JPH06168876A - 半導体結晶の形成方法及び半導体素子 - Google Patents
半導体結晶の形成方法及び半導体素子Info
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】簡単な方法で、何ら複雑な構造を基体あるいは
半導体薄膜に形成することなく、容易に大粒径の半導体
結晶を形成する方法及びかかる形成方法に基づいた半導
体素子を提供する。 【構成】半導体結晶２０の形成方法は、（イ）基体上１
０に、基体と異なる材料から成り且つ縁部分１４を有す
る半導体薄膜１２を形成する工程と、（ロ）縁部分を含
む半導体薄膜にエネルギーを短時間照射して、縁部分を
含む半導体薄膜を完全に溶融させた後、固化させて結晶
化する工程、から成る。このような方法によって形成さ
れた半導体結晶から作製された半導体素子は、この半導
体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在しない、ある
いは又、半導体素子を構成する結晶の粒径が０．２μｍ
以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
半導体薄膜に形成することなく、容易に大粒径の半導体
結晶を形成する方法及びかかる形成方法に基づいた半導
体素子を提供する。 【構成】半導体結晶２０の形成方法は、（イ）基体上１
０に、基体と異なる材料から成り且つ縁部分１４を有す
る半導体薄膜１２を形成する工程と、（ロ）縁部分を含
む半導体薄膜にエネルギーを短時間照射して、縁部分を
含む半導体薄膜を完全に溶融させた後、固化させて結晶
化する工程、から成る。このような方法によって形成さ
れた半導体結晶から作製された半導体素子は、この半導
体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在しない、ある
いは又、半導体素子を構成する結晶の粒径が０．２μｍ
以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ビーム再結晶化法を用
いた半導体結晶の形成方法及びかかる形成方法に基づい
た半導体素子に関する。
いた半導体結晶の形成方法及びかかる形成方法に基づい
た半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ、電子ビーム等のエネルギー源か
らのエネルギーをポリシリコンから成る半導体薄膜に短
時間照射し、半導体薄膜を点状あるいは線状に溶融させ
た後固化させて、シリコンから成る半導体結晶を形成す
るビーム再結晶化法は周知である。ビーム再結晶化法
は、半導体薄膜を短時間且つ局所的に溶融−固化するの
で、基体全体を高温に加熱することなく半導体結晶を形
成することができるという利点がある。従って、ビーム
再結晶化法により、ガラス等の耐熱性の無い基体上にも
シリコン結晶の半導体素子を形成することが可能であ
る。
らのエネルギーをポリシリコンから成る半導体薄膜に短
時間照射し、半導体薄膜を点状あるいは線状に溶融させ
た後固化させて、シリコンから成る半導体結晶を形成す
るビーム再結晶化法は周知である。ビーム再結晶化法
は、半導体薄膜を短時間且つ局所的に溶融−固化するの
で、基体全体を高温に加熱することなく半導体結晶を形
成することができるという利点がある。従って、ビーム
再結晶化法により、ガラス等の耐熱性の無い基体上にも
シリコン結晶の半導体素子を形成することが可能であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなビーム再結
晶化法においては、半導体薄膜の溶融時間が１００ｎｓ
程度の極めて短い時間であるため、瞬間的な結晶成長し
か起こらず、０．１μｍ程度の小粒径の半導体結晶しか
得られないという問題がある。大粒径の半導体結晶を得
るために、 （Ａ）光学系によってビーム強度を変化させる方法 （Ｂ）試料に入射するビーム強度を試料表面に設けた反
射防止膜や吸熱膜等によって変化させて温度分布を制御
する方法 （Ｃ）試料構造によって熱の逃げ方を変化させて温度分
布を制御する方法 などが試みられているが、現状では、大粒径の半導体結
晶が安定して得られていない。また、得られた半導体結
晶の粒径のばらつきが大きいという問題もある。以上の
理由のため、ビーム再結晶化法によって得られた半導体
結晶から、単結晶シリコン半導体基板から作製した半導
体装置と同等の特性を有する半導体素子を作製すること
は不可能である。
晶化法においては、半導体薄膜の溶融時間が１００ｎｓ
程度の極めて短い時間であるため、瞬間的な結晶成長し
か起こらず、０．１μｍ程度の小粒径の半導体結晶しか
得られないという問題がある。大粒径の半導体結晶を得
るために、 （Ａ）光学系によってビーム強度を変化させる方法 （Ｂ）試料に入射するビーム強度を試料表面に設けた反
射防止膜や吸熱膜等によって変化させて温度分布を制御
する方法 （Ｃ）試料構造によって熱の逃げ方を変化させて温度分
布を制御する方法 などが試みられているが、現状では、大粒径の半導体結
晶が安定して得られていない。また、得られた半導体結
晶の粒径のばらつきが大きいという問題もある。以上の
理由のため、ビーム再結晶化法によって得られた半導体
結晶から、単結晶シリコン半導体基板から作製した半導
体装置と同等の特性を有する半導体素子を作製すること
は不可能である。
【０００４】従って、本発明の目的は、簡単な方法で、
何ら複雑な構造を基体あるいは半導体薄膜に形成するこ
となく、粒径が大きく粒径分布が制御された半導体結晶
を形成する方法及びかかる形成方法に基づいた半導体素
子を提供することにある。
何ら複雑な構造を基体あるいは半導体薄膜に形成するこ
となく、粒径が大きく粒径分布が制御された半導体結晶
を形成する方法及びかかる形成方法に基づいた半導体素
子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、（イ）基
体上に、基体と異なる材料から成り且つ縁部分を有する
半導体薄膜を形成する工程と、（ロ）縁部分を含む半導
体薄膜にエネルギーを短時間照射して、縁部分を含む半
導体薄膜を完全に溶融させた後、固化させて結晶化する
工程、から成ることを特徴とする本発明の半導体結晶の
形成方法の第１の態様によって達成することができる。
体上に、基体と異なる材料から成り且つ縁部分を有する
半導体薄膜を形成する工程と、（ロ）縁部分を含む半導
体薄膜にエネルギーを短時間照射して、縁部分を含む半
導体薄膜を完全に溶融させた後、固化させて結晶化する
工程、から成ることを特徴とする本発明の半導体結晶の
形成方法の第１の態様によって達成することができる。
【０００６】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形
成方法においては、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであることが望ましい。
成方法においては、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであることが望ましい。
【０００７】上記の目的は、更に、（イ）基体上に、基
体と異なる材料から成り且つ縁部分を有する半導体薄膜
を形成する工程と、（ロ）半導体薄膜上の一部に、エネ
ルギーを反射する反射膜を形成する工程と、（ハ）縁部
分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照射して、反
射膜によって被覆された半導体薄膜の部分を完全には溶
融させず且つ縁部分を含み反射膜によって被覆されてい
ない半導体薄膜の部分を完全に溶融させた後、固化させ
て結晶化する工程、から成ることを特徴とする本発明の
半導体結晶の形成方法の第２の態様によって達成するこ
とができる。
体と異なる材料から成り且つ縁部分を有する半導体薄膜
を形成する工程と、（ロ）半導体薄膜上の一部に、エネ
ルギーを反射する反射膜を形成する工程と、（ハ）縁部
分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照射して、反
射膜によって被覆された半導体薄膜の部分を完全には溶
融させず且つ縁部分を含み反射膜によって被覆されてい
ない半導体薄膜の部分を完全に溶融させた後、固化させ
て結晶化する工程、から成ることを特徴とする本発明の
半導体結晶の形成方法の第２の態様によって達成するこ
とができる。
【０００８】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形
成方法においては、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであり、反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍ
であり、反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いこと
が望ましい。反射膜はエネルギーを出来る限り反射する
ことが望ましく、例えば、反射膜のエネルギー反射率は
３０％以上であることが望ましい。かかる反射膜とし
て、モリブデン膜やタングステン膜を例示することがで
きる。あるいは又、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであり、反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成
された第２の薄膜から構成されており、反射膜の最大寸
法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、第１の薄膜の融点は
半導体薄膜の融点より高いことが望ましい。第２の薄膜
はエネルギーを出来る限り反射することが望ましく、例
えば、第２の薄膜のエネルギー反射率は３０％以上であ
ることが望ましい。かかる第１の薄膜としてＳｉＯ2膜
を、また、第２の薄膜としてアルミニウム膜を例示する
ことができる。
成方法においては、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであり、反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍ
であり、反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いこと
が望ましい。反射膜はエネルギーを出来る限り反射する
ことが望ましく、例えば、反射膜のエネルギー反射率は
３０％以上であることが望ましい。かかる反射膜とし
て、モリブデン膜やタングステン膜を例示することがで
きる。あるいは又、半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０
μｍであり、反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成
された第２の薄膜から構成されており、反射膜の最大寸
法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、第１の薄膜の融点は
半導体薄膜の融点より高いことが望ましい。第２の薄膜
はエネルギーを出来る限り反射することが望ましく、例
えば、第２の薄膜のエネルギー反射率は３０％以上であ
ることが望ましい。かかる第１の薄膜としてＳｉＯ2膜
を、また、第２の薄膜としてアルミニウム膜を例示する
ことができる。
【０００９】反射膜の最大寸法とは、反射膜の平面形状
が正方形の場合、一辺の長さを意味し、反射膜の平面形
状が長方形の場合、長辺の長さを意味し、反射膜の平面
形状が円形の場合、直径を意味し、反射膜の平面形状が
楕円形の場合、長軸の長さを意味し、反射膜の平面形状
が任意の形状の場合、かかる形状に外接する仮想の円を
描いたときの直径を意味する。
が正方形の場合、一辺の長さを意味し、反射膜の平面形
状が長方形の場合、長辺の長さを意味し、反射膜の平面
形状が円形の場合、直径を意味し、反射膜の平面形状が
楕円形の場合、長軸の長さを意味し、反射膜の平面形状
が任意の形状の場合、かかる形状に外接する仮想の円を
描いたときの直径を意味する。
【００１０】基体として、ガラス、プラスチック等の耐
熱性の無い基板、あるいは、シリコン等の基板上に形成
されたＳｉＯ2膜、セラミック等を例示することができ
る。尚、「耐熱性が無い」とは、６００゜Ｃを越える半
導体素子の製造工程において、基体に反りや捻れが発生
することを意味する。半導体薄膜は、例えばポリシリコ
ンから成り、ＣＶＤ法で形成することができる。
熱性の無い基板、あるいは、シリコン等の基板上に形成
されたＳｉＯ2膜、セラミック等を例示することができ
る。尚、「耐熱性が無い」とは、６００゜Ｃを越える半
導体素子の製造工程において、基体に反りや捻れが発生
することを意味する。半導体薄膜は、例えばポリシリコ
ンから成り、ＣＶＤ法で形成することができる。
【００１１】照射するエネルギーのエネルギー源とし
て、レーザや電子ビームを用いることができる。半導体
薄膜を完全に溶融させるとは、半導体薄膜の少なくとも
縁部分が溶融してビードアップ現象が生じるように半導
体薄膜を溶融させることを意味する。本発明の第１の態
様に係る半導体結晶の形成方法においては、必ずしも全
領域の半導体薄膜を溶融させる必要はない。照射時間は
１秒以下が好ましい。
て、レーザや電子ビームを用いることができる。半導体
薄膜を完全に溶融させるとは、半導体薄膜の少なくとも
縁部分が溶融してビードアップ現象が生じるように半導
体薄膜を溶融させることを意味する。本発明の第１の態
様に係る半導体結晶の形成方法においては、必ずしも全
領域の半導体薄膜を溶融させる必要はない。照射時間は
１秒以下が好ましい。
【００１２】上記の目的は、上述の本発明の半導体結晶
の形成方法によって形成された半導体結晶から作製され
た半導体素子であって、この半導体素子を構成する結晶
中に結晶粒界が存在しないことを特徴とする、本発明の
第１の態様による半導体素子により達成される。このよ
うな半導体素子を作製するためには、形成された半導体
結晶の一部をエッチング等によって除去すればよい。
の形成方法によって形成された半導体結晶から作製され
た半導体素子であって、この半導体素子を構成する結晶
中に結晶粒界が存在しないことを特徴とする、本発明の
第１の態様による半導体素子により達成される。このよ
うな半導体素子を作製するためには、形成された半導体
結晶の一部をエッチング等によって除去すればよい。
【００１３】更に、上記の目的は、上述の本発明の半導
体結晶の形成方法によって形成された半導体結晶から作
製された半導体素子であって、この半導体素子を構成す
る結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μｍ以下であること
を特徴とする、本発明の第２の態様による半導体素子に
より達成される。ここで、結晶の粒径とは、結晶に外接
する仮想の円を描いたときの円の直径を指す。このよう
な半導体素子を作製するためには、形成すべき半導体薄
膜の形状や厚さ、エネルギーの照射条件等を、適宜選定
すればよい。
体結晶の形成方法によって形成された半導体結晶から作
製された半導体素子であって、この半導体素子を構成す
る結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μｍ以下であること
を特徴とする、本発明の第２の態様による半導体素子に
より達成される。ここで、結晶の粒径とは、結晶に外接
する仮想の円を描いたときの円の直径を指す。このよう
な半導体素子を作製するためには、形成すべき半導体薄
膜の形状や厚さ、エネルギーの照射条件等を、適宜選定
すればよい。
【００１４】本発明の第１及び第２の態様に係る半導体
素子として、例えば、薄膜トランジスタ、バイポーラト
ランジスタ、ＭＯＳ型ＦＥＴ、太陽電池等を例示するこ
とができる。
素子として、例えば、薄膜トランジスタ、バイポーラト
ランジスタ、ＭＯＳ型ＦＥＴ、太陽電池等を例示するこ
とができる。
【００１５】
【作用】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形成方
法においては、縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを
短時間照射して、縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融
させた後、固化させる。基体と半導体薄膜の材質が異な
っているので、縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融さ
せることによって、基体に対する半導体薄膜の濡れ性の
関係から、縁部分に沿った方向と概ね直角の方向（以
下、単に「縁部分に直角の方向」という。また縁部分に
概ね沿った方向を、以下、単に「縁部分と平行な方向」
という）に、半導体薄膜にはビードアップ現象が生じ
る。これによって、大粒径を有する半導体結晶を形成す
ることができる。
法においては、縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを
短時間照射して、縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融
させた後、固化させる。基体と半導体薄膜の材質が異な
っているので、縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融さ
せることによって、基体に対する半導体薄膜の濡れ性の
関係から、縁部分に沿った方向と概ね直角の方向（以
下、単に「縁部分に直角の方向」という。また縁部分に
概ね沿った方向を、以下、単に「縁部分と平行な方向」
という）に、半導体薄膜にはビードアップ現象が生じ
る。これによって、大粒径を有する半導体結晶を形成す
ることができる。
【００１６】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形
成方法においては、縁部分を含む半導体薄膜にエネルギ
ーを短時間照射して、反射膜によって被覆された半導体
薄膜の部分を完全には溶融させず且つ縁部分を含み反射
膜によって被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に
溶融させた後、固化させて結晶化させる。基体と半導体
薄膜の材質が異なっているので、半導体薄膜の縁部分を
含み反射膜によって被覆されていない部分を完全に溶融
させることによって、基体に対する半導体薄膜の濡れ性
の関係から、縁部分に直角の方向に、半導体薄膜にはビ
ードアップ現象が生じる。
成方法においては、縁部分を含む半導体薄膜にエネルギ
ーを短時間照射して、反射膜によって被覆された半導体
薄膜の部分を完全には溶融させず且つ縁部分を含み反射
膜によって被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に
溶融させた後、固化させて結晶化させる。基体と半導体
薄膜の材質が異なっているので、半導体薄膜の縁部分を
含み反射膜によって被覆されていない部分を完全に溶融
させることによって、基体に対する半導体薄膜の濡れ性
の関係から、縁部分に直角の方向に、半導体薄膜にはビ
ードアップ現象が生じる。
【００１７】しかも、反射膜で被覆された半導体薄膜の
部分は完全には溶融されない。更に、半導体薄膜の縁部
分と平行な方向において、半導体薄膜には温度変化が生
じる。即ち、反射膜で被覆された半導体薄膜の部分の温
度は、反射膜で被覆されていない半導体薄膜の部分の温
度よりも低い。それ故、反射膜で被覆された半導体薄膜
の部分が結晶核の発生部分となる。その結果、結晶核の
発生位置を正確に制御することが可能になる。しかも、
縁方向に直角の方向及び縁部分と平行な方向における結
晶成長を制御することができる。これによって、大粒径
を有し、しかも粒径分布の揃った半導体結晶膜を形成す
ることができる。
部分は完全には溶融されない。更に、半導体薄膜の縁部
分と平行な方向において、半導体薄膜には温度変化が生
じる。即ち、反射膜で被覆された半導体薄膜の部分の温
度は、反射膜で被覆されていない半導体薄膜の部分の温
度よりも低い。それ故、反射膜で被覆された半導体薄膜
の部分が結晶核の発生部分となる。その結果、結晶核の
発生位置を正確に制御することが可能になる。しかも、
縁方向に直角の方向及び縁部分と平行な方向における結
晶成長を制御することができる。これによって、大粒径
を有し、しかも粒径分布の揃った半導体結晶膜を形成す
ることができる。
【００１８】本発明の第１の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在
しないので、半導体装置は優れた特性を有することがで
きる。また、本発明の第２の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶の粒径が大きいの
で、単結晶シリコン基板から作製された半導体素子と同
様の特性を有することができる。
いては、半導体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在
しないので、半導体装置は優れた特性を有することがで
きる。また、本発明の第２の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶の粒径が大きいの
で、単結晶シリコン基板から作製された半導体素子と同
様の特性を有することができる。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき、先
ず、本発明の半導体結晶の形成方法を説明し、次いで半
導体素子について説明する。
ず、本発明の半導体結晶の形成方法を説明し、次いで半
導体素子について説明する。
【００２０】（実施例１）実施例１は、本発明の第１の
態様に係る半導体結晶の形成方法に関する。先ず、ガラ
スから成る基体１０の上に厚さ１００ｎｍのポリシリコ
ン膜から成る半導体薄膜１２を通常のＣＶＤ法で形成し
た。ＴＥＭ観察を行ったところ、半導体薄膜１２の粒径
は約３０ｎｍであった。次に、フォトリソグラフィ法及
びドライエッチング法によって、図１の（Ａ）に縁部分
に直角の方向の模式的な断面図を示すように、半導体薄
膜１２を平面形状が幅１０μｍ×長さ４０μｍの複数の
矩形形状に形成した。図１の（Ａ）において、１４は半
導体薄膜の縁部分である。実施例１においては、矩形形
状の半導体薄膜の長手方向の辺の近傍が縁部分１４に相
当する。
態様に係る半導体結晶の形成方法に関する。先ず、ガラ
スから成る基体１０の上に厚さ１００ｎｍのポリシリコ
ン膜から成る半導体薄膜１２を通常のＣＶＤ法で形成し
た。ＴＥＭ観察を行ったところ、半導体薄膜１２の粒径
は約３０ｎｍであった。次に、フォトリソグラフィ法及
びドライエッチング法によって、図１の（Ａ）に縁部分
に直角の方向の模式的な断面図を示すように、半導体薄
膜１２を平面形状が幅１０μｍ×長さ４０μｍの複数の
矩形形状に形成した。図１の（Ａ）において、１４は半
導体薄膜の縁部分である。実施例１においては、矩形形
状の半導体薄膜の長手方向の辺の近傍が縁部分１４に相
当する。
【００２１】次に、エネルギー源としてＸｅＣｌエキシ
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｍ）を使用
して、常温真空中で縁部分１４を含む矩形形状の半導体
薄膜１２の全体にレーザを照射した。照射エネルギーを
３５０ｍＪ／ｃｍ2とした。レーザの照射によって、半
導体薄膜１２は完全に溶融した。レーザの照射を中止す
ることによって、半導体薄膜１２は固化し、半導体結晶
が得られた。
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｍ）を使用
して、常温真空中で縁部分１４を含む矩形形状の半導体
薄膜１２の全体にレーザを照射した。照射エネルギーを
３５０ｍＪ／ｃｍ2とした。レーザの照射によって、半
導体薄膜１２は完全に溶融した。レーザの照射を中止す
ることによって、半導体薄膜１２は固化し、半導体結晶
が得られた。
【００２２】図１の（Ｂ）に縁部分に直角の方向の模式
的な断面図を示すように、半導体結晶２０の断面形状
は、半導体薄膜１２の断面形状から変化していた。ま
た、半導体薄膜１２と半導体結晶２０の平面図を図１の
（Ｃ）に示す。尚、この図において、半導体薄膜１２を
点線で、半導体結晶２０を実線で示した。半導体結晶２
０の断面形状は、幅が約３μｍとなり、半導体薄膜１２
の幅（１０μｍ）よりも狭くなっていた。また、厚さは
最大２７０ｎｍとなり、半導体薄膜１２の厚さ（１００
ｎｍ）よりも厚くなっていた。この半導体結晶２０をＳ
ＥＭ観察したところ、図１の（Ｄ）に模式的な一部拡大
平面図を示すように、約１．５μｍ×０．５μｍの大き
な粒径を有するシリコン結晶粒２０Ａ，２０Ｂのドメイ
ンが規則的に２列並んで形成されていた。また、エレク
トロンチャンネリングイメージ分析により、これらのシ
リコン結晶粒は単結晶であることが確認された。
的な断面図を示すように、半導体結晶２０の断面形状
は、半導体薄膜１２の断面形状から変化していた。ま
た、半導体薄膜１２と半導体結晶２０の平面図を図１の
（Ｃ）に示す。尚、この図において、半導体薄膜１２を
点線で、半導体結晶２０を実線で示した。半導体結晶２
０の断面形状は、幅が約３μｍとなり、半導体薄膜１２
の幅（１０μｍ）よりも狭くなっていた。また、厚さは
最大２７０ｎｍとなり、半導体薄膜１２の厚さ（１００
ｎｍ）よりも厚くなっていた。この半導体結晶２０をＳ
ＥＭ観察したところ、図１の（Ｄ）に模式的な一部拡大
平面図を示すように、約１．５μｍ×０．５μｍの大き
な粒径を有するシリコン結晶粒２０Ａ，２０Ｂのドメイ
ンが規則的に２列並んで形成されていた。また、エレク
トロンチャンネリングイメージ分析により、これらのシ
リコン結晶粒は単結晶であることが確認された。
【００２３】このように大きな半導体結晶が形成される
理由を、以下、図２を参照して説明する。
理由を、以下、図２を参照して説明する。
【００２４】溶融前の半導体薄膜１２の断面を図２の
（Ａ）に点線で示す。縁部分１４を含む半導体薄膜１２
を完全に溶融させ始めると、図２の（Ａ）に実線で示す
ように、半導体薄膜１２と基体１０とは異なる材質であ
るが故に、基体１０に対する半導体薄膜１２の濡れ性の
関係によって、縁部分に直角な方向に、半導体薄膜の縁
部分１４からビードアップ現象が生じる。
（Ａ）に点線で示す。縁部分１４を含む半導体薄膜１２
を完全に溶融させ始めると、図２の（Ａ）に実線で示す
ように、半導体薄膜１２と基体１０とは異なる材質であ
るが故に、基体１０に対する半導体薄膜１２の濡れ性の
関係によって、縁部分に直角な方向に、半導体薄膜の縁
部分１４からビードアップ現象が生じる。
【００２５】縁部分１４から始まったビードアップ現象
が半導体薄膜１２全体に及ぶと、図２の（Ｂ）に示すよ
うに、半導体薄膜１２と基体１０の接触面積が小さくな
り、半導体薄膜１２から基体１０への熱拡散が減少す
る。その結果、半導体薄膜の縁領域１４Ａの溶融時間が
長くなる。ビードアップ現象は半導体薄膜１２の縁部分
１４から生じるので、縁領域１４Ａの厚さが厚くなり、
縁領域１４Ａに熱溜りができる。これに対して、半導体
薄膜１２の中央部分１６は縁部分１４よりもビードアッ
プ現象が起こり難く、中央部分１６の厚さは縁領域１４
Ａの厚さに比べて薄い状態に留まるので、基体１０への
熱拡散によって中央部分１６は、縁領域１４Ａよりも早
く冷却・固化される。この結果、中央部分１６の温度が
低く縁領域１４Ａの温度が高い、横方向（縁部分に直角
の方向）の温度勾配が生じ、中央部分１６から縁領域１
４Ａに向かって規則的な結晶成長が起こり、大粒径の結
晶が形成される。
が半導体薄膜１２全体に及ぶと、図２の（Ｂ）に示すよ
うに、半導体薄膜１２と基体１０の接触面積が小さくな
り、半導体薄膜１２から基体１０への熱拡散が減少す
る。その結果、半導体薄膜の縁領域１４Ａの溶融時間が
長くなる。ビードアップ現象は半導体薄膜１２の縁部分
１４から生じるので、縁領域１４Ａの厚さが厚くなり、
縁領域１４Ａに熱溜りができる。これに対して、半導体
薄膜１２の中央部分１６は縁部分１４よりもビードアッ
プ現象が起こり難く、中央部分１６の厚さは縁領域１４
Ａの厚さに比べて薄い状態に留まるので、基体１０への
熱拡散によって中央部分１６は、縁領域１４Ａよりも早
く冷却・固化される。この結果、中央部分１６の温度が
低く縁領域１４Ａの温度が高い、横方向（縁部分に直角
の方向）の温度勾配が生じ、中央部分１６から縁領域１
４Ａに向かって規則的な結晶成長が起こり、大粒径の結
晶が形成される。
【００２６】例えば、シードなしのＳＯＩ結晶成長技術
においては、基体１００上に形成された絶縁膜１１０上
に堆積させたポリシリコン膜１１２を適当な大きさの島
状構造に加工し（図１０の（Ａ）参照）、この島状の領
域にレーザ等を照射して単結晶化する（図１０の（Ｂ）
参照）。このような技術においては、島状に加工された
ポリシリコン膜１１２の大きさ（例えば、図１０に示す
幅Ｌ1）と、単結晶化された島状の領域１２０の大きさ
（例えば、図１０に示す幅Ｌ2）は、実質的には同じで
ある。レーザの照射によって半導体薄膜に与えられるエ
ネルギーは、半導体薄膜の表面が溶融する程度のエネル
ギーである。
においては、基体１００上に形成された絶縁膜１１０上
に堆積させたポリシリコン膜１１２を適当な大きさの島
状構造に加工し（図１０の（Ａ）参照）、この島状の領
域にレーザ等を照射して単結晶化する（図１０の（Ｂ）
参照）。このような技術においては、島状に加工された
ポリシリコン膜１１２の大きさ（例えば、図１０に示す
幅Ｌ1）と、単結晶化された島状の領域１２０の大きさ
（例えば、図１０に示す幅Ｌ2）は、実質的には同じで
ある。レーザの照射によって半導体薄膜に与えられるエ
ネルギーは、半導体薄膜の表面が溶融する程度のエネル
ギーである。
【００２７】このように、従来の技術においては、ポリ
シリコン膜を完全に溶融することはない。島状に加工さ
れたポリシリコン膜１１２の大きさを殆ど変化させるこ
となく、ポリシリコン膜１１２の大きさを保持したまま
結晶化する。半導体薄膜を完全に溶融し、半導体薄膜の
縁部分でビードアップ現象を生じさせることによって半
導体結晶を形成させる本発明の技術は、これまで知られ
ていない。
シリコン膜を完全に溶融することはない。島状に加工さ
れたポリシリコン膜１１２の大きさを殆ど変化させるこ
となく、ポリシリコン膜１１２の大きさを保持したまま
結晶化する。半導体薄膜を完全に溶融し、半導体薄膜の
縁部分でビードアップ現象を生じさせることによって半
導体結晶を形成させる本発明の技術は、これまで知られ
ていない。
【００２８】（実施例２）実施例２は、本発明の第２の
態様に係る半導体結晶の形成方法に関する。先ず、ガラ
スから成る基体１０の上に厚さ１００ｎｍのポリシリコ
ン膜から成る半導体薄膜１２を通常のＣＶＤ法で形成し
た。次に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング
法によって、半導体薄膜１２の平面形状を矩形形状に形
成した。実施例２においては、矩形形状の半導体薄膜１
２の長手方向の辺の近傍が縁部分に相当する。
態様に係る半導体結晶の形成方法に関する。先ず、ガラ
スから成る基体１０の上に厚さ１００ｎｍのポリシリコ
ン膜から成る半導体薄膜１２を通常のＣＶＤ法で形成し
た。次に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング
法によって、半導体薄膜１２の平面形状を矩形形状に形
成した。実施例２においては、矩形形状の半導体薄膜１
２の長手方向の辺の近傍が縁部分に相当する。
【００２９】次に、モリブデンあるいはタングステン等
の耐熱性に優れしかも光を良く反射する材料をＣＶＤ法
で半導体薄膜１２上に堆積させた後、フォトリソグラフ
ィ法及びドライエッチング法によって、反射膜１８を形
成する。反射膜１８の平面形状を概ね正方形とした。こ
の状態を、図３の（Ａ）に模式的な平面図で示す。図３
の（Ａ）において、１４は半導体薄膜の縁部分である。
また、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図（縁部
分に直角な方向の断面図）を図３の（Ｂ）に示す。
の耐熱性に優れしかも光を良く反射する材料をＣＶＤ法
で半導体薄膜１２上に堆積させた後、フォトリソグラフ
ィ法及びドライエッチング法によって、反射膜１８を形
成する。反射膜１８の平面形状を概ね正方形とした。こ
の状態を、図３の（Ａ）に模式的な平面図で示す。図３
の（Ａ）において、１４は半導体薄膜の縁部分である。
また、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図（縁部
分に直角な方向の断面図）を図３の（Ｂ）に示す。
【００３０】反射膜１８は、矩形形状の半導体薄膜１２
の長手方向の中心線に沿って、一定の間隔で複数設ける
ことが望ましい。また、図３の（Ａ）に示す反射膜の最
大寸法Ｌは、１０ｎｍ乃至１０μｍであることが好まし
い。反射膜１８の融点は半導体薄膜の融点より高いこと
が望ましく、また、反射膜１８は多くのエネルギーを反
射することが好ましい。モリブデン及びタングステンの
融点は２６１０゜Ｃ及び３３８７゜Ｃである。尚、半導
体薄膜１２をポリシリコンから形成した場合、半導体薄
膜の融点は１４１２゜Ｃである。
の長手方向の中心線に沿って、一定の間隔で複数設ける
ことが望ましい。また、図３の（Ａ）に示す反射膜の最
大寸法Ｌは、１０ｎｍ乃至１０μｍであることが好まし
い。反射膜１８の融点は半導体薄膜の融点より高いこと
が望ましく、また、反射膜１８は多くのエネルギーを反
射することが好ましい。モリブデン及びタングステンの
融点は２６１０゜Ｃ及び３３８７゜Ｃである。尚、半導
体薄膜１２をポリシリコンから形成した場合、半導体薄
膜の融点は１４１２゜Ｃである。
【００３１】次に、エネルギー源としてＸｅＣｌエキシ
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｍ）を使用
して、常温真空中で縁部分１４及び反射膜１８を含む矩
形形状の半導体薄膜１２の全体にレーザを照射した。レ
ーザの照射によって、縁部分１４を含み反射膜１８で被
覆されていない半導体薄膜１２の部分は完全に溶融し
た。また、反射膜１８で被覆された半導体薄膜１２の部
分は完全には溶融しなかった。レーザの照射を中止する
ことによって、半導体薄膜１２は固化し、半導体結晶が
得られた。
マレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｍ）を使用
して、常温真空中で縁部分１４及び反射膜１８を含む矩
形形状の半導体薄膜１２の全体にレーザを照射した。レ
ーザの照射によって、縁部分１４を含み反射膜１８で被
覆されていない半導体薄膜１２の部分は完全に溶融し
た。また、反射膜１８で被覆された半導体薄膜１２の部
分は完全には溶融しなかった。レーザの照射を中止する
ことによって、半導体薄膜１２は固化し、半導体結晶が
得られた。
【００３２】このように大きな半導体結晶が形成される
理由を、以下、図４を参照して説明する。溶融前の半導
体薄膜１２の縁部分に直角の方向の断面図を図４の
（Ａ）に、また、一部平面図を図４の（Ｂ）に示す。
尚、１８は反射膜である。縁部分１４を含み反射膜１８
で被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に溶融させ
始めると、図４の（Ｃ）に断面図をそして図４の（Ｄ）
に一部平面図を示すように、半導体薄膜１２と基体１０
とは異なる材質であるが故に、基体１０に対する半導体
薄膜１２の濡れ性の関係によって、縁部分に直角な方向
に、半導体薄膜の縁部分１４からビードアップ現象が生
じる。
理由を、以下、図４を参照して説明する。溶融前の半導
体薄膜１２の縁部分に直角の方向の断面図を図４の
（Ａ）に、また、一部平面図を図４の（Ｂ）に示す。
尚、１８は反射膜である。縁部分１４を含み反射膜１８
で被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に溶融させ
始めると、図４の（Ｃ）に断面図をそして図４の（Ｄ）
に一部平面図を示すように、半導体薄膜１２と基体１０
とは異なる材質であるが故に、基体１０に対する半導体
薄膜１２の濡れ性の関係によって、縁部分に直角な方向
に、半導体薄膜の縁部分１４からビードアップ現象が生
じる。
【００３３】縁部分１４から始まったビードアップ現象
が半導体薄膜１２全体に及ぶと、図４の（Ｃ）及び
（Ｄ）に示すように、半導体薄膜１２と基体１０の接触
面積が小さくなり、半導体薄膜１２から基体１０への熱
拡散が減少する。その結果、半導体薄膜の縁領域１４Ａ
の溶融時間が長くなる。ビードアップ現象は半導体薄膜
１２の縁部分１４から生じるので、縁領域１４Ａの厚さ
が厚くなり、縁領域１４Ａに熱溜りができる。これに対
して、半導体薄膜１２の中央部分１６は縁部分１４より
もビードアップ現象が起こり難く、中央部分１６の厚さ
は縁領域１４Ａの厚さに比べて薄い状態に留まる。
が半導体薄膜１２全体に及ぶと、図４の（Ｃ）及び
（Ｄ）に示すように、半導体薄膜１２と基体１０の接触
面積が小さくなり、半導体薄膜１２から基体１０への熱
拡散が減少する。その結果、半導体薄膜の縁領域１４Ａ
の溶融時間が長くなる。ビードアップ現象は半導体薄膜
１２の縁部分１４から生じるので、縁領域１４Ａの厚さ
が厚くなり、縁領域１４Ａに熱溜りができる。これに対
して、半導体薄膜１２の中央部分１６は縁部分１４より
もビードアップ現象が起こり難く、中央部分１６の厚さ
は縁領域１４Ａの厚さに比べて薄い状態に留まる。
【００３４】しかも、例えば半導体薄膜の中央部分１６
の一部分を反射膜１８で被覆しておけば、反射膜１８に
よってレーザビームが反射されるので、反射膜１８によ
って被覆されていない半導体薄膜の部分よりも中央部分
１６の温度上昇は低く、完全には溶融されない。従っ
て、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分は、結晶核
の発生部位となる。
の一部分を反射膜１８で被覆しておけば、反射膜１８に
よってレーザビームが反射されるので、反射膜１８によ
って被覆されていない半導体薄膜の部分よりも中央部分
１６の温度上昇は低く、完全には溶融されない。従っ
て、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分は、結晶核
の発生部位となる。
【００３５】更に、基体１０への熱拡散によって中央部
分１６、特に反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分
は、縁領域１４Ａよりも早く冷却・固化される。この結
果、反射膜１８で被覆された半導体薄膜の部分の温度が
低く縁領域１４Ａの温度が高い、横方向（縁部分に直角
の方向）の温度勾配が生じ、反射膜１８で被覆され半導
体薄膜の部分から縁領域１４Ａに向かって規則的な結晶
成長が起こり、大粒径の結晶が形成される。この状態
を、図４の（Ｅ）に半導体薄膜の縁部分に直角な方向の
模式的な断面図で示す。また、図４の（Ｆ）に一部平面
図で示す。尚、図４の（Ｅ）及び（Ｆ）において、結晶
粒界を模式的に破線にて示した。
分１６、特に反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分
は、縁領域１４Ａよりも早く冷却・固化される。この結
果、反射膜１８で被覆された半導体薄膜の部分の温度が
低く縁領域１４Ａの温度が高い、横方向（縁部分に直角
の方向）の温度勾配が生じ、反射膜１８で被覆され半導
体薄膜の部分から縁領域１４Ａに向かって規則的な結晶
成長が起こり、大粒径の結晶が形成される。この状態
を、図４の（Ｅ）に半導体薄膜の縁部分に直角な方向の
模式的な断面図で示す。また、図４の（Ｆ）に一部平面
図で示す。尚、図４の（Ｅ）及び（Ｆ）において、結晶
粒界を模式的に破線にて示した。
【００３６】しかも、半導体薄膜１２の長手方向（縁部
分と平行な方向）にも、図４の（Ｇ）に示すような周期
的な温度分布が生じる。かかる温度分布の谷の部分は、
反射膜１８で被覆された半導体薄膜の部分に相当する。
従って、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分から、
縁部分と平行な方向にも規則的な結晶成長が起こる。即
ち、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分が結晶核と
なって、半導体薄膜の短辺方向（縁部分に直角の方向）
だけでなく長手方向（縁部分と平行な方向）にも制御さ
れた状態で結晶成長が生じるので、結晶の粒径分布を一
定にすることができる。
分と平行な方向）にも、図４の（Ｇ）に示すような周期
的な温度分布が生じる。かかる温度分布の谷の部分は、
反射膜１８で被覆された半導体薄膜の部分に相当する。
従って、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分から、
縁部分と平行な方向にも規則的な結晶成長が起こる。即
ち、反射膜１８で被覆され半導体薄膜の部分が結晶核と
なって、半導体薄膜の短辺方向（縁部分に直角の方向）
だけでなく長手方向（縁部分と平行な方向）にも制御さ
れた状態で結晶成長が生じるので、結晶の粒径分布を一
定にすることができる。
【００３７】図５に２層構成の反射膜１８の断面図を示
す。図５中、１８Ａは、例えばＳｉＯ2から成る第１の
薄膜であり、１８Ｂは、その上に形成された例えばアル
ミニウムから成る第２の薄膜である。第２の薄膜１８Ｂ
は多くのエネルギーを反射することが望ましい。また、
第１の薄膜１８Ａの融点は半導体薄膜の融点より高いこ
とが望ましい。第１の薄膜１８ＡをＳｉＯ2から構成し
た場合、その融点は１６００゜Ｃである。このように反
射膜を２層構成にすることにより、半導体薄膜が加熱さ
れたとき、反射膜からの不純物の半導体薄膜への混入を
第１の薄膜１８Ａによって抑制することができる。
す。図５中、１８Ａは、例えばＳｉＯ2から成る第１の
薄膜であり、１８Ｂは、その上に形成された例えばアル
ミニウムから成る第２の薄膜である。第２の薄膜１８Ｂ
は多くのエネルギーを反射することが望ましい。また、
第１の薄膜１８Ａの融点は半導体薄膜の融点より高いこ
とが望ましい。第１の薄膜１８ＡをＳｉＯ2から構成し
た場合、その融点は１６００゜Ｃである。このように反
射膜を２層構成にすることにより、半導体薄膜が加熱さ
れたとき、反射膜からの不純物の半導体薄膜への混入を
第１の薄膜１８Ａによって抑制することができる。
【００３８】次に、本発明の半導体結晶の形成方法に基
づいた半導体素子及びその作製方法について、説明す
る。
づいた半導体素子及びその作製方法について、説明す
る。
【００３９】（実施例３）実施例３においては、半導体
素子は薄膜トランジスタであり、基体１０はガラスから
成る。図６の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶２０
を、上記の本発明の半導体結晶形成方法で形成する。
尚、半導体薄膜として、ｐ型不純物を含有したポリシリ
コンを使用した。この半導体結晶２０は結晶粒が２列規
則的に並んでいる。２つの結晶粒の２０Ａ，２０Ｂの間
には粒界２２が存在する。必要に応じて反射膜１８を除
去した後、このような半導体結晶２０の結晶粒の列の一
方、例えば２０Ｂを含む方を通常の方法でエッチングし
て除去し、他方の結晶粒の列、例えば２０Ａを含む方を
残す（図６の（Ｂ）参照）。これによって、半導体素子
を作製すべき個々の結晶には粒界が含まれなくなり、作
製される半導体素子が高性能を発揮することができるよ
うになる。
素子は薄膜トランジスタであり、基体１０はガラスから
成る。図６の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶２０
を、上記の本発明の半導体結晶形成方法で形成する。
尚、半導体薄膜として、ｐ型不純物を含有したポリシリ
コンを使用した。この半導体結晶２０は結晶粒が２列規
則的に並んでいる。２つの結晶粒の２０Ａ，２０Ｂの間
には粒界２２が存在する。必要に応じて反射膜１８を除
去した後、このような半導体結晶２０の結晶粒の列の一
方、例えば２０Ｂを含む方を通常の方法でエッチングし
て除去し、他方の結晶粒の列、例えば２０Ａを含む方を
残す（図６の（Ｂ）参照）。これによって、半導体素子
を作製すべき個々の結晶には粒界が含まれなくなり、作
製される半導体素子が高性能を発揮することができるよ
うになる。
【００４０】次に、従来の方法に基づき、半導体結晶粒
２０Ａ上に酸化膜２４及びポリシリコン２６等から成る
ゲート電極領域２８を形成する（図６の（Ｃ）参照）。
次いで、イオン注入を施し、ｎ型のソース・ドレイン領
域３０を形成した後、ソース・ドレイン領域３０に電極
部３２を形成する（図６の（Ｄ）参照）。
２０Ａ上に酸化膜２４及びポリシリコン２６等から成る
ゲート電極領域２８を形成する（図６の（Ｃ）参照）。
次いで、イオン注入を施し、ｎ型のソース・ドレイン領
域３０を形成した後、ソース・ドレイン領域３０に電極
部３２を形成する（図６の（Ｄ）参照）。
【００４１】こうして、半導体素子を構成する結晶中に
は結晶粒界が存在しない半導体素子、具体的には薄膜ト
ランジスタを作製できる。また、この半導体素子は、半
導体素子を構成する結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μ
ｍ以下、具体的には、結晶の粒径が１．５μｍである。
尚、ｎ型不純物を含有する半導体薄膜を使用して、ｐ型
のソース・ドレイン領域を形成することもできる。
は結晶粒界が存在しない半導体素子、具体的には薄膜ト
ランジスタを作製できる。また、この半導体素子は、半
導体素子を構成する結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μ
ｍ以下、具体的には、結晶の粒径が１．５μｍである。
尚、ｎ型不純物を含有する半導体薄膜を使用して、ｐ型
のソース・ドレイン領域を形成することもできる。
【００４２】（実施例４）実施例４においては、半導体
素子は太陽電池であり、基体１０はガラスから成る。図
７の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶２０を、上記の
本発明の半導体結晶形成方法で形成する。尚、半導体薄
膜として、ｎ型不純物を含有したポリシリコンを使用し
た。この半導体結晶２０は２列の結晶粒が規則的に並ん
でいる。結晶粒２０Ａ，２０Ｂの間には粒界２２が存在
する。
素子は太陽電池であり、基体１０はガラスから成る。図
７の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶２０を、上記の
本発明の半導体結晶形成方法で形成する。尚、半導体薄
膜として、ｎ型不純物を含有したポリシリコンを使用し
た。この半導体結晶２０は２列の結晶粒が規則的に並ん
でいる。結晶粒２０Ａ，２０Ｂの間には粒界２２が存在
する。
【００４３】必要に応じて反射膜１８を除去した後、従
来の方法に基づき、半導体結晶の一方の列、例えば２０
Ａを含む方にマスク４０を施し、半導体結晶の他方の
列、例えば２０Ｂを含む方にｐ型イオンをイオン注入し
て、ｐｎ接合を形成する（図７の（Ｂ）参照）。次い
で、マスク４０を除去して、結晶粒のそれぞれに電極部
３２を形成する（図７の（Ｃ）参照）。
来の方法に基づき、半導体結晶の一方の列、例えば２０
Ａを含む方にマスク４０を施し、半導体結晶の他方の
列、例えば２０Ｂを含む方にｐ型イオンをイオン注入し
て、ｐｎ接合を形成する（図７の（Ｂ）参照）。次い
で、マスク４０を除去して、結晶粒のそれぞれに電極部
３２を形成する（図７の（Ｃ）参照）。
【００４４】こうして、半導体素子を構成する結晶の粒
径が０．２μｍ以上１０μｍ以下、具体的には、結晶の
粒径が１．５μｍの半導体素子、具体的には太陽電池を
作製できる。尚、ｐ型不純物を含有する半導体薄膜を使
用して、ｎ型のイオンをイオン注入することによって、
ｐｎ接合を形成することもできる。また、一方の結晶粒
の列をエッチング等により除去し、１つの結晶粒にｐｎ
接合を形成することもできる。こうすれば、半導体素子
を構成する結晶中には結晶粒界が存在しない半導体素
子、具体的には太陽電池を作製できる。
径が０．２μｍ以上１０μｍ以下、具体的には、結晶の
粒径が１．５μｍの半導体素子、具体的には太陽電池を
作製できる。尚、ｐ型不純物を含有する半導体薄膜を使
用して、ｎ型のイオンをイオン注入することによって、
ｐｎ接合を形成することもできる。また、一方の結晶粒
の列をエッチング等により除去し、１つの結晶粒にｐｎ
接合を形成することもできる。こうすれば、半導体素子
を構成する結晶中には結晶粒界が存在しない半導体素
子、具体的には太陽電池を作製できる。
【００４５】（実施例５）実施例５においては、半導体
素子はバイポーラトランジスタであり、基体１０はガラ
スから成る。図８の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶
２０を、上記の本発明の半導体結晶形成方法で形成す
る。尚、半導体薄膜として、ｎ型不純物を含有したポリ
シリコンを使用した。この半導体結晶２０は２列の結晶
粒の列が規則的に並んでいる。結晶粒２０Ａ，２０Ｂの
間には粒界２２が存在する。
素子はバイポーラトランジスタであり、基体１０はガラ
スから成る。図８の（Ａ）に断面図を示した半導体結晶
２０を、上記の本発明の半導体結晶形成方法で形成す
る。尚、半導体薄膜として、ｎ型不純物を含有したポリ
シリコンを使用した。この半導体結晶２０は２列の結晶
粒の列が規則的に並んでいる。結晶粒２０Ａ，２０Ｂの
間には粒界２２が存在する。
【００４６】必要に応じて反射膜１８を除去した後、従
来の方法に基づき、半導体結晶の結晶粒の一方の列、例
えば２０Ａを含む方にのみｐ型イオンをイオン注入する
（図８の（Ｂ）参照）。これによって、ベース領域５２
が形成される。尚、半導体結晶の他方の列、例えば２０
Ｂを含む方はコレクタ領域５０となる。
来の方法に基づき、半導体結晶の結晶粒の一方の列、例
えば２０Ａを含む方にのみｐ型イオンをイオン注入する
（図８の（Ｂ）参照）。これによって、ベース領域５２
が形成される。尚、半導体結晶の他方の列、例えば２０
Ｂを含む方はコレクタ領域５０となる。
【００４７】次いで、ｐ型イオンを注入された半導体結
晶の一方の列（本実施例では２０Ａを含む列）の一部分
に、従来の方法に基づき、ｎ型イオンをイオン注入す
る。これによって、ｎ型イオンが注入された領域にエミ
ッタ領域５４が形成される（図８の（Ｃ）参照）。次い
で、コレクタ領域５０、ベース領域５２及びエミッタ領
域５４に電極部３２を形成する（図８の（Ｄ）参照）。
晶の一方の列（本実施例では２０Ａを含む列）の一部分
に、従来の方法に基づき、ｎ型イオンをイオン注入す
る。これによって、ｎ型イオンが注入された領域にエミ
ッタ領域５４が形成される（図８の（Ｃ）参照）。次い
で、コレクタ領域５０、ベース領域５２及びエミッタ領
域５４に電極部３２を形成する（図８の（Ｄ）参照）。
【００４８】こうして、半導体素子を構成する結晶の粒
径が０．２μｍ以上１０μｍ以下（具体的には結晶の粒
径が１．５μｍ）の半導体素子（具体的にはｎｐｎ型の
バイポーラトランジスタ）が作製できる。尚、ｐ型不純
物を含有する半導体薄膜を使用して、ｐｎｐ型のバイポ
ーラトランジスタを作製することもできる。また、一方
の半導体結晶の列にのみ、ｎｐｎ型あるいはｐｎｐ型の
バイポーラトランジスタを作製することもできる。こう
すれば、半導体素子を構成する結晶中には結晶粒界が存
在しない半導体素子、具体的にはバイポーラトランジス
タを作製できる。
径が０．２μｍ以上１０μｍ以下（具体的には結晶の粒
径が１．５μｍ）の半導体素子（具体的にはｎｐｎ型の
バイポーラトランジスタ）が作製できる。尚、ｐ型不純
物を含有する半導体薄膜を使用して、ｐｎｐ型のバイポ
ーラトランジスタを作製することもできる。また、一方
の半導体結晶の列にのみ、ｎｐｎ型あるいはｐｎｐ型の
バイポーラトランジスタを作製することもできる。こう
すれば、半導体素子を構成する結晶中には結晶粒界が存
在しない半導体素子、具体的にはバイポーラトランジス
タを作製できる。
【００４９】以上、好ましい実施例に基づき本発明を説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。本
発明の半導体結晶の形成方法の実施例で説明した各種の
条件は例示であり、適宜変更することができる。半導体
素子の構造も実施例に限定されるものではなく、適宜変
更することができる。エネルギーは、短時間半導体薄膜
にパルスで照射しても、照射位置を変化させながら連続
的に照射してもよい。
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。本
発明の半導体結晶の形成方法の実施例で説明した各種の
条件は例示であり、適宜変更することができる。半導体
素子の構造も実施例に限定されるものではなく、適宜変
更することができる。エネルギーは、短時間半導体薄膜
にパルスで照射しても、照射位置を変化させながら連続
的に照射してもよい。
【００５０】縁部分を有する半導体薄膜の平面形状は、
４つの縁部分を有する矩形あるいは正方形、対向する２
つの縁部分を有する帯状の形状、１つの縁部分を有する
面状の形状等、半導体素子等に要求される特性等に応じ
て、各種の形状とすることができる。
４つの縁部分を有する矩形あるいは正方形、対向する２
つの縁部分を有する帯状の形状、１つの縁部分を有する
面状の形状等、半導体素子等に要求される特性等に応じ
て、各種の形状とすることができる。
【００５１】例えば、半導体薄膜の平面形状を帯状の形
状とした場合、形成された半導体結晶の模式的な一部断
面図を図９の（Ａ）に、一部拡大平面図を図９の（Ｂ）
に示す。また、半導体薄膜の平面形状を１つの縁部分を
有する面状の形状とした場合、形成された半導体結晶の
模式的な一部断面図を図９の（Ｃ）に、一部拡大平面図
を図９の（Ｄ）に示す。図９中、１２Ａは、エネルギー
照射後も結晶化されなかった部分あるいはエネルギーが
照射されなかった部分である。半導体薄膜の縁部分は直
線状に限定されない。
状とした場合、形成された半導体結晶の模式的な一部断
面図を図９の（Ａ）に、一部拡大平面図を図９の（Ｂ）
に示す。また、半導体薄膜の平面形状を１つの縁部分を
有する面状の形状とした場合、形成された半導体結晶の
模式的な一部断面図を図９の（Ｃ）に、一部拡大平面図
を図９の（Ｄ）に示す。図９中、１２Ａは、エネルギー
照射後も結晶化されなかった部分あるいはエネルギーが
照射されなかった部分である。半導体薄膜の縁部分は直
線状に限定されない。
【００５２】
【発明の効果】本発明の第１及び第２の態様に係る半導
体結晶の形成方法によれば、０．２μｍ以上の粒径を有
する大きな半導体結晶を、簡単な工程で、しかも基体や
半導体薄膜に複雑な加工を施すことなく、得ることがで
きる。また、得られた半導体結晶の大きさのばらつきは
小さく、半導体素子の作製に適した半導体結晶を得るこ
とができる。更に、エネルギーを短時間照射するだけな
ので、耐熱性の無い基体に半導体結晶を形成することが
できる。
体結晶の形成方法によれば、０．２μｍ以上の粒径を有
する大きな半導体結晶を、簡単な工程で、しかも基体や
半導体薄膜に複雑な加工を施すことなく、得ることがで
きる。また、得られた半導体結晶の大きさのばらつきは
小さく、半導体素子の作製に適した半導体結晶を得るこ
とができる。更に、エネルギーを短時間照射するだけな
ので、耐熱性の無い基体に半導体結晶を形成することが
できる。
【００５３】更に、本発明の第２の態様に係る半導体結
晶の形成方法によれば、反射膜が半導体薄膜上に形成さ
れており、反射膜で被覆された半導体薄膜の部分が結晶
核の発生部分となるので、結晶核の発生位置を正確に制
御することが可能になる。しかも、縁方向に直角の方向
及び縁部分と平行な方向における結晶成長を制御するこ
とができる。これによって、大粒径を有し、しかも粒径
分布の揃った半導体結晶膜を形成することができる。
晶の形成方法によれば、反射膜が半導体薄膜上に形成さ
れており、反射膜で被覆された半導体薄膜の部分が結晶
核の発生部分となるので、結晶核の発生位置を正確に制
御することが可能になる。しかも、縁方向に直角の方向
及び縁部分と平行な方向における結晶成長を制御するこ
とができる。これによって、大粒径を有し、しかも粒径
分布の揃った半導体結晶膜を形成することができる。
【００５４】本発明の第１の態様に係る半導体素子にお
いては、半導体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在
しないので、半導体装置は優れた特性を有する。また、
本発明の第２の態様に係る半導体素子においては、半導
体素子を構成する結晶の粒径が大きいので、単結晶シリ
コン基板から作製された半導体素子と同様の特性を有す
ることができる。
いては、半導体素子を構成する結晶中に結晶粒界が存在
しないので、半導体装置は優れた特性を有する。また、
本発明の第２の態様に係る半導体素子においては、半導
体素子を構成する結晶の粒径が大きいので、単結晶シリ
コン基板から作製された半導体素子と同様の特性を有す
ることができる。
【図１】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形成方
法の工程を説明するための図である。
法の工程を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の態様に係る半導体結晶の形成方
法の原理を説明するための図である。
法の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形成方
法の工程を説明するための図である。
法の工程を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形成方
法の原理を説明するための図である。
法の原理を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の態様に係る半導体結晶の形成方
法における反射膜の別の形態を模式的に示す断面図であ
る。
法における反射膜の別の形態を模式的に示す断面図であ
る。
【図６】本発明の半導体素子の作製方法を、薄膜トラン
ジスタを例にとり説明するための図である。
ジスタを例にとり説明するための図である。
【図７】本発明の半導体素子の作製方法を、太陽電池を
例にとり説明するための図である。
例にとり説明するための図である。
【図８】本発明の半導体素子の作製方法を、バイポーラ
トランジスタを例にとり説明するための図である。
トランジスタを例にとり説明するための図である。
【図９】本発明の半導体結晶の形成方法における半導体
薄膜の断面形状及び半導体結晶の断面形状の一例を示す
模式的な図である。
薄膜の断面形状及び半導体結晶の断面形状の一例を示す
模式的な図である。
【図１０】従来のビーム再結晶化法による半導体結晶の
形成方法を説明するための図である。
形成方法を説明するための図である。
１０ 基体 １２ 半導体薄膜 １２Ａ エネルギー照射後も結晶化されなかった部分 １４ 縁部分 １４Ａ 縁領域 １６ 中央部分 １８ 反射膜 １８Ａ 第１の薄膜 １８Ｂ 第２の薄膜 ２０ 半導体結晶 ２０Ａ，２０Ｂ 結晶粒の列 ２２ 粒界 ２４ 酸化膜 ２６ ポリシリコン ２８ ゲート電極領域 ３０ ソース・ドレイン領域 ３２ 電極部 ４０ マスク ５０ コレクタ領域 ５２ ベース領域 ５４ エミッタ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/784 (72)発明者 ダラム・パル・ゴサイン 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 香野 淳 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 ジョナサン・ウエストウォーター 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】（イ）基体上に、基体と異なる材料から成
り且つ縁部分を有する半導体薄膜を形成する工程と、 （ロ）縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照
射して、該縁部分を含む半導体薄膜を完全に溶融させた
後、固化させて結晶化する工程、から成ることを特徴と
する半導体結晶の形成方法。 - 【請求項２】前記半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０μ
ｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体結晶
の形成方法。 - 【請求項３】（イ）基体上に、基体と異なる材料から成
り且つ縁部分を有する半導体薄膜を形成する工程と、 （ロ）該半導体薄膜上の一部に、エネルギーを反射する
反射膜を形成する工程と、 （ハ）縁部分を含む半導体薄膜にエネルギーを短時間照
射して、該反射膜によって被覆された半導体薄膜の部分
を完全には溶融させず且つ該縁部分を含み反射膜によっ
て被覆されていない半導体薄膜の部分を完全に溶融させ
た後、固化させて結晶化する工程、から成ることを特徴
とする半導体結晶の形成方法。 - 【請求項４】前記半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０μ
ｍであり、 前記反射膜の最大寸法は１０ｎｍ乃至１０μｍであり、
該反射膜の融点は半導体薄膜の融点より高いことを特徴
とする請求項３に記載の半導体結晶の形成方法。 - 【請求項５】前記半導体薄膜の厚さは３ｎｍ乃至１０μ
ｍであり、 前記反射膜は、第１の薄膜、及びその上に形成された第
２の薄膜から構成されており、該反射膜の最大長さは１
０ｎｍ乃至１０μｍであり、該第１の薄膜の融点は半導
体薄膜の融点より高いことを特徴とする請求項３に記載
の半導体結晶の形成方法。 - 【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記
載された半導体結晶の形成方法によって形成された半導
体結晶から作製された半導体素子であって、該半導体素
子を構成する結晶中には結晶粒界が存在しないことを特
徴とする半導体素子。 - 【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記
載された半導体結晶の形成方法によって形成された半導
体結晶から作製された半導体素子であって、該半導体素
子を構成する結晶の粒径が０．２μｍ以上１０μｍ以下
であることを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08683593A JP3321890B2 (ja) | 1992-06-23 | 1993-03-23 | 半導体結晶の形成方法及び半導体素子 |
| TW082104808A TW282576B (ja) | 1992-06-23 | 1993-06-16 | |
| KR1019930011301A KR100250182B1 (ko) | 1992-06-23 | 1993-06-21 | 반도체결정의 형성방법 및 반도체소자 |
| EP93109962A EP0575965B1 (en) | 1992-06-23 | 1993-06-22 | Method of forming semiconductor crystal and semiconductor device |
| DE69330583T DE69330583T2 (de) | 1992-06-23 | 1993-06-22 | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Kristalls und Halbleiteranordnung |
| US08/079,553 US5431126A (en) | 1992-06-23 | 1993-06-22 | Method of forming semiconductor crystal and semiconductor device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-187373 | 1992-06-23 | ||
| JP18737392 | 1992-06-23 | ||
| JP08683593A JP3321890B2 (ja) | 1992-06-23 | 1993-03-23 | 半導体結晶の形成方法及び半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168876A true JPH06168876A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3321890B2 JP3321890B2 (ja) | 2002-09-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP0575965B1 (ja) |
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| KR (1) | KR100250182B1 (ja) |
| DE (1) | DE69330583T2 (ja) |
| TW (1) | TW282576B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001284601A (ja) * | 2000-01-28 | 2001-10-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
| JP2004207691A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-22 | Sharp Corp | 半導体薄膜の製造方法、その製造方法により得られる半導体薄膜、その半導体薄膜を用いる半導体素子および半導体薄膜の製造装置 |
| JP2011243912A (ja) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体薄膜基板および半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976959A (en) * | 1997-05-01 | 1999-11-02 | Industrial Technology Research Institute | Method for forming large area or selective area SOI |
| US6642085B1 (en) | 2000-11-03 | 2003-11-04 | The Regents Of The University Of California | Thin film transistors on plastic substrates with reflective coatings for radiation protection |
| US7402445B2 (en) * | 2005-05-16 | 2008-07-22 | Wayne State University | Method of forming micro-structures and nano-structures |
| US20090218732A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | David Cron | System and method for edge heating of stretch film |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4262411A (en) * | 1977-09-08 | 1981-04-21 | Photon Power, Inc. | Method of making a solar cell array |
| DE2831819A1 (de) * | 1978-07-19 | 1980-01-31 | Siemens Ag | Verfahren zum abscheiden von silicium in feinkristalliner form |
| US4388145A (en) * | 1981-10-29 | 1983-06-14 | Xerox Corporation | Laser annealing for growth of single crystal semiconductor areas |
| JPS61108121A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-26 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US4751193A (en) * | 1986-10-09 | 1988-06-14 | Q-Dot, Inc. | Method of making SOI recrystallized layers by short spatially uniform light pulses |
| US4897366A (en) * | 1989-01-18 | 1990-01-30 | Harris Corporation | Method of making silicon-on-insulator islands |
| US5256562A (en) * | 1990-12-31 | 1993-10-26 | Kopin Corporation | Method for manufacturing a semiconductor device using a circuit transfer film |
| JP3213338B2 (ja) * | 1991-05-15 | 2001-10-02 | 株式会社リコー | 薄膜半導体装置の製法 |
-
1993
- 1993-03-23 JP JP08683593A patent/JP3321890B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-16 TW TW082104808A patent/TW282576B/zh active
- 1993-06-21 KR KR1019930011301A patent/KR100250182B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-22 DE DE69330583T patent/DE69330583T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-22 EP EP93109962A patent/EP0575965B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-22 US US08/079,553 patent/US5431126A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001284601A (ja) * | 2000-01-28 | 2001-10-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
| JP2004207691A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-22 | Sharp Corp | 半導体薄膜の製造方法、その製造方法により得られる半導体薄膜、その半導体薄膜を用いる半導体素子および半導体薄膜の製造装置 |
| JP2011243912A (ja) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体薄膜基板および半導体薄膜基板を用いた半導体装置の作製方法 |
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| TW282576B (ja) | 1996-08-01 |
| KR100250182B1 (ko) | 2000-05-01 |
| EP0575965A3 (en) | 1997-10-08 |
| US5431126A (en) | 1995-07-11 |
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