JPS59125612A - 単結晶薄膜形成装置 - Google Patents

単結晶薄膜形成装置

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JPS59125612A
JPS59125612A JP58000660A JP66083A JPS59125612A JP S59125612 A JPS59125612 A JP S59125612A JP 58000660 A JP58000660 A JP 58000660A JP 66083 A JP66083 A JP 66083A JP S59125612 A JPS59125612 A JP S59125612A
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Hiroyuki Yokoyama
弘之 横山
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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を用いて単結晶薄膜の形成を行う
単結晶薄膜形成装置に関するものである。
現在、絶縁体満膜上のアモルファス、あるいは多結晶シ
リコン(Sl)薄)換の単結晶化、すなわちS OI 
(5ilicon on In5ulator )のプ
ロセス技術は、三次元構造果績回路や表示素子用集積回
路への応用が期待されるために盛んに研死されているが
、最近このSOIフロセスにおいてレーザビームを用い
る方法が注目されている。
第1図(5)は従来のレーザビームを用いた単結晶シリ
コン薄膜の形成方法を説明する照射試料の断面図である
。図中、】は単結晶シリコン基板、2は酸化シリコン(
Si02)薄膜、3はアモルファスあるいは多結晶のシ
リコン薄膜を示し、4はレンズによって集束されたレー
ザビーム、5はレーザビーム4の照射中の試料の移動方
向を示す。この場合、所定のレーザビーム照射強度のも
とに、被加工物である試料を一定速度で移動させるもの
とする。その場合、単結晶シリコン基板1と接触してい
るアモファスあるいは多結晶シリコン薄膜3の部分を、
先ず基板1からエピタキシャル成長できるようにレーザ
ビーム4の照射強度、および試料の移動速度を設定する
。そうするξ、この試料の移動により、先に単結晶シリ
コン基板1上に成長したシリコンの単結晶粒を成長核と
して、酸化シリコン薄膜2の上の部分のアモルファスあ
るいは多結晶シリコン薄膜3も単結晶化することになる
。この場合、酸化シリコン薄膜2においては熱伝導率が
単結晶シリコン基板1におけるよりも小さいために、ア
モルファスあるいは多結晶シリ;1ン薄膜3が必要以上
に高温となり、その熱歪によって単結晶化後にはく離を
生じたり、あるいは結晶粒の小さな単結晶にしがならな
い問題があった。
第1図0勇は第1.図(5)を改良した場合の照射試料
の断面図である。この場合は、アモルファスあるいは多
結晶シリコン薄膜3のうちの単結晶クリコン基板1と接
触している部分の上と、酸化クリコン薄膜2と接触して
いる部分の上とにそれぞれ異なった厚みで酸化シリコン
干渉薄膜6を堆積させている。さらにこの酸化シリコン
干渉薄膜6の淘い部分の上には窒化7リコン(Si3N
4)干渉薄膜7を堆積させている。これらの薄膜の厚み
は照射するレーザ光の波長のオーダーであって、光の干
渉効果により、アモルファスあるいは多結晶シリコン薄
膜3に達するレーザビーム4の照射強度が、窒化シリコ
ン干渉薄膜7のない部分においてより大きくなるように
している。
この方法によれは、酸化シリコン尚膜2上におけるアモ
ルファスあるい(は多結晶シリコン尚膜3の不必要な温
度上昇を防げるので、この部分においてもはく離を生じ
ることなく、単結晶/リコン基板1上におけると同様の
単結晶化が可能となる。
この具体例として1酸化シリコン薄膜上に厚さ044μ
m5幅15μm、長さ8011m程度の単結晶渇膜を得
ることに成功している。
しかし、このようにアモルファスあるいは多結晶の牛導
体薄膜上に、さらr(レーザビーム照射強度を制御する
ための干渉薄膜を施す方法は、各試料ごとにR1定の位
置で所定の薄膜の厚さにする高(6度の微細加工が必要
となり、そのためレーザビーム照射以前の試料に対する
プロセスが極めて煩雑になり大きな欠点となっている。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除き、絶縁体
薄膜上に結晶粒の大きな良質の単結晶薄膜を簡単に形成
する機能を持つ高性能な単結晶形成装置を提供すること
にある。
本発明の単結品書膜形成装置の構成は、レーザ発掘器と
、このレーザ発振器より出射されるレーザビームの強度
を可変にする手段と、前記レーザビームを被加工物上に
導く集束光学系と、前記被加工物の位置を観測する位置
モニタと、前記被加工物上に照射されるレーザビームの
照射位置を可変にする手段と、前記位置モニタからの前
記被加工物の位置検出信号を処理してデータ化されたそ
の位f情報をもとに前記レーザビームの照射位置とその
レーザビームの照射強度とをプログラム制御するシステ
ム制御部とを備え一前記システム制御部のプログラミン
グに従って、前記被加工物の表面の所定微小領域に、そ
の位置に対応して自動的に定められた強度のレーザビー
ムを集光照射することを特徴とする。
本発明のweは、アモルファスあるいは多結晶構造の薄
膜に照射するレーザビームの強度を、試   ′科上の
場所ごとに、あらかじめプログラムされた強さで制御す
ることによす、酸化物や窒化物等の干渉薄膜を要せず、
第1図(A)に示すような単純な構造の試料音用いても
良質で結晶粒の大きな単結晶薄膜奮、迅速に絶縁体上に
形成することが可能となる。
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明の一実施例のブロック図である。
図において、11はレーザ発振器で、出力20W程度を
得られる高出力の連続発振のアルゴンレーザを用いてい
る。】2はレーザビーム40強度を可変にするレーザど
−ム強度調節器で、電気光学効果を利用したポッケルス
セルおよびその駆動電源と偏光プリズムとから構成され
る。13はレーザビーム4を被加工物14に所定の径に
fD込んで照射するための集束光学系であるが、被加工
物14の位置モニタ用テレビカメラ150光電面上に被
加工物14の像を拡大し°C結像する機能を兼ねている
。システム制御系16は、ここではマイクロコンピュー
タユニットを母体としてお9テレビカメラ15の画像信
号の処理を行って、被加工物14の位置を数値的データ
に変換することを可能にするものである。さらに、この
システム制御系16は、被加工物14の位置についての
その数値的データをもとに予め被加工物14のどの位置
にどのような強度でレーザ光を照射するかをプログラム
することができる。テレビモニター7は、拡大された被
加工物14の像および/ステム制御系16により処理さ
れた画像を観測し、また7ステム制御系16のプログラ
ミングを行うのに使用する。従って、照射位置調節用の
微動載物台18! 上の被加工物14のX−Y水平移動、およびレーザビー
ム強度調節器12を連係させて制御するととにより、所
定の方向へ移動する被加工物14の表面の各位置におい
て、自動的に所定の強度のレーザビーム4を照射できる
よう設計されCいる。
この照射位置調節用の微動載物台18は、その移動速度
が20cy@/sの時、位置決め誤差が±1μm以下の
性能を有している。また、レーザビーム19を所定の強
度に設定するに要する時間は1μs以下で設定誤差±2
チ9強度はレーザ発振器11の出力光00〜90チの範
囲で可変である。
この実施例の羊結晶薄膜形成装+*を用い、第1図(5
)に示した構造の試料にレーザ光を照射した場合の説明
をする。被加工物である試料14は、<Zoo>方向に
配置した単結晶シリコン基板1上の一部に、熱酸化によ
り厚さ400nm8′度の酸化シリコン薄膜2を形成し
、さらに減圧CVD法によって、基板1および酸化シリ
コン薄膜2上に厚さ600 nm程度の多結晶シリコン
3を堆積させたものを用いた。また、この装置歳は、多
結晶7すyyffi膜3茨面でのレーザビームの径’e
50μm、試料を載せた微動載物台の移動速度を10c
 m/ sとし、多結晶シリコン助膜3において、単結
晶ノリコン基板1上の部分を12W、酸化シリコン薄膜
2上の部分を7Wのレーザビーム強度で照射するようた
設定した。
その結果、酸化シリコン薄膜上において、はく離を生じ
ることなく幅40μn1.長さ1mm程度の粒状の大き
な単結晶シリコン薄膜を形成することができた。この結
果は、動作のプログラムの変更などによりさらに改善可
能することもできる。
本発明による単結晶地膜形成装置は、前述の多結晶シリ
コン湖膜からの単結晶薄膜形成にとどまらず、ゲルマニ
ウム(Ge)やカリウム・ヒ素(GaAs)等の半導体
や、酸化亜鉛などの訪電体油膜などの材料から単結晶薄
膜を形成することができるのは明らかである。
また、単結晶薄膜の配位を制御する場合には、第1図(
5)の構造ちるいはその類似の構造の試料を用いるが、
配位の制御が必要でない場合には、単に絶縁体薄膜上に
アモルファスあるいは多結晶薄膜を有する試料を用いる
ことも可能である。
なお、絶縁体薄膜上の単結晶薄膜形成以外に、半導体の
イオン打ち込み層のアニール用としても、この単結晶薄
膜装置が使用可能であることはいうまでもない。
また、この実施例においては連続発振のアルゴンレーザ
を用いたが、半導体の種類によっ”C適した波長のレー
ザを使用することや、また繰り返しパルス出力のレーザ
をイ史用しても良い。
さらに、レーザビーム強度調節器として、レーザ発振器
内部に電気光学効果あるいは音響光学効果を利用する損
失変調器を配置する構成のものも用いられる。まよ、レ
ーザ発振器から出射されるレーザヒ・−ムの強度が、レ
ーザ発振器への励起入力の変化に対し1μs以下程度の
十分速い応答を示す場合には直接に励起入力自体を制御
する方式も可能である。
この実施例は試料の移動速度を一足として照射するレー
ザビームの強度を可変制御する方式で単結晶薄膜形成を
行ったが、プログラミングにより試料の移動速度も可変
制御して試料土への照射強度の制御を多様化することも
できる。また、試料上のレーザビームの照射位@″を可
変にする手段としC1この実施例では試料を載せた微動
載物台を移動させる方式を用いたが、レーザビーム自体
を試料上で走食させる方式、さらに、試料の移動とレー
ザビームの走査の両者を組み合わせた方式とすることも
可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図(5)、郵)は従来の絶縁体薄膜上に単結晶薄膜
を形成する方法を説明する断面図、第2図は本発明の実
施例のブロック図である。図において1・・・・・・単
結晶シリコン基板、2・・・・・・酸化シリコン薄膜、
3゛°゛°゛°アモルファスあるいは多結晶の7IJ−
yyrJEi、4・・・・・・レーザビーム、5・・・
・・・レーザビーム照射中の試料の移動方向、6・・・
・・・酸化シリコン干渉薄膜、7・・・・・窒化シリコ
ン干渉薄膜、11・・・・・・レーザ発振器、12・・
・・・・レーザ強度調節器、13・・・・・・集束光学
イ、14・・・・・・被加工物、15・・・・・・テレ
ビカメラ、17・・°パ・テレビモニタ、16・・・・
・・システム制御系、18パ°・°゛微動載物台、であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. レーザ発振器と、このレーザ発振器より出射されるレー
    ザビームの強度を可変にする手段と、前記レーザビーム
    を被加工物上に導く集束光学系と、前記被加工物の位置
    を観測する位置モニタと、前記被加工物上に照射される
    前記レーザビームの照射位置を可変する手段と、前記位
    置モニタからの前記被加工物の位置検出信号を処理しデ
    ータ化されたその位置情報をもとに前記被加工物におけ
    る前記レーザビームの照射位置と前記レーザビームの照
    射強度とをプログラム制御するンステム制御部とを備え
    、このノステム制御部において所定のプログラミングに
    従って前記被加工物の表面の所定微小領域に、その位置
    に対応して自動的に定められた強度のレーザビームを集
    光して照射するようにしたことを特徴とする単結晶薄膜
    形成装置。
JP58000660A 1983-01-06 1983-01-06 単結晶薄膜形成装置 Pending JPS59125612A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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