JPH0521342A - Thin film semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Thin film semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0521342A
JPH0521342A JP19878191A JP19878191A JPH0521342A JP H0521342 A JPH0521342 A JP H0521342A JP 19878191 A JP19878191 A JP 19878191A JP 19878191 A JP19878191 A JP 19878191A JP H0521342 A JPH0521342 A JP H0521342A
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JP
Japan
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thin film
stripe
stripes
recrystallized
silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP19878191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsugi Irinoda
貢 入野田
Koichi Otaka
剛一 大高
Takeshi Hino
威 日野
Yukito Sato
幸人 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent fluctuation of a boundary between a melted part and a solid layer and a beat-up occurring at the time of solidifying the melted part in the case of manufacturing a thin film semiconductor device to be recrystallized by a band region melting and recrystallizing method by approaching an interval of semiconductor thin films recrystallized in a DELTA stripe state on a substrate. CONSTITUTION:A polycrystalline silicon 2 is deposited on a quartz glass 1, and miniaturized by a photolithography technique. An interval between stripes is set to 50mum or less, and a width of the stripe is set to 300mum or less. A surface protective layer is deposited. It is band region-recrystallized with an Ar laser light as a light source. Thus, a polycrystalline silicon 22 becomes a light absorption layer at the time of crystallizing the band region to be converted to heat thereby to prevent radiation of the heat. That is, diffusion of heat is protected, a temperature distribution in the short direction in the stripes becomes low in the central direction and high at both sides. Thus, the recrystallization is started from the center, and a stable faucet growth can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、帯域溶融再結晶化法を利用した
薄膜半導体装置の製法およびそれにより得られた薄膜半
導体に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a thin film semiconductor device using a zone melting recrystallization method and a thin film semiconductor obtained thereby.

【0002】[0002]

【従来技術】画像読み取り用として長尺化した一次元フ
ォトセンサや、大面積化した二次元フォトセンサ等の画
像読み取り装置の走査回路部、液晶(LC)やエレクト
ロクロミック材料(EC)あるいは、エレクトロルミネ
ッセンス材料(EL)を使用した画像表示デバイスの駆
動回路部は、それらのデバイスの大型化に伴って、所定
の基板上に形成したシリコン薄膜を素材として形成した
薄膜トランジスタを用いることが提案されている。これ
らのトランジスタ形成に用いるシリコン薄膜としては、
非晶質あるいは多結晶シリコン薄膜が使用されることが
多い。その理由としては、これらの材料が大面積基板上
に比較的容易に形成できるためである。近年、これらの
デバイスへの高速化、高機能化の要求が高まり、それに
伴ない駆動部の薄膜トランジスタの性能の向上が必要と
されるようになってきた。しかし上記非晶質シリコンあ
るいは多結晶シリコンを活性層とする薄膜トランジスタ
の移動度は、非晶質シリコン薄膜トランジスタで0.1
〜1.0cm2/v・sec、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタで1.0〜10cm2/v・secであり、単
結晶シリコンで形成されるトランジスタの移動度〜60
0cm2/v・secには、到底及ばない。そのため、
大面積基板上に単結晶シリコン薄膜を形成する必要性が
高まっている。絶縁物材料上に単結晶シリコン薄膜を形
成する技術はSOI技術として近年盛んに研究されてい
るが多くは集積回路の高性能化を主たる目的として行な
われて来たので、研究の重点がシリコンウェハーを用い
た3次元LSIの実現に向けられている。前述の読み取
り用あるいは画像表示用デバイスの場合には、その大面
積化の要求のためにシリコーンウェハー上には形成でき
る比較的大面積が形成可能なガラス等を基板材料として
用いることが多い。このようなガラス基板上での単結晶
シリコン薄膜の形成に関しては研究例が少ないが、石英
ガラス基板上で多結晶シリコン薄膜を形成し、その上に
表面保護層としてSiO2層を形成し、石英ガラス基板
上とSiO2表面保護層にはさまれた多結晶シリコン層
を溶融再結晶化させた場合には、(100)配向した単
結晶の再結晶化膜が得られる。このような手法は帯域溶
融再結晶化法(Zone Melting Recry
stalization;以下ZMR法と略す)と呼ば
れている。多結晶シリコン層を溶融させる方法として、
ストリップヒータ法、高周波加熱カーボンサセプタ法、
ハロゲンランプ法、レーザ加熱法等の例がある。ZMR
を行う際に、石英基板上に順次多結晶シリコン、もしく
は非晶質シリコン、つづいて表面保護層、たとえばSi
2層等を堆積するわけであるが、全面に多結晶シリコ
ンもしくは非晶質シリコンを堆積したものに関してZM
Rを行うと周囲の環境(わずかな振動、熱源のゆらぎ
等)により、融液シリコンが表面張力により瞬間に丸く
固化する現像(bead up 現象)が多く見られる。
又、溶融シリコンの固相液相界面のわずかなゆらぎによ
り、グレンバンダリーやサブグレンバンダリー等の発生
が多く観察される。従来、これらの問題を解決する手法
の一つとして、表面保護層のSiO2上にストライプ状
の反射防止膜であるSi34膜を配置する手法である。
この手法においては、Si34膜の下のシリコン融液の
温度を上昇させ、ZMR時に再結晶化を遅らせグレンバ
ンダリー、サブグレンバンダリー等の欠陥を集中させる
手法である。しかしこの手法においてはSi34膜は膜
厚のわずかなバラツキや膜質の変化等により、その反射
防止膜の効果が、顕著に観察されなかったり、微細加工
工程の増加など、歩留りの低下を引き起こすといった問
題が生じる。もう一つの従来の解決手法としては、多結
晶もしくは非晶質シリコン層をある一定の規則をもった
連結島形状や長方形のストライプ形状にホトリソグラフ
ィ技術を用いて微細加工してからZMRを行う。その際
にストライプとストライプの間隔が離れていると、スト
ライプの両側における熱の放射のためにストライプの両
側の温度が下がりストライプ内のZMRによる単結晶成
長が両側から開始し、結果としてストライプの両側が多
結晶となり、又、中心付近に欠陥が多く存在する。実際
に、そのストライプ内部にデバイスを作り込む場合は、
その両側は利用できなくなるといった欠点があり、デバ
イスの面積が有効利用できない。又逆にストライプ幅が
大き過ぎると前述のようにSi融液の表面張力によりビ
ード・アップ現象が発生する。
2. Description of the Related Art A scanning circuit portion of an image reading device such as a one-dimensional photo sensor elongated for image reading or a two-dimensional photo sensor having a large area, liquid crystal (LC), electrochromic material (EC), or electro. It has been proposed that a driving circuit portion of an image display device using a luminescent material (EL) uses a thin film transistor formed by using a silicon thin film formed on a predetermined substrate as a material, as the size of these devices increases. . As the silicon thin film used for forming these transistors,
Amorphous or polycrystalline silicon thin films are often used. The reason is that these materials can be formed on a large-area substrate relatively easily. In recent years, there has been an increasing demand for higher speeds and higher functions for these devices, and along with this, it has become necessary to improve the performance of the thin film transistors of the drive section. However, the mobility of a thin film transistor using amorphous silicon or polycrystalline silicon as an active layer is 0.1
˜1.0 cm 2 / v · sec, a polycrystalline silicon thin film transistor is 1.0 to 10 cm 2 / v · sec, and the mobility of a transistor formed of single crystal silicon is ˜60.
It is far below 0 cm 2 / v · sec. for that reason,
There is a growing need to form single crystal silicon thin films on large area substrates. The technology for forming a single crystal silicon thin film on an insulating material has been actively researched as an SOI technology in recent years, but since many of them have been mainly aimed at improving the performance of integrated circuits, the focus of the research is on silicon wafers. It is aimed at the realization of a three-dimensional LSI using. In the case of the above-mentioned reading or image display device, glass or the like capable of forming a relatively large area that can be formed on a silicone wafer is often used as a substrate material because of the demand for increasing the area. Although there are few studies on the formation of a single crystal silicon thin film on such a glass substrate, a polycrystalline silicon thin film is formed on a quartz glass substrate, and a SiO 2 layer is formed as a surface protection layer on the polycrystalline silicon thin film. When the polycrystalline silicon layer sandwiched between the glass substrate and the SiO 2 surface protective layer is melted and recrystallized, a (100) -oriented single crystal recrystallized film is obtained. Such a method is based on the zone melting recrystallization method.
It is referred to as "stallization; hereinafter abbreviated as ZMR method). As a method of melting the polycrystalline silicon layer,
Strip heater method, high frequency heating carbon susceptor method,
Examples include halogen lamp method and laser heating method. ZMR
When performing, the polycrystalline silicon or amorphous silicon is sequentially formed on the quartz substrate, and then the surface protection layer such as Si.
An O 2 layer or the like is deposited, but with a polycrystalline silicon or amorphous silicon deposited on the entire surface, ZM
When R is performed, due to the surrounding environment (slight vibration, fluctuation of heat source, etc.), many developments (bead up phenomenon) in which the melted silicon instantaneously solidifies into a circle due to surface tension are observed.
Also, due to slight fluctuations in the solid-liquid interface of the molten silicon, many occurrences of Glen Bundary, sub-Glen Boundary, etc. are observed. Conventionally, as one of the methods for solving these problems, there is a method of disposing a Si 3 N 4 film, which is a stripe-shaped antireflection film, on SiO 2 of a surface protective layer.
In this method, the temperature of the silicon melt below the Si 3 N 4 film is raised to delay recrystallization during ZMR and concentrate defects such as Glen Bundary and Sub-Glen Bundary. However, in this method, the effect of the antireflection film of the Si 3 N 4 film is not observed remarkably due to slight variations in film thickness and changes in film quality, and the yield is decreased due to an increase in fine processing steps. There is a problem of causing it. As another conventional solution method, a polycrystalline or amorphous silicon layer is finely processed into a connecting island shape having a certain regularity or a rectangular stripe shape by using a photolithography technique, and then ZMR is performed. At that time, if the distance between the stripes is large, the temperature on both sides of the stripe is lowered due to the heat radiation on both sides of the stripe, and the single crystal growth by ZMR in the stripe starts from both sides. Is polycrystal, and there are many defects near the center. In fact, when building a device inside the stripe,
There is a drawback that both sides cannot be used, and the device area cannot be effectively used. On the contrary, if the stripe width is too large, the bead up phenomenon occurs due to the surface tension of the Si melt as described above.

【0003】[0003]

【目的】本発明の目的は、帯域溶融再結晶化法により再
結晶化された薄膜半導体装置を製造するにあたり、溶融
部と固体層との界面のゆらぎ、および溶融部の固化時に
発生するビードアップ現象を防止する点にある。
It is an object of the present invention to manufacture a thin film semiconductor device recrystallized by a zone melting recrystallization method, to fluctuate an interface between a melted portion and a solid layer, and to cause a bead-up that occurs during solidification of the melted portion. The point is to prevent the phenomenon.

【0004】[0004]

【構成】本発明の第1は、基板上に、再結晶化された半
導体薄膜が多数のストライプ状に設けられており、該ス
トライプとストライプの間隔は50μm以下、該ストラ
イプの幅は300μm以下であることを特徴とする薄膜
半導体装置に関する。本発明の第2は、基板上に多結晶
または非晶質半導体層をストライプ状に設け、該ストラ
イプとストライプの間隔は50μm以下、該ストライプ
の幅は300μm以下とし、ついでその上に表面保護層
を形成した後、帯域溶融再結晶化法により前記多結晶ま
たは非晶質半導体層を再結晶化することを特徴とする薄
膜半導体装置の製法に関する。従来よりZMR法に用い
られる加熱源としてのストップヒータ、高周波加熱カー
ボンサセプタ、ハロゲンランプ、レーザー光は、いずれ
も基板への光の吸収により加熱を行ないシリコンを溶融
再結晶化させるものである。これらの光源はレーザーを
除いて、いずれも古典光源と見なしてよく、その強度に
は波長の分布を有している。この波長の分布の様子は、
光源の温度により異なるが、シリコンを融点(1425
℃)まで加熱する場合には、おおよそ、そのピーク値を
0.5〜1.0μmの間に有している。これらの波長の
ピーク値は、シリコンに吸収される範囲であり、したが
って前述の光源を用いて、シリコンの溶融再結晶が可能
である。安定に単結晶を形成する場合には、再結晶化の
核形成が1ケ所で発生しなければならない。本発明のご
とく基板、たとえば透明石英ガラス基板上でストライプ
状のシリコン薄膜の溶融再結晶化を行う場合、前述の熱
源のピーク波長は、石英ガラス基板には吸収されず、し
たがって、石英ガラス基板の加熱は充分になされない。
この様な状況では、ストライプ状のシリコン薄膜の冷却
はストライプの両端から始まり結果として、多結晶シリ
コンストライプになったり、あるいは中央部の狭い領域
のみ単結晶化し、周囲は多結晶であったりする可能性が
出てくる。本発明者らは石英ガラス基板上のストライプ
状のシリコン薄膜のZMR法による単結晶の様子を前述
のように考え、基板での充分な加熱がないような場合で
も、再結晶化がストライプの中央から始まることを可能
ならしめるために単結晶化するストライプの周囲に近接
してシリコンのストライプを配置することにより、良好
な結果を得た。本発明はこのような背景のもとになされ
たものである。ストライプが単独の場合と複数近接する
場合の再結晶化の温度の様子を図4に模式的に示した。
単独のストライプの場合は、石英ガラス基板の加熱が充
分でないために、熱はストライプの両端から逃げてい
き、温度分布は(c)のようになるので、結晶化は
(a)に示すようにストライプの両端から始まる。これ
に対して、ストライプが3本の場合、中央部のストライ
プは両端のストライプから逃げた熱の影響をうけ、両端
に熱が逃げにくい状況にある。この状況はストライプの
数が多くなればなる程、強調され、条件を最適化するこ
とにより(d)に示すように中央のストライプはストラ
イプの両端より中央部の温度が低くなり、単結晶化のた
めに好ましい温度分布を形成することができる。そのた
め(b)に示すように中央のストライプはその中央部か
ら固体化がはじまる。
According to a first aspect of the present invention, a recrystallized semiconductor thin film is provided on a substrate in a large number of stripes, the distance between the stripes is 50 μm or less, and the width of the stripe is 300 μm or less. And a thin film semiconductor device. According to a second aspect of the present invention, a polycrystalline or amorphous semiconductor layer is provided in a stripe shape on a substrate, a distance between the stripes is 50 μm or less, a width of the stripe is 300 μm or less, and then a surface protective layer is formed thereon. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device, characterized in that the polycrystalline or amorphous semiconductor layer is recrystallized by a zone melting recrystallization method after forming the film. A stop heater, a high-frequency heating carbon susceptor, a halogen lamp, and a laser beam, which are conventionally used as a heating source in the ZMR method, all heat and absorb the light into the substrate to melt and recrystallize silicon. All of these light sources, except lasers, can be considered as classical light sources and have a wavelength distribution in their intensity. The distribution of this wavelength is
Although it depends on the temperature of the light source, the melting point of silicon (1425
In the case of heating to (.degree. C.), it has a peak value between 0.5 and 1.0 .mu.m. The peak values of these wavelengths are in the range absorbed by silicon, and therefore, the above-mentioned light source can be used to perform melt recrystallization of silicon. In the case of stably forming a single crystal, recrystallization nucleation must occur at one place. When melting and recrystallizing a striped silicon thin film on a substrate such as a transparent quartz glass substrate as in the present invention, the peak wavelength of the heat source is not absorbed by the quartz glass substrate, and therefore the quartz glass substrate Not enough heating.
In such a situation, the cooling of the stripe-shaped silicon thin film may start from both ends of the stripe, resulting in a polycrystalline silicon stripe, or it may be single-crystallized only in a narrow area in the central part and polycrystalline in the periphery. Sex comes out. The inventors of the present invention have considered the state of a single crystal of a striped silicon thin film on a quartz glass substrate by the ZMR method as described above, and even if the substrate is not sufficiently heated, recrystallization is performed at the center of the stripe. Good results have been obtained by placing a stripe of silicon close to the periphery of the single crystallizing stripe in order to be able to start with. The present invention has been made under such a background. FIG. 4 schematically shows the states of recrystallization temperature when the stripes are independent and when the stripes are close to each other.
In the case of a single stripe, since the quartz glass substrate is not sufficiently heated, heat escapes from both ends of the stripe, and the temperature distribution becomes as shown in (c), so crystallization is as shown in (a). Start at both ends of the stripe. On the other hand, when the number of stripes is three, the central stripe is affected by the heat escaping from the stripes at both ends, and the heat is hard to escape to both ends. This situation is emphasized as the number of stripes increases, and by optimizing the conditions, the temperature of the central stripe becomes lower than that of both ends of the stripe as shown in (d), and the single crystal formation is Therefore, a preferable temperature distribution can be formed. Therefore, as shown in (b), solidification of the central stripe starts from the central portion.

【0005】本発明の半導体薄膜としては、シリコンに
ついて詳述するが、本発明はシリコンに限らず、周期率
IV族、III-V族、II-VI族の単体、あるいは化合物半導体
であって、その結晶構造がダイヤモンド構造、あるいは
ジンクブレンド構造を持つすべての材料に適用可能であ
り、具体的には、Siの他Ge,SiC,BN,BP,
BAs,AlP,AlSb,GaP,GaAs,GaS
b,InP,InAs,InSb,ZnS,ZnSe,
ZnTe,CdS,CdSe,CdTe,CdHg等で
ある。半導体層と光吸収の波長が異なり、帯域溶融再結
晶化時にそれ自体が発熱しない材料なら特別の制限はな
いが、薄膜半導体を光センサ、CCD素子などに使用す
る場合には透明材料であることが好ましい。代表的材料
としては石英ガラスであるが、SiO2,Al23,T
iO2,ZrO2,Si34,BN,TiC,SiC、ホ
ウケイ酸ガラス、鉛ガラス、アルミノシリケートガラス
などを例示することができる。
Silicon will be described in detail as the semiconductor thin film of the present invention. However, the present invention is not limited to silicon, and the periodic rate is not limited to silicon.
Group IV, III-V, II-VI group simple substances or compound semiconductors, whose crystal structure is applicable to all materials having a diamond structure or a zinc blend structure. Other than Ge, SiC, BN, BP,
BAs, AlP, AlSb, GaP, GaAs, GaS
b, InP, InAs, InSb, ZnS, ZnSe,
ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, CdHg and the like. There is no special limitation as long as it is a material that has a different wavelength of light absorption from the semiconductor layer and does not generate heat itself during zone melting and recrystallization, but if a thin film semiconductor is used as an optical sensor or CCD element, it must be a transparent material. Is preferred. Quartz glass is a typical material, but SiO 2 , Al 2 O 3 , T
Examples thereof include iO 2 , ZrO 2 , Si 3 N 4 , BN, TiC, SiC, borosilicate glass, lead glass, and aluminosilicate glass.

【0006】つぎに図面を参照して本発明を詳細に説明
する。図1において、1は支持体である鏡面研摩した透
明石英ガラスである。この透明石英ガラス基板は溶融石
英もしくは合成石英であり、厚さは通常0.3〜5mm
であり、望ましくは0.5〜1.5mmである。2は非
晶質あるいは多結晶のシリコン薄膜である。この層はS
iH4,Si26,SiF4,SiCl4を用いて、熱C
VD,ECR、光CVD,LPCVD、プラズマCVD
法で堆積され膜厚は0.1μm〜5μm、望ましくは
0.2μm〜1.0μmとする。この再結晶化されるシ
リコン層は、ストライプ状にホトリソグラフィを用いて
微細加工される。ストライプとストライプの間隔は50
μm以下であり、好ましくは30μm以下である。又、
ストライプの幅は300μm以下で、好ましくは200
μm以下である。SiO2表面保護層3は溶融再結晶化
法による単結晶シリコン薄膜の形成において不可欠なも
のである。本発明に関しては表面保護層としては、例え
ば化学的気相法(CVD法)によるSiO2であり、S
iH4,Si26,SiF4,SiCl4,N2O,O2
NO2,N24,N25,CO2,COを用いて、常圧C
VD、光CVD,ECR,LPCVD法により堆積す
る。表面保護層としてはSiO2のほかSiO,Si3
4,SiN等も使用することができる。この膜厚は0.
5μm〜5μm、好ましくは1.0μm〜2.0μmで
ある。以上のように溶融再結晶化法により、単結晶化さ
れる多結晶シリコンもしくは非晶質シリコン膜の薄膜半
導体材料が形成される。次にこの多結晶もしくは非晶質
シリコン薄膜を溶融再結晶化法により、単結晶シリコン
薄膜とするが、この際に使用される溶融再結晶化の手法
は、従来より紹介されている手法の一つとして、線状に
ビーム成形したArレーザ加熱帯域溶融再結晶化法、ハ
ロゲンランプ加熱法等が用いられる。ここで、今回使用
したZMRの装置を図2、図3に示す。図2はArレー
ザをZMRの加熱源とした時の装置の概略図である。6
は熱源である波長5145ÅのArレーザ、5はビーム
成形するシリンドリカルレンズ、4は図1で準備した試
料、8はZMRを行う試料移動用ステージ、7はサンプ
ル温度をモニターして熱源6へフィードバックをかける
コントローラである。ステージ8上に試料4をのせ上方
からArレーザビームを照射し、試料ステージ8を移動
させることによりZMRを行い、表面に(100)配向
を持つ単結晶シリコン薄膜が得られる。その時レーザ光
が照射されている領域の温度が一定となるようにArレ
ーザ6の出力にコントローラ7によりフィードバックを
かける。Arレーザは、5145Åの波長を持つ光源で
あるので表面保護層SiO2、石英基板は透過し非晶質
もしくは多結晶シリコン層は吸収する。そのためにシリ
コン層のみが加熱され、シリコンの融点以上に上昇し、
冷却過程を経て、再結晶化が行なわれる。図3はハロゲ
ンランプをZMRの加熱源とした時の装置の概略図であ
る。11は波長1.0にピークを持つような線状に焦光
するハロゲンランプであり、12の矢印方向に移動す
る。13は図1で準備した試料、14は予備加熱のため
の1.0μmにピークを持つ平行光のハロゲンランプで
ある。ハロゲンランプの光は表面保護層SiO2、石英
基板を透過し、非晶質もしくは多結晶シリコン層に吸収
される。この1.0μmの光は高温になると自由キャリ
アの吸収がおき、シリコン層のみが加熱され、シリコン
の融点以上に上昇し、冷却過程を経て再結晶化が行なわ
れる。
The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 is a mirror-finished transparent quartz glass as a support. This transparent quartz glass substrate is fused quartz or synthetic quartz, and the thickness is usually 0.3 to 5 mm.
And preferably 0.5 to 1.5 mm. 2 is an amorphous or polycrystalline silicon thin film. This layer is S
Using iH 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 , and SiCl 4 , heat C
VD, ECR, photo CVD, LPCVD, plasma CVD
The film thickness is 0.1 μm to 5 μm, preferably 0.2 μm to 1.0 μm. The recrystallized silicon layer is finely processed into a stripe shape by using photolithography. The distance between stripes is 50
It is not more than μm, preferably not more than 30 μm. or,
The stripe width is 300 μm or less, preferably 200
μm or less. The SiO 2 surface protective layer 3 is indispensable for forming a single crystal silicon thin film by the melt recrystallization method. In the present invention, the surface protective layer is, for example, SiO 2 formed by a chemical vapor deposition method (CVD method), and S
iH 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 , SiCl 4 , N 2 O, O 2 ,
With NO 2, N 2 O 4, N 2 O 5, CO 2, CO, normal pressure C
It is deposited by VD, photo CVD, ECR, LPCVD. As the surface protective layer, in addition to SiO 2 , SiO, Si 3 N
4 , SiN, etc. can also be used. This film thickness is 0.
It is 5 μm to 5 μm, preferably 1.0 μm to 2.0 μm. As described above, the thin film semiconductor material of polycrystalline silicon or amorphous silicon film to be single-crystallized is formed by the melt recrystallization method. Next, this polycrystalline or amorphous silicon thin film is formed into a single crystal silicon thin film by a melt recrystallization method. The melt recrystallization method used at this time is one of the methods introduced conventionally. As a linear beam forming method, an Ar laser heating zone melting recrystallization method, a halogen lamp heating method, or the like is used. Here, the ZMR apparatus used this time is shown in FIGS. FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus when an Ar laser is used as a ZMR heating source. 6
Is an Ar laser having a wavelength of 5145Å which is a heat source, 5 is a cylindrical lens for beam shaping, 4 is a sample prepared in FIG. 1, 8 is a sample moving stage for ZMR, 7 is a sample temperature, and feedback is provided to the heat source 6. It is a controller to call. The sample 4 is placed on the stage 8 and an Ar laser beam is irradiated from above, and ZMR is performed by moving the sample stage 8 to obtain a single crystal silicon thin film having (100) orientation on the surface. At that time, the controller 7 feeds back the output of the Ar laser 6 so that the temperature of the region irradiated with the laser light becomes constant. Since the Ar laser is a light source having a wavelength of 5145 Å, it penetrates the surface protective layer SiO 2 and the quartz substrate and absorbs the amorphous or polycrystalline silicon layer. For that reason, only the silicon layer is heated and rises above the melting point of silicon,
Recrystallization is performed through the cooling process. FIG. 3 is a schematic diagram of an apparatus when a halogen lamp is used as a ZMR heating source. Reference numeral 11 denotes a halogen lamp that is linearly focused and has a peak at a wavelength of 1.0, and moves in the direction of arrow 12. Reference numeral 13 is a sample prepared in FIG. 1, and 14 is a parallel light halogen lamp having a peak at 1.0 μm for preheating. The light of the halogen lamp passes through the surface protective layer SiO 2 and the quartz substrate and is absorbed by the amorphous or polycrystalline silicon layer. This 1.0 μm light absorbs free carriers when the temperature becomes high, and only the silicon layer is heated to a temperature higher than the melting point of silicon and recrystallized through a cooling process.

【0007】[0007]

【実施例】実施例1 実施例1について図1を用いて基板の構成を説明する。
支持体1は鏡面研摩された厚さ1mmの透明石英ガラス
を用いた。石英ガラス1上にLPCVDで多結晶シリコ
ン2を、0.35μm堆積し、その後にホトリソグラフ
ィ技術を用いて微細加工を行い、ストライプとストライ
プの間隔を0〜100μm、ストライプの幅を150μ
mの一定とした。但し、ストライプとストライプの間隔
が0μmの時は微細加工を行なわなかった。この多結晶
シリコン2を堆積した後、表面保護層(SiO2)3を
LPCVDを用いて厚さ1.5μm堆積する。以上の試
料を図2に示す装置を用い、Arレーザ光を加熱源とし
て入力パワー10W、スキャンスピード1mm/sec
で帯域再結晶化(ZMR)を行う。各層の成膜条件は以
下のとおりである。すなわち多結晶シリコン2はLPC
VD法でSiH4ガス及びキャリヤガスとしてのN2ガス
を用い、流量比1/10として基板温度650℃、堆積
圧力1Torrで成膜した。表面保護層3はLPCVD
法で、SiH4ガス、N2Oガスを用い、流量比1/5
0、基板温度750℃、堆積圧力1.8Torrで成膜
した。表1にストライプとストライプの間隔に対する評
価をそれぞれ行った。評価項目としては、再結晶化領域
の表面配向性、ストライプ内における再結晶化(単結
晶)領域の割合、再結晶化膜の表面性〔但し表面性の記
述については表面粗さ(Ra)で評価し、Ra<200
Åを○とし、200Å<Ra<1000Åを△、Ra≧
1000Åを×と記述する。〕、ビードアップ現象の発
生率とした。以上の結果より、ストライプ幅150μm
で一定とした時、ストライプとストライプの間隔が少く
とも40μm以下でストライプが存在していれば良好な
結果となる。ストライプ間隔がふえると熱の保護効果が
見られず両側から結晶化が進行し、多結晶の割合が増加
する。
EXAMPLES Example 1 The configuration of a substrate for Example 1 will be described with reference to FIG.
The support 1 was made of mirror-polished transparent quartz glass having a thickness of 1 mm. Polycrystalline silicon 2 is deposited on quartz glass 1 by LPCVD to a thickness of 0.35 μm, and then fine processing is performed by using a photolithography technique. The distance between stripes is 0 to 100 μm, and the width of stripe is 150 μm.
m was constant. However, fine processing was not performed when the distance between the stripes was 0 μm. After depositing this polycrystalline silicon 2, a surface protective layer (SiO 2 ) 3 is deposited by LPCVD to a thickness of 1.5 μm. Using the apparatus shown in FIG. 2 for the above sample, using Ar laser light as a heating source, input power 10 W, scan speed 1 mm / sec
Zone recrystallization (ZMR). The film forming conditions for each layer are as follows. That is, the polycrystalline silicon 2 is LPC
A film was formed by VD method using SiH 4 gas and N 2 gas as a carrier gas at a flow rate ratio of 1/10 at a substrate temperature of 650 ° C. and a deposition pressure of 1 Torr. The surface protection layer 3 is LPCVD
Method using SiH 4 gas and N 2 O gas at a flow rate ratio of 1/5
The film was formed at 0, a substrate temperature of 750 ° C., and a deposition pressure of 1.8 Torr. In Table 1, the stripes and the intervals between the stripes were evaluated. The evaluation items include the surface orientation of the recrystallized region, the ratio of the recrystallized (single crystal) region in the stripe, and the surface property of the recrystallized film (however, the surface roughness (Ra) is used for the description of the surface property). Evaluated and Ra <200
Å is ○, 200Å <Ra <1000Å is △, Ra ≧
1000 Å is described as x. ], And the occurrence rate of the bead-up phenomenon. From the above results, stripe width 150 μm
If the stripes are present at a distance of at least 40 μm or less, then good results are obtained. If the stripe spacing increases, the effect of heat protection is not observed and crystallization proceeds from both sides, increasing the proportion of polycrystals.

【表1】 [Table 1]

【0008】実施例2 支持体1は鏡面研摩された厚さ1.5mmの透明石英ガ
ラス板を用いた。透明石英ガラス1上にプラズマCVD
で非晶質シリコン2を0.5μm堆積し、その後にホト
リソグラフィ技術を用いて微細加工を行い、ストライプ
とストライプの間隔を5μm、ストライプの幅を5μm
から300μmに形成した。この非晶質シリコン2を堆
積した後、表面保護層(SiO2)3をLPCVDを用
いて厚さ1.5μm堆積する。以上の試料を図3のよう
なハロゲンランプ光を加熱源として上部ヒータパワー3
kw、下部ヒータパワー2kw×3、スキャンスピード
0.5mm/secで帯域再結晶化(ZMR)を行う。
各層の成膜条件はつぎのとおりである。非晶質シリコン
2はプラズマCVD法でSiH4ガス、キャリヤガスN2
ガスを用い、ガス流量比1/10、基板温度300℃、
圧力1Torrで成膜した。また表面保護層3は熱CV
D法でSiH4ガス、O2ガスを用い、流量比1/60、
基板温度450℃で成膜した。表2でストライプ幅に対
する評価をそれぞれ行った。評価項目としては、再結晶
化領域の表面配向性、ストライプ内における単結晶領域
の割合、再結晶化膜の表面性〔但し表面性の記述につい
ては表面粗さ(Ra)で評価し、Ra<200Åを○と
し、200Å<Ra<1000Åを△、Ra≧1000
Åを×と記述する。〕、ビードアップ現象の発生率とし
た。以上の結果より、ストライプとストライプの間隔が
5μmで一定とした時、ストライプ幅が300μm以下
で良好な結果となっている。ストライプ幅が大きくなる
とビートアップの発生率が大きくなり、シリコンの消失
が観察される。これはシリコンの融液の表面張力が大き
くなり表面保護層でおさえきれなかったものと思われ
る。
Example 2 As the support 1, a transparent quartz glass plate having a thickness of 1.5 mm, which was mirror-polished, was used. Plasma CVD on transparent quartz glass 1
0.5 μm of amorphous silicon 2 is deposited by photolithography, and then microfabrication is performed by using photolithography technology. The distance between stripes is 5 μm, and the width of stripes is 5 μm.
To 300 μm. After depositing this amorphous silicon 2, a surface protective layer (SiO 2 ) 3 is deposited by LPCVD to a thickness of 1.5 μm. Using the halogen lamp light as a heating source for the above sample, the upper heater power 3
Zone recrystallization (ZMR) is performed at kw, lower heater power 2 kw × 3, and scan speed 0.5 mm / sec.
The film forming conditions for each layer are as follows. Amorphous silicon 2 is formed by plasma CVD using SiH 4 gas and carrier gas N 2
Using gas, gas flow ratio 1/10, substrate temperature 300 ° C,
The film was formed at a pressure of 1 Torr. In addition, the surface protective layer 3 has a thermal CV.
SiH 4 gas and O 2 gas were used in the D method, the flow rate ratio was 1/60,
A film was formed at a substrate temperature of 450 ° C. In Table 2, the stripe width was evaluated. As the evaluation items, the surface orientation of the recrystallized region, the ratio of the single crystal region in the stripe, the surface property of the recrystallized film (however, surface roughness (Ra) was used for the description of the surface property, and Ra < 200Å is set as ○, 200Å <Ra <1000Å is △, Ra ≧ 1000
Write Å as ×. ], And the occurrence rate of the bead-up phenomenon. From the above results, when the stripe-to-strip interval is fixed at 5 μm, the stripe width is 300 μm or less, which is a good result. As the stripe width increases, the rate of beat-up increases and the disappearance of silicon is observed. It is considered that this was because the surface tension of the melt of silicon became large and could not be suppressed by the surface protective layer.

【表2】 [Table 2]

【0009】[0009]

【効果】本発明により、半導体ストライプと半導体スト
ライプの間隔を近接させることにより、多結晶もしくは
非晶質の半導体層がZMR時の光吸収層となり、熱に変
換され、おたがいに熱の放射を防止する。つまり熱の拡
散が保護され、各ストライプ内での短尺方向での温度分
布が中心方向が低く、両側が高くなり再結晶化が中心部
分から開始し、ZMRに重要である安定なファセット成
長が実現できる。このことより、ストライプ内全面にわ
たり、ビードアップ現象が発生せず、また、グレンバン
ダリー、サブグレンバンダリー等の欠陥のない(10
0)配向した再結晶半導体薄膜が実現できる。又、反射
防止膜の堆積工程が不要となり、工程の短縮、歩留り向
上が実現できる。ストライプとストライプを近接させて
これを光吸収層として熱の放射を防止する効果は、シリ
コンウェハーを基板としたものでは実現不可能である。
基板上に半導体層を配置することによる特有の現象であ
る。その理由として、シリコンウェハーを支持体とした
時には、Arレーザ光やハロゲンランプ光、高周波加熱
法によるカーボンサセプタの放射光等の光は、支持体で
であるシリコンウェハーで吸収されてシリコンウェハー
自身が全面にわたり発熱し、本発明の効果が実現不可能
となる。それに対し半導体層の異る光吸収波長をもつ基
板を支持体とした時には、支持体で光吸収が起きず、多
結晶あるいは非晶質半導体層のみで光吸収が起きストラ
イプとストライプを近接させたことによる効果が発現で
きる。
[Effects] According to the present invention, by bringing the semiconductor stripes closer to each other, the polycrystalline or amorphous semiconductor layer becomes a light absorption layer at the time of ZMR, is converted into heat, and prevents radiation of heat. . In other words, heat diffusion is protected, the temperature distribution in the short direction within each stripe is low in the central direction, high on both sides, recrystallization starts from the central part, and stable facet growth, which is important for ZMR, is realized. it can. As a result, the bead-up phenomenon does not occur on the entire surface of the stripe, and there are no defects such as Glen Bundary and Sub-Glen Bundary.
0) An oriented recrystallized semiconductor thin film can be realized. Further, the step of depositing the antireflection film is not required, and the steps can be shortened and the yield can be improved. The effect of preventing heat radiation by using stripes as a light absorption layer by placing the stripes close to each other cannot be realized by using a silicon wafer as a substrate.
This is a unique phenomenon caused by disposing a semiconductor layer on a substrate. The reason for this is that when a silicon wafer is used as the support, light such as Ar laser light, halogen lamp light, and carbon susceptor radiated light by the high frequency heating method is absorbed by the silicon wafer, which is the support, and the silicon wafer itself is absorbed. Heat is generated over the entire surface, and the effect of the present invention cannot be realized. On the other hand, when a substrate having semiconductor layers having different light absorption wavelengths is used as a support, light absorption does not occur in the support, and light absorption occurs only in the polycrystalline or amorphous semiconductor layer, so that the stripes are close to each other. The effect by that can be expressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の薄膜半導体装置の帯域溶融再結晶前又
は後の層構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a layer structure before or after zone melting recrystallization of a thin film semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明で使用するArレーザ加熱帯域溶融加熱
装置の1例を示す。
FIG. 2 shows an example of an Ar laser heating zone melting and heating apparatus used in the present invention.

【図3】本発明で使用するハロゲンランプ加熱帯域溶融
加熱装置の1例を示す。
FIG. 3 shows an example of a halogen lamp heating zone melting and heating apparatus used in the present invention.

【図4】本発明の原理を説明するための図であり、
(a)が単独ストライプの場合の固液界面の状態を、
(b)は三本ストライプの場合のそれぞれの固液界面の
状態を示し、(c)と(d)はそれぞれ(a)、(b)
に対応する温度分布を示す。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the present invention,
The state of the solid-liquid interface when (a) is a single stripe,
(B) shows the state of each solid-liquid interface in the case of three stripes, (c) and (d) are (a) and (b), respectively.
Shows the temperature distribution corresponding to.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 半導体層(帯域溶融再結晶前は、多結晶又は非晶質
であり、再結晶により単結晶化する層である) 3 表面保護層 4 試料 5 シリンドリカルレンズ 6 Arレーザ発生装置 7 コントローラ 8 試料移動ステージ 11 上部焦光ランプ 12 上部焦光ランプの移動方向を示す矢印 13 試料 14 下部平行光ランプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Semiconductor layer (a layer that is polycrystalline or amorphous before zone melting recrystallization and is a layer that becomes single crystal by recrystallization) 3 Surface protective layer 4 Sample 5 Cylindrical lens 6 Ar laser generator 7 Controller 8 Sample moving stage 11 Upper focal light lamp 12 Arrow indicating the moving direction of upper focal light lamp 13 Sample 14 Lower parallel light lamp

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 21/268 Z 8617−4M (72)発明者 大高 剛一 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上5番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 日野 威 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上5番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 佐藤 幸人 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上5番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical location // H01L 21/268 Z 8617-4M (72) Inventor Goichi Otaka Takadate Kumanodo, Natori City, Miyagi Prefecture 10 Ricoh Applied Electronics Research Laboratories, Inc. in the 5th place of the character (72) Inventor Takeshi Hino Takadate Kumanodou, Natori City, Miyagi Prefecture 10 Ricoh Applied Electronics Research Laboratories, Inc. of the 5th place (72) invention Sato Yukito Takadate Kumano-do, Natori City, Miyagi Prefecture 10 5th place in the upper area of the Ricoh Applied Electronic Research Laboratory Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、再結晶化された半導体薄膜が
多数のストライプ状に設けられており、該ストライプと
ストライプの間隔は50μm以下、該ストライプの幅は
300μm以下であることを特徴とする薄膜半導体装
置。
1. A recrystallized semiconductor thin film is provided on a substrate in a large number of stripes, the interval between the stripes is 50 μm or less, and the width of the stripe is 300 μm or less. Thin film semiconductor device.
【請求項2】 前記半導体薄膜がシリコン薄膜である請
求項1記載の薄膜半導体装置。
2. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor thin film is a silicon thin film.
【請求項3】 前記基板が透明石英である請求項1また
は2記載の薄膜半導体装置。
3. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is transparent quartz.
【請求項4】 基板上に多結晶または非晶質半導体層を
ストライプ状に設け、該ストライプとストライプの間隔
は50μm以下、該ストライプの幅は300μm以下と
し、ついでその上に表面保護層を形成した後、帯域溶融
再結晶化法により前記多結晶または非晶質半導体層を再
結晶化することを特徴とする薄膜半導体装置の製法。
4. A polycrystalline or amorphous semiconductor layer is provided in a stripe shape on a substrate, a distance between the stripes is 50 μm or less, a width of the stripe is 300 μm or less, and then a surface protective layer is formed thereon. And then recrystallizing the polycrystalline or amorphous semiconductor layer by a zone melting recrystallization method.
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