JPS6329819B2 - - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
-
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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。
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（Si）基板表面を被
覆する二酸化シリコン（SiO2）膜のような絶縁
物上に、多結晶シリコン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）を照射すること
により単結晶化する方法が既に種々提晶されてい
る。
覆する二酸化シリコン（SiO2）膜のような絶縁
物上に、多結晶シリコン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）を照射すること
により単結晶化する方法が既に種々提晶されてい
る。
例えば第１図ａの要部上面図及び同図ｂのＢ−
Ｂ矢視部断面図に示すように、シリコン基板１上
に加熱酸化法によりSiO2膜２を形成し、該SiO2
膜２の一部を選択的に除去して開口３を設け、シ
リコン基板１の表面を露出させ、この露出せる表
面上を含むSiO2膜２上に非単結晶シリコン層４
を化学気相成長（CVD）法等により形成する。
Ｂ矢視部断面図に示すように、シリコン基板１上
に加熱酸化法によりSiO2膜２を形成し、該SiO2
膜２の一部を選択的に除去して開口３を設け、シ
リコン基板１の表面を露出させ、この露出せる表
面上を含むSiO2膜２上に非単結晶シリコン層４
を化学気相成長（CVD）法等により形成する。
次いで非単結晶シリコン層４がシリコン基板１
の表面と直接接触している開口３部を始点として
スポツト状のエネルギ線５をＸ方向（エネルギ線
５′の方向）に移動させる。このように非単結晶
シリコン層４はエネルギ線５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。この時エネルギ線の中心部が通過した部分
は単結晶層６が形成されるが、その上側及び下側
には多結晶層６ａ，６ｂが形成される。その理由
はエネルギ線の直径方向に対する強度分布は、中
心部で大で外側に行くにつれて小さくなる所謂ガ
ウシヤン分布をしているためである。即ち中央部
は開口３において基板１の表面と接触しているの
で、基板１の結晶方位に従つて固相部が成長して
単結晶層６が形成されるが、その両側の周辺部の
方が温度が低いので中央部より先に凝固してしま
う。その際近傍に無数に存在する結晶粒を核とし
て固相が成長するので周辺部は多結晶層６ａ，６
ｂとなつてしまう。
の表面と直接接触している開口３部を始点として
スポツト状のエネルギ線５をＸ方向（エネルギ線
５′の方向）に移動させる。このように非単結晶
シリコン層４はエネルギ線５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。この時エネルギ線の中心部が通過した部分
は単結晶層６が形成されるが、その上側及び下側
には多結晶層６ａ，６ｂが形成される。その理由
はエネルギ線の直径方向に対する強度分布は、中
心部で大で外側に行くにつれて小さくなる所謂ガ
ウシヤン分布をしているためである。即ち中央部
は開口３において基板１の表面と接触しているの
で、基板１の結晶方位に従つて固相部が成長して
単結晶層６が形成されるが、その両側の周辺部の
方が温度が低いので中央部より先に凝固してしま
う。その際近傍に無数に存在する結晶粒を核とし
て固相が成長するので周辺部は多結晶層６ａ，６
ｂとなつてしまう。
そこで次に第２図に示すようにエネルギ線５を
スポツト径の半分程下にずらし、上記単結晶層６
に重畳（オーバラツプ）させて開口３部を始点と
してエネルギ線を図の左方向へ移動させる。この
ようにすると上記多結晶層６ｂは今度は単結晶化
される。
スポツト径の半分程下にずらし、上記単結晶層６
に重畳（オーバラツプ）させて開口３部を始点と
してエネルギ線を図の左方向へ移動させる。この
ようにすると上記多結晶層６ｂは今度は単結晶化
される。
以下この操作を繰り返すことにより非単結晶層
４を単結晶化し得るが、この方法ではエネルギ線
の走査回数が多くなり能率的ではなかつた。
４を単結晶化し得るが、この方法ではエネルギ線
の走査回数が多くなり能率的ではなかつた。
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。
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、エネルギ線を断面形状が走査
方向の長さより走査方向に直角方向の幅の方が大
なる形状とすると共に、上記幅方向に対して所定
の強度分布を有するものとなし、かかるエネルギ
線を前の走査領域に一部オーバラツプさせて走査
することにある。
方向の長さより走査方向に直角方向の幅の方が大
なる形状とすると共に、上記幅方向に対して所定
の強度分布を有するものとなし、かかるエネルギ
線を前の走査領域に一部オーバラツプさせて走査
することにある。
以下本発明を実施例により詳細に説明する。
第３図〜第５図は本発明の一実施例を示す要部
上面図であつて、第１図及び第２図に示した従来
例とはエネルギ線の断面形状が走査方向（Ｘ方
向）に直角の方向（幅）に長い矩形状であるこ
と、及び軸方向の強度分布が第３図ｂ、第４図ｂ
に見られるような双頭型及び傾斜型とした点が異
なる。
上面図であつて、第１図及び第２図に示した従来
例とはエネルギ線の断面形状が走査方向（Ｘ方
向）に直角の方向（幅）に長い矩形状であるこ
と、及び軸方向の強度分布が第３図ｂ、第４図ｂ
に見られるような双頭型及び傾斜型とした点が異
なる。
本実施例ではエネルギ線１５としてアルゴン
（Ar）のCWレーザ・ビームを用いた。このレー
ザ・ビームのパワーは７〔Ｗ〕、走査速度10〔cm／
秒〕とした。この点は従来と変る所はない。ビー
ムの断面寸法は幅を約120〔μm〕、長さを約10
〔μm〕とした。従来のスポツト状ビームの断面の
直径は約40〔μm〕であつたので、断面積はほぼ同
一である。
（Ar）のCWレーザ・ビームを用いた。このレー
ザ・ビームのパワーは７〔Ｗ〕、走査速度10〔cm／
秒〕とした。この点は従来と変る所はない。ビー
ムの断面寸法は幅を約120〔μm〕、長さを約10
〔μm〕とした。従来のスポツト状ビームの断面の
直径は約40〔μm〕であつたので、断面積はほぼ同
一である。
次にシリコン基板上を被覆するSiO2膜上に形
成された非単結晶シリコン層４を単結晶化する方
法を説明する。なおSiO2膜には開口３が設けら
れ、非単結晶層４はこの開口３部において単結晶
の基板表面と接触している。
成された非単結晶シリコン層４を単結晶化する方
法を説明する。なおSiO2膜には開口３が設けら
れ、非単結晶層４はこの開口３部において単結晶
の基板表面と接触している。
そこで上記開口３部を始点としてレーザ・ビー
ムをＸ方向に走査するのであるが第１本目の走査
には第３図ｂに示すように中央部より周辺部の方
が強度が大なる双頭型の強度分布を有するレー
ザ・ビーム１５を用いる。なお図中の破線は非単
結晶層４を溶融するのに必要なビーム強度P0を
示す。
ムをＸ方向に走査するのであるが第１本目の走査
には第３図ｂに示すように中央部より周辺部の方
が強度が大なる双頭型の強度分布を有するレー
ザ・ビーム１５を用いる。なお図中の破線は非単
結晶層４を溶融するのに必要なビーム強度P0を
示す。
このようなレーザ・ビーム１５で走査を行なう
と、走査領域内の温度は中央部が最も低いので、
ビーム１５の移動に伴ない中央部から凝固する。
図の１７は固相部と液相部の境界線で、これの右
側が固相、左側が液相である。中央部は前述の如
く開口３部で接触する基板結晶の面方位に従つて
成長するので単結晶となる。しかも周辺部は中央
部のあとから凝固するのでこれまた中央部の結晶
が成長する形で凝固して行き、その結果２つのピ
ークの内側あたりまで単結晶層１６が形成され
る。なお１６ａ，１６ｂは多結晶層である。
と、走査領域内の温度は中央部が最も低いので、
ビーム１５の移動に伴ない中央部から凝固する。
図の１７は固相部と液相部の境界線で、これの右
側が固相、左側が液相である。中央部は前述の如
く開口３部で接触する基板結晶の面方位に従つて
成長するので単結晶となる。しかも周辺部は中央
部のあとから凝固するのでこれまた中央部の結晶
が成長する形で凝固して行き、その結果２つのピ
ークの内側あたりまで単結晶層１６が形成され
る。なお１６ａ，１６ｂは多結晶層である。
次いで第２本目の走査に当つては、第４図ｂに
示すように第１本目の走査領域側からなだらかに
強度を増し、反対側で急激に低下する傾斜型の強
度分布を有する矩形状レーザ・ビーム１５′を、
同図ａに示すように多結晶層１６ｂを越え単結晶
層１６にオーバラツプさせて開口３部を始点とし
て走査する。このようにすると固相−液相の境界
線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の面方位に従つて結晶が成長
し、単結晶層１６′が形成され、その結果多結晶
層は今回の走査領域の下側１６′ｂにのみ形成さ
れる。しかもレーザ・ビーム１５′の強度分布を
適切に選ぶことにより多結晶層１６′ｂの幅は20
〔μm〕程度と小さくすることができる。
示すように第１本目の走査領域側からなだらかに
強度を増し、反対側で急激に低下する傾斜型の強
度分布を有する矩形状レーザ・ビーム１５′を、
同図ａに示すように多結晶層１６ｂを越え単結晶
層１６にオーバラツプさせて開口３部を始点とし
て走査する。このようにすると固相−液相の境界
線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の面方位に従つて結晶が成長
し、単結晶層１６′が形成され、その結果多結晶
層は今回の走査領域の下側１６′ｂにのみ形成さ
れる。しかもレーザ・ビーム１５′の強度分布を
適切に選ぶことにより多結晶層１６′ｂの幅は20
〔μm〕程度と小さくすることができる。
次いで第３本目の走査は第５図に示すように、
前回と同じ強度分布のレーザ・ビーム１５″を多
結晶層１６′ｂを越えて単結晶層１６′にまでオー
バラツプさせて走査を行なう。オーバラツプ量は
凡そ30〜40〔μm〕程度でよい。ここで形成される
単結晶層１６″、多結晶層１６″ｂ及び固相−液相
の境界線１７″は前回と同様である。以下これを
繰り返す。
前回と同じ強度分布のレーザ・ビーム１５″を多
結晶層１６′ｂを越えて単結晶層１６′にまでオー
バラツプさせて走査を行なう。オーバラツプ量は
凡そ30〜40〔μm〕程度でよい。ここで形成される
単結晶層１６″、多結晶層１６″ｂ及び固相−液相
の境界線１７″は前回と同様である。以下これを
繰り返す。
本実施例においては一回の走査で80〜90〔μm〕
の単結晶層が得られる。従来方法では一回の走査
により得られる単結晶層の幅は凡そスポツト径の
半分以下である。従つてレーザ・ビームのパワー
が本実施例と同じ７〔Ｗ〕であれば一回の走査に
より得られる単結晶層幅は約20〔μm〕に過ぎな
い。これと比較すれば本実施例の効果は容易に理
解されよう。
の単結晶層が得られる。従来方法では一回の走査
により得られる単結晶層の幅は凡そスポツト径の
半分以下である。従つてレーザ・ビームのパワー
が本実施例と同じ７〔Ｗ〕であれば一回の走査に
より得られる単結晶層幅は約20〔μm〕に過ぎな
い。これと比較すれば本実施例の効果は容易に理
解されよう。
なお実施例では開口３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
存在しなくても良く、その場合は第１本目の走査
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、その結晶方位に従つて単結晶層が成長す
る。
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
存在しなくても良く、その場合は第１本目の走査
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、その結晶方位に従つて単結晶層が成長す
る。
第６図は本発明の変形例を示すもので、開口３
をＬ字状として核となる結晶面を２方向に設けた
例である。この場合には始めから第４図ｂの傾斜
分布を有するレーザ・ビーム１５′を用い、開口
３の２辺の交点部を始点とし、一方の辺に沿つて
第１本目の走査を行ない、以下前述の一実施例に
おける第３本目以降の走査を行つても良い。本変
形例の場合も効果は前記一実施例と同様である。
をＬ字状として核となる結晶面を２方向に設けた
例である。この場合には始めから第４図ｂの傾斜
分布を有するレーザ・ビーム１５′を用い、開口
３の２辺の交点部を始点とし、一方の辺に沿つて
第１本目の走査を行ない、以下前述の一実施例に
おける第３本目以降の走査を行つても良い。本変
形例の場合も効果は前記一実施例と同様である。
次に前述の双頭分布及び傾斜分布の強度分布を
有するレーザ・ビームの形成方法について説明す
る。
有するレーザ・ビームの形成方法について説明す
る。
第７図〜第１０図は双頭分布を作る方法を説明
する図である。先ず第７図に見られるように、２
個のレーザ２１を対向させ、これの出射光をプリ
ズム２２で反射させ、中心をずらせて試料面上に
投射することにより双頭分布が得られる。これは
ガウシヤン分布のビーム２本を重ね合せる方法で
ある。第８図に示す方法はレンズを使用するもの
で、矩形状凸レンズを真中で切断し、左右を入れ
換えて一体化した形状のレンズ２４により矩形ビ
ームを集光して双頭分布のビームが得られる。第
９図は中央部で吸収が大きいフイルタ２５を通す
ことにより中央部を減衰させて双頭分布を得る方
法である。また本来双頭分布を有するTEM10モ
ードまたはTEM01モードのビームを用いてもよ
い。但しこの両者はいずれも断面形状に第１０図
ａに示す軸対称分布型と同図ｂに示す点対称型と
が存在するので、軸対称型の場合は走査方向を対
称軸方向（紙面の上下の方向）に一致させること
が必要である。
する図である。先ず第７図に見られるように、２
個のレーザ２１を対向させ、これの出射光をプリ
ズム２２で反射させ、中心をずらせて試料面上に
投射することにより双頭分布が得られる。これは
ガウシヤン分布のビーム２本を重ね合せる方法で
ある。第８図に示す方法はレンズを使用するもの
で、矩形状凸レンズを真中で切断し、左右を入れ
換えて一体化した形状のレンズ２４により矩形ビ
ームを集光して双頭分布のビームが得られる。第
９図は中央部で吸収が大きいフイルタ２５を通す
ことにより中央部を減衰させて双頭分布を得る方
法である。また本来双頭分布を有するTEM10モ
ードまたはTEM01モードのビームを用いてもよ
い。但しこの両者はいずれも断面形状に第１０図
ａに示す軸対称分布型と同図ｂに示す点対称型と
が存在するので、軸対称型の場合は走査方向を対
称軸方向（紙面の上下の方向）に一致させること
が必要である。
第１１図は片流れ分布の作り方を示す図で、ビ
ームを厚さが一方向に変化するフイルタ２６を通
過させることにより傾斜分布が得られることを示
す。また厚さは一様で吸収率が一方向に変化する
フイルタを用いてもよい。
ームを厚さが一方向に変化するフイルタ２６を通
過させることにより傾斜分布が得られることを示
す。また厚さは一様で吸収率が一方向に変化する
フイルタを用いてもよい。
本発明は前記一実施例及び変形例を更に種々変
形して実施し得るものである。
形して実施し得るものである。
例えばエネルギ線の断面形状は矩形状以外にも
楕円形状であつてもよく、要は断面が走査方向の
長さよりも走査方向に直角方向の幅を大に選ぶこ
とである。
楕円形状であつてもよく、要は断面が走査方向の
長さよりも走査方向に直角方向の幅を大に選ぶこ
とである。
また本発明は単結晶成長のための核を必ずしも
必要とするものでないことは前述した通りであ
る。更に核となるものを予め設ける場合その種
類、形状数は何ら限定する必要はない。
必要とするものでないことは前述した通りであ
る。更に核となるものを予め設ける場合その種
類、形状数は何ら限定する必要はない。
走査方法も一方向に走査する方法に限定される
ものでなく、核の配置等との関係により往復走査
或いはスパイラル走査等も可能である。
ものでなく、核の配置等との関係により往復走査
或いはスパイラル走査等も可能である。
要するに本発明はエネルギ線の強度分布を所望
のものとして、再結晶化を所望の位置から開始さ
せ、他の場所からの再結晶化の進行を極力抑え込
むことにある。
のものとして、再結晶化を所望の位置から開始さ
せ、他の場所からの再結晶化の進行を極力抑え込
むことにある。
以上説明した如く本発明によれば一回の走査に
よつ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。
よつ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。
第１図及び第２図は従来方法の説明に供するた
めの図、第３図〜第５図は本発明の一実施例を示
す要部上面図及び強度分布を示す曲線図、第６図
は本発明の変形例を示す要部上面図、第７図〜第
１０図は双頭分布のレーザ・ビーム形成方法の説
明図、第１１図は傾斜分布のレーザ・ビーム形成
方法の説明図である。 図において、３は開口、４は非単結晶層、１
５，１５′，１５″はエネルギ線、１６，１６′，
１６″は単結晶層、１６ａ，１６′ｂ，１６″ｂは
多結晶層、１７，１７′，１７″は固相−液相境界
線を示す。
めの図、第３図〜第５図は本発明の一実施例を示
す要部上面図及び強度分布を示す曲線図、第６図
は本発明の変形例を示す要部上面図、第７図〜第
１０図は双頭分布のレーザ・ビーム形成方法の説
明図、第１１図は傾斜分布のレーザ・ビーム形成
方法の説明図である。 図において、３は開口、４は非単結晶層、１
５，１５′，１５″はエネルギ線、１６，１６′，
１６″は単結晶層、１６ａ，１６′ｂ，１６″ｂは
多結晶層、１７，１７′，１７″は固相−液相境界
線を示す。
Claims (1)
- １ 非単結晶半導体層をエネルギ線で走査して前
記非単結晶半導体層を単結晶化するに際し、前記
エネルギ線を、断面形状が前記走査方向に直角方
向の幅を走査方向の長さに対し大に選んだ形状と
し、第１回目の走査における前記エネルギ線の断
面内の強度分布は幅方向に双頭のピークを持ち、
第２回目以降の走査においてはその走査領域を前
回の既走査領域に一部重畳させ、且つ走査におけ
る前記エネルギ線の断面内の幅方向の強度分布は
既走査領域側からなだらかに強度を増してピーク
をなし、未走査領域側へ急激に減少することを特
徴とする非単結晶半導体層の単結晶化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1254981A JPS57128024A (en) | 1981-01-30 | 1981-01-30 | Single crystallization for non-single crystalline semiconductor layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1254981A JPS57128024A (en) | 1981-01-30 | 1981-01-30 | Single crystallization for non-single crystalline semiconductor layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57128024A JPS57128024A (en) | 1982-08-09 |
| JPS6329819B2 true JPS6329819B2 (ja) | 1988-06-15 |
Family
ID=11808407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1254981A Granted JPS57128024A (en) | 1981-01-30 | 1981-01-30 | Single crystallization for non-single crystalline semiconductor layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57128024A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02128314U (ja) * | 1989-03-29 | 1990-10-23 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59119824A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS59224121A (ja) * | 1983-06-03 | 1984-12-17 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザアニ−リング装置 |
| JPS6076117A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-30 | Sony Corp | 半導体薄膜の結晶化方法 |
| JPS60126840A (ja) * | 1983-12-13 | 1985-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｓｏｉ形成用レーザ照射方法 |
| JPS60189216A (ja) * | 1984-03-08 | 1985-09-26 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザアニ−リング装置 |
| JPH07118446B2 (ja) * | 1985-12-20 | 1995-12-18 | 工業技術院長 | 半導体単結晶層の製造方法 |
| JPS62216318A (ja) * | 1986-03-18 | 1987-09-22 | Fujitsu Ltd | レ−ザアニ−ル装置 |
| JPH01246829A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Tokyo Electron Ltd | ビームアニール装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52115681A (en) * | 1975-12-10 | 1977-09-28 | Shii Shii Fuan Jiyon | Method of improving crystallinity of semiconductor coating by scanning laser beam |
-
1981
- 1981-01-30 JP JP1254981A patent/JPS57128024A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52115681A (en) * | 1975-12-10 | 1977-09-28 | Shii Shii Fuan Jiyon | Method of improving crystallinity of semiconductor coating by scanning laser beam |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02128314U (ja) * | 1989-03-29 | 1990-10-23 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57128024A (en) | 1982-08-09 |
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