JPH11345768A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH11345768A JPH11345768A JP10424299A JP10424299A JPH11345768A JP H11345768 A JPH11345768 A JP H11345768A JP 10424299 A JP10424299 A JP 10424299A JP 10424299 A JP10424299 A JP 10424299A JP H11345768 A JPH11345768 A JP H11345768A
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- thin film
- semiconductor thin
- energy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】均一な物性で良質の半導体薄膜を製造すること
を目的とする。 【解決手段】ビームの形状を板状に変形して、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。
を目的とする。 【解決手段】ビームの形状を板状に変形して、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。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜の製造
方法に関わり、特に基板上に半導体薄膜を堆積し、この
半導体薄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。
方法に関わり、特に基板上に半導体薄膜を堆積し、この
半導体薄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。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、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
体に高エネルギー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。
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
体に高エネルギー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。
【０００３】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。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指傷を受けた。
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。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指傷を受けた。
【０００４】一方、第１図ｂ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。
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】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。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。
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。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。
【０００６】一方、第１図ｂ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。
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。
【０００７】さらに、第１図ａの場合も、第１図ｂの場
合もビームをＸ紬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。
合もビームをＸ紬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。
【０００８】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ぽすことを防止し、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。
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ぽすことを防止し、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、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
は結晶化をはかる半導体薄膜の製造方法において、上記
ビームの形状を板状に変形して、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
は結晶化をはかる半導体薄膜の製造方法において、上記
ビームの形状を板状に変形して、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。
【００１０】
【作用】本発明の骨子は、エネルギービームの形状が板
状になっていることにある。
状になっていることにある。
【００１１】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、ビーム源のエネルギービームを凸レ
ンズと凹レンズに透過させて、板状に変形したものであ
る。
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、ビーム源のエネルギービームを凸レ
ンズと凹レンズに透過させて、板状に変形したものであ
る。
【００１２】これによって、第１図ａや第１図ｂ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。
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。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【００１４】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は凹レンズ、２３は凸レンズ、２
４は鏡、２５は凸レンズ、２６は試料である。
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は凹レンズ、２３は凸レンズ、２
４は鏡、２５は凸レンズ、２６は試料である。
【００１５】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２５〔ｃｍ〕正方形のガラス基板（絶縁体基板）
３１表面全面に１００（ｎｍ）のシリコン層（半導体薄
膜）３２を形成する。レーザーの発振波長はＸｅＣｌエ
キシマレーザーの３０８〔ｎｍ〕とした。レーザービー
ムの大きさは、１辺５〔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、レーザービームの走査方法とし
て、鏡２４をＹ軸方向に１〔ｍｍ／ｓ〕の速度で動作し
てレーザービームを走査した。Ｘ軸方向のレーザービー
ムの幅は凹レンズ２２と凸レンズ２３の距離を変化させ
て調節する。さらに、レーザー発信部出口でのレーザー
ビームのエネルギー密度は、２０００〔ｍＪ／（ｃｍ２
・パルス）〕であるが、凸レンズ２４を透過直後では、
ビームの幅が５０倍となるため、４００〔ｍＪ／ｃｍ２
・パルス）〕と５０分の１となる。アニール効果を減少
させないため、凸レンズ２５でエネルギー密度を再び２
０００〔ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）〕に高める。エネル
ギー密度は、試料と凸レンズ２５の距離で調整できる。
この距離を少なくするには曲率の大きい凸レンズを使用
すれば実現できる。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。
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２５〔ｃｍ〕正方形のガラス基板（絶縁体基板）
３１表面全面に１００（ｎｍ）のシリコン層（半導体薄
膜）３２を形成する。レーザーの発振波長はＸｅＣｌエ
キシマレーザーの３０８〔ｎｍ〕とした。レーザービー
ムの大きさは、１辺５〔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、レーザービームの走査方法とし
て、鏡２４をＹ軸方向に１〔ｍｍ／ｓ〕の速度で動作し
てレーザービームを走査した。Ｘ軸方向のレーザービー
ムの幅は凹レンズ２２と凸レンズ２３の距離を変化させ
て調節する。さらに、レーザー発信部出口でのレーザー
ビームのエネルギー密度は、２０００〔ｍＪ／（ｃｍ２
・パルス）〕であるが、凸レンズ２４を透過直後では、
ビームの幅が５０倍となるため、４００〔ｍＪ／ｃｍ２
・パルス）〕と５０分の１となる。アニール効果を減少
させないため、凸レンズ２５でエネルギー密度を再び２
０００〔ｍＪ／（ｃｍ２・パルス）〕に高める。エネル
ギー密度は、試料と凸レンズ２５の距離で調整できる。
この距離を少なくするには曲率の大きい凸レンズを使用
すれば実現できる。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。
【００１６】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
な大きさの幅にビームの大きさを調整した板状のビーム
で照射すればよい。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。
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
な大きさの幅にビームの大きさを調整した板状のビーム
で照射すればよい。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。
【００１７】
【発明の効果】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０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。
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０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。
【図１】ａ、ｂはエネルギービームの走査方法の例を示
す模式図。
す模式図。
【図２】本発明の１実施例方法に使用したレーザーアニ
ール装置を示す概略構成図。
ール装置を示す概略構成図。
【図３】上記実施例にかかわるシリコン薄膜結晶層の製
造工程を示す断面図である。
造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例である。
２１…レーザー発振部 ２２…凹レンズ ２３…凸レンズ ２４…鏡 ２５…凸レンズ ２６…試料 ３１…ガラス基板（絶縁体基板） ３２…シリコン層（半導体薄膜）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年５月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】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の製造方法を提供することに
ある。
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の製造方法を提供することに
ある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に半導
体薄膜を堆積し、該半導体薄膜にエネルギービームを照
射して、前記半導体薄膜の結晶粒径の拡大又は結晶化を
行う半導体薄膜の製造方法において、前記エネルギービ
ームの照射領域に重複部分が生じないように前記半導体
薄膜に前記エネルギービームを照射することを特徴とす
る。
体薄膜を堆積し、該半導体薄膜にエネルギービームを照
射して、前記半導体薄膜の結晶粒径の拡大又は結晶化を
行う半導体薄膜の製造方法において、前記エネルギービ
ームの照射領域に重複部分が生じないように前記半導体
薄膜に前記エネルギービームを照射することを特徴とす
る。
Claims (1)
- 【請求項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結晶化をはかる半導体薄膜
の製造方法において、 上記ビームの形状を板状に変形して、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
る半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10424299A JPH11345768A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10424299A JPH11345768A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2087977A Division JP3033120B2 (ja) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11345768A true JPH11345768A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=14375495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10424299A Withdrawn JPH11345768A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11345768A (ja) |
-
1999
- 1999-04-12 JP JP10424299A patent/JPH11345768A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030121 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041201 |