JP2004207691A - 半導体薄膜の製造方法、その製造方法により得られる半導体薄膜、その半導体薄膜を用いる半導体素子および半導体薄膜の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 前駆体半導体薄膜を溶融させる第一のレーザ光(主ビーム)と、第一のレーザ光によって溶融した前記前駆体半導体薄膜の凝固を制御する第二のレーザ光(副ビーム)を、いずれも前記前駆体半導体薄膜に略同時に照射する。このとき、前記第一のレーザ光の照射領域と同等以上の面積とを有する第二のレーザ光が、少なくとも前記前駆体半導体薄膜が溶融している間、前記第一のレーザ光を包含する位置に照射される。なお、第一のレーザ光は固体状態の前記前駆体半導体膜に吸収される波長を有し、第二のレーザ光は液体状態の前記前駆体半導体薄膜に吸収される波長を有する。
【選択図】 図5
Description
図3は、本発明の半導体薄膜の製造方法の一実施形態のステップの概要を説明するフロー図である。
図4は、本発明の半導体薄膜の製造方法の一実施形態の概要を説明する斜視図である。
図5は、本発明の半導体薄膜の製造方法のキャッピング法を併用した場合の一実施形態の概要を説明する斜視図である。
図6は、本発明の半導体薄膜の製造方法の一実施形態におけるレーザ光の照射方法の概要を説明するグラフである。
図1は、上述のように、従来のラテラル成長法によって得られた多結晶半導体の一例の概要を説明する平面図である。
図7は、本発明の半導体薄膜の製造装置の一実施形態の概要を説明する図面である。
図1は、従来のラテラル成長法によって得られた多結晶半導体の一例の概要を説明する平面図である。
図9は、本発明の半導体薄膜の製造方法を利用したTFTの製造方法の一実施形態の概要を説明する平面図である。
まず、図6を用いて説明した第一のレーザ光と第二のレーザ光との照射時間と出力との関係に従って、アモルファスシリコン薄膜に第一のレーザ光と第二のレーザ光とを照射して該アモルファスシリコン薄膜を溶融させ、さらに再結晶化させて多結晶シリコン領域を有するシリコン薄膜を作製した。
第二のレーザ光としては、YAGレーザを用い、波長は532nm、エネルギ密度は約500mJ/cm2、照射時間は約1μsとして、第一のレーザ光と第二のレーザ光とをアモルファスシリコン薄膜に照射した点を除いては、実施例1と同様にして、アモルファスシリコン薄膜を溶融させ、さらに再結晶化させて多結晶シリコン領域を有するシリコン薄膜を作製した。ラテラル成長距離の測定結果を表1に示す。
表1に示す条件により第一のレーザ光と第二のレーザ光とをアモルファスシリコン薄膜に照射した点を除いては、実施例1と同様にして、アモルファスシリコン薄膜を溶融させ、さらに再結晶化させて多結晶シリコン領域を有するシリコン薄膜を作製した。ラテラル成長距離の測定結果を表1に示す。
第二のレーザ光をアモルファスシリコン薄膜に照射しなかった点を除いては、実施例1と同様にして、アモルファスシリコン薄膜を溶融させ、さらに再結晶化させて多結晶シリコン領域を有するシリコン薄膜を作製した。ラテラル成長距離の測定結果を表1に示す。
第二のレーザ光をアモルファスシリコン薄膜に照射しなかった点と、第一のレーザ光が照射される領域以外の領域における基板の温度を、600℃に加熱して維持したことを除いては、実施例1と同様にして、アモルファスシリコン薄膜を溶融させ、さらに再結晶化させて多結晶シリコン領域を有するシリコン薄膜を作製した。ラテラル成長距離の測定結果を表1に示す。
表1に示す条件により第一のレーザ光をアモルファスシリコン薄膜に照射した点を除いては、比較例1と同様にして、アモルファスシリコン薄膜を溶融させ、さらに再結晶化させて多結晶シリコン領域を有するシリコン薄膜を作製した。ラテラル成長距離の測定結果を表1に示す。
下記の表1は、従来の半導体薄膜の製造方法による多結晶半導体領域のラテラル成長距離と、本発明の半導体薄膜の製造方法による多結晶半導体領域のラテラル成長距離とを比較して説明する表である。
図11は、本発明の半導体薄膜の製造方法に用いるラテラル成長法によって得られた多結晶半導体の一例の概要を説明する平面図である。
Claims (14)
- 前駆体半導体薄膜にパルス放射するエネルギビームを照射し、前記前駆体半導体薄膜の少なくとも一部を厚さ方向全域にわたって、溶融、凝固させて結晶化を行うことによる半導体薄膜の製造方法であって、
固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を設定された第一照射領域において溶融させるエネルギ量を有する第一のレーザ光を、前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域に照射することにより、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域を溶融させて液体状態にするステップと、
固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を前記第一照射領域において溶融させないエネルギ量を有する前記第二のレーザ光を、前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域を包含する第二照射領域に照射した状態で、液体状態にある前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域を、再結晶化させて半導体薄膜の多結晶半導体領域を得るステップと、
を備える、半導体薄膜の製造方法。 - 前記第二のレーザ光を照射するステップは、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を厚さ方向全域にわたっては溶融させないエネルギ量を有する前記第二のレーザ光を照射するステップを含む、請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 前記前駆体半導体薄膜の表面上に、前記第一のレーザ光の反射を防止するキャップ層を形成するステップをさらに備える、請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 前記第一のレーザ光を照射するステップは、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜をキャップ層が形成されない領域も含めて溶融できるエネルギ量を有する第一のレーザ光を、前記前駆体半導体薄膜の第一照射領域に照射することにより、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜の少なくとも一部を厚さ方向全域にわたって溶融させて液体状態にするステップを含む、請求項3に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 前記前駆体半導体薄膜の表面上に、前記第一のレーザ光を反射させるキャップ層を形成するステップをさらに備える、請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 前記第一のレーザ光を照射するステップは、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜をキャップ層に覆われた領域も含めて溶融できるエネルギ量を有する第一のレーザ光を、前記前駆体半導体薄膜の第一照射領域に照射するステップを含む、請求項5に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 前記第二のレーザ光を照射するステップは、前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域における前記第二のレーザ光の反射率に応じて、前記第二のレーザ光のエネルギ量を調整するステップを含む、請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 前記第一のレーザ光を照射するステップは、紫外域の範囲の波長と、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を前記第一照射領域において溶融させるエネルギ量と、を有するレーザ光を、前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域に照射するステップを含み、前記第二のレーザ光を照射するステップは、可視域から赤外域の範囲の波長と、固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を前記第一照射領域において溶融させないエネルギ量と、を有するレーザ光を、前記前駆体半導体薄膜の前記第二照射領域に照射するステップを含む、請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。
- 請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法により得られる半導体薄膜。
- 多結晶シリコン領域部分中に含まれるシリコン結晶の結晶長軸に垂直な方向の断面積のリッジ部における平均値は、前記リッジ部以外の部位も含めた前記多結晶シリコン領域全体における前記断面積の平均値よりも大きい、請求項9に記載の半導体薄膜。
- 請求項9に記載の半導体薄膜を備える、半導体デバイス。
- 半導体薄膜の製造装置であって、
前駆体半導体薄膜または前記前駆体半導体薄膜を備える複合体を保持する保持手段と、
固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を少なくとも設定された第一照射領域において厚さ方向全域にわたって溶融させるエネルギ量を有するパルス状の第一のレーザ光を放射する第一のレーザ光源と、
固体状態にある前記前駆体半導体薄膜を前記第一照射領域において溶融させないエネルギ量を有する第二のレーザ光を放射する第二のレーザ光源と、
前記前駆体半導体薄膜の前記二第照射領域へ照射される前記第二のレーザ光のエネルギ量を制御する第二エネルギ量制御手段と、
前記第一のレーザ光を前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域に照射する第一照射領域調整手段と、
前記第二のレーザ光を前記前駆体半導体薄膜の前記第二照射領域に照射する第二照射領域調整手段と、
を備える、半導体薄膜の製造装置。 - 前記第二エネルギ量制御手段は、液体状態にある前記前駆体半導体薄膜の前記第一照射領域における前記第二のレーザ光の反射率に応じて、前記第二のレーザ光のエネルギ量を制御する、請求項12に記載の半導体薄膜の製造装置。
- 前記第一のレーザ光源は、紫外域の範囲の波長を有する第一のレーザ光を放射し、かつ前記第二のレーザ光源は、可視域から赤外域の範囲の波長を有する第二のレーザ光を放射する、請求項12または13に記載の半導体薄膜の製造装置。
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