JPS6355925A - 半導体薄膜の再結晶化方法 - Google Patents

半導体薄膜の再結晶化方法

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JPS6355925A
JPS6355925A JP19927986A JP19927986A JPS6355925A JP S6355925 A JPS6355925 A JP S6355925A JP 19927986 A JP19927986 A JP 19927986A JP 19927986 A JP19927986 A JP 19927986A JP S6355925 A JPS6355925 A JP S6355925A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
regions
film
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JP19927986A
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English (en)
Inventor
Masafumi Shinpo
新保 雅文
Nobuhiro Shimizu
信宏 清水
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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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!@緑基板上の半導体薄膜のレーザアニール等
による再結晶化方法に関し、薄膜トランジスタ(T P
 T)等のS OI (Silicon on 1ns
ulsLor)半導体装置の製造方法に関わる。
〔発明の概要〕
絶縁基板上の半導体薄膜をビームアニールにより再結晶
化するに際し、半導体薄膜に厚み分布をもたせ厚い方の
第1領域と薄い第2領域とを同時にアニールすることに
より、第2領域の温度上昇を第1領域とほぼ同時にして
、冷却を第1領域に比し、速くして再結晶化を第2領域
から開始させるものである。このため第2領域の膜厚は
ビームがある程度透過する様に選ばれる。応用例として
第1頷城を不純物密度の低い第1半導体薄膜と不純物密
度の高い第2半専体薄膜の2N構造とし、第2領域を第
1半導体Tyt膜にする例、第2領域上にのみヒートシ
ンクとしての絶縁膜を形成しておく例とがある。
(従来の技術〕 Sol技術は三次元集積回路の重要な部分を占め、レー
ザビーム、電子ビーム、赤外線等のエネルギービームを
半導体薄膜に照射し溶融再結晶化させるものである。こ
の技術は日経エレクトロニクス1985年10月7日号
229頁に詳しく記載され、従来(1)ビーム強度を変
化させる方法 (2)半導体1)り表面に反射膜や吸収
膜を設はビーム強度分布をもたせる方法 (3)熱の逃
げ方に差をつける方法などがある。(1)の方法はビー
ム強度分布の↑、フ度な制御と安定性が必要であり、(
2)及び(3)の方法は光学的または放熱設計が必要で
、かつ構造が複雑になる問題を有していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は叙上の間n点に鑑み、構造が節単でかつ再結晶
半導体膜の粒径が大きい再結晶化方法を提供するもので
ある。
c問題点を解決するための手段〕 本発明はビームアニールされるべき半導体薄膜に膜厚分
布を設は厚い第1 tl’[域と薄い第2領域とを同時
にアニールする。第2領域の厚みはビームがi1遇する
程度に薄く、1/α(α:吸収係媚1つオーダーである
〔作用〕
本方法は、ビームの吸収強度に差をつけ、かっ熱容量に
差をつけるものである。半導体薄膜の膜厚が1/αオー
ダーで小さいときは、吸収されるビームエネルギーはほ
ぼ膜厚に比例する。そのため、膜質が同一の場合、上記
第1及び第2領域はビーム照射によってほぼ同時に溶融
するが、放熱が均一に行われるときには、膜厚が厚く熱
容量の大きい第1領域の冷却は第2領域に比して遅くな
る。
結果的に再結晶化は第2 ’p’fJ域から開始して第
1領域へ拡がり、大きな粒径の再結晶半導体膜が得られ
る。第1及び第2領域の膜質に異なる部分があるときに
は、吸収係数の大きい方(第1領域)側が早く溶融し、
上記と同様に冷却が遅くなる0本発明は、熱容量の差及
びエネルギー吸収に差をつけることにより、従来のビー
ム強度に差をつける方法等と同4iな効果を得るもので
ある。
〔実施例〕
a、実施例1 (第1図) 第1図(al〜(c+には本発明による再結晶化方法に
よる試料断面図が示される。第1図+alは、絶縁基板
1上に半導体膜例えばa−5i膜を均一に堆積した断面
である。絶縁基板lには石英ミガラス、セラミックス等
の絶縁体や、Siや金属に絶縁Bタコートしたものが用
いられる。特に基板1が低融点のガラス等の場合にはそ
の表面をSingやsta膜でコートすることが基板槍
償を防ぐ上で有効である。
a−3illi2は、pcvo、スバンク、光CVD等
で堆積され膜厚は例えば3000Å以下に選ばれる。即
ち、エネルギー吸収が膜厚にほぼ比例する範囲以下に選
ばれ、それは用いるビームの種類、波長等による。第1
図(blは、a−3t膜2の選択エッチによって膜厚の
薄い第2領域21を形成したもので、元の膜厚部分は第
1領域2となる。第2や置載21の厚みは第1 ’6M
域2より20%以上薄く、例えば2000人に選ばれる
。この形状の試料にビーム40を均一な強度で照射して
、第1図fc)の様にStの再結晶化膜を第1領域3、
第2領域31について得る。ビーム40には例えばCW
、Ar レーザを用いる。基板1が透明な場合には、基
板裏側からレーザ光を入射することもできる。第1図(
d+は、試料内位置によるレーザ光透過強度分布と、冷
却時の温度分布を模式的に示す、 a−3t膜2の薄い
部分である第2領域21の透i!強度は大きい、WIち
吸収が少ない、ビーム照射直後ではa−3t膜2I21
の温度はt+−oはほぼ一定である。冷却過程で放熱が
基板1側に均一に行なわれるため熱容量の差に応じ、第
2領域21側の温度が融点Tmにより速く近づき、再結
晶化の核が形成される(t−to) 。
第2頌域21の幅はこの意味で小さいことが望ましく、
例えば5μm以下に選ばれる。第2領域21はストライ
プ状に形成され、レーザ光40はこれに平行に走査され
る。
b、実施再2  TF’r5+JJ工程例 (第2図)
第1図の方法によるSi再結晶膜3.31を用いたTP
T製造工程例を第2図(a)〜(dlに示す、第2図(
alは本発明により形成したSi再再結V <第1領域
3、第2領域31)の断面である。第2図(blは、第
2領域31のみ島状に残した状態、第2図(C1はゲー
ト絶縁膜4、ゲート電極5を形成した状態を示す、第2
図(dlは、ゲート電極5をマスクにイオン注入によっ
て00ソース、ドレイン領域16.17をSi再結晶膜
31内に形成し、コンタクト開孔後ソース及びドレイン
電極6,7を設けて完成した状態である。
この例では第2領域31内にn0ソース、ドレイン領域
16.17を設けたが、チャンネル領域に第2領域31
、n°ソース、ドレイン領域16.17に第1領域3を
用いることもでき、いずれも粒径の大きい第2領域31
をチャンネル長方向に用いられる。TPT製造にあった
ワては、再結晶S1膜3.31に不純物(例えばB)を
添加することもあり、それは当初のa−5l膜2の堆積
時、堆積後、ビームアニール後等に行える。
C1実施例3 7FT構造 (第3図)第2図の例は、
レーザ光の走査方向とほぼ垂直にチャンネル長方向をも
つTFTの例を示したが、第3図(al〜(C1にはビ
ーム走査方向と平行なチャンネル長方向をもつTPT構
造例を示す、第3図+alは平面図、第3図(bl及び
第3図(C1はそれぞれ第3図(alのA−A線及びB
−BLAに沿った断面図である。この例では、チャンネ
ル領域として粒界が発生しやすい第1 fii城を除い
た第2餌域だけで形成したものである。n0ソース、ド
レイン領域は第1 H域である36.37.第2領域で
ある16.17から成っている。
d、実施例4 本発明の応用例 (第4rI!J)第4
図fatはアニール前の半導体薄膜の第1領域2にn’
a−5t膜23とP型a−5i膜22の2層を、第2領
域21にP型a−5i膜を用いた構造を示す、第1 w
i域2と第2 wi域21の膜厚差はn”a−5i膜2
3の膜厚またはそれ以上である。
n″a−3i膜23は例えばArレーザ光をよく吸収す
るので、エネルギー吸収の第2領域21に対する差はよ
り大きくなる。第4図(blは、ビームアニール後の断
面であり、n’ a−SillQ23中の不純物例えば
Pが再分布し、再結晶膜1 R域3はn゛化される。
再結晶第2領域31にはPが再分布するが、その拡がり
はビーム走査速度を速くすることにより小さくできる。
この再結晶第1領域3をn゛ソースたはドレインとして
TPT製作時に利用できる。
C0実施再5 応用例 (第5図) 第5図ta+は、第4図の例の第2領域21上にSiO
□膜14膜形4したもので、ビームアニールにより第5
図(blになる。このSingはビームアニール時の不
純物再分布にマスク効果を一部もつと共に放熱の際の第
2領域21のヒートシンクともなり、本発明を一層効果
的なものとする。勿論、第1図の試F)構造にも適用で
きる。この絶縁膜14はS10□に限らすSiN等でも
用いられ、ビームに対しほぼ透明でかつ耐熱性があれば
よい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、簡Jliな試料構造で大粒径または単
結晶の再結晶半導体RH2がi)られる、特に薄い半導
体薄膜に有効なので、耐光性やキャリア移動度に優れた
TFTなどのデバイスを得ることができる。第4図の例
では、不純物拡散も同時に行えるので、工程前単化にも
なる。
主にa−51膜をレーザアニールする例を述べてきたが
、多結晶31や他の半導体にも、また他のビームアニー
ル方法例えば電子ビーム、赤外線ビームランプ光のC−
やパルスアニールにも適用できる。
また、不純物添加されたS+膜として、n’a−3iの
例を述べたが、これはPoでも、またはGe等の不純物
を含んでも同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図fat〜(C)は本発明により再結晶化工程の断
面図、第1図(diは温度、透過光強度分布図であり、
第2図(at〜(di及び第3図(al〜fclはそれ
ぞれ本発明による再結晶化膜を用いたTPTの製造工程
図及び構造図、第4図(al〜(b)及び第5図(al
〜(b)はそれぞれ本発明の他の実施例により試料構造
図である。 l・・・基板 2・・・a−8i膜 第1fIlT域 21・・・第2 wi域 a−5illQ3・・・再結
晶膜(第1 wi域) 31・・・第2 wi域再結晶膜 40・・・レーザ光 4・・・ゲート絶縁膜 5 ・ ・ ・ゲート電極 6・・・ソース電極 7・・・ドレイン電極 16.1?、36,3L ・・n’ wIVi以上 第1図0本発明による製造工程断面図 位置 第2図、TPT製造工程断古目 第3図、TPT構造図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁基板上の半導体薄膜にエネルギービームを照
    射して再結晶半導体薄膜を形成するにあたり、前記半導
    体薄膜に厚みの厚い第一領域と、前記ビームがある程度
    透過する厚みの薄い第2領域とを設け、第1領域と第2
    領域とに同時に前記ビームを照射して第2領域の温度上
    昇が第1領域より少なくすることを特徴とした半導体薄
    膜の再結晶化方法。
  2. (2)前記半導体薄膜が非晶質または多結晶のシリコン
    膜で、前記第2領域の厚みが3000Å以下であり、前
    記ビームが可視光またはそれ以下の波長をもつレーザ光
    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)前記第1領域が不純物密度の低い第1半導体薄膜
    と不純物密度の高い第2半導体薄膜の2層構造より成り
    、第2領域が前記第1半導体薄膜の1層構造から成り第
    2領域の第1半導体薄膜の厚み以下の厚みを有すること
    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
    半導体薄膜の再結晶化方法。
  4. (4)前記半導体薄膜の第1領域上の少なく共一部には
    前記ビームに対しほぼ透明な絶縁膜が選択形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項の
    いずれか記載の半導体薄膜の再結晶化方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07509814A (ja) * 1993-01-07 1995-10-26 ユー、シイ−チャン リードオンリーメモリセル

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5939791A (ja) * 1982-08-27 1984-03-05 Agency Of Ind Science & Technol 単結晶の製造方法
JPS59175116A (ja) * 1983-03-24 1984-10-03 Agency Of Ind Science & Technol 単結晶半導体薄膜の製造方法
JPS627116A (ja) * 1985-07-03 1987-01-14 Agency Of Ind Science & Technol Soi単結晶作製法

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