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JPH0629212A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH0629212A
JPH0629212A JP18092892A JP18092892A JPH0629212A JP H0629212 A JPH0629212 A JP H0629212A JP 18092892 A JP18092892 A JP 18092892A JP 18092892 A JP18092892 A JP 18092892A JP H0629212 A JPH0629212 A JP H0629212A
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JP
Japan
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thin film
single crystal
substrate
wafer
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP18092892A
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Japanese (ja)
Other versions
JP3404766B2 (en
Inventor
Toshiyuki Ishimaru
敏之 石丸
Takashi Noguchi
隆 野口
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP18092892A priority Critical patent/JP3404766B2/en
Publication of JPH0629212A publication Critical patent/JPH0629212A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a substantial single-crystal silicon thin film by crystallizing an a-Si (amorphous silicon) thin film or a polycrystalline Si thin film on a substrate by a simple method. CONSTITUTION:A laser irradiation operation in order to form a nucleus and an annealing operation in order to grow the nucleus are performed simultaneously. That is to say, a crystallization apparatus wherein an excimer laser irradiation operation (hnu1) is performed from the surface side of a wafer 6 and a lamp annealing operation (hnu2) is performed from the rear side is used, and an a-Si thin film 21 is crystallized on a transparent quartz (SiO2) substrate 20. Then, the formation of crystal nuclei 22 and the growth of the nuclei in the two-dimensional direction progress in parallel, and substantial single-crystal Si thin films 23 are obtained. When an Si ion-beam annealing operation is performed in advance to parts other than the nucleus formation positions, it is possible to restrain that a regular grain boundary is formed. When an excimer laser is irradiated via a photomask, parts where the crystal nuclei 22 are produced can be specified easily.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に薄膜トランジスタのチャネル領域等を形成す
るための単結晶シリコン薄膜を簡便な方法で形成し、S
OI技術による三次元デバイスの量産等にも道を開くこ
とが可能な半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and in particular, a single crystal silicon thin film for forming a channel region of a thin film transistor is formed by a simple method.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that can be used for mass production of three-dimensional devices by OI technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁膜上の多結晶シリコンの結晶性向
上、あるいは単結晶成長を目的として、レーザ照射によ
る溶融再結晶化が研究されている。特に、シリコンとの
界面特性に優れるSiO2 基板上に単結晶シリコン薄膜
を成長させる技術はSOI(Silicon-On-Insulator) と
呼ばれ、従来の半導体プロセスと整合性の高いプロセス
にて安価にLSIが製造できる可能性を秘めている。ま
た、絶縁膜を介して幾層にも活性層を積層でき、3次元
デバイスを実現できる技術としても大いに期待を集めて
いる。
2. Description of the Related Art Melt recrystallization by laser irradiation has been studied for the purpose of improving the crystallinity of polycrystalline silicon on an insulating film or growing a single crystal. In particular, the technology for growing a single crystal silicon thin film on a SiO 2 substrate that has excellent interface characteristics with silicon is called SOI (Silicon-On-Insulator), and is a low-cost LSI process that is highly compatible with conventional semiconductor processes. Has the potential to be manufactured. In addition, it is highly anticipated as a technology that can realize a three-dimensional device by stacking multiple active layers with an insulating film interposed therebetween.

【0003】SOI技術の応用分野としては、LSIの
他にも、高耐圧デバイスや薄膜トランジスタ(TFT)
等が考えられている。この中で、TFTはたとえば液晶
表示装置のマトリクス駆動回路等の構築に用いられてい
る。従来のTFTとしては、ソース/ドレイン領域やチ
ャネル領域をアモルファス・シリコン薄膜や多結晶シリ
コン薄膜の中に形成したものが一般的である。しかし、
これらの薄膜を土台として形成されたTFTには、
(a)リーク電流が大きく、動作の高信頼化や消費電力
の低減等に限界があること、(b)キャリヤの移動度が
低く動作の高速化に限界があること、(c)デザイン・
ルールの微細化に伴ってチャネル長が結晶粒径に近づい
ており、特に多結晶シリコン薄膜を用いた場合にTFT
のデバイス特性にバラつきが生じ易くなっていること、
等の問題がある。
[0003] In addition to LSI, high-voltage devices and thin film transistors (TFTs) are used as application fields of SOI technology.
Etc. are considered. Among them, the TFT is used, for example, for constructing a matrix drive circuit of a liquid crystal display device. As a conventional TFT, a TFT in which a source / drain region and a channel region are formed in an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film is generally used. But,
For TFTs formed using these thin films as a base,
(A) Leakage current is large and there is a limit to high reliability of operation and reduction of power consumption, (b) Low carrier mobility and limit to high speed operation, (c) Design
The channel length is approaching the crystal grain size due to the miniaturization of rules, and especially when using a polycrystalline silicon thin film, the TFT
That the device characteristics of are likely to vary,
There is a problem such as.

【0004】そこで、将来のTFTのより一層の高速
化、高信頼化を図るためには、結晶粒界を持たず構造的
に均一な単結晶シリコン薄膜を土台として用いることが
必要となる。
Therefore, in order to further increase the speed and reliability of the TFT in the future, it is necessary to use a structurally uniform single crystal silicon thin film having no crystal grain boundary as a base.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の方法では、核生成と核成長とを別の装置を用いて
別の工程で行う必要があり、生産性や経済性の大幅な向
上を望むことはできない。このことは、数層の単結晶シ
リコン薄膜を層間絶縁膜を介して積層してTFTによる
3次元デバイスを製造しようとする場合等にその製造プ
ロセスを極めて煩瑣とするため、量産化を目指す上での
障害ともなっている。
However, in such a conventional method, it is necessary to perform nucleation and nucleation in different steps using different devices, and it is desired to greatly improve productivity and economic efficiency. It is not possible. This makes the manufacturing process extremely complicated when, for example, manufacturing a three-dimensional device using TFTs by laminating several single-crystal silicon thin films with an interlayer insulating film interposed therebetween. Is also an obstacle.

【0006】そこで本発明は、簡便な装置およびプロセ
スで単結晶薄膜を形成することを可能とし、生産性や経
済性を大幅に向上させ、複雑な3次元構造を有する半導
体装置の量産化をも可能とする方法を提供することを目
的とする。
Therefore, the present invention makes it possible to form a single crystal thin film with a simple device and process, greatly improve productivity and economic efficiency, and mass-produce semiconductor devices having a complicated three-dimensional structure. The purpose is to provide a possible method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、基板上に成膜されたアモルファス薄膜もしくは
多結晶薄膜を単結晶化させて単結晶薄膜を形成する際
に、レーザ照射による核形成とアニール処理による核成
長とを同時に行うことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a substrate is formed into a single crystal. It is characterized in that the nucleation by laser irradiation and the nuclei growth by the annealing treatment are performed at the same time when the single crystal thin film is formed by crystallization.

【0008】本発明はまた、光透過性基板上に成膜され
たアモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜を単結晶化させ
る際に、核形成を行うためのレーザ照射と核成長を行う
ためのアニール処理とを前記基板に対して互いに表裏の
関係となる方向から同時に施すことを特徴とする。
The present invention also provides a laser irradiation for nucleation and an annealing treatment for nucleation when an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a light transmissive substrate is monocrystallized. Is simultaneously applied to the substrate from the directions in which they are in a front-back relationship with each other.

【0009】本発明はまた、光透過性基板上に成膜され
たアモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜を単結晶化させ
て単結晶薄膜を形成する際に、レーザ照射とランプ・ア
ニールとを共に前記基板の主面に対して同じ側から施す
ことを特徴とする
According to the present invention, when an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a light transmissive substrate is monocrystallized to form a single crystal thin film, laser irradiation and lamp annealing are both performed on the substrate. Characterized by applying from the same side to the main surface of

【0010】本発明はまた、前記光透過性基板が酸化シ
リコン系材料もしくは窒化シリコン系材料から構成さ
れ、前記アモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜がシリコ
ン系材料から構成されることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that the light transmissive substrate is made of a silicon oxide material or a silicon nitride material, and the amorphous thin film or polycrystalline thin film is made of a silicon material.

【0011】本発明はまた、遮光性基板上に成膜された
アモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜を単結晶化させて
単結晶薄膜を形成する際に、レーザ照射とランプ・アニ
ールとを共に前記基板のアモルファス薄膜もしくは多結
晶薄膜の形成面側から施すことを特徴とする。
According to the present invention, when an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a light-shielding substrate is monocrystallized to form a single crystal thin film, both laser irradiation and lamp annealing are performed on the substrate. It is characterized in that it is applied from the side where the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is formed.

【0012】本発明はまた、前記遮光性基板が表面に絶
縁材料が被着されてなるシリコン系材料から構成され、
前記アモルファス薄膜膜もしくは多結晶薄膜がシリコン
系材料から構成されることを特徴とする。
According to the present invention, the light-shielding substrate is composed of a silicon-based material having a surface coated with an insulating material,
The amorphous thin film or the polycrystalline thin film is made of a silicon material.

【0013】本発明はまた、前記核形成に先立ち、前記
アモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜上の任意の位置を
イオン注入により徹底アモルファス化することを特徴と
する。
The present invention is also characterized in that prior to the nucleation, any position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is thoroughly amorphized by ion implantation.

【0014】本発明はさらに、前記レーザ照射をフォト
マスクを介して行うことにより、前記アモルファス薄膜
もしくは前記多結晶薄膜上の任意の位置に選択的に核形
成を行うことを特徴とする。
The present invention is further characterized in that the laser irradiation is performed through a photomask to selectively form nuclei at an arbitrary position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film.

【0015】[0015]

【作用】本発明は、レーザ照射機構とアニール処理機構
の双方を具備する装置を用いて、核形成のためのレーザ
照射と、核成長のためのアニール処理とを同時に行うこ
とをポイントとしている。この場合のアニール処理は、
ランプ・アニールでも抵抗加熱でも良い。いずれにして
も、1層の単結晶シリコン薄膜の形成は1プロセスで終
了し、製造プロセスを著しく簡略化することができる。
The present invention is characterized in that laser irradiation for nucleation and annealing treatment for nuclei growth are performed at the same time by using an apparatus having both a laser irradiation mechanism and an annealing treatment mechanism. The annealing process in this case is
Lamp annealing or resistance heating may be used. In any case, the formation of one layer of single crystal silicon thin film is completed in one process, and the manufacturing process can be significantly simplified.

【0016】ここで、上記アニール処理を抵抗加熱によ
り行う場合には、基板を適当な支持台の上に置き、この
支持台の加熱を通じてその上に接触配置される基板を熱
伝導により加熱するので、アニール処理の方法は基板の
構成材料には依存しない。一方、アニール処理をランプ
・アニールにより行う場合には、基板が光透過性である
か遮光性であるかに応じて処理の方法が自ずと異なる。
Here, when the annealing treatment is performed by resistance heating, the substrate is placed on an appropriate supporting base, and the substrate placed in contact therewith is heated by heat conduction by heating the supporting base. The annealing method does not depend on the constituent material of the substrate. On the other hand, when the annealing treatment is performed by lamp annealing, the treatment method naturally differs depending on whether the substrate is light transmissive or light shielding.

【0017】すなわち、基板が石英(SiO2 )のよう
な光透過性の材料から構成される場合には、レーザ光と
アニール光は基板の表裏いずれの方向からもアモルファ
ス薄膜もしくは多結晶薄膜に到達することができる。し
たがって、これらレーザ光とアニール光とを互いに基板
の表裏方向から同時に照射することができる。もちろ
ん、両方の光を共に基板の表側から、もしくは共に裏側
から照射しても良い。なお、本明細書中では、アモルフ
ァス薄膜もしくは多結晶薄膜の形成面側を表側、反対側
を裏側と称することにする。
That is, when the substrate is made of a light-transmissive material such as quartz (SiO 2 ), the laser light and the annealing light reach the amorphous thin film or the polycrystalline thin film from both the front and back sides of the substrate. can do. Therefore, the laser light and the annealing light can be simultaneously irradiated from the front and back directions of the substrate. Of course, both lights may be emitted from the front side of the substrate or both of them from the back side. In this specification, the surface on which the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is formed is called the front side, and the opposite side is called the back side.

【0018】これに対し、基板が単結晶Si等のような
遮光性の材料から構成される場合には、レーザ光とアニ
ール光の照射は、共に表側からのみ行うことができる。
On the other hand, when the substrate is made of a light-shielding material such as single crystal Si, the laser light and the annealing light can both be irradiated only from the front side.

【0019】本発明は以上のような考え方を基本として
いるが、さらに単結晶化領域の寸法制御を精密に行う方
法も提案する。そのひとつは、レーザ照射による核形成
に先立ち、前記アモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜の
一部をイオン注入により徹底アモルファス化することで
ある。イオン注入により核形成の位置を任意に特定する
試みは、Extended Abstractsof the 22nd (1990 Intern
ational) Conference on Solid State Devices andMate
rials, 1990, p.1159-1160に報告されている。この報告
では、アモルファス・シリコン薄膜にSi+ を所定間隔
でイオン注入した後、600℃でアニールを行い、この
注入部位を核とした結晶成長により均一な粒径を有する
多結晶シリコン薄膜を形成している。本発明者らは、こ
のように徹底的にアモルファス化された領域において核
が最も形成され易いことに着目し、今回の発明において
単結晶薄膜の核形成にイオン注入を適用した。すなわ
ち、単結晶薄膜を形成したい領域内の1ヵ所にイオン注
入を行い、ここにレーザ光を照射して単結晶核を生成さ
せると同時にアニール処理による核成長を行えば、その
領域内では粒界の存在しない均一な単結晶薄膜が得られ
るのである。
Although the present invention is based on the above idea, a method for precisely controlling the size of the single crystallized region is also proposed. One of them is to completely amorphize a part of the amorphous thin film or the polycrystalline thin film by ion implantation prior to the nucleation by laser irradiation. An attempt to arbitrarily specify the position of nucleation by ion implantation is described in Extended Abstracts of the 22nd (1990 Intern
ational) Conference on Solid State Devices and Mate
rials, 1990, p.1159-1160. In this report, Si + is ion-implanted into an amorphous silicon thin film at a predetermined interval and then annealed at 600 ° C. to form a polycrystalline silicon thin film having a uniform grain size by crystal growth centered on this implantation site. ing. The present inventors focused on the fact that nuclei were most likely to be formed in such a thoroughly amorphized region, and applied ion implantation to the nucleation of the single crystal thin film in the present invention. That is, if ion implantation is performed at one place in a region where a single crystal thin film is to be formed, and laser light is irradiated onto the region to generate single crystal nuclei and at the same time nucleus growth by annealing treatment is performed, grain boundaries within the region are formed. It is possible to obtain a uniform single crystal thin film in which there is no

【0020】本発明では、核形成位置の特定をさらに簡
便に行う方法として、レーザ照射をフォトマスクを介し
て行うことも提案する。これにより、レーザ光を特定の
部位へ選択的に照射し、核形成位置を特定することがで
きる。前述のイオン注入では、イオン注入位置を特定す
るためにアモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜の上にフ
ォトリソグラフィ技術によりレジスト・マスクを形成す
る必要があるが、フォトマスクを介する方法であれば、
このような煩雑な工程は一切不要となる。
In the present invention, it is also proposed to perform laser irradiation through a photomask as a more simple method for specifying the nucleation position. As a result, it is possible to selectively irradiate a specific portion with the laser light and specify the nucleation position. In the above-mentioned ion implantation, it is necessary to form a resist mask on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film by a photolithography technique to specify the ion implantation position.
Such complicated steps are not necessary at all.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図面
を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】実施例1 本実施例は、石英基板上のアモルファス・シリコン(a
−Si)薄膜を単結晶化させる際に、ウェハの表側a−
Si薄膜の形成面側)からエキシマ・レーザ照射、裏側
(石英基板側)からランプ・アニールを同時に行った例
である。まず、本実施例で使用した単結晶化装置の概略
的な構成を図1に示す。
Example 1 In this example, amorphous silicon (a) on a quartz substrate is used.
-Si) When the thin film is single-crystallized, the front side of the wafer a-
This is an example in which excimer laser irradiation is performed from the Si thin film formation side) and lamp annealing is performed simultaneously from the back side (quartz substrate side). First, FIG. 1 shows a schematic configuration of the single crystallization apparatus used in this example.

【0023】この単結晶化装置100は、ウェハ・ステ
ージ2に載置されたウェハ6の表側に対向してレーザ光
源1が、また裏側に対向して高圧水銀ランプ4が配置さ
れた構成を有する。この図では、レーザ光源1から放出
される光エネルギーhν1 (hはプランク定数、ν1
波数)がウェハ6に一様に入射するように描かれている
が、実際のレーザ光は図示されない光学系に含まれるレ
ンズにより細いビームに絞られた状態で、ミラーを用い
て走査される。ここでは、KrFエキシマ・レーザ光
(249nm)を使用した。
This single crystallization apparatus 100 has a structure in which a laser light source 1 is arranged facing the front side of a wafer 6 placed on a wafer stage 2, and a high pressure mercury lamp 4 is arranged facing the back side. . In this figure, the light energy hν 1 (h is Planck's constant, ν 1 is wave number) emitted from the laser light source 1 is drawn so as to be uniformly incident on the wafer 6, but the actual laser light is not shown. Scanning is performed by using a mirror in a state where the beam is focused into a narrow beam by a lens included in the optical system. Here, KrF excimer laser light (249 nm) was used.

【0024】一方、高圧水銀ランプ4から放出されるア
ニール光は反射鏡5を用いて効率良くコンデンサ・レン
ズ3に導入され、その光エネルギーhν2 (hはプラン
ク定数、ν2 は波数)によりウェハ6を裏側から均一に
照射する。ここでは、g線(436nm)を使用した。
また、以上の構成からも明らかなように、ウェハ・ステ
ージ2は高圧水銀ランプ4のアニール光の波長において
高い光透過率を示す材料で構成される必要がある。ここ
では、石英製のウェハ・ステージ2を使用した。
On the other hand, the annealing light emitted from the high-pressure mercury lamp 4 is efficiently introduced into the condenser lens 3 by using the reflecting mirror 5, and its light energy hν 2 (h is Planck's constant, ν 2 is wave number) is applied to the wafer. Irradiate 6 evenly from the back side. Here, the g-line (436 nm) was used.
Further, as is clear from the above configuration, the wafer stage 2 needs to be made of a material exhibiting a high light transmittance at the wavelength of the annealing light of the high pressure mercury lamp 4. Here, a wafer stage 2 made of quartz was used.

【0025】次に、上記の単結晶化装置100を用いた
実際の単結晶化プロセスについて、図2を参照しながら
説明する。まず、本実施例で使用したウェハ6は、図2
(a)に示されるように、透明な石英基板20上に厚さ
約100nmのa−Si薄膜21が形成されたものであ
る。
Next, an actual single crystallization process using the above single crystallization apparatus 100 will be described with reference to FIG. First, the wafer 6 used in this example is shown in FIG.
As shown in (a), an a-Si thin film 21 having a thickness of about 100 nm is formed on a transparent quartz substrate 20.

【0026】このウェハを図1の単結晶化装置100の
ウェハ・ステージ2上にセットし、g線により裏面側か
らウェハ6を525〜650℃に加熱すると共に、表側
からKrFエキシマ・レーザ照射を行った。すると、図
2(b)に示されるように、レーザ照射に起因してa−
Si層21中のランダムな位置に複数の単結晶核22が
生成し、続いてランプ・アニールによりこの単結晶核2
2を中心とする2次元的な単結晶化が進行した。
This wafer is set on the wafer stage 2 of the single crystallization apparatus 100 shown in FIG. 1, the wafer 6 is heated from the back side to 525 to 650 ° C. by the g line, and the KrF excimer laser irradiation is performed from the front side. went. Then, as shown in FIG. 2B, a-
A plurality of single crystal nuclei 22 are generated at random positions in the Si layer 21, and then the single crystal nuclei 2 are formed by lamp annealing.
Two-dimensional single crystallization centered on 2 proceeded.

【0027】最終的には、図2(c)に示されるよう
に、a−Si薄膜21の全体が単結晶Si薄膜23に変
化した。
Finally, as shown in FIG. 2C, the entire a-Si thin film 21 was changed to a single crystal Si thin film 23.

【0028】実施例2 本実施例は、同じくKrFエキシマ・レーザ照射とg線
ランプ・アニールによるa−Si薄膜の単結晶化プロセ
スであるが、a−Si薄膜を予めアイランド化し、この
アイランド(島状領域)の一部にSi+ をイオン注入し
て徹底アモルファス化を行うことにより、単結晶成長の
制御性を高めた例である。このプロセスを、図3を参照
しながら説明する。なお、図3の参照符号は、図2と一
部共通である。
Example 2 This example is a single crystallization process of an a-Si thin film by the same KrF excimer laser irradiation and g-line lamp annealing. In this example, the controllability of the single crystal growth is enhanced by ion-implanting Si + into a part of the (shaped region) to make it completely amorphous. This process will be described with reference to FIG. Note that the reference numerals in FIG. 3 are partially common to those in FIG.

【0029】本実施例では、まず前出の図1(a)に示
されるような石英基板20上のa−Si薄膜21を通常
のレジスト・プロセスおよびドライエッチングによりパ
ターニングし、図3(a)に示されるように、各デバイ
スの形成領域に対応するa−Siアイランド21aを形
成した。さらに、ウェハの全面にレジスト塗膜を形成
し、フォトリソグラフィおよび現像を行ってレジスト・
マスク23を形成した。このレジスト・マスク23は、
各a−Siアイランド21aに臨んでひとつずつ開口部
24を有している。
In this embodiment, first, the a-Si thin film 21 on the quartz substrate 20 as shown in FIG. 1A is patterned by a normal resist process and dry etching, and then the pattern shown in FIG. The a-Si island 21a corresponding to the formation region of each device was formed as shown in FIG. Furthermore, a resist coating film is formed on the entire surface of the wafer, and photolithography and development are performed to form a resist film.
The mask 23 was formed. This resist mask 23 is
One opening 24 is provided facing each a-Si island 21a.

【0030】次に、上記レジスト・マスク23をマスク
とし、ドース量1×1015/cm2、注入エネルギー7
0keVの条件でてSi+ をイオン注入したところ、a
−Siアイランド21aのうち開口部24の底面に露出
した領域において組織が徹底的にアモルファス化され、
図3(b)に示されるような徹底アモルファス化領域2
1bが形成された。
Next, using the resist mask 23 as a mask, the dose amount is 1 × 10 15 / cm 2 , and the implantation energy is 7
When Si + was ion-implanted under the condition of 0 keV, a
-In the region of the Si island 21a exposed on the bottom surface of the opening 24, the structure is thoroughly amorphized,
Thorough amorphized region 2 as shown in FIG. 3 (b)
1b was formed.

【0031】次に、このウェハを図1の単結晶化装置1
00にセットし、実施例1と同様にKrFエキシマ・レ
ーザ照射およびg線ランプ・アニールを行った。する
と、図3(c)に示されるように徹底アモルファス化領
域21bにおいて選択的に単結晶核22が生成し、この
単結晶核22が2次元方向に成長した。最終的には図3
(d)に示されるように、ひとつのa−Siアイランド
21aはそれぞれ均一な単結晶Siアイランド23aに
変化した。
Next, this wafer is processed into a single crystallization apparatus 1 shown in FIG.
00, and KrF excimer laser irradiation and g-line lamp annealing were performed in the same manner as in Example 1. Then, as shown in FIG. 3C, the single crystal nuclei 22 were selectively generated in the thoroughly amorphized region 21b, and the single crystal nuclei 22 grew in the two-dimensional direction. Figure 3 finally
As shown in (d), one a-Si island 21a was changed to a uniform single crystal Si island 23a.

【0032】前述の実施例1では単結晶核22がランダ
ムな位置に生成するために、成長した各単結晶Si薄膜
22の寸法が不均一であり、隣接する薄膜間には粒界が
存在した。これに対し、Si+ イオン注入により単結晶
核22の生成位置を特定した場合には、単結晶Si薄膜
22の寸法を制御することができる。特に、本実施例の
ように各a−Siアイランド21a上で単結晶核22の
生成を1個に限定すれば、個々のアイランド中では結晶
粒界の存在しない単結晶Si薄膜を得ることができる。
In Example 1 described above, since the single crystal nuclei 22 were generated at random positions, the grown single crystal Si thin films 22 had non-uniform dimensions, and grain boundaries existed between the adjacent thin films. . On the other hand, when the generation position of the single crystal nucleus 22 is specified by Si + ion implantation, the size of the single crystal Si thin film 22 can be controlled. Particularly, if the number of single crystal nuclei 22 produced on each a-Si island 21a is limited to one as in the present embodiment, a single crystal Si thin film having no grain boundary in each island can be obtained. .

【0033】実施例3 本実施例は、同じくa−Si薄膜中における単結晶核の
生成部位を特定する方法として、フォトマスクを介して
KrFエキシマ・レーザ照射を行った例である。本実施
例で使用した単結晶化装置の概略的な構成を、図4に示
す。なお、図4の参照符号は、図1と一部共通であり、
共通箇所の説明は重複を避けるために省略する。
Example 3 This example is an example of performing KrF excimer laser irradiation through a photomask as a method for identifying the site where single crystal nuclei are formed in the a-Si thin film. FIG. 4 shows a schematic configuration of the single crystallization apparatus used in this example. Note that the reference numerals in FIG. 4 are partially common to those in FIG.
Descriptions of common parts are omitted to avoid duplication.

【0034】この単結晶化装置101は、レーザ光源1
とウェハ6との間にフォトマスク7を介在させた構成を
有する。このフォトマスク7は、図5(b)にその一部
を拡大して示すように、ガラス等の透明材料からなるフ
ォトマスク基板8上に所定のパターンに形成されたCr
膜等からなる遮光膜9が形成されたものである。この遮
光膜9には、単結晶核22の生成部位を特定するための
開口部10が設けられている。
This single crystallizing apparatus 101 comprises a laser light source 1
And a wafer 6 with a photomask 7 interposed. As shown in FIG. 5B in an enlarged manner, a part of the photomask 7 is Cr formed in a predetermined pattern on a photomask substrate 8 made of a transparent material such as glass.
The light shielding film 9 made of a film or the like is formed. The light-shielding film 9 is provided with an opening 10 for specifying the site where the single crystal nucleus 22 is generated.

【0035】また、図4では説明の便宜上、フォトマス
ク7とウェハ6とが離間して描かれているが、これは特
に投影光学系を用いたプロジェクション法による照射の
みを意識している訳ではなく、たとえばフォトマスク7
とウェハ6を密着させるコンタクト法や、両者を近接配
置するプロキシミティ法による照射も可能である。
Further, in FIG. 4, the photomask 7 and the wafer 6 are illustrated as being separated from each other for convenience of explanation, but this does not mean that only the irradiation by the projection method using the projection optical system is taken into consideration. Without, for example, photomask 7
Irradiation by a contact method in which the wafer 6 and the wafer 6 are brought into close contact with each other or a proximity method in which the both are arranged in close proximity is also possible.

【0036】次に、この単結晶化装置101を用いた単
結晶化プロセスについて説明する。ここで使用したウェ
ハは、図5(a)に示されるように、石英基板20上に
所定のパターニングを経たa−Siアイランド21aが
形成されたものである。このウェハを上記単結晶化装置
101にセットし、表側からはフォトマスク7を介して
KrFエキシマ・レーザ照射を行い、裏側からはg線ラ
ンプ・アニールを行った。この工程では、図5(b)に
示されるように、フォトマスク7上の遮光膜9の開口部
10を通過したKrFエキシマ・レーザ光により各a−
Siアイランド21aに単結晶核22が生成した。これ
と同時に、裏側から照射されるアニール光により単結晶
核22を中心とした核成長が進行した。
Next, a single crystallization process using this single crystallization apparatus 101 will be described. As shown in FIG. 5A, the wafer used here has an a-Si island 21a formed on the quartz substrate 20 through a predetermined patterning. This wafer was set in the single crystallizing apparatus 101, KrF excimer laser irradiation was performed from the front side through the photomask 7, and g-line lamp annealing was performed from the back side. In this step, as shown in FIG. 5B, each a- by the KrF excimer laser light that has passed through the opening 10 of the light shielding film 9 on the photomask 7.
Single crystal nuclei 22 were generated on the Si island 21a. At the same time, the nucleus growth centered on the single crystal nuclei 22 progressed by the annealing light irradiated from the back side.

【0037】最終的には、図5(c)に示されるよう
に、均一な単結晶Siアイランド23aが形成された。
Finally, a uniform single crystal Si island 23a was formed as shown in FIG. 5 (c).

【0038】実施例4 本実施例は、単結晶Si基板上にSiO2 層間絶縁膜を
介して積層されたa−Si薄膜を単結晶化させる際に、
エキシマ・レーザ照射とランプ・アニールとを共にウェ
ハの表側から行った例である。まず、本実施例で使用し
た単結晶化装置の概略的な構成を図6に示す。なお、図
6の参照符号は、図4と一部共通である。
Example 4 In this example, when an a-Si thin film laminated on a single crystal Si substrate via a SiO 2 interlayer insulating film is single crystallized,
This is an example in which both the excimer laser irradiation and the lamp annealing are performed from the front side of the wafer. First, FIG. 6 shows a schematic configuration of the single crystallization apparatus used in this example. Note that the reference numerals in FIG. 6 are partially common to those in FIG.

【0039】この単結晶化装置102は、レーザ光源1
がウェハ11と対向配置されると共に、ウェハ11に対
して斜め上方から高圧水銀ランプ4によるランプ・アニ
ールが行えるようになされたものである。この場合のウ
ェハ・ステージは、特に透明材料で構成されている必要
はない。また、レーザ光源1とウェハ11との間には必
要に応じて前述のようなフォトマスク7が介在されてい
ても良い。
This single crystallizing apparatus 102 includes a laser light source 1
Is arranged so as to face the wafer 11, and lamp annealing by the high pressure mercury lamp 4 can be performed obliquely above the wafer 11. The wafer stage in this case does not have to be made of a particularly transparent material. Further, the photomask 7 as described above may be interposed between the laser light source 1 and the wafer 11 if necessary.

【0040】次に、この単結晶化装置102を用いた単
結晶化プロセスについて説明する。ここで使用したウェ
ハ11は、図7(a)に示されるように、遮光性の単結
晶Si基板30上にSiO2 層間絶縁膜31を介して厚
さ約100nmのa−Si薄膜32が形成されたもので
ある。このウェハ11を上記単結晶化装置102にセッ
トし、KrFエキシマ・レーザ照射とg線ランプ・アニ
ールを行った。ここでは、フォトマスク7は特に用いな
かった。この結果、図7(b)に示されるように、a−
Si薄膜33中に複数の単結晶核33が生成し、この単
結晶核33を中心として二次元的な単結晶化が進行し
た。
Next, a single crystallization process using this single crystallization apparatus 102 will be described. In the wafer 11 used here, as shown in FIG. 7A, an a-Si thin film 32 having a thickness of about 100 nm is formed on a light-shielding single crystal Si substrate 30 via a SiO 2 interlayer insulating film 31. It was done. The wafer 11 was set in the single crystallization apparatus 102, and KrF excimer laser irradiation and g-line lamp annealing were performed. The photomask 7 was not used here. As a result, as shown in FIG.
A plurality of single crystal nuclei 33 were generated in the Si thin film 33, and two-dimensional single crystallization proceeded around the single crystal nuclei 33.

【0041】最終的には、図7(c)に示されるよう
に、a−Si薄膜32の全体が単結晶Si薄膜34に変
化した。
Finally, as shown in FIG. 7C, the entire a-Si thin film 32 was changed to the single crystal Si thin film 34.

【0042】なお、本実施例においても、実施例2で上
述したようなSi+ イオン注入を予め行うか、あるいは
実施例3で上述したようなフォトマスク7を介したレー
ザ照射を行えば、単結晶核33の生成部位を特定するこ
とができ、単結晶化領域の寸法制御性が一層向上する。
Also in this embodiment, if the Si.sup. + Ion implantation as described in the second embodiment is performed in advance or the laser irradiation through the photomask 7 as described in the third embodiment is performed, the single irradiation is performed. The generation site of the crystal nucleus 33 can be specified, and the dimensional controllability of the single crystallized region is further improved.

【0043】実施例5 本実施例では、レーザ光とアニール光を共にウェハに対
して同じ入射角で照射させるように単結晶化装置の構成
を工夫した。まず、本実施例で使用した単結晶化装置の
概略的な構成を図8に示す。なお、図8の参照符号は、
図6と一部共通である。
Embodiment 5 In this embodiment, the structure of the single crystallization device is devised so that both the laser light and the annealing light are irradiated onto the wafer at the same incident angle. First, FIG. 8 shows a schematic configuration of the single crystallization apparatus used in this example. The reference numerals in FIG. 8 are
It is partially common to FIG.

【0044】この単結晶化装置103は、高圧水銀ラン
プ4がウェハ11と対向配置され、コンデンサ・レンズ
3とウェハ11の間の光路上には二色ミラー12が配設
されている。高圧水銀ランプ4から放出されるアニール
光は、この二色ミラー12を透過することができる。一
方、レーザ光源1が上記高圧水銀ランプ4と光路が互い
に直交するように配置されており、該レーザ光源1から
放出されるレーザ光が上記二色ミラー12で反射され、
ウェハ11に垂直入射するようになされている。レーザ
光源1と二色ミラー12の中間の光路上には、必要に応
じてフォトマスク(図示せず。)を介在させても良い。
In this single crystallizing device 103, a high pressure mercury lamp 4 is arranged to face the wafer 11, and a dichroic mirror 12 is arranged on the optical path between the condenser lens 3 and the wafer 11. Annealing light emitted from the high-pressure mercury lamp 4 can pass through the dichroic mirror 12. On the other hand, the laser light source 1 and the high pressure mercury lamp 4 are arranged so that their optical paths are orthogonal to each other, and the laser light emitted from the laser light source 1 is reflected by the dichroic mirror 12.
It is adapted to be vertically incident on the wafer 11. A photomask (not shown) may be interposed on the optical path between the laser light source 1 and the dichroic mirror 12 if necessary.

【0045】この単結晶化装置103も、遮光性の単結
晶Si基板30上におけるa−Si薄膜の単結晶化に有
効であり、実施例4とほぼ同じ結果が得られた。
This single crystallizing device 103 is also effective for single crystallizing an a-Si thin film on the light-shielding single crystal Si substrate 30, and almost the same result as in Example 4 was obtained.

【0046】実施例6 本実施例は、上述のような単結晶化プロセスを2回繰り
返し、SOI技術により3次元デバイスを構成した例で
ある。このプロセスを、図9を参照しながら簡単に説明
する。まず、図9(a)に示されるように、石英基板4
0上に第1の単結晶Siアイランド41を形成した。こ
の第1の単結晶Siアイランド41は、a−Si薄膜も
しくは多結晶Si薄膜を単結晶化させて得られたもので
ある。この場合の単結晶核の生成方法は、Si+ イオン
注入でもフォトマスクを介したレーザ照射でも構わな
い。また、石英基板40が透明であるため、この段階で
はランプ・アニールは裏側からでも可能であるが、本実
施例では図6または図8に示した単結晶化装置を用いて
表側から行った。これは、後述の2回目の単結晶化プロ
セスにおいては、ウェハ上に遮光性の第1の単結晶Si
アイランド41が既に形成されてしまっているので、ラ
ンプ・アニールを効率良く行うには表側の方が好都合だ
からである。
Example 6 This example is an example in which the above-described single crystallization process is repeated twice to construct a three-dimensional device by the SOI technique. This process will be briefly described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 9A, the quartz substrate 4
A first single crystal Si island 41 was formed on the upper surface of 0. This first single crystal Si island 41 is obtained by single crystallizing an a-Si thin film or a polycrystalline Si thin film. In this case, the method for producing the single crystal nuclei may be Si + ion implantation or laser irradiation through a photomask. Further, since the quartz substrate 40 is transparent, the lamp annealing can be performed from the back side at this stage, but in this embodiment, the single crystallizing apparatus shown in FIG. 6 or 8 was used to perform the lamp annealing from the front side. This is because in the second single crystallization process described later, the first light-shielding single crystal Si is formed on the wafer.
Since the island 41 has already been formed, the front side is more convenient for efficient lamp annealing.

【0047】次に、図9(b)に示されるように、ウェ
ハの全面を熱酸化してゲート酸化膜を形成した後、多結
晶シリコン層等をパターニングして第1のゲート電極4
2を形成し、この第1のゲート電極42をマスクとして
自己整合的に単結晶Siアイランド41に不純物をイオ
ン注入した後、ウェハの全面をSiO2 層間絶縁膜43
で平坦化した。
Next, as shown in FIG. 9B, the entire surface of the wafer is thermally oxidized to form a gate oxide film, and then the polycrystalline silicon layer or the like is patterned to form the first gate electrode 4.
2 is formed, impurities are ion-implanted into the single crystal Si island 41 in a self-aligned manner using the first gate electrode 42 as a mask, and then the entire surface of the wafer is covered with the SiO 2 interlayer insulating film 43.
Was flattened with.

【0048】続いて、図9(c)に示されるように、S
iO2 層間絶縁膜43上に同様に第2の単結晶Siアイ
ランド44を形成した。このときの単結晶化方法も、第
1の単結晶Siアイランド41を形成する場合と同様で
ある。さらに、図9(d)に示されるように、ウェハの
全面を熱酸化してゲート酸化膜を形成した後、多結晶シ
リコン層をパターニングして第2のゲート電極45を形
成した。この第2のゲート電極45をマスクとして自己
整合的に第2の単結晶Siアイランド44に不純物をイ
オン注入した後、ウェハの全面をSiO2 層間絶縁膜4
6で平坦化した。この後、通常のコンタクト形成プロセ
スにより第2の単結晶Siアイランド44、および第1
の単結晶Siアイランド41に臨んでそれぞれ接続孔4
8,49を開口した。さらに、これらの接続孔48,4
9をAl系材料層等により埋め込んで上層配線49を形
成し、3次元デバイスを完成した。
Then, as shown in FIG. 9C, S
A second single crystal Si island 44 was similarly formed on the i02 interlayer insulating film 43. The single crystallization method at this time is also the same as the case of forming the first single crystal Si island 41. Further, as shown in FIG. 9D, the entire surface of the wafer was thermally oxidized to form a gate oxide film, and then the polycrystalline silicon layer was patterned to form a second gate electrode 45. Impurities are ion-implanted into the second single crystal Si islands 44 in a self-aligning manner using the second gate electrode 45 as a mask, and then the entire surface of the wafer is covered with the SiO 2 interlayer insulating film 4.
It was flattened at 6. After this, the second single crystal Si island 44 and the first
Facing the single crystal Si island 41 of each of the connection holes 4
8,49 were opened. Furthermore, these connection holes 48, 4
9 was embedded with an Al-based material layer or the like to form the upper wiring 49, thus completing the three-dimensional device.

【0049】以上、本発明を6例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例では、単結晶
化の対象となる薄膜としてa−Si薄膜を用いたが、多
結晶Si薄膜を用いても同様の結果が得られる。さら
に、光吸収特性を考慮してレーザ光源やアニール光源の
種類を適当に選択すれば、本発明はSi以外の材料から
なるアモルファス薄膜や多結晶薄膜の単結晶化にも適用
できる。
Although the present invention has been described based on the six examples, the present invention is not limited to these examples. For example, in each of the above-described embodiments, the a-Si thin film is used as the thin film to be single-crystallized, but the same result can be obtained by using the polycrystalline Si thin film. Furthermore, if the type of the laser light source or the annealing light source is appropriately selected in consideration of the light absorption characteristics, the present invention can be applied to single crystallization of an amorphous thin film or a polycrystalline thin film made of a material other than Si.

【0050】光透過性基板としては、上述の各実施例で
は石英基板を使用したが、SiNx等の誘電体からなる
基板を用いても良い。アニール光としては、すべての実
施例においてランプ・アニールを採用したが、これを抵
抗加熱に代えても構わない。上述の実施例2および実施
例3では、単結晶化の前にa−Si薄膜のアイランド化
を行っているが、アイランド化を単結晶化の後で行って
も良い。この場合には、a−Si薄膜の特定の部位に単
結晶核を生成させこれを成長させた後、粒界を含む領域
をエッチングにより選択的に除去すれば良い。
As the light transmissive substrate, the quartz substrate is used in each of the above embodiments, but a substrate made of a dielectric material such as SiN x may be used. As the annealing light, lamp annealing was adopted in all the examples, but this may be replaced by resistance heating. In the above-described Embodiments 2 and 3, the a-Si thin film is islanded before the single crystallization, but the islanding may be performed after the single crystallization. In this case, a single crystal nucleus may be generated at a specific site of the a-Si thin film and grown, and then a region including a grain boundary may be selectively removed by etching.

【0051】上述の実施例1ないし実施例3では、透明
な石英基板20を用いてウェハを構成しているためにラ
ンプ・アニールを全て裏側から行っているが、図6や図
8に示されるような単結晶化装置102,103を用い
てランプ・アニールを表側から行っても構わない。ただ
し、実施例3のようにレーザ照射をフォトマスク7を介
して行う場合には、ランプ・アニールを表側から行える
のは、レーザ照射がプロジェクション法により行われる
場合のみである。コンタクト法およびプロキシミティ法
では、フォトマスク7がウェハに密着または近接して配
置されているため、表側からではアニール光が到達せ
ず、またフォトマスク7も熱変形を起こしてしまう。
In the first to third embodiments described above, since the transparent quartz substrate 20 is used to form the wafer, the lamp annealing is all performed from the back side. As shown in FIG. 6 and FIG. Lamp annealing may be performed from the front side by using such single crystallizing devices 102 and 103. However, when the laser irradiation is performed through the photomask 7 as in the third embodiment, the lamp annealing can be performed from the front side only when the laser irradiation is performed by the projection method. In the contact method and the proximity method, since the photomask 7 is arranged in close contact with or close to the wafer, annealing light does not reach from the front side, and the photomask 7 is also thermally deformed.

【0052】その他、使用するレーザ光源やアニール光
源の種類、単結晶化装置の構成、ウェハの構成、3次元
デバイスの構成等は、適宜変更可能であることは言うま
でもない。
Needless to say, the type of laser light source or annealing light source used, the configuration of the single crystallization apparatus, the configuration of the wafer, the configuration of the three-dimensional device, etc. can be changed as appropriate.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、従来
は別々の装置で核生成と核成長との2プロセスに分けて
行っていた単結晶化の作業を、本発明を適用すれば単一
の装置で1プロセスで行うことが可能となる。これによ
り、半導体装置の製造における生産性や経済性を著しく
向上させることができる。また、本発明はSOI技術を
適用した3次元デバイスの量産化に道を開く技術とし
て、その産業上の価値は極めて大きい。
As is apparent from the above description, if the present invention is applied to the single crystallization work, which was conventionally performed in two processes of nucleation and nucleation by separate devices, the single crystallization work is performed. It becomes possible to carry out in one process with one device. As a result, it is possible to significantly improve the productivity and the economic efficiency in manufacturing the semiconductor device. In addition, the present invention has a great industrial value as a technology that opens the way to mass production of three-dimensional devices to which the SOI technology is applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で用いられる単結晶化装置の一構成例を
示す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a single crystallization apparatus used in the present invention.

【図2】本発明を適用して石英基板上のa−Si薄膜を
単結晶化させるプロセス例をその工程順にしたがって示
す概略断面図であり、(a)は石英基板上にa−Si薄
膜が形成された状態、(b)はa−Si薄膜中に単結晶
核が形成され核成長が進行している状態、(c)はa−
Si薄膜の全体が単結晶Si薄膜に変化した状態をそれ
ぞれ表す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process of applying the present invention to single-crystallize an a-Si thin film on a quartz substrate according to the order of steps, and FIG. 2 (a) shows a-Si thin film on a quartz substrate. The formed state, (b) is a state in which single crystal nuclei are formed in the a-Si thin film and nucleus growth is progressing, (c) is a-.
Each of the states in which the entire Si thin film is changed to a single crystal Si thin film is shown.

【図3】本発明を適用して石英基板上のa−Si薄膜を
単結晶化させる他のプロセス例をその工程順にしたがっ
て示す概略断面図であり、(a)はa−Siアイランド
上にレジスト・マスクを介してSi+ がイオン注入され
ている状態、(b)はイオン注入によりa−Siアイラ
ンドの一部に徹底アモルファス化領域が形成された状
態、(c)は単結晶核の生成と核成長が進行している状
態、(d)は単結晶Siアイランドが形成された状態を
それぞれ表す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of a process in which the present invention is applied to single-crystallize an a-Si thin film on a quartz substrate in the order of steps, and (a) is a resist on an a-Si island. A state in which Si + is ion-implanted through a mask, (b) is a state in which a thoroughly amorphized region is formed in a part of the a-Si island by ion implantation, and (c) is generation of single crystal nuclei. The state in which the nucleus growth is in progress and the state (d) in which the single crystal Si islands are formed are shown.

【図4】本発明で用いられる単結晶化装置の他の構成例
を示す模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another configuration example of the single crystallization device used in the present invention.

【図5】本発明を適用して石英基板上のa−Si薄膜を
単結晶化させるさらに他のプロセス例をその工程順にし
たがって示す概略断面図であり、(a)は石英基板上に
a−Siアイランドが形成された状態、(b)はフォト
マスクを介したレーザ照射によりa−Siアイランドの
一部に単結晶核が形成され核成長が進行している状態、
(c)は単結晶Siアイランドが形成された状態をそれ
ぞれ表す。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing still another process example of applying the present invention to single-crystallize an a-Si thin film on a quartz substrate in the order of steps, and (a) shows a- on the quartz substrate. A state where Si islands are formed, (b) a state where single crystal nuclei are formed in a part of the a-Si islands by laser irradiation through a photomask, and nucleus growth is progressing,
Each of (c) represents a state in which a single crystal Si island is formed.

【図6】本発明で用いられる単結晶化装置のさらに他の
構成例を示す模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing still another configuration example of the single crystallization device used in the present invention.

【図7】本発明を適用して単結晶Si基板上のSiO2
層間絶縁膜上に積層されたa−Si薄膜を単結晶化させ
るプロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図
であり、(a)は単結晶Si基板上にSiO2 層間絶縁
膜を介してa−Si薄膜が形成された状態、(b)はa
−Si薄膜に単結晶核が形成され核成長が進行している
状態、(c)はa−Si薄膜の全体が単結晶Si薄膜に
変化した状態をそれぞれ表す。
FIG. 7 is a diagram showing an example of applying SiO 2 on a single crystal Si substrate according to the present invention.
Is a schematic sectional view showing a process example in which a single crystal of an a-Si thin film deposited on the interlayer insulating film according to the process order, through a SiO 2 interlayer insulating film (a) is on a monocrystalline Si substrate a -Si thin film is formed, (b) is a
A state in which single crystal nuclei are formed in the -Si thin film and nucleus growth is progressing, and (c) shows a state in which the entire a-Si thin film is changed to the single crystal Si thin film.

【図8】本発明で用いられる単結晶化装置のさらに他の
構成例を示す模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing still another configuration example of the single crystallization device used in the present invention.

【図9】本発明を適用して3次元デバイスを形成するプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、(a)は石英基板上に第1の単結晶Siアイランド
が形成された状態、(b)は第1の単結晶Siアイラン
ド上に第1のゲート電極が形成され、ウェハの全面がS
iO2 層間絶縁膜で平坦化された状態、(c)はSiO
2 層間絶縁膜上に第2の単結晶Siアイランドが形成さ
れた状態、(d)は第2の単結晶Siアイランド上に第
2のゲート電極が形成され、SiO2 層間絶縁膜による
平坦化を経て上層配線が形成された状態をそれぞれ表
す。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process of forming a three-dimensional device to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) is a state in which a first single crystal Si island is formed on a quartz substrate. , (B), the first gate electrode is formed on the first single crystal Si island, and the entire surface of the wafer is S.
A state of being flattened by an SiO 2 interlayer insulating film, (c) is SiO
In the state where the second single crystal Si island is formed on the two- layer insulating film, (d) shows that the second gate electrode is formed on the second single-crystal Si island and flattening by the SiO 2 interlayer insulating film is performed. A state in which an upper layer wiring has been formed is shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・レーザ光源 2 ・・・ウェハ・ステー
ジ 3 ・・・コンデンサ・レ
ンズ 4 ・・・高圧水銀ランプ 6,11 ・・・ウェハ 7 ・・・フォトマスク 12 ・・・二色ミラー 20 ・・・石英基板 21,32 ・・・a−Si薄膜 21a ・・・a−Siアイラ
ンド 21b ・・・徹底アモルファ
ス化領域 22,33 ・・・単結晶核 23,34 ・・・単結晶Si薄膜 23a ・・・単結晶Siアイ
ランド 30 ・・・単結晶Si基板 100,101,102,103・・・単結晶化装置
1 ... Laser light source 2 ... Wafer stage 3 ... Condenser lens 4 ... High-pressure mercury lamp 6,11 ... Wafer 7 ... Photomask 12 ... Two-color mirror 20 ... -Quartz substrate 21,32 ... a-Si thin film 21a ... a-Si island 21b ... Thorough amorphization region 22,33 ... Single crystal nucleus 23,34 ... Single crystal Si thin film 23a. ..Single crystal Si island 30 ... single crystal Si substrate 100, 101, 102, 103 ... single crystallizing device

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年8月13日[Submission date] August 13, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 半導体装置の製造方法Title: Method for manufacturing semiconductor device

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に薄膜トランジスタのチャネル領域等を形成す
るための単結晶シリコン薄膜を簡便な方法で形成し、S
OI技術による三次元デバイスの量産等にも道を開くこ
とが可能な半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and in particular, a single crystal silicon thin film for forming a channel region of a thin film transistor is formed by a simple method.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that can be used for mass production of three-dimensional devices by OI technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁膜上の多結晶シリコンの結晶性向
上、あるいは単結晶成長を目的として、レーザ照射によ
る溶融再結晶化が研究されている。特に、シリコンとの
界面特性に優れるSiO基板上に単結晶シリコン薄膜
を成長させる技術はSOI(Silicon−On−I
nsulator)と呼ばれ、従来の半導体プロセスと
整合性の高いプロセスにて安価にLSIが製造できる可
能性を秘めている。また、絶縁膜を介して幾層にも活性
層を積層でき、3次元デバイスを実現できる技術として
も大いに期待を集めている。
2. Description of the Related Art Melt recrystallization by laser irradiation has been studied for the purpose of improving the crystallinity of polycrystalline silicon on an insulating film or growing a single crystal. In particular, a technique for growing a single crystal silicon thin film on a SiO 2 substrate having excellent interface characteristics with silicon is SOI (Silicon-On-I).
It has a possibility of being able to manufacture an LSI at a low cost in a process highly compatible with a conventional semiconductor process. In addition, it is highly anticipated as a technology that can realize a three-dimensional device by stacking multiple active layers with an insulating film interposed therebetween.

【0003】SOI技術の応用分野としては、シリコン
・デバイスの他、ガラス基板上に形成される薄膜トラン
ジスタ(TFT)等が考えられている。この中で、TF
Tはたとえば液晶表示装置のマトリクス駆動回路等の構
築に用いられている。従来のTFTとしては、ソース/
ドレイン領域やチャネル領域をアモルファス・シリコン
薄膜や多結晶シリコン薄膜の中に形成したものが一般的
である。しかし、これらの薄膜を土台として形成された
TFTには、(a)リーク電流が大きく、動作の高信頼
化や消費電力の低減等に限界があること、(b)キャリ
ヤの移動度が低く動作の高速化に限界があること、
(c)デザイン・ルールの微細化に伴ってチャネル長が
結晶粒径に近づいており、特に多結晶シリコン薄膜を用
いた場合にTFTのデバイス特性にバラつきが生じ易く
なっていること、等の問題がある。
In addition to silicon devices, thin film transistors (TFTs) formed on a glass substrate are considered as application fields of SOI technology. Among these, TF
T is used, for example, in constructing a matrix drive circuit of a liquid crystal display device. For a conventional TFT, the source /
In general, the drain region and the channel region are formed in an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film. However, a TFT formed by using these thin films as a base has (a) a large leak current, and there is a limit to high reliability of operation and reduction of power consumption, and (b) operation with low carrier mobility. There is a limit to the speedup of
(C) Problems such as that the channel length is approaching the crystal grain size with the miniaturization of the design rule, and the device characteristics of the TFT are likely to vary particularly when a polycrystalline silicon thin film is used. There is.

【0004】そこで、将来のTFTのより一層の高速
化、高信頼化を図るためには、結晶粒界を持たず構造的
に均一な単結晶シリコン薄膜を土台として用いることが
必要となる。
Therefore, in order to further increase the speed and reliability of the TFT in the future, it is necessary to use a structurally uniform single crystal silicon thin film having no crystal grain boundary as a base.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の方法では、核生成と核成長とを別の装置を用いて
別の工程で行う必要があり、生産性や経済性の大幅な向
上を望むことはできない。このことは、数層の単結晶シ
リコン薄膜を層間絶縁膜を介して積層してTFTによる
3次元デバイスを製造しようとする場合等にその製造プ
ロセスを極めて煩瑣とするため、量産化を目指す上での
障害ともなっている。
However, in such a conventional method, it is necessary to perform nucleation and nucleation in different steps using different devices, and it is desired to greatly improve productivity and economic efficiency. It is not possible. This makes the manufacturing process extremely complicated when, for example, manufacturing a three-dimensional device using TFTs by laminating several single-crystal silicon thin films with an interlayer insulating film interposed therebetween. Is also an obstacle.

【0006】そこで本発明は、簡便な装置およびプロセ
スで単結晶薄膜を形成することを可能とし、生産性や経
済性を大幅に向上させ、複雑な3次元構造を有する半導
体装置の量産化をも可能とする方法を提供することを目
的とする。
Therefore, the present invention makes it possible to form a single crystal thin film with a simple device and process, greatly improve productivity and economic efficiency, and mass-produce semiconductor devices having a complicated three-dimensional structure. The purpose is to provide a possible method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、基板上に成膜されたアモルファス薄膜もしくは
多結晶薄膜を結晶化させる際に、レーザ照射による核形
成とアニール処理による核成長とを同時に行うことによ
り実質的な単結晶化を行うものである。この場合のアニ
ール処理は、ランプ・アニールでも抵抗加熱でも良い。
上記アニール処理を抵抗加熱により行う場合には、基板
を適当な支持台の上に置き、この支持台の加熱を通じて
その上に接触配置される基板を熱伝導により加熱するの
で、アニール処理の方法は基板の構成材料には依存しな
い。一方、アニール処理をランプ・アニールにより行う
場合には、基板が光透過性であるか遮光性であるかに応
じて処理の方法が自ずと異なる。
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and crystallizes an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a substrate. When this is done, the formation of nuclei by laser irradiation and the growth of nuclei by an annealing treatment are carried out at the same time, whereby substantial single crystallization is carried out. The annealing treatment in this case may be lamp annealing or resistance heating.
When the above-mentioned annealing treatment is performed by resistance heating, the substrate is placed on an appropriate supporting base, and the substrate placed in contact therewith is heated by heat conduction through heating of this supporting base. It does not depend on the constituent material of the substrate. On the other hand, when the annealing treatment is performed by lamp annealing, the treatment method naturally differs depending on whether the substrate is light transmissive or light shielding.

【0008】ここで、基板が光透過性である場合には、
レーザ光とアニール光は基板の表裏いずれの方向からも
アモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜に到達することが
できる。したがって、これらレーザ光とアニール光とを
互いに基板の表裏方向から同時に照射することができ
る。もちろん、両方の光を共に基板の表側から、もしく
は共に裏側から照射しても良い。この場合の光透過性基
板の構成材料としては、酸化シリコン系材料もしくは窒
化シリコン系材料が好適であり、また前記アモルファス
薄膜もしくは多結晶薄膜としてはシリコン系材料が実用
上重要である。なお、本明細書中では、アモルファス薄
膜もしくは多結晶薄膜の形成面側を表側、反対側を裏側
と称することにする。
Here, when the substrate is light transmissive,
The laser light and the annealing light can reach the amorphous thin film or the polycrystalline thin film from either the front side or the back side of the substrate. Therefore, the laser light and the annealing light can be simultaneously irradiated from the front and back directions of the substrate. Of course, both lights may be emitted from the front side of the substrate or both of them from the back side. In this case, a silicon oxide type material or a silicon nitride type material is suitable as a constituent material of the light transmissive substrate, and a silicon type material is practically important as the amorphous thin film or the polycrystalline thin film. In this specification, the surface on which the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is formed is called the front side, and the opposite side is called the back side.

【0009】これに対し、基板が遮光性である場合に
は、レーザ光とアニール光の照射は、共に表側からのみ
行うことができる。この場合の遮光性基板の構成材料と
しては、表面に絶縁材料が被着されてなるシリコン系材
料を挙げることができ、また前記アモルファス薄膜もし
くは多結晶薄膜としてはシリコン系材料から構成される
ものが重要である。
On the other hand, when the substrate has a light-shielding property, both the laser light and the annealing light can be irradiated only from the front side. In this case, the constituent material of the light-shielding substrate may be a silicon-based material having a surface coated with an insulating material, and the amorphous thin film or the polycrystalline thin film may be composed of a silicon-based material. is important.

【0010】また、前記核形成に先立ち、前記アモルフ
ァス薄膜もしくは多結晶薄膜上の核形成位置以外の部位
をイオン・ビーム照射によりアニールしても良い。
Prior to the nucleation, a portion other than the nucleation position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film may be annealed by ion beam irradiation.

【0011】さらに、前記レーザ照射をフォトマスクを
介して行えば、前記アモルファス薄膜もしくは前記多結
晶薄膜上の任意の位置に選択的に核形成を行うこともで
きる。
Furthermore, if the laser irradiation is performed through a photomask, nucleation can be selectively performed at any position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film.

【0012】[0012]

【作用】本発明では、レーザ照射機構とアニール処理機
構の双方を具備する装置を用いて、核形成のためのレー
ザ照射と、核成長のためのアニール処理とを同時に行う
ため、1層の結晶化薄膜の形成は1プロセスで終了させ
ることができる。したがって、製造プロセスを著しく簡
略化することができる。
In the present invention, the laser irradiation for nucleation and the annealing treatment for nuclei growth are performed simultaneously by using the apparatus equipped with both the laser irradiation mechanism and the annealing treatment mechanism. The formation of the chemical thin film can be completed in one process. Therefore, the manufacturing process can be significantly simplified.

【0013】また、基板が光透過性か遮光性のいずれで
あるかに応じてレーザ光とアニール光を基板の表裏どち
らから到達させるかが自ずと決まるが、いずれにしても
上記プロセスを行うための製造装置は1台で済む。
Further, depending on whether the substrate is light-transmitting or light-shielding, it is naturally decided whether the laser light or the annealing light should arrive from the front side or the back side of the substrate. In any case, the above process is performed. Only one manufacturing device is required.

【0014】さらに、前記アモルファス薄膜もしくは多
結晶薄膜上の核形成位置以外の部位を予めイオン・ビー
ム照射によりアニールしておくことにより、規則的に粒
界が配列しない単一の結晶粒成長を実現することができ
る。
Further, a portion other than the nucleation position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is annealed by ion beam irradiation in advance to realize a single crystal grain growth in which grain boundaries are not regularly arranged. can do.

【0015】レーザ照射をフォトマスクを介して行え
ば、核形成位置の特定をさらに簡便に行うことができ
る。つまり、レーザ光を特定の部位へ選択的に照射し、
核形成位置を特定することができる。前述のイオン・ビ
ーム・アニールでは、イオン・ビーム照射部位を特定す
るためにアモルファス薄膜もしくは多結晶薄膜の上にフ
ォトリソグラフィ技術によりレジスト・マスクを形成す
る必要があるが、フォトマスクを介する方法であれば、
このような煩雑な工程は一切不要となる。
If the laser irradiation is performed through a photomask, the nucleation position can be specified more easily. In other words, selectively irradiate a specific region with laser light,
The nucleation position can be specified. In the above-mentioned ion beam annealing, it is necessary to form a resist mask on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film by photolithography technology in order to identify the ion beam irradiation site. If
Such complicated steps are not necessary at all.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図面
を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】実施例1 本実施例は、石英基板上のアモルファス・シリコン(a
−Si)薄膜を結晶化させる際に、ウェハの表側(a−
Si薄膜の形成面側)からエキシマ・レーザ照射、裏側
(石英基板側)からランプ・アニールを同時に行った例
である。まず、本実施例で使用した結晶化装置の概略的
な構成を図1に示す。
Example 1 In this example, amorphous silicon (a) on a quartz substrate is used.
-Si) When crystallizing a thin film, the front side (a-
This is an example in which excimer laser irradiation is performed from the Si thin film formation side) and lamp annealing is performed simultaneously from the back side (quartz substrate side). First, FIG. 1 shows a schematic structure of the crystallization apparatus used in this example.

【0018】この結晶化装置100は、ウェハ・ステー
ジ2に載置されたウェハ6の表側に対向してレーザ光源
1が、また裏側に対向して短波長のアーク・ランプ4が
配置された構成を有する。この図では、レーザ光源1か
ら放出される光エネルギーhν(hはプランク定数、
νは波数)がウェハ6に一様に入射するように描かれ
ているが、実際のレーザ光は図示されない光学系に含ま
れるレンズにより細いビームに絞られた状態で、ミラー
を用いて走査される。ここでは、KrFエキシマ・レー
ザ光(249nm)を使用した。
The crystallizing apparatus 100 has a structure in which a laser light source 1 is arranged facing the front side of a wafer 6 placed on a wafer stage 2, and a short wavelength arc lamp 4 is arranged facing the back side. Have. In this figure, the light energy hν 1 emitted from the laser light source 1 (h is Planck's constant,
ν 1 is a wave number) so that it is uniformly incident on the wafer 6, but the actual laser beam is narrowed into a narrow beam by a lens included in an optical system (not shown) and is scanned using a mirror. To be done. Here, KrF excimer laser light (249 nm) was used.

【0019】一方、アーク・ランプ4から放出されるア
ニール光は反射鏡5を用いて効率良くコンデンサ・レン
ズ3に導入され、その光エネルギーhν(hはプラン
ク定数、νは波数)によりウェハ6が裏側から均一に
加熱される。また、以上の構成からも明らかなように、
ウェハ・ステージ2はアーク・ランプ4のアニール光の
波長において高い光透過率を示す材料で構成される必要
がある。ここでは、石英製のウェハ・ステージ2を使用
した。
On the other hand, the annealing light emitted from the arc lamp 4 is efficiently introduced into the condenser lens 3 by using the reflecting mirror 5, and the light energy hν 2 (h is Planck's constant, ν 2 is wave number) of the wafer. 6 is heated uniformly from the back side. Also, as is clear from the above configuration,
The wafer stage 2 needs to be made of a material having a high light transmittance at the wavelength of the annealing light of the arc lamp 4. Here, a wafer stage 2 made of quartz was used.

【0020】次に、上記の結晶化装置100を用いた実
際の結晶化プロセスについて、図2を参照しながら説明
する。まず、本実施例で使用したウェハ6は、図2
(a)に示されるように、透明な石英基板20上に厚さ
約100nmのa−Si薄膜21が形成されたものであ
る。
Next, an actual crystallization process using the above crystallization apparatus 100 will be described with reference to FIG. First, the wafer 6 used in this example is shown in FIG.
As shown in (a), an a-Si thin film 21 having a thickness of about 100 nm is formed on a transparent quartz substrate 20.

【0021】このウェハを図1の結晶化装置100のウ
ェハ・ステージ2上にセットし、アーク・ランプ4によ
り裏面側からウェハ6を525〜650℃に加熱すると
共に、表側からKrFエキシマ・レーザ照射を行った。
すると、図2(b)に示されるように、レーザ照射に起
因してa−Si層21中のランダムな位置に複数の結晶
核22が生成し、続いてランプ・アニールによりこの結
晶核22を中心とする2次元的な単一結晶粒成長が進行
した。
This wafer is set on the wafer stage 2 of the crystallization apparatus 100 of FIG. 1, the wafer 6 is heated to 525 to 650 ° C. from the back side by the arc lamp 4, and the KrF excimer laser is irradiated from the front side. I went.
Then, as shown in FIG. 2B, a plurality of crystal nuclei 22 are generated at random positions in the a-Si layer 21 due to the laser irradiation, and the crystal nuclei 22 are subsequently formed by lamp annealing. The two-dimensional single crystal grain growth centered on the center of the surface proceeded.

【0022】最終的には、図2(c)に示されるよう
に、a−Si薄膜21の全体が実質的な単結晶Si薄膜
23に変化した。
Finally, as shown in FIG. 2 (c), the entire a-Si thin film 21 was changed to a substantially single crystal Si thin film 23.

【0023】実施例2 本実施例は、同じくKrFエキシマ・レーザ照射と短波
長のアーク・ランプ・アニールによるa−Si薄膜の結
晶化プロセスであるが、a−Si薄膜を予めアイランド
化し、このアイランド(島状領域)の一部にSiイオ
ン・ビーム・アニールを行うことにより、単一結晶粒成
長の制御性を高めた例である。このプロセスを、図3を
参照しながら説明する。なお、図3の参照符号は、図2
と一部共通である。
Example 2 This example is also a crystallization process of an a-Si thin film by KrF excimer laser irradiation and short wavelength arc lamp annealing. This is an example in which the controllability of single crystal grain growth is improved by performing Si + ion beam annealing on a part of (island region). This process will be described with reference to FIG. The reference numerals in FIG. 3 are the same as those in FIG.
And is partly common.

【0024】本実施例では、まず前出の図1(a)に示
されるような石英基板20上のa−Si薄膜21を通常
のレジスト・プロセスおよびドライエッチングによりパ
ターニングし、図3(a)に示されるように、各デバイ
スの形成領域に対応するa−Siアイランド21aを形
成した。さらに、ウェハの全面にレジスト塗膜を形成
し、フォトリソグラフィおよび現像を行ってレジスト・
マスク24を形成した。このレジスト・マスク24は、
各a−Siアイランド21aにひとつずつ形成されてい
る。
In this embodiment, first, the a-Si thin film 21 on the quartz substrate 20 as shown in FIG. 1A is patterned by a normal resist process and dry etching, and then the pattern shown in FIG. The a-Si island 21a corresponding to the formation region of each device was formed as shown in FIG. Furthermore, a resist coating film is formed on the entire surface of the wafer, and photolithography and development are performed to form a resist
The mask 24 was formed. This resist mask 24 is
One is formed on each a-Si island 21a.

【0025】次に、上記レジスト・マスク24を介して
Siイオン・ビーム・アニールを行ったところ、a−
Siアイランド21aの露出領域が加熱され、図3
(b)に示されるような加熱領域21bが形成された。
Next, when Si + ion beam annealing was performed through the resist mask 24, a-
The exposed region of the Si island 21a is heated, and as shown in FIG.
The heating region 21b as shown in (b) was formed.

【0026】次に、このウェハを図1の結晶化装置10
0にセットし、実施例1と同様にKrFエキシマ・レー
ザ照射およびアーク・ランプ・アニールを行った。する
と、図3(c)に示されるようにイオン・ビーム・アニ
ールを受けずに残ったa−Siアイランド21aにおい
て選択的に結晶核22が生成し、この結晶核22が2次
元方向に成長した。最終的には図3(d)に示されるよ
うに、ひとつのa−Siアイランド21aはそれぞれ実
質的な単結晶Siアイランド23aに変化した。
Next, the wafer is crystallized from the crystallization apparatus 10 shown in FIG.
0 was set, and KrF excimer laser irradiation and arc lamp annealing were performed as in Example 1. Then, as shown in FIG. 3C, crystal nuclei 22 are selectively generated in the remaining a-Si islands 21a that have not been subjected to the ion beam annealing, and the crystal nuclei 22 grow in a two-dimensional direction. . Finally, as shown in FIG. 3D, each single a-Si island 21a was changed to a substantially single crystal Si island 23a.

【0027】前述の実施例1では結晶核22がランダム
な位置に生成するために、成長した各単結晶Si薄膜2
3の寸法が不均一であり、隣接する薄膜間には粒界が存
在した。これに対し、Siイオン・ビーム・アニール
により結晶核22の生成位置を特定した場合には、単結
晶Si薄膜23の寸法を制御することができる。特に、
本実施例のように各a−Siアイランド21a上で結晶
核22の生成を1個に限定すれば、個々のアイランド中
では結晶粒界の存在しないSi薄膜を得ることができ
る。
In the first embodiment described above, since the crystal nuclei 22 are generated at random positions, the grown single crystal Si thin films 2 are formed.
The size of No. 3 was non-uniform, and grain boundaries existed between the adjacent thin films. On the other hand, when the generation position of the crystal nucleus 22 is specified by Si + ion beam annealing, the size of the single crystal Si thin film 23 can be controlled. In particular,
If the number of crystal nuclei 22 produced on each a-Si island 21a is limited to one as in the present embodiment, a Si thin film having no grain boundary in each island can be obtained.

【0028】実施例3 本実施例は、同じくa−Si薄膜中における結晶核の生
成部位を特定する方法として、フォトマスクを介してK
rFエキシマ・レーザ照射を行った例である。本実施例
で使用した結晶化装置の概略的な構成を、図4に示す。
なお、図4の参照符号は、図1と一部共通であり、共通
箇所の説明は重複を避けるために省略する。
Example 3 In this example, similarly, as a method for identifying the site where crystal nuclei are formed in the a-Si thin film, K is applied through a photomask.
This is an example of irradiation with rF excimer laser. The schematic structure of the crystallization apparatus used in this example is shown in FIG.
Note that the reference numerals in FIG. 4 are partially common to those in FIG. 1, and the description of the common portions is omitted to avoid duplication.

【0029】この結晶化装置101は、レーザ光源1と
ウェハ6との間にフォトマスク7を介在させた構成を有
する。このフォトマスク7は、図5(b)にその一部を
拡大して示すように、ガラス等の透明材料からなるフォ
トマスク基板8上に所定のパターンに形成されたCr膜
等からなる遮光膜9が形成されたものである。この遮光
膜9には、結晶核22の生成部位を特定するための開口
部10が設けられている。
The crystallization apparatus 101 has a structure in which a photomask 7 is interposed between the laser light source 1 and the wafer 6. As shown in FIG. 5B in a partially enlarged manner, the photomask 7 is a light-shielding film made of a Cr film or the like formed in a predetermined pattern on a photomask substrate 8 made of a transparent material such as glass. 9 is formed. The light-shielding film 9 is provided with an opening 10 for specifying the generation site of the crystal nucleus 22.

【0030】また、図4では説明の便宜上、フォトマス
ク7とウェハ6とが離間して描かれているが、これは特
に投影光学系を用いたプロジェクション法による照射の
みを意識している訳ではなく、たとえばフォトマスク7
とウェハ6を密着させるコンタクト法や、両者を近接配
置するプロキシミティ法による照射も可能である。
Further, in FIG. 4, the photomask 7 and the wafer 6 are illustrated as being separated from each other for convenience of explanation, but this does not mean that only irradiation by the projection method using the projection optical system is taken into consideration. Without, for example, photomask 7
Irradiation by a contact method in which the wafer 6 and the wafer 6 are brought into close contact with each other or a proximity method in which the both are arranged in close proximity is also possible.

【0031】次に、この結晶化装置101を用いた結晶
化プロセスについて説明する。ここで使用したウェハ
は、図5(a)に示されるように、石英基板20上に所
定のパターニングを経たa−Siアイランド21aが形
成されたものである。このウェハを上記結晶化装置10
1にセットし、表側からはフォトマスク7を介してKr
Fエキシマ・レーザ照射を行い、裏側からはg線ランプ
・アニールを行った。この工程では、図5(b)に示さ
れるように、フォトマスク7上の遮光膜9の開口部10
を通過したKrFエキシマ・レーザ光により各a−Si
アイランド21aに結晶核22が生成した。これと同時
に、裏側から照射されるアニール光により結晶核22を
中心とした核成長が進行した。
Next, a crystallization process using the crystallization device 101 will be described. As shown in FIG. 5A, the wafer used here has an a-Si island 21a formed on the quartz substrate 20 through a predetermined patterning. This wafer is used as the crystallization device 10
1 and set Kr from the front side through the photomask 7.
F excimer laser irradiation was performed, and g-line lamp annealing was performed from the back side. In this step, as shown in FIG. 5B, the opening 10 of the light shielding film 9 on the photomask 7 is formed.
Each a-Si by the KrF excimer laser light that has passed through
Crystal nuclei 22 were generated on the island 21a. At the same time, the nucleus growth centered on the crystal nucleus 22 progressed by the annealing light emitted from the back side.

【0032】最終的には、図5(c)に示されるよう
に、実質的な単結晶Siアイランド23aが形成され
た。
Finally, as shown in FIG. 5C, a substantial single crystal Si island 23a was formed.

【0033】実施例4 本実施例は、単結晶Si基板上にSiO層間絶縁膜を
介して積層されたa−Si薄膜を結晶化させる際に、エ
キシマ・レーザ照射とランプ・アニールとを共にウェハ
の表側から行った例である。まず、本実施例で使用した
結晶化装置の概略的な構成を図6に示す。なお、図6の
参照符号は、図4と一部共通である。
Example 4 In this example, when crystallizing an a-Si thin film laminated on a single crystal Si substrate via an SiO 2 interlayer insulating film, both excimer laser irradiation and lamp annealing are performed. This is an example performed from the front side of the wafer. First, FIG. 6 shows a schematic configuration of the crystallization apparatus used in this example. Note that the reference numerals in FIG. 6 are partially common to those in FIG.

【0034】この結晶化装置102は、レーザ光源1が
ウェハ11と対向配置されると共に、ウェハ11に対し
て斜め上方からアーク・ランプ4によるランプ・アニー
ルが行えるようになされたものである。この場合のウェ
ハ・ステージは、特に透明材料で構成されている必要は
ない。また、レーザ光源1とウェハ11との間には必要
に応じて前述のようなフォトマスク7が介在されていて
も良い。
The crystallizing apparatus 102 is arranged such that the laser light source 1 is arranged so as to face the wafer 11 and that lamp annealing can be performed on the wafer 11 obliquely from above by the arc lamp 4. The wafer stage in this case does not have to be made of a particularly transparent material. Further, the photomask 7 as described above may be interposed between the laser light source 1 and the wafer 11 if necessary.

【0035】次に、この結晶化装置102を用いた結晶
化プロセスについて説明する。ここで使用したウェハ1
1は、図7(a)に示されるように、遮光性の単結晶S
i基板30上にSiO層間絶縁膜31を介して厚さ約
100nmのa−Si薄膜32が形成されたものであ
る。このウェハ11を上記結晶化装置102にセット
し、KrFエキシマ・レーザ照射とアーク・ランプ・ア
ニールを行った。ここでは、フォトマスク7は特に用い
なかった。この結果、図7(b)に示されるように、a
−Si薄膜33中に複数の結晶核33が生成し、この結
晶核33を中心として二次元的な単一結晶粒成長が進行
した。
Next, a crystallization process using the crystallization device 102 will be described. Wafer 1 used here
As shown in FIG. 7A, 1 is a light-shielding single crystal S
The a-Si thin film 32 having a thickness of about 100 nm is formed on the i substrate 30 with the SiO 2 interlayer insulating film 31 interposed therebetween. The wafer 11 was set in the crystallization device 102, and KrF excimer laser irradiation and arc lamp annealing were performed. The photomask 7 was not used here. As a result, as shown in FIG.
A plurality of crystal nuclei 33 were generated in the —Si thin film 33, and two-dimensional single crystal grain growth proceeded around the crystal nuclei 33.

【0036】最終的には、図7(c)に示されるよう
に、a−Si薄膜32の全体が実質的な単結晶Si薄膜
34に変化した。
Finally, as shown in FIG. 7C, the entire a-Si thin film 32 was changed to a substantially single crystal Si thin film 34.

【0037】なお、本実施例においても、実施例2で上
述したようなSiイオン・ビーム照射を予め行うか、
あるいは実施例3で上述したようなフォトマスク7を介
したレーザ照射を行えば、結晶核33の生成部位を特定
することができ、結晶化領域の寸法制御性および位置制
御性が一層向上する。
Also in this embodiment, the Si + ion beam irradiation as described in the second embodiment is performed in advance, or
Alternatively, by performing laser irradiation through the photomask 7 as described in Example 3, the generation site of the crystal nucleus 33 can be specified, and the dimensional controllability and position controllability of the crystallization region are further improved.

【0038】実施例5 本実施例では、レーザ光とアニール光を共にウェハに対
して同じ入射角で照射させるように結晶化装置の構成を
工夫した。まず、本実施例で使用した結晶化装置の概略
的な構成を図8に示す。なお、図8の参照符号は、図6
と一部共通である。
Embodiment 5 In this embodiment, the structure of the crystallization device is devised so that both the laser light and the annealing light are irradiated onto the wafer at the same incident angle. First, FIG. 8 shows a schematic structure of the crystallization apparatus used in this example. The reference symbols in FIG. 8 are the same as those in FIG.
And is partly common.

【0039】この結晶化装置103は、アーク・ランプ
4がウェハ11と対向配置され、コンデンサ・レンズ3
とウェハ11の間の光路上には二色ミラー12が配設さ
れている。アーク・ランプ4から放出されるアニール光
は、この二色ミラー12を透過することができる。一
方、レーザ光源1が上記アーク・ランプ4と光路が互い
に直交するように配置されており、該レーザ光源1から
放出されるレーザ光が上記二色ミラー12で反射され、
ウェハ11に垂直入射するようになされている。レーザ
光源1と二色ミラー12の中間の光路上には、必要に応
じてフォトマスク(図示せず。)を介在させても良い。
In this crystallization device 103, the arc lamp 4 is arranged so as to face the wafer 11, and the condenser lens 3 is used.
A two-color mirror 12 is arranged on the optical path between the wafer 11 and the wafer 11. The annealing light emitted from the arc lamp 4 can pass through this dichroic mirror 12. On the other hand, the laser light source 1 is arranged so that the optical path is orthogonal to the arc lamp 4, and the laser light emitted from the laser light source 1 is reflected by the dichroic mirror 12.
It is adapted to be vertically incident on the wafer 11. A photomask (not shown) may be interposed on the optical path between the laser light source 1 and the dichroic mirror 12 if necessary.

【0040】この結晶化装置103も、遮光性の単結晶
Si基板30上におけるa−Si薄膜の結晶化に有効で
あり、実施例4とほぼ同じ結果が得られた。
This crystallizing device 103 is also effective for crystallizing the a-Si thin film on the light-shielding single crystal Si substrate 30, and almost the same result as in Example 4 was obtained.

【0041】実施例6 本実施例は、上述のような結晶化プロセスを2回繰り返
し、SOI技術により3次元デバイスを構成した例であ
る。このプロセスを、図9を参照しながら簡単に説明す
る。まず、図9(a)に示されるように、石英基板40
上に第1の単結晶Siアイランド41を形成した。この
第1の単結晶Siアイランド41は、a−Si薄膜もし
くは多結晶Si薄膜を結晶化させて得られたものであ
る。この場合の結晶核の生成方法は、Siイオン・ビ
ーム・アニールでもフォトマスクを介したレーザ照射で
も構わない。また、石英基板40が透明であるため、こ
の段階ではランプ・アニールは裏側からでも可能である
が、本実施例では図6または図8に示した結晶化装置を
用いて表側から行った。これは、後述の2回目の結晶化
プロセスが行われる段階では、ウェハ上に遮光性の第1
の単結晶Siアイランド41が既に形成されてしまって
いるので、ランプ・アニールを効率良く行うには表側の
方が好都合だからである。
Embodiment 6 This embodiment is an example in which the crystallization process as described above is repeated twice to construct a three-dimensional device by the SOI technique. This process will be briefly described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 9A, the quartz substrate 40
A first single crystal Si island 41 was formed on top. The first single crystal Si island 41 is obtained by crystallizing an a-Si thin film or a polycrystalline Si thin film. In this case, the method of generating crystal nuclei may be Si + ion beam annealing or laser irradiation via a photomask. Further, since the quartz substrate 40 is transparent, the lamp annealing can be performed from the back side at this stage, but in this embodiment, it was performed from the front side using the crystallization apparatus shown in FIG. 6 or 8. This is because when the second crystallization process described below is performed, the light-shielding first
Since the single crystal Si island 41 is already formed, the front side is more convenient for efficient lamp annealing.

【0042】次に、図9(b)に示されるように、ウェ
ハの全面を熱酸化してゲート酸化膜を形成した後、多結
晶シリコン層等をパターニングして第1のゲート電極4
2を形成し、この第1のゲート電極42をマスクとして
自己整合的に単結晶Siアイランド41に不純物をイオ
ン・ビーム照射した後、ウェハの全面をSiO層間絶
縁膜43で平坦化した。
Next, as shown in FIG. 9B, the entire surface of the wafer is thermally oxidized to form a gate oxide film, and then the polycrystalline silicon layer or the like is patterned to form the first gate electrode 4.
2 was formed, and the single crystal Si island 41 was ion-beam-irradiated with impurities by using the first gate electrode 42 as a mask in a self-aligned manner, and then the entire surface of the wafer was flattened by the SiO 2 interlayer insulating film 43.

【0043】続いて、図9(c)に示されるように、S
iO層間絶縁膜43上に同様に第2の単結晶Siアイ
ランド44を形成した。このときの結晶化方法も、第1
の単結晶Siアイランド41を形成する場合と同様であ
る。さらに、図9(d)に示されるように、ウェハの全
面を熱酸化してゲート酸化膜を形成した後、多結晶シリ
コン層をパターニングして第2のゲート電極45を形成
した。この第2のゲート電極45をマスクとして自己整
合的に第2の単結晶Siアイランド44に不純物をイオ
ン・ビーム照射した後、ウェハの全面をSiO層間絶
縁膜46で平坦化した。この後、通常のコンタクト形成
プロセスにより第2の単結晶Siアイランド44、およ
び第1の単結晶Siアイランド41に臨んでそれぞれ接
続孔47,48を開口した。さらに、これらの接続孔4
7,48をAl系材料層等により埋め込んで上層配線4
9を形成し、3次元デバイスを完成した。
Then, as shown in FIG. 9C, S
A second single crystal Si island 44 was similarly formed on the iO 2 interlayer insulating film 43. The crystallization method at this time is also the first
This is similar to the case of forming the single crystal Si island 41. Further, as shown in FIG. 9D, the entire surface of the wafer was thermally oxidized to form a gate oxide film, and then the polycrystalline silicon layer was patterned to form a second gate electrode 45. After the second single crystal Si island 44 was ion-beam-irradiated with impurities by self-alignment using the second gate electrode 45 as a mask, the entire surface of the wafer was flattened with an SiO 2 interlayer insulating film 46. After that, the connection holes 47 and 48 were opened so as to face the second single crystal Si island 44 and the first single crystal Si island 41 by a normal contact formation process. Furthermore, these connection holes 4
7 and 48 are embedded with an Al-based material layer or the like to form the upper wiring 4
9 was formed to complete the three-dimensional device.

【0044】以上、本発明を6例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例では、結晶化
の対象となる薄膜としてa−Si薄膜を用いたが、多結
晶Si薄膜を用いてもほぼ同様の結果が得られる。さら
に、光吸収特性を考慮してレーザ光源やアニール光源の
種類を適当に選択すれば、本発明はSi以外の材料から
なるアモルファス薄膜や多結晶薄膜の結晶化にも適用で
きる。
Although the present invention has been described based on the six examples, the present invention is not limited to these examples. For example, in each of the above-described embodiments, the a-Si thin film is used as the thin film to be crystallized, but substantially the same result can be obtained by using the polycrystalline Si thin film. Further, the present invention can be applied to crystallization of an amorphous thin film or a polycrystalline thin film made of a material other than Si by appropriately selecting the type of laser light source or annealing light source in consideration of light absorption characteristics.

【0045】光透過性基板としては、上述の各実施例で
は石英基板を使用したが、SiN等の誘電体からなる
基板を用いても良い。アニール光としては、すべての実
施例においてランプ・アニールを採用したが、これを抵
抗加熱に代えても構わない。上述の実施例2および実施
例3では、結晶化の前にa−Si薄膜のアイランド化を
行っているが、アイランド化を結晶化の後で行っても良
い。この場合には、a−Si薄膜の特定の部位に結晶核
を生成させこれを成長させた後、粒界を含む領域をエッ
チングにより選択的に除去すれば良い。
As the light transmissive substrate, the quartz substrate is used in each of the above embodiments, but a substrate made of a dielectric material such as SiN x may be used. As the annealing light, lamp annealing was adopted in all the examples, but this may be replaced by resistance heating. In the above-described Embodiments 2 and 3, the a-Si thin film is islanded before crystallization, but islanding may be performed after crystallization. In this case, after a crystal nucleus is generated at a specific portion of the a-Si thin film and grown, the region including the grain boundary may be selectively removed by etching.

【0046】上述の実施例1ないし実施例3では、透明
な石英基板20を用いてウェハを構成しているためにラ
ンプ・アニールを全て裏側から行っているが、図6や図
8に示されるような結晶化装置102,103を用いて
ランプ・アニールを表側から行っても構わない。ただ
し、実施例3のようにレーザ照射をフォトマスク7を介
して行う場合には、ランプ・アニールを表側から行える
のは、レーザ照射がプロジェクション法により行われる
場合のみである。コンタクト法およびプロキシミティ法
では、フォトマスク7がウェハに密着または近接して配
置されているため、表側からではアニール光が到達せ
ず、またフォトマスク7も熱変形を起こしてしまう。
In the above-mentioned first to third embodiments, since the transparent quartz substrate 20 is used to form the wafer, the lamp annealing is all performed from the back side. As shown in FIG. 6 and FIG. Lamp annealing may be performed from the front side by using such crystallization devices 102 and 103. However, when the laser irradiation is performed through the photomask 7 as in the third embodiment, the lamp annealing can be performed from the front side only when the laser irradiation is performed by the projection method. In the contact method and the proximity method, since the photomask 7 is arranged in close contact with or close to the wafer, annealing light does not reach from the front side, and the photomask 7 is also thermally deformed.

【0047】その他、使用するレーザ光源やアニール光
源の種類、結晶化装置の構成、ウェハの構成、3次元デ
バイスの構成等は、適宜変更可能であることは言うまで
もない。
Needless to say, the type of laser light source or annealing light source used, the structure of the crystallization apparatus, the structure of the wafer, the structure of the three-dimensional device, etc. can be changed as appropriate.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、従来
は別々の装置を用いて核生成と核成長との2プロセスに
分けて行っていた結晶化の作業を、本発明を適用すれば
単一の装置を用いて1プロセスで行うことが可能とな
る。これにより、半導体装置の製造における生産性や経
済性を著しく向上させることができる。また、本発明は
SOI技術を適用した3次元デバイスの量産化に道を開
く技術として、その産業上の価値は極めて大きい。
As is apparent from the above description, if the present invention is applied to the crystallization work which has conventionally been performed by using two separate devices, the nucleation and the nucleation, which are divided into two processes. It becomes possible to carry out in one process using a single apparatus. As a result, it is possible to significantly improve the productivity and the economic efficiency in manufacturing the semiconductor device. In addition, the present invention has a great industrial value as a technology that opens the way to mass production of three-dimensional devices to which the SOI technology is applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で用いられる結晶化装置の一構成例を示
す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one structural example of a crystallization device used in the present invention.

【図2】本発明を適用して石英基板上のa−Si薄膜を
結晶化させるプロセス例をその工程順にしたがって示す
概略断面図であり、(a)は石英基板上にa−Si薄膜
が形成された状態、(b)はa−Si薄膜中に結晶核が
形成され核成長が進行している状態、(c)はa−Si
薄膜の全体が実質的な単結晶Si薄膜に変化した状態を
それぞれ表す。
2A and 2B are schematic cross-sectional views showing an example of a process of crystallizing an a-Si thin film on a quartz substrate according to the present invention in the order of steps, wherein FIG. (B) is a state in which crystal nuclei are formed in the a-Si thin film and nucleus growth is in progress, and (c) is a-Si.
Each of the states in which the entire thin film is changed to a substantially single crystal Si thin film is shown.

【図3】本発明を適用して石英基板上のa−Si薄膜を
結晶化させる他のプロセス例をその工程順にしたがって
示す概略断面図であり、(a)はa−Siアイランド上
にレジスト・マスクを介してSiイオン・ビーム・ア
ニールが行われている状態、(b)はイオン・ビーム・
アニールによりa−Siアイランドの一部に加熱領域が
形成された状態、(c)は結晶核の生成と核成長が進行
している状態、(d)は単結晶Siアイランドが形成さ
れた状態をそれぞれ表す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the process of crystallizing an a-Si thin film on a quartz substrate according to the order of steps, to which the present invention is applied. The state where Si + ion beam annealing is performed through the mask, (b) shows the ion beam
A heating region is formed in a part of the a-Si island by annealing, (c) is a state in which crystal nucleus generation and nucleus growth are in progress, and (d) is a state in which a single crystal Si island is formed. Represent each.

【図4】本発明で用いられる結晶化装置の他の構成例を
示す模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another configuration example of the crystallization device used in the present invention.

【図5】本発明を適用して石英基板上のa−Si薄膜を
結晶化させるさらに他のプロセス例をその工程順にした
がって示す概略断面図であり、(a)は石英基板上にa
−Siアイランドが形成された状態、(b)はフォトマ
スクを介したレーザ照射によりa−Siアイランドの一
部に結晶核が形成され核成長が進行している状態、
(c)は単結晶Siアイランドが形成された状態をそれ
ぞれ表す。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing yet another process example of crystallizing an a-Si thin film on a quartz substrate according to the order of steps, to which the present invention is applied.
-Si islands are formed, (b) is a state in which crystal nuclei are formed in a part of the a-Si islands by laser irradiation through a photomask and nucleus growth is progressing,
Each of (c) represents a state in which a single crystal Si island is formed.

【図6】本発明で用いられる結晶化装置のさらに他の構
成例を示す模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing still another configuration example of the crystallization device used in the present invention.

【図7】本発明を適用して単結晶Si基板上のSiO
層間絶縁膜上に積層されたa−Si薄膜を結晶化させる
プロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図で
あり、(a)は単結晶Si基板上にSiO層間絶縁膜
を介してa−Si薄膜が形成された状態、(b)はa−
Si薄膜に結晶核が形成され核成長が進行している状
態、(c)はa−Si薄膜の全体が実質的な単結晶Si
薄膜に変化した状態をそれぞれ表す。
FIG. 7 is a diagram showing an example of applying SiO 2 on a single crystal Si substrate according to the present invention.
Is a schematic sectional view showing an example process of crystallizing the a-Si thin film deposited on the interlayer insulating film according to the order of steps, (a) shows the through SiO 2 interlayer insulation film on a single crystal Si substrate a- The state where the Si thin film is formed, (b) is a-
A state in which crystal nuclei are formed in the Si thin film and nucleus growth is progressing, (c) shows that the entire a-Si thin film is substantially single crystal Si
The state of the thin film is shown.

【図8】本発明で用いられる結晶化装置のさらに他の構
成例を示す模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing still another configuration example of the crystallization device used in the present invention.

【図9】本発明を適用して3次元デバイスを形成するプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、(a)は石英基板上に第1の単結晶Siアイランド
が形成された状態、(b)は第1の単結晶Siアイラン
ド上に第1のゲート電極が形成され、ウェハの全面がS
iO層間絶縁膜で平坦化された状態、(c)はSiO
層間絶縁膜上に第2の単結晶Siアイランドが形成さ
れた状態、(d)は第2の単結晶Siアイランド上に第
2のゲート電極が形成され、SiO層間絶縁膜による
平坦化を経て上層配線が形成された状態をそれぞれ表
す。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process of forming a three-dimensional device to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) is a state in which a first single crystal Si island is formed on a quartz substrate. , (B), the first gate electrode is formed on the first single crystal Si island, and the entire surface of the wafer is S.
A state of being flattened by an SiO 2 interlayer insulating film, (c) is SiO
In the state where the second single crystal Si island is formed on the two- layer insulating film, (d) shows that the second gate electrode is formed on the second single-crystal Si island and flattening by the SiO 2 interlayer insulating film is performed. A state in which an upper layer wiring has been formed is shown.

【符号の説明】 1 ・・・レーザ光源 2 ・・.ウェハ・ステー
ジ 3 ・・・コンデンサ・レ
ンズ 4 ・・・アーク・ランプ 6,11 ・・・ウェハ 7 ・・・フォトマスク 12 ・・・二色ミラー 20 ・・・石英基板 21,32 ・・・a−Si薄膜 21a ・・・a−Siアイラ
ンド 21b ・・・加熱領域 22,33 ・・・結晶核 23,34 ・・・単結晶Si薄膜 23a ・・・単結晶Siアイ
ランド 30 ・・・単結晶Si基板 100,101,102,103・・・結晶化装置
[Explanation of Codes] 1 ... Laser light source 2 ... Wafer stage 3 ... Condenser lens 4 ... Arc lamp 6,11 ... Wafer 7 ... Photomask 12 ... Two-color mirror 20 ... Quartz substrate 21, 32 ... A -Si thin film 21a ... a-Si island 21b ... Heating region 22,33 ... Crystal nucleus 23,34 ... Single crystal Si thin film 23a ... Single crystal Si island 30 ... Single crystal Si Substrate 100, 101, 102, 103 ... Crystallizing device

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】 [Figure 3]

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に成膜されたアモルファス薄膜も
しくは多結晶薄膜を単結晶化させて単結晶薄膜を形成す
る半導体装置の製造方法において、 レーザ照射による核形成とアニール処理による核成長と
を同時に行うことにより前記単結晶薄膜を形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device in which an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a substrate is monocrystallized to form a single crystal thin film, wherein nucleation by laser irradiation and nucleation by annealing treatment are performed. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the single crystal thin film is formed by carrying out at the same time.
【請求項2】 光透過性基板上に成膜されたアモルファ
ス薄膜もしくは多結晶薄膜を単結晶化させて単結晶薄膜
を形成する半導体装置の製造方法において、 核形成を行うためのレーザ照射と核成長を行うためのア
ニール処理とを前記基板に対して互いに表裏の関係とな
る方向から同時に施すことにより前記単結晶薄膜を形成
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A method of manufacturing a semiconductor device in which an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a light transmissive substrate is monocrystallized to form a single crystal thin film, wherein laser irradiation and nuclei for forming nuclei are used. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the single crystal thin film is formed by simultaneously performing annealing treatment for growth on the substrate from directions in which the substrates are in a front-back relationship.
【請求項3】 光透過性基板上に成膜されたアモルファ
ス薄膜もしくは多結晶薄膜を単結晶化させて単結晶薄膜
を形成する半導体装置の製造方法において、 核形成を行うためのレーザ照射と核成長を行うためのラ
ンプ・アニールとを共に前記基板の主面に対して同じ側
から施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A method of manufacturing a semiconductor device in which an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a light transmissive substrate is monocrystallized to form a single crystal thin film, wherein laser irradiation and nuclei for forming nuclei are used. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that lamp annealing for growth is performed from the same side with respect to the main surface of the substrate.
【請求項4】 前記光透過性基板が酸化シリコン系材料
もしくは窒化シリコン系材料から構成され、前記アモル
ファス薄膜もしくは多結晶薄膜がシリコン系材料から構
成されることを特徴とする請求項2または請求項3記載
の半導体装置の製造方法。
4. The light transmissive substrate is made of a silicon oxide material or a silicon nitride material, and the amorphous thin film or polycrystalline thin film is made of a silicon material. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to 3.
【請求項5】 遮光性基板上に成膜されたアモルファス
薄膜もしくは多結晶薄膜を単結晶化させて単結晶薄膜を
形成する半導体装置の製造方法において、 核形成を行うためのレーザ照射と核成長を行うためのラ
ンプ・アニールとを共に前記基板のアモルファス薄膜も
しくは多結晶薄膜の形成面側から施すことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device in which an amorphous thin film or a polycrystalline thin film formed on a light-shielding substrate is single-crystallized to form a single-crystal thin film. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the lamp annealing for performing the above is performed from the side of the substrate on which the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is formed.
【請求項6】 前記遮光性基板が表面に絶縁材料が被着
されてなるシリコン系材料から構成され、前記アモルフ
ァス薄膜もしくは多結晶薄膜がシリコン系材料から構成
されることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製
造方法。
6. The light-shielding substrate is made of a silicon-based material whose surface is coated with an insulating material, and the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is made of a silicon-based material. A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項7】 前記核形成に先立ち、前記アモルファス
薄膜もしくは多結晶薄膜上の任意の位置をイオン注入に
より徹底アモルファス化することを特徴とする請求項1
ないし請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置の製
造方法。
7. Prior to the nucleation, any position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film is thoroughly amorphized by ion implantation.
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
【請求項8】 前記レーザ照射をフォトマスクを介して
行うことにより、前記アモルファス薄膜もしくは前記多
結晶薄膜上の任意の位置に選択的に核形成を行うことを
特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記
載の半導体装置の製造方法。
8. The nucleation is selectively performed at an arbitrary position on the amorphous thin film or the polycrystalline thin film by performing the laser irradiation through a photomask. 7. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 6 above.
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