cwレーザアニール結晶Si薄膜の双晶発生機構に関する考察

摘要

cwレーザーアニール(CLA)法で得られた多結晶Si薄膜の結晶粒内双晶粒界は電気的不活性であるが、TFT に応用した場合では多様な表面方位が現れ、特性バラツキとなるため、抑制する必要がある。過冷却度が小さい Si 融液からの結晶成長では、固液界面では{111}ファセットが現れ、その上で双晶が核発生することが知られている。一方で過冷却度が大きいCLAでは明らかではない。本研究ではマイクロシェブロン型レーザービームアニール(µclba)法で一次元的に結晶粒を成長させ、結晶粒内の双晶間の双晶面を調べることにより、双晶核発生が起こった{111}ファセットを特定し、かつ結晶成長時に固液界面に存在しうる{111}ファセットを推定した。試料構造は、a-Si(100nm)/SiO_2(200nm)/Glass(0.15mm)であった。幅 10µm、角度 45°のシェブロン型レーザービームを0.013mm/sでSi上で走査させることにより、長さ数百µm幅5-7µmの長い結晶粒を形成した。EBSD で粒内の結晶方位分布を調べた。解析に用いた長さ 180µm の単一結晶粒の法線方向EBSD マップを図 1 に示した。右方向がレーザー走査方向(SD)である。多様な方位が現れているが、結晶粒を完全に横切る粒界は双晶粒界だけであった。点線で示された経路上にある幅約0.2µmの領域の、側面方向(TD)から見た<111>結晶極図を図2に示した。色は異なるドメイン内の軌跡を表す。結晶方位は成長とともに前のめり方向に回転していることから、<111>軌跡は時計回りとなる。連続した線上で色が変わった点が双晶発生した所である。例外もあるものの、多くは図の第4象限、即ち下地界面と低角度で接する{111}で核発生していることがわかる。下地近傍では過冷却度が強く、且つ低角であるほど{111}面積は大きくなるので、双晶核発生確率が大きくなる。従って下地界面と低角度で{111}が接するような結晶成長は避け