JPH0878328A - 半導体層の溶融再結晶化方法，及び半導体層を溶融再結晶化するための装置 - Google Patents

半導体層の溶融再結晶化方法，及び半導体層を溶融再結晶化するための装置

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JPH0878328A
JPH0878328A JP6214567A JP21456794A JPH0878328A JP H0878328 A JPH0878328 A JP H0878328A JP 6214567 A JP6214567 A JP 6214567A JP 21456794 A JP21456794 A JP 21456794A JP H0878328 A JPH0878328 A JP H0878328A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来方法に比して結晶粒界の発生を軽減する
ことができ、結晶粒径（単結晶領域）を拡大化すること
ができる半導体層の溶融再結晶化方法を提供する。 【構成】 半導体ウエハ１を平板状のカーボンヒータ２
の上面に載置し、半導体ウエハ１をその裏面側から加熱
して、半導体ウエハ１の全体を半導体層５，及び絶縁膜
６が溶融しない温度まで昇温し、この状態で、加熱手段
１０の先端部（スポット状の発熱領域）１０ａを半導体
ウエハ１の中心部の上方に配置し、半導体ウエハ１と所
定間隔を保ちながら、一定の移動速度で当該配置位置か
ら当該配置位置を中心にその回転半径が大きくなるよう
に螺旋状に移動させて、半導体層５の全体を溶融再結晶
化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体層の溶融再結晶
化方法，及び半導体層を溶融再結晶化するための装置、
特に、結晶粒界を低減またはその発生領域を制御するこ
とができ、その結晶粒径（単結晶領域）が大きく拡大化
した半導体層を得ることができる半導体層の溶融再結晶
化方法，及び当該方法を行うための装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体層を溶融再結晶化するこ
とにより、当該半導体層における単結晶領域（結晶粒
径）を拡大化して半導体層の導電率等の電気特性を改善
することが行われている。
【０００３】図１８は従来の半導体層の帯域溶融再結晶
化方法（ＺＭＲ：Zone Melting Recrystallization）を
行うための装置の構成を斜視図であり、図において、１
は半導体ウエハ、２は半導体ウエハ１がその上面に載置
された平板状のカーボンヒータ、３は半導体ウエハ１の
上方において、図中の矢印３ａの方向に一定速度で移動
する線状のカーボンヒータである。また、図１９は図１
８に示された半導体ウエハ１の構成を示す断面図であ
り、上記半導体ウエハ１は、この図に示すように、例え
ば石英からなる絶縁基板４と、この絶縁基板４上に形成
されたシリコン等からなる多結晶または非晶質の半導体
層５と、この半導体層５の上面に被着した例えばＳｉＯ
2 からなる絶縁膜６から構成されている。なお、上記半
導体ウエハ１の絶縁基板４としては、シリコン基板表面
に例えばＳｉＯ2 からなる絶縁膜を被着してなるものを
使用することもできる。
【０００４】以下、帯域溶融再結晶化方法（ＺＭＲ）を
詳しく説明する。半導体ウエハ１を平板状のカーボンヒ
ータ２上に載置してこれを予備加熱する。そして、半導
体ウエハ１の上方に線状のカーボンヒータ３を配置し、
当該線状のカーボンヒータ３を、矢印３ａの方向に一定
速度で移動させる。この線状のカーボンヒータ３の移動
により、半導体ウエハ１中の半導体層５の線状のカーボ
ンヒータ３により加熱された線状（帯状）領域が一旦溶
融し、線状のカーボンヒータ３の通過後冷却されて再結
晶化することとなり、半導体層５の一方の側から他方の
側に向けて帯域溶融再結晶化が進行する。
【０００５】図２０はかかる帯域溶融再結晶化を詳しく
説明するための図であり、図において、５は上記半導体
層で、このうちの領域Ｍは線状のカーボンヒータ３によ
って加熱されて溶融されている領域、領域Ｐは未だ溶融
されていない多結晶または非晶質領域、領域ＲＣは溶融
後自然冷却により固化冷却されて単結晶化した単結晶領
域である。また、図中ａは領域Ｐと領域Ｍの中間位置を
示し、ｂは領域Ｍと領域ＲＣの中間位置を示している。
また、グラフの横軸はカーボンヒータ３の移動方向３ａ
に沿う位置、縦軸は温度を表す。また、この縦軸に付さ
れたＴｓは平板状のカーボンヒータ２の予備加熱温度を
示し、ＴＭは半導体層５の融点を示している。この図か
らわかるように、線状のカーボンヒータ３が移動により
半導体層５の加熱領域が移動し、その温度が高くなり融
点ＴＭを越えると溶融し、線状のカーボンヒータ３が遠
ざかると自然冷却されて徐々に固化冷却されて単結晶
化、すなわち、結晶粒径（単結晶領域）の拡大化がなさ
れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の帯域溶融再
結晶化方法（ＺＭＲ）は確かに半導体層における結晶粒
径（単結晶領域）の拡大化をはかることができるもので
あるが、未だ以下に記すような問題点を有している。
【０００７】図２１は上記従来の帯域溶融再結晶化方法
により半導体ウエハ１中の半導体層５が帯域溶融再結晶
化されていく状態を模式的に示した図であり、図２１
(a) はその全体図、図２１ (b)はその要部拡大図（図２
１(a) の符号Ａで特定した部分の拡大図）である。この
図に示すように、帯域溶融再結晶化では、線状（帯状）
の溶融領域が再結晶化するため、再結晶化の種となる結
晶核５ａが多量に発生し（図２１(b) ）、再結晶化して
得られた半導体層には結晶粒界（隣接する結晶方位の異
なる単結晶領域間の界面に発生する結晶構造の乱れ）５
ｂが無秩序に多数発生することとなり（図２１(a) ）、
半導体層における単結晶領域（結晶粒径）５ｃを未だ十
分に拡大化することができない。
【０００８】そこで、結晶粒界の発生位置を制御するこ
とにより、上述の帯域溶融再結晶化方法（ＺＭＲ）に比
べて結晶粒径（単結晶領域）をより拡大化できるように
した帯域溶融再結晶化方法も提案されている。
【０００９】図２２はこの帯域溶融再結晶化方法を説明
するための図で、図２２(a) はその際に用いられる半導
体ウエハの構造を示す断面図、図２２(b) はこの半導体
ウエハ内部の温度分布を示した図である。また、図２３
はこの帯域溶融再結晶化方法により溶融再結晶化がなさ
れた半導体層の結晶状態を示す模式図である。図におい
て、図１８と同一符号は同一または相当する部分を示
し、１Ａは半導体ウエハ、７は半導体ウエハ１Ａの絶縁
膜６の上面に所定間隔を空けて周期的に形成されたスト
ライプ状の断熱膜である。ここで、断熱膜７としては半
導体膜が用いられる。この帯域溶融再結晶化方法は、上
記図１８で説明した方法のそれと基本的に同じである
が、半導体ウエハとして、その絶縁膜６の上面にストラ
イプ状の断熱膜７を形成した半導体ウエハ１Ａを用い、
カーボンストリップヒータ３をストライプ状の断熱膜７
のストライプ方向に移動させる点が、上記図１８で説明
した方法と異なっている。
【００１０】この帯域溶融再結晶化方法では、半導体ウ
エハ１Ａ内部の温度が、図２２(b)に示すように、その
ストライプ状の断熱膜７の下に位置する部分の温度が他
の部分より低くなる正弦波状の分布を有するものとな
る。従って、この方法によれば、帯域溶融再結晶化の過
程で半導体層５に形成される溶融部分と固化（再結晶
化）部分との界面（固液界面）の形状は、この正弦波状
の温度分布を反映した凹凸を有するものとなって、図２
３に示すように、結晶粒界５ｂが半導体層のストライプ
状の断熱膜７の下方に位置する，上記凹凸形状の固液界
面の凹部に集中して発生することとなり、上記図１８に
示す従来方法に比べて、半導体層における結晶粒径（単
結晶領域）５ｃをより拡大化することができる。
【００１１】しかしながら、この方法は、半導体ウエハ
１Ａの絶縁膜６の上面に予めストライプ状の断熱膜７を
周期的に形成しておく必要があるため、上記図１８に示
した従来方法に比べてその工程が煩雑になり、コスト高
となる問題点を有している。また、確かに、上記図１８
に示した従来方法に比べて、半導体層における結晶粒径
（単結晶領域）を拡大化することはできるものの、結晶
粒界の発生を実質的には抑えることができないため、未
だ、結晶粒径（単結晶領域）を十分に拡大化することが
できないという問題点がある。
【００１２】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、従来方法に比して結晶粒界の
発生を軽減することができ、結晶粒径（単結晶領域）を
拡大化することができる半導体層の溶融再結晶化方法，
及び当該方法を行うための装置を提供することを目的と
する。
【００１３】更に、この発明の他の目的は、その絶縁膜
上にストライプ状の断熱膜を形成してなる半導体ウエハ
を用いることなく、結晶粒界の発生位置を制御して、結
晶粒径（単結晶領域）の拡大化を図ることができる半導
体層の帯域溶融再結晶化方法，及び当該方法を行うため
の装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
層の溶融再結晶化方法（請求項１）は、半導体層に対し
相対的に加熱領域を移動させることにより当該半導体層
を溶融再結晶化し、当該半導体層に大面積の単結晶領域
を生じせしめる半導体層の溶融再結晶化方法において、
上記加熱領域はスポット状の加熱領域であり、当該スポ
ット状の加熱領域を螺旋状に移動させて上記半導体層を
溶融再結晶化することを特徴とするものである。
【００１５】更にこの発明（請求項２）は、上記半導体
層の溶融再結晶化方法において、上記スポット状の加熱
領域を、上記半導体層の中心を移動開始位置として、そ
の回転半径が大きくなるように移動させることを特徴と
するものである。
【００１６】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項３）は、上記半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再結
晶化すべき半導体層とこの半導体層の上下面に形成され
た絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置さ
れ、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温度
まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導体
ウエハの上方に設けられ、そのスポット状の発熱領域が
当該半導体ウエハから一定間隔を空けて螺旋状に移動す
る第２のヒータ手段とを備えてなることを特徴とするも
のである。
【００１７】更に、この発明にかかる半導体層の溶融再
結晶化方法（請求項４）は、半導体層に対し相対的に加
熱領域を移動させることにより当該半導体層を溶融再結
晶化し、当該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせし
める半導体層の溶融再結晶化方法において、上記加熱領
域はその長手方向に高温域と低温域とが交互に形成され
た線状の加熱領域であり、当該線状の加熱領域をその長
手方向に対して垂直方向に移動させて上記半導体層を溶
融再結晶化することを特徴とするものである。
【００１８】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項５）は、上記半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再結
晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成さ
れた絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置さ
れ、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温度
まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導体
ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の側
から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を一定速
度で移動する，複数の半導体レーザチップを直線状に並
べてアレイ化してなる線状の第２のヒータ手段とを備
え、上記第２のヒータ手段の，上記直線状に並べられた
複数の半導体レーザチップは、これらの出射レーザ光の
照射により加熱される対象物の表面の温度が正弦波状の
分布を有するものとなるような，互いに異なる強度のレ
ーザ光を出射するものであることを特徴とするものであ
る。
【００１９】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項６）は、上記半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再結
晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成さ
れた絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置さ
れ、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温度
まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導体
ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の側
から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を空けて
一定速度で移動する，複数の半導体レーザチップを直線
状に並べられてアレイ化してなる線状の第２のヒータ手
段とを備え、上記第２のヒータ手段の上記直線状に並べ
られた複数の半導体レーザチップは、これらの出射レー
ザ光の照射により加熱される対象物の表面の温度が正弦
波状の分布を有するものとなるような，互いに異なる出
射方向にレーザ光を出射するものであることを特徴とす
るものである。
【００２０】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項７）は、上記半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再結
晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成さ
れた絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置さ
れ、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温度
まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導体
ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の側
から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を空けて
一定速度で移動する，その長手方向の厚みに周期的な凹
凸を有する分布が形成されてなる線状のカーボンヒータ
からなる第２のヒータ手段とを備えてなることを特徴と
するものである。
【００２１】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項８）は、上記半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再結
晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成さ
れた絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置さ
れ、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温度
まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導体
ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の側
から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を空けて
一定速度で移動する，その長手方向の全域を流れる第１
の電流と、その長手方向に所定間隔を空けて特定された
複数の所定長さの島状領域を流れる複数の第２の電流と
により、その長手方向に周期的な凹凸を有する分布の発
熱量分布が形成された線状のカーボンヒータからなる第
２のヒータ手段とを備えてなることを特徴とするもので
ある。
【００２２】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項９）は、上記半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再結
晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成さ
れた絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置さ
れ、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温度
まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導体
ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の側
から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を空けて
一定速度で移動する，その複数の長尺面のうちの所定の
一面に複数の放熱性部材が所定間隔を空けて配置された
線状のカーボンヒータからなる第２のヒータ手段とを備
えてなることを特徴とするものである。
【００２３】更に、この発明にかかる半導体層の溶融再
結晶化方法（請求項１０）は、半導体層に対し相対的に
加熱領域を移動させることにより当該半導体層を溶融再
結晶化し、当該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせ
しめる半導体層の溶融再結晶化方法において、上記加熱
領域はその長手方向の少なくとも一辺がジグザク状，ま
たは正弦波状の一辺である線状の加熱領域であり、当該
線状の加熱領域を、上記ジグザグ状，または正弦波状の
一辺を移動方向の後側にして、その長手方向に対して垂
直方向に移動させて上記半導体層を溶融再結晶化するこ
とを特徴とするものである。
【００２４】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項１１）は、上記半導体層
の溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再
結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成
された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置
され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温
度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導
体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の
側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を空け
て一定速度で移動する，その複数の長尺面の所定の一面
にジグザグ状，または正弦波状の凹凸が形成された線状
カーボンヒータからなる第２のヒータ手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。
【００２５】更に、この発明にかかる半導体層の溶融再
結晶化方法（請求項１２）は、半導体層に対し相対的に
加熱領域を移動させることにより当該半導体層を溶融再
結晶化し、当該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせ
しめる半導体層の溶融再結晶化方法において、上記加熱
領域はジグザグ状，または正弦波状に折れ曲がった線状
の加熱領域であり、当該線状の加熱領域を、その長手方
向に対して垂直方向に移動させて上記半導体層を溶融再
結晶化することを特徴とするものである。
【００２６】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項１３）は、上記半導体層
の溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再
結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成
された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置
され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温
度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、上記半導
体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハの一方の
側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間隔を一定
速度で移動する，複数の半導体レーザチップをジグザグ
状，または正弦波状に折れ曲がった線状に並べられてア
レイ化してなる第２のヒータ手段とを備えたことを特徴
とするものである。
【００２７】更に、この発明にかかる半導体層の溶融再
結晶化方法（請求項１４）は、半導体層に対し相対的に
加熱領域を移動させることにより当該半導体層を溶融再
結晶化し、当該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせ
しめる半導体層の溶融再結晶化方法において、上記加熱
領域はスポット状，またはそれの移動によって上記半導
体層に形成される溶融再結晶化領域が、単一の結晶核を
種結晶として再結晶化した微小な溶融再結晶化領域とな
るような短尺の線状の加熱領域であり、上記半導体層を
その中心を回転中心として水平回転させ、当該水平回転
している半導体層の上記回転中心から、当該水平回転し
ている半導体層の外周へ向かって、上記スポット状，ま
たは短尺の線状の加熱領域を移動させて上記半導体層を
溶融再結晶化することを特徴とするものである。
【００２８】更に、この発明にかかる半導体層を溶融再
結晶化するための装置（請求項１５）は、上記半導体層
の溶融再結晶化方法を行うための装置であって、溶融再
結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面に形成
された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面に載置
され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融しない温
度まで加熱するとともに、それ自体が水平回転すること
により上記半導体ウエハを水平回転させる平板状の第１
のヒータ手段と、上記平板状の第１のヒータ手段の水平
回転により水平回転する上記半導体ウエハの上方に設け
られ、その上記スポット状，または短尺の線状の加熱領
域を形成するためのスポット状，または短尺の線状の発
熱部が、当該水平回転する半導体ウエハの回転中心から
外周側へ、当該半導体ウエハから一定間隔を空けて一定
速度で移動する，第２のヒータ手段とを備えてなること
を特徴とするものである。
【００２９】
【作用】この発明（請求項１，及び３）においては、上
記構成としたから、上記半導体層は、その溶融再結晶化
過程の初期において複数の結晶核が生成せず、単一の結
晶核が生成し、この単一の結晶核を種結晶としてそのほ
ぼ全体が再結晶化されることとなる。従って、上記半導
体層は、上記単一の結晶核の結晶構造（結晶方位）と同
一の結晶構造（結晶方位）でもって、そのほぼ全体が再
結晶化されることとなるので、結晶粒界が発生が低減さ
れ、その結晶粒径（単結晶領域）が従来よりも拡大化し
た半導体層を得ることができる。
【００３０】更に、この発明（請求項２）においては、
上記構成としたから、上記スポット状の加熱領域を上記
半導体層の周辺部からその回転半径が小さくなるように
移動させた場合は、上記スポット状の加熱領域が上記半
導体層の周辺部を一回転する間に複数の結晶核が生成す
ることがあるが、本構成では半導体層の中心に単一の結
晶核が形成され、この単一の結晶核を結晶種として、こ
の結晶核の結晶構造（結晶方位）を受け継いだ結晶構造
の再結晶化領域が半導体層の周辺部に順次拡大していく
こととなり、その結果、結晶粒界の発生を大きく低減す
ることができる。
【００３１】更に、この発明（請求項４，５，６，７，
８，及び９）においては、上記構成としたから、上記半
導体層に形成される線状の溶融領域は、上記加熱領域の
温度分布に対応した温度分布を有するものとなり、上記
半導体層の再結晶化の過程で生ずる溶融部と固化（再結
晶化）部分との界面（固液界面）の形状は、上記温度分
布の形状を反映した凹凸を有するものとなる。従って、
従来のように、半導体ウエハの絶縁膜上にストライプ状
の断熱膜を形成する必要なく、結晶粒界の発生位置を制
御しながら半導体層を再結晶化することができるので、
半導体層の溶融再結晶化に伴う全体の工程を簡略化で
き、コストを低減することができる。
【００３２】更に、この発明（請求項１０，１１）にお
いては、上記構成としたから、上記半導体層に形成され
る線状の溶融領域の形状は、上記その長手方向の少なく
とも一辺がジグザグ状，または正弦波状である線状の加
熱領域の形状に対応したものとなり、その移動方向の後
ろ側の一辺がジグザグ状，または正弦波状となる。従っ
て、上記半導体層の再結晶化の過程で生ずる溶融部と固
化（再結晶化）部分との界面（固液界面）の形状は、上
記線状の溶融領域のジグザグ状，または正弦波状の一辺
の形状を反映した凹凸を有するものとなり、従来のよう
に、半導体ウエハの絶縁膜上にストライプ状の断熱膜を
形成する必要なく、結晶粒界の発生位置を制御しながら
半導体層を再結晶化することができるので、半導体層の
溶融再結晶化に伴う全体の工程を簡略化でき、コストを
低減することができる。
【００３３】更に、この発明（請求項１２，１３）にお
いては、上記構成としたから、上記半導体層に形成され
る線状の溶融領域は、上記ジグザグまたは正弦波状に折
れ曲がった線状の加熱領域に対応して、ジグザグまたは
正弦波状に折れ曲がったものとなる。従って、上記半導
体層の再結晶化の過程で生ずる溶融部と固化（再結晶
化）部分との界面（固液界面）の形状は、上記ジグザグ
または正弦波の凹凸を反映した凹凸を有するものとな
り、従来のように、半導体ウエハの絶縁膜上にストライ
プ状の断熱膜を形成する必要なく、結晶粒界の発生位置
を制御しながら半導体層を再結晶化することができるの
で、半導体層の溶融再結晶化に伴う全体の工程を簡略化
でき、コストを低減することができる。
【００３４】更に、この発明（請求項１４，１５）にお
いては、上記構成としたから、上記スポット状または単
尺の線状の加熱領域の移動に伴って、上記水平回転する
半導体層は、その中心単一の結晶核を生成し、この単一
の結晶核を種としてその全体が再結晶化がされることと
なる。従って、上記半導体層は、上記単一の結晶核の結
晶構造（結晶方位）と同一の結晶構造（結晶方位）でも
って、その全体が再結晶化されることとなり、結晶粒界
が低減して、その結晶粒径（単結晶領域）が従来よりも
拡大化した半導体層を得ることができる。
【００３５】
【実施例】実施例１ ．図１はこの発明の実施例１による半導体層の
溶融再結晶化方法を行うための装置の構成を示す図であ
り、図において、図１８と同一符号は同一または相当す
る部分を示し、１０は図示しない駆動機構により、半導
体ウエハ１の所定間隔を開けた上方を移動する加熱手段
である。この加熱手段１０は、例えばカーボンヒータを
ペン状に加工して、その先端部（スポット状の発熱部）
１０ａ以外を、例えば窒ホウ素（ＢＮ）等の絶縁性の耐
熱材料からなる熱放射抑止膜１１で被覆したものからな
り、前述の図示しない駆動機構より、上記その先端部１
０ａが、半導体ウエハ１の所定間隔を開けた上方におい
て、所定位置からその回転半径が大きくなるように螺旋
状に移動する。ここで、上記加熱手段１０の先端部（ス
ポット状の発熱部）１０ａはその直径（幅）が１ｍｍ以
下の円錐台状または角錐台状に加工されている。また、
半導体ウエハ１は、その表面にシリコン酸化膜，シリコ
ン窒化膜，シリコン窒化酸化膜，アルミ酸化膜，または
アルミ窒化膜の何れかの単一膜，もしくはこれらのうち
の２つ以上を重ねた積層膜からなる絶縁膜が形成された
シリコン基板４と、このシリコン基板４上に形成された
シリコンの多結晶または非晶質からなる半導体層５と、
この半導体層５上に形成されたシリコン酸化膜，シリコ
ン窒化膜，シリコン窒化酸化膜，アルミ酸化膜またはア
ルミ窒化膜の何れかの単一膜，もしくはこれらのうちの
２つ以上を重ねた積層膜からなる絶縁膜６から構成され
ている。
【００３６】次に、動作について説明する。半導体ウエ
ハ１を平板状のカーボンヒータ２の上面に載置し、半導
体ウエハ１をその裏面側から加熱して、半導体ウエハ１
の全体を半導体層５，及び絶縁膜６が溶融しない温度ま
で昇温し、この状態で、加熱手段１０の先端部（スポッ
ト状の発熱部）１０ａを、半導体ウエハ１の中心部の上
方に配置し、半導体ウエハ１と所定間隔を保ちながら、
一定の移動速度で、当該配置位置から当該配置位置を中
心にその回転半径が大きくなるように螺旋状に移動させ
て、半導体層５に未溶融再結晶化部分が生じないよう
に、半導体層５の全体を溶融再結晶化する。図２はかか
る加熱手段１０の先端部（スポット状の発熱部）１０ａ
の走査により、半導体ウエハ１中の半導体層５が溶融再
結晶化されていく状態を模式的に示した図であり、図に
おいて、５ｄは加熱手段１０の先端部（スポット状の発
熱部）１０ａよって形成されたスポット状の溶融領域、
５ｅは加熱手段１０の先端部１０ａの通過により再結晶
化がなされた既溶融再結晶化領域（単結晶領域）であ
る。なお、図中の一点鎖線は、既溶融再結晶化領域５ｅ
が形成された履歴を示し、点線は溶融領域５ｄが移動し
ていく道筋を示している。本実施例方法は、この図に示
すように、加熱手段１０の先端部（スポット状の発熱
部）１０ａを、当該加熱手段１０の先端部（スポット状
の発熱部）１０ａにより形成されるスポット状の溶融領
域５ｄが、既に溶融再結晶化がなされた既溶融再結晶化
領域５ｅの端部に重なるように、移動させる。
【００３７】このような本実施例方法では、加熱手段１
０の先端部（スポット状の発熱部）１０ａの移動によ
り、最初に半導体層５の中心の微小領域が溶融し、再結
晶化され、当該領域は単一の結晶核を種結晶として再結
晶化される。そして、この後、加熱手段１０の先端部
（スポット状の発熱部）１０ａの移動とともに、半導体
層の未だ溶融再結晶化がなされていない領域が、既に溶
融再結晶化がなされた既溶融再結晶化領域５ｅの一部と
同時に溶融再結晶化されていくこととなる。従って、順
次拡大化していく溶融再結晶化領域は、上記最初に溶融
再結晶化がなされて生成した上記単一の結晶核を種結晶
として再結晶化した微小領域の結晶構造（結晶方位）
（正確には、上記単一の結晶核の結晶構造（結晶方
位））を受け継いだ，当該微小領域（結晶核）と同一の
結晶構造（結晶方位）を有するものとなって、結晶粒界
の発生が大きく低減し、結晶粒径（単結晶領域）が従来
よりも拡大化した半導体層を得ることができる。
【００３８】なお、本実施例では、加熱手段１０の先端
部（スポット状の発熱部）１０ａを、半導体層５の中心
部を初期位置とし、その回転半径が大きくなるように移
動させるようにしたが、本発明においては、半導体ウエ
ハ１の周辺部の上方を加熱手段１０の先端部（スポット
状の発熱部）１０ａの初期位置とし、当該加熱手段１０
の先端部（スポット状の発熱部）１０ａを、当該初期位
置から半導体ウエハ１の中心部へ向かって、その回転半
径が小さくなるように螺旋状に移動させるようにして
も、本実施例と同様に、結晶粒径（単結晶領域）が従来
よりも拡大化した半導体層を得ることができる。ただ
し、この場合は、加熱手段１０の先端部１０ａが、半導
体ウエハ１の周辺部を一周するまで、複数の結晶核（種
結晶）を発生することがあり、本実施例に比して若干多
くの結晶粒界を生ずる傾向となる。
【００３９】また、本実施例では、加熱手段１０（の先
端部１０ａ）を移動させるものとしたが、加熱手段１０
を固定し、平板状カーボンヒータ２を水平回転させて、
加熱手段１０の先端部（スポット状の発熱部）１０ａが
半導体ウエハ１に対して相対的に螺旋状に移動するよう
にしても、同様の効果を得ることができる。
【００４０】また、本実施例では、加熱手段１０とし
て、カーボンヒータをペン状に加工して、その先端部１
０ａ以外を熱放射抑止膜１１で被覆したものを用いた
が、本発明においては、加熱手段１０として、半導体レ
ーザ素子，ハロゲンランプ，またはＩＲランプ等のカー
ボンヒータ以外の加熱源からなる他の加熱手段を適用で
きることは言うまでもない。
【００４１】実施例２．図３はこの発明の実施例２によ
る半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構成
を示す図であり、図において、図１８と同一符号は同一
または相当する部分を示し、２０は半導体レーザアレイ
で、ストッリプ状の基体２０ａと、ストッリプ状の基体
２０ａの長尺面の所定の一面に、その長手方向に直線状
に並ぶように取り付けられた複数の半導体レーザチップ
２０ｂとから構成されている。ここで、半導体ウエハ１
は実施例１で使用したものと同じものである。また、図
４は本実施例方法を行って加熱される半導体ウエハ１の
表面温度を示した図である。
【００４２】本実施例方法は、図１８に示した従来の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであるが、従来の線
状カーボンヒータ３を、上記半導体レーザアレイ２０に
置き換え、半導体ウエハ１の上方において、この半導体
レーザアレイ２０を半導体ウエハ１の一方の側から他方
の側へ一定速度で移動させるものである。ここで、複数
の半導体レーザチップ２０ｂから出射する複数のレーザ
光は、その出射方向は互いに同じであるが、その強度は
同じではなく、当該複数のレーザ光によって加熱される
半導体ウエハの表面温度が、図４に示す分布（正弦波状
の分布）を有するものとなるような、強度差を有してい
る。
【００４３】このような本実施例方法では、図２２に示
した従来方法と同様に、半導体ウエハ１の内部の半導体
層５の温度は、図２２(b) に示す正弦波状の分布を有す
るものとなり、帯域溶融再結晶化の過程で半導体層５に
形成される溶融部分と固化（再結晶化）部分との界面
（固液界面）の形状は、この正弦波状の温度分布を反映
した正弦波状（周期的な凹凸を有する形状）となる。従
って、結晶粒界は、この正弦波状（周期的な凹凸を有す
る形状）の固液界面の凹部に形成されることとなり、そ
の単結晶領域（結晶粒径）が図１８に示した従来方法に
より帯域溶融再結晶化された半導体層のそれよりも拡大
化した半導体層５を得ることができる。従って、本実施
例方法によれば、図２２に示した従来方法のように、半
導体ウエハ１にストライプ状の断熱膜を形成する必要が
なくなるので、従来（図２２示した従来方法）に比し
て、半導体層の帯域溶融再結晶化に要する全体工程を簡
単にでき、コストを削減することができる。
【００４４】実施例３．図５はこの発明の実施例３によ
る半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構成
を示す図であり、図において、図１８と同一符号は同一
または相当する部分を示し、３０は半導体レーザアレイ
で、これは線状の基体３０ａと、線状の基体３０ａの長
尺面の所定の一面に、その長手方向に並ぶように取り付
けられた複数の半導体レーザチップ３０ｂとから構成さ
れている。ここで、半導体ウエハ１は実施例１で使用し
たものと同じものである。
【００４５】また、図６(b) は本実施例方法により加熱
される半導体ウエハ１表面におけるレーザ光の光エネル
ギー密度を示した図であり、図６(b) は半導体ウエハ１
の表面温度を示した図である。
【００４６】本実施例方法は、図１８に示した状態の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであるが、従来の線
状カーボンヒータ３を、上記半導体レーザアレイ３０に
置き換え、半導体ウエハ１の上方において、この半導体
レーザアレイ３０を半導体ウエハ１の一方の側から他方
の側へ一定速度で移動させるものである。ここで、複数
の半導体レーザチップ３０ｂは、互いに同じ強度のレー
ザ光を出射するものであるが、これら複数の半導体レー
ザチップ３０ｂは、各々から出射するレーザ光が、半導
体ウエハの表面におけるレーザ光の光エネルギー密度が
図６(a) に示す分布（正弦波状の分布）を有するものと
なるような，互いに異なる出射方向となるように、線状
の基体３０ａに取り付けられている。そして、これによ
って、半導体ウエハ１の表面温度は、図６(b) に示す、
上記光エネルギー密度の分布を反映した分布（正弦波状
の分布）を有するものとなっている。
【００４７】このような本実施例方法においても、図２
２に示した従来方法と同様に、半導体ウエハ１の内部の
半導体層５の温度は、図２２(b) に示す分布（正弦波状
の分布）を有するものとなり、上記実施例２と同様の効
果を得ることができる。
【００４８】なお、本実施例では、複数の半導体レーザ
チップ３０ｂを、各々のレーザ光が互いに異なる方向へ
出射するように、線状の基体３０ａに取り付けてアレイ
化してなる半導体レーザアレイ３０を用いたが、複数の
半導体レーザチップを、各々から出射するレーザ光が互
いに同一方向に出射するようにアレイ化してなる半導体
レーザアレイを用い、この半導体レーザアレイの複数の
半導体レーザチップから出射するレーザ光を、凹面と凸
面が交互に配置されてなる反射鏡で反射させて、半導体
ウエハ表面に照射することにより、加熱される半導体ウ
エハの表面における光エネルギー密度を、図６(a) に示
す分布（正弦波状の分布）を有するもとなるようにして
も、同様の効果を得ることができる。
【００４９】実施例４．図７はこの発明の実施例４によ
る半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構成
を示す図であり、図において、図１８，２１と同一符号
は同一または相当する部分を示し、３ｂは線状のカーボ
ンヒータであり、図中の矢印はこの線状のカーボンヒー
タ３ｂの移動方向を示している。ここで、線状のカーボ
ンヒータ３ｂは、その複数の長尺面の所定の一面にＶ字
溝３ｃの繰り返しによるジグザグ状の凹凸が形成されて
いる。なお、この図では、装置の構成を示すともに、半
導体ウエハ１中の半導体層５が帯域溶融再結晶化されて
いく状態を模式的に示している。
【００５０】本実施例方法は、図１８に示した従来の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであり、従来の線状
のカーボンヒータ３を、上記その長尺面の所定の一面に
Ｖ字溝３ｃの繰り返しによるジグザグ状の凹凸が形成さ
れた線状のカーボンヒータ３ｂに代え、この線状のカー
ボンヒータ３ｂを、その上記ジグザグ状の凹凸が形成さ
れた長尺面がその移動方向の後側となるように、半導体
ウエハ１の上方において、半導体ウエハ１の一方の側か
ら他方の側へ所定速度で移動させるものである。このよ
うな本実施例方法では、線状のカーボンヒータ３ｂの移
動により半導体ウエハ１の半導体層５に生じる線状（帯
状）の溶融領域の移動方向の後側となるの一辺が、線状
のカーボンヒータ３ｂの上記ジグザグ状の凹凸が形成さ
れた長尺面に対応してジグザグ状となり、この線状（帯
状）の溶融領域はそのジグザグ状の一辺の凹部から先に
冷却されて固化し、凸部が後に冷却されて固化すること
となる。従って、再結晶化する過程で半導体層５に形成
される溶融部分と個化（再結晶化）部分との界面（固液
界面）の形状は、線状カーボンヒータ３ｂの上記ジグザ
グ状の凹凸が形成された長尺面の形状を反映したジグザ
グ状となり、図７に示すように、結晶粒界５ｂは、半導
体層５の線状のカーボンヒータ３ｂの上記ジグザグ状の
凹凸が形成された長尺面の凹部の通過した部分に集中し
て発生し、その単結晶領域５ｃが図１８に示した従来方
法により帯域溶融再結晶化された半導体層のそれよれり
も一層拡大化した半導体層５を得ることができる。従っ
て、本実施例方法においても、上記実施例２と同様の効
果を得ることができる。
【００５１】なお、本実施例では線状のカーボンヒータ
３ｂの複数の長尺面の所定の一面にジグザグ状の凹凸を
形成したが、正弦波状の凹凸を形成しても、同様の効果
を得ることができる。
【００５２】実施例５．図８，９はこの発明の実施例５
による半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の
構成を示す図であり、図８はその全体を示す側面図、図
９はその線状加熱手段の構成を詳しく説明するための要
部斜視図である。これらの図において、図２０と同一符
号は同一または相当する部分を示し、４０は線状の加熱
手段で、これは、その厚みがその長手方向に正弦波状に
変化する線状のカーボンヒータ３ｄと、この線状のカー
ボンヒータ３ｄの半導体ウエハ１に対向する面以外の面
を被覆する熱放射抑止膜１１とから構成されている。な
お、図９中の矢印は線状加熱手段４０の移動方向を示し
ている。
【００５３】本実施例方法は、図１８に示した従来の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであり、従来の線状
のカーボンヒータ３を、上記線状の加熱手段４０に代
え、この線状の加熱手段４０を、半導体ウエハ１の上方
において、半導体ウエハ１の一方の側から他方の側へ所
定速度で移動させるものである。ここで、線状の加熱手
段４０を構成する線状のカーボンヒータ３ｄは、その長
手方向の厚みに正弦波状の分布を有しているため、その
長手方向の抵抗が、この厚みの分布に逆比例した分布
（図１０(a) ）を有し、その長手方向の発熱量がこの抵
抗の分布に比例した分布（図１０(b) ）を有している。
従って、線状のカーボンヒータ３ｄにより加熱される半
導体ウエハ１は、その表面温度が図４と同様の正弦波状
の分布を有するものとなる。
【００５４】このような本実施例方法では、図２２に示
した従来方法と同様に、半導体ウエハ１の内部の半導体
層５の温度は、図２２(b) に示す分布（正弦波状の分
布）を有するものとなり、再結晶化の過程で半導体層５
に形成される溶融部分と固化（再結晶化）部分との界面
（固液界面）の形状は、この正弦波状の温度分布を反映
した正弦波状（周期的な凹凸を有する形状）となる。従
って、結晶粒界は、この正弦波状（周期的な凹凸を有す
る形状）の固液界面の凹部に形成されることとなり、そ
の単結晶領域（結晶粒径）が図１８に示した従来方法に
より帯域溶融再結晶化された半導体層のそれよりも拡大
化した半導体層５を得ることができる。従って、本実施
例方法においても、上記実施例２と同様の効果を得るこ
とができる。
【００５５】実施例６．図１１はこの発明の実施例６に
よる半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構
成を示す図であり、図において、図１８と同一符号は同
一または相当する部分を示し、５０は線状のカーボンヒ
ータで、これは、ブロック状のカーボンヒータ５０ａ
と，電極片５０ｂとを交互に導電性の接着剤（図示せ
ず）で接着して、長尺の直線状に組み立ててなるもので
ある。
【００５６】本実施例方法は、図１８に示した従来の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであり、従来の線状
のカーボンヒータ３を、上記線状のカーボンヒータ５０
に代え、この線状のカーボンヒータ５０を、半導体ウエ
ハ１の上方において、半導体ウエハ１の一方の側から他
方の側へ一定速度で移動させるものである。ここで、線
状のカーボンヒータ５０は、図１１に示すように、その
両端の電極間に電流量ｉ1 の第１の電流が流され、複数
の電極５０ｂのうちの複数組の並設する２つの電極間に
電流量ｉ2 の第２の電流が流されて、その長手方向に図
１２(a) に示す櫛歯状の電流量分布が形成され、その長
手方向に図１２(b) に示す櫛歯状の発熱量分布を形成し
て発熱している。
【００５７】このような本実施例方法においても、半導
体ウエハ１はその表面温度が図４と同様の正弦波状の分
布を有するものとなるように加熱され、図２２に示した
従来方法と同様に、半導体ウエハ１の内部の半導体層５
の温度は、図２２(b) に示す正弦波状の分布を有するも
のとなる。従って、本実施例方法においても、上記実施
例２と同様の効果を得ることができる。
【００５８】実施例７．図１３はこの発明の実施例７に
よる半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構
成を示す図であり、図において、図１８と同一符号は同
一または相当する部分を示し、６０は線状の加熱手段、
これは、線状のカーボンヒータ３と、この線状のカーボ
ンヒータ３の上面に所定間隔を空けて立設された複数の
柱状の放熱部材６０ａとから構成されている。ここで、
柱状の放熱部材６０ａは熱伝導性の高い銅，鉄等の金属
からなっている。
【００５９】本実施例方法は、図１８に示した従来の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであり、従来の線状
のカーボンヒータ３を、上記線状の加熱手段６０に代
え、この線状の加熱手段６０を、半導体ウエハ１の上方
において、半導体ウエハ１の一方の側から他方の側へ所
定速度で移動させるものである。ここで、線状の加熱手
段６０は、図１３に示すように、線状のカーボンヒータ
３が発熱すると，線状のカーボンヒータ３の柱状の放熱
部材６０ａの周辺部分で発生した熱が柱状の放熱部材６
０ａを通して放熱され、線状のカーボンヒータ３の温度
は、図１４に示すような複数の山が連なった形状の分布
を有するものとなる。
【００６０】このような本実施例方法では、半導体ウエ
ハ１はその表面温度が図１４と同様の分布を有するもの
となるように加熱され、半導体ウエハ１の内部の半導体
層５の温度は図１４と同様の分布を有するものとなる。
従って、本実施例方法においても、帯域溶融再結晶化の
過程で半導体層５に形成される溶融部分と固化（再結晶
化）部分との界面（固液界面）の形状は、この温度分布
を反映した周期的な凹凸を有する形状となって、結晶粒
界がこの周期的な凹凸の凹部に形成されることとなるの
で、上記実施例２と同様の効果を得ることができる。
【００６１】実施例８．図１５はこの発明の実施例８に
よる半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構
成を示す図で、図１５(a) はその全体構成を示す図、図
１５(b) はその主要構成である半導体レーザアレイの構
成を示す図である。図において、図１８と同一符号は同
一または相当する部分を示し、７０は半導体レーザアレ
イで、これはジグザグに折れ曲がった線状の基体７０ａ
と、この線状の基体７０ａのジグザグに折れ曲がった長
尺面７０ｃに、ジグザグに折れ曲がる線状に並べて取り
付けられた複数の半導体レーザチップ７０ｂとから構成
されている。
【００６２】本実施例方法は、図１８に示した従来の帯
域溶融再結晶化方法と基本的に同じであるが、従来の線
状カーボンヒータ３を、上記半導体レーザアレイ７０に
置き換え、半導体ウエハ１の上方において、この半導体
レーザアレイ７０を半導体ウエハ１の一方の側から他方
の側へ所定速度で走査するものである。ここで、複数の
半導体レーザチップ７０ｂから出射する複数のレーザ光
は、互いに同じ強度を有し、その出射方向は半導体ウエ
ハ１の表面に垂直である。
【００６３】このような本実施例方法では、半導体レー
ザアレイ７０を移動することにより、半導体ウエハ１内
の半導体層５にはジグザグに折れ曲がった線状（帯状）
の溶融領域が進行し、この線状（帯状）溶融領域の再結
晶化の過程において固液界面の形状は周期的な凹凸を有
する形状となる。従って、本実施例方法においても、上
記実施例４と同様の効果を得ることができる。
【００６４】なお、本実施例ではジグザグに折れ曲がっ
た線状の基体を用いたが、若干幅広の直線状の基板を用
い、これの所定の長尺面に上記複数の半導体レーザチッ
プ７０ｂをジグザグに折れ曲がる線状に並べて取り付け
てもよい。
【００６５】実施例９．図１６はこの発明の実施例９に
よる半導体層の溶融再結晶化方法を行うための装置の構
成を示す図で、図１６(a) はその側面図、図１６(b) は
その上面図である。図において、図１８と同一符号は同
一または相当する部分を示し、８０ａは短尺の線状のカ
ーボンヒータ、２ａはその上面に半導体ウエハ１が載置
された平板状のカーボンヒータである。平板状のカーボ
ンヒータ２ａはその下面の中心部に取り付けられたシャ
フト８０ｂが図示しないモータのモータ軸に繋がってお
り、当該モータにより水平回転するようになっている。
ここで、半導体ウエハ１は実施例１で使用したものと同
じものである。また、短尺の線状のカーボンヒータ８０
ａは、これの移動によって半導体ウエハ１内の半導体層
５に形成される溶融再結晶化領域が、単一の結晶核を種
結晶として再結晶化した微小な溶融再結晶化領域となる
程度の短尺なものである。
【００６６】次に、動作について説明する。まず、半導
体ウエハ１を平板状カーボンヒータ２ａの上面に、その
中心部が当該平板状カーボンヒータ２ａの上面の中心に
位置するように固定する。次に、半導体ウエハ１を平板
状カーボンヒータ２ａで加熱して、半導体ウエハ１の全
体をその内部の半導体層５，及び絶縁膜６が溶融しない
温度まで昇温する。そして、この状態で、平板状カーボ
ンヒータ２ａを水平回転させることにより、半導体ウエ
ハ１をその中心部を回転中心にして水平回転させ、短尺
の線状のカーボンヒータ８０ａを、当該水平回転してい
る半導体ウエハ１の中心部の上方から、半導体ウエハ１
の外周へ向かって、半導体ウエハ１と所定間隔を保って
一定速度で移動させて、半導体ウエハ１の内部の半導体
層５を溶融再結晶化させる。
【００６７】このような本実施例方法では、まず、水平
回転する半導体ウエハ１内部の水平回転する半導体層５
の中心部の微小領域が、その上方に配置された短尺の線
状のカーボンヒータ８０ａにより加熱されて溶融し、短
尺の線状のカーボンヒータ８０ａが移動により冷却さ
れ、単一の結晶核を種結晶として再結晶化する。この
後、短尺の線状のカーボンヒータ８０ａの移動により、
水平回転する半導体層５の短尺の線状のカーボンヒータ
８０ａの中心部の下方に位置する領域が集中的に加熱さ
れて、溶融再結晶化がなされ（両端部の下方に位置する
領域は中心部の下方に位置する領域に比べて、加熱され
る程度が小さく溶融しない。）、半導体層５はその中心
部から外周へ向かって順次溶融再結晶化されていくこと
となり、既溶融再結晶化領域５ｅが半導体層５の中心部
から同心円状に拡がるように形成される。この溶融再結
晶化は、上記半導体層５の中心部の微小領域に形成され
た単結晶を種結晶として行われるので、既溶融再結晶化
領域５ｅの結晶構造（結晶方位）は、上記半導体層５の
中心部の微小領域に形成された単結晶（正確には上記結
晶核）の結晶構造（結晶方位）を受け継いだ，当該単結
晶（結晶核）と同一の結晶構造（結晶方位）を有するも
のとなり、既溶融再結晶化領域５ｅは結晶粒界が低減さ
れたものとなる。従って、このようにして溶融再結晶化
がなされた半導体層５はその結晶粒径（単結晶領域）が
従来よりも拡大したものとなる。
【００６８】なお、本実施例では、短尺の線状のカーボ
ンヒータ８０ａを用いたが、図１７に示すように、上記
実施例１で用いたその先端部１０ａがスポット状に発熱
する加熱手段２０を用い、これを水平回転する半導体ウ
エハ１の中心部の上方から、半導体ウエハ１の外周へ向
かって、半導体ウエハ１と所定間隔を保って一定速度で
移動させるようにしても、同様の効果を得ることができ
る。
【００６９】
【発明の効果】以上のように、この発明（請求項１）に
よれば、半導体層に対し相対的に加熱領域を移動させる
ことにより当該半導体層を溶融再結晶化し、当該半導体
層に大面積の単結晶領域を生じせしめる半導体層の溶融
再結晶化方法において、上記加熱領域をスポット状の加
熱領域とし、当該スポット状の加熱領域を螺旋状に移動
させることにより上記半導体層を溶融再結晶化するよう
にしたので、上記半導体層は、単一の結晶核を種結晶と
して、そのほぼ全体が再結晶化されることとなり、その
結果、結晶粒界の発生が低減し、その結晶粒径（単結晶
領域）が従来よりも拡大化した半導体層を得ることがで
きる効果がある。
【００７０】更に、この発明（請求項２）によれば、上
記請求項１の半導体層の溶融再結晶化方法において、上
記スポット状の加熱領域を、上記半導体層の中心を移動
開始位置として、その回転半径が大きくなるように移動
させるようにしたので、半導体層の中心部に単一の結晶
核が形成され、この単一の結晶核を結晶種として、この
結晶核の結晶構造（結晶方位）を受け継いだ結晶構造の
再結晶化領域が半導体層の周辺部に順次拡大していくこ
ととなり、その結果、結晶粒界の発生を従来に比して大
きく低減することができ、その結晶粒径（単結晶領域）
が従来よりも大きく拡大化した半導体層を得ることがで
きる効果がある。
【００７１】更に、この発明（請求項３）によれば、上
記請求項１に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を行う
ための装置を提供することができる。
【００７２】更に、この発明（請求項４）によれは、半
導体層に対し相対的に加熱領域を移動させることにより
当該半導体層を溶融再結晶化し、当該半導体層に大面積
の単結晶領域を生じせしめる半導体層の溶融再結晶化方
法において、上記加熱領域をその長手方向に高温域と低
温域とが交互に形成された線状の加熱領域とし、当該線
状の加熱領域をその長手方向に対して垂直方向に移動さ
せて上記半導体層を溶融再結晶化するようしたので、上
記半導体層に形成される線状の溶融領域は、上記加熱領
域の温度分布に対応した温度分布を有するものとなっ
て、上記半導体層の再結晶化の過程で生ずる溶融部と固
化（再結晶化）部分との界面（固液界面）の形状は、上
記温度分布の形状を反映した凹凸を有するものとなる。
従って、従来のように、半導体ウエハの絶縁膜上にスト
ライプ状の断熱膜を形成する必要なく、結晶粒界の発生
位置を制御しながら半導体層を再結晶化することができ
るので、半導体層の溶融再結晶化に伴う全体の工程を簡
略化でき、コストを削減できる効果がある。
【００７３】更に、この発明（請求項５）によれば、上
記請求項４に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を行う
ための装置を提供することができる。
【００７４】更に、この発明（請求項６）によれば、上
記請求項４に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を行う
ための装置を提供することができる。
【００７５】更に、この発明（請求項７）によれば、上
記請求項４に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を行う
ための装置を提供することができる。
【００７６】更に、この発明（請求項８）によれば、上
記請求項４に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を行う
ための装置を提供することができる。
【００７７】更に、この発明（請求項９）によれば、上
記請求項４に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を行う
ための装置を提供することができる。
【００７８】更に、この発明（請求項１０）によれば、
半導体層に対し相対的に加熱領域を移動させることによ
り当該半導体層を溶融再結晶化し、当該半導体層に大面
積の単結晶領域を生じせしめる半導体層の溶融再結晶化
方法において、上記加熱領域をその長手方向の少なくと
も一辺がジグザク状，または正弦波状の一辺である線状
の加熱領域とし、当該線状の加熱領域を、上記ジグザグ
状，または正弦波状の一辺を移動方向の後側にして、そ
の長手方向に対して垂直方向に移動させて上記半導体層
を溶融再結晶化するようにしたので、上記半導体層に形
成される線状の溶融領域は、上記その進行方向に対する
後側の一辺がジグザグまたは正弦波状の凹凸を有する一
辺となっている線状の加熱領域の形状に対応した形状と
なって、上記半導体層の再結晶化の過程で生ずる溶融部
と固化（再結晶化）部分との界面（固液界面）の形状
は、上記凹凸を反映した凹凸を有するものとなる。従っ
て、従来のように、半導体ウエハの絶縁膜上にストライ
プ状の断熱膜を形成する必要なく、結晶粒界の発生位置
を制御しながら半導体層を再結晶化することができるの
で、半導体層の溶融再結晶化に伴う全体の工程を簡略化
でき、コストを削減できる効果がある。
【００７９】更に、この発明（請求項１１）によれば、
上記請求項１０に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を
行うための装置を提供することができる。
【００８０】更に、この発明（請求項１２）によれば、
半導体層に対し相対的に加熱領域を移動させることによ
り当該半導体層を溶融再結晶化し、当該半導体層に大面
積の単結晶領域を生じせしめる半導体層の溶融再結晶化
方法において、上記加熱領域をジグザグまたは正弦波状
に折れ曲がった線状の加熱領域とし、当該線状の加熱領
域を、その長手方向に対して垂直方向に移動させること
により上記半導体層を溶融再結晶化するようにしたの
で、上記半導体層に形成される線状の溶融領域は、上記
ジグザグまたは正弦波状に折れ曲がった線状の加熱領域
に対応して、ジグザグまたは正弦波状に折れ曲がったも
のとなり、上記半導体層の再結晶化の過程で生ずる溶融
部と固化（再結晶化）部分との界面（固液界面）の形状
は、上記ジグザグまたは正弦波の凹凸を反映した凹凸を
有するものとなる。従って、従来のように、半導体ウエ
ハの絶縁膜上にストライプ状の断熱膜を形成する必要な
く、結晶粒界の発生位置を制御しながら半導体層を再結
晶化することができるので、半導体層の溶融再結晶化に
伴う全体の工程を簡略化でき、コストを削減できる効果
がある。
【００８１】更に、この発明（請求項１３）によれば、
上記請求項１２に開示の半導体層の溶融再結晶化方法を
行うための装置を提供することができる。
【００８２】更に、この発明（請求項１４）によれば、
半導体層に対し相対的に加熱領域を移動させることによ
り当該半導体層を溶融再結晶化し、当該半導体層に大面
積の単結晶領域を生じせしめる半導体層の溶融再結晶化
方法において、上記加熱領域をスポット状，またはそれ
の移動によって上記半導体層に形成される溶融再結晶化
領域が単一の結晶核を種結晶として再結晶化した微小な
溶融再結晶化領域となるような短尺の線状の加熱領域と
し、上記半導体層をその中心を回転中心として水平回転
させ、当該水平回転している半導体層の上記回転中心か
ら、当該水平回転している半導体層の外周へ向かって、
上記スポット状，または短尺の線状の加熱領域を移動さ
せて上記半導体層を溶融再結晶化するようにしたので、
上記短尺または線状の加熱領域の移動に伴って、上記水
平回転する半導体層は、その中心に単一の結晶核を生成
し、この単一の結晶核を種としてその全体が再結晶化が
されることとなり、上記単一の結晶核の結晶構造（結晶
方位）と同一の結晶構造（結晶方位）でもって、その全
体が再結晶化されることとなる。従って、従来よりも結
晶粒界の発生が低減して、その結晶粒径（単結晶領域）
が拡大化した半導体層を得ることができる効果がある。
【００８３】更に、この発明に（請求項１５）によれ
ば、上記請求項１４に開示の半導体層の溶融再結晶化方
法を行うための装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例１による半導体層の溶融再
結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図２】 図１に示した装置の動作，及び半導体層が溶
融再結晶化されていく状態を説明するための図である。
【図３】 この発明の実施例２による半導体層の溶融再
結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図４】 図３に示す装置により加熱される半導体ウエ
ハの表面温度の分布を示す図である。
【図５】 この発明の実施例３による半導体層の溶融再
結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図６】 図４に示す装置により加熱される半導体ウエ
ハの表面におけるレーザ光の光エネルギー密度の分布を
示す図（図６(a) ）と、表面温度の分布を示す図（図６
(b) ）である。
【図７】 この発明の実施例４による半導体層の溶融再
結晶化方法を行うための装置の構成を示す上面図であ
る。
【図８】 この発明の実施例５による半導体層の溶融再
結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図９】 図８に示す装置の構成を詳しく説明するため
の要部斜視図である。
【図１０】 図８に示す装置の線状のカーボンヒータの
長手方向における抵抗の分布を示す図（図１０(a) ）
と、長手方向における発熱量の分布を示す図（図１０
(b) ）である。
【図１１】 この発明の実施例６による半導体層の溶融
再結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図１２】 図１２に示す装置の線状のカーボンヒータ
の長手方向に流れる電流の分布を示す図（図１２(a) ）
と、長手方向における発熱量の分布を示す図（図１２
(b) ）である。
【図１３】 この発明の実施例７による半導体層の溶融
再結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図１４】 図１３に示す装置の線状のカーボンヒータ
の長手方向における温度の分布を示した図である。
【図１５】 この発明の実施例８による半導体層の溶融
再結晶化方法を行うための装置の構成を示す斜視図（図
１５(a) ）と、当該装置の半導体レーザアレイの構成を
示す平面図（図１５(b))である。
【図１６】 この発明の実施例８による半導体層の溶融
再結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図（図
１６(a) ）と、上面図（図１６(b))である。
【図１７】 この発明の実施例８による半導体層の溶融
再結晶化方法を行うための装置の構成を示す側面図であ
る。
【図１８】 従来の半導体層の帯域溶融再結晶化方法を
行うための装置の構成を示す斜視図である。
【図１９】 従来及び本発明で使用される半導体ウエハ
の構成を示す断面図である。
【図２０】 従来の半導体層の帯域溶融再結晶化方法の
メカニズムを説明するための図である。
【図２１】 従来の半導体層の帯域溶融再結晶化方法に
より半導体層が溶融再結晶化されていく状態を模式的に
示した図（図２１(a) ）と、図２１(a) の要部拡大図
（図２１(b) ）である。
【図２２】 従来の半導体層の帯域溶融再結晶化方法を
行うための装置の構成を示す斜視図（図２２(a) ）と、
この装置により加熱された半導体ウエハの内部の温度分
布を示す図（図２２(b) ）である。
【図２３】 図２２に示す装置により帯域溶融再結晶化
がなされた半導体層の結晶状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ、２，２ａ 平板状のカーボンヒー
タ、３，３ｂ，３ｄ，５０ 線状のカーボンヒータ、３
ｃ Ｖ字溝、４ 絶縁基板、５ 半導体層、５ｂ結晶粒
界、５ｃ 単結晶領域、５ｄ 溶融領域、５ｅ 既溶融
再結晶化領域、６ 絶縁膜、１０ 加熱手段、１０ａ
先端部（スポット状の発熱領域）、１１熱放射防止膜、
２０，３０，７０ 半導体レーザアレイ、２０ａ，３０
ａ 線状の基体、２０ｂ，３０ｂ，７０ｂ 半導体レー
ザチップ、４０，６０ 線状の加熱手段、５０ａ ブロ
ック状のカーボンヒータ、５０ｂ 電極片、６０ａ 柱
状の熱放射部材、７０ａ ジグザグに折れ曲がった線状
の基体、７０ｃ ジグザグに折れ曲がった長尺面、８０
ａ 短尺の線状のカーボンヒータ、８０ｂ シャフト。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体層に対し相対的に加熱領域を移動
    させることにより当該半導体層を溶融再結晶化し、当該
    半導体層に大面積の単結晶領域を生じせしめる半導体層
    の溶融再結晶化方法において、 上記加熱領域はスポット状の加熱領域であり、 当該スポット状の加熱領域を螺旋状に移動させて上記半
    導体層を溶融再結晶化することを特徴とする半導体層の
    溶融再結晶化方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法において、 上記スポット状の加熱領域を、上記半導体層の中心部を
    移動開始位置として、その回転半径が大きくなるように
    移動させることを特徴とする半導体層の溶融再結晶化方
    法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、そのスポット状の
    発熱領域が当該半導体ウエハから一定間隔を空けて螺旋
    状に移動する第２のヒータ手段とを備えてなることを特
    徴とする半導体層を溶融再結晶化するための装置。
  4. 【請求項４】 半導体層に対し相対的に加熱領域を移動
    させることにより当該半導体層を溶融再結晶化し、当該
    半導体層に大面積の単結晶領域を生じせしめる半導体層
    の溶融再結晶化方法において、 上記加熱領域はその長手方向に高温域と低温域とが交互
    に形成された線状の加熱領域であり、当該線状の加熱領
    域をその長手方向に対して垂直方向に移動させて上記半
    導体層を溶融再結晶化することを特徴とする半導体層の
    溶融再結晶化方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を一定速度で移動する，複数の半導体レーザチップを
    直線状に並べてアレイ化してなる線状の第２のヒータ手
    段とを備え、 上記第２のヒータ手段の上記直線状に並べられた複数の
    半導体レーザチップは、これらの出射レーザ光の照射に
    より加熱される対象物の表面の温度が正弦波状の分布を
    有するものとなるような，互いに異なる強度のレーザ光
    を出射するものであることを特徴とする半導体層を溶融
    再結晶化するための装置。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を空けて一定速度で移動する，複数の半導体レーザチ
    ップを直線状に並べられてアレイ化してなる線状の第２
    のヒータ手段とを備え、 上記第２のヒータ手段の上記直線状に並べられた複数の
    半導体レーザチップは、これらの出射レーザ光の照射に
    より加熱される対象物の表面の温度が正弦波状の分布を
    有するものとなるような，互いに異なる出射方向にレー
    ザ光を出射するものであることを特徴とする半導体層を
    溶融再結晶化するための装置。
  7. 【請求項７】 請求項４に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を空けて一定速度で移動する，その長手方向の厚みに
    周期的な凹凸を有する分布が形成されてなる線状のカー
    ボンヒータからなる第２のヒータ手段とを備えてなるこ
    とを特徴とする半導体層を溶融再結晶化するための装
    置。
  8. 【請求項８】 請求項４に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を空けて一定速度で移動する，その長手方向の全域を
    流れる第１の電流と、その長手方向に所定間隔を空けて
    特定された複数の所定長さの島状領域を流れる複数の第
    ２の電流とにより、その長手方向に周期的な凹凸を有す
    る分布の発熱量分布が形成された線状のカーボンヒータ
    からなる第２のヒータ手段とを備えてなることを特徴と
    する半導体層を溶融再結晶化するための装置。
  9. 【請求項９】 請求項４に記載の半導体層の溶融再結晶
    化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を空けて一定速度で移動する，その複数の長尺面のう
    ちの所定の一面に複数の放熱性部材が所定間隔を空けて
    配置された線状のカーボンヒータからなる第２のヒータ
    手段とを備えてなることを特徴とする半導体層を溶融再
    結晶化するための装置。
  10. 【請求項１０】 半導体層に対し相対的に加熱領域を移
    動させることにより当該半導体層を溶融再結晶化し、当
    該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせしめる半導体
    層の溶融再結晶化方法において、 上記加熱領域はその長手方向の少なくとも一辺がジグザ
    ク状，または正弦波状の一辺である線状の加熱領域であ
    り、当該線状の加熱領域を、上記ジグザグ状，または正
    弦波状の一辺を移動方向の後側にして、その長手方向に
    対して垂直方向に移動させて上記半導体層を溶融再結晶
    化することを特徴とする半導体層の溶融再結晶化方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体層の溶融再
    結晶化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を空けて一定速度で移動する，その複数の長尺面の所
    定の一面にジグザグ状，または正弦波状の凹凸が形成さ
    れた線状カーボンヒータからなる第２のヒータ手段とを
    備えたことを特徴とする半導体層を溶融再結晶化するた
    めの装置。
  12. 【請求項１２】 半導体層に対し相対的に加熱領域を移
    動させることにより当該半導体層を溶融再結晶化し、当
    該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせしめる半導体
    層の溶融再結晶化方法において、 上記加熱領域はジグザグ状，または正弦波状に折れ曲が
    った線状の加熱領域であり、当該線状の加熱領域を、そ
    の長手方向に対して垂直方向に移動させて上記半導体層
    を溶融再結晶化することを特徴とする半導体層の溶融再
    結晶化方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の半導体層の溶融再
    結晶化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱する平板状の第１のヒータ手段と、 上記半導体ウエハの上方に設けられ、当該半導体ウエハ
    の一方の側から他方の側に当該半導体ウエハから一定間
    隔を一定速度で移動する，複数の半導体レーザチップを
    ジグザグ状，または正弦波状に折れ曲がった線状に並べ
    られてアレイ化してなる第２のヒータ手段とを備えたこ
    とを特徴とする半導体層を溶融再結晶化するための装
    置。
  14. 【請求項１４】 半導体層に対し相対的に加熱領域を移
    動させることにより当該半導体層を溶融再結晶化し、当
    該半導体層に大面積の単結晶領域を生じせしめる半導体
    層の溶融再結晶化方法において、 上記加熱領域はスポット状，またはそれの移動によって
    上記半導体層に形成される溶融再結晶化領域が、単一の
    結晶核を種結晶として再結晶化した微小な溶融再結晶化
    領域となるような短尺の線状の加熱領域であり、 上記半導体層をその中心を回転中心として水平回転さ
    せ、当該水平回転している半導体層の上記回転中心か
    ら、当該水平回転している半導体層の外周へ向かって、
    上記スポット状，または短尺の線状の加熱領域を移動さ
    せて上記半導体層を溶融再結晶化することを特徴とする
    半導体層の溶融再結晶化方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の半導体層の溶融再
    結晶化方法を行うための装置であって、 溶融再結晶化すべき半導体層と，この半導体層の上下面
    に形成された絶縁層とからなる半導体ウエハがその上面
    に載置され、当該半導体ウエハを上記半導体層が溶融し
    ない温度まで加熱するとともに、それ自体が水平回転す
    ることにより上記半導体ウエハを水平回転させる平板状
    の第１のヒータ手段と、 上記平板状の第１のヒータ手段の水平回転により水平回
    転する上記半導体ウエハの上方に設けられ、その上記ス
    ポット状，または短尺の線状の加熱領域を形成するため
    のスポット状，または短尺の線状の発熱部が、当該水平
    回転する半導体ウエハの回転中心から外周側へ、当該半
    導体ウエハから一定間隔を空けて一定速度で移動する，
    第２のヒータ手段とを備えてなることを特徴とする半導
    体層を溶融再結晶化するための装置。
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