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JPH1167663A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JPH1167663A
JPH1167663A JP22170297A JP22170297A JPH1167663A JP H1167663 A JPH1167663 A JP H1167663A JP 22170297 A JP22170297 A JP 22170297A JP 22170297 A JP22170297 A JP 22170297A JP H1167663 A JPH1167663 A JP H1167663A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silicon oxide
oxide film
silicon
amorphous silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP22170297A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuyuki Suga
勝行 菅
Yasuyoshi Mishima
康由 三島
Yutaka Takizawa
裕 瀧澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP22170297A priority Critical patent/JPH1167663A/ja
Publication of JPH1167663A publication Critical patent/JPH1167663A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アモルファスシリコン膜の結晶粒径の大きな
ポリシリコン膜を安定して形成できるようにして,薄膜
トランジスタの特性を向上させる。 【解決手段】 基板上にシリコン薄膜と厚さ10〜300 Å
(好ましくは10〜100 Å) の酸化シリコン膜とが形成さ
れた状態で,該シリコン薄膜にレーザ光を照射して該シ
リコン薄膜の結晶化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係り,特に, 薄膜トランジスタ等の半導体装置の製
造における半導体薄膜の結晶化に関する。
【0002】
【従来の技術】アモルファスシリコン(a-Si)薄膜にXeCl
エキシマレーザを照射してポリシリコン薄膜を形成する
場合の従来例を次に説明する。
【0003】図3は結晶化工程の従来例の説明図であ
る。図3(A) において,プラズマ気相成長(PCVD)装置を
用いて, ガラス基板 3上に基板からの汚染を防ぐために
厚さ2000Åの酸化シリコン(SiO2)膜 2を形成し,続い
て, 厚さ 500Åの水素化アモルファスシリコン膜(a-Si:
H) 1を形成する。
【0004】図3(B) において,この基板を温度 450℃
の窒素雰囲気中で1時間熱アニールを行う。これによっ
て,レーザ照射時に水素が突沸することによるアブレー
ションを防止でき, アモルファスシリコン膜 4が形成さ
れる。アモルファスシリコン膜の表面には自然酸化膜 5
が生じている。
【0005】図3(C) において,レーザを照射する過程
で,通常はここで弗化水素酸溶液等に基板を浸漬するこ
とによってアモルファスシリコン表面の自然酸化膜 5を
除去する。
【0006】図3(D) において,圧力が 1×10-5 Torr
程度の真空中か,窒素雰囲気中でレーザビーム 6を照射
し矢印の方向に走査する。図3(E) において,アモルフ
ァスシリコン膜 1は結晶化されてポリシリコン膜7が得
られる。
【0007】図4は他の従来例の説明図である。この例
は, レーザエネルギーを効率的に使い, 且つ膜表面の平
坦化を目的として, アモルファスシリコン膜 1の表面に
反射防止膜8として厚さ 500Åの酸化シリコン膜を形成
している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図5は従来例に対する
結晶粒径のレーザエネルギー依存性を示す図である。図
において,結晶粒径はレーザエネルギーの増加とともに
大きくなり,この場合は 400 mJ/cm2 で最大値を示す。
【0009】表面の自然酸化膜を除去した後にレーザア
ニールを行った場合は 0.2μm程度の小さな結晶粒しか
形成することができず,また,反射防止膜を形成した場
合はレーザエネルギー400 mJ/cm2で 0.5μmと比較的大
きな結晶粒が得られるが, レーザ装置本体のエネルギー
の変動によって照射するエネルギーが最適な値を少しで
も越えると, 膜がアブレーションを起こし, 薄膜トラン
ジスタ等の半導体素子を形成できなくなってしまう。
【0010】本発明は,結晶粒径の大きなポリシリコン
膜を安定して形成できるようにして,薄膜トランジスタ
の特性の向上を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1)基板上にシリコン薄膜と厚さ10〜300 Åの酸化シリ
コン膜とを順に形成し,該シリコン薄膜にレーザ光を照
射して該シリコン薄膜の結晶化を行う半導体装置の製造
方法,あるいは 2)前記の酸化シリコン膜を, プラズマ気相成長により
形成する前記1記載の半導体装置の製造方法,あるいは 3)前記の酸化シリコン膜を, スパッタ法により形成す
る前記1記載の半導体装置の製造方法,あるいは 4)前記の酸化シリコン膜を, 酸素原子の存在する雰囲
気中で加熱することにより形成する前記1記載の半導体
装置の製造方法,あるいは 5)前記の酸化シリコン膜を, 酸素原子の存在する雰囲
気中で紫外光を照射することにより形成する前記1記載
の半導体装置の製造方法,あるいは 6)前記の酸化シリコン膜を形成後,該酸化シリコン膜
を所望の形状にパターニングする前記1記載の半導体装
置の製造方法により達成される。
【0012】本発明はアモルファスシリコン膜上の酸化
シリコン膜の適正な膜厚を実験的に確かめた結果を利用
したものである。発明者は結晶粒径が最大になり,且つ
レーザエネルギーが最大値を越えてもアブレーションが
起こらないような膜厚の範囲を実験的に確かめた。
【0013】
【発明の実施の形態】図2は本発明の実施の形態の説明
図である。図2(A) において,プラズマ気相成長装置を
用いて, ガラス基板 3上に基板からの汚染を防ぐために
厚さ2000Åの酸化シリコン(SiO2)膜 2を形成し,続い
て,厚さ 500Åの水素化アモルファスシリコン膜 1と厚
さ 100Åの酸化シリコン膜 9を連続成長する。
【0014】図2(B) において,この基板を温度 450℃
の窒素雰囲気中で1時間熱アニールを行うことによっ
て,水素化アモルファスシリコンの脱水素化処理を行
い,アモルファスシリコン膜 4を形成する。
【0015】図2(C) において, 1×10-5 Torr 程度の
真空中か,窒素雰囲気中でレーザビーム 6を照射し矢印
の方向に走査する。図2(D) において,アモルファスシ
リコン膜 1は結晶化されてポリシリコン膜7が得られ
る。
【0016】図1は本発明の原理説明図である。図は,
アモルファスシリコン膜表面に厚さ 100Åの酸化シリコ
ン膜を形成した場合の結晶粒径のレーザエネルギー依存
性を示す。
【0017】レーザエネルギー400 mJ/cm2において,粒
径約 1μmの大きな結晶粒が得られ, また,レーザエネ
ルギーが400 mJ/cm2以上になっても, 結晶粒径は減少す
るものの, 厚さ500 Åの反射防止膜を用いたときに起こ
ったようなアモルファスシリコン膜のアブレーションは
起こらなくなっていることが判る。
【0018】この結果, レーザ装置のエネルギーの変動
によって, 最適値以上のエネルギーが照射されても薄膜
トランジスタが形成できなくなるような致命的なダメー
ジを防ぐことができる。
【0019】発明者等の実験結果によると,アモルファ
スシリコン膜上の自然酸化膜を除去した場合に比べて,
より大きな結晶粒が得られ,且つ, 厚さ500 Åの反射防
止膜を形成したときに起こったようなアブレーションが
起こらないような酸化シリコン膜の膜厚は10〜300 Å,
好ましくは10〜100 Åであることが判った。
【0020】実施の形態において,アモルファスシリコ
ン上の酸化シリコン膜は,プラズマ気相成長で形成され
たが,これに限るものではなく,スパッタによる方法や
酸素原子の雰囲気中での加熱によるか, または酸素原子
の雰囲気中で紫外光を照射する方法で形成してもよい。
【0021】また,実施の形態において,アモルファス
シリコン上の酸化シリコン膜は基板上全面に均一に形成
されていたが,これに限るものではなく,フォトリソグ
ラフィ技術によって所望の領域のみに酸化シリコン膜を
形成し,その領域にのみ結晶粒径の大きなポリシリコン
膜を形成してもよい。
【0022】次に, 酸化膜厚の数値限定の根拠を示すデ
ータを表1を用いて説明する。
【0023】
【表1】 表1にレーザエネルギーが400 mJ/cm2と500 mJ/cm2の場
合に形成される結晶粒径 (μm) を示す。
【0024】500 mJ/cm2の場合には, 酸化膜厚が 400Å
以上ではアブレーションを起こしてしまうので不適当で
ある。400 mJ/cm2の場合には, 酸化膜厚が10Å以上で結
晶粒径が大きく, 特に,10〜100 Åで結晶粒径が最大値
を示す。
【0025】従って, 400 mJ/cm2 で結晶粒径が大き
く, 且つ 500 mJ/cm2 でアブレーションを起こさないの
は,酸化膜厚が10〜300 Åであり,その中でも特に結晶
粒径が大きいのは10〜100 Åであることが判る。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば, アモルファスシリコン
膜の表面の酸化膜を除去した場合に比べて, より大きな
結晶粒を形成することが可能となり,また,反射防止膜
を形成したときにレーザエネルギーが最適値を越えた場
合に発生していたアモルファスシリコン膜のアブレーシ
ョンを回避できる。
【0027】この結果,結晶粒径の大きなポリシリコン
膜を安定して形成でき,これを用いたポリシリコン膜で
形成された薄膜トランジスタの特性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図(本発明のレーザエネル
ギー依存性を示す図)
【図2】 本発明の実施の形態の説明図
【図3】 従来例1の説明図
【図4】 従来例2の説明図
【図5】 従来例の結晶粒径のレーザエネルギー依存性
を示す図
【符号の説明】
1 水素化アモルファスシリコン(a-Si:H) 2 酸化シリコン(SiO2)膜 3 ガラス基板 4 アモルファスシリコン(a-Si) 5 自然酸化膜でSiO2膜 6 レーザビーム 7 ポリシリコン膜 8 反射防止膜でSiO2膜 9 酸化シリコン(SiO2)膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にシリコン薄膜と厚さ10〜300 Å
    の酸化シリコン膜とが順に形成された状態で,該シリコ
    ン薄膜にレーザ光を照射して該シリコン薄膜の結晶化を
    行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 プラズマ気相成長により前記酸化シリコ
    ン膜を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 スパッタ法により前記酸化シリコン膜を
    形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 酸素原子の存在する雰囲気中で加熱する
    ことにより前記酸化シリコン膜を形成することを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 酸素原子の存在する雰囲気中で紫外光を
    照射することにより前記酸化シリコン膜を形成すること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記酸化シリコン膜を形成後,該酸化シ
    リコン膜を所望の形状にパターニングすることを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP22170297A 1997-08-18 1997-08-18 半導体装置の製造方法 Pending JPH1167663A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6391747B1 (en) 1999-02-09 2002-05-21 Nec Corporation Method for forming polycrystalline silicon film
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CN106367728A (zh) * 2015-07-20 2017-02-01 成均馆大学校产学协力团 多晶硅沉积方法及用于其的沉积装置

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