JPH03289128A - 半導体薄膜結晶層の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜結晶層の製造方法Info
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- JPH03289128A JPH03289128A JP9070290A JP9070290A JPH03289128A JP H03289128 A JPH03289128 A JP H03289128A JP 9070290 A JP9070290 A JP 9070290A JP 9070290 A JP9070290 A JP 9070290A JP H03289128 A JPH03289128 A JP H03289128A
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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、半導体薄膜結晶層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Ｖ＃膜に高エ
ネルギービームを連続的に照射しながら繰り返し操作す
る結晶化処理工程の改良に関する。
基板上に半導体薄膜を堆積し、この半導体Ｖ＃膜に高エ
ネルギービームを連続的に照射しながら繰り返し操作す
る結晶化処理工程の改良に関する。
周知のタロく、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。
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
走査方法を第１図に示す。このうち第１図ａ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、第１図ａに
示すようにビームの重複した照射領域１２が発生する。
走査方法を第１図に示す。このうち第１図ａ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、第１図ａ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にあるシリコン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損傷を受けた。
照射領域１２にあるシリコン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損傷を受けた。
一方、第１図すに示すのは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。
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。
第１図ａ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。
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。
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、第１図すに示すのは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。第２図の方法の場合
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。
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。第２図の方法の場合
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、第１図ａの場合も、第１図すの場合もビームを
Ｘ軸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。
Ｘ軸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
中して損傷を及ぼすことを防止し、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。
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
中して損傷を及ぼすことを防止し、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。
（１）本発明の半導体結晶相の製造方法は基板上に半導
体薄膜を堆積し、この半導体薄膜に高出力エネルギービ
ームを連続的に照射し、上記薄膜の結晶粒径拡大若しく
は単結晶化をはかる半導体薄膜結晶層の製造方法におい
て、上記ビームを基板の表面に対して斜めに入射させて
、ビームを走査すると同時に半導体薄膜にビームを照射
することを特徴とする。
体薄膜を堆積し、この半導体薄膜に高出力エネルギービ
ームを連続的に照射し、上記薄膜の結晶粒径拡大若しく
は単結晶化をはかる半導体薄膜結晶層の製造方法におい
て、上記ビームを基板の表面に対して斜めに入射させて
、ビームを走査すると同時に半導体薄膜にビームを照射
することを特徴とする。
本発明の骨子は、エネルギービームの照射角度が、基板
表面に対して斜めになっていることである。
表面に対して斜めになっていることである。
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、上記薄膜の結晶粒径増大化も
しくは単結晶化をはかる半導体薄膜結晶層の製造方法に
於て、ビーム源からのエネルギービームを基板表面に対
して斜めに入射させビームの幅を基板表面に於て拡大し
、シリコン層（半導体薄膜）をアニルする。
、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、上記薄膜の結晶粒径増大化も
しくは単結晶化をはかる半導体薄膜結晶層の製造方法に
於て、ビーム源からのエネルギービームを基板表面に対
して斜めに入射させビームの幅を基板表面に於て拡大し
、シリコン層（半導体薄膜）をアニルする。
これによって、第１図ａや第１図すで示された、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。
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。
以下本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第２図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鏡、２３は凸レンズと凹レンズを組み合わした
光学系、２４は鏡、２５は基板である。
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鏡、２３は凸レンズと凹レンズを組み合わした
光学系、２４は鏡、２５は基板である。
第２図ａは装置を鉛直上から俯敵した図であり、第２図
すは装置を側面から眺めた図である。
すは装置を側面から眺めた図である。
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。まず第３図ａに示すが如く１辺２０
（Ｃｍ）正方形のガラス基板（絶縁体基板）３１表面全
面に１０１００（ｎのシリコンＭ（半導体薄膜）３２を
形成する。
ついて説明する。まず第３図ａに示すが如く１辺２０
（Ｃｍ）正方形のガラス基板（絶縁体基板）３１表面全
面に１０１００（ｎのシリコンＭ（半導体薄膜）３２を
形成する。
使用したレーザーはＸｅＣｌエキシマレーザ−であり、
発信波長は３０８（ｎｍ）である、レーザー発振器出口
のビームの大きさは、１辺１０ （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、基板３１は、レーザ
ービームの進行方向と、基板の表面との成す角度Ｓが２
．８６’ となるように設置した。レーザービームを基
板に対して斜めに入射させると、レーザー発信部出口に
比べるとシリコン層（半導体薄膜）直前のビームのエネ
ルギー密度が小さくなるので、これを防止するため第２
図の光学系２３で、１０ （ｍｍ）ｘ５００ （μｍ）
の長方形のビームに変形した。これにより、シリコン層
（半導体薄膜）が受けるエネルギー密度は、１辺１０（
ｍｍ）の正方形のビームを、基板に対して垂直に照射し
たときとほぼ同じ大きさとなった。この長方形の形状の
レーザービームを、斜めに基板に照射した。レーザービ
ームの走査方法は基板２５を、第２図ａで矢印の方向に
基板を１０（ｍｍ／ｓ）の速度で２０〔ｃｍ〕移動する
事により行なった。第２図の２６の部分はビームを照射
してアニールされたシリコン層であり、２７の部分は未
照射部分である。
発信波長は３０８（ｎｍ）である、レーザー発振器出口
のビームの大きさは、１辺１０ （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、基板３１は、レーザ
ービームの進行方向と、基板の表面との成す角度Ｓが２
．８６’ となるように設置した。レーザービームを基
板に対して斜めに入射させると、レーザー発信部出口に
比べるとシリコン層（半導体薄膜）直前のビームのエネ
ルギー密度が小さくなるので、これを防止するため第２
図の光学系２３で、１０ （ｍｍ）ｘ５００ （μｍ）
の長方形のビームに変形した。これにより、シリコン層
（半導体薄膜）が受けるエネルギー密度は、１辺１０（
ｍｍ）の正方形のビームを、基板に対して垂直に照射し
たときとほぼ同じ大きさとなった。この長方形の形状の
レーザービームを、斜めに基板に照射した。レーザービ
ームの走査方法は基板２５を、第２図ａで矢印の方向に
基板を１０（ｍｍ／ｓ）の速度で２０〔ｃｍ〕移動する
事により行なった。第２図の２６の部分はビームを照射
してアニールされたシリコン層であり、２７の部分は未
照射部分である。
Ｘ軸方向のビームの幅は基板表面に対するビームの入射
角度を変化させることにより調節できる シリコン層（半導体薄膜）が受けるエネルギー密度の調
節は、ビームの入射角度の他に、レーザー発信強度の調
節及び、光学系２３の凸レンズと凹レンズの距離等によ
って可能である。
角度を変化させることにより調節できる シリコン層（半導体薄膜）が受けるエネルギー密度の調
節は、ビームの入射角度の他に、レーザー発信強度の調
節及び、光学系２３の凸レンズと凹レンズの距離等によ
って可能である。
これにより、第２図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、第１図の照射例でみら
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。
方向はＹ軸方向のみとなるため、第１図の照射例でみら
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、その必要な幅にビー
ムが照射されるように、ビームの進行方向に対する基板
の角度を調節すれば可能である。また実施例では、ビー
ムの走査方法を、基板を移動することによって行なった
が、基板を移動せず鏡を利用してビームを動かすことに
よっても可能である。また、実施例では、１０（ｍｍ／
ｓ）の速度で、１回走査したが、任意の速度で、複数回
ビームを走査しても、均一なシリコン層（半導体薄膜）
を得ることができる。また、実施例では、エキシマレー
ザ−を使ったが、このエネルギービームに限られるもの
ではなく、様々なレーザーを使用することができる。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。
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、その必要な幅にビー
ムが照射されるように、ビームの進行方向に対する基板
の角度を調節すれば可能である。また実施例では、ビー
ムの走査方法を、基板を移動することによって行なった
が、基板を移動せず鏡を利用してビームを動かすことに
よっても可能である。また、実施例では、１０（ｍｍ／
ｓ）の速度で、１回走査したが、任意の速度で、複数回
ビームを走査しても、均一なシリコン層（半導体薄膜）
を得ることができる。また、実施例では、エキシマレー
ザ−を使ったが、このエネルギービームに限られるもの
ではなく、様々なレーザーを使用することができる。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。
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Ｏ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。
照射領域の重複部分がなくなるので速度がＯ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。
凹レンズを組み合わした光学系、２４は鏡、２５試料基
板、３１ガラス基板（絶縁体基板）、３２シリコン層（
半導体薄膜）
板、３１ガラス基板（絶縁体基板）、３２シリコン層（
半導体薄膜）
Claims (1)
- （１）基板上に半導体薄膜を堆積し、この半導体薄膜に
高出力エネルギービームを連続的に照射し、上記薄膜の
結晶粒径拡大若しくは単結晶化をはかる半導体薄膜結晶
層の製造方法において、上記ビームを基板の表面に対し
て斜めに入射させて、ビームを走査すると同時に半導体
薄膜にビームを照射することを特徴とする半導体薄膜結
晶層の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9070290A JPH03289128A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 半導体薄膜結晶層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9070290A JPH03289128A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 半導体薄膜結晶層の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289128A true JPH03289128A (ja) | 1991-12-19 |
Family
ID=14005861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9070290A Pending JPH03289128A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 半導体薄膜結晶層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03289128A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030011724A (ko) * | 2001-08-03 | 2003-02-11 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 레이저 조사 디바이스, 레이저 조사 방법 및 반도체디바이스 제조 방법 |
| JP2007103961A (ja) * | 2001-11-16 | 2007-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の作製方法 |
| US7351647B2 (en) | 2001-11-16 | 2008-04-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of irradiating a laser beam, apparatus for irradiating a laser beam and method of fabricating semiconductor devices |
| JP2010028128A (ja) * | 2001-11-30 | 2010-02-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP9070290A patent/JPH03289128A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030011724A (ko) * | 2001-08-03 | 2003-02-11 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 레이저 조사 디바이스, 레이저 조사 방법 및 반도체디바이스 제조 방법 |
| JP2007103961A (ja) * | 2001-11-16 | 2007-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の作製方法 |
| US7351647B2 (en) | 2001-11-16 | 2008-04-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of irradiating a laser beam, apparatus for irradiating a laser beam and method of fabricating semiconductor devices |
| JP2010028128A (ja) * | 2001-11-30 | 2010-02-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
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