JPH01230221A - 非単結晶半導体層の単結晶化方法 - Google Patents

非単結晶半導体層の単結晶化方法

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JPH01230221A
JPH01230221A JP813889A JP813889A JPH01230221A JP H01230221 A JPH01230221 A JP H01230221A JP 813889 A JP813889 A JP 813889A JP 813889 A JP813889 A JP 813889A JP H01230221 A JPH01230221 A JP H01230221A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (概要〕 非単結晶層をエネルギ線照射により単結晶化する方法に
関し、 広い範囲を単結晶化し得る非単結晶層の単結晶化方法を
提供することを目的とし、 非単結晶半導体層をエネルギ線で走査して単結晶化する
に際し、走査面上に於いて、走査方向に対して後ろ側の
辺が「<」の字状となる投影像を有する第1のエネルギ
線で前記非単結晶半導体層を走査することにより帯状に
単結晶層を形成する工程と、次いで、走査面上に於いて
、走査方向に対して後ろ側の辺が走査方向に前傾した投
影像を存する第2のエネルギ線により、前記辺の先行す
る一端側を前記帯状の単結晶層にオーバラップさせつつ
、他端側を前記非単結晶半導体層上に位置させて走査を
行う工程と、前記第2のエネルギ線の前回の走査により
形成された単結晶層に前記辺の先行する一端側をオーバ
ラップさせつつ、他端側を前記非単結晶半導体層上に位
置させて第2のエネルギ線による走査を繰り返し行う工
程とを含んで構成する。
〔産業上の利用分野] 本発明は例えば絶縁物上に形成された非単結晶層を、エ
ネルギ線照射により単結晶化する方法に関する。
〔従来の技術] 半導体基板例えばシリコン(Si)基板表面を被覆する
二酸化シリコン(SiO□)膜のような絶縁物上に、多
結晶シリコン層または非晶質シリコン層を形成し、これ
にレーザビーム或いは荷電粒子線〔以下エネルギ線と総
称する〕を照射することにより単結晶化する方法が既に
種々提唱されている。
例えば第1図(a)の要部上面図、及び同図(b)のB
−B矢視部所面図に示すように、Si基板1上に加熱酸
化法により5iOz膜2を形成し、該Sin。
膜2の一部を選択的に除去して開口3を設けることによ
りSi基板1の表面を露出せしめ、この露出せる表面上
を含むSiO□膜2上に非単結晶シリコン層4を化学気
相成長(CVD)法等により形成する。
次いで非単結晶シリコン層4がSi基板10表面と直接
接触している開口3部を始点として、強度分布が略−様
な長方形状のエネルギ線5をX方向(エネルギ線5°の
方向)に移動させる。このように非単結晶シリコン層4
はエネルギ線5の照射を受けると溶融し、エネルギ線5
が通過してしまうと再び凝固する。このときエネルギ線
の中心部が通過した部分は単結晶3゛を底辺とする三角
形の単結晶層6が形成されるが、その上側及び下側には
多結晶層6a、6bが形成されるq このようにエネルギ線の中央部のごく狭い範囲のみが単
結晶化し、他は多結晶となるのは、図示せる如く固相一
液相の界面7が走査の進行方向とは反対側に長く伸びる
ためである。即ち、前期長方形ビームの中央部は周辺部
より温度が高く、従って最後に凝固するのであるが、そ
のときの開口3部において接触する基板1の結晶方位に
従って固相が成長し、単結晶層6が形成される。しかし
温度の低い周辺部は中央部より先に凝固し、しかもその
近傍に無数に存在する結晶粒を核として固層が中央に両
側から成長するので、単結晶層3から遠い所では周辺部
から伸びた多結晶層6a、6bだけとなってしまう。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の如〈従来方法ではエネルギ線の断面形状を長方形
状としても単結晶化し得るのは初めのしかも中央部のご
く僅かな範囲に限られ、能率的ではなかった。
本発明の目的は一回の走査で広い範囲を単結晶化し得る
非単結晶層の単結晶化方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕 前記の課題は、非単結晶半導体層をエネルギ線で走査し
て単結晶化するに際し、走査面上に於いて、走査方向に
対して後ろ側の辺が「<」の字状となる投影像を有する
第1のエネルギ線で前記非単結晶半導体層を走査するこ
とにより帯状に単結晶層を形成する工程と、次いで、走
査面上に於いて、走査方向に対して後ろ側の辺が走査方
向に前傾した投影像を有する第2のエネルギ線により、
前記辺の先行する一端側を前記帯状の単結晶層にオーバ
ラップさせつつ、他端側を前記非単結晶半導体層上に位
置させて走査を行う工程と、前記第2のエネルギ線の前
回の走査により形成された単結晶層に前記辺の先行する
一端側をオーバラップさせつつ、他端側を前記非単結晶
半導体層りに位置させて第2のエネルギ線による走査を
繰り返し行う工程とを含むことを特徴とする非単結晶半
導体層の単結晶化方法により解決される。
更に、前記第2のエネルギ線の投影像は第1の走査方向
に前傾した第1の辺と、前記第1の方向と逆方向である
第2の走査方向に前傾した第2の辺とを有し、前記第2
のエネルギ線を前記第1の走査方向と前記第2の走査方
向とに交互に往復走査することにより効率良く単結晶化
を行うことができる。
[実施例] 以下本発明を実施例により詳細に説明する。
第2図及び第3図は本発明の一実施例を示す要部上面図
であって、第1図(a)及び(b)に示した従来例とは
断面形状が走査の進行方向に凸の「<」の字状及び単結
晶側が先に進む傾斜パターンとしたことが異なる。
先ず第2図は第1木目の走査の模様を示す図であって、
第1図とはエネルギ線の断面形状のみが異なる。エネル
ギ線としては例えばアルゴン(Ar)のCWレーザビー
ムを用いることができる。
図に示す如く本実施例ではレーザビーム15の断面形状
を進行方向に凸状としたことにより、固相一液相界面1
7も中央部において進行方向に凸、即ち中央部が先に凝
固し、周縁部は遅く凝固する。
中央部は前述した如く開口3部において、露呈された基
板1表面の結晶方位に従って成長した単結晶層である。
周縁部には前期従来例と同じく多結晶層16a、16b
形成されるが、周縁部が凝固する時期は中央部よりかな
り遅いので、多結晶層16a 、16 bの幅はごく小
さくてすみ、幅の広い単結晶層16が形成される。
以上のようにして第1木目の走査を終った後、第3図に
示すように断面形状が長方形状のレーザビーム15゛を
、第1回目の走査領域側(即ち単結晶層16側)が先に
進むよう走査の進行方向に対して斜交させて第2回目の
走査を行なう、このときレーザビーム15“を図示せる
如く、第1回目の走査において形成された多結晶層16
bを越え、単結晶層16にオーバラップさせること、及
び開口3部を始点として走査を開始することが必要であ
る。
このようにすると固相一液相の界面17′に示すように
前の走査領域側から凝固するので、単結晶層16に従っ
て固相が成長し、単結晶1116°が形成される。今回
の走査において多結晶層16゛bは走査領域の下側にの
み形成され、その幅もごく僅かである。以下この操作を
繰り返すことにより所望領域を能率よ(単結晶化するこ
とができる。
なお上記一実施例では開口3において露出された基板表
面を核として単結晶層16を成長せしめた。しかし本実
施例の方法は必ずしも核となる単結晶が存在しなくても
よく、その場合は第1木目の走査において中央部で最初
に形成された微小結晶が核となり、その結晶方位に従っ
て単結晶層が成長する。
第4図は本発明の変形例を示すもので、開口3をL字状
として核となる結晶面を2方向に設けた例である。この
場合には初めから第3図の走査方向に斜交する長方形状
断面を有するレーザビーム15’ を用い、開口3の2
辺の交点部を始点とし、一方の辺に沿って第1回目の走
査を行い、以後これを繰り返す方法によっても良い。こ
の場合も走査方向に斜交する長方形状レーザビームは、
単結晶側(図の上側)が先に進むような配置とすること
が必要である。
以上説明した一実施例及び変形例ではエネルギ線の断面
形状を「<」の字状及び走査方向に斜交する長方形状と
した例を揚げて説明したが、ビームの断面形状はされに
限定されるものではなく種々選択し得る。例えば前記「
<」の字状パターンに変えて、第5図に示すような、走
査の進行方向に対して後側の辺を「<」の字状としたパ
ターン(同図(a))、三日月状パターン〔同図建))
、或いは走査の進行方向に対して前側も後側も「り」の
字状とした糸巻き状パターン(同図(C)〕としてもよ
い。これらのうち、断面形状を糸巻き状とした場合は、
往復走査が可能である。
また走査方向に斜交する長方形状パターンに変えて、楕
円状パターン〔第6図(a))、三角形状パターン〔同
図(b)、 (C)] 、台形状パターン〔同図(d)
]等を用いてもよい。これらのうちパターンに対称性を
持たせた同図(C)及び(d)の三角形状及び台形状パ
ターンの場合は往復走査が可能である。
上述の如くエネルギ線の断面形状は種々選択し得るが、
要は走査の進行方向に対して後側に走査方向と斜交する
辺を設けることが必要である。皿に核となる単結晶領域
または層が、全熱存在しないとき及び走査の始点側にの
み存在する場合は、ビームの断面形状を走査の進行方向
に対して後側を凹(「<」の字状)にする、つまり走査
方向に平行する単結晶領域または層が既に存在するとき
は、走査の進行方向に対して後側の辺を「<」の字状と
せず、単結晶領域または層側か先行する片流れ状とすれ
ばよい。
エネルギ線の断面形状を所望のパターンに形成するには
種々の方法を用いてよい。例えばエネルギ線の経路中に
所望パターンのスリントを配設することにより、エネル
ギ線を成形し得る。またレーザビームを第7図に示すよ
うに2枚のシリンドリカルレンズを透過せしめることに
より長方形状ビームが得られる。更に第8図に示すよう
に、光ファイバ束の一端を円形に、他端を所望の形状〔
図では長方形の場合を示す〕に束ね、レーザビームを円
形状端部で受光し、他端より放射せしめることによりレ
ーザビームの断面形状を所望パターンに形成し得る。
〔効果〕
以上説明した如く本発明はエネルギ線の断面形状を制御
し、再結晶化を所望の位置から開始させ、他の場所から
の再結晶化(多結晶の成長)の進行を極力抑え込むこと
により、−回の走査によって得られる単結晶層の面積が
拡大され、非単結晶層を効率良く単結晶化できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)は従来方法の説明に供するため
の要部上面図及び要部断面図、第2図及び第3図は本発
明の一実施例を示す要部上面図、第4図は本発明の変形
例を示す要部上面図、第5図及び第6図は使用し得るエ
ネルギ線の各種断面形状を示す図、第7図及び第8図は
エネルギ線の整形方法を示す要部斜視図である。 図において、2は絶縁層、3は開口、4は非単結晶層、
15.15’ はエネルギ線、16.16′は単結晶層
、16a、  16b、  16b’ は多結晶層、1
7.17゛は固相一液相界面を示す。 第1図  (G) 第2図 第3図 第4閏 II)0 第5図 (Ql      (b)        (C)第6
図 (Q)     (b)      (C)     
 (d)第7図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非単結晶半導体層をエネルギ線で走査して単結晶
    化するに際し、 走査面上に於いて、走査方向に対して後ろ側の辺が「く
    」の字状となる投影像を有する第1のエネルギ線で前記
    非単結晶半導体層を走査することにより帯状に単結晶層
    を形成する工程と、次いで、走査面上に於いて、走査方
    向に対して後ろ側の辺が走査方向に前傾した投影像を有
    する第2のエネルギ線により、前記辺の先行する一端側
    を前記帯状の単結晶層にオーバラップさせつつ、他端側
    を前記非単結晶半導体層上に位置させて走査を行う工程
    と、 前記第2のエネルギ線の前回の走査により形成された単
    結晶層に前記辺の先行する一端側をオーバラップさせつ
    つ、他端側を前記非単結晶半導体層上に位置させて第2
    のエネルギ線による走査を繰り返し行う工程とを含むこ
    とを特徴とする非単結晶半導体層の単結晶化方法。
  2. (2)前記第2のエネルギ線の投影像は第1の走査方向
    に前傾した第1の辺と、前記第1の方向と逆方向である
    第2の走査方向に前傾した第2の辺とを有し、 前記第2のエネルギ線を前記第1の走査方向と前記第2
    の走査方向とに交互に往復走査することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の非単結晶半導体層の単結晶化
    方法。
  3. (3)前記第2のエネルギ線の投影像は長方形状である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非単結晶
    半導体層の単結晶化方法。
  4. (4)前記第2のエネルギ線の投影像は楕円状であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非単結晶半
    導体層の単結晶化方法。
  5. (5)前記第2のエネルギ線の投影像は三角形状である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の非単結晶
    半導体層の単結晶化方法。
  6. (6)前記第2のエネルギ線の投影像は台形状であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の非単結晶半
    導体層の単結晶化方法。
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JPH0353772B2 JPH0353772B2 (ja) 1991-08-16

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006100661A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Sony Corp 薄膜半導体装置の製造方法
JP2008091511A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Fujifilm Corp レーザアニール技術、半導体膜、半導体装置、及び電気光学装置
JP2017017292A (ja) * 2015-07-06 2017-01-19 国立大学法人島根大学 結晶化方法、パターニング方法、および、薄膜トランジスタ作製方法
WO2021145176A1 (ja) * 2020-01-14 2021-07-22 株式会社ブイ・テクノロジー レーザアニール装置及びレーザアニール方法

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WO2021145176A1 (ja) * 2020-01-14 2021-07-22 株式会社ブイ・テクノロジー レーザアニール装置及びレーザアニール方法

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