JPS5821319A - レ−ザアニ−ル方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザビームによって多結晶粒を粗大にし、拳
結晶化するレーザアニールの改曽方法に関する。

レーザ光は光通信を初めとして、測長機などの検査用機
器に広く使用されておシ、又レーザ光のエネルギーを利
用して溶接・切断などの加工機や手術用メスも開発され
ている。半導体装置を製造する場合にも、不純物イオン
を注入した後、半導体基板結晶内に生じた歪を除去する
ためのア二一をレーザアニールによりｅ結晶化する方法
も提案されている。

本発明はこのようなレーザアニール方法の後者、即ち多
結晶質を単結晶化する方法の実際的な教養提案である。

周知のようにレーザ光はレーザ発振器より発射され、レ
ンズ系で絞られて直径数ｌＯμｍφ　のレーザビームと
なって、試料上を照射し、これを走査（スキャンニング
）して、その照射エネルギーによって多結晶を溶融し、
固化させて単結晶化するのであるが、一般にビームのエ
ネルギー分布はガウス分布であって、円形ビームの中心
部のエネルギーが強く、中心から遠くなる程エネμギー
は低い伏頓にある。したがって、このような標準的なレ
ーザビームを照射し、走査すれば、ビームの周囲部分か
ら中心部に向って固化し、結晶化するため結晶粒界が互
に干渉し合って、結晶が拡大して単結晶化することを防
害し、単結晶化することが甚だ困難な状況にある。

本発明はこのような問題点を解消し、容易に結晶が拡大
され単結晶化することを目的とするもので、その特徴は
レーザビームの走査線中央部分が早く冷却し、両側端部
分が遅く冷却されるような手段を設けて、ビーム走査す
るレーザアニール法であり、以下図面を８照して種々の
方法を実施例により詳しく説明する。

先づレーザ照射装置を改良する方法で、ガウス分布状に
あるレーザビームのエネルギー分布をレンズ系により変
化させることは難しいため、レーザ発振器の共振ミラー
の曲率を変えて、ドーナツ型エネルギー分布のレーザビ
ームとし、しかもそのドーナツ型ビームの走査方向とは
反対の後半部分をスリットによりカットして、第１図に
示すエネルギー強度モデル図のようなレーザビームｌと
し、これを試料に照射し走査する。第２図はこのような
レーザビーム１を形成するための一実施例として、連続
発振するアルゴンレーザ照射装置。

概要図を示している。図において、２はアルゴンレーザ
管、８はレヤミラー、４はフロントミラー（両者を共振
ミラーと呼ぶ）、５は反射鏡、６はスリット、７は絞り
レンズ、８は試料、９は試料ステージで、前記し九ガウ
ス分布のエネルギーをもった標準レーザビームはレヤミ
ヲーを平面鏡とし、フロントミラーを曲率６ｍの凹面鏡
トシていま るが、本発明はレヤミラ−８を平面鏡のまつとし、フロ
ントミラー４の曲率を２／８（＝　４　ｍ　）　　とす
る。

そうすればドーナツ型レーザビームがえられ、とれをス
リット６で後半部分をカットして、試料８、　　上に照
射し、試料メテージ９を動かしてビーム走査させる。走
査スピードは例えばｌ　Ｏ”／、＠　、全ビームエネル
ギーｌθ〜１５ワッＦ程度とし、試料８を５００ｔＥに
加熱した半導体基板として、その表面上のシリコン多結
晶をビーム走査する。そうすると、６０〜８０μｍの走
査中が溶融され、走査線の中央が早く凝まって、両側端
の固化がおくれ、一体化した結晶が走査方向に沿って形
成され、本発明の目的を達することができる。

又、池の方法として、８つの標準レーザビーム（標準ト
はエネルギーがガウス分布した一般的なものと云う意味
である）を集合したレーザビームで゛ を照射し、走査して同様に走査線中央を早く凝固させ、
両側端の固化を遅くすることが可能である。

第８図はかようなレーザビームの照射形状を示し、矢印
方向に走査すれば、走査線中央に位置して先行するビー
ムＩＯＡが中央部分を溶融又は予備加熱し、次いで走査
線中心の両側に対称して後置したレーザビームＩＯＢ、
　　ＩＯｃが両側を時間的に遅れて溶融する。このよう
なビームで走査すれば、走査線の中央から両側に向って
固化するため、単結晶化されやすく、又その走査中は１
００〜１５０μｍと巾広いものとなる。

以上はレーザ自身を変化させる方式であるが、１つの標
準レーザビームを用いる通常のレーザアニー／Ｌ／法で
、ンリコン（Ｓｌ）基板上の８１多結晶を単結晶化する
方法を実施例で説明する。第４図に）は８１基板Ｉｌ上
に非晶質の酸化シリコン（ＳｉＯＱ）膜１２を形成し、
その上に８１多結晶１Ｂを被着した断面図で、第４図（
至）はそのＡＡ′断面図を示している。このよりなＳ１
多結晶１Ｂを８１基板１１に沿った単結晶に形成する場
合に、第４図（至）に図示しているようにＳｉｎｇ膜１
２の膜厚を中央を薄くシ、両側を厚くしておき、第４図
色）に示す矢印方向に走査する０例えばＳｉｎｇ　＃１
２の中央部分の膜厚を８０００〜７θＯＯ人　とし、両
側の膜厚を１μｍ程度とする。そうすれば、熱伝導は５
１０２膜が８１基板より惑いので、うすいＳｉｎ、　＠
の放熱が早くて、その上の８１結晶は早く固化し、厚い
５１０２膜上のＳ１結晶は凝固がおくれる。゛したがっ
て、走査線の中央から固まって、両側が中央の固化した
結晶に沿って固まるから、結晶は拡大し単結晶が容易と
なる。

又、第６図はＳ１多結晶を単結晶化する池の方法の実施
例で１図は第４図（至）に相当する断面で、レーザ走査
の方向は図に垂直方向となる。図示のように８１多結晶
１Ｂの上にレーザ光の反射防止膜１４を被覆し、レーザ
走査線中央部分の８１多結晶のみ露出させる。反射防止
膜１４は窒化シリコン（５ｉ４Ｎ４　）膜や８１０８膜
が適当で、膜厚は０．８〜１μｍ程度で充分である。そ
して図のように形成した後、前記方法と同じく標準レー
ザビームで走査すると、走査線中央部分の熱発散が早く
て、両側が遅くなるので中央部分から固化して結晶が拡
大され易く、単結晶化がたやすくなる。

以上の種々の方法の説明から判るように、本発明はレー
ザビーム走査線の中央から固化させて、単結晶化を促進
する方法で、従来のビーム走査によるレーザアニール方
法では結晶を拡大することが難かしかったが、本発明に
よれば単結晶化が容易となり、半導体装置の微細化、精
密化に寄与し、特性向上に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にか−るレーザアニール方法に適用する
一実施例のレーザビームのエネルギーモデル図、第２図
はそのレーザビーム形状を形成するレーザ照射装置の概
要図、第８図は同じく池の実施例のレーザビーム照射形
状図、第４図（ａ）、（至）および第５図は本発明にか
−るレーザアニールが適用される試料上に設は九手段を
示す断面図である。 図中、ｌはレーザビームのエネルギーモデル、８．４は
共振ミラー、６はスリット、８は試料、１０Ａ、　　Ｉ
ＯＢ、　　ＩＯＣ！はレーザビーふ、１１はシリコン基
板、１２は酸化シリコン膜（非晶質膜）、１８はシリコ
ン多結晶、１４は反射防止膜を示す。 第１図 第３図 第４図 第４図 １１ 第５図 ９８−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）試料上にレーザビームを照射し、走査して多結晶
   質を拳結晶化するレーザアニール方法において、走査線
   中央部分の冷却が早く、両側部分が遅く冷却されるよう
   な与段を設けて、走査することを特徴とするレーザアニ
   ール方法。 （２）　　レーザ発振器の共振ミラーの曲率を変えて、
   円形レーザビームのエネ〃ギー分布をドーナツ状とし、
   且つ走査方向に対してビーム後半をスリットでカットし
   た半円形状のビームを形成し、走査することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のレーザアニール方法。 （８）１つのレーザビームを走査線中央に前置し、２つ
   のレーザビームを走査線中央の両側に後置して、８つの
   集合したレーザビームを形成し、試料上を照射し、走査
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレー
   ザアニール方法。 ＋　、ど７− （４）試料をシリコン基板とし、多結晶質をシリコン多
   結晶として、両者間に非晶質膜が介在する際、該非晶質
   膜の膜厚はレーザ走査線の中央部分を薄くし、両側を厚
   く形成してその上面から標準レーザビームを照射し、走
   査することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ーザアニール方法。 （６）　　試料をシリコン基板とし、多結晶質をシリコ
   ン多結晶とする際に、レーザ走査線の中央部分はシリコ
   ン多結晶を露出させ、該レーザ走査線の両側部分は反射
   防止膜を被覆して、その上面から標準レーザビームを照
   射し、走査することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のレーザアニール方法。