JPH0116006B2 - - Google Patents
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- JPH0116006B2 JPH0116006B2 JP56067334A JP6733481A JPH0116006B2 JP H0116006 B2 JPH0116006 B2 JP H0116006B2 JP 56067334 A JP56067334 A JP 56067334A JP 6733481 A JP6733481 A JP 6733481A JP H0116006 B2 JPH0116006 B2 JP H0116006B2
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- Japan
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- laser
- annealing
- substrate
- laser beam
- preheating
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- Expired
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P34/00—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体装置を製造する際に適用して
好結果が得られるレーザ・アニール法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laser annealing method that can be applied with good results when manufacturing semiconductor devices.
近年、レーザ・アニール法は多結晶シリコンの
単結晶化、イオン注入後のイオン活性化など多く
の用途に利用されている。 In recent years, laser annealing has been used for many purposes such as single crystallization of polycrystalline silicon and ion activation after ion implantation.
一般に、レーザ・アニールはレーザ・ビームを
掃引して行なうが、レーザ・スポツトの横方向に
強度分布があるのでアニール効果が不均一となり
易い。 Generally, laser annealing is performed by sweeping a laser beam, but since there is an intensity distribution in the lateral direction of the laser spot, the annealing effect tends to be non-uniform.
従来、前記不均一を防止する為、半導体基板を
例えば250〔℃〕に加熱しながらレーザ・アニール
することが行なわれている。その場合、基板全体
をヒータで加熱するようにしている。しかしなが
ら、このようにすると、アニールを必要としない
部分まで長時間に亘つて加熱されることになり、
素子の構造特性に悪影響を及ぼす。 Conventionally, in order to prevent the above-mentioned non-uniformity, laser annealing has been carried out while heating the semiconductor substrate to, for example, 250 [° C.]. In that case, the entire substrate is heated with a heater. However, in this case, parts that do not require annealing will be heated for a long time,
This adversely affects the structural characteristics of the device.
本発明は、予備加熱もレーザ・ビームで行なう
ようにし、基板全体を加熱することに依る欠点を
解消しようとするものであり、以下これを詳細に
説明する。 The present invention attempts to eliminate the disadvantages of heating the entire substrate by performing preheating with a laser beam, and this will be described in detail below.
本発明では、予備加熱用レーザ・ビームとし
て、アニール用レーザ・ビームの径より大なるそ
れを有するものを用い、それを斜め方向から照射
して長径が70〜200〔μｍ〕程度の楕円形スポツト
となるようにし、これをアニール用レーザ・ビー
ムに先行する状態で照射するものである。 In the present invention, a preheating laser beam having a diameter larger than that of the annealing laser beam is used, and it is irradiated from an oblique direction to create an elliptical spot with a major axis of about 70 to 200 [μm]. This is irradiated prior to the annealing laser beam.
第１図及び第２図は本発明一実施例に於けるレ
ーザ・ビームの照射状態を説明する為の要部説明
図である。 FIGS. 1 and 2 are explanatory diagrams of main parts for explaining the laser beam irradiation state in one embodiment of the present invention.
第１図に於いて、アニール用レーザ・ビーム
LAはミラーＭで反射され、レンズG1で集束され
基板Ｓを矢印Ｘ方向に走査する。予備加熱用レー
ザ・ビームLHはレンズG2で集束され基板Ｓを斜
め方向から照射する。 In Figure 1, the annealing laser beam
L A is reflected by mirror M, focused by lens G1 , and scans substrate S in the direction of arrow X. The preheating laser beam L H is focused by a lens G 2 and irradiates the substrate S from an oblique direction.
基板Ｓを照射するレーザ・ビームLAとLHの関
係が第２図に表わされている。レーザ・ビーム
LAのアニール・スポツトPAは円形であるが、レ
ーザ・ビームLHの予備加熱スポツトPHは楕円形
であり、そして、アニール・スポツトPAより先
行している。 The relationship between laser beams L A and L H that irradiate the substrate S is shown in FIG. laser beam
The annealing spot P A of L A is circular, while the preheating spot P H of the laser beam L H is elliptical and precedes the annealing spot P A .
このようにすることに依り、アニールは基板Ｓ
の全体を予備加熱した場合と同様に良好に行なわ
れるが、本発明では予備加熱が局部的である為、
アニールを必要とする部分以外は加熱されず、既
に形成されている諸領域が悪影響を受けることは
ない。 By doing this, annealing is performed on the substrate S.
However, in the present invention, since the preheating is localized,
Only those parts that require annealing are heated, and already formed areas are not adversely affected.
ところで、予備加熱用レーザとは云え、基本的
にはアニール用レーザと同じである。 By the way, although it is a preheating laser, it is basically the same as an annealing laser.
従つて、レーザとして昇温効果が必要であるか
ら、レーザ装置としてはＱスイツチNdYAGパル
ス・レーザ或いはCWレーザであつて、波長が
1.06〔μｍ〕のものが好適であり、また、アルゴ
ン（Ar）CW多重波長レーザも使用可能である。 Therefore, since the laser requires a heating effect, the laser device should be a Q-switch NdYAG pulse laser or a CW laser, and the wavelength is
1.06 [μm] is preferred, and an argon (Ar) CW multi-wavelength laser can also be used.
第３図はシリコンに対してイオン注入を行なつ
た場合の結晶性回復、或いは、多結晶シリコンの
単結晶化などを行なう際に予備加熱用レーザのエ
ネルギ密度をどの程度にしたら良いかを説明する
為のレーザ・エネルギ密度対基板加熱温度を表わ
す線図である。 Figure 3 explains how much energy density the preheating laser should use when recovering crystallinity after ion implantation into silicon, or when converting polycrystalline silicon into a single crystal. FIG. 2 is a diagram representing laser energy density versus substrate heating temperature for the process.
図に於いて、実線ａの上側（右側）の領域にレ
ーザ・エネルギ密度及び基板加熱温度を設定すれ
ばシリコンを溶融することができる。しかしなが
ら、実線ａと破線ｂとの間の領域では、レー
ザ・エネルギ密度が基板加熱条件に対して大きい
為、再結晶化シリコンが水滴状になり、また、同
じく、実線ａと破線ｂとの間の領域では、レー
ザ・エネルギ密度が基板加熱条件に対して低い
為、再結晶化が不均一になる。 In the figure, silicon can be melted by setting the laser energy density and substrate heating temperature in the area above (right side) the solid line a. However, in the region between the solid line a and the broken line b, the laser energy density is large relative to the substrate heating conditions, so the recrystallized silicon becomes water droplet-like. In the region, recrystallization becomes non-uniform because the laser energy density is low relative to the substrate heating conditions.
このようなことから、実際には、破線ｂの上側
（右側）の領域に於ける条件でアニールを行う必
要があり、基板加熱温度は250〔℃〕〜500〔℃〕程
度が最適である。そして、そのような基板加熱温
度が得られる予備加熱用レーザのエネルギ密度は
１〔Ｊ／cm2〕程度で充分である。 For this reason, it is actually necessary to perform annealing under conditions in the area above (right side) of the broken line b, and the optimum substrate heating temperature is about 250 [°C] to 500 [°C]. An energy density of about 1 [J/cm 2 ] is sufficient for the preheating laser to obtain such a substrate heating temperature.
第４図は多結晶シリコンに対してイオン注入な
どに依つて不純物をドープし、レーザ・アニール
した際の電気伝導向上性或いは結晶回復性を縦軸
に採り、横軸にレーザ・エネルギ密度を採つた線
図である。 In Figure 4, polycrystalline silicon is doped with impurities by ion implantation, etc., and the electrical conductivity improvement or crystal recovery property when laser annealed is plotted on the vertical axis, and the laser energy density is plotted on the horizontal axis. It is a vine diagram.
図から明らかなように、レーザのエネルギ密度
が略１〔Ｊ／cm2〕以上であるとシリコンの結晶性
回復が開始される。従つて、前記レーザを予備加
熱用レーザとして使用する場合、そのエネルギ密
度を略１〔Ｊ／cm2〕以上すると実質的なアニール
用レーザとして作用するようになり、不所望の部
分までアニールされる虞がある。 As is clear from the figure, when the energy density of the laser is approximately 1 [J/cm 2 ] or more, crystallinity recovery of silicon starts. Therefore, when the laser is used as a preheating laser, if its energy density is approximately 1 [J/cm 2 ] or more, it will effectively act as an annealing laser, and undesired areas will be annealed. There is a possibility.
前記したところから、予備加熱用レーザに於け
るエネルギ密度は１〔Ｊ／cm2〕以下にする必要が
ある。 From the above, it is necessary that the energy density of the preheating laser be 1 [J/cm 2 ] or less.
実験に依れば、予備加熱用レーザとしては、エ
ネルギ密度を0.1〜１〔Ｊ／cm2〕、スポツト・サイ
ズを200〜300〔μｍ〕φ、照射角度はアニール用
レーザ・ビームを基板に対して垂直としこれを0゜
としたときに45゜〜75゜として好結果が得られた。
そして、多結晶シリコンをレーザ・アニールした
ところ、シート抵抗が103〔Ω／cm2〕から７×10
〔Ω／cm2〕に低下した。また、欠陥については、
エツチ・ピツト密度が1/3に、積層欠陥が1/5にそ
れぞれ減少した。更にまた、単結晶化も良好に行
なうことができた。 According to experiments, the preheating laser has an energy density of 0.1 to 1 [J/cm 2 ], a spot size of 200 to 300 [μm]φ, and an irradiation angle of the annealing laser beam to the substrate. Good results were obtained with angles of 45° to 75° when the vertical angle was 0°.
When the polycrystalline silicon was laser annealed, the sheet resistance increased from 10 3 [Ω/cm 2 ] to 7×10
It decreased to [Ω/cm 2 ]. Also, regarding defects,
Etch pit density and stacking faults were reduced to 1/3 and 1/5, respectively. Furthermore, single crystallization was also successfully performed.
以上の説明で判るように、本発明に依れば、レ
ーザ・アニールを行なう際の基板予備加熱をレー
ザ・ビームで行なうようにしているので、基板全
体が加熱されることはなくなり、基板に形成され
た素子用不純物導入領域などが熱に依る悪影響を
受けることを回避することができ、また、アニー
ルの結果も良好である。 As can be seen from the above explanation, according to the present invention, the substrate is preheated using a laser beam when performing laser annealing, so the entire substrate is not heated, and the formation of It is possible to avoid the adverse effects of heat on the impurity-introduced region for the element, and the annealing results are also good.
第１図及び第２図は本発明一実施例を説明する
為の説明図、第３図はレーザ・エネルギ密度対基
板加熱温度の関係を表わす線図、第４図は電気伝
導率向上性或いは結晶回復性対レーザ・エネルギ
密度の関係を表わす線図である。
図に於いて、LAはアニール用レーザ・ビーム、
LHは予備加熱用レーザ・ビーム、Ｍはミラー、
G1，G2はレンズ、Ｓは基板、PA，PHはスポツト
である。
1 and 2 are explanatory diagrams for explaining one embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between laser energy density and substrate heating temperature, and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the electrical conductivity improvement property and FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between crystal recoverability and laser energy density. In the figure, L A is the annealing laser beam,
L H is the laser beam for preheating, M is the mirror,
G 1 and G 2 are lenses, S is a substrate, and P A and PH are spots.
Claims (1)
ニールを行つて結晶性を回復させる場合に於い
て、基板の結晶性回復が実質的に行われないエネ
ルギ密度であつて且つ前記アニール用レーザ・ビ
ーム径より大なるそれを有する予備加熱用レー
ザ・ビームを該アニール用レーザ・ビームの走査
に先行させて前記基板を照射し局部的予備加熱を
行うことを特徴とするレーザ・アニール法。1. When scanning and annealing a substrate with an annealing laser beam to restore crystallinity, the energy density is such that the crystallinity of the substrate is not substantially restored, and the annealing laser beam diameter is A laser annealing method characterized in that the substrate is irradiated with a preheating laser beam having a larger intensity prior to the scanning of the annealing laser beam to perform local preheating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56067334A JPS57183023A (en) | 1981-05-02 | 1981-05-02 | Laser annealing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56067334A JPS57183023A (en) | 1981-05-02 | 1981-05-02 | Laser annealing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57183023A JPS57183023A (en) | 1982-11-11 |
| JPH0116006B2 true JPH0116006B2 (en) | 1989-03-22 |
Family
ID=13342012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56067334A Granted JPS57183023A (en) | 1981-05-02 | 1981-05-02 | Laser annealing |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS57183023A (en) |
Families Citing this family (12)
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| USRE33274E (en) * | 1985-09-13 | 1990-07-24 | Xerox Corporation | Selective disordering of well structures by laser annealing |
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| EP1468774B1 (en) | 2003-02-28 | 2009-04-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
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| JP4481040B2 (en) * | 2003-03-07 | 2010-06-16 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
| US7098155B2 (en) | 2003-09-29 | 2006-08-29 | Ultratech, Inc. | Laser thermal annealing of lightly doped silicon substrates |
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-
1981
- 1981-05-02 JP JP56067334A patent/JPS57183023A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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