JPH01128422A - 複数ビームによるレーザ再結晶法 - 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〕 本発明はポリＳｔのような非単結晶半導体層のレーザ再
結晶に関し、 再結晶表面の起伏発生や基板からの剥がれを抑制するこ
とを目的とし、 非単結晶半導体層を掃引的に溶融／結晶化する主ビーム
を照射し、その進行後方に発生する溶融領域に、前記主
ビームよりエネルギ量の小なる副ビームを照射するよう
に構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は非単結晶半導体層のレーザ再結晶法に関わり、
特に主副２本のレーザ光を照射するレーザ再結晶法に関
わる。

ポリＳｉ或いはアモルファスＳｔを絶縁層上に堆積し、
レーザのような高エネルギ線で照射して単結晶化する技
術は、３次元構造集積回路の実現に不可欠の技術として
注目を集めている。

Ｓｉウェファのように大面積の基板上に５ｉｆｔ等の絶
縁膜を介してポリＳｉを堆積し、これをレーザ照射によ
って単結晶化する場合、全面を一度に溶融することは不
可能なので、端から順にレーザ光を掃引的に照射し、単
結晶領域を拡げる方法をとることになる。

部分的に溶融されたＳｉ層が再び固化する場合、元の平
坦表面を再現することは通常起こり得ないことであって
、単結晶化されたｓ＋ｒ５１表面には、第３図に示され
るような、レーザの掃引跡を示す帯状の模様と、溶融Ｓ
ｉの凝固方向を示す鱗状の模様が残される。

単結晶層表面に発生するこのような起伏の高さが十分に
低いものであれば、以後の素子形成に悪影響を及ぼすこ
とはないが、形成される素子が微細化するに従って許容
される起伏の高さが微小になるので、この種の変形を抑
制する技術の開発が望まれている。

一方、金属材料などの溶接、加工に電子ビームを使用す
る技術分野でも、電子ビームによって一旦溶解された金
属が再凝固した部分に、ハンピングビードと呼ばれる盛
り上がりの生ずることが知られており、形状或いは強度
を劣化させるものとして、その発生を回避することが技
術上の課題となっている。

この問題を解決する方法の一つに、タンデム・ビームの
使用がある。この場合のタンデム・ビームは２本の電子
ビームを組み合わせたものであって、その形態的特徴及
び効果は次のようなものである。

第４図に示されるように、被加工材１０に大電流の電子
ビームである主ビーム８を照射して被加工材を部分的に
溶融する。この電子ビームは図の左方向に移動照射され
、溶融領域もその右端部分から再凝固しながら左方向に
移動して行く。

部分的に高エネルギを加えられた材料は、単に溶融する
だけでなく、その一部は蒸発して再凝固するが、蒸発反
力と融液の表面張力の釣り合いが不安定なため、融液は
振動しながら上方に盛り上がる。この状態で急速に熱を
失うと盛り上がった状態で固化し、ハンピングビードに
なる。この現象は電子ビームが大電流であるほど顕著で
ある。

ここで、小電流の電子ビームである副ビーム９によって
融液の再凝固側を加熱してやると、前記の融液の振動が
軽減され、盛り上がりを僅かにすることが出来る。この
処理に用いたような主副２本のビームの組み合わせがタ
ンデム・ビームと呼ばれる。

タンデム・ビームによるハンピングビードｆｕｌｆｉｌ
ｌ技術の例は、Ｙ、Ａｒａｔａ　ａｎｄ　Ｔ、Ｎａｂｅ
ｇａｔａ＋Ｔｒａｎｓ。

ＪＷＲＩ、Ｖｏｌ、７−１．　（１９７８）に記載され
ている。

塑 〔従来技術と発明が解決しようとする問題点〕上に述べ
たような単結晶化表面の起伏は、照射エネルギが大であ
るほど顕著になるので、従来は起伏が許容範囲に収まる
程度にレーザ出力を抑制することが行われているが、レ
ーザ出力が小であることは処理速度が遅いことを意味す
る。

更に、レーザ出力を上げると融液が絶縁材基板から剥が
れる場合があり、この点からもレーザ出力を上げること
が困難で、処理速度向上を阻害している。

本発明の目的は、大出力のレーザを使用して処理速度を
速めても、平坦な表面の得られるレーザ再結晶法を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明では 層状の非単結晶半導体を掃引的にレーザビームで照射し
、前記非単結晶半導体を順次部分的に溶融／結晶化する
レーザ再結晶法に於いて、前記非単結晶半導体を溶融す
るための主ビームの照射によってその進行後方に発生す
る前記非単結晶半導体の溶融領域に、前記主ビームより
エネルギ量の小なる副ビームを照射することが行われる
。

〔作　用〕

主ビームの照射によって生じた融液はその後端部から再
凝固するが、再凝固端近像の融液を副ビームで照射する
と、タンデム電子ビームによるハンピングビードの抑制
と同様、融液の盛り上がりが抑制され、単結晶化された
５ＩＪＩ表面の起伏が小さく抑えられる。更に、融液の
振動が軽減されることから、絶縁材料基板からの剥がれ
も抑制される。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す、３はＳｉｎｇのような
絶縁材料の基板であって、この基板は例えばＳｉウェフ
ァに絶縁材料を被覆したものであってもよい、その上に
厚さ約０．５μｍの微細結晶ポＩＪ　３　ｉ層４が被着
されている。

３Ｗ出力のＡｒイオンレーザから放射される主ビーム１
は、図の左方向に移動しながら前記ポリＳｉ層４を照射
する。その結果、レーザ照射を受けたＳｉ層は一度溶融
して融液５となり、ビームの移動に伴って右側の単結晶
Ｓ１６を横方向に成長させながら再凝固する。主ビーム
の移動速度は通常のレーザ再結晶と同じである。

本発明では図示されるように、出力約０．３ＷのＡｒイ
オンレーザビームである副ビームを、前記融液の再凝固
端面に近い部分に照射する。この副ビーム照射によって
融液の振動や流動が規制され、盛り上がりや剥がれが抑
えられる。

主ビームと副ビームの照射位置間隔を一定に保ちながら
照射領域を移動させるためのレーザ照射装置の構成が第
２図に模式的に示されている。互いに平行な光軸を有す
る主ビーム１と副ビーム２を一つの凸レンズ７で屈折さ
せることにより、ビームを絞ると共に両者の照射位置を
接近させる。

副ビームの入射方向はあまり重要ではなく、融液のどの
部分を照射するかの方が重要なので、このような構成を
とることにより、主副両光源の相対位置が固定できるの
で、レーザの掃引が容易になる。

以上の処理ではポリＳｉ層が対象であったが、これはア
モルファスＳｔであってもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によって、表面の起伏発生が
僅かであり、基板からの剥がれもないレーザ再結晶処理
が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示す模式図、 第２図は実施例のレーザ照射方法を示す図、第３図は単
結晶化表面に生ずる模様を示す図、旭 第４図は電子ビームによる溶融状況を示す図であって、 図に於いて、 １は主ビーム、 ２は副ビーム、 ３は基板、 ４はポリＳ　ｉｓ ５は融液、 ６は単結晶Ｓ　ｔ　ｓ ７は凸レンズ、 ８は主電子ビーム、 ９は副電子ビーム、 １０は被加工材 である。 Ｑ 第２図　　第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　層状の非単結晶半導体を掃引的にレーザビームで照射
   し、前記非単結晶半導体を順次部分的に溶融／結晶化す
   るレーザ再結晶法に於いて、 前記非単結晶半導体を溶融するための主ビームの照射に
   よってその進行後方に発生する前記非単結晶半導体の溶
   融領域に、前記主ビームよりエネルギ量の小なる副ビー
   ムを照射することを特徴とする複数ビームによるレーザ
   再結晶法。