JPS63233517A - 単結晶薄膜形成装置 - 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を製造する分野で利用される単結晶
薄膜形成装置の改良に関し、さらに詳細には非晶質下地
上に形成した非晶質あるいは多結晶等の非単結晶シリコ
ン薄膜にＣＷレーザー光を照射して、非単結晶シリコン
薄膜を溶融させて単結晶化する装置に関するものである
。

〈従来の技術〉 従来よ多結晶性を有しない絶縁膜の上に非晶質あるいは
多結晶等の非単結晶シリコン薄膜を形成し、この非単結
晶シリコン薄膜にエネルギービーム照射を行ったりヒー
タラング等による加熱を行って溶融再結晶化させること
により単結晶薄膜を作製する方法（いわゆるＳｏ　Ｉ　
（Ｓｉｌｉｃｏｎ　　ｏｎｊｎｓｕｌａｔｏｒ）技術）
が提案されている。

従来よシ提案されている方法として第６ｆｆｌ（ａ）に
示すようにシリコン基板１１の上に絶縁膜１２を形成し
、さらにその上に非晶質あるいは多結晶の非単結晶シリ
コン薄膜１３を形成した後、窮６図（ｂ）に示すように
ガクス分布を有するレーザービーム照射を行ったフヒー
タやランプによる加熱１５を行って単結晶化膜１４を得
ている。

しかし、この方法で得られるシリコン単結尿トの結晶粒
の大きさは大きくなく、この膜にトラ不可シフタを形成
しても良好な動作特性を示さない。

そのため第７図に示すように非単結晶シリコン薄膜１３
の上に絶縁膜１６を形成し、さらにその上に非単結晶シ
リコン薄膜１７を選択的に形成するなどして、レーザー
光の反射率を周期的に変化させたものの上をガウス分布
を有するＶ−ザー光１５を矢印の方向に走査していくこ
とによシ、非単結晶シリコン薄膜１３は反射率が最大で
ある部分の直下を核として結晶成長していくため反射率
が最大である部分の間隔と幅を有する単結晶が得られる
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし上記した従来の方法では割合に頻繁に起こるレー
ザー光のガウス分布からの強度のずれが現れた場合に反
射率が最大である部分の直下が、温度が低いという現象
が正しく生じなくなシ、単結晶部に粒界や結晶欠陥が入
シ意図した大きさの単結晶が得られない。そのため偶々
この部分に作製したトランジスタが動作不良を起こして
しまうという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みて創案されたもので、頻繁に起
こるレーザーの強度分布の変化に対しても、試料に照射
されるレーザーの強度分布はある程度緩和され、一様の
強度分布を有するレーザー光による再結晶化を可能とす
る単結晶薄膜形成装置を提供することを目的としている
。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は絶縁膜で被覆され
た単結晶基板の表面に形成された非単結晶シリコン薄膜
にレーザービームを照射して上記の薄膜を溶融再結晶化
する単結晶薄膜形成装置において、直径５０〜３００μ
ｍの円内に集光した光が均一な強度分布になるように、
上記のレーザービームの光路中に１枚の凸レンズよりな
る第１の光学手段と複数の凸レンズを上記の光路に合う
ように並置したレンズ群よりなる第２の光学手段とを組
合せたビーム形状成形手段を設けるように構成している
。

即ち、本発明はレーザー光の照射光路の一部に複数の凸
レンズから成るビーム形状成形手段を置き、試料に照射
されるレーザー光が一様に近い分布を有するようにし、
非単結晶シリコン薄膜から単結晶シリコン薄膜を得る際
に安定で粒界や結晶欠陥が少ない単結晶薄膜を得るよう
にしたものである。

〈作　用〉 直径３０闘程度の平行なレーザー光の光路中に１枚の凸
レンズと複数の凸レンズを光路に合うように並置したレ
ンズ群とを組合せたビーム形状成形手段を入れることに
より、試料に照射される面のレーザー光の強度分布は一
様に近く、若しもとのレーザー光の強度分布がガウス分
布からずれた場合でも試料に照射される面の分布のずれ
は小さくなる。

〈実施例〉 以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の単結晶薄膜形成装置の構成
を示す図であシ、１はレーザー光源、２は反射ミラー、
３は本発明にしたがってレーザーの光路４中に設けられ
たビーム形状成形手段、５は薄膜試料、６は試料載置台
であり、レーザー光源１から照射されたレーザ光が試料
載置台６上にセットされた薄膜試料５に照射され走査さ
れる。

試料５の薄膜は従来公知の方法によって作製された多結
晶或いは非晶質のシリコン薄膜からなる単結晶化すべき
薄膜を有しておフ、シリコン単結晶基板上に５ｉ０２等
の絶縁性薄膜を介して被着されている。

レーザー光源１と試料５との間のレーザー光路４上には
、レーザー光の強度分布を制御するためのビーム形状成
形手段３が設けられている。このビーム形状成形手段３
は後述するように１枚の凸レンズようなるＭｌの光学手
段７と複数枚の凸レンズをレーザーの光路に合うように
並べて構成しめの第２の光学手段８及び箔１の光学手段
７の詳細な構成を示す図である。

（ｂ）に示す単一の凸レンズ７１よりなる第１の光学手
段７と組合せてビーム形状成形手段３を形成しているが
、第３図（ａ）及び（ｂ）に示すように７個のレンズ８
１〜８７のうち、外側の６個のレンズ８１〜８６は第４
図（ａ）、（ｂ）に示す一枚の凸レンズ７１を通って来
たレーザー光が内側へ向かって集光していく光路に合わ
せて、光路の主軸に対して垂直になるよう傾けてそれぞ
れ並置している。

また、上記第３図（ａ）、　（ｂ）に示した７個のレン
ズ８１〜８７の焦点距離は第５図に示すように、ビーム
形状成形手段３を通ったレーザー光が焦点を結んだ後に
直径ｌが約５０〜３００μ７ＦＬ（例えば約６０μ？Ｆ
Ｌ）のビーム径になったときに、７個の全てのレンズ８
１〜８８のビームが重なるように設計している。

上記のようにレーザービーム形状成形手段３を構成する
ことによシ、第２図（ａ）に示すガウス分布やそれに近
い分布を有するレーザー光から第２図（ｂ）に示すよう
に一様に近い強度分布を有する光が得られ、その結果粒
界や結晶欠陥の生じない単結晶化が行なわれることにな
る。

〈発明の効果〉 以上のように本発明によればレーザー光がガウス分布の
みならず、それからずれた分布を有していても常に一様
に近い分布を有するレーザー光を試料に照射することが
できるために非単結晶シリコン膜を単結晶化する場合に
従来よシ大きい結晶粒のものが得られる。また本発明に
よるビーム形状成形手段を使用した場合には、最小値が
最大値の６％であるガウス分布を有する光Ｆｉ７．５％
以内の一様性を有する直径５０〜３００μｍのビームと
なシ、更に最小値が最大値の５０％である平面分布を有
する光は１５％以内の一様性を有する直径５０〜３００
μｍのビームとなるた、め、レーザー光の強度分布がガ
ウス分布からずれた場合にも、試料に照射される面の強
度分布のずれは小さくなり、その結果安定で粒界や結晶
欠陥が少ない単結晶シリコン薄膜を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

嬉１図は本発明の一実施装置の構成を示す模式図、第２
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれガウス形状及び−槌形状
のレーザー光強度分布を示す図、第３図（ａ）及び（ｂ
）はそれぞれ本発明における第２の光学手段の具体的構
成例を示す平面図及び断面図、第４図（ａ）及び（ｂ）
はそれぞれ本発明における第１の光学手段の具体的構成
例を示す平面図及び断面図、第５図は本発明の一実施例
におけるビーム形状成形手段を構成するレンズの焦点距
離を示す図、第６図（ａ）、　（ｂ）及び第７図はそれ
ぞれ従来の単結晶薄膜形成方法を説明するための図であ
る。 １・・・レーザー光源、　２・・・反射ミラー、　３・
・・ビーム形状成形手段、　４・・・レーザーの光路、
５・・・薄膜試料、　６・・・試料載置台、　７・・・
第１の光学手段、　８・・・嬉２の光学手段、　１１・
・・シリコン基板、　１２・・・絶縁膜、　１３・・・
非単結晶シリコン薄膜、　１４・・・単結晶シリコン薄
膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁膜で被覆された単結晶基板の表面に形成された
   非単結晶シリコン薄膜にレーザービームを照射して上記
   薄膜を溶融再結晶化する単結晶薄膜形成装置において、 直径５０〜３００μｍの円内に集光した光が均一な強度
   分布になるように、上記レーザービームの光路中に１枚
   の凸レンズよりなる第１の光学手段と複数の凸レンズを
   上記光路に合うように並置したレンズ群よりなる第２の
   光学手段とを組合せたビーム形状成形手段を設けてなる
   ことを特徴とする単結晶薄膜形成装置。