JPH08203822A - Thin film semiconductor material forming equipment - Google Patents
Thin film semiconductor material forming equipmentInfo
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- JPH08203822A JPH08203822A JP698295A JP698295A JPH08203822A JP H08203822 A JPH08203822 A JP H08203822A JP 698295 A JP698295 A JP 698295A JP 698295 A JP698295 A JP 698295A JP H08203822 A JPH08203822 A JP H08203822A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 強度分布に周期性をもった線状の熱源を容易
にしかも精度良く形成して半導体基板に照射する薄膜半
導体材料形成装置を提供する。
【構成】 線状熱源からの放射に対して互いに透過性の
異なる少なくとも2つの領域を有する部材を備え、線状
熱源もしくは多結晶または非晶質Si膜が形成された半
導体基板を相対的に移動させながら、線状熱源からの放
射をその部材を透過させて半導体基板に照射することに
より、部分的に結晶欠陥のない薄膜半導体材料を形成で
きる。
(57) [Summary] [Object] To provide a thin film semiconductor material forming apparatus for irradiating a semiconductor substrate with a linear heat source having a periodic intensity distribution easily and accurately. A linear heat source or a semiconductor substrate having a polycrystalline or amorphous Si film formed thereon is relatively moved, comprising a member having at least two regions having different transmissivities with respect to radiation from the linear heat source. By radiating the radiation from the linear heat source through the member and irradiating the semiconductor substrate, the thin film semiconductor material partially free of crystal defects can be formed.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は薄膜半導体材料形成装置
に関し、特に絶縁性材料上に単結晶Siを形成する薄膜
半導体材料形成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film semiconductor material forming apparatus, and more particularly to a thin film semiconductor material forming apparatus for forming single crystal Si on an insulating material.
【0002】[0002]
【従来の技術】絶縁性材料上に単結晶Siを形成するS
OI(Silicon On Insulator)技
術は、従来より多くの手法が提案されているが、中でも
絶縁性材料上に形成された多結晶あるいは非晶質Siを
溶融、再結晶化することにより単結晶化する手法は、特
に3次元集積回路を作製する上での基盤技術としても有
効であり、溶融再結晶化のための熱源としてストリップ
ヒーター、レーザー光、電子ビーム、ハロゲンランプ等
を用いた種々の手法が研究されている。2. Description of the Related Art S for forming single crystal Si on an insulating material
Many techniques have been proposed for the OI (Silicon On Insulator) technique, but among them, polycrystalline or amorphous Si formed on an insulating material is melted and recrystallized to form a single crystal. The method is particularly effective as a basic technology for manufacturing a three-dimensional integrated circuit, and various methods using a strip heater, a laser beam, an electron beam, a halogen lamp, or the like as a heat source for melting and recrystallization are available. Being researched.
【0003】上述した方法により単一核から結晶成長さ
せることで単結晶Si薄膜を形成することができるが、
これらの方法により作製された単結晶Si中には亜粒界
と呼ばれる結晶欠陥が間隔数10μm、長さ数100μ
mで枝わかれ状に存在する。図10は亜粒界が発生する
様子を示す図であり、多結晶Si31が図10の紙面上
方から照射される熱源により溶融されたSiの液相32
が再結晶化して固相33が形成される際に、亜粒界34
が発生することを示している。なお図10において、熱
源に対する試料の操作方向は左方向、すなわち結晶の成
長方向は右方向であり、35は液相32から固相33へ
の凝固界面である。この亜粒界34は膜表面に平行方向
での1°以下というわずかな結晶方位のずれであり、溶
融再結晶化の際にファセット面からなる凝固界面35に
生じる微視的な凹凸において、凝固が部分的に遅れる位
置に発生することが知られている。A single crystal Si thin film can be formed by growing a crystal from a single nucleus by the above-mentioned method.
In the single crystal Si produced by these methods, crystal defects called subgrain boundaries have an interval of 10 μm and a length of 100 μm.
It exists in a branch shape with m. FIG. 10 is a diagram showing how sub-grain boundaries are generated. The liquid phase 32 of Si is obtained by melting the polycrystalline Si 31 by the heat source irradiated from above the paper surface of FIG.
Are recrystallized to form the solid phase 33, the sub-grain boundaries 34
Is generated. In FIG. 10, the operation direction of the sample with respect to the heat source is the left direction, that is, the crystal growth direction is the right direction, and 35 is the solidification interface from the liquid phase 32 to the solid phase 33. This sub-grain boundary 34 is a slight crystal orientation deviation of 1 ° or less in the direction parallel to the film surface, and solidifies in the microscopic unevenness generated at the solidification interface 35 composed of facets during melt recrystallization. Is known to occur at a partially delayed position.
【0004】亜粒界の発生は凝固界面が原子レベルで完
全に平坦でないかぎり避けられないものである。また平
坦な凝固界面は、界面近傍液相側の不純物濃度が極めて
低い状態で初めて達成されるが、溶融再結晶化法の場
合、SiO2で周囲を囲まれた中に高温のSi融液が存
在するという手法上の特徴から、Si融液中には凝固界
面近傍の温度勾配に応じた不純物としての酸素の溶け込
みが避けられず、したがって、凝固界面には微視的な凹
凸が存在し、それに応じた亜粒界が必ず発生してしま
う。Generation of subgrain boundaries is unavoidable unless the solidification interface is completely flat at the atomic level. Further, a flat solidification interface is not achieved until the impurity concentration on the liquid phase side near the interface is extremely low, but in the case of the melt recrystallization method, a high temperature Si melt is surrounded by SiO 2. From the characteristic of the method of existence, it is unavoidable that oxygen as an impurity is dissolved in the Si melt according to the temperature gradient in the vicinity of the solidification interface, and therefore, the solidification interface has microscopic unevenness, Subgrain boundaries corresponding to it will always occur.
【0005】このような単結晶Si中における亜粒界の
存在は、そこにデバイスを作製する際、特性のばらつき
や不良発生の原因となる。そのため、例えば図11に示
したように、例えば多結晶Si膜などの溶融されるべく
薄膜半導体材料を連結された島状にパターニングし、連
結島状Si36の連結部37における熱の流れを制御す
ることにより亜粒界の発生を抑制する方法(深見ら、電
子通信学会論文紙、J69−C(1986)1089)
が提案されている。しかしながらこの方法によれば、S
i膜のパターニングによる特定の形状への細分化を行な
うことになるため、パターニングのためのプロセス工程
が増え、デバイスのレイアウト上の制約も大きく、さら
には基板の有効利用という点からも問題がある。一方で
連続Si膜の溶融再結晶化においては、亜粒界の発生そ
のものを抑制することは技術的に困難である。そのた
め、亜粒界の発生する位置をデバイス特性に影響を与え
ない位置に制御する方法も提案されている。The existence of such sub-grain boundaries in single crystal Si causes variations in characteristics and the occurrence of defects when devices are formed therein. Therefore, as shown in FIG. 11, for example, a thin film semiconductor material, such as a polycrystalline Si film, is patterned into a connected island shape so as to be melted, and the heat flow in the connecting portion 37 of the connected island Si 36 is controlled. Method to suppress the generation of sub-grain boundaries (Fukami et al., IEICE Transactions, J69-C (1986) 1089)
Is proposed. However, according to this method, S
Since the i film is subdivided into a specific shape by patterning, the number of process steps for patterning is increased, the device layout is largely restricted, and there is a problem in that the substrate is effectively used. . On the other hand, in melt recrystallization of a continuous Si film, it is technically difficult to suppress the generation of subgrain boundaries. Therefore, a method of controlling the position where the sub-grain boundaries are generated to a position that does not affect the device characteristics has been proposed.
【0006】亜粒界発生位置の制御方法としては、図1
2に示したように、Siウェハ38表面を熱酸化して形
成した熱酸化Si39上に溶融されるべく例えば多結晶
Si膜40を形成しさらに表面保護層41を積層した薄
膜半導体材料基板上に、種々の方法によりストライプ状
に周期的な発熱部42を形成し、発熱部42に対して平
行方向に熱源を走査する方法がある(J.Electr
ochem.Soc,130,p.1178(198
3))。この方法によれば熱源により多結晶Si膜40
が溶融されたSi融液は、発熱部42の下で高温となり
凝固が遅れるため、そこに亜粒界発生を集中させること
ができる。また、レーザー光の反射率が異なる帯状パタ
ーン領域を周期的に基板の上に形成することにより同様
の効果を狙い、亜粒界の発生位置が制御された溶融再結
晶化を行なう(特開昭62−179112)といった方
法もある。As a method for controlling the position of sub-grain boundary generation, the method shown in FIG.
As shown in FIG. 2, for example, a polycrystalline Si film 40 is formed on the thermally oxidized Si 39 formed by thermally oxidizing the surface of the Si wafer 38, and a surface protection layer 41 is further laminated on the thin film semiconductor material substrate. , There is a method of forming a periodic heat generating portion 42 in a stripe shape by various methods and scanning a heat source in a direction parallel to the heat generating portion 42 (J. Electr).
ochem. Soc, 130, p. 1178 (198
3)). According to this method, the polycrystalline Si film 40 is heated by the heat source.
The Si melt in which is melted has a high temperature under the heat generating portion 42 and delays solidification, so that the generation of sub-grain boundaries can be concentrated there. Further, band-shaped pattern regions having different laser light reflectances are periodically formed on the substrate to achieve the same effect, and melt recrystallization in which the position of generation of sub-grain boundaries is controlled is performed (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-96). 62-179112).
【0007】上述したような方法において、ストライプ
状の発熱部やレーザー光の反射率が異なる帯状パターン
領域を周期的に形成することでSi膜上方は周期性の構
造を持つようになり、溶融再結晶化の際にSi融液が局
所的にはじけて丸まってしまう現象(ビードアップ現
象)が起きることが知られている。例えば図12に示し
た例において、Si膜40と発熱部42の間に介在させ
る表面保護層41は、不純物の混入を防止するとともに
このようなビードアップ現象を抑制するために形成され
るものであるが、周期的に発熱部等を形成する影響とし
てこの表面保護層の強度にも周期性ができてしまう。し
たがってビードアップ抑制の効果はありながらも、図1
3に示したように単結晶化されたSi膜43は周期的に
変形して平坦度が低下してしまい、特に多層構造のデバ
イスを形成するためにはさらに平坦化を行なう工程を要
するという問題がある。さらに上述した方法によれば個
々の薄膜半導体材料基板上に発熱部等を形成するための
工程を必要とし、プロセスが複雑化、長時間化されると
いう問題点もある。In the above-described method, the stripe-shaped heat generating portion and the band-shaped pattern area having different reflectance of laser light are periodically formed, so that the upper portion of the Si film has a periodic structure, and the melted film is melted again. It is known that a phenomenon (bead-up phenomenon) occurs in which the Si melt locally pops and rounds during crystallization. For example, in the example shown in FIG. 12, the surface protection layer 41 interposed between the Si film 40 and the heat generating portion 42 is formed to prevent impurities from being mixed and to suppress such a bead-up phenomenon. However, as an effect of periodically forming the heat generating portion and the like, the strength of the surface protective layer also becomes periodic. Therefore, while there is an effect of suppressing bead up,
As shown in FIG. 3, the single-crystallized Si film 43 is periodically deformed and its flatness is lowered, and a further flattening process is required to form a device having a multilayer structure. There is. Further, according to the above-mentioned method, there is a problem that a step for forming a heat generating part or the like on each thin film semiconductor material substrate is required, which complicates the process and lengthens the time.
【0008】溶融再結晶化を行なう際、再結晶化を促進
する方向と平行方向に、熱の周期構造を形成すれば、S
i融液は周期的に高温となり凝固が部分的に遅れる位置
に亜粒界が集中して発生する。このような熱の周期構造
を形成する方法としては、基板側に特定の周期構造を設
ける他に、熱源自体を周期的な強度をもった直線状にす
る方法が考えられる。これが可能であれば、基板加工の
プロセスも追加することなく、また、表面保護層強度の
周期的な変化に起因した再結晶化Si膜の変形も避ける
ことができる。When performing a melt recrystallization, if a periodic structure of heat is formed in a direction parallel to the direction promoting the recrystallization, S
The i-melt is periodically heated to a high temperature, and sub-grain boundaries are concentrated at positions where solidification is partially delayed. As a method of forming such a periodic structure of heat, a method of forming a specific periodic structure on the substrate side and making the heat source itself linear with periodic intensity can be considered. If this is possible, it is possible to avoid the deformation of the recrystallized Si film due to the periodical change in the strength of the surface protective layer without adding a substrate processing process.
【0009】熱源自体を周期的な強度をもった直線状に
する方法の一つとして、図14に示したように、ガウス
型の強度分布をもつ複数のレーザー光を適当な間隔でオ
ーバーラップさせながら直線状に並べる方法が提案され
ている(特開昭59−52831)。図14(a)にお
いて円44は各レーザー光の強度が及ぶ範囲を示してお
り、各円が各レーザー光に対応し、円の中心部で最大強
度であり、円の輪郭部までその強度が及ぶことを表して
いる。また図14(b)は、図14(a)に示した各レ
ーザー光を合成した全体としてのレーザー強度分布を示
している。この場合、熱の周期構造における高温部は直
線状レーザーを構成する各々のレーザー光の最大強度位
置に相当するため、亜粒界を発生させようとする位置の
数だけのレーザー光を要する。通常亜粒界の発生する間
隔は数10μmであり、その位置を制御するための熱の
周期構造の周期は大きくても100μm程度である。し
たがって、スループットを上げるため数10mmあるい
は数100mmといった幅広い領域を同時に再結晶化し
ようとした場合、きわめて多数のレーザー光が必要とな
る。このとき複数のレーザー光源を使用するのは装置の
大型化、コストアップをまねくため適当ではない。As one method of linearizing the heat source itself with a periodic intensity, as shown in FIG. 14, a plurality of laser beams having a Gaussian intensity distribution are overlapped at appropriate intervals. However, a method of arranging them in a straight line has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 59-52831). In FIG. 14 (a), a circle 44 indicates the range over which the intensity of each laser beam extends. Each circle corresponds to each laser beam, the maximum intensity is at the center of the circle, and the intensity reaches the contour of the circle. It means that it extends. Further, FIG. 14B shows the overall laser intensity distribution obtained by combining the laser beams shown in FIG. 14A. In this case, since the high temperature part in the thermal periodic structure corresponds to the maximum intensity position of each laser beam forming the linear laser, the number of laser beams required to generate sub-grain boundaries is required. Usually, the intervals at which sub-grain boundaries are generated are several tens of μm, and the cycle of the heat periodic structure for controlling the position is at most about 100 μm. Therefore, in order to recrystallize a wide area of several tens mm or several hundred mm at the same time in order to increase the throughput, an extremely large number of laser beams are required. At this time, it is not appropriate to use a plurality of laser light sources because the device becomes large and the cost is increased.
【0010】そこで、単一のレーザー光源からのレーザ
ー光を何らかの光学部材を用いて分割する方法が考えら
れる。このような方法の一つとして、図15(a)に示
したように、ガウス型強度分布のレーザー光45を複数
の副屈折板46、48を通過させることにより多峰型の
強度分布にする方法が提案されている。(特開昭59−
121822)。なお、47は波長の調整を行なうため
の(γ/4)板である。このような方法を用いれば、図
15(b)に示したように、所望の強度分布のレーザー
を得ることができる。しかしながらこの方法を用いた場
合には、副屈折板を一回通過するごとにレーザー光の本
数は2倍となるが、幅広い領域を同時に再結晶化しよう
とした場合、やはり副屈折板の枚数をきわめて多く必要
とすることになり、光学部材として複雑、高価となり、
さらに副屈折板におけるレーザー光の吸収も無視できな
くなる。Therefore, a method of dividing laser light from a single laser light source by using some kind of optical member can be considered. As one of such methods, as shown in FIG. 15A, a laser beam 45 having a Gaussian intensity distribution is passed through a plurality of sub refraction plates 46 and 48 to form a multimodal intensity distribution. A method has been proposed. (JP-A-59-
121822). Reference numeral 47 is a (γ / 4) plate for adjusting the wavelength. By using such a method, a laser having a desired intensity distribution can be obtained as shown in FIG. However, when this method is used, the number of laser beams doubles each time it passes through the sub refraction plate, but when recrystallizing a wide region at the same time, the number of sub refraction plates is also reduced. It requires a very large number, which makes the optical component complicated and expensive,
Further, the absorption of laser light in the sub refraction plate cannot be ignored.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の技
術の問題点を解決するためになされたものであり、絶縁
性材料上に多結晶もしくは非晶質Si膜が形成された半
導体基板を長さ方向に強度分布が略均一な線状熱源に対
向する位置に配置し、線状熱源からの放射が半導体基板
を均等に照射するように線状熱源もしくは半導体基板を
相対的に移動することにより多結晶もしくは非晶質Si
膜を単結晶Si膜に溶融再結晶化する際、Siの凝固界
面が熱源もしくは半導体基板の移動方向と平行な方向に
周期的に遅れるようにしてそこに亜粒界を集中させ、部
分的に亜粒界のない領域を形成する方法(以下エントレ
イメント法という)を用いる薄膜半導体材料形成装置に
おいて、薄膜半導体材料基板に熱の周期構造をもたせる
ための加工を施すことなく、強度分布に周期性をもった
線状の熱源を容易にしかも精度良く形成し薄膜半導体材
料基板に照射する薄膜半導体材料形成装置を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the above-mentioned conventional techniques, and provides a semiconductor substrate having a polycrystalline or amorphous Si film formed on an insulating material. It is arranged at a position facing a linear heat source with a substantially uniform intensity distribution in the length direction, and the linear heat source or the semiconductor substrate is relatively moved so that the radiation from the linear heat source irradiates the semiconductor substrate evenly. Polycrystalline or amorphous Si
When the film is melted and recrystallized into a single-crystal Si film, the solidification interface of Si is periodically delayed in the direction parallel to the moving direction of the heat source or the semiconductor substrate to concentrate the sub-grain boundaries and partially In a thin film semiconductor material forming apparatus that uses a method of forming a region without subgrain boundaries (hereinafter referred to as an entrainment method), the thin film semiconductor material substrate is not processed to have a periodic heat structure, It is an object of the present invention to provide a thin film semiconductor material forming apparatus that easily and accurately forms a linear heat source having properties and irradiates the thin film semiconductor material substrate.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の薄膜半導体材料形成装置は、絶縁性材
料上に多結晶もしくは非晶質Si膜が形成された半導体
基板を長さ方向に強度分布が略均一な線状熱源に対向す
る位置に配置し、線状熱源からの放射が半導体基板を均
等に照射するように線状熱源もしくは半導体基板を相対
的に移動することにより多結晶もしくは非晶質Si膜を
単結晶Si膜に溶融再結晶化する薄膜半導体材料形成装
置において、線状熱源からの放射に対して互いに透過性
の異なる少なくとも2つの領域を有する部材を備え、線
状熱源からの放射をその部材を透過させた後に半導体基
板に照射することを主な特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, a thin film semiconductor material forming apparatus of the present invention has a length of a semiconductor substrate having a polycrystalline or amorphous Si film formed on an insulating material. The linear heat source or the semiconductor substrate is relatively moved so that the radiation from the linear heat source uniformly irradiates the semiconductor substrate. A thin film semiconductor material forming apparatus for melting and recrystallizing a crystalline or amorphous Si film into a single crystal Si film, comprising a member having at least two regions having different transmissivities with respect to radiation from a linear heat source, The main feature is that the semiconductor substrate is irradiated with the radiation from the heat source after passing through the member.
【0013】[0013]
【作用】本発明の薄膜半導体材料形成装置を用いれば、
強度分布に周期性をもった線状熱源を容易にしかも精度
良く形成することができ、多結晶もしくは非晶質Siを
単結晶Siに溶融再結晶化する際にSiの凝固界面を半
導体基板あるいは線状熱源の移動方向と平行な方向に遅
らせ、そこに亜粒界を集中させ、部分的に亜粒界のない
領域を形成することができる。When the thin film semiconductor material forming apparatus of the present invention is used,
It is possible to easily and accurately form a linear heat source having a periodicity in the intensity distribution. When melting or recrystallizing polycrystalline or amorphous Si into single crystal Si, the solidification interface of Si is used as a semiconductor substrate or It is possible to delay in a direction parallel to the moving direction of the linear heat source and concentrate the sub-grain boundaries there to form a region without sub-grain boundaries.
【0014】[0014]
【実施例】以下本発明を実施例を用いてより詳細に説明
する。 (実施例1)本発明の実施例1では、エントレイメント
法を用いる薄膜半導体材料形成装置において、長さ方向
に強度分布が略均一な線状熱源を、線状熱源の長さ方向
にその強度を周期的に変化させるような部材を用いるこ
とにより、約100μm以下の周期で線状熱源の強度分
布を変化させて半導体基板上に照射するようにしたもの
である。EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples. (Embodiment 1) In Embodiment 1 of the present invention, in a thin film semiconductor material forming apparatus using an entrainment method, a linear heat source having a substantially uniform strength distribution in the longitudinal direction is provided in the longitudinal direction of the linear heat source. By using a member that periodically changes the intensity, the intensity distribution of the linear heat source is changed at a period of about 100 μm or less to irradiate the semiconductor substrate.
【0015】図1に本発明の実施例1の半導体材料形成
装置の構成概略を示す。図1(a)において1は出力1
0W、ビーム径1.5mmのArレーザー光源である。
ここから出射されたArレーザー光6を、試料5の位置
でビーム径が50μmに集光されるようにレンズ2を通
過させる。レンズを通ったレーザー光は次にビームスキ
ャン用のミラー3により試料方向へ折り返される。この
ミラーを7で示すように駆動することにより、レーザー
光6は試料上で10cm/秒の走査速度で10mm幅の
範囲を直線状に往復走査する。図1(b)は、図1
(a)においてX−X’で示すレーザー光6の進行方向
に対して直交する一断面Yでの断面図を示しており、レ
ーザー光6は8に示したような長さ方向に強度の均一な
線状熱源となる。なお、本実施例においては線状熱源に
よる照射の一例としてArレーザー光によるレーザービ
ーム走査を挙げているが、線状熱源としては、例えば電
子ビームなど熱源として使用できる他のものから生成し
たものであっても良い。FIG. 1 shows a schematic configuration of a semiconductor material forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1A, 1 is output 1.
It is an Ar laser light source with 0 W and a beam diameter of 1.5 mm.
The Ar laser light 6 emitted from here is passed through the lens 2 so that the beam diameter is condensed to 50 μm at the position of the sample 5. The laser light passing through the lens is then turned back toward the sample by the mirror 3 for beam scanning. By driving this mirror as shown by 7, the laser beam 6 linearly reciprocally scans a range of 10 mm width on the sample at a scanning speed of 10 cm / sec. FIG. 1B is the same as FIG.
FIG. 7A shows a cross-sectional view taken along a line Y, which is orthogonal to the traveling direction of the laser light 6 indicated by XX ′ in FIG. 8A, and the laser light 6 has a uniform intensity in the length direction as indicated by 8. It becomes a linear heat source. In the present embodiment, laser beam scanning with Ar laser light is given as an example of irradiation with a linear heat source, but the linear heat source may be generated from other sources such as an electron beam that can be used as a heat source. It may be.
【0016】ビームスキャン用ミラー3の折り返しによ
り得られた疑似線状ビーム8は、次に試料上約5mmの
位置に設置されたビーム変形用基板4を通過する。この
ビーム変形用基板は、図2に示すような厚さ0.5mm
のガラス基板9上に幅20μm、間隔80μmでストラ
イプ状にCrパターン10をパターニングしたものであ
る。ストライプが形成された面に直交する方向から疑似
線状ビーム8を入射することにより、ガラス基板9を透
過したビームは約100μm周期で試料5に照射される
ことになる。このときの線状熱源8の強度変化の周期に
ついては、発生している亜粒界の間隔に合わせて有効に
その発生位置が制御されるように設定すれば良いが、亜
粒界の発生する間隔は通常数10μmであり、その位置
を制御するための熱の周期構造の周期は大きくても10
0μm程度であることから約100μm以下であること
が好ましい。The pseudo linear beam 8 obtained by folding back the beam scanning mirror 3 then passes through the beam transforming substrate 4 placed at a position of about 5 mm above the sample. This beam deformation substrate has a thickness of 0.5 mm as shown in FIG.
The Cr pattern 10 is patterned in stripes on the glass substrate 9 with a width of 20 μm and an interval of 80 μm. By injecting the pseudo linear beam 8 from the direction orthogonal to the surface on which the stripe is formed, the beam transmitted through the glass substrate 9 is irradiated on the sample 5 at a cycle of about 100 μm. Regarding the cycle of the intensity change of the linear heat source 8 at this time, it may be set so that the generation position thereof is effectively controlled in accordance with the interval of the generated sub-grain boundaries, but the generation of the sub-grain boundaries occurs. The interval is usually several tens of μm, and the cycle of the thermal periodic structure for controlling the position is at most 10
Since it is about 0 μm, it is preferably about 100 μm or less.
【0017】上述したミラー3は擬似線状ビーム8を得
るように駆動するものであり、したがってそのようなも
のであれば、光学系としては他の構成であっても構わな
い。例えば図3に示すように、複数(本例では2つ)の
ミラー3、11を組合せて用いても良く、この場合には
少なくとも1つのミラーを上述したものと同様に駆動す
れば擬似線状ビーム8を得ることができる。The above-mentioned mirror 3 is driven so as to obtain the pseudo linear beam 8. Therefore, if it is such a structure, the optical system may have another structure. For example, as shown in FIG. 3, a plurality (two in this example) of mirrors 3 and 11 may be used in combination. In this case, if at least one mirror is driven in the same manner as described above, a pseudo linear shape is obtained. Beam 8 can be obtained.
【0018】次に上述した装置を用いて実際に再結晶化
を行なった結果を以下に説明する。再結晶化すべき試料
の一例を図4に示す。図4においてはSiウェハ12上
に厚さ1μmのSi熱酸化膜13を形成し、その上にC
VD法により多結晶Si膜14を3000Å形成し、さ
らに表面保護層としてCVD法によりSiO2膜15を
1.5μm形成したものである。Next, the result of actual recrystallization using the above-mentioned apparatus will be described below. An example of the sample to be recrystallized is shown in FIG. In FIG. 4, a Si thermal oxide film 13 having a thickness of 1 μm is formed on the Si wafer 12, and C is formed thereon.
The polycrystalline Si film 14 is formed by 3000 V by the VD method, and the SiO 2 film 15 is formed by the CVD method as a surface protection layer by 1.5 μm.
【0019】このような層構成の試料に上記疑似線状ビ
ーム8を照射し、疑似線状ビーム8に直交する方向に試
料を1mm/秒で走査したところCrパターン10によ
って反射されビームが直接照射されない部分でも、約1
00μm周期で形成されるビーム照射による溶融領域の
温度上昇により多結晶Si膜14は溶融し、結果として
図5に示すような周期的に広がりの変化する連続的なS
iの溶融領域16が形成された。すなわち、図14に示
したレーザー光を複数直線上に形成した熱源を用いたも
のと同様の効果を得ることができた。なお、図5におい
て17は亜粒界、18はSi再結晶化膜である。上述し
た実施例においては、固定された線状熱源に対して溶融
再結晶化される半導体基板を移動しているが、線状熱源
からの放射が半導体基板を均等に照射するように線状熱
源もしくは半導体基板を相対的に移動すればよく、例え
ば固定された半導体基板に対して線状熱源を移動させて
も良い。また、上述した実施例においては線状熱源を直
線状熱源として形成しているが、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で曲線や折線状に形成してもかまわない。しか
しながら直線状熱源とした方が、容易に所望の位置に亜
粒界を集中して発生させることができ、有効であろう。
さらに、レーザー光出力の10Wは、上述したビーム往
復走査速度および試料走査速度において、試料における
Siを完全に連続して溶融することができることを考慮
して設定したものである。したがってSiを完全に連続
して溶融することができれば、熱源としての出力は他の
値であってもかまわない。さらに、ガラス基板9上には
Crパターン10をストライプ状に形成したが、レーザ
ー光の透過を防止、もしくは本発明の趣旨を逸脱しない
範囲でレーザー光を弱めるまたは反射等するものであれ
ば、他の材料を用いて形成しても、あるいは他の形状に
形成してもよい。When the sample having such a layer structure is irradiated with the pseudo linear beam 8 and the sample is scanned at 1 mm / sec in the direction orthogonal to the pseudo linear beam 8, the beam is directly irradiated by being reflected by the Cr pattern 10. Even if it is not done, about 1
The polycrystalline Si film 14 is melted due to the temperature rise in the melting region due to the beam irradiation formed in the cycle of 00 μm, and as a result, the continuous S having a periodic change in spread as shown in FIG.
A fused region 16 of i was formed. That is, it was possible to obtain the same effect as that using the heat source shown in FIG. 14 in which the laser light was formed on a plurality of straight lines. In FIG. 5, 17 is a sub-grain boundary and 18 is a Si recrystallized film. In the above-described embodiment, the semiconductor substrate to be melted and recrystallized is moved with respect to the fixed linear heat source, but the linear heat source is irradiated so that the radiation from the linear heat source evenly irradiates the semiconductor substrate. Alternatively, the semiconductor substrate may be moved relatively, for example, the linear heat source may be moved with respect to the fixed semiconductor substrate. Further, in the above-mentioned embodiment, the linear heat source is formed as a linear heat source, but it may be formed in a curved line or a polygonal line shape without departing from the spirit of the present invention. However, the linear heat source is effective because it can easily generate sub-grain boundaries at desired positions in a concentrated manner.
Further, the laser light output of 10 W is set in consideration of the fact that Si in the sample can be completely and continuously melted at the beam reciprocating scanning speed and the sample scanning speed described above. Therefore, if Si can be melted completely continuously, the output as a heat source may have another value. Further, although the Cr pattern 10 is formed in a stripe shape on the glass substrate 9, as long as it can prevent the transmission of the laser light or weaken or reflect the laser light within the range not departing from the gist of the present invention, other It may be formed by using the above material, or may be formed in another shape.
【0020】上述した方法により形成した単結晶Siを
評価したところ、再結晶化を行なった際、周期的に形成
されるビームが直接照射されて溶融領域が広がった位置
では凝固界面が基板走査に対して遅れ、周期的に再結晶
化が遅れたこの位置に亜粒界17の発生が集中し、幅約
10mmにわたるSi再結晶化膜18中において、約1
00μm周期で幅約80μmの亜粒界のない領域が10
0Å以下の平坦度で形成されることがわかった。When the single crystal Si formed by the above-described method was evaluated, it was found that when recrystallization was performed, the solidification interface was scanned by the substrate at the position where the periodically formed beam was directly irradiated and the melting region expanded. On the other hand, the generation of the sub-grain boundaries 17 concentrates at this position where the recrystallization is delayed periodically, and about 1 mm is generated in the Si recrystallization film 18 having a width of about 10 mm.
There are 10 subgrain-free regions with a width of about 80 μm in a cycle of 00 μm.
It was found that the film was formed with a flatness of 0 Å or less.
【0021】(実施例2)実施例2においては、エント
レイメント法を用いる薄膜半導体材料形成装置に関する
実施例1の、長さ方向に強度分布の均一な線状熱源を、
複数の単一レーザー光を互いに平行にかつ隣接する各単
一レーザー光が半導体基板上でその強度が及ぶ範囲が重
なりを持つように配設することにより形成したものであ
る。(Embodiment 2) In Embodiment 2, the linear heat source with uniform intensity distribution in the length direction of Embodiment 1 relating to the thin film semiconductor material forming apparatus using the entrainment method is used.
It is formed by arranging a plurality of single laser beams parallel to each other and adjacent to each other on the semiconductor substrate such that the ranges of their intensities overlap.
【0022】図6に実施例2の半導体材料形成装置の構
成概略を示す。図6(a)において、19は出力20
W、ビーム径1.5mmのArレーザー光源であり、同
一のものを5台併設している。それぞれのArレーザー
光源19から出射されたレーザー光は、出射直後に変換
率10倍のレーザービームエキスパンダー20を通過さ
せることにより、ビーム径を15mmとした。これら5
本のビーム21を、ミラー、偏光ビームスプリッターか
らなるビーム合成光学系22により、23に示すように
ビーム半径分ずつ重ねあわせながら、全体としてみれば
図6(b)に示したような略直線状の強度分布になるよ
うに配置し、幅約30mmにわたり強度の均一な線状ビ
ームを形成した。なお、23によって示したビーム配置
の各レーザー光を表す円は、円の中心部で最大強度とな
り、円の輪郭部までレーザー光強度が及んでいることを
表している。したがって各レーザー光の強度が合成され
た結果として、全体としては図6(b)に示したような
強度分布になるものである。FIG. 6 shows a schematic configuration of the semiconductor material forming apparatus of the second embodiment. In FIG. 6A, 19 is an output 20.
W is an Ar laser light source with a beam diameter of 1.5 mm, and five identical laser light sources are installed side by side. The laser beam emitted from each Ar laser light source 19 was passed through a laser beam expander 20 having a conversion rate of 10 times immediately after the emission, so that the beam diameter was set to 15 mm. These 5
A beam combining optical system 22 including a mirror and a polarization beam splitter superimposes the beam 21 of each of the beams by the radius of the beam as shown by 23, and when viewed as a whole, the beam 21 has a substantially linear shape as shown in FIG. 6B. And a linear beam having a uniform intensity over a width of about 30 mm was formed. It should be noted that the circle representing each laser beam of the beam arrangement shown by 23 has the maximum intensity at the center portion of the circle, and the laser beam intensity extends to the contour portion of the circle. Therefore, as a result of combining the intensities of the respective laser lights, the intensity distribution as a whole as shown in FIG. 6B is obtained.
【0023】このようにして形成した均一線状ビーム
を、実施例1と同様にビーム変形用基板を通過させて試
料に照射しながら試料を0.5mm/秒で走査したとこ
ろ、実施例1と同等の亜粒界位置の制御された再結晶化
膜を、幅約30mmにわたり得ることができた。The sample was scanned at 0.5 mm / sec while irradiating the sample with the uniform linear beam thus formed through the beam-deforming substrate in the same manner as in Example 1. A controlled recrystallized film with equivalent sub-grain position could be obtained over a width of about 30 mm.
【0024】(実施例3)実施例3においては、エント
レイメント法を用いる薄膜半導体材料形成装置に関する
実施例1の、長さ方向に強度分布の均一な線状熱源を、
複数の平行なレーザー光の重ねあわせによって形成し、
さらにレーザー光に対するストライプ状の反射防止膜を
形成して線状熱源の長さ方向にその強度を周期的に変え
るような光学部材をビーム変形用基板として用いたもの
である。(Embodiment 3) In Embodiment 3, the linear heat source having a uniform intensity distribution in the length direction of Embodiment 1 relating to the thin film semiconductor material forming apparatus using the entrainment method is used.
Formed by stacking multiple parallel laser beams,
Further, an optical member that forms a stripe-shaped antireflection film for laser light and periodically changes the intensity of the linear heat source in the lengthwise direction is used as the beam deforming substrate.
【0025】図7は実施例3において使用する、長さ方
向にビーム強度を周期的に変えるような光学部材の構成
概略であり、図7(a)はその正面図、図7(b)はそ
の側面図である。図7(a)および(b)において、9
は実施例1で用いたものと同様の厚さ0.5mmのガラ
ス基板であり、その上にArレーザーの反射率が最も小
さくなるような膜厚で形成したSi窒化膜24を、幅2
0μm、間隔80μmでストライプ状にパターニングし
てある。7A and 7B are schematic configuration diagrams of an optical member used in Example 3 for periodically changing the beam intensity in the lengthwise direction. FIG. 7A is a front view thereof, and FIG. It is the side view. In FIGS. 7A and 7B, 9
Is a glass substrate with a thickness of 0.5 mm similar to that used in Example 1, and a Si nitride film 24 formed on the glass substrate with a thickness such that the reflectance of Ar laser is minimized is
Stripes are patterned at 0 μm and at intervals of 80 μm.
【0026】このような光学部材に15WのArレーザ
ー5台からのレーザー光を実施例2と同様に均一線状ビ
ームに整形した後、図7に示したストライプ状の反射防
止膜24を形成したビーム変形用の光学部材をとおして
試料を走査しながら照射すると、反射防止膜24を経て
きたレーザー光の強度の方が強いため、そのレーザー光
が照射された位置の溶融領域が周期的に広がる。Laser light from five 15 W Ar lasers was shaped into such an optical member into a uniform linear beam in the same manner as in Example 2, and then the striped antireflection film 24 shown in FIG. 7 was formed. When the sample is irradiated while being scanned through the beam-deforming optical member, the intensity of the laser beam that has passed through the antireflection film 24 is stronger, so that the molten region at the position irradiated with the laser beam periodically expands. .
【0027】この周期的に形成される、ビームが反射防
止膜を経て照射され溶融領域が広がった位置では、凝固
界面が基板走査に対して遅れ、周期的に再結晶化が遅れ
たこの位置に亜粒界の発生が集中し、幅約30mmにわ
たる再結晶化膜中において、約100μm周期で幅約8
0μmの亜粒界のない領域が100Å以下の平坦度で形
成された。At the position where the beam is irradiated through the antireflection film and the melting region spreads, the solidification interface is delayed with respect to the substrate scanning and the recrystallization is periodically delayed. Generation of sub-grain boundaries is concentrated, and in the recrystallized film having a width of about 30 mm, the width is about 8 μm at a cycle of about 100 μm.
A region having no grain boundary of 0 μm was formed with a flatness of 100 Å or less.
【0028】(実施例4)実施例4においては、エント
レイメント法を用いる薄膜半導体材料形成装置に関する
実施例1の、長さ方向に強度分布の均一な線状熱源を、
複数の平行なレーザー光の重ねあわせによって形成し、
さらにストライプ状のレーザー光吸収層として線状熱源
の長さ方向にその強度を周期的に変えるような光学部材
をビーム変形用基板として用いたものである。(Embodiment 4) In Embodiment 4, the linear heat source having a uniform strength distribution in the length direction of Embodiment 1 relating to the thin film semiconductor material forming apparatus using the entrainment method is used.
Formed by stacking multiple parallel laser beams,
Further, an optical member that periodically changes the intensity of the linear heat source in the lengthwise direction of the linear heat source is used as the beam deforming substrate as the striped laser light absorbing layer.
【0029】図8は実施例4において使用する、長さ方
向にビーム強度を周期的に変えるような光学部材の構成
概略であり、図8(a)はその正面図、図8(b)はそ
の側面図である。図8(a)および(b)において、9
は実施例1で用いたものと同様の厚さ0.5mmのガラ
ス基板であり、その上にArレーザーを吸収する厚さ1
μmのSi膜25を、幅20μm、間隔80μmでスト
ライプ状にパターニングしてある。FIG. 8 is a schematic view of the structure of an optical member used in Example 4 for periodically changing the beam intensity in the longitudinal direction. FIG. 8 (a) is a front view thereof, and FIG. 8 (b) is a schematic view thereof. It is the side view. In FIGS. 8A and 8B, 9
Is a glass substrate with a thickness of 0.5 mm similar to that used in Example 1, and has a thickness of 1 on which an Ar laser is absorbed.
A Si film 25 having a thickness of 20 μm is patterned in a stripe shape with a width of 20 μm and an interval of 80 μm.
【0030】このような光学部材に20WのArレーザ
ー5台からのレーザー光を実施例2と同様に均一線状ビ
ームに整形した後、図8に示したストライプ状のレーザ
ー光吸収層25を形成したビーム変形用の光学部材をと
おして試料を走査しながら照射すると、レーザー光吸収
層25を通過せずにきたレーザー光の強度の方が強いた
め、そのレーザー光が照射された位置の溶融領域が周期
的に広がる。Laser light from five 20 W Ar lasers was shaped into such an optical member into a uniform linear beam in the same manner as in Example 2, and then the striped laser light absorption layer 25 shown in FIG. 8 was formed. When the sample is irradiated while being scanned through the beam-deforming optical member, the intensity of the laser light that has not passed through the laser light absorption layer 25 is higher, so that the melting region at the position irradiated with the laser light is stronger. Spread periodically.
【0031】この周期的に形成される溶融領域が広がっ
た位置では、凝固界面が基板走査に対して遅れ、周期的
に再結晶化が遅れたこの位置に亜粒界の発生が集中し、
幅約30mmにわたる再結晶化膜中において、約100
μm周期で幅約80μmの亜粒界のない領域が100Å
以下の平坦度で形成された。At the position where the periodically formed molten region spreads, the solidification interface is delayed with respect to the substrate scanning, and the generation of sub-grain boundaries is concentrated at this position where the recrystallization is periodically delayed.
About 100 in a recrystallized film over a width of about 30 mm
100 Å in a region without sub-grain boundaries with a width of about 80 μm in a μm cycle
It was formed with the following flatness.
【0032】(実施例5)実施例5においては、エント
レイメント法を用いる薄膜半導体材料形成装置に関する
実施例4の、長さ方向にビーム強度分布の均一な線状熱
源の長さ方向にその強度を周期的に変えるような光学部
材が、その部材を冷却する手段を有しているものであ
る。(Fifth Embodiment) In the fifth embodiment, a linear heat source having a uniform beam intensity distribution in the length direction of the thin film semiconductor material forming apparatus using the entrainment method is used in the length direction. An optical member that changes its intensity periodically has a means for cooling the member.
【0033】図9に実施例5の半導体材料形成装置の構
成概略を示す。図9において、26は実施例4で用いた
ものと同様の長さ方向にビーム強度を周期的に変えるよ
うな光学部材であるが、実施例4で用いたものとはSi
膜厚が異なり約1000Åである。また、光学部材26
の上方にはこれを冷却するためにN2ガスを吹き付ける
ノズル27が設置されている。冷却手段においてN2ガ
スを用いているのは、このガスが本発明に係る薄膜半導
体材料の形成にあたり何ら悪影響を及ぼさず、また安全
性の面においても問題がないことを考慮したものであ
る。FIG. 9 shows a schematic configuration of the semiconductor material forming apparatus of the fifth embodiment. In FIG. 9, reference numeral 26 denotes an optical member similar to that used in the fourth embodiment, which periodically changes the beam intensity in the lengthwise direction. What is used in the fourth embodiment is Si.
The film thickness is different and about 1000Å. In addition, the optical member 26
A nozzle 27 that blows N 2 gas to cool this is installed above. The reason why N 2 gas is used in the cooling means is that this gas has no adverse effect on the formation of the thin film semiconductor material according to the present invention and there is no problem in terms of safety.
【0034】このような光学部材26に5台の17Wの
Arレーザー19からのレーザー光を実施例2と同様に
レーザービームエキスパンダー20とビーム合成用光学
系22により均一線状ビームに整形した後、ストライプ
状のレーザー光吸収層を形成したビーム変形用の光学部
材26をとおして試料28を走査しながら照射すると、
光学部材26のレーザー光吸収層を通過せずにきたレー
ザー光の強度の方が強いため、そのレーザー光が照射さ
れた位置の溶融領域が周期的に広がる。Laser light from five 17 W Ar lasers 19 is shaped into such an optical member 26 into a uniform linear beam by the laser beam expander 20 and the beam combining optical system 22 as in the second embodiment. When the sample 28 is irradiated while scanning it through the beam-deforming optical member 26 having the stripe-shaped laser light absorption layer formed thereon,
Since the intensity of the laser light that has not passed through the laser light absorption layer of the optical member 26 is stronger, the molten region at the position irradiated with the laser light periodically expands.
【0035】この周期的に形成される溶融領域が広がっ
た位置では、凝固界面が基板走査に対して遅れ、周期的
に再結晶化が遅れたこの位置に亜粒界の発生が集中し、
幅約30mmにわたる再結晶化膜中において、約100
μm周期で幅約80μmの亜粒界のない領域が100Å
以下の平坦度で形成された。At the position where the periodically formed molten region spreads, the solidification interface is delayed with respect to the substrate scanning, and the generation of sub-grain boundaries is concentrated at this position where the recrystallization is periodically delayed.
About 100 in a recrystallized film over a width of about 30 mm
100 Å in a region without sub-grain boundaries with a width of about 80 μm in a μm cycle
It was formed with the following flatness.
【0036】(実施例6)実施例6においては、エント
レイメント法を用いる薄膜半導体材料形成装置に関する
実施例1の、長さ方向にビーム強度分布の均一な線状熱
源の長さ方向にその強度を周期的に変える部材と半導体
基板とを平行に設置し、かつその部材と半導体基板との
距離を約1mm以下としたものである。(Embodiment 6) In Embodiment 6, a linear heat source having a uniform beam intensity distribution in the length direction of Embodiment 1 relating to the thin film semiconductor material forming apparatus using the entrainment method is arranged in the length direction. A member for periodically changing the strength and a semiconductor substrate are installed in parallel, and the distance between the member and the semiconductor substrate is about 1 mm or less.
【0037】実施例6に係る装置では実施例1と同様な
レーザー照射系および試料を用いている。そして、ビー
ム変形用基板を、ビーム変形用基板と試料とが平行にそ
の間隔を1mmから5mmまで1mm間隔で変えて設置
し、それぞれ実施例1と同様の方法により試料の溶融再
結晶化を行なった。その結果いずれの場合においても亜
粒界は周期的に再結晶化が遅れる位置に制御されたが、
そのときの亜粒界の形態は異なるものとなった。すなわ
ち、ビーム変形用基板と試料の間隔を2mm以上にした
ときには位置制御された亜粒界が直線状にはならずに約
100μm周期で幅10〜20μmの領域では不規則に
存在し、亜粒界の存在しない領域はそれ以外の幅90〜
80μmしかとれなかった。これに対してビーム変形用
基板と試料の間隔を1mmとしたときには亜粒界は一本
の直線状となり、約100μm間隔で直線状の亜粒界が
存在する以外の領域で広く結晶性の良好な単結晶Siを
得ることができた。The apparatus according to the sixth embodiment uses the same laser irradiation system and sample as in the first embodiment. Then, the substrate for beam deformation and the sample for beam deformation were placed in parallel with the distance changed from 1 mm to 5 mm at an interval of 1 mm, and the sample was melted and recrystallized by the same method as in Example 1. It was As a result, in any case, the sub-grain boundaries were periodically controlled to the position where recrystallization was delayed,
The morphology of subgrain boundaries at that time was different. That is, when the distance between the beam-deforming substrate and the sample is set to 2 mm or more, the position-controlled sub-grain boundaries do not become linear and are irregularly present in a region of a width of 10 to 20 μm at a cycle of about 100 μm. The region where no field exists does not have width 90-
Only 80 μm could be taken. On the other hand, when the distance between the beam deformation substrate and the sample is set to 1 mm, the sub-grain boundaries become a single linear shape, and the crystallinity is wide and good in the region other than the linear sub-grain boundaries at intervals of about 100 μm. It was possible to obtain a good single crystal Si.
【0038】(実施例7)実施例7は、エントレイメン
ト法を用いる薄膜半導体材料形成装置に関する実施例1
乃至6について、それらを減圧雰囲気下で行なうもので
ある。(Embodiment 7) Embodiment 7 relates to a thin film semiconductor material forming apparatus using an entrainment method.
Nos. 6 to 6 are performed under a reduced pressure atmosphere.
【0039】実施例1乃至6の溶融再結晶化をそれぞれ
1Torr以下の減圧雰囲気下で行なったところ、亜粒
界の発生位置のより安定した再結晶化膜を、20〜30
%低いレーザー光出力で得ることができた。これは、減
圧雰囲気下で溶融再結晶化を行なったことにより対流に
よる熱のゆらぎと損失が少なかったためと考えられ、こ
の方法によれば、熱を安定して供給することができ、低
出力の熱源であってもより安定して亜粒界の発生位置を
制御できるという利点がある。When the melt recrystallization of each of Examples 1 to 6 was carried out under a reduced pressure atmosphere of 1 Torr or less, a recrystallized film having a more stable subgrain boundary generation position was formed at 20 to 30.
% Laser light output could be obtained. This is considered to be because heat fluctuation and loss due to convection were small due to the melt recrystallization under a reduced pressure atmosphere. According to this method, heat can be stably supplied and low output is obtained. Even if it is a heat source, there is an advantage that the generation position of the sub-grain boundaries can be controlled more stably.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、線状熱源からの放射に
対して互いに透過性の異なる少なくとも2つの領域を有
する部材を備え、線状熱源からの放射を部材を透過させ
た後に半導体基板に照射するようにしたので、薄膜半導
体材料基板上にストライプ状に周期的な熱吸収部を形成
するための工程が不要であり、プロセスの複雑化、長時
間化を避けることができる。また、Si膜上に周期構造
は存在しないため、cap層の強度に周期性はなく、周
期的にSi膜が変形し平坦度が低下することがないた
め、特に多層構造のデバイスを形成するためには平坦化
の工程を施す必要がない。さらに、ビーム強度を周期的
に変化させるための光学系もパターニングされた基板1
枚とシンプルであり、装置の複雑化を避けることができ
る。According to the present invention, the semiconductor substrate is provided with a member having at least two regions having different transmissivities with respect to the radiation from the linear heat source, and the radiation from the linear heat source is transmitted through the member. Since the irradiation is performed on the thin film semiconductor material substrate, the step of forming the periodic heat absorbing portions in a stripe shape on the thin film semiconductor material substrate is unnecessary, and the process can be prevented from becoming complicated and taking a long time. Further, since the periodic structure does not exist on the Si film, the strength of the cap layer has no periodicity, and the Si film is not deformed periodically to reduce the flatness. Therefore, a device having a multilayer structure is formed. Does not require a planarization step. Further, the substrate 1 in which an optical system for periodically changing the beam intensity is also patterned
It is as simple as one sheet and can avoid complication of the device.
【0041】また本発明によれば、線状熱源として、複
数の単一レーザー光を互いに平行にかつ隣接する各単一
レーザー光が半導体基板上でその強度が及ぶ範囲が重な
りを持つように配設することにより形成したものを用い
たので、単一のレーザー光を高速走査する方法ではレー
ザー出力と走査速度との関係から線状熱源形成のための
レーザー光走査距離が長大化するとSi膜を溶融させる
だけのビームのエネルギー密度を得ることが難しくなる
のに対し、レーザー光源の数を増やすことにより任意の
面積を同時に再結晶化することが可能であるため、大面
積基板への対応が容易でスループットの向上を図ること
ができる。Further, according to the present invention, as the linear heat source, a plurality of single laser lights are arranged in parallel with each other so that adjacent single laser lights have overlapping ranges on the semiconductor substrate. Since the one formed by arranging was used, in the method of high-speed scanning with a single laser light, when the laser light scanning distance for forming the linear heat source becomes long, the Si film is formed from the relationship between the laser output and the scanning speed. While it is difficult to obtain the energy density of the beam enough to melt it, it is possible to recrystallize any area at the same time by increasing the number of laser light sources, so it is easy to support large area substrates. Can improve the throughput.
【0042】さらに本発明によれば、レーザー光に対す
る反射防止膜が形成された部材を用いたので、部材から
の反射によるレーザー光の損失が少なくなり、レーザー
光を有効に利用することができ、レーザー出力を減らす
ことができる。Further, according to the present invention, since the member on which the antireflection film for the laser light is formed is used, the loss of the laser light due to the reflection from the member is reduced and the laser light can be effectively used. Laser power can be reduced.
【0043】さらに本発明によれば、レーザー光吸収層
が形成された部材を用いたので、反射レーザー光を受け
止めるための機構が必要なく、装置の簡略化が可能であ
る。Further, according to the present invention, since the member on which the laser light absorption layer is formed is used, a mechanism for receiving the reflected laser light is not required, and the device can be simplified.
【0044】さらに本発明によれば、ビーム変形用の部
材を冷却する冷却機構を設けたので、レーザー光吸収層
を薄くしてもレーザー光の吸収、発熱により溶融してし
まうことがなく、薄いレーザー光吸収層が使用できる。
また、レーザー光吸収層で吸収されなかった光も試料に
照射されるため、溶融再結晶化に要するレーザー出力は
レーザー光吸収層にレーザー光がほとんど吸収される場
合よりも小さくすることができる。Further, according to the present invention, since the cooling mechanism for cooling the beam deforming member is provided, even if the laser light absorbing layer is made thin, it does not melt due to absorption and heat generation of the laser light, and it is thin. A laser light absorption layer can be used.
In addition, since the sample is also irradiated with the light that is not absorbed by the laser light absorption layer, the laser output required for the melting and recrystallization can be made smaller than when the laser light absorption layer absorbs almost all the laser light.
【0045】さらに本発明によれば、半導体基板とビー
ム変形用の部材とは略平行かつこれらの間隔を約1mm
以下にしたので、部材を通過した後の熱源の放射の広が
りが小さいため周期的に形成される溶融領域の広がった
部分と広がっていない部分の差が大きく、Siの凝固界
面の凹凸の差が大きくとれ亜粒界の位置を安定して制御
することができる。亜粒界が安定した直線状になると再
結晶化領域全体を有効に利用することができ、デバイス
を設計する上でも好都合である。Furthermore, according to the present invention, the semiconductor substrate and the beam-deforming member are substantially parallel to each other and the distance between them is about 1 mm.
Since the spread of the radiation of the heat source after passing through the member is small, the difference between the expanded and non-expanded portions of the periodically formed melting region is large, and the difference in the unevenness of the solidification interface of Si is The position of the sub-grain boundary can be controlled stably with a large size. When the sub-grain boundaries have a stable linear shape, the entire recrystallized region can be effectively used, which is convenient for device design.
【図1】本発明の実施例1の半導体材料形成装置であ
る。FIG. 1 is a semiconductor material forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】実施例1に係るビーム変形用基板である。FIG. 2 is a beam deforming substrate according to the first embodiment.
【図3】実施例1に係る装置の光学系の他の構成例であ
る。FIG. 3 is another configuration example of the optical system of the apparatus according to the first embodiment.
【図4】本発明で用いる試料の一例である。FIG. 4 is an example of a sample used in the present invention.
【図5】実施例1の半導体材料形成装置によるSiの再
結晶化が行なわれる様子を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing how Si is recrystallized by the semiconductor material forming apparatus of the first embodiment.
【図6】本発明の実施例2の半導体材料形成装置であ
る。FIG. 6 is a semiconductor material forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図7】実施例3に係る光学部材(ビーム変形用基板)
である。FIG. 7 is an optical member (beam deformation substrate) according to the third embodiment.
Is.
【図8】実施例4に係る光学部材(ビーム変形用基板)
である。FIG. 8 is an optical member (beam deformation substrate) according to the fourth embodiment.
Is.
【図9】本発明の実施例5の半導体材料形成装置であ
る。FIG. 9 is a semiconductor material forming apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
【図10】亜粒界が発生する様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing how subgrain boundaries are generated.
【図11】半導体基板上に発熱部を形成することにより
亜粒界の発生を抑制する従来技術の一例である。FIG. 11 is an example of a conventional technique for suppressing generation of sub-grain boundaries by forming a heat generating portion on a semiconductor substrate.
【図12】半導体基板上に発熱部を形成することにより
亜粒界発生位置を制御する従来技術の一例である。FIG. 12 is an example of a conventional technique in which a sub-grain boundary generation position is controlled by forming a heat generating portion on a semiconductor substrate.
【図13】亜粒界発生位置を制御する従来技術の欠点を
示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a drawback of the conventional technique for controlling the position of sub-grain boundary generation.
【図14】熱源を周期的な強度をもった直線状にする従
来技術の一例である。FIG. 14 is an example of a conventional technique in which a heat source is linearly formed with periodic intensity.
【図15】単一のレーザー光源からのレーザー光を複数
に分割する従来技術の一例である。FIG. 15 is an example of a conventional technique of dividing a laser beam from a single laser light source into a plurality of laser beams.
1、19 Arレーザー光源 2 レンズ 3、11 ミラー 4、26 ビーム変形用基板 5、28 試料 6 Arレーザー光 7 ミラーの駆動方向 8 疑似線状ビーム(線状熱源) 9 ガラス基板 10 Crパターン 12 Siウェハ 13 Si熱酸化膜 14 多結晶Si膜 15 SiO2膜 16 Siの溶融領域 17 亜粒界 18 Si再結晶化膜 20 レーザービームエキスパンダー 21 ビーム(レーザー光) 22 ビーム合成光学系 23 ビーム配置 24 反射防止膜 25 レーザー光吸収層 27 ノズル1, 19 Ar Laser Light Source 2 Lens 3, 11 Mirror 4, 26 Beam Deformation Substrate 5, 28 Sample 6 Ar Laser Light 7 Mirror Driving Direction 8 Pseudo Linear Beam (Linear Heat Source) 9 Glass Substrate 10 Cr Pattern 12 Si Wafer 13 Si thermal oxide film 14 Polycrystalline Si film 15 SiO 2 film 16 Si melting region 17 Sub-grain boundary 18 Si recrystallized film 20 Laser beam expander 21 Beam (laser light) 22 Beam combining optical system 23 Beam arrangement 24 Reflection Prevention film 25 Laser light absorption layer 27 Nozzle
Claims (8)
膜が形成された半導体基板を長さ方向に強度分布が略均
一な線状熱源に対向する位置に配置し、前記線状熱源か
らの放射が前記半導体基板を均等に照射するように前記
線状熱源もしくは前記半導体基板を相対的に移動するこ
とにより前記多結晶もしくは非晶質Si膜を単結晶Si
膜に溶融再結晶化する薄膜半導体材料形成装置におい
て、前記線状熱源からの放射に対して互いに透過性の異
なる少なくとも2つの領域を有する部材を備え、前記線
状熱源からの放射を前記部材を透過させた後に前記半導
体基板に照射することを特徴とする薄膜半導体材料形成
装置。1. Polycrystalline or amorphous Si on an insulating material
The semiconductor substrate on which the film is formed is arranged at a position facing a linear heat source having a substantially uniform intensity distribution in the length direction, and the linear heat source uniformly irradiates the semiconductor substrate with radiation. By moving the heat source or the semiconductor substrate relatively, the polycrystalline or amorphous Si film is made into a single crystal Si.
In a thin film semiconductor material forming apparatus for melting and recrystallizing a film, a member having at least two regions having different transmissivities with respect to radiation from the linear heat source is provided, and the radiation from the linear heat source is provided with the member. An apparatus for forming a thin film semiconductor material, characterized by irradiating the semiconductor substrate after the light is transmitted.
して互いに透過性の異なる2つの領域を約100μm以
下の周期でストライプ状に交互に配設したものであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体材料形成装
置。2. The member is characterized in that two regions having different transmissivities with respect to radiation from the linear heat source are alternately arranged in stripes at a cycle of about 100 μm or less. The thin film semiconductor material forming apparatus according to claim 1.
は光放射であることを特徴とする請求項1または2に記
載の薄膜半導体材料形成装置。3. The thin-film semiconductor material forming apparatus according to claim 1, wherein the linear heat source is a linear light source, and the radiation is light radiation.
いに平行にかつ隣接する前記各単一レーザー光が前記半
導体基板上でその強度が及ぶ範囲が重なりを持つように
配設したものであることを特徴とする請求項3に記載の
薄膜半導体材料形成装置。4. The linear light source is arranged such that a plurality of single laser beams are parallel to each other and adjacent to each other so that the respective ranges of intensity of the single laser beams overlap on the semiconductor substrate. The thin film semiconductor material forming apparatus according to claim 3, wherein
がストライプ状に形成されたものであることを特徴とす
る請求項4に記載の薄膜半導体材料形成装置。5. The thin-film semiconductor material forming apparatus according to claim 4, wherein the member has an antireflection film for laser light formed in a stripe shape.
状に形成されたものであることを特徴とする請求項4に
記載の薄膜半導体材料形成装置。6. The thin film semiconductor material forming apparatus according to claim 4, wherein the member has a laser light absorption layer formed in a stripe shape.
部材を冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求
項6に記載の薄膜半導体材料形成装置。7. The thin film semiconductor material forming apparatus according to claim 6, further comprising cooling means for cooling the member.
これらの間隔を約1mm以下にしたことを特徴とする請
求項1乃至7に記載の薄膜半導体材料形成装置。8. The thin-film semiconductor material forming apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor substrate and the member are substantially parallel to each other and the distance between them is about 1 mm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP698295A JPH08203822A (en) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Thin film semiconductor material forming equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP698295A JPH08203822A (en) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Thin film semiconductor material forming equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203822A true JPH08203822A (en) | 1996-08-09 |
Family
ID=11653392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP698295A Pending JPH08203822A (en) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Thin film semiconductor material forming equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08203822A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003045820A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and manufacturing method of semiconductor device |
| JP2004511908A (en) * | 2000-10-10 | 2004-04-15 | ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク | Method and apparatus for processing thin metal layers |
| JP2008270540A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Sony Corp | Semiconductor device manufacturing method and display device |
| WO2019013301A1 (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-17 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Single-crystal growth apparatus |
| JP2019019046A (en) * | 2017-07-12 | 2019-02-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Single crystal growth equipment |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP698295A patent/JPH08203822A/en active Pending
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