JPH04142030A - Manufacture of semiconductor film - Google Patents

Manufacture of semiconductor film

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JPH04142030A
JPH04142030A JP41656690A JP41656690A JPH04142030A JP H04142030 A JPH04142030 A JP H04142030A JP 41656690 A JP41656690 A JP 41656690A JP 41656690 A JP41656690 A JP 41656690A JP H04142030 A JPH04142030 A JP H04142030A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
optical fiber
thin film
semiconductor film
exit
Prior art date
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Pending
Application number
JP41656690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Konishi
淳一 小西
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To grow a single crystal having a wide area by a method wherein a thin-film structure is irradiated, through an optical fiber, with a laser beam radiated from a laser oscillation apparatus. CONSTITUTION:A laser beam is introduced into an optical fiber 3; a thin-film structure body 6 is irradiated with the laser beam radiated from the exist of the optical fiber 3. That is to say, when the laser beam is introduced into the optical fiber 3, it is reflected repeatedly while it is passed through the optical fiber 3. When it is radiated form the exist of the optical fiber 3, it is changed to a distribution having a region where its optical intensity is nearly definite. In this case, in order to grow a crystal whose grain size is large, it is preferable that the optical intensity distribution of the laser beam has a flat distribution rather than a Gaussian distribution. Thereby, it is possible to manufacture a single-crystal film whose grain size is large.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[0001] [0001]

【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は半導体集積回路装置などを製造するのに用いる
半導体膜の製造方法に関し、一般にはS OI (Si
licon on In5ulator)構造と称され
る半導体膜の製造方法に関するものである。 [0002] 本発明で製造される半導体膜は、高集積LSI、高耐圧
デバイス、耐放射線デバイス、三次元集積回路など多く
の分野で利用することができる。 特開平4−142030 Ca) 成長させる半導体単結晶膜がシリコン以外に、例えばG
aAsなとの化合物半導体であっても一般にはSOI構
造と称されているように、本発明でも成長させる半導体
膜はシリコンに限定されない。 [0003]
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor film used for manufacturing semiconductor integrated circuit devices, etc.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor film called a silicon on inductor structure. [0002] The semiconductor film produced according to the present invention can be used in many fields such as highly integrated LSIs, high voltage devices, radiation resistant devices, and three-dimensional integrated circuits. JP-A-4-142030 Ca) If the semiconductor single crystal film to be grown is not made of silicon, for example, G
The semiconductor film grown in the present invention is not limited to silicon, as even a compound semiconductor such as aAs is generally called an SOI structure. [0003]

【従来の技術】[Conventional technology]

SOI構造形成技術には種々の方法があり、その中の1
つにレーザビーム再結晶化法がある。レーザビーム再結
晶化法では、絶縁膜などの下地上に形成された非晶質又
は多結晶の半導体膜をレーザビームで溶融し、その溶融
部分を移動させならがら結晶成長を行なわせる。なお、
再結晶の用語は溶融し単結晶化する元の半導体膜が多結
晶の場合だけでなく、非晶質の場合も含めて用いている
。 [0004] レーザビームの光強度分布は通常、ガウス分布をしてい
るので、このまま半導体膜の薄膜構造体に照射し溶融さ
せて、その溶融部分を移動させると、溶融部分が冷却す
るときに照射領域の周辺から中央へ冷却が進んで多数の
結晶核が生成しそれぞれの成長面が出合って大きな単結
晶を得ることができない。 [0005] そこで、この問題を解決する1つの方法として、溶融シ
リコンの温度分布を双峰型(M型とも称される)にして
単一核からの結晶成長を可能にする方法が検討されてい
る。レーザビームの光強度分布を双峰型にする方法とし
て、1本のレーザ光線を分割したり、2本のレーザ光線
を合成する方法などが提案されている(これらのレーザ
ビーム再結晶化法の一般的な説明は、「SOI構造形成
技術」産業図書株式会社発行、昭和62年、35〜43
頁を参照)。 [0006]
There are various methods for SOI structure formation technology, one of which is
One of them is the laser beam recrystallization method. In the laser beam recrystallization method, an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on a base such as an insulating film is melted by a laser beam, and crystal growth is performed while moving the melted portion. In addition,
The term recrystallization is used not only when the original semiconductor film to be melted and turned into a single crystal is polycrystalline but also when it is amorphous. [0004] The light intensity distribution of a laser beam usually has a Gaussian distribution, so if the thin film structure of the semiconductor film is irradiated as it is, melted, and the molten part is moved, the irradiation will occur as the molten part cools. As cooling progresses from the periphery to the center of the region, a large number of crystal nuclei are generated and their growth surfaces meet, making it impossible to obtain a large single crystal. [0005] Therefore, as one method to solve this problem, a method of making the temperature distribution of molten silicon bimodal (also referred to as M-type) to enable crystal growth from a single nucleus has been studied. There is. As a method to make the light intensity distribution of a laser beam bimodal, methods such as splitting one laser beam or combining two laser beams have been proposed (these laser beam recrystallization methods A general explanation is "SOI Structure Formation Technology" published by Sangyo Tosho Co., Ltd., 1986, 35-43.
(see page). [0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

レーザビームを双峰型に加工した場合、図10の(A)
に示すような温度分布が得られる。このとき、2つのガ
ウス分布の強度分布をもつレーザスポットを隣接させて
双峰型ビームを得ている。双峰型ビームのレーザビーム
を薄膜構造体に照射すると、図10の(B)に示すよう
に、温度の低い中央部分から高温の両端部分へと結晶成
長が進むようになる。 [0007] そこで、単結晶領域を拡大するために、図10の(C)
に示すように2つのレーザスポットの距離を離したとす
れば、中央の低温部分の温度が低下し、シリコンの融点
以下になってしまうことがある。このときは良好な再結
晶化を行なうことができない。 [0008] もし、図10の(D)のようにレーザ出力を増大させ、
温度を上昇させたとすれば、今度はピーク部分の温度が
過度に上昇し、溶融したシリコンが飛散してしまい、良
好な再結晶化を行なうことができなくなる。 [0009] その結果、従来のレーザビーム再結晶化法で形成できる
単結晶の幅の上限が20μm程度であり、それ以上に幅
を広げることができないため、製造設備の可動率を上げ
るのが困難である。 [0010] 本発明はレーザビーム再結晶化法において、より大きな
ダレインサイズの単結晶膜を製造する方法を、比較的廉
価に、かつ簡単に実現することを目的とするものである
。 [00113
When the laser beam is processed into a bimodal shape, (A) in Figure 10
The temperature distribution shown in is obtained. At this time, two laser spots having Gaussian intensity distributions are placed adjacent to each other to obtain a bimodal beam. When the thin film structure is irradiated with a bimodal laser beam, crystal growth progresses from the central portion where the temperature is low to the end portions where the temperature is high, as shown in FIG. 10(B). [0007] Therefore, in order to enlarge the single crystal region, (C) in FIG.
If the distance between the two laser spots is increased as shown in Figure 2, the temperature of the central low-temperature portion may drop to below the melting point of silicon. In this case, good recrystallization cannot be performed. [0008] If the laser output is increased as shown in FIG. 10(D),
If the temperature were to be raised, the temperature at the peak portion would rise excessively, and the molten silicon would scatter, making it impossible to perform good recrystallization. [0009] As a result, the upper limit of the width of a single crystal that can be formed using the conventional laser beam recrystallization method is about 20 μm, and the width cannot be increased beyond that, making it difficult to increase the operating rate of manufacturing equipment. It is. [0010] An object of the present invention is to easily realize a method of manufacturing a single crystal film having a larger dalene size using a laser beam recrystallization method at a relatively low cost. [00113

【課題を解決するための手段] 本発明では、下地上に形成された非晶質又は多結晶の半
導体膜をもつ薄膜構造体にレーザビームを照射して半導
体膜を再結晶化する方法において、レーザビームを光フ
ァイバに導入し、その光ファイバ出口から出射されたレ
ーザビームを薄膜構造体に照射する。 [0012] レーザビームのエネルギを集中させるには光ファイバ出
口から出射されたレーザビームをレンズを用いて薄膜構
造体に集光するようにする。 [0013] レーザビームの光強度分布を双峰型などの所望の形状に
加工するには、光ファイバ出口から出射されたレーザビ
ームの一部をレーザビームに対して不透明又は半透明の
マスクで遮蔽する。 [0014] 本発明ではまた、レーザビーム入射側と薄膜構造体の間
に入射側では光ファイバ入射端がほぼ円形に束ねられ、
出口側では光ファイバ出射端がレーザビームの相対的な
走査方向に対して直交する方向に広がりをもって配列さ
れている光ファイバ束を設け、レーザビームをこの光フ
ァイバ束に導入し、その光ファイバ束出旧から出射され
たレーザビームを薄膜構造体に照射する。 [0015] 【作用】 レーザ装置から出射するレーザビームは図5の(A)に
示されるようなガウス分布の光強度分布をもっている。 レーザビームを光ファイバに導入すると、光ファイバを
通過する間に反射を繰り返して光ファイバの出口から出
射されたときには光強度がほぼ一定な領域をもつ図5の
(B)のような分布に変わる。大きなダレインサイズの
結晶成長を行なわせるには、レーザビームの光強度分布
はガウス分布よりも平坦な分布をもつ方が好都合である
。 [0016] 光ファイバ出口から出射されたレーザビームをレンズで
集光すると、溶融部分の面積は小さくなるが温度が高温
になる。 [0017] 光ファイバ出口から出射されたレーザビームにマスクで
一部を遮蔽することにより、レーザビームの光強度分布
を加工し、図5の(C)に示されるような双峰型にする
ことができる。単結晶成長には(B)よりも(C)の方
が好都合である[0018] レーザビームを薄膜構造体に導く光ファイバ束の出口端
をレーザビームの相対的な走査方向に直交する方向に広
げると、1度のレーザビーム走査で幅の広い単結晶膜が
形成される。 [0019]
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a method for recrystallizing a semiconductor film by irradiating a thin film structure having an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on a base with a laser beam. A laser beam is introduced into an optical fiber, and the thin film structure is irradiated with the laser beam emitted from the exit of the optical fiber. [0012] In order to concentrate the energy of the laser beam, the laser beam emitted from the optical fiber exit is focused on the thin film structure using a lens. [0013] In order to process the light intensity distribution of the laser beam into a desired shape such as a bimodal shape, a part of the laser beam emitted from the optical fiber exit is shielded from the laser beam with an opaque or semi-transparent mask. do. [0014] In the present invention, the optical fiber input ends are bundled in a substantially circular shape on the input side between the laser beam input side and the thin film structure,
On the exit side, an optical fiber bundle is provided in which the output ends of the optical fibers are arranged with a spread in a direction perpendicular to the relative scanning direction of the laser beam, and the laser beam is introduced into this optical fiber bundle. The thin film structure is irradiated with a laser beam emitted from the laser beam. [0015]Operation: The laser beam emitted from the laser device has a Gaussian light intensity distribution as shown in FIG. 5(A). When a laser beam is introduced into an optical fiber, it is repeatedly reflected while passing through the optical fiber, and when it is emitted from the exit of the optical fiber, the distribution changes to the one shown in Figure 5 (B), where the light intensity is approximately constant. . In order to grow crystals with a large dalein size, it is more convenient for the light intensity distribution of the laser beam to have a flat distribution than a Gaussian distribution. [0016] When the laser beam emitted from the optical fiber exit is focused by a lens, the area of the melted portion becomes smaller but the temperature becomes higher. [0017] By blocking a part of the laser beam emitted from the optical fiber exit with a mask, the light intensity distribution of the laser beam is processed into a bimodal shape as shown in FIG. 5(C). I can do it. (C) is more convenient than (B) for single crystal growth When expanded, a wide single crystal film is formed with one laser beam scan. [0019]

【実施例】【Example】

図1は一実施例を表わす。 1はレーザ装置であり、例えば出力3W程度の連続発振
のアルゴンイオンレーザ装置である。3はレーザビーム
Beを半導体膜を含む薄膜構造体6へ照射する光ファイ
バ、2はレーザ装置1から出射されたレーザビームBe
を集光させて光ファイバ3の入射端面に導くレンズであ
る。 [00201 光ファイバ3は中心部のコア4とその周囲を取り巻くク
ラッド5とからなり、光ファイバ3の入射端面にはコア
4が露出しているとともに、その入射端面ば光の散乱や
乱反射などを生じないように十分に研磨されている。光
ファイバ3の材料としては石英ガラスが好ましい。 [0021] 光ファイバ3のコア4の直径は数1100At程度、例
えば約400μmのものを使用する。光学レンズ2によ
り集光されたレーザビームBeの径はコア4の径の約8
0%程度になるように設定しておく。コア4の入射端面
は光ファイバ3の軸に対して垂直であり、また集光され
たレーザビームBeの光軸はコア4の端面に対して垂直
方向になっているのが望ましい。 [0022] 薄膜構造体6の一例を図2に示す。 10は例えばシリコン単結晶基板であり、その上に熱酸
化膜11が例えば0゜8〜1μmの厚さに形成され、そ
の上に多結晶シリコン膜12がLPCVD法により例え
ば約0.5μmの厚さに堆積され、その上にCVD法に
よりS i02膜13が例えば約0.3μmの厚さに堆
積されている。この薄膜構造体はSOI構造であり、レ
ーザビームが照射され、溶融されてその溶融領域が移動
することにより多結晶シリコン膜12が単結晶化する。 [0023] 次に、図1の実施例の動作について説明する。 光ファイバ3のコア4に導入されたレーザビームBeは
、コア4中を進むにつれて反射を繰り返し、長さが例え
ば約1mの光ファイバ3の他方の端面から出射されてS
OI基板6に照射される。 [0024] レーザビームBeのA−A’線位置における光強度分布
は図5の(A)に示されるようなガウス分布をしている
カミ光ファイバ3を通過した後のB−B ’線位置での
光強度分布は図5の(B)のようなほぼ均一な強度領域
をもつ分布となる。光ファイバ3としてコア4の直径が
約400μmのものを使用したとすれば、図5の(B)
のようなレーザビーム光強度分布により約40011m
の幅の単結晶領域を得ることができる。 [0025] 図3は第2の実施例を表わしたものである。 図3では光ファイバ3から出射されたレーザビームBe
を光学レンズ7により集光させてSOI基板6に照射し
ている。 [0026] 図3では、光ファイバ3から出射したレーザビームBe
をSOI基板6に照射した場合、レーザビームの光強度
が不足して基板6の多結晶シリコン膜が十分に溶融しな
いときや、レーザ発振装置が発振できるレーザビームの
強度に制限があるときなどに有効である。 [0027] 図4は第3の実施例を表わす。 図4ではレーザビームBeに対して不透明又は半透明な
マスク8によりレーザビームBeの一部を遮蔽する。こ
れによりSOI基板6に照射されるビームスポット9の
光強度分布に強弱ができて光強度分布を加工することが
できる。図4のように先端のとがった形状のマスク8を
用いることにより、図5の(C)に示されるような双峰
型光強度分布とすることができる。 [0028] 図6は第4の実施例を表わす。 SOI基板6上でレーザビームが入射する側に光ファイ
バ束20が配置されている。光ファイバ束20はコアの
直径が10μm程度の光ファイバ22が多数束ねられた
ものである。光ファイバ束20ではその光入射側20a
で光ファイバ22の入射端が光ファイバ間にできる空間
が最も小さくなるように、しかも全体の外形がほぼ円形
になるように束ねられ、光ファイバ束20の光出射側2
0bの光ファイバ22は束ねられてはおらずに、レーザ
ビームと基板6の相対的な走査方向24に対して直交す
る方向の一直線上に配列されている。 [0029] 光ファイバ束20の出口側の下部では、走査方向24方
向に移動することのできる支持台上にSOI基板6が配
置される。 [0030] 光ファイバ束20の出口側の端面とSOI基板6の表面
は平行であってもよく、平行でなくてもよい。また、光
ファイバ束20の出口側の端面とSOI基板6の表面と
の距離、及び直線上に並んだ光ファイバ22の出口端面
の間隔(ピッチ)は、光ファイバ東入口側20aに入射
するレーザパワー及び1つの光ファイバ出口から出射さ
れるレーザビーム28により形成される強度分布により
経験的に求められる。すなわち、SOI基板6の表面に
照射されるレーザビームの光強度分布が図7に示される
ように、はぼ−様となるように光ファイバ束の出口端2
0bを設定する。 [0031] 光ファイバ束の入口端20aにはレーザビーム26が入
射する。レーザビーム26としては例えばアルゴンレー
ザビームを用い、光ファイバ束の入口ff120aに垂
直に入射させる。レーザパワーは例えば20Wとする。 照射するレーザビーム26の直径は光ファイバ束の入口
側20aの入射断面積より十分大きくするのが好ましい
。 [0032] 次に、本実施例の動作について説明する。 光ファイバ束の出口側20bの端面とSOI基板6の表
面との距離が一定になるように支持し、SOI基板6を
600℃程度に加熱して保持し、矢印24方向に走査さ
せる。光ファイバ束20の入口側からアルゴンレーザ2
6を入射させると、光ファイバ束20に導入されたレー
ザビームは各光ファイバ22内を進み、直線上に並んだ
光ファイバ出口に到達し、そこからレーザビーム28と
なってSO■基板6を照射する。30は照射スポットで
ある。レーザビーム照射により多結晶シリコン基板膜融
し、溶融部分32が生成し、SOI基板6が移動するこ
とにより溶融部分32が冷却して単結晶膜34が形成さ
れる。 [0033] 薄膜構造体は図2に示されたものの他に、シリコン基板
10に代えてガラス基板を用いたものでもよい。また、
図2のシリコン酸化膜11.13の代わりにシリコン窒
化膜を用いてもよく、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜
の二層構造としてもよい。 [0034] 図6の実施例では大きな出力のレーザビームを得るため
に、アルゴンレーザに代えてYAGレーザやC○2レー
ザなどを用いてもよい。 [0035] 光ファイバ束20に含まれる光ファイバ22の数は特に
限定されるものではなく、取扱いやすい数に設定すれば
よい。 [0036] 図6の実施例では光ファイバ束20の出口側20bを1
列に配列しているが、出口側を2列に配列したり、図8
に示されるように3列に配列して照射されたレーザスポ
ット30が3列になるようにしてもよい。 [0037] また、照射されたレーザスポットの密度が場所により異
なるように、例えば図9に示されるように光ファイバ束
の出口配列を設定して温度分布に勾配を設け、より良質
の単結晶領域が形成されるようにすることもできる。図
9で、30は照射されたレーザスポット、32は薄膜構
造体の溶融領域、34は単結晶化した領域である。 [0038]
FIG. 1 represents one embodiment. 1 is a laser device, for example, a continuous wave argon ion laser device with an output of about 3W. 3 is an optical fiber that irradiates the laser beam Be to the thin film structure 6 including the semiconductor film; 2 is the laser beam Be emitted from the laser device 1;
This is a lens that condenses the light and guides it to the input end face of the optical fiber 3. [00201 The optical fiber 3 consists of a core 4 at the center and a cladding 5 surrounding it.The core 4 is exposed at the input end face of the optical fiber 3, and the input end face prevents scattering and diffuse reflection of light. Polished sufficiently to prevent this from occurring. The material for the optical fiber 3 is preferably quartz glass. [0021] The diameter of the core 4 of the optical fiber 3 is approximately several 1100 At, for example, approximately 400 μm. The diameter of the laser beam Be focused by the optical lens 2 is approximately 8 times the diameter of the core 4.
Set it to about 0%. It is desirable that the entrance end face of the core 4 be perpendicular to the axis of the optical fiber 3, and that the optical axis of the focused laser beam Be be perpendicular to the end face of the core 4. [0022] An example of the thin film structure 6 is shown in FIG. 10 is, for example, a silicon single crystal substrate, on which a thermal oxide film 11 is formed to a thickness of, for example, 0.8 to 1 μm, and a polycrystalline silicon film 12 is formed on it to a thickness of, for example, about 0.5 μm by the LPCVD method. A Si02 film 13 is deposited thereon by CVD to a thickness of, for example, about 0.3 μm. This thin film structure has an SOI structure, and is irradiated with a laser beam, melted, and the melted region moves, thereby turning the polycrystalline silicon film 12 into a single crystal. [0023] Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. The laser beam Be introduced into the core 4 of the optical fiber 3 is repeatedly reflected as it travels through the core 4, and is emitted from the other end face of the optical fiber 3 having a length of, for example, about 1 m.
The OI substrate 6 is irradiated. [0024] The light intensity distribution of the laser beam Be at the A-A' line position is the B-B' line position after passing through the optical fiber 3, which has a Gaussian distribution as shown in FIG. The light intensity distribution at this time becomes a distribution having a substantially uniform intensity region as shown in FIG. 5(B). If we use an optical fiber 3 whose core 4 has a diameter of about 400 μm, the optical fiber shown in FIG. 5(B)
Approximately 40011 m due to the laser beam light intensity distribution
It is possible to obtain a single crystal region with a width of . [0025] FIG. 3 shows a second embodiment. In FIG. 3, the laser beam Be emitted from the optical fiber 3
The light is focused by an optical lens 7 and irradiated onto the SOI substrate 6. [0026] In FIG. 3, the laser beam Be emitted from the optical fiber 3
When the SOI substrate 6 is irradiated with the laser beam, the light intensity of the laser beam is insufficient and the polycrystalline silicon film of the substrate 6 is not sufficiently melted, or when there is a limit to the intensity of the laser beam that can be oscillated by the laser oscillator. It is valid. [0027] FIG. 4 shows a third embodiment. In FIG. 4, a part of the laser beam Be is blocked by a mask 8 that is opaque or semi-transparent. As a result, the light intensity distribution of the beam spot 9 irradiated onto the SOI substrate 6 can be varied in intensity, and the light intensity distribution can be processed. By using the mask 8 having a pointed tip as shown in FIG. 4, a bimodal light intensity distribution as shown in FIG. 5C can be obtained. [0028] FIG. 6 shows a fourth embodiment. An optical fiber bundle 20 is arranged on the SOI substrate 6 on the side where the laser beam is incident. The optical fiber bundle 20 is a bundle of a large number of optical fibers 22 each having a core diameter of about 10 μm. In the optical fiber bundle 20, its light incidence side 20a
The input ends of the optical fibers 22 are bundled so that the space between the optical fibers is the smallest and the overall outer shape is approximately circular, and the light output side 2 of the optical fiber bundle 20 is
The optical fibers 22 of 0b are not bundled, but are arranged on a straight line in a direction perpendicular to the relative scanning direction 24 of the laser beam and the substrate 6. [0029] At the lower part of the exit side of the optical fiber bundle 20, the SOI substrate 6 is placed on a support stand that can move in the scanning direction 24. [0030] The exit side end face of the optical fiber bundle 20 and the surface of the SOI substrate 6 may or may not be parallel. In addition, the distance between the exit side end face of the optical fiber bundle 20 and the surface of the SOI substrate 6, and the interval (pitch) between the exit end faces of the optical fibers 22 arranged in a straight line are determined by the laser beam incident on the optical fiber east entrance side 20a. It is determined empirically from the power and intensity distribution formed by the laser beam 28 emitted from one optical fiber exit. That is, the exit end 2 of the optical fiber bundle is arranged so that the light intensity distribution of the laser beam irradiated onto the surface of the SOI substrate 6 is shaped like a bow, as shown in FIG.
Set 0b. [0031] A laser beam 26 is incident on the entrance end 20a of the optical fiber bundle. For example, an argon laser beam is used as the laser beam 26, and is made to enter the entrance ff120a of the optical fiber bundle perpendicularly. The laser power is, for example, 20W. It is preferable that the diameter of the laser beam 26 to be irradiated is made sufficiently larger than the incident cross-sectional area of the entrance side 20a of the optical fiber bundle. [0032] Next, the operation of this embodiment will be explained. The SOI substrate 6 is supported so that the distance between the end face of the exit side 20b of the optical fiber bundle and the surface of the SOI substrate 6 is constant, and the SOI substrate 6 is heated and held at about 600° C., and scanned in the direction of the arrow 24. An argon laser 2 is emitted from the entrance side of the optical fiber bundle 20.
6, the laser beam introduced into the optical fiber bundle 20 travels through each optical fiber 22, reaches the optical fiber exit lined up in a straight line, and from there becomes a laser beam 28 that hits the SO■ substrate 6. irradiate. 30 is an irradiation spot. The polycrystalline silicon substrate film is melted by laser beam irradiation, a melted portion 32 is generated, and as the SOI substrate 6 moves, the melted portion 32 is cooled and a single crystal film 34 is formed. [0033] In addition to the thin film structure shown in FIG. 2, a glass substrate may be used instead of the silicon substrate 10. Also,
A silicon nitride film may be used instead of the silicon oxide films 11 and 13 in FIG. 2, or a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be used. [0034] In the embodiment of FIG. 6, a YAG laser, a C*2 laser, or the like may be used in place of the argon laser in order to obtain a large output laser beam. [0035] The number of optical fibers 22 included in the optical fiber bundle 20 is not particularly limited, and may be set to a number that is easy to handle. [0036] In the embodiment of FIG. 6, the exit side 20b of the optical fiber bundle 20 is
Although they are arranged in rows, they can be arranged in two rows on the exit side, or
The laser spots 30 may be arranged and irradiated in three rows as shown in FIG. [0037] Furthermore, in order to make the density of the irradiated laser spot different depending on the location, for example, as shown in FIG. can also be formed. In FIG. 9, 30 is an irradiated laser spot, 32 is a melted region of the thin film structure, and 34 is a single crystallized region. [0038]

【発明の効果】【Effect of the invention】

本発明のレーザビーム再結晶化法では、レーザ発振装置
から出射されたレーザビームを光ファイバを通して薄膜
構造に照射するので、光ファイバを通った後のレーザビ
ームの光強度分布がほぼ均一な形状の分布となる。これ
によりガウス分布のレーザビームを照射する場合よりも
広い面積の単結晶成長を行なわせることができる。 [0039] 光強度分布を均一にする装置として、ホモジナイザと呼
ばれるものがある。これはパイプリズムによりガウス分
布のビームを分割した後に合成して均一なレーザビーム
を作るものである。ところが光学レンズを多数用いるな
ど、ホモジナイザの装置は複雑で、一般に大変高価な装
置である。これに対し、本発明では光ファイバを用いて
均一な強度分布のレーザビームを作るので、装置は安価
で簡単なものである。 [0040] レーザビームを光ファイバに通した後、レンズで集光す
れば、小さい出力のレーザ発振装置でもレーザ溶融を行
なうことができるようになる。 光ファイバから出射されたレーザビームにマスクを用い
てそのレーザビームの光強度分布を加工することにより
1.光強度分布を双峰型など単結晶成長に好都合な分布
形状に加工することができ、より安定した結晶成長を行
なわせることができるようになる。 [0041] 光ファイバ束を用いてレーザビームを導き、その出口側
では走査方向に直交する方向の広がりを持たせるように
すれば、−度の走査で幅の広い単結晶を形成することが
でき、製造設備の稼動率を上げることができる。
In the laser beam recrystallization method of the present invention, a laser beam emitted from a laser oscillation device is irradiated onto a thin film structure through an optical fiber, so that the light intensity distribution of the laser beam after passing through the optical fiber has a substantially uniform shape. distribution. This makes it possible to grow a single crystal over a wider area than when irradiating with a laser beam having a Gaussian distribution. [0039] There is a device called a homogenizer that makes the light intensity distribution uniform. In this method, a beam with a Gaussian distribution is divided by a pipe rhythm and then combined to create a uniform laser beam. However, homogenizer devices are complicated and generally very expensive, including the use of a large number of optical lenses. In contrast, in the present invention, an optical fiber is used to create a laser beam with a uniform intensity distribution, so the apparatus is inexpensive and simple. [0040] If a laser beam is passed through an optical fiber and then focused by a lens, laser melting can be performed even with a small output laser oscillation device. 1. By processing the light intensity distribution of the laser beam emitted from the optical fiber using a mask. The light intensity distribution can be processed into a distribution shape suitable for single crystal growth, such as a bimodal shape, and more stable crystal growth can be achieved. [0041] By guiding the laser beam using an optical fiber bundle and making it spread in the direction perpendicular to the scanning direction on the exit side, it is possible to form a wide single crystal with -degree scanning. , it is possible to increase the operating rate of manufacturing equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】 一実施例を示す概略正面図である。[Figure 1] FIG. 2 is a schematic front view showing one embodiment.

【図2】 同実施例で用いられるSOI構造の基板を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a substrate with an SOI structure used in the same example.

【図3】 第2の実施例の主要部を示す概略正面図である。[Figure 3] FIG. 3 is a schematic front view showing main parts of a second embodiment.

【図4】 第3の実施例でのレーザビームとマスクを示す概略斜視
図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a laser beam and a mask in a third embodiment.

【図5】 レーザビームの光強度分布を表わした図であり、(A)
はレーザ発振装置から出射した状態の光強度分布、(B
)は光ファイバを出射したレーザビームの光強度分布、
(C)はマスクを用いた場合の双峰型光強度分布をそれ
ぞれ表わしている。
FIG. 5 is a diagram showing the light intensity distribution of a laser beam, (A)
is the light intensity distribution when emitted from the laser oscillation device, (B
) is the light intensity distribution of the laser beam emitted from the optical fiber,
(C) shows a bimodal light intensity distribution when a mask is used.

【図6】 第4の実施例を示す概略斜視図である。[Figure 6] It is a schematic perspective view which shows a 4th Example.

【図7】 図6の実施例におけるレーザビーム照射領域の温度分布
を示す図である。
7 is a diagram showing the temperature distribution of the laser beam irradiation area in the embodiment of FIG. 6. FIG.

【図8】 さらに他の実施例におけるレーザビーム照射スポットを
示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a laser beam irradiation spot in still another embodiment.

【図9】 さらに他の実施例におけるレーザビーム照射スポットと
SOI基板を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a laser beam irradiation spot and an SOI substrate in still another example.

【図101 従来の双峰型光強度分布を表わす図であり、(A)はス
ポット形状、(B)はそのレーザビームを用いた場合の
温度分布、(C)はビームスポットを広げた場合の温度
分布、(D)はレーザ出力を上げた場合の温度分布をそ
れぞれ表わしている。 【符号の説明】 レーザ発振装置 光学レンズ 22 光ファイバ 光ファイバのコア 光ファイバのクラッド SOI基板 集光レンズ マスク 30 レーザビームスボッ シリコン単結晶基板 ト 26゜ 熱酸化膜 多結晶シリコン膜 SiO2膜 光ファイバ束 e レーザビーム
[Figure 101] A diagram showing a conventional bimodal light intensity distribution, in which (A) is the spot shape, (B) is the temperature distribution when the laser beam is used, and (C) is the diagram when the beam spot is expanded. Temperature distribution (D) represents the temperature distribution when the laser output is increased. [Explanation of symbols] Laser oscillation device optical lens 22 Optical fiber Core of optical fiber Optical fiber cladding SOI substrate Condensing lens mask 30 Laser beam substrate Silicon single crystal substrate 26° Thermal oxide film Polycrystalline silicon film SiO2 film Optical fiber bundle e Laser beam

【書類芯】[Document core]

図面 drawing

【図1】[Figure 1]

【図2】[Figure 2]

【図3】[Figure 3]

【図4】[Figure 4]

【図5】[Figure 5]

【図6】[Figure 6]

【図7】[Figure 7]

【図81 【図9】[Figure 81 [Figure 9]

【図10】[Figure 10]

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下地上に形成された非晶質又は多結晶の半
導体膜をもつ薄膜構造体にレーザビームを照射して前記
半導体膜を再結晶化する方法において、レーザビームを
光ファイバに導入し、その光ファイバ出口から出射され
たレーザビームを前記薄膜構造体に照射する半導体膜の
製造方法。
Claim 1: A method for recrystallizing a thin film structure having an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on a base by irradiating the semiconductor film with a laser beam, wherein the laser beam is introduced into an optical fiber. and irradiating the thin film structure with a laser beam emitted from the exit of the optical fiber.
【請求項2】前記光ファイバ出口から出射されたレーザ
ビームをレンズを用いて前記薄膜構造体に集光する請求
項1に記載の半導体膜の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein the laser beam emitted from the optical fiber exit is focused onto the thin film structure using a lens.
【請求項3】前記光ファイバ出口から出射されたレーザ
ビームの一部をレーザビームに対して不透明又は半透明
のマスクで遮蔽してレーザビームの光強度分布を加工す
る請求項1に記載の半導体膜の製造方法。
3. The semiconductor according to claim 1, wherein a part of the laser beam emitted from the optical fiber exit is shielded from the laser beam by an opaque or semi-transparent mask to process the light intensity distribution of the laser beam. Membrane manufacturing method.
【請求項4】下地上に形成された非晶質又は多結晶の半
導体膜をもつ薄膜構造体にレーザビームを照射して前記
半導体膜を再結晶化する方法において、レーザビーム入
射側と前記薄膜構造体の間に入射側では光ファイバ入射
端がほぼ円形に束ねられ、出口側では光ファイバ出射端
がレーザビームの相対的な走査方向に対して直交する方
向に広がりをもって配列されている光ファイバ束を設け
、レーザビームをこの光ファイバ束に導入し、その光フ
ァイバ束出口から出射されたレーザビームを前記薄膜構
造体に照射する半導体膜の製造方法。
4. A method of recrystallizing the semiconductor film by irradiating a laser beam onto a thin film structure having an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on a base, wherein the laser beam incident side and the thin film Optical fibers are arranged in such a manner that the input ends of the optical fibers are bundled in a substantially circular shape on the input side between the structures, and the output ends of the optical fibers are arranged spread out in a direction perpendicular to the relative scanning direction of the laser beam on the exit side. A method for manufacturing a semiconductor film, comprising: providing a bundle of optical fibers, introducing a laser beam into the bundle of optical fibers, and irradiating the thin film structure with the laser beam emitted from an exit of the bundle of optical fibers.
JP41656690A 1990-09-12 1990-12-27 Manufacture of semiconductor film Pending JPH04142030A (en)

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JP2-243327 1990-09-12

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107971630A (en) * 2016-10-21 2018-05-01 深圳市硕德激光技术有限公司 A kind of method and laser-processing system for producing the hot spot with special light distribution

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