JPH0693427B2 - レーザアニール方法 - Google Patents
レーザアニール方法Info
- Publication number
- JPH0693427B2 JPH0693427B2 JP21944387A JP21944387A JPH0693427B2 JP H0693427 B2 JPH0693427 B2 JP H0693427B2 JP 21944387 A JP21944387 A JP 21944387A JP 21944387 A JP21944387 A JP 21944387A JP H0693427 B2 JPH0693427 B2 JP H0693427B2
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- JP
- Japan
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- laser
- distribution
- gaussian
- soi
- laser light
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体産業などで行われるレーザ光を用いた試
料の熱処理、加工等を行うレーザアニール方法に関する
ものである。
料の熱処理、加工等を行うレーザアニール方法に関する
ものである。
従来のレーザアニール技術で特にビーム形状が問題とな
るのは、レーザアニールによる絶縁体膜上での単結晶Si
膜の形成を行うSOI形成技術においてである。レーザア
ニールによるSOI形成に際しては、大面積の単結晶を得
るために中央部で低く周辺部で高い温度分布を達成する
必要がある。この温度分布を得るために、従来例えばア
プライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Le
−tters）、第44巻 686ページ（1984年）に記載されて
いるようにレーザビームの形状を変化させて双峰型の強
度分布を持つ形状にする方法と、例えば、アプライド・
フィジクス・レターズ（Applied Physics Letters）、
第41巻346ページ（1982年）に記載されているように基
板構造を工夫して双峰型の温度分布を得る方法がある。
るのは、レーザアニールによる絶縁体膜上での単結晶Si
膜の形成を行うSOI形成技術においてである。レーザア
ニールによるSOI形成に際しては、大面積の単結晶を得
るために中央部で低く周辺部で高い温度分布を達成する
必要がある。この温度分布を得るために、従来例えばア
プライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Le
−tters）、第44巻 686ページ（1984年）に記載されて
いるようにレーザビームの形状を変化させて双峰型の強
度分布を持つ形状にする方法と、例えば、アプライド・
フィジクス・レターズ（Applied Physics Letters）、
第41巻346ページ（1982年）に記載されているように基
板構造を工夫して双峰型の温度分布を得る方法がある。
従来例のうち前者では、ビーム周辺部での強度のダレに
起因した多結晶領域が存在し、重ね合せアニールができ
ないため、基板に対する有効なSOI面積の比率が小さい
という欠点がある。従来例のうち後者は、レーザビーム
を重ね合せて複数回の走査を行うことによって全面をSO
I化することができるが、結晶欠陥のないSOIを再現性良
く得ることは未だ十分には達成されていない。また、ガ
ウス型のビームのうちSOI形成に有効なパワーを有する
領域が限定されるため、レーザの持つパワーを有効に生
かしきれないという欠点がある。
起因した多結晶領域が存在し、重ね合せアニールができ
ないため、基板に対する有効なSOI面積の比率が小さい
という欠点がある。従来例のうち後者は、レーザビーム
を重ね合せて複数回の走査を行うことによって全面をSO
I化することができるが、結晶欠陥のないSOIを再現性良
く得ることは未だ十分には達成されていない。また、ガ
ウス型のビームのうちSOI形成に有効なパワーを有する
領域が限定されるため、レーザの持つパワーを有効に生
かしきれないという欠点がある。
本発明の目的は前記問題点を解消したレーザアニール方
法を提供することにある。
法を提供することにある。
本発明はガウス型分布を持つ２つのレーザ光のうち一方
のレーザ光を２枚のプリズムによってガウス型の分布を
中央で分割し互いに位置を入れ換えた形状に成形し、該
レーザ光を成形しない他方のレーザ光と重ね合せて試料
上に照射することを特徴とするレーザアニール方法であ
る。
のレーザ光を２枚のプリズムによってガウス型の分布を
中央で分割し互いに位置を入れ換えた形状に成形し、該
レーザ光を成形しない他方のレーザ光と重ね合せて試料
上に照射することを特徴とするレーザアニール方法であ
る。
以下に本発明によって、基板に対するSOI面積の比率が
大きく、結晶欠陥の少ないSOI膜が再現性良く得られ、
さらにレーザの持つパワーを有効に生かすことで一度に
得られるSOI面積が大きく生産性の高いSOI形成が可能な
レーザアニール方法を得ることができる作用を述べる。
大きく、結晶欠陥の少ないSOI膜が再現性良く得られ、
さらにレーザの持つパワーを有効に生かすことで一度に
得られるSOI面積が大きく生産性の高いSOI形成が可能な
レーザアニール方法を得ることができる作用を述べる。
本発明者らが従来の技術の問題点の原因を詳しく検討し
たところ、以下の結論を得た。基板構造を工夫すること
で温度分布を得る方法では、通常ガウス型の強度分布を
持つレーザをそのまま加工せずに照射している。しかし
ながら、この方法ではガウス型の強度分布を持つレーザ
光と基板の構造との微妙な位置関係の違いがSOIの結晶
性に大きな影響を与える。そのため、ガウス型のレーザ
光を用いれば、基板の構造とレーザ光の位置関係を常に
一定に保たない限り、良好な結晶性を持つSOIを再現性
良く得ることはできない。また、ガウス型分布のピーク
のレーザパワーで良好なSOIが得られるように、全体の
レーザパワーを押さえざるをえないため、ガウス型のす
その部分は生かされず、またレーザ自身が持つパワーも
十分に使われていない。このことにより、一度に形成さ
れるSOIの面積は制限され生産性の向上に不利である。
そこで、レーザの持つパワーを効率よく利用し、結晶性
の良いSOIを再現性良く得るためには、少なくともレー
ザの走査方向に対して垂直な断面の強度分布は一定であ
る箱型強度分布を持つことが望ましい。
たところ、以下の結論を得た。基板構造を工夫すること
で温度分布を得る方法では、通常ガウス型の強度分布を
持つレーザをそのまま加工せずに照射している。しかし
ながら、この方法ではガウス型の強度分布を持つレーザ
光と基板の構造との微妙な位置関係の違いがSOIの結晶
性に大きな影響を与える。そのため、ガウス型のレーザ
光を用いれば、基板の構造とレーザ光の位置関係を常に
一定に保たない限り、良好な結晶性を持つSOIを再現性
良く得ることはできない。また、ガウス型分布のピーク
のレーザパワーで良好なSOIが得られるように、全体の
レーザパワーを押さえざるをえないため、ガウス型のす
その部分は生かされず、またレーザ自身が持つパワーも
十分に使われていない。このことにより、一度に形成さ
れるSOIの面積は制限され生産性の向上に不利である。
そこで、レーザの持つパワーを効率よく利用し、結晶性
の良いSOIを再現性良く得るためには、少なくともレー
ザの走査方向に対して垂直な断面の強度分布は一定であ
る箱型強度分布を持つことが望ましい。
本発明によれば、２つのレーザ光のうち一方を２枚のプ
リズムによって、ガウス型の分布を中央で分割し互いに
位置を入換えた形状に成形し、これを他方のレーザ光と
重ねることによって、ある断面に関しては（通常走査方
向に垂直な断面が問題となる。）ほぼ平坦な強度分布を
持つ、箱型の強度分布を得ることができる。
リズムによって、ガウス型の分布を中央で分割し互いに
位置を入換えた形状に成形し、これを他方のレーザ光と
重ねることによって、ある断面に関しては（通常走査方
向に垂直な断面が問題となる。）ほぼ平坦な強度分布を
持つ、箱型の強度分布を得ることができる。
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
する。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例を説明するため
の図である。通常第１図（ａ）に示すガウス型分布のレ
ーザ光１をしている２本の20WのArレーザ装置を用意
し、そのうち一方のレーザ装置のレーザ光を第１図
（ｂ）に示すように２枚のプリズム2,2を組合せてガウ
ス型分布を中央で分割し互いに位置を入換えた形状（Ｍ
型分布：第１図（ｃ））に成形した。さらに、このＭ型
分布のレーザ光３ともう一方のガウス型分布のレーザ光
１と重ね合せることによって、第１図（ｄ）に示す箱型
強度分布のレーザ光４を得た。
の図である。通常第１図（ａ）に示すガウス型分布のレ
ーザ光１をしている２本の20WのArレーザ装置を用意
し、そのうち一方のレーザ装置のレーザ光を第１図
（ｂ）に示すように２枚のプリズム2,2を組合せてガウ
ス型分布を中央で分割し互いに位置を入換えた形状（Ｍ
型分布：第１図（ｃ））に成形した。さらに、このＭ型
分布のレーザ光３ともう一方のガウス型分布のレーザ光
１と重ね合せることによって、第１図（ｄ）に示す箱型
強度分布のレーザ光４を得た。
試料は表面を厚さ１μｍ熱酸化したSi基板に、LPCVD法
で多結晶シリコン膜を0.5μｍ堆積し、さらに厚さ0.06
μｍのシリコン窒化膜を堆積した後、ピッチ15μｍ、ス
トライプ幅５μｍに通常のフォトリソグラフィー技術で
形成した。この試料構造では、シリコン窒化膜のある領
域でArレーザ光の反射率が低下し、他の領域に比べてレ
ーザの吸収が大きいため温度が上昇し、レーザアニール
に際して最後に固化するため、シリコン窒化膜ストライ
プ下に１本の結晶粒界を発生してそのあいだにSOI単結
晶粒が形成される。
で多結晶シリコン膜を0.5μｍ堆積し、さらに厚さ0.06
μｍのシリコン窒化膜を堆積した後、ピッチ15μｍ、ス
トライプ幅５μｍに通常のフォトリソグラフィー技術で
形成した。この試料構造では、シリコン窒化膜のある領
域でArレーザ光の反射率が低下し、他の領域に比べてレ
ーザの吸収が大きいため温度が上昇し、レーザアニール
に際して最後に固化するため、シリコン窒化膜ストライ
プ下に１本の結晶粒界を発生してそのあいだにSOI単結
晶粒が形成される。
この試料を前述の箱型の強度分布成形したレーザ光４及
び通常のガウス型分布を持つレーザ光１で、ストライプ
に平行な方向あるいは斜めの方向に、基板温度300〜500
℃、レーザ径50〜150μm,走査速度10〜100mm/secレーザ
パワー８〜15Wで重ね合せての複数回の走査を行い、SOI
結晶成長を行った。得られたSOI結晶はシリコン窒化膜
を取り除いた後、セコエッチを施し光学顕微鏡で表面を
観察して、結晶性の評価を行った。その結果通常のガウ
ス型強度分布を持つレーザでアニールした場合は、全面
が単結晶化するものの、ほぼストライプ５本に１本の割
合で、結晶欠陥の存在を示す直線的あるいは曲線的なエ
ッチピットが観察された。それに対して、箱型の強度分
布を持つレーザ光では、ストライプ20〜30本に１本の割
合で直線的なエッチピットが見られるのみであった。ま
た、ガウス型強度分布を持つレーザを用いると、重ね合
せる領域を小さくするほど結晶欠陥の発生が増したが、
箱型分布を持つレーザではレーザ径の10％程度の重ね合
せを行うのみでも、結晶性の劣化はほとんど見られなか
った。
び通常のガウス型分布を持つレーザ光１で、ストライプ
に平行な方向あるいは斜めの方向に、基板温度300〜500
℃、レーザ径50〜150μm,走査速度10〜100mm/secレーザ
パワー８〜15Wで重ね合せての複数回の走査を行い、SOI
結晶成長を行った。得られたSOI結晶はシリコン窒化膜
を取り除いた後、セコエッチを施し光学顕微鏡で表面を
観察して、結晶性の評価を行った。その結果通常のガウ
ス型強度分布を持つレーザでアニールした場合は、全面
が単結晶化するものの、ほぼストライプ５本に１本の割
合で、結晶欠陥の存在を示す直線的あるいは曲線的なエ
ッチピットが観察された。それに対して、箱型の強度分
布を持つレーザ光では、ストライプ20〜30本に１本の割
合で直線的なエッチピットが見られるのみであった。ま
た、ガウス型強度分布を持つレーザを用いると、重ね合
せる領域を小さくするほど結晶欠陥の発生が増したが、
箱型分布を持つレーザではレーザ径の10％程度の重ね合
せを行うのみでも、結晶性の劣化はほとんど見られなか
った。
本実施例では２本のレーザ装置からのレーザ光を用いた
が、１本のレーザ光をハーフミラー等の光学的手段で２
つのレーザ光に分割しても良い。また、シリンドリカル
レンズ等を用いてもとのガウス型形状を楕円状にした後
に本発明を適用すれば、得られる箱型分布の長さが大き
くなって、さらに生産性の向上が望まれる。またこのよ
うな、レーザ光の形状を箱型の強度分布に形成する技術
は、SOI結晶成長の他、レーザを用いたエクストリンシ
ック・ゲッタリングや、イオン注入した不純物の活性化
のためのレーザアニール等にも有効な手段である。
が、１本のレーザ光をハーフミラー等の光学的手段で２
つのレーザ光に分割しても良い。また、シリンドリカル
レンズ等を用いてもとのガウス型形状を楕円状にした後
に本発明を適用すれば、得られる箱型分布の長さが大き
くなって、さらに生産性の向上が望まれる。またこのよ
うな、レーザ光の形状を箱型の強度分布に形成する技術
は、SOI結晶成長の他、レーザを用いたエクストリンシ
ック・ゲッタリングや、イオン注入した不純物の活性化
のためのレーザアニール等にも有効な手段である。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば結晶欠陥のないSOI
を再現性良く、さらに生産性にも優れた方法で形成でき
るレーザアニール方法を提供でき、LSI集積回路の３次
元化に有効である。さらに、ゲッタリングや不純物の活
性化等レーザを用いたアニールの再現性，生産性の向上
に効果がある。
を再現性良く、さらに生産性にも優れた方法で形成でき
るレーザアニール方法を提供でき、LSI集積回路の３次
元化に有効である。さらに、ゲッタリングや不純物の活
性化等レーザを用いたアニールの再現性，生産性の向上
に効果がある。
第１図（ａ）はガウス型レーザ光の分布を示す図、
（ｂ）は本発明の実施例を示す２枚のプリズムの組合せ
配置図、（ｃ）はガウス型分布をＭ型分布に成形したレ
ーザ光の分布図、（ｄ）はガウス型分布のレーザ光とＭ
型分布のレーザ光とを重ね合せたレーザ光の箱型分布を
示す図である。 １…ガウス型分布のレーザ光、２…プリズム ３…Ｍ型分布のレーザ光、４…箱型強度分布のレーザ光
（ｂ）は本発明の実施例を示す２枚のプリズムの組合せ
配置図、（ｃ）はガウス型分布をＭ型分布に成形したレ
ーザ光の分布図、（ｄ）はガウス型分布のレーザ光とＭ
型分布のレーザ光とを重ね合せたレーザ光の箱型分布を
示す図である。 １…ガウス型分布のレーザ光、２…プリズム ３…Ｍ型分布のレーザ光、４…箱型強度分布のレーザ光
Claims (1)
- 【請求項１】ガウス型分布を持つ２つのレーザ光のうち
一方のレーザ光を２枚のプリズムによってガウス型の分
布を中央で分割し互いに位置を入れ換えた形状に成形
し、該レーザ光を成形しない他方のレーザ光と重ね合せ
て試料上に照射することを特徴とするレーザアニール方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21944387A JPH0693427B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | レーザアニール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21944387A JPH0693427B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | レーザアニール方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6461017A JPS6461017A (en) | 1989-03-08 |
| JPH0693427B2 true JPH0693427B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=16735491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21944387A Expired - Lifetime JPH0693427B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | レーザアニール方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693427B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI289896B (en) | 2001-11-09 | 2007-11-11 | Semiconductor Energy Lab | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing a semiconductor device |
| JP4637816B2 (ja) * | 2001-11-09 | 2011-02-23 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザ照射装置および半導体装置の作製方法 |
-
1987
- 1987-09-01 JP JP21944387A patent/JPH0693427B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6461017A (en) | 1989-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071116 |