JPS5839012A - 非単結晶半導体層の単結晶化方法 - Google Patents

非単結晶半導体層の単結晶化方法

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば絶縁物上に形成された非単結晶半導体層
を、エネルギ線照射により単結晶化する方法の改良に関
する。
半導体基板例えばシリコン（Ｓｌ）基板表面を被覆する
二酸化シリコン（８１０Ｂ）膜のような絶縁物上に、多
結晶シリコン層または非晶質シリコン層を形成し、これ
にレーザビーム或いは荷電粒子線［以下エネルギ線と総
称するコを照射することにより単結晶化する方法が既に
檀々提唱されている。
例えば第１図（ａ）の要部上面図、及び同図の〉のＢ−
Ｂ矢視部断面図に示すように、８１基板１上に加熱酸化
法により５１０２膜２を形成し、該・５１０２＠’２の
一部を選択的に除去して開口８を設けることＫよりＳ１
基板ｌの表面を露出せしめ、この露出せる表面上を含む
５ｉ０２膜２上に非単結晶シリコン層４を化学究相成長
（ＣＶＤ）法等圧より形成する。
次いで非単結晶シリコン層４が８１基板ｌの表面と直接
接触している開口８部を始点として、強度分布が略一様
な長方形状のエネルギ線５をＸ方向（エネルギ線６′の
方向）に移動させる。このように非単結晶シリコンＭ４
はエネルギｌｓ５の照射を受けると溶融し、エネルギ線
５が通過してしまうと再び凝固する。このときエネルギ
線の中心部が通過した部分は単結晶８′を底辺とする８
角形の単結晶層６が形成されるが、その上側及び下側に
は多結晶６ａ、６ｂが形成される。
このようにエネルギ線の中央部のごく狭い範囲のみが単
結晶化し、池は多結晶となるのは、図示せる如く固相一
液相の界面７が走査の進行方向とは反対側に長く伸びる
ためである。即ち、前記長方形ビームの中央部は周辺部
より温度が高く、従って最後に凝固するのであるが、そ
のときは開口８部において接触する基板ｌの結晶方位に
従って固相が成長し、単結晶層６が形成される。しかし
温度の低い周辺部は中央部より先に凝固し、しかもその
近傍に無数に存在する結晶粒を核として固相が中央に両
側から成長するので、単結晶層８から遠い所では周辺部
から伸びた多結晶層６ａ、　６ｂだけとなってしまう。
上述の如〈従来方法ではエネルギ線の断面形状を長方形
状としても単結晶化し得るのは初めのしかも中央部のご
く僅かな範囲に限られ、能率的ではなかった。
本発明の目的は一回の走査で広い範囲を単結晶化し得る
非単結晶層の単結晶化方法を提供することにある。
本発明の特徴は、エネルギ線の強度分布を略一様とし、
且つ前記エネルギ線の断面の周縁の一部を該エネルギ線
の走査方向に対して斜交させて該エネルギ線の走査１行
なうことにある。
以下本発明を実施例により詳細に説明する。
第２図及び第８図は本発明の一実施例を示す要部上面図
であって、第１図（ａ）及び（至）に示した従来例とは
断面形状が走査の進行方向に凸の１く、の字状及び単結
晶側が先に進む傾斜パターンとしたことが異なる。
先ず第２図は第１本日の走査の模様を示す図であって、
第１図とはエネルギ線の断面形状のみが異なる。エネル
ギ線としては例えばアルゴン（Ａｒ）のＣＷレーザビー
ムを用いることができる。
図に示す如く本実施例ではレーザビーム１５の断面形状
を進行方向に凸状としたことにより、固相−液相界１１
ｉｉ１ｉ１７も中央部において進行方向に凸、即ち中央
部が先に凝固し、周縁部は遅く凝固する。
中央部は前述した如く開口８部において、露呈された基
板１表面の結晶方位に従って成長した単結晶層である０
周縁部には前記従来例と同じく多結晶層１５ａ、　　１
６１）が形成されるが、周縁部が凝固する時期は中央部
よねかなシ遅いので、多結晶層１６ａ、　　１６ｂの幅
はごく小さくてすみ、幅の広い単結晶層１６が形成され
る。
以上のようにして第１本日の走査を終った後、第８図に
示すように断面形状が長方形状のレーザビーム１５を、
第１回目の走査領域側（即ち単結晶層１６側）が先に進
むよう走査の進行方向に対して斜交させて第２木目の走
査を行なう。このときレーザビーム１６を図示せる如く
、第１回目の走査において形成された多形６層ｔａｂを
越え、単結晶層１６にオーパフツブさせること、及び開
口８部を始点として走査を開始することが必要である。
このようにすると固相一液相の界面１７′に示すように
前の走査領域側から凝固するので、単結晶層、１６に従
って固相が成長し、単結晶層１６′が形成される。今回
の走査において多結晶層１６ｂは走査領域の下側にのみ
形成され、その幅もごく僅かである。以下この操作を繰
り返すことにより所望領域を能率よく単結晶化すること
ができる。
なお上記一実施例では開口８において露出された基板表
面を核として単結晶層１６を成長せしめた。しかし本実
施例の方法は必ずしも核となる単結晶が存在しなくても
よく、その場合は第１本日の走査において中央部で最初
に形成された微小結晶が核となり、その結晶方位に従っ
て単結晶層が成長する。
第４図は本発明の変形例を示すもので、開口８を５字状
として核となる結晶面を２方向に設けた例である。この
場には始めから第８図の走査方向に斜交する長方形状断
面を有するレーザビーム１５′を用い、開口８０２辺の
交点部を始点とし、一方の辺に沿って第１回目の走査を
行ない、以後これを繰り返す方法によっても良い。この
場合も走査方向に斜交する長方形状レーザビームは、単
結晶側（図の上側）が先に進むような配置とすることが
必要である。
以上説明した一実施例及び変形例ではエネルギ線の断面
形状を′＜、の字状及び走査方向に斜交する長方形状と
した例を掲げて説明したが、ビームの断面形状はこれに
限定されるものではなく種々選択し得る。例えば前記１
〈１の字状パターンに変えて、第５図に示すような、走
査の進行方向に対して後側の辺を１〈１の字状としたパ
ターン［同図れ）］、三日月状パターン「同図（’ｂ）
　］　、或いは走査の進行方向に対して画側も後側も′
＜、の字状とした糸巻き状パターン［同図（０）コとし
てもよい。これらのうち、断面形状を糸巻き状とした場
合は、往復走査が可能である。
また走査方向に斜交する長方形状パターンに変えて、楕
円状パターン［第６図（ａ）　１　、三角形状パターン
［同図（至）ｌ　（（り　］　Ｉ台形状パターン［同図
（ｄ）］等を用いてもよい。これらのうちパターンに対
称性を持たせた同図（（３）及び（ｄ）の三角形状及び
台形状パターンの場合は往復走査が可能である。
上述の如くエネルギ線の断面形状は種々選択し得るが、
要は走査の進行方向に対して後側に走査方向と斜交する
辺を設けることが必要である。更に核となる単結晶領域
または−が、全熱存在しないとき及び走査の始点側にの
み存在する場合は、ビームの断面形状を走査の進行方向
に対して後側を凹（１〈ヨの字状）にする、つまり走査
方向に斜交する辺を２個組み合わせる。また走査方向に
平行する単結晶領域または層が既に存在するときは、走
査の進行方向く対して後側の辺を１〈、の字状とせず、
単結晶領域または層側か先行する片流れ状とすればよい
。
エネルギ線の断面形状を所望のパターンに形成−１−ル
には種々の方法を用いてよい。例えばエネルギ線の径路
中に所望パターンのスリットを配設することにより、エ
ネルギ線を整形し得る。またレーザビームを第７図に示
すように２枚のシリンドリカルレンズを透過せしめるこ
とにより長方形状ビームが得られる。更に第８図に示す
ように、光ファイバ束の一端を円形に、部端を所望の形
状［図では長方形の場合を示すコに束ね、レーザビーム
を円形状端部で受光し、部端より放射せしめることによ
りレーザビームの断面形状を所望パターンに形成し得る
。
以と説明し九如く本発明はエネルギ線の断面形状を制御
し、再結晶化を所望の位置から開始させ、池の場所から
の再結晶化（多結晶の成長）の進行を極力抑え込むこと
により、−回の走査によって得られる単結晶層の面積が
拡大され、非単結晶層を効率良く単結晶化できる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）、（’ｂ）は従来方法の説明に供するため
の要部上面図及び要部断面図、第２図及び第８図は本発
明の一実施例を示す要部上面図、第４図は本発明の変形
例を示す要部上面図、第６図及び第６図は使用し得るエ
ネルギ線の各種断面形状を示す図、第７図及び第８図は
エネルギ線の整形方法を示す要部斜視図である。 図において、２は絶縁層、８は開口、４は非単結晶層、
１６．１５はエネルギ線、１６．１６’は単結晶層、１
６ａ、　　１６ｂ、　　１６ｂは多結６着、１７゜１７
は固相一液相界面を示す。 第１図　　（Ｃ１） ｂ （ｂ） 第２図 １１）Ｄ 第３図 ３ 第４１？Ｉ 第５図 （Ｑ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　　（Ｃ）第６Ｉ
２ （Ｑ）　　　　（ｂ）　　　　　（Ｃ）　　　　　（ｄ
ｉ第７図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 非単結晶半導体層をエネルギーで走査して前記非単結晶
    半導体層を単結晶化するに際し、前記エネルギ線の断面
    の周縁の一部を該エネルギ線の走査方向に対して斜交さ
    せて該エネルギ線の走査を行なうことを特徴とする非単
    結晶半導体層の単結晶化方法。
JP56137546A 1981-08-31 1981-08-31 非単結晶半導体層の単結晶化方法 Granted JPS5839012A (ja)

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