JP3033120B2 - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
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- JP3033120B2 JP3033120B2 JP2087977A JP8797790A JP3033120B2 JP 3033120 B2 JP3033120 B2 JP 3033120B2 JP 2087977 A JP2087977 A JP 2087977A JP 8797790 A JP8797790 A JP 8797790A JP 3033120 B2 JP3033120 B2 JP 3033120B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体薄膜結晶層の製造方法に関わり、特
に基板上に半導体薄膜を堆積し、この半導体薄膜に高エ
ネルギービームを連続的に照射しながら繰り返し操作す
る結晶化処理工程の改良に関する。
に基板上に半導体薄膜を堆積し、この半導体薄膜に高エ
ネルギービームを連続的に照射しながら繰り返し操作す
る結晶化処理工程の改良に関する。
周知の如く、従来の２次元半導体装置の素子を微細化
してこれを高集積化及び高速化するには限界があり、こ
れを越える手段として多層に素子を形成するいわゆる３
次元半導体装置が提案された。そして、これを実現する
ため、基板上の多結晶あるいは非晶質半導体に高エネル
ギービームを照射しながら走査して、粗大粒の多結晶若
しくは単結晶の半導体層を形成する結晶化処理方法がい
くつか提案されている。
してこれを高集積化及び高速化するには限界があり、こ
れを越える手段として多層に素子を形成するいわゆる３
次元半導体装置が提案された。そして、これを実現する
ため、基板上の多結晶あるいは非晶質半導体に高エネル
ギービームを照射しながら走査して、粗大粒の多結晶若
しくは単結晶の半導体層を形成する結晶化処理方法がい
くつか提案されている。
従来の方法でよく用いられている高エネルギービーム
の走査方法を第１図に示す。このうち第１図ａは特によ
く用いられているビームの走査方法である。ある方向へ
（Ｘ方向）への操作と、これと垂直な方向（Ｙ方向）の
比較的遅い送りとからなっている。しかしこの方法で
は、ビームの未照射領域を形成しないように、実線で表
わせられるＸ軸の正方向に繰り返し照射すると、第１図
ａに示すようにビームの重複した照射領域12が発生す
る。このため、１回のみのビーム照射領域11と、重複し
た照射領域12にあるシリコン層が受けるエネルギー量が
異なるため、その照射領域によって結晶化率または屈折
率などの物性値が異なるシリコン層が形成されてしま
う。さらに、ビーム強度が大きいときには、照射の重複
部分では、高エネルギーが集中して、半導体薄膜が蒸発
してしまうなどの大きな損傷を受けた。
の走査方法を第１図に示す。このうち第１図ａは特によ
く用いられているビームの走査方法である。ある方向へ
（Ｘ方向）への操作と、これと垂直な方向（Ｙ方向）の
比較的遅い送りとからなっている。しかしこの方法で
は、ビームの未照射領域を形成しないように、実線で表
わせられるＸ軸の正方向に繰り返し照射すると、第１図
ａに示すようにビームの重複した照射領域12が発生す
る。このため、１回のみのビーム照射領域11と、重複し
た照射領域12にあるシリコン層が受けるエネルギー量が
異なるため、その照射領域によって結晶化率または屈折
率などの物性値が異なるシリコン層が形成されてしま
う。さらに、ビーム強度が大きいときには、照射の重複
部分では、高エネルギーが集中して、半導体薄膜が蒸発
してしまうなどの大きな損傷を受けた。
一方、第１図ｂに示すのはＸ軸に正の方向の走査速度
と負の方向の走査速度を同じくして、操作の無駄をなく
すために考えられた走査方法である。しかしこの場合も
ビームのＸ軸方向の照射で、アニールが重複する領域12
があり、半導体薄膜のエネルギー吸収量の違いによるシ
リコン層（半導体薄膜）の膜質の違いや、エネルギー集
中によるビーム損傷を避けることは困難となっていた。
と負の方向の走査速度を同じくして、操作の無駄をなく
すために考えられた走査方法である。しかしこの場合も
ビームのＸ軸方向の照射で、アニールが重複する領域12
があり、半導体薄膜のエネルギー吸収量の違いによるシ
リコン層（半導体薄膜）の膜質の違いや、エネルギー集
中によるビーム損傷を避けることは困難となっていた。
第１図ａの方法ではビームが照射している地点のＸ座
標を時間の関数で表わすと、ビームがＸの負の方向の速
度が必ず０となり、ここでビームが停滞することにな
る。このため、半導体薄膜の一地点に高エネルギーが集
中して、半導体薄膜が蒸発してしまうなどの大きな損傷
を受けた。
標を時間の関数で表わすと、ビームがＸの負の方向の速
度が必ず０となり、ここでビームが停滞することにな
る。このため、半導体薄膜の一地点に高エネルギーが集
中して、半導体薄膜が蒸発してしまうなどの大きな損傷
を受けた。
一方、第１図ｂに示すのはＸ軸に正の方向の走査速度
と負の方向の走査速度を同じくして、操作の無駄をなく
すために考えられた走査方法である。第２図の方法の場
合もビームのＸ軸方向の速度が必ず０になる地点があ
り、半導体薄膜の一地点に高エネルギーが集中すること
による損傷を避けることは困難となっていた。
と負の方向の走査速度を同じくして、操作の無駄をなく
すために考えられた走査方法である。第２図の方法の場
合もビームのＸ軸方向の速度が必ず０になる地点があ
り、半導体薄膜の一地点に高エネルギーが集中すること
による損傷を避けることは困難となっていた。
さらに、第１図ａの場合も、第１図ｂの場合もビーム
をＸ軸方向に繰り返し走査するために照射領域が重複す
る部分12が生じるため、重複する部分12とそうでない部
分11の間で、シリコン層（半導体層）が受けるエネルギ
ー量が異なり、結晶化率、または屈折率などの物性が異
なるシリコン層（半導体薄膜）が生じた。
をＸ軸方向に繰り返し走査するために照射領域が重複す
る部分12が生じるため、重複する部分12とそうでない部
分11の間で、シリコン層（半導体層）が受けるエネルギ
ー量が異なり、結晶化率、または屈折率などの物性が異
なるシリコン層（半導体薄膜）が生じた。
本発明の目的は、かかる従来の欠点を取り除き、基板
上の半導体薄膜上で高出力のエネルギービームが一点に
集中して損傷を及ぼすことを防止し、均一な物性で良質
の半導体薄膜結晶層を従来に比べ簡便に製造することが
でき、３次元半導体装置の素子形成用基板の作成等に有
用な半導体薄膜結晶層の製造方法を提供することにあ
る。
上の半導体薄膜上で高出力のエネルギービームが一点に
集中して損傷を及ぼすことを防止し、均一な物性で良質
の半導体薄膜結晶層を従来に比べ簡便に製造することが
でき、３次元半導体装置の素子形成用基板の作成等に有
用な半導体薄膜結晶層の製造方法を提供することにあ
る。
本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板上に半導体薄
膜を堆積し、該半導体薄膜に高出力エネルギービームを
照射して、前記半導体薄膜の結晶粒径の拡大又は結晶化
を行なう半導体薄膜の製造方法において、ビーム源から
の前記高出力エネルギービームをレンズにより前記半導
体薄膜の全幅を照射できるよう前記半導体薄膜の幅方向
に拡大させ且つ板状の平行ビームに変形させ、当該変形
させたビームを凸のシリンドリカルレンズによりエネル
ギー密度を高めた状態で前記半導体薄膜の全幅にわたっ
て照射しながら前記半導体薄膜の長手方向に走査するこ
とを特徴とする。
膜を堆積し、該半導体薄膜に高出力エネルギービームを
照射して、前記半導体薄膜の結晶粒径の拡大又は結晶化
を行なう半導体薄膜の製造方法において、ビーム源から
の前記高出力エネルギービームをレンズにより前記半導
体薄膜の全幅を照射できるよう前記半導体薄膜の幅方向
に拡大させ且つ板状の平行ビームに変形させ、当該変形
させたビームを凸のシリンドリカルレンズによりエネル
ギー密度を高めた状態で前記半導体薄膜の全幅にわたっ
て照射しながら前記半導体薄膜の長手方向に走査するこ
とを特徴とする。
本発明の骨子は、高出力エネルギービームの形状が板
状の平行ビームになっていることにある。
状の平行ビームになっていることにある。
すなわち、本発明は、基板上に半導体薄膜を堆積し、
この半導体薄膜にレーザービームなどの高出力エネルギ
ービームを照射して、前記半導体薄膜の結晶粒径の拡大
又は結晶化を行なう半導体薄膜の製造方法において、ビ
ーム源からの前記高出力エネルギービームをレンズによ
り前記半導体薄膜の全幅を照射できるよう前記半導体薄
膜の幅方向に拡大させ且つ板状の平行ビームに変形さ
せ、当該変形させたビームを凸のシリンドリカルレンズ
によりエネルギー密度を高めた状態で前記半導体薄膜の
全幅にわたって照射しながら前記半導体薄膜の長手方向
に走査するのである。
この半導体薄膜にレーザービームなどの高出力エネルギ
ービームを照射して、前記半導体薄膜の結晶粒径の拡大
又は結晶化を行なう半導体薄膜の製造方法において、ビ
ーム源からの前記高出力エネルギービームをレンズによ
り前記半導体薄膜の全幅を照射できるよう前記半導体薄
膜の幅方向に拡大させ且つ板状の平行ビームに変形さ
せ、当該変形させたビームを凸のシリンドリカルレンズ
によりエネルギー密度を高めた状態で前記半導体薄膜の
全幅にわたって照射しながら前記半導体薄膜の長手方向
に走査するのである。
これによって、第１図ａや第１図ｂで示された、ビー
ムの走査の繰り返しによって生じる、半導体薄膜のビー
ム照射の重複部分がなくなり、また、シリンドリカルレ
ンズにより照射密度を高めて半導体薄膜全面にわたって
均一なエネルギー照射ができる。
ムの走査の繰り返しによって生じる、半導体薄膜のビー
ム照射の重複部分がなくなり、また、シリンドリカルレ
ンズにより照射密度を高めて半導体薄膜全面にわたって
均一なエネルギー照射ができる。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第２図は本発明の一実施例に使用したレーザーアニー
ル装置を示す概略構成図である。図中21はレーザー発振
部、22は凹レンズ、23は凸レンズ、24は鏡、25は凸のシ
リンドリカルレンズ、26は試料である。
ル装置を示す概略構成図である。図中21はレーザー発振
部、22は凹レンズ、23は凸レンズ、24は鏡、25は凸のシ
リンドリカルレンズ、26は試料である。
次に、上記装置を用いた半導体薄膜結晶層の製造方法
について説明する。まず第３図に示すが如く１辺25〔c
m〕正方形のガラス基板（絶縁体基板）31表面全面に100
（nm）のシリコン層（半導体薄膜）32を形成する。レー
ザーの発振波長はXeC1エキシマレーザーの308〔nm〕と
した。レーザービームの大きさは、１辺５〔mm〕の正方
形であり、エネルギー強度は500〔mJ/パルス〕であり、
レーザーのパルス幅は約50〔ns〕であり、発振周波数は
120〔Hz〕とした。また、レーザービームの走査方法と
して、鏡24をＹ軸方向に１〔mm/s〕の速度で動作してレ
ーザービームを走査した。Ｘ軸方向のレーザービームの
幅は凹レンズ22と凸レンズ23の距離を変化させて調節す
る。さらに、レーザー発信部出口でのレーザービームの
エネルギー密度は、2000〔mJ/（cm2・パルス）〕である
が、凸レンズ23を透過直後では、ビームの幅が50倍とな
るため、40［mJ/（cm2・パルス）と50分の１となる。ア
ニール効果を減少させないため、凸のシリンドリカルレ
ンズ25でエネルギー密度を再び2000〔mJ/（cm2・パル
ス）〕に高める。エネルギー密度は、試料と凸のシリン
ドリカルレンズ25の距離で調整できる。この距離を少な
くするには曲率の大きい凸のシリンドリカルレンズを使
用すれば実現できる。これにより、第２図に示すが如く
レーザービームの走査方向はＹ軸方向のみとなるため、
第１図の照射例でみられたようなシリコン層（半導体薄
膜）のアニールの重複を防止でき、これにより均一な物
性で良質なシリコン層（半導体薄膜）を得られるアニー
ルが可能となった。
について説明する。まず第３図に示すが如く１辺25〔c
m〕正方形のガラス基板（絶縁体基板）31表面全面に100
（nm）のシリコン層（半導体薄膜）32を形成する。レー
ザーの発振波長はXeC1エキシマレーザーの308〔nm〕と
した。レーザービームの大きさは、１辺５〔mm〕の正方
形であり、エネルギー強度は500〔mJ/パルス〕であり、
レーザーのパルス幅は約50〔ns〕であり、発振周波数は
120〔Hz〕とした。また、レーザービームの走査方法と
して、鏡24をＹ軸方向に１〔mm/s〕の速度で動作してレ
ーザービームを走査した。Ｘ軸方向のレーザービームの
幅は凹レンズ22と凸レンズ23の距離を変化させて調節す
る。さらに、レーザー発信部出口でのレーザービームの
エネルギー密度は、2000〔mJ/（cm2・パルス）〕である
が、凸レンズ23を透過直後では、ビームの幅が50倍とな
るため、40［mJ/（cm2・パルス）と50分の１となる。ア
ニール効果を減少させないため、凸のシリンドリカルレ
ンズ25でエネルギー密度を再び2000〔mJ/（cm2・パル
ス）〕に高める。エネルギー密度は、試料と凸のシリン
ドリカルレンズ25の距離で調整できる。この距離を少な
くするには曲率の大きい凸のシリンドリカルレンズを使
用すれば実現できる。これにより、第２図に示すが如く
レーザービームの走査方向はＹ軸方向のみとなるため、
第１図の照射例でみられたようなシリコン層（半導体薄
膜）のアニールの重複を防止でき、これにより均一な物
性で良質なシリコン層（半導体薄膜）を得られるアニー
ルが可能となった。
これに対して、従来のようにＸ軸方向のビームを繰り
返すアニールのように、照射の重なり部分がある場合に
は、シリコン層の物性のばらつきや、重なり部分でのビ
ーム損傷が認められた。
返すアニールのように、照射の重なり部分がある場合に
は、シリコン層の物性のばらつきや、重なり部分でのビ
ーム損傷が認められた。
本発明によれば、ビームの繰り返し走査によって生じ
る照射領域の重複部分がなくなるので速度が０に近い付
近、すなわちビームの走査方向の反転領域が、アニール
領域にないため、ビームが停留することがなくなり、ま
た照射の重複部分がなくなるので、アニール領域におけ
るシリコン層（半導体薄膜）の物性のばらつきがなくな
り、さらにビーム損傷を未然に防止することができる。
このため均一で良質の半導体薄膜結晶層を積層すること
ができ、３次元半導体装置の素子形成基板として実用上
十分な特性をもたせることが可能となる。
る照射領域の重複部分がなくなるので速度が０に近い付
近、すなわちビームの走査方向の反転領域が、アニール
領域にないため、ビームが停留することがなくなり、ま
た照射の重複部分がなくなるので、アニール領域におけ
るシリコン層（半導体薄膜）の物性のばらつきがなくな
り、さらにビーム損傷を未然に防止することができる。
このため均一で良質の半導体薄膜結晶層を積層すること
ができ、３次元半導体装置の素子形成基板として実用上
十分な特性をもたせることが可能となる。
第１図ａ、ｂはエネルギービームの走査方法の例を示す
模式図、第２図は本発明の１実施例方法に使用したレー
ザーアニール装置を示す概略構成図、第３図は上記実施
例にかかわるシリコン薄膜結晶層の製造工程を示す断面
図である。 21……レーザー発振部 22……凹レンズ 23……凸レンズ 24……鏡 25……凸のシリンドリカルレンズ 26……試料 31……ガラス基板（絶縁体基板） 32……シリコン層（半導体薄膜）
模式図、第２図は本発明の１実施例方法に使用したレー
ザーアニール装置を示す概略構成図、第３図は上記実施
例にかかわるシリコン薄膜結晶層の製造工程を示す断面
図である。 21……レーザー発振部 22……凹レンズ 23……凸レンズ 24……鏡 25……凸のシリンドリカルレンズ 26……試料 31……ガラス基板（絶縁体基板） 32……シリコン層（半導体薄膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−257511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−243314（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−37713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−224019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−74620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−127318（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−138991（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 21/268
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に半導体薄膜を堆積し、該半導体薄
膜に高出力エネルギービームを照射して、前記半導体薄
膜の結晶粒径の拡大又は結晶化を行なう半導体薄膜の製
造方法において、 ビーム源からの前記高出力エネルギービームをレンズに
より前記半導体薄膜の全幅を照射できるよう前記半導体
薄膜の幅方向に拡大させ且つ板状の平行ビームに変形さ
せ、当該変形させたビームを凸のシリンドリカルレンズ
によりエネルギー密度を高めた状態で前記半導体薄膜の
全幅にわたって照射しながら前記半導体薄膜の長手方向
に走査する ことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2087977A JP3033120B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP10424399A Division JP3201381B2 (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
| JP10424499A Division JP3201382B2 (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
| JP10424299A Division JPH11345768A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
| JP32407199A Division JP3201395B2 (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03286518A JPH03286518A (ja) | 1991-12-17 |
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ID=13929892
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|---|---|---|---|---|
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| US5766344A (en) | 1991-09-21 | 1998-06-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for forming a semiconductor |
| US5424244A (en) | 1992-03-26 | 1995-06-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Process for laser processing and apparatus for use in the same |
| JPH06124913A (ja) | 1992-06-26 | 1994-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー処理方法 |
| US5643801A (en) | 1992-11-06 | 1997-07-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method and alignment |
| US7097712B1 (en) * | 1992-12-04 | 2006-08-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for processing a semiconductor |
| JPH06232069A (ja) * | 1993-02-04 | 1994-08-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US5477073A (en) * | 1993-08-20 | 1995-12-19 | Casio Computer Co., Ltd. | Thin film semiconductor device including a driver and a matrix circuit |
| JP2678343B2 (ja) * | 1993-12-14 | 1997-11-17 | カシオ計算機株式会社 | ドライブ回路ｔｆｔの製造方法 |
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| CN1052566C (zh) | 1993-11-05 | 2000-05-17 | 株式会社半导体能源研究所 | 制造半导体器件的方法 |
| US6723590B1 (en) | 1994-03-09 | 2004-04-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for laser-processing semiconductor device |
| JPH07249591A (ja) * | 1994-03-14 | 1995-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体薄膜のレーザーアニール方法及び薄膜半導体素子 |
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| US6790714B2 (en) | 1995-07-03 | 2004-09-14 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device, display device and method of fabricating the same |
| US5771110A (en) | 1995-07-03 | 1998-06-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Thin film transistor device, display device and method of fabricating the same |
| JP3886554B2 (ja) * | 1995-08-18 | 2007-02-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザーアニール方法 |
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| US6524977B1 (en) | 1995-07-25 | 2003-02-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of laser annealing using linear beam having quasi-trapezoidal energy profile for increased depth of focus |
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