JPS62243314A - 半導体装置の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置、特に、高集積、高速の高性能な完
全絶縁分離された半導体集積回路、即ち、Ｓ　ＯＩ　（
Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏ
ｒ）デバイス用基体の製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体集積回路はますます高密度化、高速化され
る傾向にあり、絶縁分離の半導体集積回路に対する要望
が高まっている。従来、絶縁分離の半導体集積回路の形
成には、例えば、非晶質絶縁物基板上に多結晶シリコン
層を形成し、この多結晶シリコン層にレーザビームアニ
ールを施すことにより多結晶シリコン層の単結晶化を行
い、素子を形成するという方法が比較的よく研究されて
いる。

従来のレーザビームアニール用のレーザビーム照射装置
は、２種類に大別できる。以下に、第８図、第９図を用
いて説明する。第８図に示したものは、レーザビーム走
査型といわれているものである。レーザ発振器１Ｃから
出たレーザビームは、全反射ミラー２Ｃを通って、ガル
バノメータ１３ａによって駆動される全反射ミラー２ｄ
に導かれ、ここでＸ方向に偏向され、さらに、ガルバノ
メータ１３ｂによって駆動される全反射ミラー２ｅにた
ものは、試料走査型といわれるものである。レーザ発振
器１ｄから出たレーザビームは、全反射ミラー２Ｉ及び
凸レンズ１４を通って、Ｘ−Ｙステージ上に取り付けら
れた試料６ｄ上に集光され、３　　−・ Ｘ−Ｙステージ６ＣをＸ及びＹ方向に走査することによ
り試料５ｄ全面をアニールする方式である。

発明が解決しようとする問題点 第８図、第９図に示したような従来のレーザビーム照射
装置においては、１回のレーザビームあるいはＸ−Ｙス
テージの走査で単結晶化される領域は、試料面上でのレ
ーザビーム径によって決まる。試料面上でのレーザビー
ム径は、フラットフィールドレンズあるいは凸レンズか
ら試料面上までの距離によって調整できるが、レーザビ
ームの出力には限界があり、単結晶化される巾は、最大
１００μｍ以下である。従って、大面積の単結晶化、あ
るいは試料全面を単結晶化する場合には、単線走査を重
畳して繰り返す方法を採用せざるを得なかった。上記の
ような方法では、大面積の単結晶化に長時間を要するば
かりでなく、結晶粒界の発生を抑制することも不可能で
あった。

本発明はかかる点に鑑み、結晶粒界のない大面積の単結
晶化を可能とする、半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 この目的を達成するために、本発明は、非晶質絶縁物基
板上に単結晶半導体層を形成する際に用いられる、レー
ザビームアニールにおいて、音響光学素子を用いてレー
ザビームを偏向制御することを特徴とする半導体装置の
製造方法である。

作　　用 前記音響光学素子は、超音波によって物質中に屈折率の
疎密が周期的に生じ、これが光の回折格子になって、そ
こを通る光の進行方向を変化させる音響光学効果を利用
したものである。上記音響光学素子を用いることにより
、第６図に示すように、レーザ発振器１ｅ、全反射ミラ
ー２ｑを通ったレーザビームは音響光学素子３ｃを通過
することによって二次元的に高速走査することが可能と
なり、擬似線状レーザビームを形成しこれを試料５ｅの
表面に照射することができる。上記擬似線状レーザビー
ムを用いれば、その中央部に第７図に示すような幅広く
平坦な単結晶化に理想的な温度分布が実現され、−回の
走査で大面積の単結晶６　ベーン 化が可能となる。さらに、上記理想的な温度分布による
単結晶化においては、結晶粒界の発生も著しく抑制され
る。

実施例 第１図は本発明の第１の実施例における半導体製造装置
のブロック図である。以下にその動作を説明する。レー
ザ発振器１ａから出たレーザビームは、全反射ミラー２
ａによって音響光学素子３ａに導かれる。音響光学素子
３ａによってレーザビームは制御され、ある偏向角θａ
をもってＹ方向に高速偏向され、擬似線状レーザビーム
となり、フラットフィールドレンズ４ａによってＸ−Ｙ
ステージ６ａ上の半導体基板等の試料６ａ面上に集光さ
れる。試料５ａ面上の擬似線状レーザビームの線幅は、
フラットフィールドレンズ４ａと試料５ａ面の間の距離
Ｈａ及び偏向角θａによって決まる。Ｘ方向の走査につ
いては高速性を必要としないので、Ｘ−Ｙステージ６ａ
によって走査される。第２図は実験に用いた試料の断面
図である。

シリコン基板９上に３１０２８を形成して、ＬＰＣＶＤ
６　ページ （減圧化学蒸着）法で６１０°Ｃの温度で形成された多
結晶シリコン層７からできている。第２図に示したよう
な試料を、レーザパワー５Ｗ、偏向角θａ＝１°　、高
速偏向周波数１００　ＫＨｚ　、　Ｈａ　＝　１０　（
ｙＨの条件の下で再結晶化した時の再結晶化状態を第３
図に示す。再結晶化領域の両端部では、結晶粒界１１が
若干発生するが、レーザビームアニールでは、これ壕で
実現されたことのない、再結晶化幅Ｗａ≠２頗×再結晶
化長Ｌａ触５０＋ｕ＋の大面積にわたって、結晶粒界の
ない単結晶が一回の走査で得られている。

以上のように本実施例によ・れば、偏向角θａ及びフラ
ットフィールドレンズ４ａと試料６ａ面との間の距離Ｈ
ａを調整することにより、所望の大面積の単結晶化が可
能となる。

第４図に本発明の第２の実施例における半導体製造装置
のブロック図を示す。レーザ発振器１ｂから出たレーザ
ビームは、光チヨツパ−１２によっである周波数でチョ
ップされ、全反射ミラー２ｂによって音響光学素子３ｂ
に導かれる。音響光学７　べ−７ 素子３ｂによって、レーザビームはある偏向角θｂでＹ
方向に高速偏向制御され、擬似線状レーザビームトナリ
、フラットフィールドレンズ４ｂによってＸ−Ｙステー
ジ６ｂ上の試料５ｂ面上に集光される。試料６ｂ面上の
擬似線状レーザビームの線幅は、フラツトフィールドレ
ンズ４ｂト試料５ｂ面の間の距離Ｈｂ及び偏向角θｂに
よって決まる。

Ｘ方向の走査については高速性を必要としないので、Ｘ
−Ｙステージ６ｂによって走査される。第２図で既に説
明した試料を用いて、レーザパワー５Ｗ、偏向角θｂ　
＝　０．５°、高速偏向周波数１００ＫＨｚ；　Ｈｂ＝
１ｏｃｒｎ、チョッパ周波数Ｉ　ＫＨｚ、　ノ条件の下
で再結晶化を実施した時の再結晶化状態を模式的に第５
図に示す。本実施例においては、レーザビームは、光チ
ヨツパ−１２によって周期的にオン、・オフされるので
、第５図に示すように、再結晶化幅Ｗｂ　＝　１ｗｘ　
Ｘ再結晶化長Ｌｂ＝５０μｍの再結晶化領域１０ｂが周
期的に形成されている。

以上のように本実施例によれば、光チョッパー周波数、
偏向角θｂ　、フラットフィールドレンズ４ｂと試料５
ｂ面との間の距離Ｈｂを調整することにより、所望の局
所的な領域だけを、結晶粒界を発生させることなく単結
晶化させることが可能となる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、非晶質絶縁物基板
上にレーザビームアニールによって単結晶半導体層を形
成するに際し、短時間で結晶粒界のない大面積の単結晶
化が可能となるのみならず、所望の局所領域のみの単結
晶化も可能となり、その実用的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の半導体製造装置のブ
ロック図、第２図は同実施例において用いた試料の断面
図、第３図は同実施例におけるレーザ照射後の試料の平
面図、第４図は本発明の他の実施例の半導体製造装置の
ブロック図、第６図は同実施例におけるレーザ照射後の
試料の平面図、第６図は音響光学素子の作用の説明図、
第７図は擬似線状レーザビーム照射時の試料の温度分布
を９べ一； 示す図、第８図、第９図は従来の半導体製造装置のブロ
ック図である。 −ｆ　１　＆　、　１　ｂ　、　Ｉ　Ｃ−−−−レーザ
発振器、２ａ、２ｂ。 ２ｑ・・・・・・全反射ミラー、３ａ　、３ｂ　、３ｃ
・・川・音響光学素子、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・・・フ
ラットフィールドレンズ、５ａ　、５ｂ　、５ｅ−−・
試料、６ａ。 ６ｂ・・・・・・ｘ−Ｙステージ、了・・・・・・多結
晶シリコン、８・・・・・・５１０２．９・・・・・・
シリコン基板、１０ａ　、　１０ｂ　。 １０ｃ・・・・・・再結晶化領域、１１・・・・・・結
晶粒界、１２・・・・・・光チヨツパ−，１３ａ、１３
ｂ・・・・・・ガルバノメータ、１４・・・・・・凸レ
ンズ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第６
図 第５図 ｅ 第７図 距離

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質絶縁物基板上にレーザビームアニールによって単
   結晶半導体層を形成するに際し、音響光学素子を用いて
   レーザビームを偏向制御することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。