JPH0153240B2 - - Google Patents
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- JPH0153240B2 JPH0153240B2 JP59042185A JP4218584A JPH0153240B2 JP H0153240 B2 JPH0153240 B2 JP H0153240B2 JP 59042185 A JP59042185 A JP 59042185A JP 4218584 A JP4218584 A JP 4218584A JP H0153240 B2 JPH0153240 B2 JP H0153240B2
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- JP
- Japan
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- single crystal
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- scanning
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- Expired
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 claims description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 37
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/16—Heating of the molten zone
- C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
- C30B13/24—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge using electromagnetic waves
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は絶縁物上の半導体薄膜を局所的に加
熱・溶融し、冷却固化して単結晶化させる単結晶
成長方法に関する。
熱・溶融し、冷却固化して単結晶化させる単結晶
成長方法に関する。
従来、上記のような結晶成長方法（以下ビーム
アニール法と称す）において、単結晶を得ようと
する場合には単結晶と接する領域（以下シードと
称す）を横切つて溶融領域を移動させ、シード部
から単結晶部分を引き伸ばすという方法がとられ
ていた。
アニール法と称す）において、単結晶を得ようと
する場合には単結晶と接する領域（以下シードと
称す）を横切つて溶融領域を移動させ、シード部
から単結晶部分を引き伸ばすという方法がとられ
ていた。
ビームアニール法においては結晶は固液界面と
垂直に成長するということから、溶融領域後端に
凹部をもつようにすると単結晶は末広がりに成長
するため、シード部の単結晶がビーム側端の多結
晶部分の影響を受けず、一定の幅をもつた長い単
結晶領域が得られる。第１図はその状態を示す図
である。溶融領域１がシード部４を通過して矢印
２の方向にスキヤンされると６で示すような単結
晶領域が形成される。しかし、５に示した部分は
成長がビームの外側の領域３から始まるため単結
晶とはならない。このような方法では、溶融領域
１の幅と同程度の幅で、原理的には長さが無限の
単結晶が得られる。しかし、縦横ともに大きな寸
法の大面積単結晶を得るためにはビームのスキヤ
ンをくり返し行なわねばならない。しかし、その
際には第２図に示すように例え、単結晶領域が重
なるようなスキヤンを行なつたとしても、単結晶
領域７はシード４から成長し、一方領域８は前ス
キヤンによる単結晶領域６から成長するため、領
域７と領域８との境界９付近は元の結晶が同一で
あつても空間的、時間的に独立の成長をするため
に長い距離のうちには格子のずれが起り粒界が入
つてしまう。シリコンの場合、格子定数5.43Å、
熱膨張係数5.39×10-6／℃なので成長時の温度が
１℃異なると約50μｍで半格子のずれが起こり粒
界が入る。粒界が存在すると、粒界が不純物の異
常拡散や、リーク電流の原因となるためにその部
分は半導体デバイスとしては使いにくく、このよ
うな結晶は高信頼性を要求されるLSIには使えな
いものとなつてしまう。これを避けるためには粒
界部９に能動デバイスを作らないようにすれば良
いが、そのためには通常の目合せ露光並の目合せ
精度をもつたビームアニール装置が必要となり、
また能動デバイスはストライプ状の単結晶領域７
に配置する必要があるため、回路設計の自由度が
著しく低下し、LSIの用途にはプロセス的にも回
路的にも実用性の乏しい基板しか作ることはでき
ない。
垂直に成長するということから、溶融領域後端に
凹部をもつようにすると単結晶は末広がりに成長
するため、シード部の単結晶がビーム側端の多結
晶部分の影響を受けず、一定の幅をもつた長い単
結晶領域が得られる。第１図はその状態を示す図
である。溶融領域１がシード部４を通過して矢印
２の方向にスキヤンされると６で示すような単結
晶領域が形成される。しかし、５に示した部分は
成長がビームの外側の領域３から始まるため単結
晶とはならない。このような方法では、溶融領域
１の幅と同程度の幅で、原理的には長さが無限の
単結晶が得られる。しかし、縦横ともに大きな寸
法の大面積単結晶を得るためにはビームのスキヤ
ンをくり返し行なわねばならない。しかし、その
際には第２図に示すように例え、単結晶領域が重
なるようなスキヤンを行なつたとしても、単結晶
領域７はシード４から成長し、一方領域８は前ス
キヤンによる単結晶領域６から成長するため、領
域７と領域８との境界９付近は元の結晶が同一で
あつても空間的、時間的に独立の成長をするため
に長い距離のうちには格子のずれが起り粒界が入
つてしまう。シリコンの場合、格子定数5.43Å、
熱膨張係数5.39×10-6／℃なので成長時の温度が
１℃異なると約50μｍで半格子のずれが起こり粒
界が入る。粒界が存在すると、粒界が不純物の異
常拡散や、リーク電流の原因となるためにその部
分は半導体デバイスとしては使いにくく、このよ
うな結晶は高信頼性を要求されるLSIには使えな
いものとなつてしまう。これを避けるためには粒
界部９に能動デバイスを作らないようにすれば良
いが、そのためには通常の目合せ露光並の目合せ
精度をもつたビームアニール装置が必要となり、
また能動デバイスはストライプ状の単結晶領域７
に配置する必要があるため、回路設計の自由度が
著しく低下し、LSIの用途にはプロセス的にも回
路的にも実用性の乏しい基板しか作ることはでき
ない。
また、円形ビームを用いると本発明と同様な連
続したエピタキシヤル成長が可能だが、ビームの
重なりが大きく多くの走査を必要とし能率が悪
い。
続したエピタキシヤル成長が可能だが、ビームの
重なりが大きく多くの走査を必要とし能率が悪
い。
本発明は上記欠点を除去し、絶縁体上に大面積
で粒界の全くない単結晶半導体薄膜を形成する方
法を提供することを目的とする。
で粒界の全くない単結晶半導体薄膜を形成する方
法を提供することを目的とする。
本発明は絶縁物上の半導体薄膜にビームを照射
して局所的に加熱・溶融し、ある方向にビームを
走査した後、前記ビームの走査方向と交わる方向
にビームをずらして走査させる工程を繰り返し行
うビームアニール結晶成長法に関するものであつ
て以下にその内容を実施例に対応する第３図を用
いて説明する。
して局所的に加熱・溶融し、ある方向にビームを
走査した後、前記ビームの走査方向と交わる方向
にビームをずらして走査させる工程を繰り返し行
うビームアニール結晶成長法に関するものであつ
て以下にその内容を実施例に対応する第３図を用
いて説明する。
第１の走査を行つた後、ビームをずらし第２の
走査を行う。このとき第２の走査における溶融部
分でビームをずらす方向と反対側にある側端１９
が、第１の走査におけるビームの溶融部分のビー
ムをずらす方向と反対側にある側端１１の軌跡１
３と、第１の走査におけるビームの後縁２２にお
ける固液界面の法線が前記側端１１から測つて初
めてビームの走査方向２と平行となる点１２の軌
跡１４との間にあり、かつビーム形状が偏平であ
ることを特徴とする。
走査を行う。このとき第２の走査における溶融部
分でビームをずらす方向と反対側にある側端１９
が、第１の走査におけるビームの溶融部分のビー
ムをずらす方向と反対側にある側端１１の軌跡１
３と、第１の走査におけるビームの後縁２２にお
ける固液界面の法線が前記側端１１から測つて初
めてビームの走査方向２と平行となる点１２の軌
跡１４との間にあり、かつビーム形状が偏平であ
ることを特徴とする。
以下、図により詳しく説明する。
第３図は本発明を説明するための図で、１０が
前のスキヤンの溶融部分で、１１がその側端、１
２は溶融部１０の後端で側端１１から測つて固液
界面２２の法線が始めて進行方向２と一致する
点、１３が側端１１の、１４が点１２の軌跡であ
る。あらかじめ領域１５が何らかの方法、例えば
単結晶半導体基板をその部分だけ露出させてシー
ドとする、などにより単結晶領域となつていたと
すると軌跡１３と１４の間の領域１６は、結晶が
固液界面の法線方向に成長するということから単
結晶領域１５と同一の結晶相をもつ単結晶とな
り、領域１５と１６の間に粒界は入らない。他方
領域１７は多結晶又はアモルフアスの領域３から
成長するため、単結晶とはならない。さらに次の
スキヤンにおいて溶融領域１８を側端１１に対応
したその側端１９が、軌跡１３と１４の間に入る
ようにすると同様な説明により領域２０は領域１
６と同一の単結晶となり、その間に粒界は入らな
い。このような操作をくり返し行なうことにより
粒界が全く入らずに結晶領域をいくらでも拡大し
ていくことが可能となる。
前のスキヤンの溶融部分で、１１がその側端、１
２は溶融部１０の後端で側端１１から測つて固液
界面２２の法線が始めて進行方向２と一致する
点、１３が側端１１の、１４が点１２の軌跡であ
る。あらかじめ領域１５が何らかの方法、例えば
単結晶半導体基板をその部分だけ露出させてシー
ドとする、などにより単結晶領域となつていたと
すると軌跡１３と１４の間の領域１６は、結晶が
固液界面の法線方向に成長するということから単
結晶領域１５と同一の結晶相をもつ単結晶とな
り、領域１５と１６の間に粒界は入らない。他方
領域１７は多結晶又はアモルフアスの領域３から
成長するため、単結晶とはならない。さらに次の
スキヤンにおいて溶融領域１８を側端１１に対応
したその側端１９が、軌跡１３と１４の間に入る
ようにすると同様な説明により領域２０は領域１
６と同一の単結晶となり、その間に粒界は入らな
い。このような操作をくり返し行なうことにより
粒界が全く入らずに結晶領域をいくらでも拡大し
ていくことが可能となる。
本方法を能率良く行なうにはスキヤン間のステ
ツプ間隔を拡げることが有効である。この間隔と
は第３図における軌跡１３と１４の間隔に若干の
マージンを差し引いたものであるが、この間隔を
大きくするにはビームの形状を第３図のごとく扁
平なものを用いると良い。しかし、本発明は線状
ビームでも円形ビームでも、およそ大きさのある
ビームならばその向きを選べば必ず適用可能であ
り、ビーム形状の整形のための特殊な光学系やレ
ンズ系を必要としない。
ツプ間隔を拡げることが有効である。この間隔と
は第３図における軌跡１３と１４の間隔に若干の
マージンを差し引いたものであるが、この間隔を
大きくするにはビームの形状を第３図のごとく扁
平なものを用いると良い。しかし、本発明は線状
ビームでも円形ビームでも、およそ大きさのある
ビームならばその向きを選べば必ず適用可能であ
り、ビーム形状の整形のための特殊な光学系やレ
ンズ系を必要としない。
以上のように本発明によればビームアニール法
のような有限の大きさのビームを用いてもビーム
の大きさと無関係に大きな単結晶が得られる。
のような有限の大きさのビームを用いてもビーム
の大きさと無関係に大きな単結晶が得られる。
第１図は従来のビームアニール法における薄膜
表面状態を説明するための図で、１は溶融領域、
２は溶融領域の進行方向、３は未結晶化部、４は
シード部、５は未結晶化部より成長した領域、６
は単結晶領域である。 第２図は従来法によるビーム重ね合せを説明し
た図で７はシードより成長した単結晶領域、８は
前回のスキヤンで成長した単結晶領域６より成長
した単結晶領域、９は領域７と８の境界である。 第３図は本発明による方法を説明する図で、１
０が前のスキヤンでの溶融部分、１１がその一つ
の側端、１２は、溶融部分１０の後部の固液界面
２２の法線が側端１１から測つて始めて進行方向
と一致する点、１３は側端１１の軌跡、１４は点
１２の軌跡、１５は既に単結晶となつていた領
域、１６は溶液部分１０をスキヤンしたときに単
結晶領域１５より成長した単結晶領域、１７，２
１は未結晶化部より成長した多結晶領域、１８は
溶融領域、１９はその側端、２０は１６より成長
した単結晶領域である。
表面状態を説明するための図で、１は溶融領域、
２は溶融領域の進行方向、３は未結晶化部、４は
シード部、５は未結晶化部より成長した領域、６
は単結晶領域である。 第２図は従来法によるビーム重ね合せを説明し
た図で７はシードより成長した単結晶領域、８は
前回のスキヤンで成長した単結晶領域６より成長
した単結晶領域、９は領域７と８の境界である。 第３図は本発明による方法を説明する図で、１
０が前のスキヤンでの溶融部分、１１がその一つ
の側端、１２は、溶融部分１０の後部の固液界面
２２の法線が側端１１から測つて始めて進行方向
と一致する点、１３は側端１１の軌跡、１４は点
１２の軌跡、１５は既に単結晶となつていた領
域、１６は溶液部分１０をスキヤンしたときに単
結晶領域１５より成長した単結晶領域、１７，２
１は未結晶化部より成長した多結晶領域、１８は
溶融領域、１９はその側端、２０は１６より成長
した単結晶領域である。
Claims (1)
- １ 絶縁物上の半導体薄膜にビームを照射して局
所的に加熱・溶融し、ある方向にビームを走査し
た後、前記ビームの走査方向と交わる方向にビー
ムをずらして走査させる工程を繰り返し行うビー
ムアニール結晶成長法において、第２の走査にお
ける溶融部分であつてビームをずらす方向と反対
側にある側端１９が、第２の走査前に走査した第
１の走査におけるビームの溶融部分のビームをず
らす方向と反対側にある側端１１の軌跡１３と、
第１の走査における溶融部分の後縁２２における
固液界面の法線が前記側端１１から測つて初めて
ビームの走査方向２と平行となる点１２の軌跡１
４との間にあり、かつビーム形状が偏平であるこ
とを特徴とするビームアニール結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4218584A JPS60191092A (ja) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | ビ−ムアニ−ル結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4218584A JPS60191092A (ja) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | ビ−ムアニ−ル結晶成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60191092A JPS60191092A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH0153240B2 true JPH0153240B2 (ja) | 1989-11-13 |
Family
ID=12628942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4218584A Granted JPS60191092A (ja) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | ビ−ムアニ−ル結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60191092A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005043303B4 (de) | 2005-09-12 | 2010-07-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Rekristallisierung von Schichtstrukturen mittels Zonenschmelzen und dessen Verwendung |
| JP2008225087A (ja) | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Yamaha Corp | ドラムおよびドラム用胴の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56169200A (en) * | 1980-05-06 | 1981-12-25 | Texas Instruments Inc | Manufacture of single crystal on insulator |
-
1984
- 1984-03-07 JP JP4218584A patent/JPS60191092A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56169200A (en) * | 1980-05-06 | 1981-12-25 | Texas Instruments Inc | Manufacture of single crystal on insulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60191092A (ja) | 1985-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |