JPH0324717A - 単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
単結晶薄膜の製造方法Info
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- JPH0324717A JPH0324717A JP16048189A JP16048189A JPH0324717A JP H0324717 A JPH0324717 A JP H0324717A JP 16048189 A JP16048189 A JP 16048189A JP 16048189 A JP16048189 A JP 16048189A JP H0324717 A JPH0324717 A JP H0324717A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は単結晶薄膜の製造方法に関し、特にアモルファ
スシリコン層にレーザー光を照射して単結晶化する単結
晶薄膜の製遣方法に関する．（従来の技術〉 従来から、基板上に形戒したアモルファスシリコン層に
レーザー光を照射してアモルファスシリコン層を溶融し
て固化させるレーザービーム結晶化法があり、大粒経て
クラック（亀裂〉等のない良質な単結晶薄膜を作るため
に種々の試みが為されている． 例えば特開昭５８−１１２３２４号公報には、真空炉内
で半導体基板上にアモルファスシリコン層を形成して、
この真空炉内でアモルファスシリコン層にシリコンのイ
オン注入を行うことによって、アモルファスシリコン層
の密度を９９．２％以上に増加させた後にレーザービー
ムを照射して大粒経の結晶膜を得ることが開示されてい
る．（発明が解決しようとする問題点〉 ところが、この従来の単結晶薄膜の製造方法は、５基板
として半導体基板を使用するものであり一基板材料に著
しい制約がある．また、基板としてアモルファスシリコ
ン層と熱膨張率がほぼ等しい半導体基板を用いることか
ら、アモルファスシリコン層の密度を高めても大粒経の
結晶膜を得ることはできるが、基板として例えばガラス
等のようにシリコンと然膨張率が若干異なる基板を用い
る場合にアモルファスシリコン層の密度を高めるとガラ
スとシリコンとの熱膨張率の差に起因してアモルファス
シリコン層が結晶化する際にシリコン層の内部に発生し
たストレスを吸収しきれずに結晶膜に大きなクラックが
発生するという問題があった． また、モノシラン（ Ｓ ｚ Ｈａ ）等の水素化シリ
コンガスをプラズマ中で分解するプラズマＣＶＤ法でア
モルファスシリコン層を形戒する場合、アモルファスシ
リコン層中にシリコンの未結合手を飽和する水素が必然
的に含有されてしまう．このような状態のアモルファス
シリコン層にレーザービームを照射してアモルファスシ
リコン層を加熱溶融するとアモルファスシリコン層中に
含有されている水素が突沸し、この水素の突沸によって
基板からアモルファスシリコン膜が剥離するという問題
もあった． （発明の目的） 本発明は上述のような問題点に濫みて案出されたもので
あり、結晶膜にクラックが発生したり、膜剥離が生じる
ことのない単結晶薄膜の製造方法を提供することを目的
とする． （問題点を解決するための手段） 本発明によれば、絶縁基板上に形戒したアモルファスシ
リコン層にレーザー光を照射してアモルファスシリコン
層を溶融して固化させることにより単結晶化する単結晶
薄膜の製造方法において、前記アモルファスシリコン層
を５００〜６００℃に加熱してアモルファスシリコン層
中の水素含有量を１０１９個ｃ ｍ−’以下とした後に
レーザー光を照射して単結晶化することを特徴とする単
結晶薄膜の製造方法が提供される． （実施例） 以下、本発明を詳細に説明する． 本発明では、ナトリウムイオンをほとんど含有しないホ
ウケイ酸ガラス等の絶縁基板が用いられる．この絶縁基
板としては、シリコンと熱膨張率が比較的近似している
８７０５９基板等が好Ａである．即ち、シリコンの熱膨
張率は２− ５Ｘ１０ーＳであるのに対して、＃７０５
９の熱膨張率は４．６Ｘ１０−’ａｍ程度である．また
、基板として＃７０５９を用いる場合は、基板からの汚
染を防止したりレーザーを照射する際のｐＩＡ衝撃を緩
和するため等に基板上に酸化シリコン膜（Ｓｉｎ２）等
を被着させることが望ましい．この酸化シリコン膜は、
例えばＣＶＤ法等によって厚み０．５μｍ以上に形成さ
れる．ちなみに、この酸化シリコン膜自体の熱膨張率は
３．５Ｘ１０−’程度である．この絶縁基板上にアモル
ファスシリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法、或いは光ＣＶＤ法等で形成する．即ち、アモルファ
スシリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法で形成する場合
は、酸化シリコン膜が被着された絶縁基板をプラズマ反
応炉に搬入して、モノシラン（ＳｉＨ−）等の水素化シ
リコンガスを反応炉に導入し、基板を１５０〜４００℃
に加黙しながら水素化シリコンガスをプラズマ中で分解
することによって酸化シリコン膜上に１０００〜１００
００人程度の厚みにアモルファスシリコン層を形成する
．このように形成したアモルファスシリコン層には、シ
リコンの未結合手を飽和させる水素等が１０”ｃｍ−３
程度含まれている．なお、上述の水素化シリコンガスに
、フオスフィン（ＰＨ３）やジボラン（８２Ｈ．）の不
純物用ガスを混入してアモルファスシリコン層を形成し
てもよい． このようにして形成したアモルファスシリコン層の密度
は、７０〜９０％となっている．アモルファスシリコン
層をガラス基板等シリコンとは熱膨張率が若干異なる基
板上に形成する場合、密度は７０〜９０％程度が望まし
い．なぜなら、アモルファスシリコン層の密度が９０％
以上になるとレーザー照射により溶融して凝固する際に
、内部に発生したストレスを吸収しきれず膜中にマイク
ロクラックが発生し易くなる．また、アモルファスシリ
コン層の密度が７０％以下であると、レーザー照射によ
り溶融して固化する際に、膜の表面張力で膜に破断等が
生じる可能性がある．従って、アモルファスシリコン層
の密度は７０〜９０％程度が望ましい． 次に、上述のようにして形成したアモルファスシリコン
層を５００〜６００℃の温度で加熱処理することにより
、アモルファスシリコン層中に含有されている水素を排
出する．この加熱温度が５００℃未満の場合は、アモル
ファスシリコン層中の含有水素量を１０ｌ！１個ｃｍ−
’以下とすることができず、単結晶化工程で膜剥離を生
じ易い．また、加熱温度が６００℃以上の場合は、アモ
ルファスシリコンが多結晶シリコンに転位して密度が高
くなり、単結晶化工程で膜中にクラックを生じ易くなる
．従って、５００〜６００℃の温度で加熱処理しなけれ
ばならない．この加熱処理を行うにあたっては、アモル
ファスシリコン層内に不純物が混入するのを防止するた
めに、アモルファスシリコン層上に酸化シリコン〈Ｓｉ
Ｏ２〉等の保護膜を１００〜２０００人程度の厚みに被
覆して加熱するのが望ましい．また、この加熱処理は、
アモルファスシリコン層が酸化されるの防止するために
窒素ガス等の還元雰囲気中で行うことが望ましい． 上述のように形戒したアモルファスシリコン層にレーザ
ー光を照射してアモルファスシリコン層を部分的に順次
溶融して固化させることにより単結晶化させる．このレ
ーザーとしては、例えばビームスポットが２０〜３０μ
ｍでパワー０．５〜２０Ｗの連続発振アルゴンレーザー
等が好適に用いられ、１〜２０ｃｍ／ｓｅｃの走査速度
でアモルファスシリコン層が被着された基板を相対移動
させることによりアモルファスシリコン層を単結晶化さ
せる． （実験例） 酸化シリコン膜を０．５μｍの厚みに被着させた＃７０
５９基板をプラズマ反応炉内に搬入して、反応炉内を２
Ｔｏｒｒに減圧してシランガスを２０３ＣＣＭ導入し、
基板を２００℃に加熱しながらグロー放電を発生させて
基板上に０．５μｍの厚みにアモルファスシリコン層を
堆積させ、さらにアモルファスシリコン層上にプラズマ
ＣＶＤ法で酸化シリコン膜を０．０５μｍ被着させた．
次に、窒素ガスを５ｌ／Ｉｌｉｎ導入した加熱炉内にア
モルファスシリコン層を形成した基板を搬入して４００
℃、４５０℃、６００℃、６５０℃の温度でそれぞれ２
時間加熱し、シリコンの結晶化状態を調べるための光学
ギャップ（ｅＶ）とシリコン層中の初期値で規格化した
含有水素量をＦＴ−ＩＲ法により調べた．その結果を第
１図に示す．なお、第１図中、●は光学ギャップを示し
、Ｏは初期値で規格化したアモルファスシリコン層中の
含有水素量を示す． 第１図で明らかなように、６００℃以下の温度範囲では
、１．５ｅＶ以上の光学ギャップを示しておりシリコン
膜は非品質である．しかし、６５０℃以上の温度領域で
は、１，１ｅＶ近くまで小さくなり〈不図示）結晶質に
変化していることがわかった． 次に、上述の条件で加熱処理したアモルファスシリコン
層に、ビームスポットが２５μｍでパヮー１０Ｗの連続
発振アルゴンレーザーを用いて、ｌＯｃｍ／ｓｅｃの走
査速度でアモルファスシリコン層が被着された基板を相
対移動させることによりアモルファスシリコン層を溶融
し凝固させて単結晶化した．このようにして形成したア
モルファスシリコン層の表面状態を第２図（ａ）（ｌｊ
（ｃ）（イ）に示す．なお、（ａ）（ｔｊ （ｃ）（
ｄ）は、第１図中の（ａ）（Ｗ （ｃ）（ｄ）の処理条
件に対応する． 第２図（ａ）（１！では水素の突沸による膜剥離が発生
しており、同図（イ）ではシリコン層の密度が高くなっ
て内部に発生したストレスを解消しきれずにクラック（
亀裂〉が非常に広範囲にわたって発生している．一方、
６００℃の温度で２時間加熱処理した第２図〈０では水
素の突沸による膜剥離や内部ストレスによるクラックは
発生しておらず、良好な単結晶膜が形成されていること
がわかる．（発明の効果） 以上のように、本発明に係る単結晶薄膜の製造方法によ
れば、前記アモルファスシリコン層を５００〜６００℃
に加熱してアモルファスシリコン層中の水素含有量を１
０ １ｇｃ ｍ−’以下とした後にレーザー光を照射
して単結晶化することから、水素の突沸による膜剥離や
内部ストレスによるクラックを発生させずに大型で良質
の薄膜単結晶を得ることが出来る．
スシリコン層にレーザー光を照射して単結晶化する単結
晶薄膜の製遣方法に関する．（従来の技術〉 従来から、基板上に形戒したアモルファスシリコン層に
レーザー光を照射してアモルファスシリコン層を溶融し
て固化させるレーザービーム結晶化法があり、大粒経て
クラック（亀裂〉等のない良質な単結晶薄膜を作るため
に種々の試みが為されている． 例えば特開昭５８−１１２３２４号公報には、真空炉内
で半導体基板上にアモルファスシリコン層を形成して、
この真空炉内でアモルファスシリコン層にシリコンのイ
オン注入を行うことによって、アモルファスシリコン層
の密度を９９．２％以上に増加させた後にレーザービー
ムを照射して大粒経の結晶膜を得ることが開示されてい
る．（発明が解決しようとする問題点〉 ところが、この従来の単結晶薄膜の製造方法は、５基板
として半導体基板を使用するものであり一基板材料に著
しい制約がある．また、基板としてアモルファスシリコ
ン層と熱膨張率がほぼ等しい半導体基板を用いることか
ら、アモルファスシリコン層の密度を高めても大粒経の
結晶膜を得ることはできるが、基板として例えばガラス
等のようにシリコンと然膨張率が若干異なる基板を用い
る場合にアモルファスシリコン層の密度を高めるとガラ
スとシリコンとの熱膨張率の差に起因してアモルファス
シリコン層が結晶化する際にシリコン層の内部に発生し
たストレスを吸収しきれずに結晶膜に大きなクラックが
発生するという問題があった． また、モノシラン（ Ｓ ｚ Ｈａ ）等の水素化シリ
コンガスをプラズマ中で分解するプラズマＣＶＤ法でア
モルファスシリコン層を形戒する場合、アモルファスシ
リコン層中にシリコンの未結合手を飽和する水素が必然
的に含有されてしまう．このような状態のアモルファス
シリコン層にレーザービームを照射してアモルファスシ
リコン層を加熱溶融するとアモルファスシリコン層中に
含有されている水素が突沸し、この水素の突沸によって
基板からアモルファスシリコン膜が剥離するという問題
もあった． （発明の目的） 本発明は上述のような問題点に濫みて案出されたもので
あり、結晶膜にクラックが発生したり、膜剥離が生じる
ことのない単結晶薄膜の製造方法を提供することを目的
とする． （問題点を解決するための手段） 本発明によれば、絶縁基板上に形戒したアモルファスシ
リコン層にレーザー光を照射してアモルファスシリコン
層を溶融して固化させることにより単結晶化する単結晶
薄膜の製造方法において、前記アモルファスシリコン層
を５００〜６００℃に加熱してアモルファスシリコン層
中の水素含有量を１０１９個ｃ ｍ−’以下とした後に
レーザー光を照射して単結晶化することを特徴とする単
結晶薄膜の製造方法が提供される． （実施例） 以下、本発明を詳細に説明する． 本発明では、ナトリウムイオンをほとんど含有しないホ
ウケイ酸ガラス等の絶縁基板が用いられる．この絶縁基
板としては、シリコンと熱膨張率が比較的近似している
８７０５９基板等が好Ａである．即ち、シリコンの熱膨
張率は２− ５Ｘ１０ーＳであるのに対して、＃７０５
９の熱膨張率は４．６Ｘ１０−’ａｍ程度である．また
、基板として＃７０５９を用いる場合は、基板からの汚
染を防止したりレーザーを照射する際のｐＩＡ衝撃を緩
和するため等に基板上に酸化シリコン膜（Ｓｉｎ２）等
を被着させることが望ましい．この酸化シリコン膜は、
例えばＣＶＤ法等によって厚み０．５μｍ以上に形成さ
れる．ちなみに、この酸化シリコン膜自体の熱膨張率は
３．５Ｘ１０−’程度である．この絶縁基板上にアモル
ファスシリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法、或いは光ＣＶＤ法等で形成する．即ち、アモルファ
スシリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法で形成する場合
は、酸化シリコン膜が被着された絶縁基板をプラズマ反
応炉に搬入して、モノシラン（ＳｉＨ−）等の水素化シ
リコンガスを反応炉に導入し、基板を１５０〜４００℃
に加黙しながら水素化シリコンガスをプラズマ中で分解
することによって酸化シリコン膜上に１０００〜１００
００人程度の厚みにアモルファスシリコン層を形成する
．このように形成したアモルファスシリコン層には、シ
リコンの未結合手を飽和させる水素等が１０”ｃｍ−３
程度含まれている．なお、上述の水素化シリコンガスに
、フオスフィン（ＰＨ３）やジボラン（８２Ｈ．）の不
純物用ガスを混入してアモルファスシリコン層を形成し
てもよい． このようにして形成したアモルファスシリコン層の密度
は、７０〜９０％となっている．アモルファスシリコン
層をガラス基板等シリコンとは熱膨張率が若干異なる基
板上に形成する場合、密度は７０〜９０％程度が望まし
い．なぜなら、アモルファスシリコン層の密度が９０％
以上になるとレーザー照射により溶融して凝固する際に
、内部に発生したストレスを吸収しきれず膜中にマイク
ロクラックが発生し易くなる．また、アモルファスシリ
コン層の密度が７０％以下であると、レーザー照射によ
り溶融して固化する際に、膜の表面張力で膜に破断等が
生じる可能性がある．従って、アモルファスシリコン層
の密度は７０〜９０％程度が望ましい． 次に、上述のようにして形成したアモルファスシリコン
層を５００〜６００℃の温度で加熱処理することにより
、アモルファスシリコン層中に含有されている水素を排
出する．この加熱温度が５００℃未満の場合は、アモル
ファスシリコン層中の含有水素量を１０ｌ！１個ｃｍ−
’以下とすることができず、単結晶化工程で膜剥離を生
じ易い．また、加熱温度が６００℃以上の場合は、アモ
ルファスシリコンが多結晶シリコンに転位して密度が高
くなり、単結晶化工程で膜中にクラックを生じ易くなる
．従って、５００〜６００℃の温度で加熱処理しなけれ
ばならない．この加熱処理を行うにあたっては、アモル
ファスシリコン層内に不純物が混入するのを防止するた
めに、アモルファスシリコン層上に酸化シリコン〈Ｓｉ
Ｏ２〉等の保護膜を１００〜２０００人程度の厚みに被
覆して加熱するのが望ましい．また、この加熱処理は、
アモルファスシリコン層が酸化されるの防止するために
窒素ガス等の還元雰囲気中で行うことが望ましい． 上述のように形戒したアモルファスシリコン層にレーザ
ー光を照射してアモルファスシリコン層を部分的に順次
溶融して固化させることにより単結晶化させる．このレ
ーザーとしては、例えばビームスポットが２０〜３０μ
ｍでパワー０．５〜２０Ｗの連続発振アルゴンレーザー
等が好適に用いられ、１〜２０ｃｍ／ｓｅｃの走査速度
でアモルファスシリコン層が被着された基板を相対移動
させることによりアモルファスシリコン層を単結晶化さ
せる． （実験例） 酸化シリコン膜を０．５μｍの厚みに被着させた＃７０
５９基板をプラズマ反応炉内に搬入して、反応炉内を２
Ｔｏｒｒに減圧してシランガスを２０３ＣＣＭ導入し、
基板を２００℃に加熱しながらグロー放電を発生させて
基板上に０．５μｍの厚みにアモルファスシリコン層を
堆積させ、さらにアモルファスシリコン層上にプラズマ
ＣＶＤ法で酸化シリコン膜を０．０５μｍ被着させた．
次に、窒素ガスを５ｌ／Ｉｌｉｎ導入した加熱炉内にア
モルファスシリコン層を形成した基板を搬入して４００
℃、４５０℃、６００℃、６５０℃の温度でそれぞれ２
時間加熱し、シリコンの結晶化状態を調べるための光学
ギャップ（ｅＶ）とシリコン層中の初期値で規格化した
含有水素量をＦＴ−ＩＲ法により調べた．その結果を第
１図に示す．なお、第１図中、●は光学ギャップを示し
、Ｏは初期値で規格化したアモルファスシリコン層中の
含有水素量を示す． 第１図で明らかなように、６００℃以下の温度範囲では
、１．５ｅＶ以上の光学ギャップを示しておりシリコン
膜は非品質である．しかし、６５０℃以上の温度領域で
は、１，１ｅＶ近くまで小さくなり〈不図示）結晶質に
変化していることがわかった． 次に、上述の条件で加熱処理したアモルファスシリコン
層に、ビームスポットが２５μｍでパヮー１０Ｗの連続
発振アルゴンレーザーを用いて、ｌＯｃｍ／ｓｅｃの走
査速度でアモルファスシリコン層が被着された基板を相
対移動させることによりアモルファスシリコン層を溶融
し凝固させて単結晶化した．このようにして形成したア
モルファスシリコン層の表面状態を第２図（ａ）（ｌｊ
（ｃ）（イ）に示す．なお、（ａ）（ｔｊ （ｃ）（
ｄ）は、第１図中の（ａ）（Ｗ （ｃ）（ｄ）の処理条
件に対応する． 第２図（ａ）（１！では水素の突沸による膜剥離が発生
しており、同図（イ）ではシリコン層の密度が高くなっ
て内部に発生したストレスを解消しきれずにクラック（
亀裂〉が非常に広範囲にわたって発生している．一方、
６００℃の温度で２時間加熱処理した第２図〈０では水
素の突沸による膜剥離や内部ストレスによるクラックは
発生しておらず、良好な単結晶膜が形成されていること
がわかる．（発明の効果） 以上のように、本発明に係る単結晶薄膜の製造方法によ
れば、前記アモルファスシリコン層を５００〜６００℃
に加熱してアモルファスシリコン層中の水素含有量を１
０ １ｇｃ ｍ−’以下とした後にレーザー光を照射
して単結晶化することから、水素の突沸による膜剥離や
内部ストレスによるクラックを発生させずに大型で良質
の薄膜単結晶を得ることが出来る．
第１図はアモルファスシリコン層の加熱処理条件と光学
ギャップ、及び膜中水素量の関係を示す図、第２図《ω
（Ｗ （ｃ）（ｄ）はそれぞれ第１図中の（ａ）（ｂｌ
（（ＩＪ（イ）の位置に相当する条件で加熱処理を施
した後に単結晶化したときのシリコン層の表面状態を示
す図である． 第 図
ギャップ、及び膜中水素量の関係を示す図、第２図《ω
（Ｗ （ｃ）（ｄ）はそれぞれ第１図中の（ａ）（ｂｌ
（（ＩＪ（イ）の位置に相当する条件で加熱処理を施
した後に単結晶化したときのシリコン層の表面状態を示
す図である． 第 図
Claims (1)
- 絶縁基板上に形成したアモルファスシリコン層にレーザ
ー光を照射してアモルファスシリコン層を溶融して固化
させることにより単結晶化する単結晶薄膜の製造方法に
おいて、前記アモルファスシリコン層を５００〜６００
℃に加熱してアモルファスシリコン層中の水素含有量を
１０＾１＾９個ｃｍ＾−＾３以下とした後にレーザー光
を照射して単結晶化することを特徴とする単結晶薄膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16048189A JPH0324717A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 単結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16048189A JPH0324717A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 単結晶薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0324717A true JPH0324717A (ja) | 1991-02-01 |
Family
ID=15715883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16048189A Pending JPH0324717A (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 単結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0324717A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05198507A (ja) * | 1991-09-21 | 1993-08-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体作製方法 |
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-
1989
- 1989-06-22 JP JP16048189A patent/JPH0324717A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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