ほぼ均一に加熱される。すなわち本発明によれば、半導
体重wA2に直接レーザ光を照射して結晶化する方法に
比べて、均一に結晶化した半導体薄膜を得ることができ
る。例えば、N膜6として数μ温厚のモリブデン薄膜、
半導体薄膜2として数百%mのシリコン薄膜ヲ用いて、
照射光の径20〜500μm、パワー2〜15TFのレ
ーザ光を照射することによって本実施例を実施できる。
次に第4囚(6)は薄膜6として熱伝導率が十分大きな
材料を使用した場合の実施例でちる。本実施例ではレー
ザ光照射位nで発生した熱は速やかに薄IA6内゛に拡
がり、薄膜6が薄い場合でも半導体i、’5 N 2と
の界面近傍ではほぼ均一な温度分布となる。したがって
第4図(−の実施例と同様に半導体薄g!20面内はほ
ぼ均一に加熱され、均一に結晶化した#−導体;4膜を
得ることができる。例えば、薄g6として該百ntn〜
放μ毒厚の銅薄膜、半導体薄膜2として数百%嘱〜数μ
惰厚のシリコン薄膜を用いて、実施できる。
第5図に本発明の別の実施例とじて、光吸収係数の小さ
な基板上に半導体重1ii2を薄膜6ではさんだ試料を
形成し、この試料の上面、下回9両方向から光を照射し
て半導体薄膜2を結晶化する方法を示す。本実施例では
、上下に積層化した薄膜6からの熱伝導によって半導体
溶脱2を効率的に加熱することができる。例えば、H膜
6として数百%惰〜紋μ餌厚のモリブデン薄膜、半導体
薄膜2として数百%倶〜数μ悔厚のシリコ/薄膜、基板
1として石英を用いて、実施できる。
以上説明した各実施例では、基板上の一部に形成された
半導体薄膜について示したが、基板上全面に形成された
半導体薄膜に対しても全く同様に実施することができる
また光反射防止処理については、反射防止しの堆積によ
る方法を示したがこれに限ることはない。
例えば薄膜6表面に党の波長8紋の凸凹を形成して乱反
射によりて光吸収を効率的に行9方法吟が考えられる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、半導体薄膜に隣接して
具備した半導体薄膜よシ高融点でかつ少なくとも光吸収
係数が大きいか、あるいは光吸収スペクトル帯域が広い
薄膜を熱源として半導体薄mt加熱するため、半導体薄
膜だけを加熱する従来の方法に比べて効率的に光音利用
することができる。すなわち本発明を用いた場合、半導
体薄膜の加熱温度は、半導体薄膜のみに光を照射した場
合に比べ1.5〜2債以上にすることができる。半導体
薄膜の結晶粒径は加熱温度に対して指数関数的に増大す
るよめ、本発明により、従来法に比べ数倍以上大きな結
晶粒径が得られる。さらに半導体薄膜の移動度は、結晶
粒径とほぼ比例関係にあるため、本発明によp数倍以上
の移動度が得られ、薄膜トランジスタの高速化をはかる
ことができる。
また、レーザ光のように1尤の照射位置周辺部で大きな
温度分布音生じる場合でも、本発明に半導体薄膜を間接
的に加熱するため、半導体薄膜の結晶化を均一に行うこ
とができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、光照射によって半導体薄膜を結晶化する従来
の方法を示す図、第2図は、第1図に示す試料にレーザ
光を照射した場合の半導体薄膵内での温度分布を示す図
、第3図は本発明の実施例でランプ加熱によって半導体
薄膜を結晶化する方法を示す図、第4図ら)、(h)は
、本発明の別の実施例で第3図に示す構造にレーザ光を
照射して半導体重giを結晶化する方法を示す図、第5
図は本発明の九に他の実施例で、上面、下面2両方向か
らの伝導熱によりて半導体薄膜を結晶化する方法を示す
図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に半導体薄膜を堆積する工程、該半導体薄
    膜に隣接して該半導体薄膜より高融点でかつ該半導体薄
    膜より少なくとも光吸収係数が大きいか、あるいは、光
    吸収スペクトル帯域が広い薄膜を形成する工程、該薄膜
    に光照射して該薄膜を加熱し、該薄膜を熱源とした伝導
    熱の寄与により前記半導体薄膜を結晶化する工程、の各
    工程を備えることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。
  2. (2)前記薄膜の表面に光反射防止処理を施すことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体薄膜の形成
    方法。
  3. (3)前記薄膜を半導体薄膜の上下両面に隣接して形成
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項記載の半導体薄膜の形成方法。
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