JPH06302536A - レーザーアニーリング方法 - Google Patents
レーザーアニーリング方法Info
- Publication number
- JPH06302536A JPH06302536A JP10744693A JP10744693A JPH06302536A JP H06302536 A JPH06302536 A JP H06302536A JP 10744693 A JP10744693 A JP 10744693A JP 10744693 A JP10744693 A JP 10744693A JP H06302536 A JPH06302536 A JP H06302536A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- insulating film
- breakdown strength
- laser light
- silicon nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、薄膜製造方法に関するものであ
り、絶縁膜の絶縁破壊強度を向上させるレーザーアニー
リング方法を提供する。 【構成】 ＡｒＦエキシマレーザー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、真空容
器７内の窒化シリコン膜８に照射して窒化シリコン膜８
の絶縁破壊強度の向上を図る。さらに、Ｘ−Ｙステージ
により窒化シリコン膜８を動かすことにより、大面積に
わたり均一な高絶縁破壊強度の窒化シリコン膜を作製す
る。
り、絶縁膜の絶縁破壊強度を向上させるレーザーアニー
リング方法を提供する。 【構成】 ＡｒＦエキシマレーザー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、真空容
器７内の窒化シリコン膜８に照射して窒化シリコン膜８
の絶縁破壊強度の向上を図る。さらに、Ｘ−Ｙステージ
により窒化シリコン膜８を動かすことにより、大面積に
わたり均一な高絶縁破壊強度の窒化シリコン膜を作製す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜製造分野に係り、
絶縁膜の絶縁破壊強度を向上させるレーザーアニーリン
グ方法に関する。
絶縁膜の絶縁破壊強度を向上させるレーザーアニーリン
グ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザーにより絶縁膜（例えば、窒化シ
リコン）の絶縁破壊強度を向上させるには、絶縁膜に吸
収される、つまり、絶縁膜の禁制帯幅（例えば、窒化シ
リコンの場合は5.6eV ）より大きいフォトンエネルギー
をもつ、レーザー光（例えば、波長193nm 、つまり、フ
ォトンエネルギー6.4eV のＡｒＦエキシマレーザー光）
を高い光エネルギー密度で絶縁膜に照射し、絶縁膜を熱
分解させ絶縁膜中の不純物（例えば、水素）を減少させ
ることで行えることが、第53回応用物理学会学術講演会
講演予稿集１８ｐ−Ｅ−２（１９９２年秋季 Ｎｏ. ０
ｐ１２１８）に報告されている。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
ためレーザー光を照射したときの絶縁膜の温度が一様に
ならなかった。そのことが、いままでのレーザーアニー
リング方法により絶縁破壊強度を向上させた絶縁膜の特
性のばらつき、例えばレーザー光の中心部と外側で絶縁
膜中の不純物（例えば、水素）量のばらつきを生じさ
せ、その結果レーザーアニール後の絶縁膜の電気的（絶
縁破壊強度等）・機械的（硬度等）特性のばらつきを引
き起こしていた。
リコン）の絶縁破壊強度を向上させるには、絶縁膜に吸
収される、つまり、絶縁膜の禁制帯幅（例えば、窒化シ
リコンの場合は5.6eV ）より大きいフォトンエネルギー
をもつ、レーザー光（例えば、波長193nm 、つまり、フ
ォトンエネルギー6.4eV のＡｒＦエキシマレーザー光）
を高い光エネルギー密度で絶縁膜に照射し、絶縁膜を熱
分解させ絶縁膜中の不純物（例えば、水素）を減少させ
ることで行えることが、第53回応用物理学会学術講演会
講演予稿集１８ｐ−Ｅ−２（１９９２年秋季 Ｎｏ. ０
ｐ１２１８）に報告されている。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
ためレーザー光を照射したときの絶縁膜の温度が一様に
ならなかった。そのことが、いままでのレーザーアニー
リング方法により絶縁破壊強度を向上させた絶縁膜の特
性のばらつき、例えばレーザー光の中心部と外側で絶縁
膜中の不純物（例えば、水素）量のばらつきを生じさ
せ、その結果レーザーアニール後の絶縁膜の電気的（絶
縁破壊強度等）・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
アニーリ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
はり均一な多結晶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
アニーリ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
はり均一な多結晶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、絶縁破壊強度を向上
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、絶縁破壊強度を向上
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。そこで筆者らは、レーザーアニーリ
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。そこで筆者らは、レーザーアニーリ
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、絶縁膜の絶縁破壊強度を向上させるレ
ーザーアニーリング方法において、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、絶縁膜の絶縁破壊強度を向上させるレ
ーザーアニーリング方法において、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、均一な高絶縁破壊強度の絶縁膜を作製
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、均一な高絶縁破壊強度の絶縁膜を作製
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、均一な高絶縁破壊強度の絶縁膜を、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ア
ニーリング方法を提供することを目的とするものであ
る。
て、均一な高絶縁破壊強度の絶縁膜を、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ア
ニーリ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
アニーリング方法は、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。
アニーリング方法は、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、真
空または不活性ガス中に配置された絶縁膜（例えば、窒
化シリコン）の絶縁破壊強度を向上させるのに必要なエ
ネルギー密度になるように集光し照射する。絶縁破壊強
度の向上は、様々なプロセスによるものがあるが、絶縁
膜の熱分解による場合や溶融による場合などがある。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、絶縁膜に投入されるエネルギーが均一にならず、絶
縁膜の温度が不均一になり、その結果不均一に絶縁破壊
強度の向上が行われる。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、均一な高絶縁破壊強度
の絶縁膜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。
空または不活性ガス中に配置された絶縁膜（例えば、窒
化シリコン）の絶縁破壊強度を向上させるのに必要なエ
ネルギー密度になるように集光し照射する。絶縁破壊強
度の向上は、様々なプロセスによるものがあるが、絶縁
膜の熱分解による場合や溶融による場合などがある。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、絶縁膜に投入されるエネルギーが均一にならず、絶
縁膜の温度が不均一になり、その結果不均一に絶縁破壊
強度の向上が行われる。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、均一な高絶縁破壊強度
の絶縁膜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アニー
リング方法の一実施例を示す模式図である。ＡｒＦエキ
シマレーザー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、真空容器７内に配置された
窒化シリコン膜８の絶縁破壊強度を向上させるのに必要
なエネルギー密度になるように窒化シリコン膜８の表面
に結像される。この場合、絶縁破壊強度の向上は絶縁膜
中の水素が熱分解により放出され減少することにより行
われ、エネルギー密度としては１５０ｍＪ／ｃｍ2 程度
が適当である。
がら説明する。図１は、本発明におけるレーザーアニー
リング方法の一実施例を示す模式図である。ＡｒＦエキ
シマレーザー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、真空容器７内に配置された
窒化シリコン膜８の絶縁破壊強度を向上させるのに必要
なエネルギー密度になるように窒化シリコン膜８の表面
に結像される。この場合、絶縁破壊強度の向上は絶縁膜
中の水素が熱分解により放出され減少することにより行
われ、エネルギー密度としては１５０ｍＪ／ｃｍ2 程度
が適当である。
【００１４】レーザー光５が照射された窒化シリコン膜
８は、平坦化されたレーザー光５を吸収することにより
一様な温度に加熱されるため均一に絶縁破壊強度の向上
が行われる。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
すると窒化シリコン膜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、熱分解により放出さ
れる水素の量が場所により異なり、得られる高絶縁破壊
強度の窒化シリコン膜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で窒化シリコン膜の
絶縁破壊強度を向上させる場合には、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。
８は、平坦化されたレーザー光５を吸収することにより
一様な温度に加熱されるため均一に絶縁破壊強度の向上
が行われる。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
すると窒化シリコン膜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、熱分解により放出さ
れる水素の量が場所により異なり、得られる高絶縁破壊
強度の窒化シリコン膜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で窒化シリコン膜の
絶縁破壊強度を向上させる場合には、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】窒化シリコン膜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
絶縁破壊強度が向上されるにしたがい照射位置を移動す
る。これにより、窒化シリコン膜８を大面積にわたり絶
縁破壊強度を向上させることが可能となる。
−Ｙステージ９の上に置かれ、レーザー光５が照射され
絶縁破壊強度が向上されるにしたがい照射位置を移動す
る。これにより、窒化シリコン膜８を大面積にわたり絶
縁破壊強度を向上させ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アニーリ
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、むらの無い均一な高絶縁破壊強度の絶縁膜を作製
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。
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、むらの無い均一な高絶縁破壊強度の絶縁膜を作製
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アニーリング方法の一
実施例を示す模式図である。
実施例を示す模式図である。
【図２】絶縁膜の絶縁破壊強度が向上される状況を示し
た概略図である。
た概略図である。
１ ＡｒＦエキシマレーザー 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 真空容器 ８ 窒化シリコン膜 ９ Ｘ−Ｙステージ １１ 絶縁破壊強度の向上した領域 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 (3)
- 【請求項１】 絶縁膜にレーザー光を照射して絶縁膜の
絶縁破壊強度を向上させるレーザーアニーリング方法に
おいて、 レーザー光の空間強度の不均一分布を、レーザー光を誘
電体柱内を複数回全反射させることによって均一化し照
射することを特徴とするレーザーアニーリング方法。 - 【請求項２】 絶縁膜の絶縁破壊強度の向上は、絶縁膜
にレーザー光を照射して絶縁膜を熱分解して不純物を減
少させることにより行うことを特徴とする、請求項１記
載のレーザーアニーリング方法。 - 【請求項３】 絶縁膜の絶縁破壊強度の向上は、絶縁膜
にレーザー光を照射して絶縁膜を溶融することにより行
うことを特徴とする、請求項１記載のレーザーアニーリ
ング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10744693A JPH06302536A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザーアニーリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10744693A JPH06302536A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザーアニーリング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302536A true JPH06302536A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14459362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10744693A Withdrawn JPH06302536A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザーアニーリング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06302536A (ja) |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP10744693A patent/JPH06302536A/ja not_active Withdrawn
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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 |