JPH0353772B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 非単結晶層をエネルギ線照射により単結晶化す
る方法に関し、 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を目的とし、 非単結晶半導体層をエネルギ線で走査して単結
晶化するに際し、走査面上に於いて、走査方向に
対して後ろ側の辺が「く」の字状となる投影像を
有する第１のエネルギ線で前記非単結晶半導体層
を走査することにより帯状に単結晶層を形成する
工程と、次いで、走査面上に於いて、走査方向に
対して後ろ側の辺が走査方向に前傾した投影像を
有する第２のエネルギ線により、前記辺の先行す
る一端側を前記帯状の単結晶層にオーバラツプさ
せつつ、他端側を前記非単結晶半導体層上に位置
させて走査を行う工程と、前記第２のエネルギ線
の前回の走査により形成された単結晶層に前記辺
の先行する一端側をオーバラツプさせつつ、他端
側を前記非単結晶半導体層上に位置させて第２の
エネルギ線による走査を繰り返し行う工程とを含
んで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は例えば絶縁物上に形成された非単結晶
層を、エネルギ線照射により単結晶化する方法に
関する。

〔従来の技術〕

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〕を照射すること
により単結晶化する方法が既に種々提唱されてい
る。

例えば第１図ａの要部上面図、及び同図ｂのＢ
−Ｂ矢視部断面図に示すように、Si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を設けることに
よりSi基板１の表面を露出せしめ、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Si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、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。このときエネルギ線の中心部が
通過した部分は単結晶３′を底辺とする三角形の
単結晶層６が形成されるが、その上側及び下側に
は多結晶層６ａ，６ｂが形成されるｑ 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、他は多結晶となるのは、図示
せる如く固相−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、前期長
方形ビームの中央部は周辺部より温度が高く、従
つて最後に凝固するのであるが、そのときの開口
３部において接触する基板１の結晶方位に従つて
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
層が中央に両側から成長するので、単結晶核３か
ら遠い所では周辺部から伸びた多結晶層６ａ，６
ｂだけとなつてしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の如く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。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題は、非単結晶半導体層をエネルギ線
で走査して単結晶化するに際し、走査面上に於い
て、走査方向に対して後ろ側の辺が「く」の字状
となる投影像を有する第１のエネルギ線で前記非
単結晶半導体層を走査することにより帯状に単結
晶層を形成する工程と、次いで、走査面上に於い
て、走査方向に対して後ろ側の辺が走査方向に前
傾した投影像を有する第２のエネルギ線により、
前記辺の先行する一端側を前記帯状の単結晶層に
オーバラツプさせつつ、他端側を前記非単結晶半
導体層上に位置させて走査を行う工程と、前記第
２のエネルギ線の前回の走査により形成された単
結晶層に前記辺の先行する一端側をオーバラツプ
させつつ、他端側を前記非単結晶半導体層上に位
置させて第２のエネルギ線による走査を繰り返し
行う工程とを含むことを特徴とする非単結晶半導
体層の単結晶化方法により解決される。

更に、前記第２のエネルギ線の投影像は第１の
走査方向に前傾した第１の辺と、前記第１の方向
と逆方向である第２の走査方向に前傾した第２の
辺とを有し、前記第２のエネルギ線を前記第１の
走査方向と前記第２の走査方向とに交互に往復走
査することにより効率良く単結晶化を行うことが
できる。

〔実施例〕

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３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ａ及びｂに示した従来
例とは断面形状が走査の進行方向に凸の「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本目の走査の模様を示す図で
あつて、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−液相界面１７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３部において、露呈
された基板１表面の結晶方位に従つて成長した単
結晶層である。周縁部には前期従来例と同じく多
結晶層１６ａ，１６ｂが形成されるが、周縁部が
凝固する時期は中央部よりかなり遅いので、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本目の走査を終つた後、
第３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回目の走査を行なう。この
ときレーザビーム１５′を図示せる如く、第１回
目の走査において形成された多結晶層１６ｂを越
え、単結晶層１６にオーバラツプさせること、及
び開口３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−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に従つて固相が成長し、単結晶層１６′
が形成される。今回の走査において多結晶層１６
b′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よく、その場合は第１本目
の操作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４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。この場合には初めから第３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３の２辺の交点部を始点とし、
一方の辺に沿つて第１回目の走査を行い、以後こ
れを繰り返す方法によつても良い。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）の先が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「く」の字状及び走査方向に斜交
する長方形状とした例を揚げて説明したが、ビー
ムの断面形状はさ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「く」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「く」の字状としたパター
ン〔同図ａ〕、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前側も後側も「く」の
字状とした糸巻き状パターン〔同図ｃ〕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〕、三角形状パ
ターン〔同図ｂ，ｃ〕、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ｃ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。皿
に核となる単結晶領域または層が、全然存在しな
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（「く」の字状）にする、つまり走査方向に
平行する単結晶領域または層が既に存在するとき
は、走査の進行方向に対して後側が辺を「く」の
字状とせず、単結晶領域または層側が先行する片
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
するには種々の方法を用いてよい。例えばエネル
ギ線の経路中に所望パターンのスリツトを配設す
ることにより、エネルギ線を成形し得る。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
フアイバ束の一端を円形に、他端を所望の形状
〔図では長方形の場合を示す〕に束ね、レーザビ
ームを円形状端部で受光し、他端より放射せしめ
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。

〔効果〕

以上説明した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、他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、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

【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３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５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、３は開口、４は非単
結晶層、１５，１５′はエネルギ線、１６，１
６′は単結晶層、１６ａ，１６ｂ，１６b′は多結
晶層、１７，１７′は固相−液相界面を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非単結晶半導体層をエネルギ線で走査して単
   結晶化するに際し、 走査面上に於いて、走査方向に対して後ろ側の
   辺が「く」の字状となる投影像を有する第１のエ
   ネルギ線で前記非単結晶半導体層を走査すること
   により帯状に単結晶層を形成する工程と、 次いで、走査面上に於いて、走査方向に対して
   後ろ側の辺が走査方向に前傾した投影像を有する
   第２のエネルギ線により、前記辺の先行する一端
   側を前記帯状の単結晶層にオーバラツプさせつ
   つ、他端側を前記非単結晶半導体層上に位置させ
   て走査を行う工程と、 前記第２のエネルギ線の前回の走査により形成
   された単結晶層に前記辺の先行する一端側をオー
   バラツプさせつつ、他端側を前記非単結晶半導体
   層上に位置させて第２のエネルギ線による走査を
   繰り返し行う工程とを含むことを特徴とする非単
   結晶半導体層の単結晶化方法。 ２ 前記第２のエネルギ線の投影像は第１の走査
   方向に前傾した第１の辺と、前記第１の方向と逆
   方向である第２の走査方向に前傾した第２の辺と
   を有し、 前記第２のエネルギ線を前記第１の走査方向と
   前記第２の走査方向とに交互に往復走査すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非単結
   晶半導体層の単結晶化方法。 ３ 前記第２のエネルギ線の投影像は長方形状で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の非単結晶半導体層の単結晶化方法。 ４ 前記第２のエネルギ線の投影像は楕円状であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   非単結晶半導体層の単結晶化方法。 ５ 前記第２のエネルギ線の投影像は三角形状で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の非単結晶半導体層の単結晶化方法。 ６ 前記第２のエネルギ線の投影像は台形状であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   非単結晶半導体層の単結晶化方法。