JPH0360021A - Manufacture of semiconductor crystalline film - Google Patents
Manufacture of semiconductor crystalline filmInfo
- Publication number
- JPH0360021A JPH0360021A JP19631189A JP19631189A JPH0360021A JP H0360021 A JPH0360021 A JP H0360021A JP 19631189 A JP19631189 A JP 19631189A JP 19631189 A JP19631189 A JP 19631189A JP H0360021 A JPH0360021 A JP H0360021A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- heating part
- length
- main heating
- heating section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体結晶薄膜の製造方法に関し、特にガラス
基板上に形成した多結晶又は非晶質のシリコン薄膜にレ
ーザビームを照射して単結晶化する半導体結晶薄膜の製
造方法に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor crystal thin film, and in particular to a method for producing a single crystalline semiconductor thin film by irradiating a polycrystalline or amorphous silicon thin film formed on a glass substrate with a laser beam. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor crystal thin film.
(従来の技術及びその問題点)
従来から、多結晶又は非晶質シリコンにレーザビームを
照射して単結晶化するレーザビーム結晶化法がある。こ
のレーザビーム結晶化法において多結晶又は非晶質シリ
コンから良質な単結晶膜を得るための種々の試みが為さ
れている0例えば特開昭58−21319号公報では、
例えば連続発振アルゴンレーザのビーム形状をドーナツ
型にして、レーザビームの強度分布を所謂双峰型とする
ことによってレーザビームの走査線中央部を早く冷却す
ると共に、レーザビームの走査線の両測部分を遅く冷却
し、もってレーザビームの走査線の中央部分から両側部
分に単結晶を成長させて高品質の薄膜単結晶を形成する
ことが提案されている。(Prior Art and its Problems) Conventionally, there is a laser beam crystallization method in which polycrystalline or amorphous silicon is irradiated with a laser beam to form a single crystal. Various attempts have been made to obtain high quality single crystal films from polycrystalline or amorphous silicon using this laser beam crystallization method.
For example, by making the beam shape of a continuous wave argon laser into a donut shape and making the intensity distribution of the laser beam a so-called bimodal type, the central part of the scanning line of the laser beam can be cooled quickly, and the central part of the scanning line of the laser beam can be cooled quickly. It has been proposed to form a high-quality thin film single crystal by slowly cooling the crystal and growing the single crystal from the center to both sides of the laser beam scanning line.
ところが、この従来の半導体結晶薄膜の製造方法では、
シリコンの膜厚方向で均一な昇温ができず、良質な半導
体結晶薄膜が得られないという問題があった。However, in this conventional method for manufacturing semiconductor crystal thin films,
There was a problem in that the temperature could not be raised uniformly in the direction of the silicon film thickness, making it impossible to obtain a high-quality semiconductor crystal thin film.
即ち、アルゴンレーザの光はシリコン表面より0.1〜
0.2μmの厚みでほとんどの光エネルギーが吸収され
る。従って、膜厚が0.5μmとすると、残りの0.3
μm強の部分は熱伝導によるエネルギー供給により加熱
される。従って、照射時間が10μsec以下ならば熱
伝導に必要な十分の時間が取れず、表面のみが加熱され
る状態となる。特に、従来のビーム形状は、中心部の走
査方向のビーム長さが短くなっており、走査速度によっ
ては照射時間が極端に短くなる。このような状態では、
シリコン膜の裏面側まで溶融させた場合、表面側の温度
上昇は非常に大きくなり、”沸点以上となり、飛び散る
か又はキャップ層がある場合には、キャップ層とシリコ
ンの反応が起こり、いずれにしても良好な単結晶薄膜は
得られない。In other words, the argon laser light is 0.1~
Most of the light energy is absorbed at a thickness of 0.2 μm. Therefore, if the film thickness is 0.5 μm, the remaining 0.3
The portion with a diameter of a little more than μm is heated by supplying energy by thermal conduction. Therefore, if the irradiation time is 10 μsec or less, sufficient time necessary for heat conduction will not be available, and only the surface will be heated. In particular, in the conventional beam shape, the beam length in the scanning direction at the center is short, and the irradiation time becomes extremely short depending on the scanning speed. In such a situation,
When the back side of the silicon film is melted, the temperature rise on the front side becomes very large, exceeding the boiling point, and if there is a cap layer, a reaction between the cap layer and the silicon occurs, and the However, a good single crystal thin film cannot be obtained.
また、表面温度が最良の温度となるように設定すると、
裏面側は融点までの上昇が起こらず、この部分が多数の
核となり、多結晶のシリコン膜が形成されてしまう。Also, if you set the surface temperature to the best temperature,
On the back surface side, the temperature does not rise to the melting point, and this portion becomes a large number of nuclei, resulting in the formation of a polycrystalline silicon film.
(発明の目的)
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みて案出され
たものであり、走査速度に対応するビーム形状を設定す
ることにより、均一な温度上昇と中央部からの固化を行
うことができる半導体薄膜の形成方法を提供することを
目的とするものである。(Objective of the Invention) The present invention was devised in view of the problems of the conventional method, and by setting the beam shape corresponding to the scanning speed, uniform temperature rise and solidification from the center can be achieved. It is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor thin film that can perform the following steps.
(問題点を解決するための手段)
本発明によれば、ガラス基板上に形成したシリコン膜に
レーザビームを照射して加熱することによってシリコン
膜を溶融・固化させて単結晶化する半導体結晶膜の製造
方法において、前記レーザビームのビーム形状を、主加
熱部と、この主加熱部のレーザビームの走査方向におけ
る後方両部に主加熱部に連続して設けた補助加熱部とを
有するような形状としたことを特徴とし、そのことによ
り上記目的が達成される。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a semiconductor crystal film is formed on a glass substrate, and the silicon film is irradiated with a laser beam and heated to melt and solidify the silicon film to form a single crystal. In the manufacturing method, the beam shape of the laser beam is such that it has a main heating part and auxiliary heating parts provided continuously to the main heating part at both rear parts of the main heating part in the scanning direction of the laser beam. It is characterized by having a shape, thereby achieving the above object.
(実施例〉 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。(Example> Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the accompanying drawings.
本発明によれば、ガラス基板上に形成したシリコン膜に
レーザビームを照射して単結晶化する。According to the present invention, a silicon film formed on a glass substrate is irradiated with a laser beam to form a single crystal.
ガラス基板としては、ナトリウムイオンをほとんど含ま
ない#7059基板等が好適に用いられる。As the glass substrate, a #7059 substrate that contains almost no sodium ions is preferably used.
このガラス基板の表面には、レーザビームが照射された
際に、基板からシリコン層が汚染されるのを防止したり
、レーザビームが照射された際の熱衝撃をM和するため
に、酸化シリコン(Sin2)膜等を厚み0.5〜2μ
m程度形成しておくとよい
上述のようなガラス基板上に、多結晶又は非晶質シリコ
ン膜を厚み0.5μm程度に形成し、さらにキャップ層
として酸化シリコン(SiO2)膜を厚み0.05〜2
μm程度に形成してレーザビームを照射する。The surface of this glass substrate is coated with silicon oxide to prevent contamination of the silicon layer from the substrate when irradiated with a laser beam and to reduce thermal shock when irradiated with a laser beam. (Sin2) Thickness of film etc. is 0.5~2μ
A polycrystalline or amorphous silicon film is formed to a thickness of about 0.5 μm on the glass substrate as described above, and a silicon oxide (SiO2) film is further formed to a thickness of 0.05 μm as a cap layer. ~2
It is formed to a thickness of about μm and irradiated with a laser beam.
レーザビームとしては、パワー0.5〜20Wの連続発
振アルゴンレーザが好適に用いられる。As the laser beam, a continuous wave argon laser with a power of 0.5 to 20 W is preferably used.
第1図は、本発明に係る半導体結晶膜の製造方法に用い
られるレーザビームのビーム形状を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the beam shape of a laser beam used in the method for manufacturing a semiconductor crystal film according to the present invention.
ビーム形状は、主加熱部1と、この主加熱部1の後方両
側に連続して二つ設けられた補助加熱部2とを有するよ
うな形状とされている。The beam shape is such that it has a main heating section 1 and two auxiliary heating sections 2 that are successively provided on both sides of the rear of the main heating section 1 .
主加熱部1は、ビームの中心部と両測部とのシリコン層
を裏面側まで十分に加熱できるように広面積な略矩形状
に形成されている。補助加熱部2は、ビームの両側部の
シリコン層を中心部のシリコン層よりも遅く固化させる
ことができるように長尺に形成されている。The main heating section 1 is formed in a generally rectangular shape with a wide area so that it can sufficiently heat the silicon layers in the center of the beam and both measuring sections to the back side. The auxiliary heating section 2 is formed to be long so that the silicon layer on both sides of the beam can be solidified more slowly than the silicon layer at the center.
この場合、レーザビームの走査方向における主加熱部の
長さし1μmと補助加熱部の長さし2μmとは、レーザ
ビームの走査速度がv (m / s eCのとき、下
記の2式を満足するような長さとすることが望ましい。In this case, the length of the main heating part in the scanning direction of the laser beam, 1 μm, and the length of the auxiliary heating part, 2 μm, satisfy the following two equations when the scanning speed of the laser beam is v (m/s eC). It is desirable that the length be such that
L+ > 10−’xv・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
(1)L2 >2X 10−2XV ・ −−−−■
上記2式を満足するよな長さが望ましい理由は以下の通
りである。L+ >10-'xv・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
(1) L2 >2X 10-2XV ・---■
The reason why a length that satisfies the above two equations is desirable is as follows.
即ち、レーザビームの照射時間を変化させた場合にシリ
コン層の表面側の温度がシリコンの融点であるとされる
1400℃に達した時のシリコン層の裏面での温度を第
2図に示す、照射パワー密度は、それぞれの照射時間の
最適値を用いている。That is, Figure 2 shows the temperature on the back side of the silicon layer when the temperature on the front side of the silicon layer reaches 1400°C, which is considered to be the melting point of silicon, when the laser beam irradiation time is varied. For the irradiation power density, the optimum value for each irradiation time is used.
100μsec以上で熱伝導が有効に働き、均一性が確
保されていることがわかる0図中人の照射時間(10−
’5ec)で行った試料では、表面側が1400℃に達
する条件でアニールを行ったところ、表面側の温度は1
600℃よりかなり大きくなり、XPSで深さ方向に分
析したところ、表面より0.1μmの部分にキャップ層
との反応が観測された。一方、Bの照射時間(10−’
s e c)ではこの現象は見られなかった。このこと
により、レーザビームの走査速度がvcm/secのと
きビーム形状のうちの先端部の長さり9μmは、L+
> 10−’x v ・ −−・ −■でないとシリ
コン層の均一な加熱がされないことがわかる。尚、シリ
コン面上の温度測定は、温度上昇したシリコン面から放
射される赤外線を高速応答のゲルマニウムフォトダイオ
ードで検出してデジタイザーにて出力を記憶し、この信
号を素体輻射の温度特性により補正を行って求める。The irradiation time for humans (10-
When the sample was annealed under conditions where the surface side reached 1400℃, the temperature on the surface side was 1
When the temperature was considerably higher than 600° C., and when analyzed in the depth direction using XPS, a reaction with the cap layer was observed at a depth of 0.1 μm from the surface. On the other hand, the irradiation time of B (10-'
This phenomenon was not observed in sec). As a result, when the scanning speed of the laser beam is vcm/sec, the length of the tip of the beam shape, which is 9 μm, is L+
It can be seen that the silicon layer cannot be heated uniformly unless >10-'x v · -- · -■. To measure the temperature on the silicon surface, a high-speed response germanium photodiode detects the infrared rays emitted from the heated silicon surface, the output is stored in a digitizer, and this signal is corrected based on the temperature characteristics of the elemental radiation. Go and find out.
次に、シリコン層の裏面側の1400℃からの冷却の時
間変化を第3図に示す0通常、溶融したシリコンは16
00℃近くまで上昇しているため、走査幅の中心部分が
固まり始めるまで200℃の低下に必要な時間は最大2
m s e c程度が必要である。従って、中心部より
固化させるためには外側部分には中心部分のビームが途
切れた後も2m5ecの照射が必要である。このことに
より、レーザビームの走査速度がv c m / s
e cのときビーム形状のうちの側部の長さL2μmは
、L2 >2X 10−’XV ・−−−−■でないと
シリコン層のうちのビームの側面間を保温できないこと
がわかる。Next, Fig. 3 shows the time change of cooling the back side of the silicon layer from 1400°C.
Since the temperature has risen to nearly 00°C, the time required to lower the temperature by 200°C until the central part of the scanning width begins to harden is at most 2
About msec is required. Therefore, in order to solidify from the center, it is necessary to irradiate the outer part with 2 m5ec even after the beam at the center is interrupted. This allows the scanning speed of the laser beam to be v cm / s
It can be seen that when e c, the length L2 μm of the side part of the beam shape cannot be kept warm between the sides of the beam in the silicon layer unless L2 > 2X 10-'XV .
なお、主加熱部1から補助加熱部2へ移行する際の温度
勾配を緩やかにするために主加熱部lと補助加熱部2の
接続部分にテーパーM3を設けることが望ましい。Note that it is desirable to provide a taper M3 at the connecting portion between the main heating section 1 and the auxiliary heating section 2 in order to make the temperature gradient gentle when transferring from the main heating section 1 to the auxiliary heating section 2.
また、上述のようなレーザビームの形状は、治具による
ビーム形状の修正や、いくつかのビームを組み合わせる
ことによって形成される。Further, the shape of the laser beam as described above is formed by modifying the beam shape using a jig or by combining several beams.
因に、レーザビームの走査速度を10 c m / 5
e c、L+ =200μm、 L2 =300μm、
パワー密度4kW/cm2で行ったところ、良好な単結
晶半導体膜が得られた。Incidentally, the scanning speed of the laser beam was set to 10 cm/5
e c, L+ = 200 μm, L2 = 300 μm,
When conducted at a power density of 4 kW/cm2, a good single crystal semiconductor film was obtained.
(発明の効果)
以上のように、本発明に係る半導体結晶膜の製造方法に
よれば、レーザビームのビーム形状を、主加熱部と、こ
の主加熱部のレーザビームの走査方向における後方両側
に主加熱部に連続して設けた補助加熱部とを有するよう
な形状としたことから、シリコン膜の裏面側まで完全に
溶融させることができると共に、ビームの走査部分の中
心部からシリコン膜を結晶化させることができ、もって
著しく良質で大型の単結晶薄膜を得ることができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor crystal film according to the present invention, the beam shape of the laser beam can be changed to the main heating section and both rear sides of the main heating section in the scanning direction of the laser beam. Since the shape has an auxiliary heating section that is continuous with the main heating section, it is possible to completely melt the silicon film to the back side, and also to crystallize the silicon film from the center of the beam scanning area. This makes it possible to obtain large single-crystal thin films of extremely high quality.
第1図は本発明の方法に用いられるレーザビームのシリ
コン膜に照射されるビーム形状を示す図、第2図はレー
ザビームの走査速度とシリコン膜の裏面側温度との関係
を示す図、第3図はレーザビームの走査速度とシリコン
膜の冷却温度との関係を示す図である。
1、主加熱部 2、補助加熱部
3、テーパー部FIG. 1 is a diagram showing the shape of the laser beam used in the method of the present invention that irradiates the silicon film, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the scanning speed of the laser beam and the temperature on the back side of the silicon film, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the scanning speed of the laser beam and the cooling temperature of the silicon film. 1. Main heating section 2. Auxiliary heating section 3. Tapered section
Claims (2)
ムを照射して加熱することによってシリコン膜を溶融・
固化させて単結晶化する半導体結晶膜の製造方法におい
て、前記レーザビームのビーム形状を、主加熱部と、こ
の主加熱部のレーザビームの走査方向における後方両側
に主加熱部に連続して設けた補助加熱部とを有するよう
な形状としたことを特徴とする半導体結晶薄膜の製造方
法。(1) Melt and heat the silicon film formed on the glass substrate by irradiating the silicon film with a laser beam and heating it.
In the method for manufacturing a semiconductor crystal film that is solidified to become a single crystal, the beam shape of the laser beam is provided in a main heating section and on both rear sides of the main heating section in the scanning direction of the laser beam so as to be continuous with the main heating section. 1. A method for manufacturing a semiconductor crystal thin film, characterized in that the semiconductor crystal thin film has a shape having an auxiliary heating section.
長さL_1μmと、補助加熱部の長さL_2μmとを、
走査速度がvcm/secのとき、下記の2式が成り立
つ長さに設定したことを特徴とする請求項(1)に記載
の半導体結晶薄膜の製造方法。 L_1>10^−^4×v・・・・・・(1)L_2>
2×10^−^2×v・・・・・・(2)(3)前記主
加熱部と補助加熱部との接続部にテーパー部を設けたこ
とを特徴とする請求項(1)又は(2)に記載の半導体
結晶薄膜の製造方法。(2) The length L_1 μm of the main heating part and the length L_2 μm of the auxiliary heating part in the scanning direction of the laser beam,
2. The method of manufacturing a semiconductor crystal thin film according to claim 1, wherein the length is set to satisfy the following two equations when the scanning speed is vcm/sec. L_1>10^-^4×v...(1) L_2>
2×10^-^2×v...(2)(3) Claim (1) or claim 1, characterized in that a tapered part is provided at a connecting part between the main heating part and the auxiliary heating part. The method for producing a semiconductor crystal thin film according to (2).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19631189A JPH0360021A (en) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | Manufacture of semiconductor crystalline film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19631189A JPH0360021A (en) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | Manufacture of semiconductor crystalline film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0360021A true JPH0360021A (en) | 1991-03-15 |
Family
ID=16355700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19631189A Pending JPH0360021A (en) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | Manufacture of semiconductor crystalline film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0360021A (en) |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP19631189A patent/JPH0360021A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4388145A (en) | Laser annealing for growth of single crystal semiconductor areas | |
| US4589951A (en) | Method for annealing by a high energy beam to form a single-crystal film | |
| JPS5861622A (en) | Manufacture of single crystal thin film | |
| JP2002524874A (en) | Double pulse laser crystallization of thin semiconductor films | |
| JPH0454370B2 (en) | ||
| JP2009135501A (en) | Crystallization method | |
| JP3221149B2 (en) | Heat treatment method for thin film | |
| JPH07187890A (en) | Laser annealing method | |
| JPH03280418A (en) | Method for manufacturing semiconductor film | |
| JPH0360021A (en) | Manufacture of semiconductor crystalline film | |
| JPH0521339A (en) | Thin film semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP2714109B2 (en) | Crystal film manufacturing method | |
| JPH038101B2 (en) | ||
| JP2740281B2 (en) | Method for producing crystalline silicon | |
| JPS59119717A (en) | Manufacture of single crystal semiconductor thin-film | |
| JPH03284828A (en) | Crystallizing method for semiconductor thin-film | |
| JPS59147425A (en) | Formation of semiconductor crystal film | |
| JPH0235815Y2 (en) | ||
| JPH0449250B2 (en) | ||
| JPS58112323A (en) | Process of annealing by electron beams | |
| JPS59202621A (en) | Manufacture of single crystal thin film | |
| JPS5978999A (en) | Manufacture of semiconductor single crystal film | |
| JPS63142810A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP3649283B2 (en) | Manufacturing method of optical material for ultraviolet laser beam | |
| JPS60255691A (en) | Production of single crystal thin film |