JPH0140485B2 - - Google Patents
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- JPH0140485B2 JPH0140485B2 JP55124824A JP12482480A JPH0140485B2 JP H0140485 B2 JPH0140485 B2 JP H0140485B2 JP 55124824 A JP55124824 A JP 55124824A JP 12482480 A JP12482480 A JP 12482480A JP H0140485 B2 JPH0140485 B2 JP H0140485B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は非単結晶半導体層の単結晶化方法に係
り、特にシリコン基板上に設けた酸化膜（SiO2）
等の絶縁膜上に配した多結晶シリコン、即ち非単
結晶半導体層を広い範囲に単結晶化させる方法に
関する。
り、特にシリコン基板上に設けた酸化膜（SiO2）
等の絶縁膜上に配した多結晶シリコン、即ち非単
結晶半導体層を広い範囲に単結晶化させる方法に
関する。
従来、イオン打ち込み等によつて生じた半導体
基板の損傷部に高出力レーザ光を照射すること
で、該損傷部が結晶回復され、単結晶化すること
が知られている。このようなレーザアニールの固
溶機構はメルトー再固化がなされ、成長速度は数
ｍ／secにも達している。
基板の損傷部に高出力レーザ光を照射すること
で、該損傷部が結晶回復され、単結晶化すること
が知られている。このようなレーザアニールの固
溶機構はメルトー再固化がなされ、成長速度は数
ｍ／secにも達している。
このような、結晶回復機能はパルスレーザの照
射では主に液相エピタキシヤル機構によりCW
（連続励起）レーザの照射では主に固相エピタキ
シヤル機構によるものとしての説明がなされてい
るがCWレーザでも充分にエネルギー密度が高け
れば、液相エピタキシヤル成長が起こる。
射では主に液相エピタキシヤル機構によりCW
（連続励起）レーザの照射では主に固相エピタキ
シヤル機構によるものとしての説明がなされてい
るがCWレーザでも充分にエネルギー密度が高け
れば、液相エピタキシヤル成長が起こる。
上述の如きレーザアニーリング光にとどまらず
粒子線等をも含んで考えられるので、本発明では
これらレーザ等の光並に粒子線を含めてエネルギ
ー線と定義し、説明を進める。更に本発明で説明
する非単結晶半導体層は多結晶シリコン又は非晶
質シリコンを含めたものとする。非単結晶層のシ
リコンにエネルギー線を照射してアニールするこ
とにより単結晶化する従来の方法について以下に
説明する。まず、第１図に示すように、シリコン
基板１上に熱酸化による酸化膜（SiO2）２を形
成し、該酸化膜上に非単結晶シリコン層３を形成
し、更に酸化膜２の一部をエツチング等により、
除去して、基板１の単結晶層を露出４させ、該露
出部分に非単結晶シリコン層３が形成されるよう
になしエネルギー線５を基板１の単結晶層の露出
部分より走査を開始して矢印で示すように例えば
エネルギー線を５位置迄スキヤンニングさせたと
すれば、非単結晶層３はメルト６されて基板１の
単結晶を核とし単結晶の成長が行なわれる。
粒子線等をも含んで考えられるので、本発明では
これらレーザ等の光並に粒子線を含めてエネルギ
ー線と定義し、説明を進める。更に本発明で説明
する非単結晶半導体層は多結晶シリコン又は非晶
質シリコンを含めたものとする。非単結晶層のシ
リコンにエネルギー線を照射してアニールするこ
とにより単結晶化する従来の方法について以下に
説明する。まず、第１図に示すように、シリコン
基板１上に熱酸化による酸化膜（SiO2）２を形
成し、該酸化膜上に非単結晶シリコン層３を形成
し、更に酸化膜２の一部をエツチング等により、
除去して、基板１の単結晶層を露出４させ、該露
出部分に非単結晶シリコン層３が形成されるよう
になしエネルギー線５を基板１の単結晶層の露出
部分より走査を開始して矢印で示すように例えば
エネルギー線を５位置迄スキヤンニングさせたと
すれば、非単結晶層３はメルト６されて基板１の
単結晶を核とし単結晶の成長が行なわれる。
しかしながら、この方法では、上述の如くエネ
ルギー線を基板の単結晶を結晶成長の核として働
かせるように、該核を出発点として走査させた場
合でも、エネルギー線によつてメルトされ再結晶
化した部分のうち、その非単結晶シリコン層と隣
接する部分は単結晶化されず多結晶シリコンが成
長してしまうという欠点があつた。これらの状態
を第２図Ａ，Ｂを用いて説明する。第２図Ａは単
結晶層上をエネルギー線が走査する過程を示す平
面図、第２図Ｂは側断面を示すものであり、第２
図Ｂは第１図と同様に基板１上に酸化膜２を形成
し、該酸化膜を開口し基板１の単結晶を露出４さ
せて単結晶成長時の核とし、これら露出４部分を
含めて酸化膜２の上に非単結晶のシリコン層３を
被覆する。該核を出発点としてレーザ等のエネル
ギー線５を第２図Ａの矢印Ｘ方向に走査させる。
ルギー線を基板の単結晶を結晶成長の核として働
かせるように、該核を出発点として走査させた場
合でも、エネルギー線によつてメルトされ再結晶
化した部分のうち、その非単結晶シリコン層と隣
接する部分は単結晶化されず多結晶シリコンが成
長してしまうという欠点があつた。これらの状態
を第２図Ａ，Ｂを用いて説明する。第２図Ａは単
結晶層上をエネルギー線が走査する過程を示す平
面図、第２図Ｂは側断面を示すものであり、第２
図Ｂは第１図と同様に基板１上に酸化膜２を形成
し、該酸化膜を開口し基板１の単結晶を露出４さ
せて単結晶成長時の核とし、これら露出４部分を
含めて酸化膜２の上に非単結晶のシリコン層３を
被覆する。該核を出発点としてレーザ等のエネル
ギー線５を第２図Ａの矢印Ｘ方向に走査させる。
エネルギー線はスポツト直径Ｄに相当する巾で
非単結晶層のシリコン層３表面を順次メルト６さ
せる。この時エネルギー線５の中心部５ａの頂部
では単結晶化がなされるが、非結晶層３のシリコ
ンと接しているエネルギー線５の両端面ａ，ｂ部
分では非単結晶が成長するので単結晶化が進まな
いことを見出した。これは、エネルギー線スポツ
トの移動に伴つて、非単結晶シリコンがメルトさ
れてできた溶液が順次冷却され再結晶化していく
とき、その溶液のエネルギー線の進行方向に対し
て後方にあたる部分は単結晶に接しているもの
の、溶液の他の方向は非単結晶シリコンと接して
いるが故に、単結晶を核とする結晶成長と同時に
非単結晶を核とする結晶成長も並行しておこるた
めである。従つて、エネルギー線の進行方向と平
行な側面付近をも単結晶化するためには、前記溶
液の側面も単結晶に接していることが好ましい。
更にSiO2又はシリコンナイトライド（Ni3N4）等
の絶縁層２上に第３図に示すような非単結晶層３
よりなる島をエツチング７等で作り、エネルギー
線を５−5′方向で（ｘ方向）に走査すると島内の
非単結晶のシリコンが単結晶化されることが報告
されている。しかし、この方法による時は単結晶
化される範囲がlxw＝20μ×2μと極めて小さいも
のしか得られないこと、及び強力な核となるもの
がないため単結晶化の再現性が乏しい欠点を有す
る。本発明は上述の従来の欠点に鑑みて非単結晶
層を一部切除することとエネルギー線の走査方法
とで広い非単結晶領域を極めて簡単に単結晶化す
る方法を提供することを目的とする。本発明の特
徴とするところは、絶縁物上に形成した非単結晶
半導体層にエネルギー線を照射して前記非単結晶
半導体層を単結晶化する方法に於いて、前記非単
結晶半導体層をその周縁部が核と成るべき単結晶
半導体領域に接する島状に形成し、その後、前記
島状の非単結晶半導体層の周縁部の屈曲しかつ前
記単結晶半導体領域に接する一端部から前記周縁
部をまたぐようにして前記周縁部に沿つてエネル
ギー線スポツトを走査して、該走査スポツトの後
方と一側方に前記単結晶半導体領域に接する単結
晶化された領域を形成し、次いで、順次、それに
先立つエネルギー線スポツトの走査により形成さ
れて成る単結晶化された領域にその一部がまたが
るようにエネルギー線スポツトを走査することを
特徴とする非単結晶半導体層の単結晶化方法を提
供することである。
非単結晶層のシリコン層３表面を順次メルト６さ
せる。この時エネルギー線５の中心部５ａの頂部
では単結晶化がなされるが、非結晶層３のシリコ
ンと接しているエネルギー線５の両端面ａ，ｂ部
分では非単結晶が成長するので単結晶化が進まな
いことを見出した。これは、エネルギー線スポツ
トの移動に伴つて、非単結晶シリコンがメルトさ
れてできた溶液が順次冷却され再結晶化していく
とき、その溶液のエネルギー線の進行方向に対し
て後方にあたる部分は単結晶に接しているもの
の、溶液の他の方向は非単結晶シリコンと接して
いるが故に、単結晶を核とする結晶成長と同時に
非単結晶を核とする結晶成長も並行しておこるた
めである。従つて、エネルギー線の進行方向と平
行な側面付近をも単結晶化するためには、前記溶
液の側面も単結晶に接していることが好ましい。
更にSiO2又はシリコンナイトライド（Ni3N4）等
の絶縁層２上に第３図に示すような非単結晶層３
よりなる島をエツチング７等で作り、エネルギー
線を５−5′方向で（ｘ方向）に走査すると島内の
非単結晶のシリコンが単結晶化されることが報告
されている。しかし、この方法による時は単結晶
化される範囲がlxw＝20μ×2μと極めて小さいも
のしか得られないこと、及び強力な核となるもの
がないため単結晶化の再現性が乏しい欠点を有す
る。本発明は上述の従来の欠点に鑑みて非単結晶
層を一部切除することとエネルギー線の走査方法
とで広い非単結晶領域を極めて簡単に単結晶化す
る方法を提供することを目的とする。本発明の特
徴とするところは、絶縁物上に形成した非単結晶
半導体層にエネルギー線を照射して前記非単結晶
半導体層を単結晶化する方法に於いて、前記非単
結晶半導体層をその周縁部が核と成るべき単結晶
半導体領域に接する島状に形成し、その後、前記
島状の非単結晶半導体層の周縁部の屈曲しかつ前
記単結晶半導体領域に接する一端部から前記周縁
部をまたぐようにして前記周縁部に沿つてエネル
ギー線スポツトを走査して、該走査スポツトの後
方と一側方に前記単結晶半導体領域に接する単結
晶化された領域を形成し、次いで、順次、それに
先立つエネルギー線スポツトの走査により形成さ
れて成る単結晶化された領域にその一部がまたが
るようにエネルギー線スポツトを走査することを
特徴とする非単結晶半導体層の単結晶化方法を提
供することである。
以下本発明の一実施例を第４図ないし第８図に
ついて説明する。
ついて説明する。
本発明において、単結晶化するためには、第４
図に示すように、単結晶化しようとする非単結晶
層を、少なくともその周縁部の一端が単結晶部９
と接するような島状に形成し、CWアルゴンレー
ザーで10Wないし18Wのエネルギー線を単結晶部
９を核としてスキヤンニングを開始させる。第４
図の側断面図の第５図において、シリコン基板１
上にSiO2膜２を有し、このSiO2膜上に非単結晶
層のシリコン３が被覆され、非単結晶層３は島状
にメサ状とされ非単結晶層３が切除された除去部
８を有し、該除去部８の下面はSiO2膜が除去さ
れ基板１の単結晶部９が露出されている。このよ
うな単結晶部９が除去部８のすべての下端面にあ
つてもよいが、本発明においては、第４，５，６
図の如く、少くとも単結晶化しようとする領域の
１辺に核となる単結晶部９がSiO2膜の開口部よ
り露出４し、第１回の走査のエネルギー線５の走
査方向に非単結晶層３の除去部８を有すればよ
い。そして、単結晶を構成する単結晶部９の１辺
上端Ｓをエネルギー線５の出発点とし、エネルギ
ー線５を非単結晶層３の除去部８に沿うか、ある
いは除去部８の辺にオーバラツプするように走査
させると、最初にその結晶化がおこる非単結晶層
３の右上端部にあたる溶液は、その上端・右端と
もに非単結晶層に接することはないので、単結晶
部９を核とする再結晶化が優先的におこり、ま
た、除去部８側には、溶液に接する非単結晶層３
がないためエネルギー線５の中心部５ａより上側
の辺５ｂでは単結晶化され、下側の辺５ｃでは非
単結晶層３より多結晶化が進んで非単結晶化され
る。そこで本発明においては、１本目の走査線が
単結晶化した部分５ｂは残し、２回目以降の走査
線は非単結晶化されている部分５ｃを融かすよう
にオーバーラツプし、かつ上記単結晶化された部
分５ｂに沿つて走査を進める。２回目以後の走査
は１回目の走査線幅に50〜60％以上重ねて走査す
る。
図に示すように、単結晶化しようとする非単結晶
層を、少なくともその周縁部の一端が単結晶部９
と接するような島状に形成し、CWアルゴンレー
ザーで10Wないし18Wのエネルギー線を単結晶部
９を核としてスキヤンニングを開始させる。第４
図の側断面図の第５図において、シリコン基板１
上にSiO2膜２を有し、このSiO2膜上に非単結晶
層のシリコン３が被覆され、非単結晶層３は島状
にメサ状とされ非単結晶層３が切除された除去部
８を有し、該除去部８の下面はSiO2膜が除去さ
れ基板１の単結晶部９が露出されている。このよ
うな単結晶部９が除去部８のすべての下端面にあ
つてもよいが、本発明においては、第４，５，６
図の如く、少くとも単結晶化しようとする領域の
１辺に核となる単結晶部９がSiO2膜の開口部よ
り露出４し、第１回の走査のエネルギー線５の走
査方向に非単結晶層３の除去部８を有すればよ
い。そして、単結晶を構成する単結晶部９の１辺
上端Ｓをエネルギー線５の出発点とし、エネルギ
ー線５を非単結晶層３の除去部８に沿うか、ある
いは除去部８の辺にオーバラツプするように走査
させると、最初にその結晶化がおこる非単結晶層
３の右上端部にあたる溶液は、その上端・右端と
もに非単結晶層に接することはないので、単結晶
部９を核とする再結晶化が優先的におこり、ま
た、除去部８側には、溶液に接する非単結晶層３
がないためエネルギー線５の中心部５ａより上側
の辺５ｂでは単結晶化され、下側の辺５ｃでは非
単結晶層３より多結晶化が進んで非単結晶化され
る。そこで本発明においては、１本目の走査線が
単結晶化した部分５ｂは残し、２回目以降の走査
線は非単結晶化されている部分５ｃを融かすよう
にオーバーラツプし、かつ上記単結晶化された部
分５ｂに沿つて走査を進める。２回目以後の走査
は１回目の走査線幅に50〜60％以上重ねて走査す
る。
このように走査を行うと、前回の走査で単結晶
化されなかつた非単結晶化部分５ｃは次の走査で
単結晶化され、最終的には単結晶化したい領域の
最下端縁１０上を走査し終ることで、全領域を単
結晶化することができる。
化されなかつた非単結晶化部分５ｃは次の走査で
単結晶化され、最終的には単結晶化したい領域の
最下端縁１０上を走査し終ることで、全領域を単
結晶化することができる。
第６図に示す場合は右側下面に単結晶となる単
結晶部９を有しエネルギー線５の走査を右上端又
は右下端より開始したが、第７図の如く左側に単
結晶部９ａを設ければエネルギー線５の走査は左
上端又は左下端より開始させることができる。
結晶部９を有しエネルギー線５の走査を右上端又
は右下端より開始したが、第７図の如く左側に単
結晶部９ａを設ければエネルギー線５の走査は左
上端又は左下端より開始させることができる。
また、第８図に示したものは左右に単結晶部
９，９ａを有し、走査方向に除去部８を一辺に有
するもので走査開始点は右上方または左上方より
始め、走査方向を左（右）から右（左）と順次変
換して走査することができる。
９，９ａを有し、走査方向に除去部８を一辺に有
するもので走査開始点は右上方または左上方より
始め、走査方向を左（右）から右（左）と順次変
換して走査することができる。
なお、上記各実施例では単結晶化領域を矩形領
域について述べたが正方形等としてもよいことは
明らかである。
域について述べたが正方形等としてもよいことは
明らかである。
本発明は、以上説明したように、エネルギー線
スポツトの最初の走査で、少なくともスポツト直
径の1/2程度の広い範囲にわたつて以降の走査の
核となる単結晶領域が確実に得られ、しかも、前
の走査で多結晶化した部分を完全に融かすように
順次オーバラツプして走査していくので、エネル
ギー線の進行方向と平行な側面付近をも残らず単
結晶化していくことができ、よつて非単結晶層を
広領域にわたつて確実に単結晶化させることがで
きるという効果を有すものである。
スポツトの最初の走査で、少なくともスポツト直
径の1/2程度の広い範囲にわたつて以降の走査の
核となる単結晶領域が確実に得られ、しかも、前
の走査で多結晶化した部分を完全に融かすように
順次オーバラツプして走査していくので、エネル
ギー線の進行方向と平行な側面付近をも残らず単
結晶化していくことができ、よつて非単結晶層を
広領域にわたつて確実に単結晶化させることがで
きるという効果を有すものである。
第１図は従来の非単結晶層を単結晶化する方法
を説明するための基板の断面図、第２図Ａは非単
結晶層上をエネルギー線が走査する過程を示す従
来の説明用平面図、第２図Ｂは第２図Ａの側断面
図、第３図は従来の単結晶化方法を示す他の平面
図、第４図は本発明の非単結晶層を単結晶化する
方法を用いる基板の平面図、第５図は第４図の側
断面図、第６図は本発明のエネルギー線走査方法
を説明するための平面図、第７図及び第８図は本
発明のエネルギー線の走査順序を示す他の実施例
の平面図である。 １……基板、２……絶縁層、３……非単結晶
層、４……露出部、５……エネルギー線、７……
メサの側面、８……除去部、９……単結晶部。
を説明するための基板の断面図、第２図Ａは非単
結晶層上をエネルギー線が走査する過程を示す従
来の説明用平面図、第２図Ｂは第２図Ａの側断面
図、第３図は従来の単結晶化方法を示す他の平面
図、第４図は本発明の非単結晶層を単結晶化する
方法を用いる基板の平面図、第５図は第４図の側
断面図、第６図は本発明のエネルギー線走査方法
を説明するための平面図、第７図及び第８図は本
発明のエネルギー線の走査順序を示す他の実施例
の平面図である。 １……基板、２……絶縁層、３……非単結晶
層、４……露出部、５……エネルギー線、７……
メサの側面、８……除去部、９……単結晶部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁物上に形成した非単結晶半導体層にエネ
ルギー線を照射して前記非単結晶半導体層を単結
晶化する方法に於いて、 前記非単結晶半導体層をその周縁部が核と成る
べき単結晶半導体領域に接する島状に形成し、そ
の後、前記島状の非単結晶半導体層の周縁部の屈
曲しかつ前記単結晶半導体領域に接する一端部か
ら前記周縁部をまたぐようにして前記周縁部に沿
つてエネルギー線スポツトを走査して、該走査ス
ポツトの後方と一側方に前記単結晶半導体領域に
接する単結晶化された領域を形成し、次いで、順
次、それに先立つエネルギー線スポツトの走査に
より形成されて成る単結晶化された領域にその一
部がまたがるようにエネルギー線スポツトを走査
することを特徴とする非単結晶半導体層の単結晶
化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12482480A JPS5749226A (en) | 1980-09-09 | 1980-09-09 | Single-crystallizing method for non-single crystalline semiconductor layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12482480A JPS5749226A (en) | 1980-09-09 | 1980-09-09 | Single-crystallizing method for non-single crystalline semiconductor layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5749226A JPS5749226A (en) | 1982-03-23 |
| JPH0140485B2 true JPH0140485B2 (ja) | 1989-08-29 |
Family
ID=14895008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12482480A Granted JPS5749226A (en) | 1980-09-09 | 1980-09-09 | Single-crystallizing method for non-single crystalline semiconductor layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5749226A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0693428B2 (ja) * | 1987-12-04 | 1994-11-16 | 工業技術院長 | 多層半導体基板の製造方法 |
-
1980
- 1980-09-09 JP JP12482480A patent/JPS5749226A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5749226A (en) | 1982-03-23 |
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