JPH06302531A - レーザードーピング方法 - Google Patents
レーザードーピング方法Info
- Publication number
- JPH06302531A JPH06302531A JP10744593A JP10744593A JPH06302531A JP H06302531 A JPH06302531 A JP H06302531A JP 10744593 A JP10744593 A JP 10744593A JP 10744593 A JP10744593 A JP 10744593A JP H06302531 A JPH06302531 A JP H06302531A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- electronic material
- impurities
- laser light
- doping method
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、電子部品の製造方法に関するもの
であり、電子材料に不純物を添加するレーザードーピン
グ方法を提供する。 【構成】 高出力レーザー１より発せられるガウスまた
は不均一な空間強度をしたレーザー光２を集光レンズ
３、誘電体角柱４、結像光学系６を通し、チャンバー７
内の電子材料８に不純物が添加されるのに必要なエネル
ギー密度で照射する。そして、不純物を添加するにつれ
Ｘ−Ｙステージを動かすことにより、大面積にわたり均
一な不純物添加を行う。
であり、電子材料に不純物を添加するレーザードーピン
グ方法を提供する。 【構成】 高出力レーザー１より発せられるガウスまた
は不均一な空間強度をしたレーザー光２を集光レンズ
３、誘電体角柱４、結像光学系６を通し、チャンバー７
内の電子材料８に不純物が添加されるのに必要なエネル
ギー密度で照射する。そして、不純物を添加するにつれ
Ｘ−Ｙステージを動かすことにより、大面積にわたり均
一な不純物添加を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の製造分野に
係り、各種元素を不純物として電子材料に添加するレー
ザードーピング方法に関する。
係り、各種元素を不純物として電子材料に添加するレー
ザードーピング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザーにより電子材料（例えば、シリ
コン結晶）に各種元素（例えば、硼素）を不純物として
添加するには、特開平1-261878に開示されているよう
に、まず、電子材料を不純物元素を含む化合物ガス（例
えば、ジボランガス）雰囲気中に置き、光エネルギー密
度の高いレーザー光（例えば、エキシマレーザー）を電
子材料に照射して電子材料を溶融し、電子材料に吸着し
た化合物ガスを分解させることで行っている。しかし、
一般的なレーザー光は、空間光強度がガウス分布をして
おり、そのために電子材料の溶融深さが一様にならなか
った。そのことがレーザードーピングにより作製された
電子材料の特性のばらつき、例えばレーザー光の中心部
と外側で不純物濃度のばらつきが生じ、その結果レーザ
ードーピング後の電子材料の電気的（キャリア移動度
等）・機械的（硬度等）特性のばらつきを引き起こして
いた。
コン結晶）に各種元素（例えば、硼素）を不純物として
添加するには、特開平1-261878に開示されているよう
に、まず、電子材料を不純物元素を含む化合物ガス（例
えば、ジボランガス）雰囲気中に置き、光エネルギー密
度の高いレーザー光（例えば、エキシマレーザー）を電
子材料に照射して電子材料を溶融し、電子材料に吸着し
た化合物ガスを分解させることで行っている。しかし、
一般的なレーザー光は、空間光強度がガウス分布をして
おり、そのために電子材料の溶融深さが一様にならなか
った。そのことがレーザードーピングにより作製された
電子材料の特性のばらつき、例えばレーザー光の中心部
と外側で不純物濃度のばらつきが生じ、その結果レーザ
ードーピング後の電子材料の電気的（キャリア移動度
等）・機械的（硬度等）特性のばらつきを引き起こして
いた。
【０００３】上記した問題を解決するためには、レーザ
ー光の空間光強度を平坦化する必要があるが、レーザー
ドーピング方法において従来用いられてきた平坦化方法
は、Optics Comm.88,59(1992) で報告されているよう
に、プリズムの組み合わせによりレーザー光の中心部の
強度が両端に、両端部の強度が中心にくるように変形さ
せ、元のレーザー光と重ね合わせることにより空間強度
の平坦化を行っている。しかし、この方法では、多数の
光学素子を必要とし、さらにアライメントが難しく、レ
ーザー光の強度及び照射位置の安定性に問題があり、や
はり均一な特性の、不純物を添加した電子材料を作製す
ることが困難である。
ー光の空間光強度を平坦化する必要があるが、レーザー
ドーピング方法において従来用いられてきた平坦化方法
は、Optics Comm.88,59(1992) で報告されているよう
に、プリズムの組み合わせによりレーザー光の中心部の
強度が両端に、両端部の強度が中心にくるように変形さ
せ、元のレーザー光と重ね合わせることにより空間強度
の平坦化を行っている。しかし、この方法では、多数の
光学素子を必要とし、さらにアライメントが難しく、レ
ーザー光の強度及び照射位置の安定性に問題があり、や
はり均一な特性の、不純物を添加した電子材料を作製す
ることが困難である。
【０００４】また、このようにして平坦化されたレーザ
ー光の断面形状は、平坦化する前のレーザー光の断面形
状と同じもしくは相似であるので、不純物を添加したい
部分の形状とレーザー光の断面形状が異なる（相似でな
い）場合には、空間フィルター等を用いて、レーザー光
を変形する必要があり、このときレーザーのエネルギー
が損失されるため、レーザーのエネルギーを有効に利用
できないという問題があった。
ー光の断面形状は、平坦化する前のレーザー光の断面形
状と同じもしくは相似であるので、不純物を添加したい
部分の形状とレーザー光の断面形状が異なる（相似でな
い）場合には、空間フィルター等を用いて、レーザー光
を変形する必要があり、このときレーザーのエネルギー
が損失されるため、レーザーのエネルギーを有効に利用
できないという問題があった。
【０００５】一方、レーザー医療の分野においては、レ
ーザー光の空間強度の平坦化はあざ治療の用途（東芝レ
ビュー ４２巻 ９号 ｐ７０９）で進められてきた。
この方法は、誘電体柱にレーザー光を通すことによって
空間強度分布を平坦化しており、シンプルな構成で平坦
化を達成している。そこで本発明者らは、レーザードー
ピングにおいてもこの方法が有効であることを見いだし
た。
ーザー光の空間強度の平坦化はあざ治療の用途（東芝レ
ビュー ４２巻 ９号 ｐ７０９）で進められてきた。
この方法は、誘電体柱にレーザー光を通すことによって
空間強度分布を平坦化しており、シンプルな構成で平坦
化を達成している。そこで本発明者らは、レーザードー
ピングにおいてもこの方法が有効であることを見いだし
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前項のような現状を踏
まえ、本発明は、電子材料に不純物を添加するレーザー
ドーピング方法において、主として次の課題を解決しよ
うとするものである。
まえ、本発明は、電子材料に不純物を添加するレーザー
ドーピング方法において、主として次の課題を解決しよ
うとするものである。
【０００７】簡単な光学系によりレーザー光の空間強度
の平坦化を行い、均一な特性の、不純物を添加した電子
材料を作製するとともに、このとき、レーザー光の断面
形状を変形させ、レーザーのエネルギーを有効に利用す
ること。
の平坦化を行い、均一な特性の、不純物を添加した電子
材料を作製するとともに、このとき、レーザー光の断面
形状を変形させ、レーザーのエネルギーを有効に利用す
ること。
【０００８】本発明は、上記課題を達成することによっ
て、均一な特性の、不純物を添加した電子材料を、レー
ザーのエネルギーを有効に利用して、容易に作製できる
レーザードーピング方法を提供することを目的とするも
のである。
て、均一な特性の、不純物を添加した電子材料を、レー
ザーのエネルギーを有効に利用して、容易に作製できる
レーザードーピング方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に関わるレーザー
ドーピング方法は、レーザー光の平坦化、及び、変形に
全面鏡面研磨された誘電体柱の内部全反射を利用し、レ
ーザー光の出射端面における空間強度を平坦化するとと
もに、レーザー光の断面形状を変形させることを特徴と
している。
ドーピング方法は、レーザー光の平坦化、及び、変形に
全面鏡面研磨された誘電体柱の内部全反射を利用し、レ
ーザー光の出射端面における空間強度を平坦化するとと
もに、レーザー光の断面形状を変形させることを特徴と
している。
【００１０】
【作用】レーザー光にとって透明な誘電体柱は、一種の
光導波路として作用する。そのため、誘電体柱に全反射
臨界角以下の広がり角を持って入射したレーザー光は、
波長と光導波路の断面サイズと屈折率によって決まるい
くつかの導波モード（０次、１次、２次・・・Ｎ次モー
ド）で伝播することになる。これらの導波モードは、そ
れぞれ異なった角度で全反射を繰り返しながら誘電体柱
を伝播するため、各導波モード同士が伝播するにつれ重
ね合わされ、出射端面では完全に平坦化されたレーザー
光が出力される。
光導波路として作用する。そのため、誘電体柱に全反射
臨界角以下の広がり角を持って入射したレーザー光は、
波長と光導波路の断面サイズと屈折率によって決まるい
くつかの導波モード（０次、１次、２次・・・Ｎ次モー
ド）で伝播することになる。これらの導波モードは、そ
れぞれ異なった角度で全反射を繰り返しながら誘電体柱
を伝播するため、各導波モード同士が伝播するにつれ重
ね合わされ、出射端面では完全に平坦化されたレーザー
光が出力される。
【００１１】さらにこのとき、誘電体柱を、その断面が
電子材料に照射するレーザー光の断面形状と同じか、ま
たは相似になるようにすることにより、レーザーのエネ
ルギーを損失することなく、任意の形状で照射すること
ができる。
電子材料に照射するレーザー光の断面形状と同じか、ま
たは相似になるようにすることにより、レーザーのエネ
ルギーを損失することなく、任意の形状で照射すること
ができる。
【００１２】平坦化され、変形されたレーザー光は、電
子材料に集光して照射されるが、このとき、電子材料
（例えば、シリコン結晶）を不純物元素を含む化合物ガ
ス（例えば、ジボランガス）雰囲気中に配置するか、ま
たは、不純物元素（例えば、ゲルマニウム）を蒸着した
電子材料（例えば、ガリウム砒素結晶）を真空中に配置
し、電子材料が溶融して不純物元素が電子材料に添加さ
れるのに必要なエネルギー密度になるように集光して、
電子材料を溶融させる。溶融した電子材料が、冷却され
固化する際に、電子材料中に不純物元素が添加される。
このとき、照射したレーザー光の空間強度が不均一であ
ると、溶融深さや固化が完了するまでの時間が同じにな
らず、その結果不均一な不純物添加が行われる。このこ
とから、平坦化されたレーザー光を用いることで初め
て、均一な特性の、不純物を添加した電子材料を作製す
ることが可能になるとともに、レーザー光の断面形状を
変形することで、レーザーのエネルギーを有効に利用で
きるようになる。
子材料に集光して照射されるが、このとき、電子材料
（例えば、シリコン結晶）を不純物元素を含む化合物ガ
ス（例えば、ジボランガス）雰囲気中に配置するか、ま
たは、不純物元素（例えば、ゲルマニウム）を蒸着した
電子材料（例えば、ガリウム砒素結晶）を真空中に配置
し、電子材料が溶融して不純物元素が電子材料に添加さ
れるのに必要なエネルギー密度になるように集光して、
電子材料を溶融させる。溶融した電子材料が、冷却され
固化する際に、電子材料中に不純物元素が添加される。
このとき、照射したレーザー光の空間強度が不均一であ
ると、溶融深さや固化が完了するまでの時間が同じにな
らず、その結果不均一な不純物添加が行われる。このこ
とから、平坦化されたレーザー光を用いることで初め
て、均一な特性の、不純物を添加した電子材料を作製す
ることが可能になるとともに、レーザー光の断面形状を
変形することで、レーザーのエネルギーを有効に利用で
きるようになる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら説明する。図１は、本発明におけるレーザードーピ
ング方法の一実施例を示す模式図である。アルゴン、Ｙ
ＡＧ、エキシマ等の高出力なレーザー１より発せられる
ガウスまたは不均一な空間強度分布をしたレーザー光２
は、集光レンズ３を通り誘電体角柱４（例えば石英角
柱）に入射する。このとき、誘電体角柱４の側面で全反
射臨界角程度の入射角になるように集光レンズ３の焦点
距離を調整する。また誘電体角柱４は、１０W ×１０t
×１００l ｍｍで６面とも光学研磨がなされている。誘
電体角柱４に入射したレーザー光２は、多数の導波モー
ドに分離し誘電体角柱４の入射・出射以外の面で全反射
を繰り返すことにより導波モード同士が重ね合わされ誘
電体角柱４の出射端面からは空間強度が平坦化され、断
面形状が正方形に変形されたレーザー光５が出力され
る。レーザー光５は、レンズまたはミラーによって構成
された結像光学系６を通り、チャンバー７内に配置され
た電子材料８（例えばシリコン結晶）を溶融して不純物
元素が添加されるのに必要なエネルギー密度（シリコン
結晶をジボランガス雰囲気中に配置して硼素を添加する
場合２００ｍＪ／ｃｍ2 以上；ＹＡＧレーザーの３倍波
ではレーザー光断面積１ｃｍ2 程度）になるように電子
材料８の表面に結像される。
がら説明する。図１は、本発明におけるレーザードーピ
ング方法の一実施例を示す模式図である。アルゴン、Ｙ
ＡＧ、エキシマ等の高出力なレーザー１より発せられる
ガウスまたは不均一な空間強度分布をしたレーザー光２
は、集光レンズ３を通り誘電体角柱４（例えば石英角
柱）に入射する。このとき、誘電体角柱４の側面で全反
射臨界角程度の入射角になるように集光レンズ３の焦点
距離を調整する。また誘電体角柱４は、１０W ×１０t
×１００l ｍｍで６面とも光学研磨がなされている。誘
電体角柱４に入射したレーザー光２は、多数の導波モー
ドに分離し誘電体角柱４の入射・出射以外の面で全反射
を繰り返すことにより導波モード同士が重ね合わされ誘
電体角柱４の出射端面からは空間強度が平坦化され、断
面形状が正方形に変形されたレーザー光５が出力され
る。レーザー光５は、レンズまたはミラーによって構成
された結像光学系６を通り、チャンバー７内に配置され
た電子材料８（例えばシリコン結晶）を溶融して不純物
元素が添加されるのに必要なエネルギー密度（シリコン
結晶をジボランガス雰囲気中に配置して硼素を添加する
場合２００ｍＪ／ｃｍ2 以上；ＹＡＧレーザーの３倍波
ではレーザー光断面積１ｃｍ2 程度）になるように電子
材料８の表面に結像される。
【００１４】この結果、電子材料８は、平坦化され、変
形されたレーザー光５を吸収することにより一様な温度
に加熱され等しい深さが溶融し、固化する時間も照射さ
れた領域で等しくなるため均一な不純物添加が行える。
このとき、誘電体角柱４を用いずにガウスまたは不均一
な空間強度分布をしたレーザー光２を照射すると電子材
料８はレーザー光２の空間強度分布に比例した温度に加
熱されるため、溶融深さが場所により異なり固化する時
間も異なってくるため、不純物を添加した電子材料の特
性にばらつきが生じる。さらに、電子材料８のうちの四
角い領域に不純物を添加したい場合には、そのための空
間フィルターが必要となり、レーザーのエネルギーを損
失してしまうことになる。
形されたレーザー光５を吸収することにより一様な温度
に加熱され等しい深さが溶融し、固化する時間も照射さ
れた領域で等しくなるため均一な不純物添加が行える。
このとき、誘電体角柱４を用いずにガウスまたは不均一
な空間強度分布をしたレーザー光２を照射すると電子材
料８はレーザー光２の空間強度分布に比例した温度に加
熱されるため、溶融深さが場所により異なり固化する時
間も異なってくるため、不純物を添加した電子材料の特
性にばらつきが生じる。さらに、電子材料８のうちの四
角い領域に不純物を添加したい場合には、そのための空
間フィルターが必要となり、レーザーのエネルギーを損
失してしまうことになる。
【００１５】電子材料８は、図２に示すようにＸ−Ｙス
テージ９の上に置かれ、レーザー光５が照射され不純物
が添加されるにしたがい照射位置を移動する。これによ
り、電子材料８を大面積にわたり不純物添加することが
可能となる。
テージ９の上に置かれ、レーザー光５が照射され不純物
が添加されるにしたがい照射位置を移動する。これによ
り、電子材料８を大面積にわたり不純物添加することが
可能となる。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、上記の通りレーザードーピン
グに使用するレーザー光を、誘電体柱で空間強度を平坦
化するため、複雑なアライメントを必要とせず、安定な
平坦化されたレーザー光を長時間保持することが可能と
なり、特性の均一な、不純物を添加された電子材料を作
製することができるとともに、このとき、レーザー光の
断面形状の変形により、レーザーのエネルギーを有効に
利用することができる。
グに使用するレーザー光を、誘電体柱で空間強度を平坦
化するため、複雑なアライメントを必要とせず、安定な
平坦化されたレーザー光を長時間保持することが可能と
なり、特性の均一な、不純物を添加された電子材料を作
製することができるとともに、このとき、レーザー光の
断面形状の変形により、レーザーのエネルギーを有効に
利用することができる。
【図１】本発明に関するレーザードーピング方法の一実
施例を示す模式図である。
施例を示す模式図である。
【図２】電子材料に不純物が添加される状況を示した概
略図である。
略図である。
１ レーザー ２，５ レーザー光 ３ 集光レンズ ４ 誘電体角柱 ６ 結像光学系 ７ チャンバー ８ 電子材料 ９ Ｘ−Ｙステージ １１ 多結晶化された領域 １２ レーザー光２の空間強度分布 １３ レーザー光５の空間強度分布
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 貴裕 神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内 (72)発明者 長谷川 昇 神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内
Claims (1)
- 【請求項１】 電子材料にレーザー光を照射して各種元
素を不純物として添加するレーザードーピング方法にお
いて、 レーザー光を誘電体柱内部を複数回全反射させることに
よって、レーザー光の空間強度の不均一分布を均一化
（平坦化）し、照射することを特徴とするレーザードー
ピング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10744593A JPH06302531A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザードーピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10744593A JPH06302531A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザードーピング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302531A true JPH06302531A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14459336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10744593A Withdrawn JPH06302531A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザードーピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06302531A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7504325B2 (en) | 2002-11-05 | 2009-03-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser doping processing method and method for manufacturing semiconductor device |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP10744593A patent/JPH06302531A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7504325B2 (en) | 2002-11-05 | 2009-03-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser doping processing method and method for manufacturing semiconductor device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |