JPS6199323A - 単結晶薄膜の製造装置 - Google Patents

単結晶薄膜の製造装置

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JPS6199323A JP59220684A JP22068484A JPS6199323A JP S6199323 A JPS6199323 A JP S6199323A JP 59220684 A JP59220684 A JP 59220684A JP 22068484 A JP22068484 A JP 22068484A JP S6199323 A JPS6199323 A JP S6199323A
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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】 〈発明の技術分野〉 本発明ハ非晶質基板上に形成された多結晶や非晶質等の
非単結晶薄膜にレーザ光を照射して単結晶化させる際の
レーザ光の照射方法に改良を加えた単結晶薄膜の製造装
置に関するものである。
〈発明の技術的背景〉 近年、半導体集積回路の高密度化等の要望に伴なって、
非晶質基板上に形成された非晶質或いは多結晶の薄膜に
レーザ光を照射して、薄膜を溶融再結晶化させることに
より単結晶薄膜全形成する技術の開発が進められている
。例えばシリコン半導体基板上に絶縁性の非晶質酸化膜
が下地基板として形成され、この絶縁性非晶質上に再結
晶させるべき非晶質或いは多結晶薄膜が形成され、この
薄膜にレーザ光を照射して再結晶化が図られ、半導体薄
膜が形成される。
この再結晶化に用いられるレーザアニール装置の基本的
なブロック構成図を第４図に示す。
第４図において、ｌＩ′ｉレーザ光源、２，３は反射ミ
ラー、４はビームエキスパンダ、５は走査光学系、６は
試料加熱部、７は試料加熱部６上に載置された再結晶化
に供する試料であり、レーザ光源１から放射されまたレ
ーザ光８が加熱部６に載置された薄膜試料７上に照射さ
れ、走査光学系５によってビーム走査される。また、レ
ーザアニール装置の光学系としては、レーザ光を充分に
細く集光させるために、レーザ光源Ｉから放出さ７−′
１．た光をビームエキスパンダ４．？？拡大してから、
走査光学系５内の集束レンズに絞り込んで試料７に照射
するような構成が一般的である。
通常、レーザ光８の強度分布は第５図に示すようにガウ
ス分布を呈しているため、このような強度分布金持つレ
ーザ光８を試料７に照射して走査？行なうと、試料７上
に形成された薄膜は溶融しｔ後、溶融領域の中でより温
度の低い両端から多数の粒が中央部へ向って成長し、第
６図に示す工うに多結晶の集合となってしまう。
なお第６図において、１１は非溶融領域、１２は粒径の
増大し之多結晶領域、ａｆｆレーザ走査方向を示してい
る。
一方、走査方向に垂直な方向に中央部か弱（、その外側
に二つのピークを持つような第７図に示すような双峰型
の強度分布のレーザ光を照射することにより、固化が溶
融部の中央から始まり外側に向かって単一の結晶が成長
するため、第８図に示すようにストライブ状の単結晶領
域１３が形成されることになるが、本発明者は、このよ
うな強度分布のレーザ光を得る方法を、先に実願昭５９
−３２１４５　　ｒ薄膜製造装置」として提案している
。
本発明者が先に提案した方法はレーザ光の光路上にレー
ザ光？非単結晶薄膜に方向付けるミラー全配置し、この
ミラーは背面側に反射面が形成され、入射面側に透明領
域を残して一部にのみ反射膜が形成されており、透明領
域と反射膜との境界に跨ってレーザ光を照射して双峰型
レーザ光を形成するようにしたものである。
〈発明の目的〉 本発明は上記諸点に鑑みて成さｒしたものであり、上記
した単結晶薄膜形成に適したレーザ光の強度分布を効率
よ（得るようにした単結晶薄膜の製造装置全提供するこ
とを目的としている０〈発明の構成〉 この目的を達成するため、本発明の単結晶薄膜の製造装
置に、非単結晶薄膜にレーザ光を照射して溶融させ、こ
のレーザ光を走査することにニジ上記の薄膜を単結晶化
させる装置において、上記のレーザ光をフレネルの複プ
リズムを介して照射することにより、照射面でのレーザ
光の強度分布を、中央部が低く走査方向に垂直な方向の
両端にピークを持つ強度分布に再構成して上記の非単結
晶薄膜に照射せしめるように構成している。
〈発明の実施例〉 以下、図面全参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。
本発明の一実施例としてのレーザアニール装（ｉｌけ例
えば￥Ｊ４図に示したレーザアニール装置における反射
ミラー３の手前側にフレネルの複プリズム全挿入配置し
、このフレネルの複プリズムによってガウス分布のレー
ザ光を中央で分割し、それぞれをずらして重ね合わせる
ことにより、中央部が低くその両端にピーク全持つ強度
分布全形成するように構成している。
第１図は本発明にし友がって配置される２個のフレネル
の複プリズムによって所望の強度分布のレーザ光が得ら
れる様子を説明するための図である０ ￥ｒＩ図において、２１及び２２ｔ／′ｉそれぞれ頂角
θのフレネルの複プリズムと称せられる光学部材で１．
７レネルの複プリズム２１及び２２は頂角θの形成され
た而が対向するように配置されると共に頂角θの形成さ
れた面と反対側の面２１ａ。
と２２ａが平行に保持される工うに配置されている０ このような構成により、第２図（ａ）Ｋ示す如き入射光
としてのガウス分布のレーザ光２３Ｈ％＋のフレネルの
複プリズム２Ｉによって中央で分割され、出射面２１ｂ
からの出射光が第２のフレネルの複プリズム２２の入射
面２２ｃに入射され、出射面２１ｃからの出射光が入射
面２２ｂに入射され、＠ｌのフレネルの複プリズム２１
に工って中央で分割さＡたレーザ光が、その左右位置七
人れ換えた形に第２のフレネルの複プリズム２２によっ
て合成され、中央部が低くその両端にピークを持つ第２
（２）（ｂ）に示す如き強度分布のレーザ光２４に変換
さ九る。
ここで、強度分布の二つのピークの間の距離ｄは第１及
び第２のフレネルの複プリズム２１．２２の頂角θ、屈
折率ｎ及びプリズム２１．２２間の距離ｔによって決ま
るが、ストライプ状の単結晶領域を形成するにはこの分
離距離ｄをほぼ分割前のガウス分布のレーザ光のビーム
径程度にするのが適描である。
今、発射されるレーザ光の径ｆ　２．０　ｍとした場合
の数値例を示すと、通常この工うなレーザ光２３の強度
分布の変換は、ビームエキスパンダ４でレーザ光の掻上
拡大した方が容易であるため、本発明の実施に際しては
第４図の反射ミラー３の手前の「※」印で示した部分に
本発明に係る第１及び第２のフレネルの複プリズム２１
．２２　ｉ挿入し、ビームエキスパンダ４の倍率上２゜
５倍、プリズム２１及び２２の頂角θ全θ＝１７０°と
した場合、第１及び第２のフレネルの複プリズム２１及
び２２を約１＝　８３　ｔｒａｍ離して対向させれば良
い。
上記構造からなる複プリズム２１．２２　’ｉ通過しｑ
　レーザ光２４は、中央部が低く、その両端にピークを
持つＭ字型の強度分布になる。
このようにして形成したＭ字型の強度外布のレーザ光２
４全走査光学系５内のレンズによって、焦点から一定の
距離の位置にピーク間の距離が数十μｍ程度Ｉ／Ｃなる
ように縮少して試料に照射する。
この工うなＭ字型の強度分布のレーザ光を用いる場合の
特徴は第７図及び第９図に示すような双峰型の強度分布
のレーザ光を形成する場合と比較して、より幅の広いス
トライプ状の単結晶領域を形成することが出来ることで
ある。なお、焦点位置に非常に近い位置では集束さｔＬ
ｆｃレーザ光の強度分布は回折により第７図に示す強度
分布に近くなるので、上記した特徴金塗かすためには第
２図（ｂ）に示す強度分布と相似な強度分布が形成され
る位置に試料７　’Ｆｃ　眩＜ことが望ましい。
この点を酸化シリコン膜上の多結晶シリコン全単結晶化
する場合について説明する。
今、シリコン基板に１μｍの酸化膜全形成し、その上に
多結晶シリコン２６ｏｏｎｍ、反射防止膜として２６Ｑ
ｎｒｎの二酸化シリコン膜を形成する。
焦点距離７０間のレンズで前述の直径５酎のレーザ光を
集束した場合、レーザパワー７Ｗ、走査速度４０ｒｔｒ
ｍ／Ｓ　ｅ　Ｃｓ基板加熱温度４００℃で焦点位置よシ
約５００μｍ離れた位置で良好な溶融が行なわれ、第７
図、第９図及び本発明による第２図（ｂ）に示す強度分
布のいずれの場合においても約５０μｍの溶融幅のうち
２５μｍ幅の領域か単結晶化された。
一方、レーザパワー１４Ｗｒは、焦点位置より約７００
μｍ離れた位置で良好な溶融が行なわれ、約８０μｍの
溶融領域のうち、第７図に示す強度分布でｒ／′ｉ第８
図に示すように４０μｍ幅の領域１３が単結晶化され、
第９図に示す強度分布では第１０図に示すように３０μ
ｍ幅の領域１３が単結晶化され、本発明における第２図
（ｂ）に示す強度分布では第３図に示すように６０μｍ
幅の領域１３が単結晶化され、本発明に工っ′て工り広
い幅のストライブ状単結晶全形成することが出来た。
〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、通常のレーザアニール
装置に簡単なプリズム全挿入追加する等の若干の変更を
加えるだけで、最も幅の広いストライブ状単結晶全形成
することが出来るレーザ光の強度分布を作ることが出来
、非晶質基板上に効率良く良質の単結晶薄膜上作製する
ことが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置に用いられるフレネルの複プリズム
の構成をレーザ光の光路と共に示す図、第２図（ａ）は
変換前のガウス分布のレーザ光の強度分布を示す図、’
ｘ２図（ｂ）は変換後のＭ字型のレーザ光の強度分布を
示す図、第３図は本発明装置に工って得られる再結晶化
の状態を示す図、第４図はレーザアニール１浸置の基本
的なブロック構成を示す図、第５図はガウス分布のレー
ザ光の強度分布金示す図、第６図はガウス分布のレーザ
光の照射により得られる再結晶化の状態全示す図、第７
図はレーザ光の双峰形の強度分布金示す図、ｇＳｓ図は
双峰形の強度分布のレーザ光の照射により得られる再結
晶化の状態を示す図、第９図はレーザ光の双峰形の強度
分布の別のタイプを示す図、第１（１図は第９図に示す
強度分布のレーザ光の照射により得られる再結晶化の状
態を示す図である。 １・・・レーザ光源、’　４・・・ビームエキスパンダ
、５・・・走査光学系、７・・・試料、１１・・・非溶
融領域、　１２・・・粒径の増大した多結晶領域、１３
・・・ストライブ状の単結晶領域、２１・・・第１のフ
レネルの複プリズム、２２・・・第２のフレネルの複プ
リズム、２３・・・レーザ光ｔガウス分布）、２４・・
・Ｍ字型の強度分布に変換されたレーザ光。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦　（化２名）（ａ）（
ｂ） 第２図 第４図 ａ １１；１２ｉＴ１ 第８図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、非単結晶薄膜にレーザ光を照射して溶融させ、該レ
    ーザ光を走査することにより上記薄膜を単結晶化させる
    単結晶薄膜の製造装置において、上記レーザ光をフレネ
    ルの複プリズムを介して照射することにより照射面での
    レーザ光の強度分布を、中央部が低く走査方向に垂直な
    方向の両端にピークを持つ強度分布に再構成して上記非
    単結晶薄膜に照射せしめるように成したことを特徴とす
    る単結晶薄膜の製造装置。
JP59220684A 1984-10-03 1984-10-19 単結晶薄膜の製造装置 Expired - Lifetime JPH0656834B2 (ja)

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JP59220684A JPH0656834B2 (ja) 1984-10-19 1984-10-19 単結晶薄膜の製造装置
US06/783,105 US4719183A (en) 1984-10-03 1985-10-02 Forming single crystal silicon on insulator by irradiating a laser beam having dual peak energy distribution onto polysilicon on a dielectric substrate having steps
EP85307109A EP0184290B1 (en) 1984-10-03 1985-10-03 Process for the production of semiconductor devices using a dual peak laser beam
DE8585307109T DE3581276D1 (de) 1984-10-03 1985-10-03 Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen unter verwendung eines dual-peak-laserstrahls.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107252981A (zh) * 2017-07-14 2017-10-17 中国科学院微电子研究所 一种激光加工晶圆的方法及装置

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JPS5028344A (ja) * 1973-07-13 1975-03-22
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CN107252981B (zh) * 2017-07-14 2018-10-09 中国科学院微电子研究所 一种激光加工晶圆的方法及装置

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