JP2872425B2 - 半導体デバイスの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高品質の半導体層を得ら
れる光アニール方法を利用した半導体デバイスの形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】非晶質基板上に結晶性の薄膜を成長させ
る結晶形成技術の分野に於けるひとつの方法として基板
上に予め形成された非晶質薄膜を融点以下の温度で熱処
理して、結晶化させる固相成長方法が提案されている。

【０００３】例えば、非晶質絶縁物基板上に形成された
イオン注入によって非晶質化されたＳｉ薄膜をＮ₂雰囲
気に於いて６００℃、数十時間熱処理を施し、ミクロン
オーダーの大粒径樹枝状多結晶を形成し、そこに作製さ
れたトランジスター特性が良好であることが報告されて
いる。（Ｔ．Ｎｏｇｕｃｈｉ，Ｈ．Ｈａｙａｓｈｉ＆
Ｈ．Ｏｓｈｉｍａ１９８７，Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．
Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，１０６，Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏ
ｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２９３，Ｅｌｓｅ
ｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，Ｎ
ｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８）。

【０００４】その他の方法として、上記薄膜及びデバイ
ス特性向上のために、紫外光レーザーを照射する方法
や、赤外線ランプ光を照射する方法が提案されている。
（野口隆、他、特開昭６１−２８９６２０号公報），
（猪野、谷、Ｒｉｃｈｏ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐ
ｏｒｔ Ｎｏ．１４，ｐ４．Ｎｏｖｅｍｂｅｒ１９８
５）。

【０００５】この２つの報告及び出願に記述されている
ランプ加熱方法は、石英基板上にＳｉ薄膜を堆積させ、
Ｓｉウエハーを重ねて前記Ｓｉ薄膜と接触させておき、
ランプ光は、前記石英基板及び前記Ｓｉ薄膜を透過し、
前記Ｓｉウエハーに吸収されその発生した熱を接触によ
る熱伝導により前記石英基板上の前記Ｓｉ薄膜を加熱し
ようというものである。この方法によると、単に良吸収
体を重ね合せるということに招来される微視的観点に於
ける非密着性、及び不均一性、或いは汚染、融着等の問
題がある。

【０００６】例えばＳｉ Ｗａｆｅｒは、平滑といえど
も、一般的に数μｍのうねりがあることは周知の事実で
ある。そのために、Ｓｉ薄膜と前記Ｓｉウエハーを接触
（重ね合せ）により完全密着することは不可能であり、
前記Ｓｉ薄膜が受ける熱量の不均一性が生じる。その結
果、昇温される前記Ｓｉ薄膜内に温度分布ができる。こ
の温度不均一性は、結晶内部の構造変化を均一にする上
で障害となり、ひいてはデバイス特性に悪影響を与え
る。又、融点近くまで高温にした場合、Ｓｉ薄膜と、光
吸収体であるＳｉ ｗａｆｅｒが融着してしまい、素子
作製工程に移行できないという問題がある。

【０００７】 〔目的〕 本発明の目的は前述の従来例が有する課題を解消し、大
面積にわたって均一な熱処理を施し、均一な半導体特性
を有する半導体層の光アニール方法を利用した半導体デ
バイスの形成方法を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は大面積にわたって均一
な半導体特性の半導体層を形成し、該半導体層を用いて
半導体デバイスを形成する方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下地基体と、
該下地基体上に設けられた半導体層と、該半導体層上に
設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた光吸収体
層を有する基体を用意する工程、該基体にインコヒーレ
ント光を照射し、該光吸収体層に該インコヒーレント光
を吸収させ、熱エネルギーを発生させる、該熱エネルギ
ーを用いて、該半導体層をアニールする工程、該アニー
ル工程の後、該吸収体層の一部を除去してゲート電極を
形成する工程、ソース及びドレイン領域を形成する工程
を含み、該絶縁層の少なくとも一部をゲート絶縁膜とす
る半導体デバイスの形成方法である。

【００１０】

【００１１】以下に本発明の作用・構成の詳細を本発明
をなすに際し得た知見とともに説明する。

【００１２】一般に使用されるタングステンハロゲンラ
ンプ光（２２００Ｋ）の黒体幅射スペクトルと、Ｓｉの
吸収係数及びＳｉ内の自由キャリアの吸収係数の照射さ
れる光の波長との関係を図１に示す。

【００１３】図１に示されるとおり、Ｓｉの基礎吸収端
の吸収係数は、波長１．２μｍ以下で急激に増加する。
それに対してタングステンハロゲンランプの２２００Ｋ
に於ける黒体幅射スペクトルは、石英ガラスのカットオ
フ波長３．５μｍ以下、０．４μｍ以上の広い範囲の赤
外線領域に渡っている。更に自由キャリア−吸収成分の
波長依存性を見ると、波長１μｍ以上で、長波長側に伸
びており、高濃度のキャリアーが存在するほど光の吸収
率が高いことがわかる。

【００１４】以上のことから次の３つの事実は明らかで
ある。石英基板は赤外線照射によってほとんど加熱で
きない。Ｓｉ層には約１μｍ以下の波長域の光が吸収
されるが、それはランプ光の極一部でしかない。Ｓｉ
層にキャリアーを増加させると、光の吸収率が増加し、
ランプ光を有効に使用できる。

【００１５】以上３つの事実に加え、Ｓｉ層への光吸収
は厚膜依存性がある。Ｓｉ層の層厚は、リーク電流等の
電気的特性を考慮するとトランジスターに用いる半導体
層としてＳｉ層を用いる場合には前記Ｓｉ層の層厚は
０．１μｍ以下が特に望ましい。しかしながら、石英基
板上の０．１μｍ程度の厚みのＳｉ層にはランプ光はほ
とんど透過してしまい光の吸収は極めて微量である。

【００１６】このため例えば厚さ７５００μｍのＳｉウ
ェハなら１２００℃にも昇温可能な照射強度のインコヒ
ーレントなランプ光を照射しても光透過性材料である石
英基板上に配した層厚０．１μｍしかないＳｉ層は数百
℃程度にしか加熱されない。

【００１７】ところで他の知見として、金属は、Ｓｉ層
よりも光の吸収率が高いことも既に知られている。

【００１８】本発明は、光透過性基板上の薄膜Ｓｉ層を
アニールするに十分昇温するために吸収層を絶縁物を介
して前記Ｓｉ層上に堆積している。その基本形態となる
層構成を図２に示す。

【００１９】図２に示すとおり、石英等の光透過性基板
２１上にはＳｉ等の半導体層２２、絶縁層２３、光吸収
層２４と保護層２５とが順に設けられている。

【００２０】図２に示す層構成の基体を形成するにはま
ず光透過性基板に通常の堆積膜形成方法によりＳｉ，Ｓ
ｉＧｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の半導体層２２を形成す
る。

【００２１】ここで本発明によりアニールされた半導体
層を用いて薄膜電子デバイスを形成するためには、半導
体層２の層厚としては好ましくは０．０５μｍ以上０．
３μｍ以下、より好ましくは０．０６μｍ以上０．２μ
ｍ以下が望ましい。

【００２２】続いて分離層として絶縁層２３を通常の堆
積膜形成方法により形成する。絶縁層２３としては、例
えば酸化けい素、ちっ化けい素、ＳｉＯ₂Ｎ_y，酸化タン
タルがなどが用いられる。

【００２３】前記絶縁層２３の層厚としては好ましくは
０．０５μｍ以上１μｍ以下、より好ましくは０．０５
μｍ以上０．５μｍ以下、最適には０．０５μｍ以上
０．１μｍ以下とするのが半導体層２２及び光吸収層２
４とを分離すると共に、デバイス形成の際に絶縁層２３
をデバイスの構成要素の一部として使用するのに望まし
い。

【００２４】続いて前記絶縁層２３上に光吸収層２４を
形成する。該光吸収層２４の材料としては、例えば多結
晶Ｓｉ，非晶質Ｓｉ，多結晶ＳｉＧｅ等が挙げられる。

【００２５】また、自由キャリアを有することによる吸
収の増大を図ったドープされた半導体材料、例えばリン
添加非品質Ｓｉ，ホウ素添加非晶質Ｓｉ，ヒ素添加非晶
質Ｓｉ等を光吸収層２４の材料として用いてもよい。

【００２６】例えばＰを１０²⁰／ｃｍ³添加した層厚
０．５μｍの多結晶Ｓｉ層は、無添加のものに比較して
同じ光照射条件での光照射による加熱で約１００℃高温
となる。又、光吸収層２４の材料となる金属としては例
えばＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ＷＳｉ
（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ（モリブデンシ
リサイド）等が好適に用いられる。

【００２７】光強度が強い場合、光吸収層２４の表面荒
れや蒸発を防止するための保護層２５を被ふくすること
により、前記表面荒れを防いでも良い。保護層２５には
例えば、ＳｉＯ₂或いはＳｉ₃Ｎ₄もしくはＳｉＯ₂／Ｓｉ
₃Ｎ₄の二層構造などの光透過性であって高温に耐える材
料を用いることができる。ランプ光を該多層構造に上部
から照射すると、光は保護層２５を通過し、吸収層２４
に吸収され該吸収層２４が昇温する。その結果、分離層
２４を介して、本来光を透過して加熱されない層厚の半
導体層２２が熱伝導により十分な加熱が行われる。下部
より光を照射した場合には、ランプからの光は、例えば
石英基板２１を透過し、更に半導体層（活性層）２２と
分離層２３とを通して吸収層２４で光を吸収し該光吸収
層２４を昇温する。上下より照射すれば光吸収層の昇温
効果はより向上する。図３に示すように吸収層２４は半
導体層（活性層）２２と基板２１の間にあっても良く、
又、基板２１の裏面に配して基板温度を昇温し、より制
御性を高め、歪みの軽減も可能である。

【００２８】光吸収層の層厚としては、入射光を充分吸
収し半導体層を昇温するために、好ましくは０．５μｍ
以上２μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上１．５
μｍ以下、最適には０．５μｍ以上１．０μｍ以下とす
るのが望ましい。

【００２９】半導体層２２の出発材料を非晶質Ｓｉや微
細な粒径をもつ多結晶Ｓｉを用いた場合、粒成長がおこ
り、ミクロンオーダーに結晶粒が成長し、粒界の影響が
少なくなるためデバイス特性が向上する。前述した様な
ミクロンオーダーの大粒径樹枝状多結晶を半導体層２２
の出発材料とした場合、該半導体層２２内に高密度に存
在する双晶欠陥の著しい減少がおこる。

【００３０】特に結晶群に施す熱処理の温度として好ま
しくは、１０００℃以上１４２０℃以下の高温で光照射
によるアニールを行うと半導体層２２内部の積層欠陥、
転移が効率よく消滅する。

【００３１】光透過性基板上のＳｉ薄膜の上部、或いは
下部、又は上、下部共に半導体層、或いは金属の光良吸
収層を絶縁物質層を介して堆積により形成し、密着性を
確保した上で光照射することにより、Ｓｉ薄膜の温度上
昇を補助し、その制御性、均一性を向上させることがで
きる。

【００３２】更に光良吸収層を半導体素子の構造の一部
に使用することによって、工程の簡略化が計られる。

【００３３】又、インコヒレント光を使用するための照
射のさいに光の干渉による熱処理温度の不均一を防ぐこ
とができるので膜全体を均一に熱処理することができ
る。

【００３４】光照射の強度としては好ましくは０．１Ｗ
／ｃｍ²以上３００Ｗ／ｃｍ²以下より好ましくは１０Ｗ
／ｃｍ²以上１５０Ｗ／ｃｍ²以下とすることが短時間に
大面積を一括に熱処理するのには望ましい。

【００３５】光照射により加熱される半導体層の熱処理
温度は好ましくは１２００℃以上１４００℃以下、より
好ましくは１２５０℃以上１４００℃以下、最適には１
３００℃以上１３８０℃以下とするのが高品質の半導体
層を得るには望ましい。

【００３６】次に、上記多層構造をもったＳｉ層を電界
効果型トランジスタに利用する場合について説明する。
半導体層２２は、通常の半導体プロセスにより加工する
ことによりチャンネル部分３１として使用され、分離層
２３は、ゲート絶縁層３８として使用され、光吸収層２
４は、ゲート電極層３７に転用される。図４に示すソー
ス３２、ドレイン３３の高濃度不純物添加領域を形成す
るには図２に示す分離層２３のソース３２、ドレイン３
３に対応する部分に開口を設けると共に光吸収層２４に
不純物添加された多結晶Ｓｉを使用し、ランプ加熱時に
熱拡散して形成するかあるいは、通常の半導体プロセス
により前記開口にイオン注入しても良い。

【００３７】前記ソース３２、ドレイン３３、ゲート電
極層３７との電気的接触のために例えばアルミニウム等
の導電性材料からなるのゲート電極３４、ソース電極３
５、ドレイン電極３６を設ける。以上の様にして作製さ
れた薄膜電界トランジスタは、ランプ加熱温度に応じて
特性が向上する。

【００３８】

【実施例】以下、本発明をより一層明確にするための実
施例を記すが、本発明は以下に記す実施例のみに何等限
定されるものではない。

【００３９】実施例１ １０ｃｍ×１０ｃｍの大きさで厚さ５００μｍの石英ガ
ラス板２１に減圧ＣＶＤにより、圧力０．３Ｔｏｒｒ、
基体温度６２０℃の条件でＳｉＨ₄を熱分解し、平均約
５００Åの微細な結晶粒径をもつ多結晶Ｓｉ層（活性
層）２２を層厚０．１μｍ堆積した。

【００４０】該多結晶Ｓｉ層２２上に、基体温度４００
℃、圧力７６０Ｔｏｒｒの条件でＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガス
とを導入しＳｉＯ₂層２３を層厚５００Å熱ＣＶＤ法に
より形成した。

【００４１】続いて、該ＳｉＯ₂層２３上に減圧ＣＶＤ
法により、圧力０．３Ｔｏｒｒ、基体温度６２０℃の条
件でＳｉＨ₄ガスを熱分解して層厚５０００Åの多結晶
Ｓｉ層を形成し、リンイオンを１０²⁰ｉｏｎｓ／ｃｍ³
の濃度にイオン注入し、リンイオンを高濃度に含有する
光吸収層２４を形成した。

【００４２】更にその上部に保護層として層厚１μｍの
ＳｉＯ₂層２５を基体温度４００℃、圧力７６０Ｔｏｒ
ｒの条件でＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスを導入し熱ＣＶＤ法に
より形成した。

【００４３】図２に示した多層構造をもつ基体に３分間
タングステンハロゲンランプ光を７８Ｗ／ｃｍ²の強度
で前記基体の上下より照射した。照射雰囲気はＮ₂であ
り温度測定のために前記基体とは別に設けたＳｉ ｗａ
ｆｅｒを温度モニターとしてオプティカルパイロメータ
で温度測定したところ照射時間３分での温度は１３８０
℃であった。

【００４４】この照射により層厚０．５μｍのｎ⁺ｐｏ
ｌｙＳｉ層２４に吸収された光による熱エネルギーは、
無添加の層厚０．１μｍのｐｏｌｙ Ｓｉ層２２へＳｉ
Ｏ₂層２３を介して伝導し前記Ｓｉ層２２に対して熱処
理を施した。この熱処理により前記Ｓｉ層２２の結晶粒
径は数百倍以上の数μｍの粒径に拡大された。また保護
層２５のキャップ効果により、Ｓｉ層の表面荒れはなか
った。

【００４５】続いて、前述の光照射によるアニールを施
した基体を用いて電界効果トランジスターを通常のＩＣ
プロセスを用いて形成した。

【００４６】以下、前記電界効果トランジスタの形成工
程につき図４乃至図７を参照しつつ説明する。

【００４７】まず保護層２５を緩衡フッ酸を用いてエッ
チング除却した。続いてゲート領域を形成するため、ゲ
ート電極層３７の部分を残して光吸収層２４をエッチン
グ除却しゲート電極層を形成し、分離層２３にソース及
びドレイン形成のための開口を設け、ゲート絶縁層３８
を形成した（図４）。

【００４８】前記開口にて露出している半導体層２２に
イオン注入法によりＰイオンをドーズ量５×１０¹⁵ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ²でイオン注入し、ソース３２、及びドレイ
ン３３を形成した（図５）。

【００４９】前記ソース３２、ドレイン３３を形成した
後、基体温度４００℃、圧力７６０Ｔｏｒｒの条件でＳ
ｉＨ₄ガス及びＯ₂ガスを導入しＣＶＤ法にて層厚１μｍ
のＳｉＯ₂層を保護層３９として形成し、ゲート電極層
３７、ソース３２及びドレイン３３との電気的接触のた
めのコンタクトホールを形成した（図６）。

【００５０】ゲート電極層３７、ソース３２及びドレイ
ン３３との電気的接触を得るため、電極材料としてアル
ミニウムを堆積し、ゲート電極３４、ソース電極３５及
びドレイン電極３６をパターニングして形成し、電界効
果トランジスタを形成した（図７）。

【００５１】このようにして形成したトランジスタの特
性を評価したところ、キャリア易動度１００ｃｍ²／Ｖ
・ｓｅｃ以上、しきい値約１．５Ｖ、サブスレッシュホ
ールド特性３００ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり良好なトラ
ンジスタ特性を有していた。即ち、本実施例によりアニ
ールされた半導体層２２は、半導体デバイスの能動領域
として充分な電気特性を有していた。

【００５２】また、本実施例によればアニールを施した
基体がリン原子を多量に含む多結晶Ｓｉからなる光吸収
層２４、優れた半導体特性を有する大粒径Ｓｉからなる
半導体層２２、該光吸収層２４と半導体層２２とを分離
する絶縁材料からなる分離層２３とを有しているため、
該半導体層２２にソース３２、ドレイン３３を形成し得
るのみならず、該分離層２３を利用してゲート絶縁層３
８を形成し得、該光吸収層２４を利用してゲート電極層
３７を形成し得た。そのため本発明により、高品質の半
導体層を得るためのアニール処理に続いて、新たにゲー
ト絶縁層用の絶縁材料層及びゲート電極層用の高ドープ
層を形成する工程を設けることなく少ない工程で半導体
デバイスを形成し得た。

【００５３】実施例２ まず、大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍ厚さ５００μｍの石英
ガラス製の下地材料１２１上に圧力０．３Ｔｏｒｒ基体
温度５５０℃の条件で原料ガスとしてＳｉＨ₄を用いた
減圧ＣＶＤ法により非晶質Ｓｉ層１２２を層厚０．１μ
ｍ形成した。

【００５４】続いて、該非晶質Ｓｉ層１２２上に圧力７
６０Ｔｏｒｒ，基体温度４００℃の条件で原料ガスとし
てＳｉＨ₄とＯ₂とを用いたＣＶＤ法によりＳｉＯ₂から
なる分離層１２３を形成した後、スパッター成膜装置に
基体を移し、該分離層１２３上に圧力１０ｍＴｏｒｒ，
基体温度室温アルゴン雰囲気中にてタングステン層を層
厚５０００Åスパッター法で形成し光吸収層１２４とし
た。

【００５５】該タングステンからなる光吸収層１２４上
にＳｉＯ₂からなる第１の保護層１２５を前述の分離層
と同様の条件で層厚１μｍ形成し、該第１の保護層１２
５上に圧力０．５Ｔｏｒｒ，基体温度８００℃の条件で
原料ガスＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＮＨ₃とを用いた減圧ＣＶＤ
法でＳｉ₃Ｎ₄からなる第２の保護層１２６を層厚５００
Å形成し、二層構造の保護層１２７を有する基体１０１
を形成した（図８）。

【００５６】前記基体１０１にタングステンハロゲンラ
ンプ光を６０Ｗ／ｃｍ²の強度で前記基体１０１の上部
（図８中の矢印ｈνの方向）から該基体１０１に１分間
照射した。

【００５７】温度測定のために前記基体１０１とは別に
設けたシリコンウェハのモニタ温度は１分間の光照射で
１３５０℃になった。

【００５８】続いて、前述の光照射によるアニールを施
した基体１０１を用いて、電界効果トランジスタを通常
のＩＣプロセスにて形成した。

【００５９】まず、保護層１２７をリン酸とフッ酸を用
いて除去し、ゲート電極１３７部を残して他の箇所の光
吸収層１２４を反応性イオンエッチングを用いて除去
し、ソース及びドレインを形成する箇所が分離層１２３
から露出するよう を用いて開口部を形成し、ゲート１
３７及びゲート絶縁層１３８を有する基体を形成した。

【００６０】続いて、前記開口部にＰイオンをドーズ量
４×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²でイオン注入しソース１３
２及びドレイン１３３を有する基体を形成した（図１
０）。

【００６１】続いて、前記基体に圧力７６０Ｔｏｒｒ，
基体温度４００℃の条件で原料ガスとしてＳｉＨ₄とＯ₂
とを使用したＣＶＤ法により層厚１μｍの保護層１３９
を形成し、ソース１３２、ドレイン１３３及びゲート１
３７がそれぞれ露出するためのコンタクトホールを形成
した（図１１）。

【００６２】続いて、ソース１３２、ドレイン１３３及
びゲート１３７との電気的接触をとるために１００Ｔｏ
ｒｒ，室温でスパッター法を用いてアルミニウムの電極
層を層厚１μｍ形成し、パターニングして図１２に示す
電界効果トタンジスタを形成した。こうして得られた電
界効果トランジスタのキャリア移動度及びサブスレッシ
ュホールド特性を測定した所極めて良好なトランジスタ
特性を示した。

【００６３】本実施例のアニールによる効果を調べるた
めに、本実施例の光アニールを施さなかった以外は同様
にして電界効果トランジスタを作成し、そのキャリア移
動度及びサブスレッシュホールド特性を測定した（比較
例）。

【００６４】本実施例のトランジスタ及び比較例のトラ
ンジスタのおのおのの特性を表１にまとめて示す。

【００６５】

【表１】

【００６６】表１からも明らかなとおり、本実施例の光
アニールを施したトランジスタは高いキャリア移動度と
低いサブスレッシュホールド特性を有しており、極めて
良好なトランジスタ特性を有していた。

【００６７】また、シリコン層１２２を透過電子顕微鏡
観察したところシリコン層１２２は平均粒径１０μｍに
達する多結晶シリコン層であった。

【００６８】また、本実施例によれば保護層１２７をＳ
ｉＯ₂からなる第１の保護層１２５とＳｉ₃Ｎ₄からなる
第２の保護層１２６との二重構造としたため、Ｓｉ層の
表面が処理後に於いて極めて平坦に形成できた。その平
坦性はＳｉ層の堆積のまま維持された。

【００６９】実施例３ １５ｃｍ×１５ｃｍの大きさで厚さ５００μｍの石英か
らなる下地材料２２１上に圧力０．３Ｔｏｒｒ、基体温
度６２０℃の条件で原料カスとしてＳｉＨ₄を用いた減
圧ＣＶＤ法により層厚０．１μｍの多結晶Ｓｉ層２２２
を形成し、該多結晶Ｓｉ層にＳｉ⁺イオンを加速電圧５
０ＫｅＶ、ドーズ量２×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²の条件
でイオン注入し該多結晶Ｓｉ層２２２を非晶質化し非晶
質Ｓｉ層２２２を有する基体を形成した（図１３）。

【００７０】該基体をＮ₂雰囲気中６００℃で５０時間
加熱処理し、前記非晶質Ｓｉ層２２２中に固相成長によ
り、最大粒径５μｍに達する大粒径樹枝状結晶層２２２
を形成した。

【００７１】該樹枝状結晶層２２２を有する基体を酸化
雰囲気中で表面側から厚さ５００Å熱酸化してＳｉＯ₂
層２２３を形成し絶縁層とした。酸化されずに残った樹
枝状結晶層２２２は層厚約５００Åの多結晶Ｓｉ層２２
４になった。

【００７２】該絶縁層２２３上に圧力０．３Ｔｏｒｒ基
体温度６２０℃の条件で原料ガスとしてＳｉＨ₄を用い
た減圧ＣＶＤ法により層厚０．５μｍの多結晶Ｓｉ層２
２５を形成し、該多結晶Ｓｉ層２２５上に圧力２０ｍＴ
ｏｒｒ基体温度室温の条件でスパッタ法により層厚０．
１μｍのＴｉ層２２６を形成し光吸収層とした。

【００７３】該光吸収層２２６上に保護層として圧力７
６０Ｔｏｒｒ基体温度４００℃の条件で原料ガスとして
ＳｉＨ₄及びＯ₂を用いたＣＶＤ法により層厚１．０μｍ
のＳｉＯ₂層２２７を形成した。下地材料２２１裏面に
多結晶Ｓｉ層２２８を層厚０．６μｍ形成し基体裏面の
光吸収層とした。

【００７４】このようにして図１４に示す基体を作成し
た。

【００７５】該基体に７０Ｗ／ｃｍ²の強度のタングス
テンランプ光を基体両面より３分間照射した。この照射
条件で３分間光照射した際のＳｉウェハーの温度モニタ
ーは１３８０℃を示した。

【００７６】前述の光照射により光吸収層である多結晶
Ｓｉ層２２５とＴｉ層２２６とは反応しＴｉＳｉ₂を形
成した。

【００７７】最大粒径５μｍの大粒径樹枝状多結晶層２
２４は光アニール処理前には粒内に転移群が存在してい
たが、光アニール処理後には転移群がほとんど消滅し、
極めて良好な結晶性が得られた。

【００７８】該基体を用いて実施例１と同様にして電界
効果トランジスタを形成した。

【００７９】得られた電界効果トランジスターはＳｉ単
結晶ウェハに作製したものとほぼ同等の優れた特性を有
していた。

【００８０】実施例４ 石英基板（１００ｍｍφ）上に基板温度２００℃、圧力
１×１０^-8Ｔｏｒｒ、堆積速度１Å／Ｓｅｃの条件で真
空蒸着法によりＳｉ層を層厚０．１μｍ堆積した。

【００８１】このＳｉ層は堆積されたままでは非晶質Ｓ
ｉ層であるが、Ｎ₂中６００℃５０時間の熱処理で実施
例３と同等の大粒径樹枝状多結晶層となった。

【００８２】続いて分離層として前記樹枝状多結晶層上
にＴａ₂Ｏ₅層をスパッター法により層厚５００Å堆積し
た後、Ｐを１０²⁰原子／ｃｍ³以上添加した多結晶Ｓｉ
層を層厚０．５μｍ堆積し光吸収層とした。続いてＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯ₂層を層厚１．０μｍ堆積し、保護層
とした基体を形成した。

【００８３】７２Ｗ／ｃｍ²の強度のタングステンハロ
ゲンランプ光を前記基体の上下より３分間照射した。Ｓ
ｉウエハモニター温度は３分間の光照射により１３４５
℃となった。吸収層として用いた多結晶Ｓｉ層をゲート
に転用して電界効果トランジスターを実施例１と同様に
して作製した結果、その特性はＳｉウエハーに作製した
電界効果トランジスタと同等の良好な特性を示した。

【００８４】透過電子顕微鏡の観察の結果、界面近傍の
Ｓｉ活性層内に存在していた欠陥群が大巾に減少してい
るのが判った。

【００８５】実施例５ １００ｍｍφの石英ガラス基板に、減圧ＣＶＤ法により
圧力０．３Ｔｏｒｒ，基体温度６２０℃でＳｉＨ₄を熱
分解し、平均粒径約５００Åの微細な結晶粒をもつ多結
晶Ｓｉ層（半導体層）を層厚０．１μｍ堆積したのちＳ
ｉＯ₂層を熱酸化により層厚５００Å形成する。更に再
び前述の多結晶Ｓｉ層形成条件と同様の減圧ＣＶＤ法に
より多結晶Ｓｉ層を層厚５０００Å堆積し、リンガラス
からの拡散によりＰを１０²¹原子／ｃｍ³の高濃度で前
記多結晶Ｓｉ層に添加する（光吸収層）。

【００８６】こうして形成した多層構造をもつ基体に７
５Ｗ／ｃｍ²の強度でタングステンハロゲンランプ光を
前記基体の上下より３分間照射した。照射雰囲気はＮ₂
とした。Ｓｉ ｗａｆｅｒを温度モニターとしてオプテ
ィカルパイロメータで測定したところ３分間の照射時間
内での温度は１３８０℃であった。

【００８７】この照射により層厚０．５μｍのｎ⁺ｐｏ
ｌｙ Ｓｉ層に吸収された光による熱エネルギーは、無
添加の０．１μｍのｐｏｌｙ Ｓｉ層へ前記ＳｉＯ₂層
を介して伝導し前記半導体層を昇温する。この熱処理に
より前記多結晶Ｓｉ層の粒径は数百倍以上の３μｍまで
拡大された。

【００８８】照射後、通常のＩＣプロセスを用いて光吸
収層のｎ⁺ｐｏｌｙ Ｓｉをゲートとして実施例１と同
様に電界効果トランジスターを作製したところ良好な特
性を示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】波長とシリコンの吸収係数との関係を示す図で
ある。

【図２】本発明を説明するための模式的説明図である。

【図３】本発明を説明するための模式的説明図である。

【図４】半導体デバイスの模式的説明図である。

【図５】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。

【図６】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。

【図７】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。

【図８】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。

【図９】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図であ
る。

【図１０】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図で
ある。

【図１１】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図で
ある。

【図１２】半導体デバイスの形成工程の模式的説明図で
ある。

【図１３】本発明を説明するための模式的説明図であ
る。

【図１４】本発明を説明するための模式的説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 29/786

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地基体と、該下地基体上に設けられた
   半導体層と、該半導体層上に設けられた絶縁層と、該絶
   縁層上に設けられた光吸収体層を有する基体を用意する
   工程、 該基体にインコヒーレント光を照射し、該光吸収体層に
   該インコヒーレント光を吸収させ、熱エネルギーを発生
   させ、該熱エネルギーを用いて、該半導体層をアニール
   する工程、 該アニール工程の後、該光吸収体層の一部を除去してゲ
   ート電極を形成する工程、 ソース及びドレイン領域を形成する工程、を含み、 該絶縁層の少なくとも一部をゲート絶縁膜とする半導体
   デバイスの形成方法。
2. 【請求項２】 前記半導体層と前記下地基体を前記イン
   コヒーレント光を透過する材料で構成する請求項１に記
   載の半導体デバイスの形成方法。
3. 【請求項３】 保護層を前記光の良吸収体層上に形成す
   る請求項１に記載の半導体デバイスの形成方法。
4. 【請求項４】 前記半導体層はシリコン含有半導体材料
   を有する請求項１に記載の半導体デバイスの形成方法。
5. 【請求項５】 前記光の良吸収体層は半導体または金属
   材料を有する請求項１に記載の半導体デバイスの形成方
   法。
6. 【請求項６】 エッチングによって前記絶縁層の一部を
   除去することを含む請求項１に記載の半導体デバイスの
   形成方法。
7. 【請求項７】 前記半導体層中にイオン注入を施す請求
   項１に記載の半導体デバイスの形成方法