JPH07187890A

JPH07187890A - レーザーアニーリング方法

Info

Publication number: JPH07187890A
Application number: JP34787593A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ueda; 健司植田; Takahiro Matsumoto; 貴裕松本; Teruyuki Tamaki; 輝幸玉木; Noboru Hasegawa; 昇長谷川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-25

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上に堆積された半導体材料のみを加熱で
きるとともに、溶融後固化するまでの時間を延長できる
レーザーアニーリング方法を提供する。【構成】第一のレーザー光１４を照射して非晶質シリ
コン膜１２の一部１６を溶融させた直後に、第一のレー
ザー光よりも波長が長く、かつ、ビーム径が大きい第二
のレーザー光１８を、この溶融部分１６に照射する。こ
れにより、溶融部分１６の周囲だけが局部的に加熱され
る。この加熱により、溶融部分が固化するまでに要する
時間は延長され、したがって結晶化するときの粒径が大
きくなり、これにより移動度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料などにレー
ザー光を照射して表面の配位構造を改変するレーザーア
ニーリング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン結晶中に特定の伝導型を持たせ
るための不純物原子を注入する場合、イオン注入法など
でイオンを打ち込んだ後に、結晶欠陥部分の結晶性を回
復するためにレーザーアニーリングが行われる。また、
高速動作のシリコン半導体素子を得るために、ガラス基
板上に堆積された非晶質シリコン膜にレーザーを照射し
てアニーリングすることにより多結晶化し、キャリアの
移動度を高めることが行われてる。

【０００３】かかるレーザーアニーリング方法の一例
が、信学技報ＳＤＭ-112(1992-12) に掲載されている。
この方法では、レーザー光を非晶質シリコン材料の表面
に照射する他に、基板をヒータで加熱することにより、
レーザー光の照射で溶融したシリコンをゆっくりと固化
させる。これにより、多結晶化する際の各シリコン結晶
の粒径が大きくなり、膜質が向上するとしている。ま
た、別のレーザーアニーリング方法が特開平3-266424号
公報において開示されている。この方法は、基板の上側
から短波長のレーザー光を照射し、その後、基板の下側
からハロゲンランプ等の長波長の輻射光を照射すること
により、半導体基板の初期の温度上昇を均一にできると
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記信学技
報ＳＤＭ-112(1992-12) に掲載されているアニーリング
方法は、基板全体をヒータで、例えば４００°Ｃ程度に
加熱するので、アニーリングを行ったあと基板全体が冷
却するまでに、例えば２〜３時間程度の時間を要する。
このためアニーリングが終了してから次の工程に移行す
るまでの時間が無駄となり、したがって、かかる方法を
実際の半導体製造工程で用いると生産効率が低下すると
いう問題があった。

【０００５】一方、前記特開平3-266424号公報記載の発
明では、アニーリングに使用するレーザー光はあくまで
もキャリアを励起させるためのものであり、アニーリン
グそのものは主としてハロゲンランプの照射によって行
われる。この場合、パルス発光されるレーザー光に比
べ、ハロゲンランプからの光は長時間照射される。この
ため、アニールする材料だけでなく基板全体が高温に加
熱される。したがって、基板材料としては高い融点を有
するものを使用せざるを得ず、このことがコストの上昇
を招く。

【０００６】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、基板全体の加熱を必要とせず、したがって高融
点の基板材料を用いる必要がなく、また、アニーリング
した後、直ちに次の工程に移行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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、基板上に堆積された材料に
レーザー光を照射するレーザーアニーリング方法におい
て、第一のレーザー光を照射して前記材料の一部を溶融
させたあとこの溶融した部分が固化する前に、前記第一
のレーザー光よりも波長が長く、前記第一のレーザー光
よりもビーム径が大きく、かつ前記材料を溶融させない
範囲のエネルギーを有する第二のレーザー光を、前記溶
融した部分に照射することを特徴とするものである。

【０００８】請求項２記載の発明であるレーザーアニー
リング方法は、請求項１又は２記載の発明において、前
記第二のレーザー光を複数回繰り返し照射することを特
徴とするものである。

【０００９】請求項３記載の発明であるレーザーアニー
リング方法は、請求項１又は２記載の発明において、基
板上に堆積された前記材料は非晶質シリコンであること
を特徴とするものである。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明は前記の構成により、第二
のレーザー光は第一のレーザー光よりも波長が長いの
で、これを第一のレーザー光により溶融された部分に照
射すると、溶融した部分よりも深いところまで達して吸
収される。また、第二のレーザー光は第一のレーザー光
よりもビーム径が大きいので、これを第一のレーザー光
によって溶融された部分に照射すると、溶融した部分の
外側の表面にも照射されて吸収される。これにより、第
一のレーザー光の照射によって溶融された部分の周囲の
材料部分は、第二のレーザー光の照射によって溶融しな
い範囲で加熱され、溶融した部分とその周囲の溶融して
いない部分との温度差は縮まり、溶融した部分からの熱
の散逸は減少する。したがって、溶融した部分が固化す
るまでの時間は延長され、結晶化した部分の粒径が大き
くなる。

【００１１】請求項２記載の発明は前記の構成により、
前記第二のレーザー光を複数回繰り返し照射することに
よって、溶融した部分が固化するまでの時間は更に延長
され、結晶化した部分の粒径はより大きくなる。

【００１２】請求項３記載の発明は前記の構成により、
基板上に堆積された非晶質材料にレーザー光を照射して
アニーリングすることにより、溶融した非晶質部分が固
化して結晶化するまでの時間が延長され、結晶化した部
分の粒径が大きくなる。

【００１３】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。ここで、図１乃至図４は、本発明の一実施
例であるレーザーアニーリング方法の各工程を時系列的
に示した概略断面図である。

【００１４】図１において、基板１０は通常のガラス基
板であり、この上には非晶質シリコン膜１２が堆積され
ている。これをレーザーアニーリングする場合、まず、
レーザーアニーリング装置（図示せず）へ挿入し、内部
を真空にする。そして、第一のレーザー光であるパルス
レーザー１４を１０ナノ秒程度のパルス幅で非晶質シリ
コン膜１２の表面に照射する。

【００１５】非晶質シリコン膜１２は、図２に示すよう
に、レーザー光１４が照射されると照射された部分１６
は加熱されて溶融する。従来のレーザーアニーリング方
法では、基板１０をヒータなどで別途加熱した場合で
も、この溶融部分１６はせいぜい数百ナノ秒程度で固化
していた。このため、凝固した部分には粒径の小さい多
数の微結晶が生成され、再結晶化した部分の結晶の粒径
を拡大することは困難であった。

【００１６】これに対し本実施例では、図１に示したレ
ーザー光１４の照射に引き続き、図２に示した溶融部分
１６が固化する前に、図３に示すように第２のレーザー
光１８を照射する。このレーザー光１８は最初のレーザ
ー光１４よりも波長が長く、レーザー光１４よりもビー
ム径が大きいものとする。

【００１７】波長が長いレーザー光は、波長が短いレー
ザー光に比べ、吸収係数が小さくなるため非晶質シリコ
ン膜１２のより深い部分まで達するという性質がある。
また、レーザー光１８は、そのビーム径がレーザー光１
４よりも大きいので、溶融部分１６の外側の膜表面にも
照射される。したがって、図４に示すように、非晶質シ
リコン膜１２のうち溶融部分１６の周囲の領域２０が局
部的に加熱される。このときレーザー光１８の強度は、
非晶質シリコンの領域２０が５００°Ｃ程度の温度とな
るよう調節しておく。

【００１８】レーザー光１４及び１８の光源としてＱス
イッチＹＡＧレーザーを用いると、同一の光源から上記
二つのレーザー光を得ることができるという利点があ
る。すなわち、ＹＡＧレーザーは基本波の波長が１０６
４nmの赤外光であり、第二高調波の波長は５３２nmの緑
色光、第三高調波は３５５nmの紫外光である。したがっ
て、第三高調波をレーザー光１４とし、基本波又は第二
高調波をレーザー光１８として使用することが可能とな
る。

【００１９】このように領域２０の部分が局部的に加熱
されると、溶融部分１６とその周囲の領域２０との温度
差が小さくなり、溶融部分１６から散逸される熱量は少
なくなる。したがって、溶融部分１６が固化するまでの
時間が延長される。なお、この延長される時間は、レー
ザー光１８の照射時間、強度、ビーム径などに依存する
ので、これらを調節することにより、アニーリングする
材料などに応じて適当な延長時間とすることができる。
また、第二のレーザー光１８は、複数回にわたって照射
してもよく、このようにすれば、溶融部分１６が固化す
るまでの時間を更に長くすることができる。この結果、
例えば溶融部分１６が固化するまでの時間を数マイクロ
秒程度まで引き延ばされ、溶融したシリコンをゆっくり
と固化させることができる。このように固化するまでの
時間が長くなると、結晶化したシリコンの粒径が大きく
なり、移動度が向上することが知られている。

【００２０】上記のように二つのレーザー光１４及び１
８を用いて、溶融部分の周囲の領域２０だけを局部的に
加熱するので、基板１０の温度上昇は少ない。したがっ
て、基板としては融点の低い通常のガラスを用いても何
ら問題はなく、その分コストを低減できる。また、基板
１０が加熱されないので、基板１０及び非晶質シリコン
膜１２が冷却されるまでの時間が大幅に短縮される。こ
のためアニーリングが終了したあと直ちに次の工程に移
行することができ、製造工程が効率化される。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
晶質シリコンなどの材料を第一のレーザー光で溶融させ
た直後に第二のレーザー光を照射することにより、溶融
部分の周囲を加熱して溶融部分が固化するまでの時間を
延長することにより、この溶融部分が結晶化したときの
結晶粒径を大きくでき、したがって移動度の高い半導体
材料を得ることができる。また、第二のレーザー光によ
って加熱されるのは局部的部分に限定されるため、基板
及びシリコンが冷却されるまでの時間を短縮でき、直ち
に次の工程へ移行できるので、製造工程を効率化するこ
とができる。更に、アニーリングの際に基板が加熱され
ないため、基板材料として高い融点を有するものを用い
る必要はなく、製造コストを低減できるレーザーアニー
リング方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上に堆積された非晶質シリコンに第一のレ
ーザー光を照射する様子を示した概略断面図である。

【図２】レーザー光の照射により非晶質シリコンの表面
の一部が溶融した状態を示した概略断面図である。

【図３】溶融部分に第二のレーザー光を照射する様子を
示した概略断面図である。

【図４】溶融した部分の周囲が加熱された状態を示した
概略断面図である。

【符号の説明】１０基板１２非晶質シリコン膜１４第一のレーザー光１６溶融部分１８第二のレーザー光２０加熱部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玉木輝幸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

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に堆積された材料にレーザー光を
照射するレーザーアニーリング方法において、第一のレーザー光を照射して前記材料の一部を溶融させ
たあとこの溶融した部分が固化する前に、前記第一のレ
ーザー光よりも波長が長く、前記第一のレーザー光より
もビーム径が大きく、かつ前記材料を溶融させない範囲
のエネルギーを有する第二のレーザー光を、前記溶融し
た部分に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】前記第二のレーザー光を複数回繰り返し
照射する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】基板上に堆積された前記材料は非晶質シ
リコンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレ
ーザーアニーリング方法。