KR960001165B1 - A method for manufacturing a semiconductor device and a method - Google Patents

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KR960001165B1
KR960001165B1 KR1019950034039A KR19950034039A KR960001165B1 KR 960001165 B1 KR960001165 B1 KR 960001165B1 KR 1019950034039 A KR1019950034039 A KR 1019950034039A KR 19950034039 A KR19950034039 A KR 19950034039A KR 960001165 B1 KR960001165 B1 KR 960001165B1
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light
semiconductor
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irradiating
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슈운페이 야마자끼
홍용 장
나오토 구스모토
야스히코 다케무라
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한도타이 에네루기 겐큐쇼주식회사
슈운페이 야마자끼
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Abstract

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Description

반도체 장치 제조 방법 및 반도체 재료 형성 방법Semiconductor device manufacturing method and semiconductor material forming method

제1도는 레이저 어닐된 규소 피막의 라만 피크의 중심치(RAMAN SHIFT, 횡축)와 전자 이동도(종축)의 관계를 도시(피막중의 산소 농도는 2×1021cm-3).1 shows the relationship between the center value (RAMAN SHIFT, horizontal axis) of the Raman peak of the laser-annealed silicon film and the electron mobility (vertical axis) (oxygen concentration in the film is 2 x 10 21 cm -3 ).

제2도는 여러가지 산소 농도의 레이저 어닐된 규소 피막의 라만 피크의 중심치(RAMAN SHIFT, 횡축)와 전자 이동도(종축)의 관계를 도시.2 shows the relationship between the center value (RAMAN SHIFT) of the Raman peak of the laser-annealed silicon film of various oxygen concentrations and the electron mobility (vertical axis).

제3도는 여러가지 산소 농도의 레이저 어닐된 규소 피막의 라만 피크의 반치폭에 대한 단결정 규소의 라만 피크 반치폭에 대한 비율(FWHM RATIO, 횡축)과 전자 이동도(종축)의 관계를 도시.3 shows the relationship between the ratio (FWHM RATIO, horizontal axis) to the Raman peak half width of single crystal silicon to the half width of the Raman peak of the laser annealed silicon film of various oxygen concentrations and the electron mobility (vertical axis).

제4도는 여러가지 산소 농도의 레이저 어닐된 규소 피막에 대한 라막 피크의 아몰퍼스 성분의 강도(480cm-1의 피크)에 관하여 단결정 규소 성분의 강도(521cm-1의 피크)에 대한 비율(Ia/Ic, 횡축)과 전자 이동도(종축)의 관계를 도시.A fourth intensity of turning the single crystal silicon component with respect to the intensity (peak of 480cm -1) of the amorphous component of the ramak peak for the laser annealing the silicon film in the various oxygen concentrations (peak of 521cm -1) ratio for (Ia / Ic, The relationship between the horizontal axis) and the electron mobility (vertical axis) is shown.

제5도는 어느 전계 효과 트랜지스터의 채널 형성 영역에 있어서, 라만 피크의 FWHM의 장소 의존성을 도시(종축 : FWHM, 횡축 :X/L(L : 채널 길이)).5 shows the positional dependence of the FWHM of the Raman peak in the channel formation region of a field effect transistor (vertical axis: FWHM, horizontal axis: X / L (L: channel length)).

제6a도 내지 제6c도는 전계 효과형 트랜지스터의 제작 방법예를 도시.6A to 6C show an example of a method of manufacturing a field effect transistor.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

601 : 기판 602 : 반도체 피막601 substrate 602 semiconductor film

603 : 절연체 피막 604 : 게이트 전극603: insulator coating 604: gate electrode

605 : 포토 레지스터 606 : 소스 영역605: photo register 606: source region

607 : 드레인 영역 608 : 소스 전극607: drain region 608: source electrode

609 : 드레인 전극609: drain electrode

[산업상의 이용분야][Industrial use]

본 발명은 규소를 주성분으로 하는 반도체 재료에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 박막상의 규소 반도체 재료의 특성 향상을 목적으로 하고, 본 발명에 따라 반도체 재료를 이용함으로써 특성이 개선된 박막 반도체 장치(박막 트랜지스터등)를 제작할 수 있다.The present invention relates to a semiconductor material mainly containing silicon. In particular, the present invention aims at improving the characteristics of a thin silicon semiconductor material, and according to the present invention, a thin film semiconductor device (such as a thin film transistor) having improved characteristics can be manufactured.

[종래 기술][Prior art]

종래, 박막 전계 효과 트랜지스터등의 박막 반도체 장치를 제작하는데는 비결정질의 반도체 재료(소위, 아몰퍼스 반도체) 또는 다결정질의 반도체 재료를 이용하고 있었다. 이하, 아몰퍼스라는 언어는 순수하게 원자 레벨의 무질서만을 의미하는 것이 아니고, 수 nm 정도의 근거리 질서가 존재하고 있도록 하는 물질을 포함하여 사용된다. 구체적으로는 전자 이동도가 10cm2/V.S 이하의 규소 재료 또는 그 물질의 캐리어 이동도가 그 반도체 물질의 본질적인 캐리어 이동도에 대한 1% 이하의 재료를 의미하고 있다. 따라서, 통상 마이크로 크리스탈(라만 시프트의 시라식에서 계산하여 입경 50∼50Å를 가진다) 또는 세미 아몰퍼스(격자 왜곡을 가지며, 라만 시프트가 521cm-1보다 저파수측에 벗어나 있으며, 아몰퍼스와 결정이 혼재하고 있는 경계가 모호한 결정 구조를 가진다)라는 칭한다. 10nm 정도의 미세한 결정의 집합체인 물질도 아몰퍼스라고 한다.Conventionally, amorphous semiconductor materials (so-called amorphous semiconductors) or polycrystalline semiconductor materials have been used to fabricate thin film semiconductor devices such as thin film field effect transistors. Hereinafter, the language amorphous is not used to mean purely an atomic level disorder, but includes a substance which allows a near order order of several nm to exist. Specifically, a silicon material having an electron mobility of 10 cm 2 / VS or less, or a carrier mobility of the material, means a material of 1% or less relative to the essential carrier mobility of the semiconductor material. Therefore, microcrystals (having a particle diameter of 50 to 50 microns calculated from the Raman shift Syrah formula) or semi-morphs (having lattice distortion, the Raman shift is off the lower wave side than 521 cm -1 , and amorphous and crystal are mixed Boundary has an ambiguous crystal structure). The material, which is an aggregate of fine crystals of about 10 nm, is also called amorphous.

그런데, 아몰퍼스 반도체(아몰퍼스 실리콘이나 아몰퍼스 게라므늄등)를 이용하는 경우에 400℃ 이하의 비교적 저온에서 제작할 수 있기 때문에, 고온 프로세스를 채용할 수 없는 액정 디스플레이등에서 유망한 방법으로서 주목되고 있다.By the way, when using an amorphous semiconductor (such as amorphous silicon, amorphous germanium, etc.), since it can manufacture at a comparatively low temperature of 400 degrees C or less, it is attracting attention as a promising method in the liquid crystal display etc. which cannot adopt a high temperature process.

그러나, 순수 아몰퍼스 반도체는 그 캐리어 이동도(전자 이동도나 홀 이동도)가 현저하게 작으므로, 이들을 그대로, 예를들면 박막 트랜지스터(TFT)의 채널 형성 영역으로서 사용하는 것은 드물고, 통상은 이들 아몰퍼스 반도체 재료에 레이저 광이나 키세논 램프광등의 강광을 조사하여 용융 재결정시켜 결정질의 반도체 재료로 변성시키고, 이 캐리어 이동도를 향상시켜 사용하고 있었다(이하의 문장에서는 이 방법을 「레이저 어닐」이라고 하지만, 반드시 레이저를 사용해야만 하는 것은 아니다. 레이저 어닐 광 조사와 같은 효과를 가지는 강력한 플래쉬 램프광을 조사하는 경우도 포함되는 것으로 한다).However, since pure amorphous semiconductors have remarkably small carrier mobility (electron mobility and hole mobility), these amorphous semiconductors are rarely used as they are, for example, as channel formation regions of thin film transistors (TFTs). The material was irradiated with strong light such as laser light or xenon lamp light, melted and recrystallized into a crystalline semiconductor material, and this carrier mobility was improved and used (in the following sentence, this method is referred to as "laser annealing" It is not necessary to use a laser, including the case of irradiating a strong flash lamp light having an effect such as laser annealing light irradiation).

그러나, 레이저 어닐법에 의하여 종래 얻더지고 있던 반도체 재료의 캐리어 이동도는 단결정 반도체 재료로서 얻어지는 것보다 일반적으로 작았다. 예를들면, 규소 피막의 경우에는 보고되어 있는 것으로 가장 큰 전자 이동도는 200cm2/V.S이고, 이것은 단결정 규소의 전자 이동도 1350cm2/V.S의 7분의 1밖에 없다. 또한, 레이저 어닐법에 의하여 얻어지는 반도체 재료의 특성(주로서 이동도)은 재현성이 부족하고, 또한, 동일한 같은 피막내에 있어서 이동도의 불균형이 크고, 다수의 소자를 동일 평면내에 형성하는 경우에는 얻어지는 반도체 소자의 특성 불균형이 크므로, 제품의 수율이 현저하게 저하하였다.However, the carrier mobility of the semiconductor material conventionally obtained by the laser annealing method was generally smaller than that obtained as the single crystal semiconductor material. For example, in the case of the silicon film it is also largest electromigration that is reported is 200cm 2 / VS, this is not only one-seventh of the electron mobility of the single crystal silicon is also 1350cm 2 / VS. In addition, the characteristics (mobility mainly) of the semiconductor material obtained by the laser annealing method are insufficient in reproducibility, have a large imbalance in mobility in the same film, and are obtained when a large number of elements are formed in the same plane. Since the characteristic imbalance of a semiconductor element is large, the yield of a product fell remarkably.

[발명이 해결하고자 하는 과제][Problem to Solve Invention]

본 발명은 종래의 레이저 어닐법에서는 이동도가 단결정 반도체 재료에 비하여 매우 작고, 또한, 그 재현성이 나쁘므로, 실용화 할 수 없었던 박막상의 반도체 재료의 특성을 개선하는 것을 목적으로 한다. 즉, 이동도가 높은 박막상 반도체 재료를 제공하고, 재현성 좋게 높은 이동도를 얻는 반도체 재료의 제작 방법을 제공한다.An object of the present invention is to improve the characteristics of a thin-film semiconductor material that cannot be put to practical use because the mobility in the conventional laser annealing method is very small compared to a single crystal semiconductor material and its reproducibility is poor. That is, the present invention provides a thin film semiconductor material having high mobility, and a method of manufacturing a semiconductor material having high mobility with high reproducibility.

[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]

그런데, 라만 분광법은 물질의 결정성을 평가하는 것으로 유효한 방법이고, 레이저 어닐법에 따라서 제작된 반도체 피막의 결정성을 정량화하는 목적으로도 사용된다. 본 발명인들은 레이저 어닐법에 연구에 있어서, 얻어지는 반도체 피막의 라만 피크의 중심치, 라만 피크의 폭 및 라만 피크의 높이등과 반도체 피막의 특성에는 매우 밀접한 관계가 있는 것을 발견하였다.By the way, Raman spectroscopy is an effective method for evaluating the crystallinity of a substance, and is also used for the purpose of quantifying the crystallinity of a semiconductor film produced by the laser annealing method. The inventors of the present invention have found that, in the study of the laser annealing method, the center value of the Raman peak of the semiconductor film obtained, the width of the Raman peak, the height of the Raman peak, and the like are closely related to the characteristics of the semiconductor film.

예를들면, 단결정 규소에서는 521cm-1에 라만 피크가 존재하지만, 레이저 어닐 처리된 규소 피막의 라만 피크는 그보다도 단파수(장파장)측에 이동하는 경향이 관찰되었다. 그리고, 이때의 라만 피크의 중심치와 얻어진 반도체 박막의 캐리어 이동도와는 강한 상관 관계가 있는 것이 발견되었다.For example, although the Raman peak exists in 521cm <-1> in single crystal silicon, the Raman peak of the laser-annealed silicon film tended to move to the short wave length (long wavelength) rather than that. And it was found that there is a strong correlation between the center value of the Raman peak at this time and the carrier mobility of the obtained semiconductor thin film.

제1도는 이 관계를 나타내는 한 예이지만, 아몰퍼스 실리콘 피막을 레이저 어닐 처리하여 얻어진 피막의 라만 피크의 중심치(횡축)와 피막의 전자 이동도(종축)의 관계를 나타낸다. 전자 이동도는 규소 피막에 의하여 TFT를 제작하고 CV(용량-전압) 특성을 측정함으로써 얻어진 값을 나타내고 있다.Although FIG. 1 is an example showing this relationship, the relationship of the center value (horizontal axis) of the Raman peak of a film obtained by laser annealing an amorphous silicon film and the electron mobility (vertical axis) of a film is shown. Electron mobility has shown the value obtained by manufacturing TFT by a silicon film, and measuring CV (capacitance-voltage) characteristic.

도면에서 알 수 있듯이, 라만 피크의 중심치가 515cm-1을 경계로서, 전자 이동도의 움직임에 큰 차이를 볼 수 있다 즉, 515cm-1이하에서는 전자 이동도의 라만 피크의 이존성은 작지만, 515cm-1이상에서는 피크의 중심치의 증가에 따라, 급속하게 전자 이동도가 증가한다.As can be seen from the figure, the center of the Raman peak is bounded by 515 cm −1, which shows a large difference in the movement of the electron mobility. That is, below 515 cm −1 , the Raman peak of the electron mobility is small, but the 515 cm Above -1 , as the center value of the peak increases, electron mobility rapidly increases.

이 현상은 명확하게 2개의 상이 존재하는 것을 나타내고 있다. 본 발명자의 연구에 의하면, 515cm-1이하에서는 레이저 어닐에 의하여도 피막이 용융하지 않고, 고상인채 원자의 질서화가 진행한 것이고, 515cm-1이상에서는 레이저 어닐에 의하여 피막이 용융하고, 액상 상태를 지나 고화한 것으로 추정되어 있다.This phenomenon clearly shows that two phases exist. According to the research of the present inventors, the film does not melt even by laser annealing at 515 cm -1 or less, and the ordering of atoms remains as solid phase, and the film melts by laser annealing at 515 cm -1 or more, and solidifies through a liquid state. It is estimated that.

라만 피크의 중심치는, 단결정 규소의 라만 피크값 521cm-1을 초과하지 않고, 얻어진 전자 이동도의 최대치는 약 200cm2/V.S이었다.The center value of the Raman peak did not exceed the Raman peak value of 521 cm -1 of single crystal silicon, and the maximum value of the obtained electron mobility was about 200 cm 2 / VS.

다음에, 본 발명인들은 이동도를 향상시키기 위한 연구의 도중에서, 피막중에 함유되는 산소, 질소, 탄소량이 이동도에 큰 영향을 가지고 있는 것을 발견하였다. 제1도에 나타내어 있는 것에서는 막중에 존재하는 질소 원자 및 산소 원자의 수는 무시할 수 있는 정도의 미량의 것이었지만, 산소 원자의 수는 막의 중앙부에서, 2×1021cm-3정도이었다. 그래서, 막중에 포함되는 산소 원자의 수를 감소시킴으로서, 라만 피크의 중심치와 전자 이동도의 관계가 어떻게 변화하는가를 조사하였다.Next, the inventors found that the amount of oxygen, nitrogen, and carbon contained in the coating has a great influence on the mobility during the study for improving the mobility. In FIG. 1, the number of nitrogen atoms and oxygen atoms present in the film was negligible, but the number of oxygen atoms was about 2 x 10 21 cm -3 at the center of the film. Thus, by reducing the number of oxygen atoms contained in the film, it was investigated how the relationship between the center of the Raman peak and the electron mobility changes.

이하, 본 명세서에서는 이들의 산소, 질소, 탄소등의 이종 원소의 농도는 피막의 중심 부분의 농도를 말한다. 왜냐하면, 피막의 기판에 가까운 부분, 또는 피막의 표면 근방은 이들 이종 원소의 농도가 매우 높지만, 이들의 영역에 존재하는 이종 원소는 본 발명에서 문제로 하는 캐리어 이동도에는 큰 영향을 주지 않는 것이라고 생각되기 때문이다. 피막중에서 가장 이들 다른 원소의 농도가 작은 부분은 통상의 피막에서는 막의 중앙 부분이고, 또한 막의 중앙 부분은 전계 효과형 트랜지스터등의 반도체 장치에서 중요한 역할을 완수하는 것으로 생각되기 때문이다. 이상과 같은 이유에서, 본 명세서에서 단순히 이종 원소의 농도라는 경우에는 피막 중앙부의 농도를 가리킨다.Hereinafter, in this specification, the density | concentration of these heterogeneous elements, such as oxygen, nitrogen, and carbon, means the density | concentration of the center part of a film. This is because the concentration of these dissimilar elements in the portion near the substrate of the coating or near the surface of the coating is very high, but the dissimilar elements present in these regions do not significantly affect the carrier mobility in question in the present invention. Because it becomes. This is because the portion of the film having the smallest concentration of these other elements is considered to be the central portion of the film in the ordinary coating, and the central portion of the film is considered to play an important role in semiconductor devices such as field effect transistors. For the above reasons, in the present specification, the concentration of the heterogeneous element refers to the concentration of the central portion of the film.

이것을 제2도에 나타낸다. 제2도에서 알 수 있듯이, 막중의 산소 농도를 감소시키므로써, 현저한 전자이동도를 향상시킬 수 있었다. 이 경향은 막중에 탄소나 질소가 포함되는 경우에서도 마찬가지이었다. 그 이유로서 본 발명인들은 막중의 산소 원자가 많은 경우에는 레이저 어닐에 의하여 피막이 용융 재결정할때에, 산소 원자가 적은 부분이 결정핵으로 되어 결정 성장하는 것이지만, 막중에 포함되는 산소 원자는 그 결정의 성장과 함께 주변으로 따라가게 되고, 입자경계에 적출하여, 피막 전체를 통하여 본 경우, 입자경계에 생기는 배리어를 위하여 이동도가 작게 된다는 설과, 레이저 어닐에 의하여 산소 원자 또는 산소 원자의 농도가 큰 영역(일반적으로 융점이 순수한 규소보다 크다고 생각된다)이 결정핵으로 되어 결정 성장하는 것이지만, 산소 원자의 수가 많은 경우에는 결정핵의 발생이 많고, 따라서 1개당의 결정 크기가 작게 되어 이동도가 작고, 또한 결정성이 손상된다는 설을 제안하고 있다.This is shown in FIG. As can be seen in Figure 2, by reducing the oxygen concentration in the film, it was possible to improve the remarkable electron mobility. This tendency was the same even when carbon and nitrogen were included in the film. For this reason, the present inventors believe that when the film is melt recrystallized by laser annealing when there are a large number of oxygen atoms in the film, the portion of the oxygen atoms becomes crystal nuclei and grows crystallized. Together with the surroundings, and when extracted through the grain boundary and viewed through the entire film, the mobility is reduced for the barrier generated in the grain boundary, and the region where the concentration of oxygen atoms or oxygen atoms is large by laser annealing ( Generally, melting point is thought to be larger than pure silicon), which becomes crystal nuclei and grows crystallized. However, when the number of oxygen atoms is large, crystal nuclei occur more frequently, so that the crystal size per one becomes smaller and the mobility is smaller. It is suggested that the crystallinity is impaired.

어느 것으로 하여도, 피막중의 산소 농도는 작게 함으로써, 레이저 어닐에 의하여 매우 큰 전자 이동도를 얻을 수 있었다. 예를들면 산소 농도를 1×1019cm-8로 함으로서, 1000cm2/V.S 라는 큰 전자 이동도가 얻어졌다. 산소 농도 이외에도 질소의 농도나 탄소의 농도를 작게 함으로써도 같은 효과를 얻을 수 있었다. 홀 이동도에 대하여도 같은 영향을 얻었다.In any case, by making the oxygen concentration in the film small, very large electron mobility was obtained by laser annealing. For example, a large electron mobility of 1000 cm 2 / VS was obtained by setting the oxygen concentration to 1 × 10 19 cm -8 . In addition to the oxygen concentration, the same effect can be obtained by reducing the concentration of nitrogen and the concentration of carbon. The same effect was obtained for the hole mobility.

산소 농도가 큰 경우에서도 작은 경우에서도, 라만 피크의 위치와 전자 이동도의 곡선은 제1도의 경우와 마찬가지로 구부러진 모양을 나타내었다. 본 발명인들은 제2도의 점선에서 우측의 영역을 레이저 어닐에 따라서 피막이 한번 용융한 후에 재결정한 것으로 추정하고, 이 영역을 용융-재결정 영역이라고 명명하였다. 이 용융-재결정 영역에서 큰 이동도가 얻어졌다. 본 발명의 반도체 재료는 산소, 질소, 탄소의 이종원소의 농도가 모두 5×1019cm-3이하이고, 라만 시프트 512cm-1이상(용융-재결정화 영역)인 것이 좋다.Even when the oxygen concentration is large or small, the curves of the Raman peak position and electron mobility show a curved shape as in the case of FIG. The inventors estimated that the region on the right side of the dotted line in FIG. 2 was recrystallized after the film melted once according to the laser annealing, and named this region the melt-recrystallization region. Large mobility was obtained in this melt-recrystallization region. The semiconductor material of the present invention preferably has a concentration of hetero atoms of oxygen, nitrogen, and carbon of 5 × 10 19 cm −3 or less and a Raman shift of 512 cm −1 or more (melt-recrystallization region).

본 발명인들은 같은 경향이 라만 피크의 반치폭(FWHM)에서도 볼 수 있는 것을 발견하였다. 이 상태를 제3도에 나타낸다. 제3도의 횡축은 레이저 어닐한 피막의 라만 피크의 반치폭을 장결정 규소의 반치폭 나눈 것이고, 여기서는 반치폭비(FWHM RATIO)이라 부른다. FWHM RATIO가 작고, 1에 가까운 것만큼 단결정 규소에 가까운 구조를 가지고 있다고 생각된다. 그리고, 도면에서 알 수 있듯이, 산소 농도가 같은 경우에는 FWHM RATIO가 1에 가까운 것만큼 전자 이동도가 크다는 것을 알 수 있었다. 먼저의 라만 피크의 중심치인 경우와 마찬가지로 막중의 산소 농도가 적은 것만큼 전자 이동도가 크고, 같은 경향은 산소의 농도 이외에도 질소나 탄소의 농도에 관하여도 볼 수 있었다. 즉 이들의 농도가 적은 것만큼 큰 전자 이동도가 얻어졌다. 홀 이동도에 대하여도 같은 경향을 볼 수 있었다. 이 경우에도 제2도의 경우와 마찬가지로 제3도의 점선에서 좌측은 용융-재결정 영역인 것으로 생각하고 있다.The inventors have found that the same tendency is seen in the full width at half maximum (FWHM) of the Raman peak. This state is shown in FIG. The abscissa in Fig. 3 is the half width of the Raman peak of the laser annealed film divided by the half width of the long crystal silicon, which is referred to herein as the half width ratio (FWHM RATIO). It is thought that FWHM RATIO is small and has a structure close to single crystal silicon as close to one. As can be seen from the figure, when the oxygen concentrations are the same, the electron mobility is as large as the FWHM RATIO is close to one. As in the case of the center of the Raman peak, the electron mobility was as large as the oxygen concentration in the film was small, and the same tendency was observed in the concentration of nitrogen and carbon in addition to the oxygen concentration. That is, electron mobility as large as these concentrations were obtained was obtained. The same tendency was seen for the hole mobility. In this case as well as in the case of FIG. 2, the left side in the dotted line of FIG. 3 is considered to be the melt-recrystallized region.

본 발명인들은 라만 피크중 막중의 아몰퍼스 성분에 기인하는 피크의 강도에 관하여도 전자 이동도와 밀접한 상관이 있음을 알 수 있었다. 제4도는 레이저 어닐한 피막의 아몰퍼스 성분에 기인하는 라만 피크(480cm-1부근의 피크)의 강도(Ia)를 단결정 규소의 라만 피크 Ic(52cm-1부근의 피크)로서 나눈 것이고, 이하, INTENSITY RATIO라고 부른다. INTENSITY RATIO에 관하여는 막중의 산소 농도가 같으면, INTENSITY RATIO가 작다. 즉, 막중의 아몰퍼스 성분이 적은 만큼 전자 이동도가 크고, 막중에 포함되는 산소의 량이 적은 만큼 전자 이동도가 크게 되었다. 같은 경향은 산소의 농도 이외에도, 질소나 탄소의 농도에 관하여도 볼 수 있었다. 즉, 이들의 농도가 작은 것만큼 큰 전자 이동도가 얻어졌다. 홀 이동도에 대하여도 같은 경향을 볼 수 있었다. 이 경우에도 제2도, 3도의 경우와 마찬가지로 제4도의 점선에서 좌측은 용융-재결정 영역이라고 생각하고 있다.The inventors have found that the Raman peak has a close correlation with the electron mobility also with respect to the intensity of the peak due to the amorphous component in the film. 4 will turn divided by a Raman peak Raman peak Ic (peak in the vicinity of 52cm -1) of (480cm -1 near the peak) single crystal silicon the intensity (Ia) of due to the amorphous component of the laser annealing the film, below, INTENSITY It is called RATIO. Regarding INTENSITY RATIO, if the oxygen concentration in the film is the same, INTENSITY RATIO is small. In other words, the less the amorphous component in the film, the greater the electron mobility, and the smaller the amount of oxygen contained in the film, the greater the electron mobility. The same trend was observed not only for the oxygen concentration but also for the nitrogen and carbon concentrations. That is, electron mobility as large as these concentrations was obtained was small. The same tendency was seen for the hole mobility. Also in this case, it is considered that the left side of the dotted line in FIG. 4 is a melt-recrystallized region as in the case of FIGS. 2 and 3.

경험적으로 라만 피크의 강도가 큰 경우에는 큰 캐리어 이동도가 얻어지고, 산소, 질소, 탄소의 농도가 작은 피막의 라만 피크의 강도는 크게된다.Empirically, when the intensity of the Raman peak is large, a large carrier mobility is obtained, and the intensity of the Raman peak of the film having a small concentration of oxygen, nitrogen, and carbon becomes large.

이상과 같이, 캐리어 이동도를 향상시키기 위해서는 막중의 산소, 질소, 탄소량을 감하면 양호하다는 것을 알 수 있었다. 특히, 본 발명인들은 이들 원소량이 모두 5×1019cm-3이하, 바람직한 것은 1×1019cm-3이하로 하므로써, 예를들면, 규소막에서 전자 이동도로서 1000cm2/V.S 값이 얻어지는 것을 발견하였다. 본 발명들은 이들 원소의 농도를 감함으로써, 보다 단결정 반도체의 캐리어 이동도에 가까운 값이 얻음과 동시에, 그 재현성을 높힐 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 같은 방법에 의하여, 홀 이동도로서 300∼500cm2/V.S 값을 안정하게 얻을 수 있었다.As mentioned above, in order to improve carrier mobility, it was found that the amount of oxygen, nitrogen, and carbon in the film should be reduced. Particularly, the inventors of the present inventors have all of these elements to be 5 × 10 19 cm −3 or less, preferably 1 × 10 19 cm −3 or less, so that, for example, a 1000 cm 2 / VS value is obtained as electron mobility in a silicon film. I found that. The present invention has found that by reducing the concentration of these elements, a value closer to the carrier mobility of a single crystal semiconductor can be obtained and the reproducibility can be improved. Moreover, by the same method, 300-500 cm <2> / VS value was obtained stably as a hole mobility.

본 발명의 레이저 어닐은 대기압하에서도 또한 감압하에서도 행하여도 좋다.The laser annealing of the present invention may be performed at atmospheric pressure or under reduced pressure.

탄소, 질소, 산소의 농도가 모두 5×1019cm-3이하, 바람직한 것은 10× 1019cm-3이하인 비결정성의 반도체 막을 레이저 광 또는 그와 동등한 강광으로 조사한다.An amorphous semiconductor film having a concentration of carbon, nitrogen, and oxygen of 5 × 10 19 cm −3 or less, preferably 10 × 10 19 cm −3 or less, is irradiated with laser light or equivalent light beam.

그러나, 예를들면 그들 원소의 농도를 1×1016cm-3이하로 하는 것은 매우 진공도가 높은 환경에서, 매우 이들 원소의 농도가 작은(1×1016cm-3이하)의 피막에 레이저 어닐을 행하여도 쉽게 달성할 수 있다. 이것은 분위기중에 미량 포함되는 산소 가스, 질소 가스, 수분, 2산화 탄소등이 레이저 어닐일때에 막중에 도입되기 때문에, 또는 막의 표면에 흡착되어 있던 이들의 가스가 레이저 어닐일때에 막중에 도입되기 때문이라고 추측된다.However, for example, laser annealing the concentration of the above elements in the film of 1 × 10 16 cm -3 or less in it a very high vacuum environment, so these elements have a small concentration (× 10 16 cm -3 or less 1) of It can also be easily achieved. This is because oxygen gas, nitrogen gas, moisture, carbon dioxide, etc. contained in a small amount in the atmosphere are introduced into the film during the laser annealing, or these gases adsorbed on the surface of the film are introduced into the film during the laser annealing. I guess.

그리고, 이들의 곤란을 피하기 위하여는 특별한 제작 방법이 필요하다. 1개의 방법은 산소, 질소, 탄소의 농도가 매우 작다. 예를들면, 1015cm-3이하로 아몰퍼스 반도체 막의 표면을 피복하여, 산화 규소, 질화 규소, 탄화 규소등의 보호막을 형성한후, 진공 분위기중(10-4torr 이하)에서 레이저 어닐을 행함으로써, 매우 산소, 질소, 탄소의 농도가 작고, 높은 이동도의 반도체 피막을 형성할 수 있다. 예를들면 탄소, 질소, 산소의 농도가 모두 1×1015cm-3이하이고, 전자 이동도가 1000cm2/V.S의 규소 피막이 얻어졌다.In order to avoid these difficulties, a special production method is required. One method has very small concentrations of oxygen, nitrogen and carbon. For example, the surface of an amorphous semiconductor film is covered by 10 15 cm -3 or less to form a protective film such as silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, and then subjected to laser annealing in a vacuum atmosphere (10 -4 torr or less). Thus, the concentration of oxygen, nitrogen, and carbon is very small, and a high mobility semiconductor film can be formed. For example, a silicon film having a concentration of carbon, nitrogen, and oxygen of 1 × 10 15 cm −3 or less and an electron mobility of 1000 cm 2 / VS was obtained.

아몰퍼스 반도체 막의 표면을 피복하여, 산화 규소, 질화 규소, 탄화 규소등의 보호막을 형성할때에는, 1개의 진공 장치를 가지는 챔버이고, 예를들면, CVD법이나 스퍼터법에 의하여 아몰퍼스 반도체 피막을 형성한 후에, 같은 챔버내에서 분위기를 변화하지 않도록, 또는 한번 매우 고진공의 상태로 한후, 성막에 적합한 분위기로 함으로서, 연속적으로 성막하는 방법이 적당하다. 그러나 보다 제품의 수율, 재현성, 신뢰성을 향상하기 위하여는 각각 피막의 형성에 전용의 챔버를 준비하고, 제품은 매우 고진공에 유지한 상태인채 각 챔버를 이동하는 방식을 채용하는 것이 좋다. 이들 성막 방법의 선택은 설비 투자의 규모에 의하여 이루어진다. 어느 방법을 채용하여도 중요한 것은 하지(下地)의 아몰퍼스 반도체 막에 포함되는 산소, 질소, 탄소는 충분히 적고 아몰퍼스 반도체와 그 위의 보호막 계면에는 가스가 흡착되어 있지 않은 것이다. 예를들면, 매우 순수한 아몰퍼스 반도체 막을 형성하여도, 한번 그 막을 대기에 노출한 후, 그 위에 질화 규소 피막을 형성한 경우에는 그 피막을 레이저 어닐하여 얻어지는 피막의 캐리어 이동도는 일반적으로 적은 것이고, 이동도가 큰 것이 얻어지는 확률은 매우 작다. 이것은 아몰퍼스 반도체 막의 표면에 가스가 흡착되고, 이것이 후의 레이저 어닐일때에 피막중에 확산하기 때문인 것으로 생각된다.When forming the protective film of silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, etc. by covering the surface of an amorphous semiconductor film, it is a chamber which has one vacuum apparatus, For example, an amorphous semiconductor film was formed by the CVD method or the sputtering method. Later, the film is continuously formed by changing the atmosphere in the same chamber or by setting it to a very high vacuum state and then setting it in an atmosphere suitable for film formation. However, in order to further improve the yield, reproducibility, and reliability of the product, it is better to prepare a dedicated chamber for forming the film, and to move each chamber while keeping the product in a very high vacuum. The selection of these deposition methods is made by the scale of facility investment. Either method is important, since oxygen, nitrogen, and carbon contained in the underlying amorphous semiconductor film are sufficiently small, and no gas is adsorbed at the amorphous semiconductor and the protective film interface thereon. For example, even when a very pure amorphous semiconductor film is formed, when the film is once exposed to the atmosphere and then a silicon nitride film is formed thereon, the carrier mobility of the film obtained by laser annealing the film is generally small, The probability of obtaining a large mobility is very small. This is considered to be because gas is adsorbed on the surface of the amorphous semiconductor film and this diffuses into the film during the subsequent laser annealing.

이때의 보호막의 재료로서는 레이저 광을 투과하는 조건을 만족하면, 산화 규소, 질화 규소나 탄화 규소이어도 좋고, 이들이 혼재한 화학식 SiNxOyCz(O≤x≤4/3, O≤y≤2, O≤z≤1, O≤3x+2y+4z≤4)으로 나타내는 재료를 포함하는 재료이어도 상관없다. 그 두께는 50∼1000nm이 적합하였다.The material of the protective film at this time may be silicon oxide, silicon nitride or silicon carbide as long as the conditions for transmitting the laser light are satisfied, and the chemical formulas SiN x O y C z (O≤x≤4 / 3, O≤y≤) are mixed. It may be a material containing a material represented by 2, O ≦ z ≦ 1, O ≦ 3x + 2y + 4z ≦ 4). 50-1000 nm was suitable for the thickness.

그런데, 본 발명은 아몰퍼스 반도체 피막중의 산소, 질소, 탄소의 농도를 저감하는 것 및 레이저 어닐일때에 존재하는 산소, 질소, 탄소의 농도를 저감함으로써, 높은 캐리어 이동도를 가지는 반도체 피막을 얻은것을 명확하게 한 것이지만, 이때 얻어지는 전자 이동도 또는 홀 이동도는 측정을 위하여 형성된 전계 효과 트랜지스터의 채널 형성 영역의 평균치이고, 채널 형성 영역의 미세한 각 부분에 있어서 이동도는 구할 수 없다. 그러나 본 발명의 제1도 내지 제4도 및 그들에 관련하는 기술에서 명확하듯이, 캐리어 이동도는 라만 피크의 위치, 라만 피크의 반치폭, 라만 피크중에 대한 아몰퍼스 성분의 강도 및 라만 피크의 강도등의 파라메터에서 임의적으로 결정할 수 있는 것이 명확하게 되었다. 따라서, 직접으로는 이동를 측정할 수 없는 미소한 영역의 이동도도, 라만 분광에 의한 이들의 정보에서, 대략 그 이동도를 추정할 수 있다.However, the present invention provides a semiconductor film having a high carrier mobility by reducing the concentration of oxygen, nitrogen and carbon in the amorphous semiconductor film and by reducing the concentration of oxygen, nitrogen and carbon present in the laser annealing. Although it is made clear, the electron mobility or hole mobility obtained at this time is an average value of the channel formation region of the field effect transistor formed for the measurement, and the mobility cannot be obtained at each minute portion of the channel formation region. However, as is clear from FIGS. 1 to 4 and related arts of the present invention, carrier mobility may include the position of the Raman peak, the half width of the Raman peak, the strength of the amorphous component with respect to the Raman peak, the intensity of the Raman peak, and the like. It is now clear that the parameters can be determined arbitrarily. Therefore, the mobility of the microscopic region in which the movement cannot be measured directly, and the mobility thereof can be estimated approximately from these information by Raman spectroscopy.

제5도는 전자 이동도가 22cm2/V.S, 201cm2/V.S 및 980cm2/V.S와 측정된 레이저 어닐에 의하여 형성된 채널 형성 영역을 가지는 전계 효과 트랜지스터의 채널 형성 영역의 각 부에 있어서 라만 피크의 반치폭(FWHM)을 나타낸 것이다. 도면에서, 횡축은 채널 형성 영역의 위치를 나타낸다. L은 채널 형성 영역의 길이이고, 100㎛이다. X는 채널 형성 영역의 좌표를 나타내고, X/L=0은 채널 형성 영역의 소스 영역의 계면, X/L=1은 채널 형성 영역의 드레인 영역의 계면, X/L=0.5는 채널 형성 영역의 중앙을 나타내고 있다. 도면에서 알 수 있듯이 전자 이동도가 22cm2/V.S인 것은 FWHM이 크고, 그 변동은 크지 않다. FWHM가 작은 만큼 피막의 결정성이 단결정에 가깝고, 전자 이동도가 큰 것은 제3도 및 그것에 관련하는 설명에서 서술한 바와같고, 이 데이타 자체는 그것과 모순되지 않는다. 그러나, FWHM의 장소에 의한 변동(장소 의존성)이 작다는 것은 피막의 결정성이 장소에 의하지 않고 거의 같은 것을 말하고 있다. 또한, 이 피막의 산소 농도는 약 8×1020cm-3이고, 레이저 어닐에 의하여도 용융하지 않은 것으로 추정되고 있다.The fifth turning the electron mobility is 22cm 2 / VS, 201cm 2 / VS and 980cm 2 / VS and measuring the full width at half maximum of the Raman peak in each section of the channel forming region of a field effect transistor having a channel forming region formed by the laser annealing (FWHM) is shown. In the figure, the horizontal axis indicates the position of the channel formation region. L is the length of the channel formation region and is 100 m. X represents the coordinates of the channel formation region, X / L = 0 is the interface of the source region of the channel formation region, X / L = 1 is the interface of the drain region of the channel formation region, and X / L = 0.5 is of the channel formation region. It shows the center. As can be seen from the figure, an electron mobility of 22 cm 2 / VS has a large FWHM, and its variation is not large. As the FWHM is smaller, the crystallinity of the film is closer to the single crystal, and the electron mobility is larger as described in FIG. 3 and the description related thereto, and this data itself does not contradict it. However, the small fluctuation (location dependence) due to the location of the FWHM means that the crystallinity of the film is almost the same regardless of the location. In addition, the oxygen concentration of this film is about 8 * 10 <20> cm <-3> , and it is estimated that it did not melt even by laser annealing.

한편, 전자 이동도가 201cm2/V.S의 것은 산소 농도가 같은 8×1020cm-3이었다. 도면에서 알 수 있듯이, 전반적으로 FWHM은 저하하고 있지만 FWHM의 장소 의존성이 크다. 그리고, 장소에 따라서는 전자 이동도가 980cm2/V.S의 것과 동등 또는 그것보다 작은 FWHM의 값을 나타내었다. FWHM이 작다는 것은 그 부분의 전자 이동도가 크다는 것을 시사하지만, 이것은 동일 피막중에 단결정 규소와 동등한 결정성을 가지는 부분이 국재하고 있는 것을 의미하고 있다. 그러나, 디바이스로서 양산하는 경우에는 아무리 이동도가 커도, 이와같은 장소에 의하여 특성이 크게 다른 재료를 사용하는 것은 바람직하지 않다.On the other hand, the thing of 201cm <2> / VS of electron mobility was 8 * 10 <20> cm <-3> with the same oxygen concentration. As can be seen from the figure, the overall FWHM is declining, but the location dependence of the FWHM is large. And depending on the place, the value of FWHM which is equivalent to or less than that of 980 cm <2> / VS was shown. The small FWHM suggests that the electron mobility of the part is large, but this means that a part having the same crystallinity as that of single crystal silicon is localized in the same film. However, when mass-producing as a device, it is not preferable to use a material whose characteristics differ greatly by such a place, no matter how large the mobility is.

전자 이동도가 980cm2/V.S의 것은 산소 농도는 다른 2개에 비하여 매우 작은 약 1×1019cm-3이었다. 도면에서 알 수 있듯이, 전반적으로 FWHM는 작고, FWHM의 장소 의존성도 작다. 이것은 전체적으로 전자 이동도가 크고, 단결정 규소와 동등한 결정성을 갖는 재료에서 되어 있는 것을 시사하고, 디바이스등에 양산하는데 매우 적합하다.The electron mobility of 980 cm 2 / VS was about 1 × 10 19 cm -3, which is very small in oxygen concentration compared to the other two. As can be seen from the figure, the overall FWHM is small and the location dependence of the FWHM is small. This suggests that the electron mobility is large and is made of a material having crystallinity equivalent to that of single crystal silicon, and is very suitable for mass production for devices and the like.

높은 캐리어 이동도를 얻기 위해서는 상기와 같이, 막중의 이종 원소의 농도를 저감시킴과 동시에, 레이저 어닐의 조건을 최적화하지 않으면 안된다. 이 레이저 어닐의 조건은 레이저의 발진 조건(연속 발진인지 펄스 발진인지, 반복 주파수, 강도, 파장, 피막등에 따라서 다르고, 개괄적으로 말할 수 없다.In order to obtain high carrier mobility, it is necessary to reduce the concentration of heterogeneous elements in the film as described above and to optimize the laser annealing conditions. The conditions of the laser annealing vary depending on the laser oscillation conditions (continuous oscillation or pulse oscillation, repetition frequency, intensity, wavelength, film, etc.) and cannot be generally described.

레이저로서는 각종 엑시머 레이저와 같은 자외선 레이저, YAG 레이저와 같이, 가시, 적외선 레이저를 사용할 수 있고, 레이저 어닐하는 막의 두께에 의하여 선택하는 것이 필요하다. 즉, 일반적으로 규소 또는 게르마늄 재료에서는 자외선에 대한 흡수 길이가 짧으므로, 레이저 광은 심부까지 도달하지 않고, 레이저어닐은 표면의 비교적 얕은 영역에서만 일어난다. 이것에 대하여 가시광, 적외선에 대하여는 흡수 길이가 길고, 광이 비교적 내부에까지 침입하고, 따라서 레이저 어닐은 심부에서도 일어난다. 따라서 막 두께와 레이저의 종류를 선택함으로서, 막의 표면 근방만을 레이저 어닐하는 것이 가능하다.As the laser, visible and infrared lasers can be used, such as ultraviolet lasers such as various excimer lasers and YAG lasers, and it is necessary to select them by the thickness of the film to be laser annealed. That is, in silicon or germanium materials in general, the absorption length to ultraviolet rays is short, so that the laser light does not reach the deep portion, and the laser annealing occurs only in a relatively shallow region of the surface. On the other hand, the absorption length is long for visible light and infrared light, and light penetrates into the inside relatively, so that laser annealing occurs at the deep portion. Therefore, by selecting the film thickness and the type of laser, it is possible to laser anneal only in the vicinity of the surface of the film.

어느 것으로 하여도, 용융-재결정이라는 과정을 지나도록, 레이저의 파장, 강도등을 선택함으로써 높은 캐리어 이동도가 얻어졌다. 용융이라는 조건을 만족하기 위하여는 긴 시간에서도 레이저가 조사되어 있는 부분의 온도가 그 반도체의 융좀 이상, 즉, 규소의 경우에는 대기압하에서 1400℃ 이상, 게르마늄인 경우에는 대기압하에서 1000℃ 이상이 필요하다. 그러나, 예를들면 엑시머 레이저로서 실현되어 있는 10나노초의 매우 짧은 시간에서는 순간적으로 2000℃를 초과하는 온도가 분광학적에는 관측되어도, 피막의 용융은 관측되지 않는다는 것도 일어나고, 이 온도의 정의는 실제로는 그다지 의미를 가지지 않는다.In any case, high carrier mobility was obtained by selecting the wavelength, intensity, and the like of the laser so as to pass through the process of melt-recrystallization. In order to satisfy the condition of melting, the temperature of the part irradiated with the laser even in a long time is higher than the melting point of the semiconductor, that is, 1400 ° C or more under atmospheric pressure in case of silicon, and 1000 ° C or more under atmospheric pressure in case of germanium. . However, for example, in a very short time of 10 nanoseconds, which is realized as an excimer laser, even if a temperature exceeding 2000 ° C. is observed spectroscopically, melting of the film is also not observed, and the definition of this temperature is not very practical. It doesn't have meaning.

부가적인 사항이지만, 반도체 피막을 레이저 어닐한 후에, 수소 분위기중에서 200∼600℃에서 10분∼6시간의 어닐 처리를 행하는 것은 높은 캐리어 이동도를 재현성 좋게 얻기 위하여 유효하였다. 이것은 레이저 어닐에 의하여 재결정화가 일어남과 동시에, 반도체 원자간 결합에서 부대 결합수(턴글링 본드)가 생기고, 이것이 캐리어에 대한 장벽으로서 가능하기 때문인 것으로 생각된다. 반도체중에 산소, 질소, 탄소등이 많이 포함되는 경우에는 이들이 턴글링 본드를 뭍는다고 생각되는 것이지만, 본 발명과 같이 산소, 질소, 탄소등의 농도가 현저하게 작은 경우에는, 턴글링 본드를 뭍을 수 없고, 따라서, 레이저 어닐후에 수소 분위기중에서 어닐하는 것이 필요하게 된다고 생각된다.As an additional matter, after laser annealing the semiconductor film, annealing for 10 minutes to 6 hours at 200 to 600 ° C. in a hydrogen atmosphere was effective in order to obtain high carrier mobility with good reproducibility. This is thought to be because recrystallization takes place by laser annealing, and an ancillary number of bonds (turngling bonds) occurs in the bond between semiconductor atoms, which is possible as a barrier to the carrier. When oxygen, nitrogen, carbon, etc. are contained in a semiconductor in many cases, it is considered that they take a turnling bond, but when the concentration of oxygen, nitrogen, carbon, etc. is remarkably small like this invention, a turnling bond is removed. Therefore, it is considered that it is necessary to anneal in a hydrogen atmosphere after laser annealing.

[실시예]EXAMPLE

[실시예 1]Example 1

플레이너 구조의 TFT를 제작하고, 그 전기 특성을 평가하였다. 제작 방법을 제6a도 내지 6c도에 나타낸다. 우선, 통상의 RF 스퍼터법에 의하여 두께 약 100nm의 아몰퍼스 실리콘 피막을 형성하였다. 기판은 석영(601), 기판 온도 150℃, 분위기는 실질적으로 100% 아르곤에서 압력은 0.5파스칼(Pa)이었다. 아르곤에는 수소 그외의 가스를 의도적으로 첨가하지 않았다. 아르곤의 농도는 99.99% 이상이었다. 투입 전력은 200W이고, RF 주파수는 13.56MHz이었다. 그후, 이 아몰퍼스 실리콘 막을 100㎛×500㎛의 장방형에 에칭하고, 아몰퍼스 실리콘 막(602)을 얻었다.The planar structure TFT was produced and its electrical characteristics were evaluated. The fabrication method is shown in FIGS. 6A to 6C. First, an amorphous silicon film having a thickness of about 100 nm was formed by a conventional RF sputtering method. The substrate was quartz (601), the substrate temperature was 150 ° C., the atmosphere was substantially 100% argon, and the pressure was 0.5 Pascals (Pa). Argon was not intentionally added to the gas other than hydrogen. The concentration of argon was at least 99.99%. The input power was 200 W and the RF frequency was 13.56 MHz. Thereafter, the amorphous silicon film was etched in a rectangle of 100 µm x 500 µm to obtain an amorphous silicon film 602.

이 피막의 산소, 질소 및 탄소의 농도는 모두 1019cm-3이하인 것을 2차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의하여 확인하였다.It was confirmed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) that the concentrations of oxygen, nitrogen and carbon in this film were all 10 19 cm -3 or less.

다음에, 이 막을 10-5torr 압력의 진공 용기중에 놓고, 진공 용기에 설치된 석영창을 통하여 엑시머 레이저 광(KrF 레이저, 파장 248nm, 펄스폭 10나노초, 조사 에너지 200mJ, 조사 펄스수 50쇼트)를 조사하여, 레이저 어닐을 행하였다.Next, the membrane was placed in a vacuum vessel at a pressure of 10 -5 torr, and excimer laser light (KrF laser, wavelength 248 nm, pulse width 10 nanoseconds, irradiation energy 200mJ, irradiation number of 50 shots) was passed through a quartz window installed in the vacuum vessel. It irradiated and laser annealed.

이것에 산소 분위기중에서의 스퍼터법에 의하여 두께 약 100nm의 게이트 절연막(603)을 형성하였다. 이때의 기판 온도는 150℃, RF(13.56MHz) 투입 전력은 400W이었다. 분위기는 실질적으로 산소이고, 의도적으로 다른 가스는 가하지 않았다. 산소의 농도는 99.9% 이상이었다. 압력은 0.5Pa 이었다.The gate insulating film 603 of thickness about 100 nm was formed in this by the sputtering method in oxygen atmosphere. At this time, the board | substrate temperature was 150 degreeC and RF (13.56 MHz) input power was 400W. The atmosphere was substantially oxygen and no other gas was intentionally added. The concentration of oxygen was at least 99.9%. The pressure was 0.5 Pa.

그후, 알류미늄막(두께 200nm)을 공지의 진공 증착법에 의하여 형성하고, 불필요한 부분을 공지의 드라이 에칭법에 의하여 제거하고, 게이트 전극(604)을 형성하였다. 게이트 전극의 폭은 100㎛이었다. 이때, 드라이 에칭에 사용된 포토 레지스터(605)는 게이트 전극상에 남아 있었다.Thereafter, an aluminum film (thickness of 200 nm) was formed by a well-known vacuum vapor deposition method, unnecessary portions were removed by a well-known dry etching method, and the gate electrode 604 was formed. The width of the gate electrode was 100 µm. At this time, the photoresist 605 used for the dry etching remained on the gate electrode.

다음에, 이온 타입법에 의하여, 게이트 전극의 부분 이외에 호우소 이온을 1014cm-2주입하였다. 게이트 전극하에는, 그 위의 게이트 전극과 포토 레지스터가 마스크되어 호우소 이온은 주입되지 않았다. 이 공정에 의하여, 규소 피막중에 불순물 영역, 즉, 소스 영역(606)과 드레인 영역(607)이 형성되었다. 이러한 것을 제6b도에 나타낸다.Next, by the ion type method, 10 14 cm -2 were implanted with hoso ions other than the part of the gate electrode. Under the gate electrode, the gate electrode and the photoresist thereon were masked and no homeo ions were implanted. By this process, an impurity region, that is, a source region 606 and a drain region 607 was formed in the silicon film. This is shown in Fig. 6B.

기판 전체를 진공 용기중에 놓고, 10-5torr의 압력에서 엑시머 레이저 광(KrF 레이저, 파장 248nm, 펄스폭 10나노초, 조사 에너지 100mJ, 조사 펄스수 50쇼트)을 조사하여, 레이저 어닐을 행하였다. 이 공정에 의하여 이온 타입되어 아몰퍼스화한 불순물 영역이 재결정화 되었다.The entire substrate was placed in a vacuum vessel, and irradiated with excimer laser light (KrF laser, wavelength 248 nm, pulse width 10 nanoseconds, irradiation energy 100mJ, irradiation number of 50 shots) at a pressure of 10 -5 torr to perform laser annealing. By this process, the ionized and amorphous regions were recrystallized.

다음에, 수소 분위기중에서의 열 어닐을 행하였다. 진공 배기할 수 있는 챔버내에 기판을 두고, 일단 10-6torr까지 터보 분자 펌프에 의하여 배기하고, 이 상태를 30분 유기한 후, 99.9a% 이상 순도의 수소 가스를 100torr까지 챔버내에 도입하고, 기판을 300℃로서 60분 어닐하였다.Next, thermal annealing in a hydrogen atmosphere was performed. The substrate is placed in a chamber that can be evacuated, and once exhausted by a turbomolecular pump to 10 -6 torr, and after 30 minutes of induction, hydrogen gas having a purity of 99.9a% or more is introduced into the chamber up to 100torr, The substrate was annealed at 300 ° C. for 60 minutes.

여기서, 한번 진공 배기한 것은 피막에 흡착된 가스, 수분등을 제거하기 위함이다. 이들이 잔존한 상태에서 열 어닐을 행하면, 높은 이동도를 재현성 좋게 얻을 수 없는 것이 경험적으로 알 수 있었다.Here, the vacuum evacuation is for removing gas, moisture, and the like adsorbed on the film. It has been empirically found that when the thermal annealing is carried out in the remaining state, high mobility cannot be obtained with good reproducibility.

최후에, 소스 영역 및 드레인 영역상에 존재하는 산화 규소막(두께 100nm)에 공을 열고, 알류미늄 전극(608, 609)을 이들의 영역에 형성하였다. 이상의 공정에 의하여 전계 효과형 트랜지스터가 형성되었다.Finally, a hole was opened in the silicon oxide film (thickness 100 nm) existing on the source region and the drain region, and aluminum electrodes 608 and 609 were formed in these regions. The field effect transistor was formed by the above process.

이 전계 효과형 트랜지스터의 CV 특성을 측정한 결과, 채널 형성 영역의 전자 이동도는 980cm2/V.S이었다. 임계치 전압(스레숄드 전압)은 4.9V이었다. 이 전계 효과형 트랜지스터의 채널 형성 영역중의 산소, 질소, 탄소의 농도를 SIMS에 의하여 측정한 결과, 모두 1×1019cm-3이하였다.As a result of measuring the CV characteristic of this field effect transistor, the electron mobility of the channel formation area was 980 cm <2> / VS. Threshold voltage (threshold voltage) was 4.9V. As a result of measuring the concentrations of oxygen, nitrogen and carbon in the channel formation region of the field effect transistor by SIMS, all were 1 × 10 19 cm −3 or less.

[실시예 2]Example 2

플레이너 구조의 TFT를 제작하고, 그 전기 특성을 평가하였다. 우선, 통상의 RF 스퍼터법에 의하여, 3×1017cm-3농도의 인을 포함하는 두께 약 100nm의 아몰퍼스 실리콘 피막을 형성하였다. 이 막 두께에서는 후의 레이저 어닐에 사용되는 KrF 레이저 광(248nm)에 의하여, 막 전체가 어닐된다. 기판은 석영, 기판 온도 150℃, 분위기는 실질적으로 100% 아르곤에서 압력은 0.5파스칼(Pa)이었다. 아르곤에는 수소 그외의 가스를 의도적으로 첨가하지 않았다. 아르곤의 농도는 99.99% 이상이었다. 투입 전력은 200W이고, RF 주파수는 13.56MHz이었다. 그후, 이 아몰퍼스 실리콘 막을 100㎛×500㎛의 장방형에 에칭으로 하였다.The planar structure TFT was produced and its electrical characteristics were evaluated. First, an amorphous silicon film having a thickness of about 100 nm containing phosphorus at a concentration of 3 × 10 17 cm −3 was formed by a conventional RF sputtering method. At this film thickness, the entire film is annealed by KrF laser light (248 nm) used for subsequent laser annealing. The substrate was quartz, the substrate temperature was 150 ° C., the atmosphere was substantially 100% argon, and the pressure was 0.5 Pascals (Pa). Argon was not intentionally added to the gas other than hydrogen. The concentration of argon was at least 99.99%. The input power was 200 W and the RF frequency was 13.56 MHz. Thereafter, the amorphous silicon film was etched in a rectangle of 100 µm x 500 µm.

이 피막의 산소, 질소 및 탄소의 농도는 모두 1019cm-3이하인 것을 2차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의하여 확인하였다.It was confirmed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) that the concentrations of oxygen, nitrogen and carbon in this film were all 10 19 cm -3 or less.

이것에 산소 분위기중에서의 스퍼터법에 의하여 두께 약 100nm의 게이트 절연막을 형성하였다. 이때의 기판 온도는 150℃, RF(13.56MHz) 투입 전력은 400W이었다. 분위기는 실질적으로 산소이고, 의도적으로 다른 가스는 가하지 않았다. 산소의 농도는 99.9% 이상이었다. 압력은 0.5Pa이었다.The gate insulating film of thickness about 100 nm was formed in this by the sputtering method in oxygen atmosphere. At this time, the board | substrate temperature was 150 degreeC and RF (13.56 MHz) input power was 400W. The atmosphere was substantially oxygen and no other gas was intentionally added. The concentration of oxygen was at least 99.9%. The pressure was 0.5 Pa.

그후, 알류미늄막(두께 200nm)을 공지의 진공 증착법에 의하여 형성하고, 불필요한 부분을 공지의 드라이 에칭법에 의하여 제거하고, 게이트 전극을 형성하였다. 게이트 전극의 폭은 100㎛이었다. 이때, 드라이 에칭에 사용된 포토 레지스터(605)는 게이트 전극상에 남아 있었다.Then, an aluminum film (thickness 200 nm) was formed by a well-known vacuum vapor deposition method, the unnecessary part was removed by the well-known dry etching method, and the gate electrode was formed. The width of the gate electrode was 100 µm. At this time, the photoresist 605 used for the dry etching remained on the gate electrode.

다음에, 이온 타입법에 의하여, 게이트 전극의 부분 이외에 호우소 이온을 1014cm-2주입하였다. 게이트 전극하에는, 그 위의 게이트 전극과 포토 레지스터가 마스크되어 호우소 이온은 주입되지 않았다. 이 공정에 의하여, 규소 피막중에 불순물 영역, 즉, 소스 영역과 드레인 영역이 형성되었다.Next, by the ion type method, 10 14 cm -2 were implanted with hoso ions other than the part of the gate electrode. Under the gate electrode, the gate electrode and the photoresist thereon were masked and no homeo ions were implanted. By this step, an impurity region, that is, a source region and a drain region, was formed in the silicon film.

기판 전체를 진공 용기에 두고, 10-5torr의 압력에서 엑시머 레이저 광(KrF 레이저, 파장 248nm, 펄스폭 10나노초, 조사 에너지 100mJ, 조사 펄스수 50쇼트)을 기판의 이면에서 조사하여 레이저 어닐을 행하였다. 이 공정에 의하여, 아몰퍼스 실리콘 막이 결정화되었다. 이 방법은 상기 실시예 1의 경우와 다르고, 소스 영역 또는 드레인 영역과 채널 형성 영역의 결정화가 동시에 행하여진다. 그 때문에, 상기 실시예 1의 방법에서는, 소스 영역 또는 드레인 영역과 채널 형성 영역의 계면에 많은 결함이 생긴 것에 대하여, 결함이 적고, 결정성이 연속적인 계면을 얻을 수 있었다.The entire substrate is placed in a vacuum vessel, and excimer laser light (KrF laser, wavelength 248 nm, pulse width 10 nanoseconds, irradiation energy 100mJ, irradiation pulse number of 50 shots) is irradiated on the back surface of the substrate at a pressure of 10 -5 torr. It was done. By this process, the amorphous silicon film was crystallized. This method is different from that of the first embodiment, and crystallization of the source region or the drain region and the channel formation region is performed simultaneously. Therefore, in the method of Example 1, many defects were generated at the interface between the source region or the drain region and the channel formation region. Thus, the interface with fewer defects and crystallinity was obtained.

다음에, 수소 분위기중에서의 열 어닐을 행하였다. 진공 배기할 수 있는 챔버내에 기판을 두고, 일단 10-6torr까지 터보 분자 펌프에 의하여 배기하고, 100℃에 가열하였다. 이 상태를 30분 유지한 후, 99.99%이상 순도의 수소 가스를 100torr까지 챔버내에 도입하고, 기판을 300℃로서 60분 어닐하였다. 여기서, 한번 진공 배기한 것은 피막에 흡착된 가스 수분등을 제거하기 위함이다. 이들이 잔존한 상태에서 열 어닐을 행하면, 높은 이동도를 재현성 좋게 얻을 수 없는 것이 경험적으로 알 수 있었다.Next, thermal annealing in a hydrogen atmosphere was performed. The substrate was placed in a chamber capable of evacuating, and once exhausted by a turbo molecular pump to 10 −6 torr, and heated to 100 ° C. After maintaining this state for 30 minutes, hydrogen gas having a purity of 99.99% or more was introduced into the chamber up to 100 torr, and the substrate was annealed at 300 ° C. for 60 minutes. Here, the vacuum evacuation is for removing gas moisture and the like adsorbed on the film. It has been empirically found that when the thermal annealing is carried out in the remaining state, high mobility cannot be obtained with good reproducibility.

최후에, 소스 영역 및 드레인 영역상에 존재하는 산화 규소막(두께 100nm)에 공을 열고, 알류미늄 전극을 이들의 영역으로 형성하였다. 이상의 공정에 의하여 전계 효과형 트랜지스터가 형성되었다.Finally, a hole was opened in the silicon oxide film (thickness 100 nm) existing on the source region and the drain region, and an aluminum electrode was formed in these regions. The field effect transistor was formed by the above process.

이 전계 효과형 트랜지스터의 CV 특성을 측정한 결과, 채널 형성 영역의 전자 이동도는 990cm2/V.S이었다. 임계치 전압은 3.9V이었다.As a result of measuring the CV characteristic of this field effect transistor, the electron mobility of the channel formation area was 990cm <2> / VS. The threshold voltage was 3.9V.

임계치 전압이 상기 실시예 1에 비하여 개선된(저하된) 것은 이면에서 레이저 어닐을 행함으로써 불순물 영역도 채널 영역도 동시에 균일하게 결정화 했기 때문이라고 생각된다. 게이트 전압은 ON/OFF 했을때의 드레인 전류의 비율은 5×106이었다.The reason why the threshold voltage is improved (decreased) in comparison with the above Example 1 is considered to be that the impurity region and the channel region are simultaneously crystallized simultaneously by performing laser annealing on the back surface. The ratio of the drain current at the time of turning on / off the gate voltage was 5x10 <6> .

이 전계 효과형 트랜지스터의 채널 형성 영역중의 산소, 질소, 탄소의 농도를 SIMS에 의하여 측정한 결과, 모두 1×1019cm-3이하이었다. 채널 형성 영역을 라만 분광법에 의하여 측정한바, 라만 피크의 중심치의 520cm-1, 라만 피크의 반치폭은 4.5cm-1이고, 한번 용융한 후, 재결정화한 규소의 존재가 확인되었다.As a result of measuring the concentrations of oxygen, nitrogen, and carbon in the channel formation region of the field effect transistor by SIMS, all were 1 × 10 19 cm −3 or less. Hanba a channel formation region measured by the Raman spectroscopy, the half-width of the Raman peak 520cm -1, the center value of the Raman peak has been confirmed the presence of the then 4.5cm -1 and, once melted, the re-crystallization of silicon.

[실시예 3]Example 3

플레이너 구조의 TFT를 제작하고, 그 전기 특성을 평가하였다. 우선, 2개의 챔버를 가지는 성막 장치를 사용하여, 두께 약 100nm의 아몰퍼스 실리콘 피막과 그 위의 두께 10nm의 질화 규소 피막을 두께 10nm의 질화 규소 피막으로 코팅된 석영 기판상에 연속적으로 형성하였다. 아몰퍼스 실리콘 막은 통상의 스퍼터법에 의하여, 또한 질화 규소막은 글로우 방전 플라즈마 CVD법에 의하여 제작하였다.The planar structure TFT was produced and its electrical characteristics were evaluated. First, using a film forming apparatus having two chambers, an amorphous silicon film having a thickness of about 100 nm and a silicon nitride film having a thickness of 10 nm thereon were successively formed on a quartz substrate coated with a silicon nitride film having a thickness of 10 nm. The amorphous silicon film was produced by the usual sputtering method, and the silicon nitride film was produced by the glow discharge plasma CVD method.

우선, 제1의 예비실에 기판을 세트하고, 예비실을 200℃로 가열함과 동시에, 진공 배기하여, 예비실의 압력이 10-6torr 이하의 상태에서 1시간 유지하였다.First, a substrate was set in the first preliminary chamber, the preliminary chamber was heated to 200 ° C, and vacuum evacuated, and the preliminary chamber pressure was maintained for 1 hour in a state of 10 −6 torr or less.

다음에, 성막시 이외는 항시 10-4torr 이하로 유지되고, 외기가 들어가지 않도록 관리된 제1챔버를 10-6torr까지 배기하고, 예비실에서 기판을 이동시켜 제1의 챔버에 기판을 세트하고, 기판 및 타겟트를 200℃로 유지한채, 진공 배기하고, 챔버의 압력이 10-6torr 이하의 상태에서 1시간 유지하였다. 그리고, 챔버내에 아르곤 가스를 도입하고, RF 플라즈마를 발생시켜 스퍼터 성막을 행하였다. 스퍼터의 타겟은 99.9999%이상 순도의 규소 타겟트를 사용하고, 1ppm의 인을 포함하고 있다. 성막시의 기판 온도는 150℃, 분위기는 실질적으로 100% 아르곤에서 압력은 5×10-2torr이었다. 아르곤에는 수소 그외의 가스를 의도적으로 첨가하지 않았다. 아르곤의 농도는 99.9999%이상이었다. 투입 전력은 200W이고, RF 주파수는 13.56MHz이었다.Next, except for the film formation, the first chamber maintained at 10 −4 torr or less at all times and managed to prevent outside air from entering is exhausted to 10 −6 torr, and the substrate is moved to the first chamber by moving the substrate from the preliminary chamber. It set, the board | substrate and the target were maintained at 200 degreeC, vacuum evacuation, and hold | maintained for 1 hour in the state of the pressure of 10-6 torr or less. Then, argon gas was introduced into the chamber, and RF plasma was generated to sputter film formation. The target of the sputter uses a silicon target of 99.9999% or more purity and contains 1 ppm of phosphorus. At the time of film formation, the substrate temperature was 150 ° C., the atmosphere was substantially 100% argon, and the pressure was 5 × 10 −2 torr. Argon was not intentionally added to the gas other than hydrogen. Argon concentration was over 99.9999%. The input power was 200 W and the RF frequency was 13.56 MHz.

성막 종료후, RF 방전을 정지하고, 제1챔버를 10-6torr까지 배기하였다. 다음에, 항시 10-5torr 이하로 유지되고, 제1챔버와 제2챔버 사이에 설치되어 있는 제2예비실을 10-6torr까지 진공 배기하고, 제1챔버에서 제2예비실에 기판을 이송하였다. 성막시 이외에는 항시 10-4torr 이하로 유지되고, 외기가 들어가지 않도록 관리된 제2의 챔버를 10-6torr까지 배기하고, 제2예비실에서 기판을 이동시켜 제2의 챔버에 기판을 세트하고, 기판 및 타겟트를 200℃로 유지한채, 진공 배기하고, 챔버의 압력이 10-6torr 이하의 상태에 1시간 유지하였다.After the film formation was completed, RF discharge was stopped and the first chamber was evacuated to 10 −6 torr. Next, the second preliminary chamber, which is always maintained at 10 −5 torr or less and is provided between the first chamber and the second chamber, is evacuated to 10 −6 torr, and the substrate is transferred from the first chamber to the second preliminary chamber. Transferred. Except during film formation, the second chamber, which is kept below 10 -4 torr at all times and managed to prevent outside air, is evacuated to 10 -6 torr, and the substrate is set in the second chamber by moving the substrate in the second preliminary chamber. Then, the substrate and the target were kept at 200 ° C., evacuated, and kept in a state in which the pressure of the chamber was 10 −6 torr or less for 1 hour.

그리고, 제2챔버에 수소로서 희석된 순도 99.9999% 이상의 암모니아 가스 및 지시란 가스(Si2H6)를 3:2의 비율로서 도입하고, 전체의 압력을 10-1torr로 하였다. 그리고, 챔버에 RF 전류를 도입하고, 플라즈마를 발생시켜 질화 규소의 성막을 행하였다. 투입 전력(13.56 MHz)은 200W이었다.Then, 99.9999% or more of ammonia gas and indicator egg gas (Si 2 H 6 ) diluted as hydrogen in the second chamber were introduced at a ratio of 3: 2, and the total pressure was set to 10 −1 torr. Then, an RF current was introduced into the chamber, and plasma was generated to form silicon nitride. Input power (13.56 MHz) was 200W.

성막 종료후, RF 방전을 정지하고, 제2챔버를 10-6torr까지 배기하였다. 다음에, 제2챔버의 편측에 설치되고, 석영의 창을 가지는 제3의 예비실을 10-6torr까지 진공 배기하고, 제2챔버에서 제3의 예비실로 기판을 이송하였다. 그리고, 제3의 예비실 창을 통하여 엑시머 레이저 광(KrF 레이저, 파장 248nm), 펄스폭 10나노초, 조사 에너지 100mJ, 조사 펄스수 50쇼트)을 조사하고, 레이저 어닐을 행하였다. 이렇게 하여, 아몰퍼스 실리콘 막의 결정화를 행하였다.After the film formation was completed, RF discharge was stopped and the second chamber was evacuated to 10 −6 torr. Next, the third preliminary chamber provided on one side of the second chamber and having a window of quartz was evacuated to 10 −6 torr, and the substrate was transferred from the second chamber to the third preliminary chamber. The excimer laser light (KrF laser, wavelength 248 nm), pulse width of 10 nanoseconds, irradiation energy of 100 mJ, and the number of irradiation pulses of 50 shots were irradiated through a third reserve chamber window, and laser annealing was performed. In this way, the amorphous silicon film was crystallized.

이와같이 성막 상태에서 실질적으로 진공 상태를 손상하지 않고, 연속적으로 레이저 어닐을 행하는 방법은, 본 실시예에 나타내어 있듯이, 아몰퍼스 반도체 막상에 보호막이 형성되어 있는 경우에서도, 상기 실시예와 같이 보호막이 형성되어 있지 않은 경우에서도, 수율의 향상에서 매우 효과가 있었다. 그 이유로서는 피막상에 호코리등이 부착하거나, 수분이나 가스의 흡착이 일어나거나 손상하거나 하는 것을 피할 수 있다.In this way, the laser annealing is performed continuously in the film forming state without substantially damaging the vacuum state. As shown in the present embodiment, even when the protective film is formed on the amorphous semiconductor film, the protective film is formed as in the above embodiment. Even if not, it was very effective in improving the yield. As a reason, it can avoid that a hickory etc. adhere to a film, and adsorption | suction of water or gas arises or damages.

이와같이 성막과 레이저 어닐을 연속적으로 행하는 경우에는 본 실시예와 같이 성막실과 예비실을 설치하고, 예비실에 창을 설치하여, 레이저 어닐을 행하는 방법과, 성막실에 창을 설치하여, 성막실에서 성막 종료후에 레이저 어닐을 행하는 방법이 고려되지만, 후자는 성막에 의하여 창이 흐려 버림으로, 항시 창에 부착하는 피막을 에칭하지 않으면 안되는데 대하여, 전자에서는 그 필요가 없다. 따라서 양산성과 멘테넌스성을 고려하면, 전자의 방법이 뛰어나다고 할 수 있다.As described above, in the case where film formation and laser annealing are performed in this way, a film formation chamber and a preliminary chamber are provided as in this embodiment, a window is provided in the preliminary chamber, and a laser annealing method is provided. Although the method of performing laser annealing after film-forming is considered, the latter will blur the window by film-forming, and the former does not need to etch the film which always adheres to a window. Therefore, in consideration of mass productivity and maintenance, it can be said that the former method is excellent.

그런데, 제3예비실에서 레이저 어닐을 종료한 후, 제3의 예비실에 건조 질소 가스를 도입하고, 대기압으로 하여 기판을 취출하였다. 그리고, 질소 규소막을 공지의 드라이 에칭법에 의하여 제거한 ,후 규소막을 100㎛×500㎛의 장방형으로 에칭하였다.By the way, after laser annealing was finished in the 3rd preliminary chamber, dry nitrogen gas was introduce | transduced into the 3rd preliminary chamber, and the board | substrate was taken out at atmospheric pressure. Then, the silicon film was removed by a known dry etching method, and then the silicon film was etched in a rectangle of 100 µm x 500 µm.

이 피막의 산소, 질소 및 탄소의 농도는 모두 1016cm-3이하인 것은 같은 공정으로 제작된 다른 피막을 2차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의하여 분석함으로서 확인하였다.The concentrations of oxygen, nitrogen and carbon in the film were all 10 16 cm -3 or less, which was confirmed by analyzing another film produced by the same process by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

이것에 산소 분위기중에서의 스퍼터법에 의하여 두께 약 100nm의 게이트 절연막을 형성하였다. 이때의 기판 온도는 150℃, RF(13.56MHz) 투입 전력은 400W이었다. 스퍼터의 타겟트는 99.9999% 이상의 순도의 산화 규소이었다. 분위기는 실질적으로 산소이고, 의도적으로 다른 가스는 가하지 않았다. 산소의 농도는 99.9999% 이상이었다. 압력은 5×10-2torr이었다.The gate insulating film of thickness about 100 nm was formed in this by the sputtering method in oxygen atmosphere. At this time, the board | substrate temperature was 150 degreeC and RF (13.56 MHz) input power was 400W. The target of sputter was silicon oxide of purity 99.9999% or more. The atmosphere was substantially oxygen and no other gas was intentionally added. The concentration of oxygen was at least 99.9999%. The pressure was 5 × 10 −2 torr.

그후, 알루미늄 막(두께 200nm)을 공지의 진공 증착법에 의하여 형성하고, 불필요한 부분을 공지의 드라이 에칭법에 의하여 제거하여 게이트 전극을 형성하였다. 게이트 전극의 폭은 100㎛이었다. 이때, 드라이에칭에 사용된 포토 레지스터는 게이트 전극상에 남아 있었다.Thereafter, an aluminum film (thickness of 200 nm) was formed by a known vacuum deposition method, and unnecessary portions were removed by a known dry etching method to form a gate electrode. The width of the gate electrode was 100 µm. At this time, the photoresist used for dry etching remained on the gate electrode.

다음에, 이온 타입법에 의하여 게이트 전극의 부분 이외의 호우소 이온을 1014cm-2주입하였다. 게이트 전극하에는 그 위의 게이트 전극과 포토 레지스터가 마스크로 되어 호우소 이온은 주입되지 않는다. 이 공정에 의하여 규소 피막중에 불순물 영역, 즉, 소스 영역과 드레인 영역이 형성되었다.Next, by the ion type method, 10 14 cm <-2> was implanted in the hoso ion other than the part of a gate electrode. Under the gate electrode, the gate electrode and the photoresist on it serve as masks, and no homeo ions are implanted. By this process, impurity regions, i.e., source regions and drain regions, were formed in the silicon film.

기판 전체를 진공 용기에 두고, 1025torr의 압력에서 엑시머 레이저 광(KrF 레이저, 파장 248nm, 펄스폭 10나노초, 조사 에너지 50mJ, 조사 펄스수 50쇼트)을, 기판의 이면에서 조사하여, 레이저 어닐을 행하였다. 이 공정에 의하여, 이온 타입 공정에 의하여 아몰퍼스화한 불순물 영역의 아몰퍼스 실리콘 막이 결정화된다.To leave the entire substrate in a vacuum vessel, 10 25 torr pressure excimer laser light in the (KrF laser, wavelength 248nm, 10 ns pulse width, the irradiation energy 50mJ, to investigate pulse 50 shot), is irradiated from the back surface of the substrate, laser annealing Was performed. By this step, the amorphous silicon film of the impurity region that has been amorphous by the ion type step is crystallized.

이 방법은 2단계의 레이저 어닐은 행하는 점에서는 실시예(1)와 같지만, 2회째의 레이저 어닐을 기판의 이면에서 행함으로서, 불순물 영역과 채널 형성 영역의 연속적인 접속을 목적으로 한다. 특히, 1회째의 레이저 어닐의 용융-재결정 공정에 의하여, 높은 캐리어 이동도를 가지는 피막을 얻는 것을 목적으로 하는 한편, 2회째의 레이저 어닐을 레이저의 출력을 억제하여, 용융시키지 않고, 결정의 미시적인 질서화를 촉진시키고, 불순물 영역의 저항을 저하시키는 것을 목적으로 하는 것이다. 그리고 레이저의 출력이 제어됨으로서, 1회째의 레이저 어닐에 의하여 형성된 이동도가 큰 결정성 영역(주로서 채널 형성 영역)은 거의 변화를 받지 않는다. 상기 실시예에서 볼 수 있듯이, 소스 영역 또는 드레인 영역과 채널 형성 영역의 계면에서, 결함이 감소하고, 결정성이 연속적인 계면을 얻을 수 있다.This method is the same as in Example (1) in that the laser annealing is performed in two stages, but the second laser annealing is performed on the back surface of the substrate, whereby the impurity region and the channel formation region are continuously connected. In particular, the first laser annealing melt-recrystallization process aims to obtain a film having a high carrier mobility, while the second laser annealing suppresses the output of the laser and does not melt the microscopic crystals. It aims at promoting phosphorylation and lowering the resistance of the impurity region. As the output of the laser is controlled, the crystalline region (mainly the channel forming region) with high mobility formed by the first laser annealing hardly changes. As can be seen from the above embodiment, at the interface between the source region or the drain region and the channel formation region, defects can be reduced and an interface with continuous crystallinity can be obtained.

상기 실시예 2의 방법과 다르고, 특히 채널형 영역 제작을 위하여, 1회째의 레이저 어닐을 행하는 이유는 자외선 레이저에 의하여 레이저 어닐을 행하면, 레이저 조사면의 어닐은 일어나지만, 깊은 부분에서는 일어나지 않고, 이동도가 높은 상태를 얻을 수 없는 가능성이 크고, 제품의 수율을 내리어 버리기 때문이다. 이면에서의 레이저 광의 조사에 의하여, 게이트 전극에 밀접하는 영역의 이동도가 높지 않은 것은, 전계 효과형 트랜지스터에게 치명적이므로, 막 표면에서의 조사가 요망되는 것이다. 그래서, 제품의 수율을 향상시키기 위하여, 본 실시예에서는 최초에 아몰퍼스 실리콘 막의 표면에서 레이저를 조사하고, 후에 기판의 이면에서도 레이저를 조사하여, 채널 형성 영역과 불순물 영역의 연속적인 접합을 얻는 방법을 채용하였다.The method of the first embodiment is different from that of the second embodiment, and in particular, in order to fabricate the channel type region, the reason for performing the first laser annealing is that when the laser annealing is performed by an ultraviolet laser, the laser irradiation surface is annealed, but not deep. This is because there is a high possibility that a state of high mobility cannot be obtained, and the yield of the product is lowered. The fact that the mobility of the region close to the gate electrode is not high by irradiation of the laser light on the back surface is fatal to the field effect transistor, and therefore irradiation on the film surface is desired. Therefore, in order to improve the yield of the product, in the present embodiment, a method of firstly irradiating a laser on the surface of an amorphous silicon film and then irradiating a laser on the back surface of the substrate to obtain a continuous junction between the channel formation region and the impurity region Adopted.

다음에, 수소 분위기중에서의 열 어닐을 행하였다. 진공 배기할 수 있는 챔버내에 기판을 두고, 일단 10-6torr까지 터보 분자 펌프에 의하여 배기하고, 100℃로 가열하였다. 이 상태를 30분 유지한 후, 99.99%이상 순도의 수소 가스를 100torr까지 챔버내에 도입하고, 기판을 300℃로서 60분 어닐하였다. 여기서, 한번 진공 배기한 것은 피막에 흡착된 가스 수분등을 제거하기 때문이다. 이들이 잔존한 상태에서 열 어닐을 행하면, 높은 이동도를 재현성 좋게 얻을 수 없는 것을 실험적으로 알 수 있다.Next, thermal annealing in a hydrogen atmosphere was performed. The substrate was placed in a chamber that could be evacuated, and once exhausted by a turbo molecular pump to 10 −6 torr, and heated to 100 ° C. After maintaining this state for 30 minutes, hydrogen gas having a purity of 99.99% or more was introduced into the chamber up to 100 torr, and the substrate was annealed at 300 ° C. for 60 minutes. The vacuum evacuation is because the gas moisture and the like adsorbed on the film are removed. When the thermal annealing is performed in the remaining state, it can be seen experimentally that high mobility cannot be obtained with good reproducibility.

최후에 소스 영역 및 드레인 영역상에 존재하는 산화 규소막(두께 100nm)에 공을 열고, 알류미늄 전극을 이들 영역에 형성하였다.Finally, a hole was opened in the silicon oxide film (thickness 100 nm) existing on the source region and the drain region, and an aluminum electrode was formed in these regions.

이상의 공정에 의하여 전계 효과형 트랜지스터가 형성되었다.The field effect transistor was formed by the above process.

이 전계 효과형 트랜지스터를 100개 제작하여, 그들의 CV 특성을 측정한 결과, 채널 형성 영역의 전자이동도는 평균 995cm2/V.S이었다.As a result of manufacturing 100 field-effect transistors and measuring their CV characteristics, the average electron mobility of the channel formation region was 995 cm 2 / VS.

임계치 전압(드레숄드 전압)의 평균은 4.2V이었다. 드레인 전류 비율 평균은 8×106이었다. 전자 이동도의 기준치를 800cm2/V.S, 임계치 전압의 기준치를 5.0V, 드레인 전류비의 기준치를 1×106로서, 100개의 전계 효과 트랜지스터의 합격, 불합격을 조사한바, 91개가 합격하였다.The average of the threshold voltages (the threshold voltages) was 4.2V. The average drain current ratio was 8x10 6 . The pass / fail of 100 field effect transistors was examined as 91 reference | standards as the reference value of electron mobility was 800 cm <2> / VS, the threshold voltage was 5.0V, and the reference value of the drain current ratio was 1x10 <6> .

이들의 전계 효과형 트랜지스터의 채널 형성 영역중의 산소, 질소, 탄소의 농도를 SIMS에 의하여 측정한 결과, 합격한 전계 효과형 트랜지스터에서는, 모두 1×1016cm-3이하이었다.As a result of measuring the concentrations of oxygen, nitrogen, and carbon in the channel formation regions of these field effect transistors by SIMS, all of the passed field effect transistors were 1 × 10 16 cm −3 or less.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

본 발명에 의하여 재현성 좋게, 이동도가 큰 막상 반도체가 얻어지는 것이 명확하게 되었다. 본 발명에서는 주로서 석영등의 절연성 기판상에 형성한 반도체 피막의 레이저 어닐에 대하여 설명했지만, 기판의 재료로서는, 모노릴딕 IC등에서 사용되도록 하는 단결정 규소 기판등의 단결정 반도체이어도 좋다. 실시예에서는 규소 피막에 관하여 서술했지만, 게르마늄 피막이어도, 실리콘 게르마늄 합금 피막이어도, 그외의 진성 반도체 재료 또는 화합물 반도체 재료이어도, 본 발명을 작용할 수 있다. 최초에 서술했듯이, 아몰퍼스 피막의 이동도 개선 방법으로서 레이저 어닐하는 방법을 사용했지만, 이 표면에는 예를들면 프래쉬 램프 어닐과 같은 레이저는 사용되지 않는 방법도 포함되는 것이다. 즉, 본 발명은 강력한 광학적 에너지를 이용하여 반도체 재료의 결정성을 개선하는 방법에 관한 것이다.According to the present invention, it has become clear that a film-like semiconductor having high mobility can be obtained with good reproducibility. In the present invention, the laser annealing of the semiconductor film formed mainly on an insulating substrate such as quartz has been described. However, the material of the substrate may be a single crystal semiconductor such as a single crystal silicon substrate to be used in a monolithic IC or the like. Although the silicon film was demonstrated in the Example, even if it is a germanium film, a silicon germanium alloy film, or another intrinsic semiconductor material or a compound semiconductor material, this invention can function. As described earlier, a method of laser annealing was used as a method for improving the mobility of the amorphous coating, but the surface also includes a method in which a laser such as a flash lamp annealing is not used. That is, the present invention relates to a method of improving the crystallinity of a semiconductor material by using strong optical energy.

Claims (16)

반도체 장치 제조 방법에 있어서, 비단결정 반도체막을 절연 표면상에 형성하는 단계와, 제1광으로 상기 반도체막을 조사하여 상기 반도체막을 용융시켜 결정화하는 단계와, 불순물을 지닌 상기 반도체막 일부분을 도핑하는 단계 및, 상기 도핑한 후 제2광으로 상기 반도체막을 조사하여 용융시킴이 없이 결정도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a non-single crystal semiconductor film on an insulating surface, irradiating the semiconductor film with first light to melt and crystallize the semiconductor film, and doping a portion of the semiconductor film with impurities And irradiating the semiconductor film with a second light after the doping to increase crystallinity without melting the semiconductor film. 제1항에 있어서, 상기 제1광은 레이저 광인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first light is laser light. 제1항에 있어서, 상기 제1광은 플래쉬 램프로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.The method of claim 1, wherein the first light is emitted from a flash lamp. 제1항에 있어서, 상기 제2광은 레이저 광인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the second light is laser light. 제1항에 있어서, 상기 제2광은 플래쉬 램프로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.The method of claim 1, wherein the second light is emitted from a flash lamp. 제1항에 있어서, 상기 제2광을 조사한 후 수소 가스에서 상기 반도체막을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.2. The method of claim 1, further comprising annealing the semiconductor film in hydrogen gas after irradiating the second light. 반도체 장치 제조 방법에 있어서, 비결정 반도체막을 트랜스패런트 표면상에 형성하는 단계와, 제1광으로 상기 반도체막을 조사하여 상기 반도체막을 용융시켜 결정화하는 단계로서, 상기 제1광은 상기 기판에 대향되는 상기 반도체막의 상부 표면으로부터 방출되는 상기 용융 및 결정화 단계 및 상기 제1광을 조사한후 제2광으로 상기 반도체 광을 조사하여 용융시킴이 없이 결정도를 증가시키는 단계를 포함하며, 상기 제2광은 상기 반도체막과 관계하여 상기 기판의 대향측으로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an amorphous semiconductor film on a transparent surface, and irradiating the semiconductor film with first light to melt and crystallize the semiconductor film, wherein the first light is opposed to the substrate. The melting and crystallization steps emitted from the upper surface of the semiconductor film and increasing the crystallinity without irradiating and melting the semiconductor light with a second light after irradiating the first light, wherein the second light is the A semiconductor device manufacturing method, characterized in that emitted from an opposite side of the substrate in relation to a semiconductor film. 제7항에 있어서, 상기 제1광은 레이저 광인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein the first light is laser light. 제7항에 있어서, 상기 제1광은 플래쉬 램프로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein the first light is emitted from a flash lamp. 제7항에 있어서, 상기 제2항은 레이저 광인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein said second is laser light. 제7항에 있어서, 상기 제2광은 플래쉬 램프로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein the second light is emitted from a flash lamp. 제7항에 있어서, 상기 제2광을 조사한후 수소 가스에서 상기 반도체막을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.8. The method of claim 7, further comprising annealing the semiconductor film in hydrogen gas after irradiating the second light. 반도체 장치 제조 방법에 있어서, 비결정 반도체막을 절연 표면상에 형성하는 단계와, 제1광으로 상기 반도체막을 조사하여 상기 반도체막을 용융시켜 결정화하는 단계와, 게이트 절연막을 상기 반도체막상에 형성하는 단계와, 게이트 전극을 상기 절연막상에 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막상에 이온을 도핑하여 상기 반도체막에서 소스 및 드레인을 형성하는 단계 및, 상기 소스 및 드레인 영역을 형성한 후 제2광으로 상기 반도체막을 조사하여 용융시킴이 없이 결정도를 증가시키는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an amorphous semiconductor film on an insulating surface, irradiating the semiconductor film with first light to melt and crystallize the semiconductor film, and forming a gate insulating film on the semiconductor film; Forming a gate electrode on the insulating film, doping ions on the gate insulating film to form a source and a drain in the semiconductor film, and forming the source and drain region and then forming the semiconductor film with a second light. Increasing the crystallinity without irradiating and melting. 반도체 장치 제조 방법에 있어서, 비결정 반도체막을 트랜스패런트 표면상에 형성하는 단계와, 제1광으로 상기 반도체막을 조사하여 상기 반도체막을 용융시켜 결정화하는 단계로서, 상기 제1광은 상기 기판에 대향되는 상기 반도체막의 상부 표면으로부터 방출되는 상기 용융 및 결정 단계와, 게이트 절연막을 상기 반도체막상에 형성하는 단계와, 게이트 전극을 상기 절연막상에 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막상에 이온을 도핑시켜 상기 반도체막에서 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 소스 및 드레인 영역을 형성한 후 제2광으로 상기 반도체막을 조사하여 용융시킴이 없이 결정도를 증가시키는 단계를 구비하며, 상기 제2광은 상기 반도체막과 관계하여 상기 기판의 대향측으로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an amorphous semiconductor film on a transparent surface, and irradiating the semiconductor film with first light to melt and crystallize the semiconductor film, wherein the first light is opposed to the substrate. The melting and crystallization steps emitted from the upper surface of the semiconductor film, forming a gate insulating film on the semiconductor film, forming a gate electrode on the insulating film, and doping ions on the gate insulating film to do the semiconductor Forming a source and a drain region in the film, and increasing the crystallinity without irradiating and melting the semiconductor film with a second light after forming the source and drain region, wherein the second light is the semiconductor. Manufacture of semiconductor device characterized in that it is emitted from the opposite side of the substrate in relation to the film Way. 반도체 재료 형성 방법에 있어서, 비결정 반도체를 포함하고 5×1019atoms ·cm-3이하의 농도의 탄소, 질소 및 산소 각각을 함유하는 막을 표면상에 형성하는 단계와, 제1광으로 상기 막을 조사하여 라만스펙트로스코피에서 라만 시프트 512cm-1 이상에서 분산된 광세기의 피크를 갖는 결정화된 반도체로 비결정 반도체를 결정화하는 단계 및, 상기 제1광을 조사한 후 제2광으로 상기 막을 조사하여 결정도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.A method of forming a semiconductor material, comprising: forming a film on the surface of an amorphous semiconductor containing carbon, nitrogen, and oxygen, each having a concentration of 5 x 10 19 atoms · cm -3 or less, and irradiating the film with first light; Crystallizing an amorphous semiconductor with a crystallized semiconductor having a peak of light intensity dispersed at a Raman shift of 512 cm −1 or more in Raman spectroscopy, and irradiating the film with second light to increase crystallinity And a step of making the semiconductor device. 반도체 재료 형성 방법에 있어서, 비결정 반도체를 포함하고 5×1019atoms ·cm-3이하의 농도의 탄소, 질소 및 산소를 함유하는 막을 표면상에 형성하는 단계와, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 카바이드를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 보호막을 비결정 반도체를 포함하는 상기 막상에 형성하는 단계와, 제1광으로 상기 막을 조사하여 라만 스펙트로스코피에서 라만 시프트 512cm-1이상에서 분산된 광세기의 피크를 갖는 결정화된 반도체로 상기 비결정 반도체를 결정화하는 단계 및, 상기 제1광을 조사한 후 제2광으로 상기 막을 조사하여 결정도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.A method of forming a semiconductor material, comprising: forming a film on the surface of an amorphous semiconductor containing carbon, nitrogen, and oxygen at a concentration of 5 x 10 19 atoms · cm -3 or less, and silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbide Forming a protective film comprising a material selected from the group comprising: on the film comprising an amorphous semiconductor, and irradiating the film with first light to produce a light intensity dispersed at a Raman shift of 512 cm −1 or more in Raman spectroscopy. Crystallizing the amorphous semiconductor with a crystallized semiconductor having a peak, and irradiating the film with a second light after irradiating the first light to increase crystallinity.
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