JPS6245016A - 半導体薄膜の再結晶化方法 - Google Patents

半導体薄膜の再結晶化方法

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JPS6245016A
JPS6245016A JP18497585A JP18497585A JPS6245016A JP S6245016 A JPS6245016 A JP S6245016A JP 18497585 A JP18497585 A JP 18497585A JP 18497585 A JP18497585 A JP 18497585A JP S6245016 A JPS6245016 A JP S6245016A
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JP
Japan
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solid
semiconductor thin
shape
thin film
film
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JP18497585A
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English (en)
Inventor
Yasuo Kano
狩野 靖夫
Setsuo Usui
碓井 節夫
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体薄膜の再結晶化方法に関するものであっ
て、S OI  (Silicon  on  In5
ulator)構造の形成に適用して最適なものである
〔発明の概要〕
本発明は、絶縁性基板上に形成した半導体薄膜をエネル
ギービーム照射により溶融再結晶化させるようにした半
導体薄膜の再結晶化方法において、再結晶化中の半導体
薄膜における再結晶化領域と溶融領域との固液界面の形
状をモニターしてエネルギービームの照射条件を制御す
ることによりこの固液界面をエネルギービームの走査方
向に凸な形状に保つようにすることによって、結晶性が
良好な再結晶化半導体薄膜を再現性良く形成することが
できるようにしたものである。
〔従来の技術〕
従来、絶縁性基板上に結晶性が良好なSi膜を形成する
ための方法としてサーマルシンク(thermalsi
nk)法と呼ばれる方法が提案されている。この方法に
よれば、第7図に示すように、Si基板1上に紙面に垂
直方向に延びる多数の溝2a(第7図においては1個の
み示す)を有するSiO□膜2を形成し、このSing
膜2上膜条上晶Si膜3を形成した構造の試料にレーザ
ービーム4を照射して多結晶Si膜3を加熱溶融させ、
この溶融した多結晶Si膜3のうちの上記溝2aに対応
する部分の中央部から再結晶化させることによってこの
溝2aにおける多結晶Si膜3を単結晶化するようにし
ている。
しかしながら、このサーマルシンク法は、再結晶化領域
の結晶方位が各溝2a間でばらばらであるという欠点を
有している。
このような欠点を是正し、再結晶化領域の結晶方位をか
なり一様にすることができる方法として双峰型熱分布法
と呼ばれる方法が提案されている。
これによれば、第8図に示すように、Si基板(または
石英基板)1上にSiO□膜2、多結晶St膜3、Si
O□膜5 (キャップ層)を順次形成し、この5i02
膜5上に紙面に垂直方向に延びる開口6aを有する反射
防止膜6を形成した構造の試料にレーザービーム4を照
射したり、第9図に示すように、双峰型エネルギー分布
を有するレーザービーム4を多結晶Si膜3に照射した
りすることによって、多結晶St膜膜内内双峰型熱分布
を実現して再結晶化を行うようにしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述の従来の双峰型熱分布法では、結晶
性は双峰型熱分布形状に依存するので亜結晶粒等を含む
結晶化膜になりやすいという欠点がある。
本発明は、従来技術が有する上述のような欠点を是正し
た半導体薄膜の再結晶化方法を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る半導体薄膜の再結晶化方法は、絶縁性基板
(例えば石英基板7)上に形成した半導体薄膜(例えば
多結晶Si膜3)にエネルギービーム(例えばC(hガ
スレーザーによるレーザービーム4)を照射して加熱す
ることによりこの半導体薄膜を溶融させ、次いで再結晶
化させるようにした半導体薄膜の再結晶化方法において
、上記再結晶化中の上記半導体薄膜における再結晶化領
域と溶融領域との固液界面(例えば固液界面S+)の形
状をモニターすることにより上記エネルギービームの照
射条件(例えばエネルギービームの強度及び/又は走査
速度)を制御し、これによって上記固液界面を上記エネ
ルギービームの走査方向に凸な形状に保つようにしてい
る。
〔作 用〕
このようにすることによって、双峰型熱分布が得られた
状態で半導体薄膜の再結晶化を行うことができる。
〔実施例〕
以下本発明をSol構造における多結晶Si膜の再結晶
化に適用した一実施例を図面に基づき説明する。
第2A図及び第2B図に示すように、例えば石英基板7
上にCVD法により多結晶Si膜3を形成し、次いでこ
の多結晶St膜3をフォトリソグラフィーによりパター
ンニングして紙面に垂直に延びる線状の多結晶St膜3
a〜3cを形成した後、キャンプ層を構成するSiO□
膜5を全面に形成する。
次にこのようにして作製された試料を第3図に示すよう
に再結晶化に用いる装置のXYステージ8に取り付けら
れたガラス板9上の所定位置に載置した後、予め光学系
を通すことにより線状のビームにされた、CO2ガスレ
ーザーによるレーザービーム4を上方より上記試料に照
射する。なおこのレーザービーム4の大きさは、試料上
で例えば2008mX10mm程度になるようにする。
このレーザービーム4は石英基板7の表面で吸収される
ためこの石英基板7の表面が高温に加熱され、この結果
多結晶St膜3a〜3cが加熱されて溶融する。ところ
で、一般に物体からの熱放射の放射率は物質の種類、温
度、さらに固体であるが液体であるかの物質の状態等に
よって異なるが、同一物質では固相と液相とで放射率が
大きく異なる。
従って、多結晶Si膜3a〜3Cからの熱放射を顕微鏡
10を通じてTVカメラ11で撮像することにより、こ
のTVカメラ11に接続されているTVモニター12で
第1図に示すような多結晶Si膜3a〜3Cにおける溶
融領域を観察することができる。なおTVカメラ11に
は多結晶Si膜3a〜3cからの熱放射のみが入射する
ようにする必要があるが、C(hガスレーザーの場合に
は石英基板7及びガラス板9がレーザービーム4のフィ
ルターの役割を果たしてい為ので特別にフィルターを設
ける必要はない。
この第1図はレーザービーム4による多結晶Si膜3a
〜3cの溶融再結晶化が進行中の状態を示し、既に再結
晶化が終了した固相の再結晶5ijJ域13a〜13c
と、レーザービーム4の照射により溶融した液相の溶融
Si領域14a〜14Cと、まだレーザービーム4が照
射されずに多結晶Si膜3a〜3cのまま残っている領
域とが存在している。この第1図においては、上記固相
の再結晶Si領域13a〜13cと液相の溶融Si領域
14a〜14Cとの固液界面SIはレーザービーム4の
走査方向AにV字状゛の凸な形状となっていると共に、
溶融St領領域4a 〜14Cと多結晶Si膜3a〜3
cとの固液界面S2はこの固液界面S2と上記固液界面
Slとの二等分線に関してこの固液界面S1と実質的に
対称な形状となっており、各多結晶Si膜3a〜3Cの
両側面部では温度が高く、中央部では温度が低い双峰型
熱分布が実現されている。
上記固液界面S、、 S、の形状は多結晶Si膜3a〜
3cの厚さ及び幅、キャップ層の構造等によって変化す
るが、レーザービーム4の強度、走査速度等の照射条件
によっても例えば第1図の固液界面S、 I 、S、 
#、2’、Si”(破線で示す)で示されるように変化
するため、例えば次のようにしてレーザービーム4の強
度及び/又は走査速度の制御を行う。すなわち、第4図
に示すように、TVモニター12の画面の水平走査線H
1、■7上での例えば溶融Si領域14bの幅、すなわ
ちその最大幅L1及び最小幅L2を測定し、ΔL=L、
−L2が一定になるようにレーザー装置を制御すること
によりレーザービーム4の強度及び/又は走査速度を制
御すればよい。これを実際に行うには、第5図に示すよ
うに上記水平走査線H6、+1.上での信号電圧v5.
9の変化を示す曲線からり、、 L、に対応するtls
  +2を測定し、次いで例えばΔ1=1.−1゜をD
C電圧に変換した後、このようにして得られたDC電圧
をレーザー装置に帰還させることによりレーザービーム
4の強度及び/又は走査速度を制御する。このようにし
て、固液界面S、、 Siを第1図に示すような形状に
常時保つことができる。
なお第6図に上述したレーザービーム4の制御方法を示
す。
このように、上述の実施例によれば、溶融再結晶化中の
多結晶Si膜3a〜3cにおける固液界面S、、Stの
形状をTVモニター12でモニターすることにより溶融
St領領域4の幅L+、Lxに対応する時間t1、+2
を得、Δ1=1.−1.を変換して得られるDC電圧を
レーザー装置に帰還させてレーザービーム4の照射条件
、特に強度及び/又は走査速度を制御することにより、
固液界面S、、S2の形状が再結晶化中に常時一定にな
るように、特に固液界面S、が常時レーザービーム4の
走査方向に凸な形状となるようにしている。このため、
常時双峰型熱分布が得られた状態で多結晶Si膜3a〜
3Cの再結晶化を行うことができ、従って結晶性が良好
な結晶化Si膜を再現性良く形成するとかできる。
以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実
施例においてはエネルギービームとしてCO□ガスレー
ザーによるレーザービーム4を用いたが、Arレーザー
によるレーザービーム等の各種エネルギービームを用い
ることが可能である。なおエネルギービームとして上述
のArレーザーによるレーザービームを用いる場合には
、第3図のガラス板9と顕微鏡10との間にレーザービ
ームをカットするためのフィルターを設けてレーザービ
ームがTVカメラ11に入射するのを防止する必要があ
る。このためのフィルターとしては、レーザービーム照
射により発光しないフィルターまたは発光するフィルタ
ーの場合にはさらにこの発光により生ずる光をカットす
るためのフィルターを組み合わせたフィルターを用いる
ことができる。
また再結晶化を行うための装置は第3図と異なる構成と
することができ、試料構造も第2A図及び第2B図と異
なる構造とすることができる。さらにまた、第6図に示
した方法とは異なる方法でレーザービームの照射条件を
制御するようにしてもよい。また石英基板7の代わりに
他の絶縁性基板を用いてもよい。
なお上述の実施例においては本発明を多結晶Si膜3の
再結晶化に適用した場合につき説明したが、これに限定
されるものではなく、多結晶St膜3以外の各種半導体
薄膜の再結晶化にも本発明を適用することが可能である
〔発明の効果〕
本発明によれば、双峰型熱分布が得られた状態で半導体
薄膜の再結晶化を行うことができ、従って結晶性が良好
な再結晶化半導体薄膜を再現性良く形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における再結晶化中の固液界
面の形状をSiO□膜を省略した状態で示す平面図、第
2A図及び第2B図はそれぞれ本発明の実施例で用いる
試料の構造を示す断面図及び平面図、第3図は本発明の
実施例による再結晶化を行うための装置の概略的な構成
図、第4図はTVモニター上で観察される固液界面の画
像を示す図、第5図はTVモニターの画面の水平走査線
の信号電圧変化を示すグラフ、第6図はレーザー装置の
制御方法の一例を示す工程図、第7図は従来のサーマル
シンク法による再結晶化方法を説明するための断面図、
第8図及び第9図はそれぞれ従来の双峰型熱分布法によ
る再結晶化方法を説明するための断面図である。 なお図面に用いられた符号において、 3 a 〜3 c−−−−−−−−−多結晶Si膜4−
−−−〜−一・・・・−・・−レーザービーム7−・−
一−−−−−−−−−−−−・・−石英基板8・・−一
−−−−−−−−−・−−−−−XYステージ9−−−
−〜・−−一一一−−−−−−−−ガラス板10−−−
−−−−−・−・−・−=−顕微鏡11・−−−−−−
−−−−−−−−−−−−T Vカメラ12・−−−−
−−−・−・−・−・〜TVモニター13・−・−・−
・・−一一一−・再結晶Si領域1 t−−−−−・−
・・・・−・・−溶融Si領域s、、 5z−−−−−
−−−一固液界面である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 絶縁性基板上に形成した半導体薄膜にエネルギービーム
    を照射して加熱することによりこの半導体薄膜を溶融さ
    せ、次いで再結晶化させるようにした半導体薄膜の再結
    晶化方法において、 上記再結晶化中の上記半導体薄膜における再結晶化領域
    と溶融領域との固液界面の形状をモニターすることによ
    り上記エネルギービームの照射条件を制御し、これによ
    って上記固液界面を上記エネルギービームの走査方向に
    凸な形状に保つようにしたことを特徴とする半導体薄膜
    の再結晶化方法。
JP18497585A 1985-08-22 1985-08-22 半導体薄膜の再結晶化方法 Pending JPS6245016A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6450409A (en) * 1987-08-21 1989-02-27 Agency Ind Science Techn Manufacture of semiconductor single crystal layer

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JPS6450409A (en) * 1987-08-21 1989-02-27 Agency Ind Science Techn Manufacture of semiconductor single crystal layer

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