JPH01239837A - 再結晶化方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は多結晶、未結晶又はアモルファス半導体層等
の半導体層に対しシー１アビームを走査することにより
再結晶化させる再結晶化方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体装置としでＳＯＩ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ（又
はＳｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）　　Ｏｎ　　Ｉ　ｎ５
ｕｌａｔｏｒ）が高集積化、高速化の観点から注目され
ている。このＳＯＩ技術においては、５ｉ０２等の絶縁
層上に多結晶、シリコンあるいは非晶質シリコン又は他
の多結晶、アモルファス物質を形成し、高エネルギー線
により溶融させ単結晶化すべく再結晶化され、該再結晶
シリコン層にトランジスタ、抵抗等のは能素子が形成さ
れる。そして、三次元デバイス簀を作成する目的で５Ｏ
ＩＩＷを作成する場合、レーザ、電子ビーム等で多結晶
シリコンあるいは非晶質シリコンを溶融再結晶化させる
必要がおる。現在はダメージ軽減等の観点からレーリ゛
が侵れていると考えられ、レーザ発撮器から出たビーム
をエキスパンダによって広げ円形ビームとし同ビームを
多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンに照射及び走査
している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、円形レーザビームを半導体層（多結晶シリコ
ンあるいは非晶質シリコン）に照ＣＪ’ｌｌると、レー
ザパワーが等方向に広がるために、パワーのバランスが
とりにくく、再結晶化される領域（アニール領域）の最
適な温度分布が１ｑられなかった。

この発明の目的は、アニール領域の（（意の温度のイト
を得ることが−できる再結晶化方法を提供することに必
る。

１課題を解決するための千Ｆ２］ 」ニ記目的を達成すべく、楕円等の非円形状に加工した
レーザビームを複数本適宜の配置に組合せて半導体層に
照射するとともに、この配置のレーザビームを走査する
ことにより当該半導体層を再結晶化するようにした再結
晶化方法をその要冒とづ−るものである。

［作用］ 楕円等の非円形状のレーリ゛ビームが複数本適宜の配置
に組合されて半導体層に照射・走査されることにより当
該半導体層が再結晶化される。この際、複数本の非円形
レーザビームの配置の絹合せにより所望のアニール領域
の温度分布を設定することか可能となる。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図に示すように、再結晶化装置の基台１にはウエハ
チャック台２が移動可能に支持され、そのウエハヂｉ７
ツタ台２には半導体層としてのウェハ３が把持されてい
る。

又、再結晶化装置には２つのレーリ゛発撮器４ａ。

４ｂが配置され、同レーザ発振器４ａ、４ｂは極小なレ
ーザビームをそれぞれ出力する。各ビームエキスパンダ
５ａ、５ｂはレーリ゛発振器４ａ、４ｂのレーザ“ビー
ムを反射鏡６ａ、６ｂを介して入力し、そのレーザビー
ムを拡大して所定の大きさの円形のレーザビームにして
出力する。さらに、円形レーザビームを加工するための
ビーム変形レンズ７ａ、７ｂは前記ビームエキスパンダ
Ｊ　ａ　ｔ５ｂの出力する円形のレーリ゛ビームを入力
して、第２図に示すように、その円形のレーザビ−ムを
楕円形状のレーリ゛ビームＬａ、ｌｂにして出力する。

ビーム変形レンズ７はそのシリンドリカルレンズＢａ、
Ｂｂが回動可能に支持されており、同レンズＢａ、６ｂ
を回動することにより楕円形状のレーザビームｌ　ａ、
Ｌｂの向き（長・短軸の向き）を変更することができる
ようになっている。

この楕円形レーザビーム［ａ、ｌ−ｂが前記ウェハ３の
上方から同ウェハ３に照射される。尚、ここでは、カマ
ボコ型のシリンドリカルレンズ８ａ。

８ｂを用いたが、凹部鏡等により楕円形レーザビームを
形成してもよい。

又、前記ウニハチＸ・ツタ台２は、図示しない移動別横
により移動され、ウェハ３をシー１アービーム１．ａ、
　１−ｂに対し相対移動させることができるようになっ
ている。即ち、つ１ハチャック台２が第１図生石から左
へ（△矢印方向に）移動され、レーザビームｌａ、ｌ−
，ｂを左から右に（Ｂ矢印方向に）走査させるものであ
る。このようにして、レーザビーム１−ａ、　１−ｂの
走査によりＣノ１ハ３が再結晶化されるわけであるが、
前記２木の楕円形レーザビームｌ−ａ、ｌ−ｂが所望の
配置にてつ上ハ３に照射されるようになっている。

この格円形し−リ゛ビームｌａ、ｌ、、ｂの配置例を次
に説明する。この際、楕円形レーザビームｌ−ａ。

Ｌ　ｂの向き（長・短軸の向き）はシリンドリカルレン
ズ３ａ、３ｂの回動により変更され、又、そのウェハ３
への照射位置は前記光学系機器の操作（反射板６ａ、６
ｂの向ぎの操作等）により変更される。

（１）第３図に示すように、２本のレーザビームしａ、
１　ｂを両者が接するように横一線（走査方向に直交す
る方向）に並べる。この場合、溶融領域幅を広くし、再
結晶化領域の拡大を図ることができる。この際、ビーム
スプリッタによりさらに、横方向に広げてもよい。

（２）第４図に示すように、２本のレーザビーム１−ａ
、ｌｂを両者が接するように逆「ハ」の字に配置する。

この場合、レーリ′ビーム照射位伺に対しその中央部か
ら離れた周辺部から溶融さＶ、粒界を中央部に集結させ
ることができる。

（３）第５図に示すように、２水のレーＩＪ’ビーム１
．−ａｉ−ｂを所定の角度で交差させ中央部で劃−バー
ラップさせる。この場合、溶融領域を狭くする代りに予
熱、後熱処理を行なうことにより湿度の急変が防止でき
る。

（４）第６図に示すように、２木のレーリ゛ビーム１ａ
、１−ｂを走査方向に対し前後にズラした状態で、中央
付近でオーバーラツプざＶて、全体として［ハ」の字に
配置する。この場合、壬ね合せ走査の効果、即ら、オー
バーラツプ部を高温にすることができる。

（５）第７図に承りように、２本のレーリ゛ビームｌ−
ａ、ｌｂを走査方向に対し前後にズンすとともに、先行
するレーザビーム１ａは走査方向に平行にし後続のレー
ジ”ビーム１−ｂは走査方向に１１交すべく配置する。

この場合、先行するレージ“ビームｌ−ａにより狭い領
域を再結晶化し後続のレーザビーム１−ｂでその領域を
広げることができることとなる。

（６）第８図に示すように、２本のレーリ゛ビームＬａ
、１．ｂを走査方向に対し前後にズラすとともに、先行
するレーリ゛ビームｌ−ａは走査方向に直交させ、後続
のレーリ゛ビーム１−ｂはビームスプリッタ９（第１図
参照）等を使用して２本のレーザビーム１−ｂｌ、　ｌ
、ｂ２とし走査方向に直交す−る方向にオーバーラツプ
させた状態で配置する。この場合、先行するレーザビー
ムｌａでアニールした後に後続の幅広のレーザビームＩ
ＪＩ、　ｌｂ２で追いかけることとなり、温度勾配を緩
くできる。

このように、本実施例においては２本の楕円形状のレー
ザビームｌａ、ｌ−ｂを（１）〜（６）に示したように
適宜の配置に組合せることにより任意のアニール領域の
温度分布を得ることができる。

又、上記実施例では楕円形レーデビームの配置を変えて
再結晶化したが、他の態様として円形のレーザビームを
長孔形状に加工してその長孔形レーザビームを使用して
もよい。この長孔形状のレーザビームの配置について次
に説明する。

（７）第９図に示すように、２本のレーザビームＬｃ、
Ｌｄ＠離間して「ハ」の字に配置する。

この第９図にお【ノるＣ−Ｃ断面でのウェハ３の温度分
布を第１０図に示す。この場合、シー１アビームＩ−ｃ
ｔＬｄの走査方向での先端で溶融さけ、その溶融後レー
ザビームＬＣ，ｌ−ｄの２つの領域でアニールを行い除
々にウェハ３の温度を下げることができるとともに、走
査方向にも温度勾配を緩くでき中央からスムーズに外側
に向けて再結晶化を行なうことができる。

（８）第１１図に示すように、２本のレーザビームＬＣ
，ｌ−ｄを走査方向に沿う方向においてひいに平行に配
置する。この第１１図におＣノるＤ−Ｄ断面でのウェハ
３の湿度分布を第１２図に示す。

この場合、予熱した後、溶融しアニール処理づ”ること
によりウェハ３へのダメージを和らげることができる。

（９）第１３図に丞すように、２本のレーザビームｌｃ
、ｌｄを離間して逆［バー１の字に配置する。この場合
、予熱した後、溶融が行なわれる。

（１０）第１４図に示すように、前記（７）に示した「
ハ」の字装置と（９）に示した逆「ハ」の字装置を組合
せる。この場合、前記（８）と同様に、予熱した後、）
８融しアニール処理とりることによりウェハ３へのダメ
ージを和らげることができることとなる。

（１１〉第１５図に示すように、前記（８）に示した平
行配置と前記（７〉に尽した「ハ」の字装置とを組合け
る。

（１２）第１６図に不すように、前記（８）に示した平
行配置と前記（９〉に示した逆「ハ」の字装置を組合せ
る。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、複数の楕円等の
非円形レージ“ビームを適宜の配置に組合けることによ
り７二−ル領域の任意の温度分布を１ワることができる
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の再結晶化装置を示り図、第２図はビー
ム変形レンズを示す図、第３図、第４図。 第５図、第６図、第７図、第８図、第９図、第１１図、
第１３図、第１／１図、第１５図、第１６図はそれぞれ
レーリ゛ビームの配置を示り平面図、第１０図、第１２
図はそれぞれ温度分イ５を丞す図で必る。 ３は半導体層としてのつ１ハ、４ａ、４ｂはそれぞれレ
ーザ発（辰器、７ａ、７ｂはビーム変形しンズ、Ｌ、ａ
、Ｌｂ、Ｌ−ｃ、ｌｄはそれぞれレーザビーム。 持訂出願人　　　　　日本電装　　株式会社代　理　人
　　　　　すｌ′理士　　恩１）傅賞第３図 第４図　　　第５図 第１図 ４日 △□ 第　２　図 第６図　　　第７図 走査方向 令 走査方向 走査方向 五 第　１６　図 走査方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、楕円等の非円形状に加工したレーザビームを複数本
   適宜の配置に組合せて半導体層に照射するとともに、こ
   の配置のレーザビームを走査することにより当該半導体
   層を再結晶化するようにしたことを特徴とする再結晶化
   方法。