JPH0793261B2 - 単結晶薄膜形成装置 - Google Patents
単結晶薄膜形成装置Info
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- JPH0793261B2 JPH0793261B2 JP6559887A JP6559887A JPH0793261B2 JP H0793261 B2 JPH0793261 B2 JP H0793261B2 JP 6559887 A JP6559887 A JP 6559887A JP 6559887 A JP6559887 A JP 6559887A JP H0793261 B2 JPH0793261 B2 JP H0793261B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体装置を製造する分野で利用される単結晶
薄膜形成装置の改良に関し、さらに詳細には非晶質下地
上に形成した非晶質あるいは多結晶等の非単結晶シリコ
ン薄膜にCWレーザー光を照射して、非単結晶シリコン薄
膜を溶融させて単結晶化する単結晶薄膜形成装置に関す
るものである。
薄膜形成装置の改良に関し、さらに詳細には非晶質下地
上に形成した非晶質あるいは多結晶等の非単結晶シリコ
ン薄膜にCWレーザー光を照射して、非単結晶シリコン薄
膜を溶融させて単結晶化する単結晶薄膜形成装置に関す
るものである。
〈従来の技術〉 従来より結晶性を有しない絶縁膜の上に非晶質あるいは
多結晶等の非単結晶シリコン薄膜を形成し、この非単結
晶シリコン薄膜にエネルギービーム照射を行ったりヒー
タランプ等による加熱を行って溶融再結晶化させること
により単結晶薄膜を作製する方法（いわゆるSOI（Silic
on on Insulator）技術）が提案されている。
多結晶等の非単結晶シリコン薄膜を形成し、この非単結
晶シリコン薄膜にエネルギービーム照射を行ったりヒー
タランプ等による加熱を行って溶融再結晶化させること
により単結晶薄膜を作製する方法（いわゆるSOI（Silic
on on Insulator）技術）が提案されている。
従来より提案されている方法として第６図（ａ）に示す
ようにシリコン基板11の上に絶縁膜12を形成し、さらに
その上に非晶質あるいは多結晶の非単結晶シリコン薄膜
13を形成した後、第６図（ｂ）に示すように、ガウス分
布を有するレーザービーム照射を行ったり、ヒータやラ
ンプによる加熱15を行って単結晶化膜14を得ている。
ようにシリコン基板11の上に絶縁膜12を形成し、さらに
その上に非晶質あるいは多結晶の非単結晶シリコン薄膜
13を形成した後、第６図（ｂ）に示すように、ガウス分
布を有するレーザービーム照射を行ったり、ヒータやラ
ンプによる加熱15を行って単結晶化膜14を得ている。
しかし、この方法で得られるシリコン単結晶膜14の結晶
粒の大きさは大きくなく、この膜にトランジスタを形成
しても良好な動作特性を示さない。
粒の大きさは大きくなく、この膜にトランジスタを形成
しても良好な動作特性を示さない。
そのため、第７図に示すように非単結晶シリコン薄膜13
の上に絶縁膜16を形成し、さらにその上に非単結晶シリ
コン薄膜17を選択的に形成するなどして、レーザー光の
反射率を周期的に変化させたものの上を、ガウス分布を
有するレーザー光15を矢印の方向に走査していくことに
より非単結晶シリコン薄膜13は反射率が最大である部分
の直下を核として結晶成長していくため、反射率が最大
である部分の間隔の幅を有する単結晶が得られる。
の上に絶縁膜16を形成し、さらにその上に非単結晶シリ
コン薄膜17を選択的に形成するなどして、レーザー光の
反射率を周期的に変化させたものの上を、ガウス分布を
有するレーザー光15を矢印の方向に走査していくことに
より非単結晶シリコン薄膜13は反射率が最大である部分
の直下を核として結晶成長していくため、反射率が最大
である部分の間隔の幅を有する単結晶が得られる。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし上記した従来の方法では割合に頻繁に起こるレー
ザー光のガウス分布からの強度のずれが現れた場合に、
反射率が最大である部分の直下が温度が低いという現象
が正しく生じなくなり、単結晶部に粒界や結晶欠陥が入
り、意図した大きさの単結晶が得られない。そのため偶
々この部分に作製したトランジスタが動作不良を起こし
てしまうという等の問題点があった。
ザー光のガウス分布からの強度のずれが現れた場合に、
反射率が最大である部分の直下が温度が低いという現象
が正しく生じなくなり、単結晶部に粒界や結晶欠陥が入
り、意図した大きさの単結晶が得られない。そのため偶
々この部分に作製したトランジスタが動作不良を起こし
てしまうという等の問題点があった。
本発明は上記の点に鑑みて創案されたもので、頻繁に起
こるレーザーの強度分布の変化に対しても、試料に照射
されるレーザーの強度分布の変化はある程度緩和され、
一様の強度分布を有するレーザー光による再結晶化を可
能にする単結晶薄膜形成装置を提供することを目的とし
ている。
こるレーザーの強度分布の変化に対しても、試料に照射
されるレーザーの強度分布の変化はある程度緩和され、
一様の強度分布を有するレーザー光による再結晶化を可
能にする単結晶薄膜形成装置を提供することを目的とし
ている。
〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は、単結晶基板上に
絶縁膜と第１の非単結晶シリコン薄膜とを形成し、さら
に前記第１の非単結晶シリコン薄膜の上に絶縁膜を介し
てレーザービームの走査方向に第２の非単結晶シリコン
薄膜を選択的に形成し、この第２の非単結晶シリコン薄
膜の上部よりレーザービームを照射して上記第１の非単
結晶シリコン薄膜を溶融再結晶化する単結晶薄膜形成装
置において、直径50〜300μｍの円内に集光した光が均
一な強度分布になるように上記レーザービームの光路中
に中央に配置した六角形状光学部材と、この六角形状光
学部材の周囲に平面状に並べられ、前記中央の六角形状
光学部材の各側面と接する面からこの面に対向する辺に
向かって徐々に厚みが薄くなる断面形状を有した６個の
六角形プリズムとからなる第１の光学手段と、中央に配
置した凸レンズとこの凸レンズの周囲に平面的に配置し
た６個の凸レンズとからなり、上記各プリズムからの光
が各凸レンズにそれぞれ入射するようにした第２の光学
手段とを組み合わせたビーム形状成形手段を設けるよう
に構成している。
絶縁膜と第１の非単結晶シリコン薄膜とを形成し、さら
に前記第１の非単結晶シリコン薄膜の上に絶縁膜を介し
てレーザービームの走査方向に第２の非単結晶シリコン
薄膜を選択的に形成し、この第２の非単結晶シリコン薄
膜の上部よりレーザービームを照射して上記第１の非単
結晶シリコン薄膜を溶融再結晶化する単結晶薄膜形成装
置において、直径50〜300μｍの円内に集光した光が均
一な強度分布になるように上記レーザービームの光路中
に中央に配置した六角形状光学部材と、この六角形状光
学部材の周囲に平面状に並べられ、前記中央の六角形状
光学部材の各側面と接する面からこの面に対向する辺に
向かって徐々に厚みが薄くなる断面形状を有した６個の
六角形プリズムとからなる第１の光学手段と、中央に配
置した凸レンズとこの凸レンズの周囲に平面的に配置し
た６個の凸レンズとからなり、上記各プリズムからの光
が各凸レンズにそれぞれ入射するようにした第２の光学
手段とを組み合わせたビーム形状成形手段を設けるよう
に構成している。
即ち、本発明はレーザー光の光路の一部に複数の凸レン
ズと複数のプリズムから成るビーム形状成形手段を置
き、試料に照射されるレーザー光が一様に近い分布を有
するようにし、非単結晶シリコン薄膜から単結晶シリコ
ン薄膜を得る際に安定で粒界や結晶欠陥が少ない単結晶
薄膜を得るようにしたものである。
ズと複数のプリズムから成るビーム形状成形手段を置
き、試料に照射されるレーザー光が一様に近い分布を有
するようにし、非単結晶シリコン薄膜から単結晶シリコ
ン薄膜を得る際に安定で粒界や結晶欠陥が少ない単結晶
薄膜を得るようにしたものである。
〈作用〉 直径30mm程度の平行なレーザー光の光路中に平面状に並
置した複数のプリズムと平面状に並置した複数の凸レン
ズを組合せたビーム形状成形手段を挿入することによ
り、試料に照射される面のレーザー光の強度分布は一様
に近くなり、若しもとのレーザー光の強度分布がガウス
分布からずれた場合でも、試料に照射される面の分布の
ずれは小さくなる。
置した複数のプリズムと平面状に並置した複数の凸レン
ズを組合せたビーム形状成形手段を挿入することによ
り、試料に照射される面のレーザー光の強度分布は一様
に近くなり、若しもとのレーザー光の強度分布がガウス
分布からずれた場合でも、試料に照射される面の分布の
ずれは小さくなる。
従って、第１の非単結晶シリコン薄膜の、第２の非単結
晶シリコン薄膜によって反射されるレーザービームの反
射率が最大である部分の直下の温度が常に低いという現
象が正しく生じ、意図した大きさの単結晶を得ることが
できる。
晶シリコン薄膜によって反射されるレーザービームの反
射率が最大である部分の直下の温度が常に低いという現
象が正しく生じ、意図した大きさの単結晶を得ることが
できる。
〈実施例〉 以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の単結晶薄膜形成装置の構成
を示す図であり、１はレーザー光源、２は反射ミラー、
３は本発明にしたがってレーザーの光路４中に設けられ
たビーム形状成形手段、５は薄膜試料、６は試料載置台
であり、レーザー光源１から照射されたレーザ光が試料
載置台６上にセットされた薄膜試料５に照射され走査さ
れる。試料５の薄膜は従来公知の方法によって作製され
た多結晶或いは非晶質のシリコン薄膜からなる単結晶化
すべき薄膜を有しており、シリコン単結晶基板上にSiO2
等の絶縁性薄膜を介して被着されている。
を示す図であり、１はレーザー光源、２は反射ミラー、
３は本発明にしたがってレーザーの光路４中に設けられ
たビーム形状成形手段、５は薄膜試料、６は試料載置台
であり、レーザー光源１から照射されたレーザ光が試料
載置台６上にセットされた薄膜試料５に照射され走査さ
れる。試料５の薄膜は従来公知の方法によって作製され
た多結晶或いは非晶質のシリコン薄膜からなる単結晶化
すべき薄膜を有しており、シリコン単結晶基板上にSiO2
等の絶縁性薄膜を介して被着されている。
レーザー光源１と試料５との間のレーザー光路４上に
は、レーザー光の強度分布を制御するためのビーム形状
成形手段３が設けられており、このビーム形状成形手段
３は後述するように複数枚のプリズムを平面状に並置し
た第１の光学手段７と複数枚の凸レンズを平面状に並置
した第２の光学手段８とを組合せて構成されており、第
２図（ａ）に示すガウス分布をもって放射されたレーザ
ー光を第２図（ｂ）に示すような一様な強度分布に変換
する。
は、レーザー光の強度分布を制御するためのビーム形状
成形手段３が設けられており、このビーム形状成形手段
３は後述するように複数枚のプリズムを平面状に並置し
た第１の光学手段７と複数枚の凸レンズを平面状に並置
した第２の光学手段８とを組合せて構成されており、第
２図（ａ）に示すガウス分布をもって放射されたレーザ
ー光を第２図（ｂ）に示すような一様な強度分布に変換
する。
第３図（ａ），（ｂ）及び第４図（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ上記のようにレーザー光の強度分布を一様な強度分
布に変換するための第１の光学手段７及び第２の光学手
段８の詳細な構成を示す図である。
ぞれ上記のようにレーザー光の強度分布を一様な強度分
布に変換するための第１の光学手段７及び第２の光学手
段８の詳細な構成を示す図である。
第１の光学手段は中心に配置された六角形状光学部材74
の周りに外周に向かって徐々に厚さが薄くなる六角形の
プリズム71〜73、75〜77をそれぞれ平面状に並べること
により構成されている。
の周りに外周に向かって徐々に厚さが薄くなる六角形の
プリズム71〜73、75〜77をそれぞれ平面状に並べること
により構成されている。
第４図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の中心となる
７個の凸レンズ81〜87により構成された第２の光学手段
８の詳細構成を示す平面図及び断面図であり、１個の凸
レンズ87の周囲を６個の凸レンズ61〜66がとり囲むよう
に平面状に並置されている。この第２の光学手段８は第
３図（ａ）及び（ｂ）に示す六角形をなした６個のプリ
ズム71〜73、75〜77を六角形状光学部材74の各側面に接
するよう並置した構成の第１の光学手段７と組み合わせ
てビーム形状成形手段３を形成しているが、上記６個の
プリズムと六角形状光学部材からなる第１の光学手段
は、第５図に示すように平行なレーザビームの入射光Ｌ
を内側に集光し、効率的に第２の光学手段８に入射させ
るものである。また、上記第４図（ａ）及び（ｂ）に示
した７個の凸レンズ81〜87の焦点距離は、第５図に示す
ようにビーム形状成形手段３を通ったレーザー光が焦点
を結んだ後で直径ｌが約50〜300μｍ（例えば約60μ
ｍ）のビーム径になったときに、７個の凸レンズ81〜87
の全てのビームが重なるように設計している。
７個の凸レンズ81〜87により構成された第２の光学手段
８の詳細構成を示す平面図及び断面図であり、１個の凸
レンズ87の周囲を６個の凸レンズ61〜66がとり囲むよう
に平面状に並置されている。この第２の光学手段８は第
３図（ａ）及び（ｂ）に示す六角形をなした６個のプリ
ズム71〜73、75〜77を六角形状光学部材74の各側面に接
するよう並置した構成の第１の光学手段７と組み合わせ
てビーム形状成形手段３を形成しているが、上記６個の
プリズムと六角形状光学部材からなる第１の光学手段
は、第５図に示すように平行なレーザビームの入射光Ｌ
を内側に集光し、効率的に第２の光学手段８に入射させ
るものである。また、上記第４図（ａ）及び（ｂ）に示
した７個の凸レンズ81〜87の焦点距離は、第５図に示す
ようにビーム形状成形手段３を通ったレーザー光が焦点
を結んだ後で直径ｌが約50〜300μｍ（例えば約60μ
ｍ）のビーム径になったときに、７個の凸レンズ81〜87
の全てのビームが重なるように設計している。
上記のようにレーザービーム形状成形手段３を構成する
ことによって、第２図（ａ）に示したガウス分布やそれ
に近い分布を有するレーザー光から、第２図（ｂ）に示
すように一様に近い強度分布を有するレーザー光を得る
ことが出来、その結果、粒界や結晶欠陥の生じにくい単
結晶化が行なわれることになる。
ことによって、第２図（ａ）に示したガウス分布やそれ
に近い分布を有するレーザー光から、第２図（ｂ）に示
すように一様に近い強度分布を有するレーザー光を得る
ことが出来、その結果、粒界や結晶欠陥の生じにくい単
結晶化が行なわれることになる。
〈発明の効果〉 以上のように、本発明によればレーザー光がガウス分布
のみならず、それよりずれた分布を有していても常に一
様に近い分布をもつレーザー光を試料に照射することが
できるため、非単結晶シリコン膜を単結晶化する場合に
従来より大きい結晶粒のものを得ることが出来る。また
本発明におけるビーム形状成形手段を使用した場合に
は、強度の最小値が最大値の６％であるガウス分布を有
する光は7.5％以内の一様性を有する直径約50〜300μｍ
のビームとなり、更にまた最小値が最大値の50％である
平面分布を有する光は15％以内の一様性を有する直径50
〜300μｍのビームとなるため、レーザー光の強度分布
がガウス分布からずれた場合にも、試料に照射される面
のレーザー光の強度分布のずれは小さくなり、その結
果、安定で粒界や結晶欠陥の少ない単結晶シリコン薄膜
を得ることが出来る。
のみならず、それよりずれた分布を有していても常に一
様に近い分布をもつレーザー光を試料に照射することが
できるため、非単結晶シリコン膜を単結晶化する場合に
従来より大きい結晶粒のものを得ることが出来る。また
本発明におけるビーム形状成形手段を使用した場合に
は、強度の最小値が最大値の６％であるガウス分布を有
する光は7.5％以内の一様性を有する直径約50〜300μｍ
のビームとなり、更にまた最小値が最大値の50％である
平面分布を有する光は15％以内の一様性を有する直径50
〜300μｍのビームとなるため、レーザー光の強度分布
がガウス分布からずれた場合にも、試料に照射される面
のレーザー光の強度分布のずれは小さくなり、その結
果、安定で粒界や結晶欠陥の少ない単結晶シリコン薄膜
を得ることが出来る。
第１図は本発明の一実施例の単結晶薄膜形成装置の構成
を示す模式図、第２図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれガウ
ス形状及び一様形状のレーザー光強度分布を示す図、第
３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明における第１の
光学手段の具体的構成例を示す平面図及び断面図、第４
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明における第２の光
学手段の具体的構成例を示す平面図及び断面図、第５図
は本発明の一実施例におけるビーム形状成形手段を構成
するレンズの焦点距離を示す図、第６図（ａ），（ｂ）
及び第７図はそれぞれ従来の単結晶薄膜形成方法を説明
するための図である。 １……レーザー光源、２……反射ミラー、３……ビーム
形状成形手段、４……レーザーの光路、５……薄膜試
料、６……試料載置台、７……第１の光学手段、８……
第２の光学手段、11……シリコン基板、12……絶縁膜、
13……非単結晶シリコン薄膜、14……単結晶シリコン薄
膜。
を示す模式図、第２図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれガウ
ス形状及び一様形状のレーザー光強度分布を示す図、第
３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明における第１の
光学手段の具体的構成例を示す平面図及び断面図、第４
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明における第２の光
学手段の具体的構成例を示す平面図及び断面図、第５図
は本発明の一実施例におけるビーム形状成形手段を構成
するレンズの焦点距離を示す図、第６図（ａ），（ｂ）
及び第７図はそれぞれ従来の単結晶薄膜形成方法を説明
するための図である。 １……レーザー光源、２……反射ミラー、３……ビーム
形状成形手段、４……レーザーの光路、５……薄膜試
料、６……試料載置台、７……第１の光学手段、８……
第２の光学手段、11……シリコン基板、12……絶縁膜、
13……非単結晶シリコン薄膜、14……単結晶シリコン薄
膜。
Claims (1)
- 【請求項１】単結晶基板上に絶縁膜と第１の非単結晶シ
リコン薄膜とを形成し、さらに前記第１の非単結晶シリ
コン薄膜の上に絶縁膜を介してレーザービームの走査方
向に第２の非単結晶シリコン薄膜を選択的に形成し、こ
の第２の非単結晶シリコン薄膜の上部よりレーザービー
ムを照射して上記第１の非単結晶シリコン薄膜を溶融再
結晶化する単結晶薄膜形成装置において、 直径50〜300μｍの円内に集光した光が均一な強度分布
になるように上記レーザービームの光路中に中央に配置
した六角形状光学部材と、この六角形状光学部材の周囲
に平面状に並べられ、前記中央の六角形状光学部材の各
側面と接する面からこの面に対向する辺に向かって徐々
に厚みが薄くなる断面形状を有した６個の六角形プリズ
ムとからなる第１の光学手段と、 中央に配置した凸レンズとこの凸レンズの周囲に平面的
に配置した６個の凸レンズとからなり、上記各プリズム
からの光が各凸レンズにそれぞれ入射するようにした第
２の光学手段と、 を組み合わせたビーム形状成形手段を設けてなることを
特徴とする単結晶薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6559887A JPH0793261B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 単結晶薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6559887A JPH0793261B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 単結晶薄膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63233518A JPS63233518A (ja) | 1988-09-29 |
| JPH0793261B2 true JPH0793261B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13291615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6559887A Expired - Lifetime JPH0793261B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 単結晶薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793261B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4921643B2 (ja) * | 2001-02-22 | 2012-04-25 | 株式会社Ｉｈｉ | 照明光学系及びこれを備えるレーザー処理装置 |
| KR100611040B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2006-08-09 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 레이저 열처리 장치 |
| JP2013084902A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-05-09 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 熱処理方法および熱処理装置 |
-
1987
- 1987-03-23 JP JP6559887A patent/JPH0793261B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63233518A (ja) | 1988-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |