JPS63233518A - 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〉 木発、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単結晶薄膜形成装置に
関するものである。

〈従来の技術〉 従来より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クヒー
タランプ等による加熱を行って溶融再結晶化させること
によシ単結晶薄膜を作製する方法（いわゆるＳＯＩ　　
（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ　　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）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６図（ａｔ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１Ｂを形成した後、第６図［ｂ）に示すように、ガ
ウス分布を有するレーザービーム照射を行ったり、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。

しふし、この方法で得られるシリコン単結晶膜１４の結
晶粒の大きさは大きくなく、この膜にトランジスタを形
成しても良好な動作特性を示さないＯ そのため、第７図に示すように非単結晶シリコン薄膜１
８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
分布を有するレーザー光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１８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の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〉 し力・し上記しｔ従来の方法では割合に頻繁に起こるレ
ーザー光のがウス分布力島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（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
めに偶々この部分に作製し念トランジスタが動作不良を
起こしてしまうという等の問題点があった。

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の変化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
能に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。

く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
す名車結晶薄膜形成装置において、直径５０〜８００μ
講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の一部（複数のプリズムを
平面上に並べて構成した第１の光学手段と、複数の凸レ
ンズを平面上に並べて構成した第２の光学手段と−を組
合せて構成し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光路の一部に複数の凸レン
ズと複数のプリズムカ為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か少ない単結晶
薄膜を得るようにしたものである。

く作　用〉 直径８０ｓ程度の平行なレーザー光の光路中に平面状に
並置した複数のプリズムと平面状に並置した複数の凸レ
ンズを組合せたビーム形状成形手段を挿入することによ
り、試料に照射される面のレーザー光の強度分布は一様
に近くなり、若しもとのレーザー光の強度分布かがウス
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、
８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力為ら照射され比レーザー光が
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ｔ多結
晶酸いは非晶質のシリコン薄膜力１らなる単結晶化すべ
き薄膜を有しており、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示すがウス分布
をもって放射されたレーザー光を第２図ｆｂ）に示すよ
うな一様な強度分布に変換する。

第３図ｆａ）　、　ｆｂ）及び第４図ｆａ）　、　［ｂ
）Ｆｉそれぞれ上記のようにレーザー光の強度分布を一
様な強度分布に変換するための第１の光学手段７及び第
２の光学手段８の詳細な構成を示す図である。

第４図（ａｌ及び（ｂ）はそれぞれ本発明の中心となる
７個の凸レンズ８１〜８７によ多構成された第２の光学
手段８の詳細構成を示す平面図及び断面図であり、１個
の凸レンズ８７の周囲を６個の凸レンズ６１〜６６がと
り囲むように平面状に並置されている。この第２の光学
手段８は第３図（ａｌ及びｔｂ＋に示す六角形を成した
７個のプリズム７１〜７７を平面状に並置して構成した
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、上記第４図［ａｌ及び（ｂｌに示し迄７
個の凸レンズ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
結んだ後で直径〕が約５０〜８００μｌ１１（例えば約
６０μｌ１１）のビーム径になったときに、７個の凸レ
ンズ８１〜８７の全て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
ことによって、第２図ｆａｔに示したがウス分布やそれ
に近い強度分布を有するレーザー光力・ら、第２図（ｂ
ｌに示すように一様に近い強度分布を有するレーザー光
を得ることが出来、その結果、粒界や結晶欠陥の生じに
く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、それよシずれ念分布を有していても常に一
様に近い分布をもクレーブー光を試料に照射することが
できるため、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を得ることが出来る。また
木発明におけるビーム形状成形手段を使用した場合には
、強度の最小値か最大値の６チであるがウス分布を有す
る光は７．５チ以内の一様性を有する直径約５０〜８０
０μ露のビームとなシ、更にま次段小値が最大値の５０
チである平面分布を有する光！１５％以内の一様性を有
する直径約５０〜８００μ講のビームとなるため、レー
ザー光の強度分布かがウス分布からずれた場合にも、試
料に照射される面のレーザー光の強度分布のずれは小さ
くなシ、その結果、安定で粒界や結晶欠陥の少ない単結
晶シリコン薄膜を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

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
を示す模式図、第２図（ａｌ及び（ｂｌばそれぞれがウ
ス形状及び一種形状のレーザー光強度分布を示す図、第
３図（ａ）及びｔｂｌＩ／ｉ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４図（ａｌ及び（ｂｌ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
５図は木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）　、
　（ｂｌ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、８
・・・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・・・第２の光学手段
、１１・・・シリコン基板、　　１２・・・絶縁膜、１
３・・・非単結晶シリコンＩＩＩ、 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の一部に
   、複数のプリズムを平面上に並べて構成した第１の光学
   手段と、複数の凸レンズを平面上に並べて構成した第２
   の光学手段とを組合せて構成し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。