JP3201382B2 - 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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- JP3201382B2 JP3201382B2 JP10424499A JP10424499A JP3201382B2 JP 3201382 B2 JP3201382 B2 JP 3201382B2 JP 10424499 A JP10424499 A JP 10424499A JP 10424499 A JP10424499 A JP 10424499A JP 3201382 B2 JP3201382 B2 JP 3201382B2
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- semiconductor thin
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Description
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜の製造
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照射しながら走査し
て半導体薄膜のイオン注入層の活性化工程の改良に関す
る。
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照射しながら走査し
て半導体薄膜のイオン注入層の活性化工程の改良に関す
る。
【従来の技術】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。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図１に
示す。このうち図１ａ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、図１ａ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指傷
を受けた。一方、図１ｂ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。
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。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図１に
示す。このうち図１ａ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、図１ａ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指傷
を受けた。一方、図１ｂ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。
【発明が解決しようとする課題】図１ａ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。一方、図１ｂ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。図２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、図１ａの場合も、図１ｂ
の場合もビームをＸ紬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ぽすことを防止し、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。
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。一方、図１ｂ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。図２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、図１ａの場合も、図１ｂ
の場合もビームをＸ紬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ぽすことを防止し、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。
【課題を解決するための手段】本発明は、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、前記半導体薄膜のイオン注入層の活性化
を行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
せたビームを鏡により反射させて、前記反射させたビー
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。
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、前記半導体薄膜のイオン注入層の活性化
を行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
せたビームを鏡により反射させて、前記反射させたビー
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。
【作用】本発明の骨子は、エネルギービームの形状が板
状になっていることにある。すなわち本発明は、絶縁体
基板上に半導体薄膜を堆積し、この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連続的に照射して、
上記薄膜のイオン注入層の活性化をはかる半導体薄膜結
晶層の製造方法に於て、ビーム源のエネルギービームを
凸レンズと凹レンズに透過させて、板状に変形したもの
である。これによって、図１ａや図１ｂで示された、ビ
ームの走査の繰り返しによって生じる、シリコン層（半
導体薄膜）のビーム照射の重複部分がなくなり、シリコ
ン層（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。
状になっていることにある。すなわち本発明は、絶縁体
基板上に半導体薄膜を堆積し、この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連続的に照射して、
上記薄膜のイオン注入層の活性化をはかる半導体薄膜結
晶層の製造方法に於て、ビーム源のエネルギービームを
凸レンズと凹レンズに透過させて、板状に変形したもの
である。これによって、図１ａや図１ｂで示された、ビ
ームの走査の繰り返しによって生じる、シリコン層（半
導体薄膜）のビーム照射の重複部分がなくなり、シリコ
ン層（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。
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。図２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。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。まず図３に示すが如く１辺２５
〔ｃｍ〕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ＸｅＣｌ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、図２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、図１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。なお本発明は上述した実施例
に限定されるものではない。実施例では、ガラス基板
（絶縁体基板）全面にシリコン層を形成し、シリコン層
の全領域をアニールする例を示したが、シリコン層の必
要な部分だけをアニールしたい場合にはその必要な大き
さの幅にビームの大きさを調整した板状のビームで照射
すればよい。また、シリコンの溶融再結晶化による結晶
成長だけでなく、他の半導体や金属などにも適用するこ
とが可能である。さらに、イオン注入層の活性化に本発
明を適用し、アニール領域を均一にすることも可能であ
る。
説明する。図２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。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。まず図３に示すが如く１辺２５
〔ｃｍ〕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ＸｅＣｌ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、図２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、図１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。なお本発明は上述した実施例
に限定されるものではない。実施例では、ガラス基板
（絶縁体基板）全面にシリコン層を形成し、シリコン層
の全領域をアニールする例を示したが、シリコン層の必
要な部分だけをアニールしたい場合にはその必要な大き
さの幅にビームの大きさを調整した板状のビームで照射
すればよい。また、シリコンの溶融再結晶化による結晶
成長だけでなく、他の半導体や金属などにも適用するこ
とが可能である。さらに、イオン注入層の活性化に本発
明を適用し、アニール領域を均一にすることも可能であ
る。
【発明の効果】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。
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。
【図１】ａ、ｂはエネルギービームの走査方法の例を示
す模式図。
す模式図。
【図２】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。
ール装置を示す概略構成図。
【図３】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。
造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例である。
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）
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
体薄膜のイオン注入層の活性化を行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鏡により反射させて、前記
反射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 |
|---|---|---|---|
| JP10424499A JP3201382B2 (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10424499A JP3201382B2 (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2087977A Division JP3033120B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340159A JPH11340159A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3201382B2 true JP3201382B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=14375545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10424499A Expired - Lifetime JP3201382B2 (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201382B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100956339B1 (ko) | 2003-02-25 | 2010-05-06 | 삼성전자주식회사 | 규소 결정화 시스템 및 규소 결정화 방법 |
-
1999
- 1999-04-12 JP JP10424499A patent/JP3201382B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11340159A (ja) | 1999-12-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010522 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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