JPS6317516A - 半導体薄膜の再結晶化方法 - 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、特に非晶質透明絶縁基板上の半導体薄膜の溶
融、再結晶化方法であり、薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　
Ｔ）の製造に有効なものである。

〔発明の概要〕

上記基板の裏面からレーザ光等ビームを半導体ｙＪＢに
照射し、溶融再結晶化するにあたり、基板上の半導体薄
膜、第１薄膜、第２薄膜を順次形成し、第２薄膜はビー
ムの照射される半導体薄膜上にビーム幅より狭い幅で選
択形成された構造を用いる、ビーム照射され溶融した半
導体薄膜のうち第２薄膜下の冷却がヒートシンク効果の
ため他より速く、再結晶化がこの部分よ外側に拡大し、
粒径の大きい再結晶薄膜が得られる。第１薄膜と半導体
薄膜の間に透明絶縁膜を挿入するなどした応用もある。

〔従来の技術〕

レーザアニール等のビームアニール技術は、非晶質基板
上の半導体薄膜を実質的に低温で再結晶化できるため、
将来の三次元集積回路の主要技術と考えられている。一
方、非晶質Ｓｉ　（ａ−３ｔ）や多結晶Ｓｉを再結晶化
してキャリア移動度を高めようとする応用もあり、この
場合石英やガラス基板が使われる。これらの場合、再結
晶半導体薄膜の粒径は大きいか単結晶であることが望ま
しく、例えば日経エレクトロニクス、１９８５年１０月
７日号　２２９〜２５３頁にある様に種々のビームアニ
ール方法が開発されている。これらは＋１）ビーム強度
に分布をもたせる。（２）反射膜や吸収膜をもたせてビ
ーム強度分布をもたせる。（３）放熱に差をもたせるな
どして、ビーム照射され溶融した半導体薄膜の中央部か
ら再結晶化が始まり、それを核として外側に再結晶化を
進めようとするものである。しかし、（１）の方法は光
学的調製や安定性を清書に制御する必要があり、（２）
や（３）の方法は製造工程が多いという問題がある。特
に（２）や（３）の方法は基板にＳｔを用いているもの
が多く、基板がガラス等の熱半導率が小さいものに使い
にくい点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、特に非晶質透明絶縁基板上の半導体薄膜の再
結晶化方法に関し、単純な光学系で試料構造が簡単で、
しかも大粒径または単結晶の再結晶半導体薄膜を得る方
法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明で用いる試料構造は、透明絶縁基板上に半導体Ｔ
ＲＨ１第１ｒｉＩ膜、第２薄膜を順次形成し、第２薄膜
は照射さるべきビームの幅より狭い幅で選択形成されて
いる。エネルギービームは基板の裏面側より半導体薄膜
に照射されるが、照射部分上には第２薄膜がある様にす
る。第１１膜はビームに対し不透明で大部分を半導体薄
膜側へ反射する様に材質厚みが選ばれる。応用としては
、第１薄膜と半導体薄膜の間に透明絶縁膜を挿入したり
、基板と半導体薄膜の間に透明バッファ絶縁膜を挿入す
るなどがある。

〔作用〕

基板裏面から入射したビームは半導体薄膜に吸収され、
ｉ３遇した一部のビームは第１薄膜で均一に反射され再
び半導体薄膜に吸収される。そのため半導体薄膜は均一
に加熱されて溶融する。再結晶化にあたっては、熱は基
板側と第１及び第２薄膜側に逃げる。その際、第Ｈｌ膜
がヒートシンクとして働き、第２薄膜下の半導体薄膜が
最も速く温度低下を生じ、ここから再結晶化が始まる。

これを核として再結晶化が周辺に進み、大粒径または単
結晶の再結晶Ｔｉ４膜が得られる。通常第２薄膜は温度
制御されたウェハーチャックに接触しヒートシンク効果
が助長される。第１ｍ膜と半導体薄膜間に透明絶縁膜を
挿入する場合は、第１薄膜と半導体薄膜間の反応を防止
する作用を有する。

また、第１薄膜と第２薄膜は同じ材質でも効果は同様で
ある。

〔実施例〕

ａ、実施例１　（第１図） 第１図（ａｌには本発明による試料構造の１実施例を、
第１図（ｂｌには冷却過程の温度分布の模式図を示す、
第１図（ａｌの試料構造は、透明絶縁基板ｌ上の半導体
薄膜２、その上の第１ｍ）１１３、さらにその上に選択
形成された第２Ｆｌ膜４より成る。レーザビーム１０は
基板１の裏側より第２Ｔｉｌ膜４の下部の半導体薄膜２
を含む部分に照射される。基板１には石英、ガラスやサ
ファイヤ、スピネル等の透明絶縁体が選ばれ、レーザビ
ーム１０には基板を透過する光、例えばＡｒレーザ、エ
キシマ−レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等が
使われる。半導体薄膜２にはａ−５ｉや多結晶Ｓｉ膜が
用いられる。第１３１３には、半導体薄膜４と反応しに
くい金属ということでＣｒ、Ｗ＋Ｍｏ＋Ｔａ、等の高融
点金属膜が最適でレーザビーム１０をほとんど透過させ
ない厚みに形成され、例えばＣｒの場合１０００〜３０
００Ａ’　テある。第２薄膜４は熱容量の大きい金属膜
または絶縁膜が望ましいが、特に熱伝導率の大きい金属
でも目的を達成でき、例えばＡ１１ＮｉｌＡｕｌ　等が
用いられ、厚みは少なく共生導体薄膜２以上典型的には
２倍以上が望ましい。これは溶けた半導体薄膜２の熱を
第２薄膜４が全部吸収しても溶けない様に設定される。

第２Ｆ！膜４の幅はビーム１０の幅より狭く選ばれるが
、極力狭いことが望ましい０例えばビーム１０の幅４０
μとしたとき、１０μ以下が設定される。ビームは第１
図＋ａｌにおいて紙面に垂直に走査されるので、第２薄
膜４はストライプ状または再結晶薄膜が必要な部分にの
み形成すれば良い。

ビーム１０に対し第２薄膜４の位置はビーム中央が望ま
しいが、多少ずれても溶融した半導体薄膜２上に第２薄
膜４があればその効果は生じる。第１図（ｂｌは、半導
体薄膜２の温度Ｔ分布を模式的に示し、溶融した瞬間ｔ
０は融点またはそれ以上になっている。この際、温度分
布はビーム１００入射強度分布と第１１Ｍ３による反射
強度分布の和になる。

図では一定と仮定している。ある時間１．になると半導
体薄膜２は冷却し、ヒートシンク（第２薄膜４）のある
部分がより速（融点以下になりＡ点から再結晶化が始ま
る。さらに時間ｔ２になると融点以下の領域が横方向に
拡がり、Ａ点からの再結晶化が拡がる。この際、Ａ点の
再結晶薄膜が核になるので大粒径または華結晶の再結晶
膜が得られることになる。

ｂ、実施例２（第２図） 第２図は他の試料断面構造例を示す。半導体薄膜２と第
１薄膜３の間の反応を防止するためにＳｉＯｘやＳｉＮ
ｘ等の透明絶縁膜５を挿入すると共に、第１及び第２薄
膜３，４に同一材質の薄膜を用いたものである。これは
例えばＣｒを１μ程度堆積後選択エッチを行ない、厚い
部分（第２薄膜４）と薄い部分（第１薄膜３）を形成し
て実施される。また絶縁膜５の膜厚は掻力薄いことが望
ましく、例えば半導体薄膜２の半分以下に設定される。

Ｃ８実施例（第３図） 第３図の試料構造断面図は、特に基板１が半導体薄膜２
の融点以下の温度で損傷を受けやすい例えばガラス等の
場合に有効な場合を示す、この例では、基板ｌと半導体
薄膜２の間に透明なバッファ絶縁膜６を挿入したもので
、５ｔｙｘやＳ　ｉ　Ｎ　ｘ　ｓその多層膜が用いられ
る。溶けた半導体薄膜２の放熱過程で基板１の表面温度
が損傷を受ける温度以下になる様にバッファ絶縁膜６の
膜厚が選ばれる。

典型的には、半導体薄膜２の膜厚の３倍以とである。ヒ
ートシンクは第１．第２薄膜３．４もあるので、基板損
傷はより少なくできる。

ｄ、実施例４（第４図） 第４図は、第３図の構造にさらに透明絶縁膜５を工夫し
た例を示す。透明絶縁膜５の第２薄膜４下の部分を他に
比して薄くしたもので、この部分の熱伝導が容易になり
ヒートシンク効果が助長される。さらに、透明絶縁膜５
の膜厚によるビーム１０の干渉効果を利用して、薄い部
分のビーム反射強度を他の部分の反射強度に比して弱く
してやれば、ビーム強度分布をもったアニールも併用で
きる利点がある。

〔発明の効果〕

本発明は基板１が透明絶縁基板であるときの半導体薄膜
の再結晶化に有効な方法で、大粒径または単結晶の再結
晶薄膜が得られる。特に基板１が低融点ガラスのときに
も有効であるので、大面積基板化ができ、再結晶半導体
膜を用いたＴＰＴを搭載した液晶表示パネルや他の表示
パネル、イメージセンサ−等々に応用できる。その結果
、高速性、信頼性に優れたデバイスを供給でき、本発明
の意義は大きい。半導体薄膜２を主にＳｉについて述べ
たが、Ｇｅや他の半導体にも本発明は適用される。また
、アニール用ビームとしてレーザを主に述べたが、基板
を透過する光であれば、例えばランプ光でも本発明は有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは本発明の試料断面図、第１図（ｂｌは半
導体薄膜の冷却時の温度分布模式図であり、第２図、第
３図、第４図はそれぞれ本発明による他の試料断面図で
ある。 ｌ・・・基板 ２・・・半導体ＦＪＪ膜 ３・・・第ｉ；’ｉ膜 ４・・・第２薄膜 ５・・・透明絶縁膜 ６・・・透明バッファ絶縁膜 １０・・・レーザビーム 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 八１Ａ−基枚 再結晶イし刀六ε元Ｔ図 第１図 −〜１ 助の丙結晶化方法Ｅ示す図 第２図 へｌ 他の再オ古晶化方法仁ホ′Ｔ図 第３図 一一＼−１ 把の丙結晶イし方法を示す図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明絶縁基板上の半導体薄膜をエネルギービーム
   を照射して溶融再結晶化するにあたり、前記基板の一主
   面上に半導体薄膜、半導体薄膜より融点の高い第１薄膜
   、第１薄膜上に前記ビーム幅より狭い幅を有する選択形
   成された第２薄膜を順次形成し、前記ビームを前記基板
   の他の主面側から第２薄膜下の半導体薄膜に照射するこ
   とを特徴とする半導体薄膜の再結晶化方法。
2. （２）前記第１薄膜が前記ビームに対し不透明であり、
   該薄膜上に第２薄膜のある部分とない部分とで半導体薄
   膜側の前記ビームに対する反射率がほぼ同じであること
   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
   再結晶化方法。
3. （３）前記半導体薄膜と第１薄膜の間に透明絶縁膜を設
   けた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再結晶化方法。
4. （４）前記第１薄膜と第２薄膜が同一材質から成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項いずれか
   記載の半導体薄膜の再結晶化方法。
5. （５）前記第２薄膜下の透明絶縁膜の少なく共一部が、
   上に第２薄膜がない部分の透明絶縁膜に比して薄い厚み
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   半導体薄膜の再結晶化方法。