JPH0360021A - 半導体結晶膜の製造方法 - Google Patents
半導体結晶膜の製造方法Info
- 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
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- Japan
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- laser beam
- heating part
- length
- main heating
- heating section
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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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（実施例〉
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
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。
レーザビームを照射して単結晶化する。
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。
ない＃７０５９基板等が好適に用いられる。
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。
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。
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。
振アルゴンレーザが好適に用いられる。
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。
られるレーザビームのビーム形状を示す図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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
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
Claims (2)
- （１）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。 - （２）前記レーザビームの走査方向における主加熱部の
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19631189A JPH0360021A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 半導体結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19631189A JPH0360021A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 半導体結晶膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0360021A true JPH0360021A (ja) | 1991-03-15 |
Family
ID=16355700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19631189A Pending JPH0360021A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 半導体結晶膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0360021A (ja) |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP19631189A patent/JPH0360021A/ja active Pending
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