JPS62194611A - ビ−ムアニ−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】 〔概要〕 絶縁物上の半導体層にエネルギー線ビームを掃引照射し
て半導体層を溶融再結晶化するビームアニールにおいて
、 照射領域が帯状になるエネルギー線ビームを用い、平行
に且つ円弧状に並べられられた複数の帯状平面反射面の
反射を介して半導体層を照射することにより、 半導体層の熔融形状を円弧状にする際にビームエネルギ
ーの有効利用を可能にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、絶縁物上の半導体層にエネルギー線ビームを
掃引照射して半導体層を熔融再結晶化するビームアニー
ル方法に係り、特に、照射ビームの形成方法に関す。

上記ビームアニールは、Ｓ　ＯＩ　　（５ｉｌｉｃｏｎ
　０ｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ　）技術における絶縁物上の
シリコン単結晶形成に利用される。

ＳＯＩ技術は、基体表面の絶縁物上にシリコン単結晶を
形成し、この単結晶に素子を形成する技術で、素子の分
離性向上や３次元回路形成による高集積化を可能にする
ものとして期待されている。

従ってこのビームアニールに対しては、大きな単結晶の
形成を可能にすることが望まれる。

〔従来の技術〕

第３図は本発明に係るビームアニール方法の説明斜視図
である。

即ち、基体表面の絶縁物１上に堆積された多結晶シリコ
ンなどの半導体層２に対し、例えばアルゴンレーザ光な
どのエネルギー線ビーム３を掃引照射する。図では半導
体層２を矢印のように移動することによって掃引してい
る。

さすれば、半導体層２の照射部４が加熱されて溶融し、
ビーム３の移動によりその溶融領域が凝固する際に再結
晶化して帯状の再結晶化領域５が形成される。そしてこ
の再結晶化の際の単結晶化が利用されている。

ビーム３が通常のガウス分布である場合、第４図の説明
図における図（ａ）に示す如く照射部４の溶融形状６は
円形になる。このような場合には再結晶化領域５の幅の
両側から再結晶化が始まり内側に向けて結晶が成長する
。その際、再結晶化開始点が再結晶化領域５の両縁に位
置して溶融されない半導体層２即ち多結晶シリコンに接
しているため、掃引中における成長の核は一つになり得
なくなる。このため単結晶は、掃引方向に磐がらず小さ
なものになる。

単結晶を大きくする方策として、熔融形状６を第４図中
）に示す如く円弧状（三日月形）にすれば良いことが知
られている。ここで円弧状とは、円弧、楕円弧ないし“
く”の字状などを含んだ形状を指す。

それは、再結晶化領域５の中央部が再結晶化開始点とな
るので掃引中における成長の核が一つになり、成長は両
外側に向かうと共に掃引方向に繋がる。そして幅が再結
晶化領域５の幅に近く且つ掃引方向に長い単結晶領域７
が得られるからである。

このような円弧状をなす溶融形状６を実現するのに従来
は、例えば第５図に示す如く、円弧状透孔８を設けたマ
スク９をビーム３の通路に介在させ、照射部４に達する
断面形状を円弧状に規制する方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらマスク９を用いる上記従来の方法では、ビ
ーム３の透孔８を通過した分のみが照射部４に達するの
で、半導体層２の加熱に寄与するエネルギーは、ビーム
３の工゛ネルギーに比し極めて小さく例えば数分の１な
いし１０分の１程度になり、ビームエネルギーの利用効
率が極めて悪い。

このことは、再結晶化領域５の幅に制約を与えて、単結
晶領域７の幅の拡大を制限している。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、複数の帯状平面反射面が平行に且つ円弧
状に並べられ、更に各反射面が円弧状配置の中央に対し
略垂直な方向に揃って向いている反射手段を設け、照射
領域が帯状になるエネルギー線ビームを、上記平行の方
向と上記垂直な方向とを含む面に対し該ビームの帯状長
手方向を略直角に、且つ入射方向を該面に沿わせて上記
複数の反射面に斜めに入射させ、該反射面からの反射ビ
ームを溶融再結晶化する半導体層に掃引照射する本発明
のビームアニール方法によって解決される。

〔作用〕

上記反射面の反射により、上記反射ビームは円弧状領域
に分布したものとなり、然もそのエネルギーは反射面に
入射する前のエネルギーと略同じになる。

従ってビームエネルギーの利°用効率が従来に比して極
めて高くなり、再結晶化領域の幅を従来より大幅に拡大
することが可能になる。

そしてこれに伴い単結晶領域の幅も拡大される。

かくして、大きな幅の単結晶領域を形成することが可能
になる。

〔実施例〕 以下、本発明方法実施例の要部を示す第１図の斜視図お
よびその実施例に使用する多面反射鏡を示す第２図の斜
視図を用い、実施例について説明する。

第１図において、光源１１から出射した断面形状がスポ
ット状のレーザビーム３ａが矢印の揺動方向に振動する
反射１１１２で反射して帯状ビーム３ｂとなり、これが
第２図に詳細を示す多面反射鏡２０で反射して円弧状領
域に分布する円弧ビーム３Ｃになる。

そして円弧状ビーム３ｃは、レンズ系１３によ集束円弧
状ビーム３ｄとなり半導体層２の照射部４を照射する。

多面反射鏡２０は、先に述べた反射手段に該当するもの
で第２図に示す如く、複数の帯状平面反射面２１〜２５
が平行に且つ凹形の円弧状に並べられ、更に各反射面２
１〜２５が円弧状配置の中央に対し略垂直な方向に揃っ
て向いてなっている。従って帯状ビーム３ｂが、上記平
行の方向と上記垂直な方向とを含む面に沿い、帯状長手
方向をその面に対し略直角にして反射面２１〜２５に斜
めに入射すると、反射したビームは、上記の円弧状領域
に分布する円弧ビーム３ｃになる。

以上のことから、照射部４における溶融形状は、第４図
（ｂｌの６に示す如き円弧状になり、然も照射部４に注
入されるビーム３ｄのエネルギーは、光源１１から出射
したビーム３ａのエネルギーの殆ど全てが含まれたもの
となる。そしてこのことは、再結晶化領域５の幅を従来
より大幅に拡大することを可能にし、これに伴い極めて
大きな幅の単結晶領域７を形成することが出来る。

本願発明者の確認によれば、従来方法で再結晶化領域５
の幅を１０μ−程度しか得られなかった光源１１と幅が
約２Ｏｎ＋ｍの多面反射鏡２０を用い、再結晶化領域５
の幅を約５０μｍにして、幅が約４０μｌで掃引方向に
長い単結晶領域７を得ることが出来た。

なお上記実施例では、先に述べた反射手段に多面反射鏡
２０を用いその反射面を２１〜２５の５段構成にしたが
、この構成は５段に限定されないこと、また反射面の配
置が実施例とは逆に凸型の円弧状であっても良いこと、
更には、反射手段を多面反射鏡２０と同様な反射面を有
するプリズムにしても良いことは、本発明の原理から容
易に類推可能である。

また照射部４をレンズ系１３の焦点距離内に配置したが
、焦点距離外に配置して半導体層２を反対方向に移動さ
せても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、絶縁物上の
半導体層にエネルギー線ビームを掃引照射して半導体層
を熔融再結晶化するビームアニールにおいて、半導体層
の熔融形状を円弧状にする際にビームエネルギーの有効
利用を可能にして、単結晶領域幅の大幅拡大を可能にさ
せる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法実施例の要部を示す斜視図、第２図
は実施例に使用する多面反射鏡の斜視図、第３図は本発
明に係るビームアニール方法の説明斜視図、 第４図はビームによる溶融形状の説明図（ａ）　（ｂ）
、第５図は溶融形状を円弧状にする従来方法例の説明斜
視図、 である。 図において、 １は絶縁物、　　　　　２は半導体層、３．３８〜３ｄ
はビーム、４は照射部、５は再結晶化領域、　６は溶融
形状、 ７は単結晶領域、　　８は円弧状透孔、９はマスク、　
　　　１１は光源、 １２は反射鏡、　　　　　１３はレンズ系、２０は多面
反射鏡、　　２１〜２５は帯状平面反射面、である。 第２図 ビームによう溶融形状’Ｍｌ−明図（■ｔｂ）第４図 第Ｊ）図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁物上の半導体層にエネルギー線ビームを掃引照射し
   て該半導体層を溶融再結晶化するビームアニールを行う
   に際して、 複数の帯状平面反射面が平行に且つ円弧状に並べられ、
   更に各反射面がその円弧状配置の中央に対し略垂直な方
   向に揃って向いている反射手段を設け、 照射領域が帯状になるエネルギー線ビームを、上記平行
   の方向と上記垂直な方向とを含む面に対し該ビームの帯
   状長手方向を略直角に、且つ入射方向を該面に沿わせて
   上記複数の反射面に斜めに入射させ、該反射面からの反
   射ビームを上記半導体層に照射することを特徴とするビ
   ームアニール方法。