JPH0777196B2 - 単結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents
単結晶シリコン膜の形成方法Info
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- JPH0777196B2 JPH0777196B2 JP4161243A JP16124392A JPH0777196B2 JP H0777196 B2 JPH0777196 B2 JP H0777196B2 JP 4161243 A JP4161243 A JP 4161243A JP 16124392 A JP16124392 A JP 16124392A JP H0777196 B2 JPH0777196 B2 JP H0777196B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶シリコン膜の形成
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の単結晶シリコン膜の形成方法は、
特開５９−１１４８１５，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｓ
ｕｐｐｌ．２０−１，ｐｐ３９−４２（１９８１）の様
にストリップヒータまたはレーザビームまたは電子ビー
ムのみによる非単結晶シリコン膜の加熱溶融単結晶化で
あった。
特開５９−１１４８１５，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｓ
ｕｐｐｌ．２０−１，ｐｐ３９−４２（１９８１）の様
にストリップヒータまたはレーザビームまたは電子ビー
ムのみによる非単結晶シリコン膜の加熱溶融単結晶化で
あった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、ストリップヒーターのみによる加熱溶融結晶化
においては、ストリップヒーター下の非単結晶シリコン
膜を含むすべての膜が非単結晶シリコン膜の溶融温度近
傍の高温にさらされることになり、３次元集積回路の如
くすでに不純物拡散を行ないデバイスを形成した層があ
る場合には、その層上での結晶化となるので下層デバイ
スにおける不純物の再拡散の結果、所望のデバイス特性
からのずれが生じ、さらにデバイスの熱による特性劣化
へとつながる。またレーザビームまたは電子ビームのみ
による溶融単結晶化においては、各ビームが比較的表面
近くに吸収される為、溶融は表面近傍にのみ生ずる。し
たがって、結晶成長の際、種となる単結晶が下層に存在
するような非単結晶シリコン膜の単結晶化では、種結晶
に達するような溶融が不可能になり、３次元集積回路の
ように、多層にデバイスを形成する際の半導体層の結晶
性は下層の半導体層の結晶性より悪くなる為、デバイス
間のばらつき、特性の不均一性が生ずるという問題を有
する。
術では、ストリップヒーターのみによる加熱溶融結晶化
においては、ストリップヒーター下の非単結晶シリコン
膜を含むすべての膜が非単結晶シリコン膜の溶融温度近
傍の高温にさらされることになり、３次元集積回路の如
くすでに不純物拡散を行ないデバイスを形成した層があ
る場合には、その層上での結晶化となるので下層デバイ
スにおける不純物の再拡散の結果、所望のデバイス特性
からのずれが生じ、さらにデバイスの熱による特性劣化
へとつながる。またレーザビームまたは電子ビームのみ
による溶融単結晶化においては、各ビームが比較的表面
近くに吸収される為、溶融は表面近傍にのみ生ずる。し
たがって、結晶成長の際、種となる単結晶が下層に存在
するような非単結晶シリコン膜の単結晶化では、種結晶
に達するような溶融が不可能になり、３次元集積回路の
ように、多層にデバイスを形成する際の半導体層の結晶
性は下層の半導体層の結晶性より悪くなる為、デバイス
間のばらつき、特性の不均一性が生ずるという問題を有
する。
【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、高性能なデバイス
特性を必要とする多層構造による多機能素子における如
く、単結晶化する非単結晶シリコン膜が種となる結晶か
ら、各種用途に必要な層により隔てられて存在する場合
にも下層部の結晶化したシリコン膜と特性上差のない均
一な層の形成方法を提供することにある。
るもので、その目的とするところは、高性能なデバイス
特性を必要とする多層構造による多機能素子における如
く、単結晶化する非単結晶シリコン膜が種となる結晶か
ら、各種用途に必要な層により隔てられて存在する場合
にも下層部の結晶化したシリコン膜と特性上差のない均
一な層の形成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶シリコン
膜の形成方法は、非単結晶シリコン膜のストリップヒー
ターによる溶融およびレーザビームまたは電子ビームに
よる溶融を併用して、非単結晶シリコン膜を単結晶化す
ることを特徴とする。
膜の形成方法は、非単結晶シリコン膜のストリップヒー
ターによる溶融およびレーザビームまたは電子ビームに
よる溶融を併用して、非単結晶シリコン膜を単結晶化す
ることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の上記の構成によれば、ストリップヒー
ターによる加熱により、上層の非単結晶シリコン膜から
下層の非単結晶シリコン膜まで溶融が可能となり、かつ
レーザビームまたは電子ビームでは、基板面方向の表面
の非単結晶シリコン膜のみの溶融が可能となるので、下
層のデバイスへの熱的影響を与えることなく、上層の非
単結晶シリコン膜は種結晶の結晶性を受け継ぎながら成
長するものである。
ターによる加熱により、上層の非単結晶シリコン膜から
下層の非単結晶シリコン膜まで溶融が可能となり、かつ
レーザビームまたは電子ビームでは、基板面方向の表面
の非単結晶シリコン膜のみの溶融が可能となるので、下
層のデバイスへの熱的影響を与えることなく、上層の非
単結晶シリコン膜は種結晶の結晶性を受け継ぎながら成
長するものである。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の実施例における、非単結晶
シリコン膜の結晶化を示す図であって、シリコン基板１
上に、結晶成長の際の種となる種部２上はエッチングに
より除去した絶縁層３上に非単結晶シリコン膜４を形成
する。非単結晶シリコン膜４の溶融には種部２上をカー
ボンストリップヒーター５により、絶縁層３上の非単結
晶シリコン膜４の加熱溶融には、レーザビーム６あるい
は電子ビーム６を使用する。
シリコン膜の結晶化を示す図であって、シリコン基板１
上に、結晶成長の際の種となる種部２上はエッチングに
より除去した絶縁層３上に非単結晶シリコン膜４を形成
する。非単結晶シリコン膜４の溶融には種部２上をカー
ボンストリップヒーター５により、絶縁層３上の非単結
晶シリコン膜４の加熱溶融には、レーザビーム６あるい
は電子ビーム６を使用する。
【０００８】ここでストリップヒーター５は、非単結晶
シリコン膜４側が主たるヒーターとなり、非単結晶シリ
コンの融点以上の温度を保ち種部２上の非単結晶シリコ
ンを溶融する、基板側のヒーターは、融点より低い温度
に保つことにより、基板からの熱の放散をおさえ非単結
晶シリコン膜４が均一に溶融するようにする。
シリコン膜４側が主たるヒーターとなり、非単結晶シリ
コンの融点以上の温度を保ち種部２上の非単結晶シリコ
ンを溶融する、基板側のヒーターは、融点より低い温度
に保つことにより、基板からの熱の放散をおさえ非単結
晶シリコン膜４が均一に溶融するようにする。
【０００９】レーザビーム６または電子ビーム６による
絶縁層３上の非単結晶シリコン膜４の溶融が始まった後
はストリップヒーター５の温度を下げ種部２の結晶性を
受け継ぎながら単結晶化を進める。
絶縁層３上の非単結晶シリコン膜４の溶融が始まった後
はストリップヒーター５の温度を下げ種部２の結晶性を
受け継ぎながら単結晶化を進める。
【００１０】図２に、レーザビーム加熱溶融の際のビー
ムの形状および光エネルギー強度を示す。図２の如く双
峰型エネルギー密度分布を得るためには、２つのレーザ
ビームを使用する方法、あるいは１つのレーザビームを
レンズ系もしくは水晶複屈折板を使用して２つに分割す
る。
ムの形状および光エネルギー強度を示す。図２の如く双
峰型エネルギー密度分布を得るためには、２つのレーザ
ビームを使用する方法、あるいは１つのレーザビームを
レンズ系もしくは水晶複屈折板を使用して２つに分割す
る。
【００１１】図３には、電子ビーム加熱溶融で使用する
ビームの形状と、それを達成する方法を示す。
ビームの形状と、それを達成する方法を示す。
【００１２】ｙ方向に数ＫＨｚ以上の高周波をのせて高
速偏向をさせることにより電子ビームを線状化する。こ
の線状ビームを図４に示す如くχ方向に走査することに
より帯状に溶融部が形成される。またこの際の結晶化領
域の温度分布は、図２に示す如くの分布となる。
速偏向をさせることにより電子ビームを線状化する。こ
の線状ビームを図４に示す如くχ方向に走査することに
より帯状に溶融部が形成される。またこの際の結晶化領
域の温度分布は、図２に示す如くの分布となる。
【００１３】図２に示す温度分布を実現することによ
り、中心部では温度が低く、周辺部では高い双峰型の温
度分布となるので、中心付近から周辺部へ向かって結晶
が成長するので、走査方向に結晶化が進み大面積の結晶
化が可能となる。ストリップヒーターによる加熱では種
部２上の最上層の非単結晶シリコン膜から最下層の非単
結晶シリコン膜までの溶融が可能となるので、結晶化で
は常に、種結晶の結晶性を受け継ぎながら非単結晶シリ
コン膜を結晶化することができるので、各結晶化シリコ
ン膜は、特性の均一な層となる。一方レーザビームまた
は電子ビームによる加熱溶融では、熱の吸収はほとんど
表面の非単結晶シリコン膜４で生ずるので、表面の非単
結晶シリコン膜４のみ溶融し下層への熱の影響を与える
ことはない。したがって、下層にデバイスが形成してあ
る場合にも、熱によるデバイスの破壊あるいは不純物の
再拡散によるデバイスの特性のばらつきは押えられ、各
層に均一なデバイスの形成を可能にする。
り、中心部では温度が低く、周辺部では高い双峰型の温
度分布となるので、中心付近から周辺部へ向かって結晶
が成長するので、走査方向に結晶化が進み大面積の結晶
化が可能となる。ストリップヒーターによる加熱では種
部２上の最上層の非単結晶シリコン膜から最下層の非単
結晶シリコン膜までの溶融が可能となるので、結晶化で
は常に、種結晶の結晶性を受け継ぎながら非単結晶シリ
コン膜を結晶化することができるので、各結晶化シリコ
ン膜は、特性の均一な層となる。一方レーザビームまた
は電子ビームによる加熱溶融では、熱の吸収はほとんど
表面の非単結晶シリコン膜４で生ずるので、表面の非単
結晶シリコン膜４のみ溶融し下層への熱の影響を与える
ことはない。したがって、下層にデバイスが形成してあ
る場合にも、熱によるデバイスの破壊あるいは不純物の
再拡散によるデバイスの特性のばらつきは押えられ、各
層に均一なデバイスの形成を可能にする。
【００１４】図４は、絶縁基板上に形成する非単結晶シ
リコン膜の単結晶化を示す図である。絶縁基板上には絶
縁基板を加工してレリーフを形成してある。このレリー
フは絶縁基板上に絶縁層を形成し、絶縁層をエッチング
して形成することも可能である。レリーフを形成した絶
縁基板上の非単結晶シリコン膜４を加熱溶融後結晶化す
ると、結晶方位を規制することができ、均一な層を形成
できる。結晶方位はレリーフ形状により異なり、図４の
如く形状のレリーフでは＜１００＞方向の単結晶化が可
能となる。したがってレリーフ形状を決定して、前述の
シリコン単結晶基板と同様に単結晶化を実行すること
で、各結晶化シリコン膜間で、特性のばらつきのない均
一な結晶化シリコン膜の形成が可能となる。
リコン膜の単結晶化を示す図である。絶縁基板上には絶
縁基板を加工してレリーフを形成してある。このレリー
フは絶縁基板上に絶縁層を形成し、絶縁層をエッチング
して形成することも可能である。レリーフを形成した絶
縁基板上の非単結晶シリコン膜４を加熱溶融後結晶化す
ると、結晶方位を規制することができ、均一な層を形成
できる。結晶方位はレリーフ形状により異なり、図４の
如く形状のレリーフでは＜１００＞方向の単結晶化が可
能となる。したがってレリーフ形状を決定して、前述の
シリコン単結晶基板と同様に単結晶化を実行すること
で、各結晶化シリコン膜間で、特性のばらつきのない均
一な結晶化シリコン膜の形成が可能となる。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、結晶
性を決定する種部上の非単結晶シリコン膜の加熱溶融に
はストリップヒーターを使用し、絶縁層上の非単結晶シ
リコンの加熱溶融には、双峰型の温度分布を形成するよ
うに構成したレーザビームまたは電子ビームを使用して
非単結晶シリコン膜の単結晶化を行なうことにより、３
次元集積回路の如く層状に絶縁層と非単結晶シリコン膜
を形成する場合の非単結晶シリコン膜の単結晶化の場合
にも、種部上では結晶化毎に、最上層の非単結晶シリコ
ン膜から最下層の非単結晶シリコン膜まで加熱溶融し、
その後レーザビームまたは電子ビームで絶縁層上の非単
結晶シリコン膜を加熱溶融して単結晶化を行なうので、
常に種部の結晶性を受け継ぎながら単結晶化できること
になり、各単結晶化シリコン膜間の結晶性は均一とな
る。また、絶縁層上の非単結晶シリコン膜の単結晶化で
は、レーザビームまたは電子ビームの使用により、下層
への熱的な影響を廃除しているので、下層の単結晶化シ
リコン膜に形成したデバイス特性に影響を与えることな
く単結晶化を実行できる。加えて、絶縁基板にレリーフ
加工をすることにより、加熱溶融後の結晶化で、結晶方
位をそろえることが可能となるので、本発明の製造方法
により、絶縁基板上での非単結晶シリコン膜の単結晶化
を可能にする。
性を決定する種部上の非単結晶シリコン膜の加熱溶融に
はストリップヒーターを使用し、絶縁層上の非単結晶シ
リコンの加熱溶融には、双峰型の温度分布を形成するよ
うに構成したレーザビームまたは電子ビームを使用して
非単結晶シリコン膜の単結晶化を行なうことにより、３
次元集積回路の如く層状に絶縁層と非単結晶シリコン膜
を形成する場合の非単結晶シリコン膜の単結晶化の場合
にも、種部上では結晶化毎に、最上層の非単結晶シリコ
ン膜から最下層の非単結晶シリコン膜まで加熱溶融し、
その後レーザビームまたは電子ビームで絶縁層上の非単
結晶シリコン膜を加熱溶融して単結晶化を行なうので、
常に種部の結晶性を受け継ぎながら単結晶化できること
になり、各単結晶化シリコン膜間の結晶性は均一とな
る。また、絶縁層上の非単結晶シリコン膜の単結晶化で
は、レーザビームまたは電子ビームの使用により、下層
への熱的な影響を廃除しているので、下層の単結晶化シ
リコン膜に形成したデバイス特性に影響を与えることな
く単結晶化を実行できる。加えて、絶縁基板にレリーフ
加工をすることにより、加熱溶融後の結晶化で、結晶方
位をそろえることが可能となるので、本発明の製造方法
により、絶縁基板上での非単結晶シリコン膜の単結晶化
を可能にする。
【図１】 本発明の単結晶シリコン膜の形成方法の一実
施例を示す主要断面図。
施例を示す主要断面図。
【図２】 レーザビームの形状およびその温度分布を示
す図。
す図。
【図３】 電子ビームを線状化する方法を示す図。
【図４】 本発明を絶縁基板上で実施した場合の一実施
例を示す図。
例を示す図。
１・・・シリコン単結晶基板 ２・・・種部 ３・・・絶縁層 ４・・・非単結晶シリコン膜 ５・・・ストリップヒーター ６・・・レーザビームまたは電子ビーム ７・・・溶融部 ８・・・レーザビーム ９・・・温度分布 １０・・・電子ビーム １１・・・偏向コイル １２・・・絶縁基板
Claims (4)
- 【請求項１】 非単結晶シリコン膜を加熱溶融した後、
単結晶化させる単結晶シリコン膜の形成方法において、シリコン単結晶基板上に、単結晶化の際の種となる種部
上をエッチング除去した絶縁膜を形成する工程、 前記絶縁膜上及び前記シリコン単結晶基板の前記種部上
に非単結晶シリコン膜を形成する工程、 前記シリコン単結晶基板の前記種部の上部に固定的に存
在し、かつ前記非単結晶シリコン膜の融点以上の温度に
保たれた主ヒーターと、前記シリコン単結晶の前記種部
の下部に固定的に存在し、かつ前記非単結晶シリコン膜
の融点より低い温度に保たれた副ヒーターとから構成さ
れ、前記種部を上下から挟み込むように存在するストリ
ップヒーターにより、前記種部及び前記種部上に位置す
る前記非単結晶シリコン膜の最上層までを加熱溶融する
工程、 前記ストリップヒーターによって加熱溶融されている領
域から、その領域の周辺部へ向かって、レーザービーム
あるいは電子ビームを前記非単結晶シリコン膜に対して
相対的に移動することにより、前記ストリップヒーター
の温度を下げると共に、前記非単結晶シリコン膜を、前
記種部の結晶性を受け継ぎながら単結晶化する工程、 を有することを特徴とする単結晶シリコン膜の形成方
法。 - 【請求項２】 非単結晶シリコン膜を加熱溶融した後、
単結晶化させる単結晶シリコン膜の形成方法において、絶縁基板を加工して前記絶縁基板上にレリーフを形成す
るか又は絶縁基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をエ
ッチングしてレリーフを形成する工程、 前記レリーフが設けられた前記絶縁基板上に非単結晶シ
リコン膜を形成する工程、 前記非単結晶シリコン膜の種部となる部分の上部に固定
的に存在し、かつ前記非単結晶シリコン膜の融点以上の
温度に保たれた主ヒーターと、前記種部下の前記絶縁基
板下部に固定的に存在し、かつ前記非単結晶シリコン膜
の融点より低い温度に保たれた副ヒーターとから構成さ
れ、前記種部を上下から挟み込むように 存在するストリ
ップヒーターにより、前記種部に位置する前記非単結晶
シリコン膜の最上層までを加熱溶融する工程、 前記ストリップヒーターによって加熱溶融されている領
域から、その領域の周辺部へ向かって、レーザービーム
あるいは電子ビームを前記非単結晶シリコン膜に対して
相対的に移動することにより、前記ストリップヒーター
の温度を下げると共に、前記非単結晶シリコン膜を、前
記レリーフの形状により決まる面方位を有しながら単結
晶化する工程、 を有することを特微とする単結晶シリコン膜の形成方
法。 - 【請求項３】 前記レーザビームは、２つのビームまた
は１つのビームを２つに分割し、双峰型エネルギー密度
分布を形成して、前記非単結晶シリコン膜を加熱溶融
し、単結晶化することを特徴とする請求項１または請求
項２記載の単結晶シリコン膜の形成方法。 - 【請求項４】 前記電子ビームは、数ＫＨｚ以上の周波
数による高速偏向によりビームを線状にして前記非単結
晶シリコン膜を加熱溶融し単結晶化することを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の単結晶シリコン膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4161243A JPH0777196B2 (ja) | 1984-12-06 | 1992-06-19 | 単結晶シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59258164A JPH0738377B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 単結晶シリコン膜の成形方法 |
| JP4161243A JPH0777196B2 (ja) | 1984-12-06 | 1992-06-19 | 単結晶シリコン膜の形成方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59258164A Division JPH0738377B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 単結晶シリコン膜の成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140322A JPH06140322A (ja) | 1994-05-20 |
| JPH0777196B2 true JPH0777196B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=26487446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4161243A Expired - Fee Related JPH0777196B2 (ja) | 1984-12-06 | 1992-06-19 | 単結晶シリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777196B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8247317B2 (en) * | 2009-09-16 | 2012-08-21 | Applied Materials, Inc. | Methods of solid phase recrystallization of thin film using pulse train annealing method |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP4161243A patent/JPH0777196B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06140322A (ja) | 1994-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |