JPS59151421A - レ−ザアニ−ル装置 - Google Patents
レ−ザアニ−ル装置Info
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- JPS59151421A JPS59151421A JP2380683A JP2380683A JPS59151421A JP S59151421 A JPS59151421 A JP S59151421A JP 2380683 A JP2380683 A JP 2380683A JP 2380683 A JP2380683 A JP 2380683A JP S59151421 A JPS59151421 A JP S59151421A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、レーザアニール装置の改良に関する。
従来、絶縁性基板上に高品質の結晶半導体膜を作製する
場合、サファイア単結晶基板上のｓｉ薄膜（ＳＯＳ ）
に代表される如く、その基板は単結晶であることが必要
と考えられていた。これに対し最近、非晶質絶縁物上に
良質な半導体結晶薄膜を作製する技術が研究されている
。この、” （１） Ｓｉ基板上に絶縁膜を形成し、
これを基板として用いることによシ、従来よく使われて
い作シ各素子を接続することによシ、積層構造体デＡイ
スの実現が可能となシ、デノ々イスの高集積化及び多機
能化をはかシ得る。
場合、サファイア単結晶基板上のｓｉ薄膜（ＳＯＳ ）
に代表される如く、その基板は単結晶であることが必要
と考えられていた。これに対し最近、非晶質絶縁物上に
良質な半導体結晶薄膜を作製する技術が研究されている
。この、” （１） Ｓｉ基板上に絶縁膜を形成し、
これを基板として用いることによシ、従来よく使われて
い作シ各素子を接続することによシ、積層構造体デＡイ
スの実現が可能となシ、デノ々イスの高集積化及び多機
能化をはかシ得る。
゛ところで、非晶質絶縁層上に良質の半導体結品薄膜を
得る装置としては、試料上にレーザビームを照射し、該
ビームを走査して試料をアニールするレーザアニール装
置が知られて□いる。
得る装置としては、試料上にレーザビームを照射し、該
ビームを走査して試料をアニールするレーザアニール装
置が知られて□いる。
この装置は、レーザビームを、細く絞シ、絶縁層上に設
けた半導体薄膜上でビーム走査することによシ、薄膜を
部分的に溶融−再固化せしめるものである。８１を例に
とると、Ｓｉ基板上に５ｉ０２膜（絶縁層）を形成した
のち、５ｔｏ２膜上に多結晶Ｓ１膜を被！シ、次いで上
記装置を用い多結晶Ｓｔ層膜上レーザビームを走査する
。これによシ、多結晶Ｓ１膜は溶融−再固化によシ当初
の＠１０００〔ｘ〕から数〔μｍ〕〜数１０〔μｍ〕に
までその粒径が増大することになる。また、別の方法と
し上記５１０２膜の一部に開孔を設け、多結品別膜の一
部を８１基板に接触させた状態でレーザビー１人の走査
を行う。これによシ、Ｓｌ基板表面で溶融した多結晶８
１膜はＳｌ基板との接触部から液相エピタキシャル成長
して単結晶化し、それがビーム走査方向に沿って進行し
５ｉｎ２膜上の多結晶Ｓｔ膜も単結晶化することになる
。
けた半導体薄膜上でビーム走査することによシ、薄膜を
部分的に溶融−再固化せしめるものである。８１を例に
とると、Ｓｉ基板上に５ｉ０２膜（絶縁層）を形成した
のち、５ｔｏ２膜上に多結晶Ｓ１膜を被！シ、次いで上
記装置を用い多結晶Ｓｔ層膜上レーザビームを走査する
。これによシ、多結晶Ｓ１膜は溶融−再固化によシ当初
の＠１０００〔ｘ〕から数〔μｍ〕〜数１０〔μｍ〕に
までその粒径が増大することになる。また、別の方法と
し上記５１０２膜の一部に開孔を設け、多結品別膜の一
部を８１基板に接触させた状態でレーザビー１人の走査
を行う。これによシ、Ｓｌ基板表面で溶融した多結晶８
１膜はＳｌ基板との接触部から液相エピタキシャル成長
して単結晶化し、それがビーム走査方向に沿って進行し
５ｉｎ２膜上の多結晶Ｓｔ膜も単結晶化することになる
。
しかしながら、この種の手法にあっては次のような問題
があった。すなわち、レーザアニールによシ多結晶８１
の結晶粒は成長するか、多結晶Ｓｉが折角溶融す′るに
も拘わらず、高々数１０〔μｍ〕の粒径に留まる。また
、多結晶Ｓｔ膜の一部を８１基板に接触させ横方向のエ
ピタキシャル成長を試みた場合でも、単結晶化する部分
はＳｌ基板との接触部から数１０〔μｍ〕程度までしか
達しない。つまシ、基板上において部分的には良質の結
晶層が得られても、広い領域において均一で良質な半導
体結晶層を得ることは困難であったＯ 〔発明の目的〕 本発明の目的は、多結晶８１等の半導体層をレーザアニ
ールによシ優れた特性の結晶層とすることができ、非晶
質絶縁物上に良質の半導体結晶層を形成し得るレーザア
ニール装置を提供することにある〇 〔発明の概要〕 本発明の骨子は、レーザビームを集光若しくは拡大する
ためのレンズ系を改良し、試料上のビーム強度の中心点
を複数にしたことにある。
があった。すなわち、レーザアニールによシ多結晶８１
の結晶粒は成長するか、多結晶Ｓｉが折角溶融す′るに
も拘わらず、高々数１０〔μｍ〕の粒径に留まる。また
、多結晶Ｓｔ膜の一部を８１基板に接触させ横方向のエ
ピタキシャル成長を試みた場合でも、単結晶化する部分
はＳｌ基板との接触部から数１０〔μｍ〕程度までしか
達しない。つまシ、基板上において部分的には良質の結
晶層が得られても、広い領域において均一で良質な半導
体結晶層を得ることは困難であったＯ 〔発明の目的〕 本発明の目的は、多結晶８１等の半導体層をレーザアニ
ールによシ優れた特性の結晶層とすることができ、非晶
質絶縁物上に良質の半導体結晶層を形成し得るレーザア
ニール装置を提供することにある〇 〔発明の概要〕 本発明の骨子は、レーザビームを集光若しくは拡大する
ためのレンズ系を改良し、試料上のビーム強度の中心点
を複数にしたことにある。
すなわち、多結晶８１等の試料をレーザアニールする場
合、通常レーザビームの強度が第１図に示す如くガウス
分布で、ある、ため、溶融された部分はその外側から固
化する。つまシ、第２図に示す如く試料の固相（再固化
層）１と液相２との境界である固液界面３４が固相１に
関し液相２側に凸となシ、溶融部のヘシから核発生、が
起こる。そして、この溶融部のヘシからの核発生がビー
４走査方向（第２図中矢印Ａ方向）への結晶粒の伸び及
び単結晶化を妨げる要因となることが判った。したがっ
て、溶融部の再同化がその中央部から始まるよう、つま
シ固液界面が固相に関し液相側に凹となるようにすれば
、結晶粒径増大化及び単結晶化に有効となる。
合、通常レーザビームの強度が第１図に示す如くガウス
分布で、ある、ため、溶融された部分はその外側から固
化する。つまシ、第２図に示す如く試料の固相（再固化
層）１と液相２との境界である固液界面３４が固相１に
関し液相２側に凸となシ、溶融部のヘシから核発生、が
起こる。そして、この溶融部のヘシからの核発生がビー
４走査方向（第２図中矢印Ａ方向）への結晶粒の伸び及
び単結晶化を妨げる要因となることが判った。したがっ
て、溶融部の再同化がその中央部から始まるよう、つま
シ固液界面が固相に関し液相側に凹となるようにすれば
、結晶粒径増大化及び単結晶化に有効となる。
本発明者等の鋭意研究によれば、上記固液界面の形状を
レンズ系の改良に、よシ実現できることが判明した。す
なわち、レンズ系を複数の凸部、例えば第３図に示す如
く３つの凸部を有す５− るレンズで構成すれば、固液界面３は第４図に示す如く
波形となる。つまシ、ビームの中央部・５（第４図中斜
線で示す領域）において固相１に関し液相２側に凹とな
る部分が存在することになる。そしてこの場合、ビーム
の内側からの核発生が可能となシ、単結晶がビーム走査
方向に沿って容易に伸びるようになった。しかも、ビー
ム周辺域６，１の核発生ψ１”外側から起こることによ
シ単結晶のビーム走査方向への伸びが少なく、多くの結
晶粒を含む領域にあっても、ビーム走査を重ねることで
次々と単結晶化されるのが確認された。□ 本発明はこのような点に着目し、レーザビームを放射す
るレーザ光源と、この光源からのレーザビームを集光若
しくは拡大して試料上に照射するレンズ系と、試料上の
レーザビームと試料とを相対的に移動せしめる走査系と
を具備してなるレーザアニール装置において、上記レン
ズ系として少なくとも２個の凸部を有するレンズ或いは
少なくとも２個の凸レンズを用い、試斜上でのビーム強
度分布に上記相対的移動方向と直交する方向の少なくと
も２点で極大値が現われるようにしたものである。
レンズ系の改良に、よシ実現できることが判明した。す
なわち、レンズ系を複数の凸部、例えば第３図に示す如
く３つの凸部を有す５− るレンズで構成すれば、固液界面３は第４図に示す如く
波形となる。つまシ、ビームの中央部・５（第４図中斜
線で示す領域）において固相１に関し液相２側に凹とな
る部分が存在することになる。そしてこの場合、ビーム
の内側からの核発生が可能となシ、単結晶がビーム走査
方向に沿って容易に伸びるようになった。しかも、ビー
ム周辺域６，１の核発生ψ１”外側から起こることによ
シ単結晶のビーム走査方向への伸びが少なく、多くの結
晶粒を含む領域にあっても、ビーム走査を重ねることで
次々と単結晶化されるのが確認された。□ 本発明はこのような点に着目し、レーザビームを放射す
るレーザ光源と、この光源からのレーザビームを集光若
しくは拡大して試料上に照射するレンズ系と、試料上の
レーザビームと試料とを相対的に移動せしめる走査系と
を具備してなるレーザアニール装置において、上記レン
ズ系として少なくとも２個の凸部を有するレンズ或いは
少なくとも２個の凸レンズを用い、試斜上でのビーム強
度分布に上記相対的移動方向と直交する方向の少なくと
も２点で極大値が現われるようにしたものである。
本発明によれば、ビーム照射領域の中央部で固相に関し
液相側に凹の固液界面を形成することができ、ビームの
内側からの核発生を起こすことができる。したがって、
非晶質絶縁物上の半導体結晶層の単結晶化及び結晶粒径
増大化に極めて有効となり、非晶質絶縁物上に良質の半
導体結晶層を形成することができる。また、従来装置に
比して、レンズ系の構成を変えるのみ□の簡易な構成で
実□現し得る等の利点がある。
液相側に凹の固液界面を形成することができ、ビームの
内側からの核発生を起こすことができる。したがって、
非晶質絶縁物上の半導体結晶層の単結晶化及び結晶粒径
増大化に極めて有効となり、非晶質絶縁物上に良質の半
導体結晶層を形成することができる。また、従来装置に
比して、レンズ系の構成を変えるのみ□の簡易な構成で
実□現し得る等の利点がある。
第５図は本発明の一実施例に係わるレーザアニール装置
を示す概略構成図である。図中１１は連続発振型アルゴ
ンイオンレーザ（レーザ光源）であシ、この光源１１か
ら放射されたレーザビームはビームＯＮ −ＯＦＦ用の
シャッタ１２を介して反射鏡１３に照射される。反射鏡
１３で反射されたレーザビームは、さらに反射鏡１４で
反射されレンズ系１５によシ集束されて試料１６上に照
射される。反射鏡１３．１４はそれぞれガルノ々ノメー
タ等に取シ付けられ、反射鏡１３はその回動によシ反射
ビームをＸ方向（紙面左右方向）に走査し、反射鏡１４
はその回動によシ反射ビームをＹ方向（紙面表裏方向）
に走査するものとなっている。また、レンズ系１５は前
記第３図に示す如く３個の凸部を有するレンズから構成
されている。なお、図中１７は試料１６を載置したステ
ージを示している。
を示す概略構成図である。図中１１は連続発振型アルゴ
ンイオンレーザ（レーザ光源）であシ、この光源１１か
ら放射されたレーザビームはビームＯＮ −ＯＦＦ用の
シャッタ１２を介して反射鏡１３に照射される。反射鏡
１３で反射されたレーザビームは、さらに反射鏡１４で
反射されレンズ系１５によシ集束されて試料１６上に照
射される。反射鏡１３．１４はそれぞれガルノ々ノメー
タ等に取シ付けられ、反射鏡１３はその回動によシ反射
ビームをＸ方向（紙面左右方向）に走査し、反射鏡１４
はその回動によシ反射ビームをＹ方向（紙面表裏方向）
に走査するものとなっている。また、レンズ系１５は前
記第３図に示す如く３個の凸部を有するレンズから構成
されている。なお、図中１７は試料１６を載置したステ
ージを示している。
このような構成であれば、レンズ系１５の作用によシビ
ーム強度の最大点を３つにすることができ、前記第４図
に示した形状の固液界面を実現できる。したがって、非
晶質絶縁膜上に良質の半導体結晶層を形成することが可
能となる。
ーム強度の最大点を３つにすることができ、前記第４図
に示した形状の固液界面を実現できる。したがって、非
晶質絶縁膜上に良質の半導体結晶層を形成することが可
能となる。
本発明者等の実験によれば、試料１６として第６図（、
）に示す如き単結晶８１基板２１上に熱酸化による５１
０２膜２２を形成し、このＳｔＯ，膜２２上に多結晶８
１膜２３を堆積したものを用い、第５図に示す実施例装
置でレーザアニールを行ったところ、多結晶８１膜２３
の結晶粒径は１０ （＋ｍ：）程度と従来よシ著しく大
きなものとなった。また、試料として第６図（ｂ）に示
す如（８１０，膜２２の一部を除去し多結晶Ｓ１膜２３
の一部を８１基板２１に接触させたものを用いた場合、
多結晶４膜２３はＳｉｎ、膜２２の開孔部２２ｍから１
０［：ｍ、１程度まで単結□晶化することが確認された
。このことからも本装置の有用性は明らかである。
）に示す如き単結晶８１基板２１上に熱酸化による５１
０２膜２２を形成し、このＳｔＯ，膜２２上に多結晶８
１膜２３を堆積したものを用い、第５図に示す実施例装
置でレーザアニールを行ったところ、多結晶８１膜２３
の結晶粒径は１０ （＋ｍ：）程度と従来よシ著しく大
きなものとなった。また、試料として第６図（ｂ）に示
す如（８１０，膜２２の一部を除去し多結晶Ｓ１膜２３
の一部を８１基板２１に接触させたものを用いた場合、
多結晶４膜２３はＳｉｎ、膜２２の開孔部２２ｍから１
０［：ｍ、１程度まで単結□晶化することが確認された
。このことからも本装置の有用性は明らかである。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記レンズ系としては凸部を有するレンズ
の代シに、複数の凸レンズを用いるようにしてもよい。
い。例えば、前記レンズ系としては凸部を有するレンズ
の代シに、複数の凸レンズを用いるようにしてもよい。
さら淀、凸部の個数や凸レンズの個数等は３個に限るも
のではなく、２個以上の範囲で適宜定めればよい。また
、・前記レーザ光源としてはアルゴンイオンレーザの代
シに、炭酸ガスレーザやネオジウムＹＡＧレーザ等を用
いることも可能である。さらに、レーザビームと試料と
を相対的に走査する手段として、反射鏡の回動の代シに
試料ステージを移９− 動させるようにしてもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
のではなく、２個以上の範囲で適宜定めればよい。また
、・前記レーザ光源としてはアルゴンイオンレーザの代
シに、炭酸ガスレーザやネオジウムＹＡＧレーザ等を用
いることも可能である。さらに、レーザビームと試料と
を相対的に走査する手段として、反射鏡の回動の代シに
試料ステージを移９− 動させるようにしてもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
第１図及至第４図はそれぞれ本発明の詳細な説明するた
めの、もので第１図はレーザビームの強度分布を示す特
性図、第２図は従来装置を用いた場合の固液界面形状を
示す模式図、第３図は本発明に係わるレンズ系の一例を
示す模式図、第４図は上記レンズ系を用いた場合の固液
界面形状を示□す模式図、第５図紘本発明の一実施例に
係わるし一ザアニール装置を示す概略構成図、第６図（
、） （ｂ）は上記実施例、に使用した試料の構造を示
す断面図である□。 １１・・・アルゴンイオンレーザ（レーザ光源）、１２
・・・シャ、り、１３．１４・−・反射鏡、１５・・・
レンズ系、１６・・・試料、１７・・・試料ステー・り
、２１・・・単結晶Ｓｉ基板、２２・−・５ｉ０２膜（
非晶質絶縁層）、２３・・・多結晶８ｉ膜（半導体結晶
層）。 １０−
めの、もので第１図はレーザビームの強度分布を示す特
性図、第２図は従来装置を用いた場合の固液界面形状を
示す模式図、第３図は本発明に係わるレンズ系の一例を
示す模式図、第４図は上記レンズ系を用いた場合の固液
界面形状を示□す模式図、第５図紘本発明の一実施例に
係わるし一ザアニール装置を示す概略構成図、第６図（
、） （ｂ）は上記実施例、に使用した試料の構造を示
す断面図である□。 １１・・・アルゴンイオンレーザ（レーザ光源）、１２
・・・シャ、り、１３．１４・−・反射鏡、１５・・・
レンズ系、１６・・・試料、１７・・・試料ステー・り
、２１・・・単結晶Ｓｉ基板、２２・−・５ｉ０２膜（
非晶質絶縁層）、２３・・・多結晶８ｉ膜（半導体結晶
層）。 １０−
Claims (2)
- （１） レーザビームを放射するレーザ光源と、この
光源からのレーザビームを集光若しくは拡大して試料上
に照射するレンズ系と、上記試料上のレーザビームと該
試料とを相対的に移動せしめる走査系とを具備し、前記
レンズ系は前記試料上でのレーザビームの強度分布に前
記相対的移動方向と直交する方向の少なくとも２点で極
大値が現れるようレーザビームを集光するものであるこ
とを特徴とするレーザアニール装置。 - （２）前記光学系は、少なくとも２個の凸部を有するレ
ンズ或いは少なくとも２個の凸レンズからなるものであ
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
アニール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2380683A JPS59151421A (ja) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | レ−ザアニ−ル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2380683A JPS59151421A (ja) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | レ−ザアニ−ル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59151421A true JPS59151421A (ja) | 1984-08-29 |
Family
ID=12120564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2380683A Pending JPS59151421A (ja) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | レ−ザアニ−ル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59151421A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60164318A (ja) * | 1984-02-06 | 1985-08-27 | Fujitsu Ltd | ビ−ムアニ−ル方法 |
| US5164957A (en) * | 1991-08-20 | 1992-11-17 | Westinghouse Electric Corp. | Energy beam director apparatus |
| KR100848096B1 (ko) * | 2002-05-21 | 2008-07-24 | 삼성전자주식회사 | 다결정용 레이저 조사 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984423A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | エネルギ照射装置 |
-
1983
- 1983-02-17 JP JP2380683A patent/JPS59151421A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984423A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | エネルギ照射装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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