JPH01261291A - レーザアニール方法 - Google Patents
レーザアニール方法Info
- Publication number
- JPH01261291A JPH01261291A JP63089299A JP8929988A JPH01261291A JP H01261291 A JPH01261291 A JP H01261291A JP 63089299 A JP63089299 A JP 63089299A JP 8929988 A JP8929988 A JP 8929988A JP H01261291 A JPH01261291 A JP H01261291A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- orientation
- polycrystalline
- laser beam
- direction perpendicular
- Prior art date
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- Granted
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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、ＳＯＩ基板の製造にさいして多結晶Ｓｉを単
結晶化するための種結晶領域を形成させるレーザアニー
ル方法に関するものである。
結晶化するための種結晶領域を形成させるレーザアニー
ル方法に関するものである。
（従来の技術）
従来基板の面積に対してＳＯＩの面積の割合が大きい（
ＳＯＩ面積率の大きい）ＳＯＩ基板の形成方法としては
、例えば、アプライド・フィジクス・レター（Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第４１巻
３４６ページ（１９８２年）に記載されている、シリコ
ン窒化膜による選択反射防止膜法と呼ばれる一方法があ
る。この方法で、ＳＯＩ基板の面方位を制御する最も一
般的な方法としては、例えば第３３回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集５２７ページ１ａ−Ｑ−１に記載さ
れている様に、絶縁膜上に堆積した多結晶シリコン膜を
、基板の一部を種結晶として用いた横方向の帯域溶融エ
ピタキシャル成長法で再結晶化するＳＯＩ基板の形成方
法があった。
ＳＯＩ面積率の大きい）ＳＯＩ基板の形成方法としては
、例えば、アプライド・フィジクス・レター（Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第４１巻
３４６ページ（１９８２年）に記載されている、シリコ
ン窒化膜による選択反射防止膜法と呼ばれる一方法があ
る。この方法で、ＳＯＩ基板の面方位を制御する最も一
般的な方法としては、例えば第３３回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集５２７ページ１ａ−Ｑ−１に記載さ
れている様に、絶縁膜上に堆積した多結晶シリコン膜を
、基板の一部を種結晶として用いた横方向の帯域溶融エ
ピタキシャル成長法で再結晶化するＳＯＩ基板の形成方
法があった。
さらに、レーザアニールで、種結晶を用いずに基板垂直
方向が＜１００＞に制御された結晶粒からなるＳＯＩ基
板を形成する方法としては、昭和６２年秋季応用物理学
会予稿集５４９ページ３０Ｐ−Ｂ−７７にあるように多
結晶シリコンを２段階でレーザビームアニールする方法
があった。この方法では第１段階のアニールでＳｉラメ
ラと呼ばれる基板垂直方向に＜１００＞方位、ストライ
プに平行な方向に＜１１０＞の面内方位を持つ人工的な
種結晶を形成し、そのＳｉラメラを種結晶として第２段
階のアニールで単結晶粒を得る事に特徴がある。
方向が＜１００＞に制御された結晶粒からなるＳＯＩ基
板を形成する方法としては、昭和６２年秋季応用物理学
会予稿集５４９ページ３０Ｐ−Ｂ−７７にあるように多
結晶シリコンを２段階でレーザビームアニールする方法
があった。この方法では第１段階のアニールでＳｉラメ
ラと呼ばれる基板垂直方向に＜１００＞方位、ストライ
プに平行な方向に＜１１０＞の面内方位を持つ人工的な
種結晶を形成し、そのＳｉラメラを種結晶として第２段
階のアニールで単結晶粒を得る事に特徴がある。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の技術のうち第１の方法は基板の種結晶領域からＳ
ＯＩ層に結晶方位を引きつぐ事が技術的に困難な上、種
結晶領域として余分な面積を確保する必要がある等の問
題点があり望ましくない。
ＯＩ層に結晶方位を引きつぐ事が技術的に困難な上、種
結晶領域として余分な面積を確保する必要がある等の問
題点があり望ましくない。
また第２の方法では第一段階のアニールで、必ずしも１
００％の種結晶が基板垂直方向に＜ １００ ＞方位を
持つわけではなく、方位の制御性に劣るといった欠点を
有する。
００％の種結晶が基板垂直方向に＜ １００ ＞方位を
持つわけではなく、方位の制御性に劣るといった欠点を
有する。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し
、基板を種結晶として用いる事なく、基板垂直方向が＜
１００＞方位により高い確率で制御された人工的種結晶
を形成するレーザアニール方法を得る事にある。
、基板を種結晶として用いる事なく、基板垂直方向が＜
１００＞方位により高い確率で制御された人工的種結晶
を形成するレーザアニール方法を得る事にある。
（問題点を解決するための手段）
本発明によれば、少なくとも表面に絶縁体層を備えた基
板上に、レーザビームアニールされるべき多結晶Ｓｉを
堆積し、該多結晶Ｓｉ上にストライプ状にレーザ光の反
射防止膜を形成し、楕円形の強度分布を持つレーザを楕
円形の長軸がストライプに垂直になるように照射し、さ
らにそのレーザビームをストライプと垂直な方向に走査
して、基板垂直方向に＜１００＞方位を持ちレーザ光の
反射防止膜下の結晶粒界の間に囲まれた結晶粒を形成す
る事を特徴とするレーザアニール方法が得られる。
板上に、レーザビームアニールされるべき多結晶Ｓｉを
堆積し、該多結晶Ｓｉ上にストライプ状にレーザ光の反
射防止膜を形成し、楕円形の強度分布を持つレーザを楕
円形の長軸がストライプに垂直になるように照射し、さ
らにそのレーザビームをストライプと垂直な方向に走査
して、基板垂直方向に＜１００＞方位を持ちレーザ光の
反射防止膜下の結晶粒界の間に囲まれた結晶粒を形成す
る事を特徴とするレーザアニール方法が得られる。
（作用）
以下に本発明によって、従来法に比べて高い制御確率で
基板垂直方向が＜１００＞に制御された人工的種結晶を
得る事ができる作用を述べる。
基板垂直方向が＜１００＞に制御された人工的種結晶を
得る事ができる作用を述べる。
本発明者が基板垂直方向に＜ １００ ＞方位を持つ人
工的な種結晶として用いる事が可能なＳｉラメラの形成
メカニズムについて詳細に検討した結果によれば、多結
晶シリコン中の微小結晶粒のうち基板垂直方向に＜１０
０＞方位を持つものは他のものに比べてレーザ光の反射
率がわずかに大きい、従って適当なレーザパワーを選べ
ば＜１００＞方位を持つ微小結晶粒のみを残して他のも
のを溶解する事が可能である。この＜１００＞方位を持
つ微小結晶粒が種結晶となって溶液が固化したものがＳ
ｉラメラであり、さらにこのＳｉラメラがいくつか合体
して形成された結晶粒を人工的な種結晶として、さらに
大きな単結晶粒を得るのが従来技術で２番目にあげた方
法である。
工的な種結晶として用いる事が可能なＳｉラメラの形成
メカニズムについて詳細に検討した結果によれば、多結
晶シリコン中の微小結晶粒のうち基板垂直方向に＜１０
０＞方位を持つものは他のものに比べてレーザ光の反射
率がわずかに大きい、従って適当なレーザパワーを選べ
ば＜１００＞方位を持つ微小結晶粒のみを残して他のも
のを溶解する事が可能である。この＜１００＞方位を持
つ微小結晶粒が種結晶となって溶液が固化したものがＳ
ｉラメラであり、さらにこのＳｉラメラがいくつか合体
して形成された結晶粒を人工的な種結晶として、さらに
大きな単結晶粒を得るのが従来技術で２番目にあげた方
法である。
この人工的種結晶の形成過程をさらに詳しく調べると、
Ｓｉラメラが形成され合体して大きな結晶粒に成長する
ためには、レーザ光に照射されている時間が重要なパラ
メータとなる事が明らかになった。その事を示すのが第
２図である。第２図の横軸は試料のある場所がレーザ光
に照射されている時間（レーザ光の滞在時間：レーザビ
ーム径ｌ走査速度）、縦軸は形成された結晶粒の内基板
垂直方向に＜ １００ ＞軸または＜１００＞から２０
°以内の結晶軸をもつ様に制御されたものの割合を表す
。図から明かな様に、レーザ光の滞在時間が長いほど＜
１００＞に制御されている確率が高くなっている。
Ｓｉラメラが形成され合体して大きな結晶粒に成長する
ためには、レーザ光に照射されている時間が重要なパラ
メータとなる事が明らかになった。その事を示すのが第
２図である。第２図の横軸は試料のある場所がレーザ光
に照射されている時間（レーザ光の滞在時間：レーザビ
ーム径ｌ走査速度）、縦軸は形成された結晶粒の内基板
垂直方向に＜ １００ ＞軸または＜１００＞から２０
°以内の結晶軸をもつ様に制御されたものの割合を表す
。図から明かな様に、レーザ光の滞在時間が長いほど＜
１００＞に制御されている確率が高くなっている。
レーザ光の滞在時間を長くする簡単な方法としては、■
レーザ光の走査速度を遅くする、■レーザのビーム径を
大きくする、の２つの方法が考えられるが、■の方法で
はレーザアニールに要する時間が長くなる上、下層基板
にダメージを与える可能性があり好ましくない。■の方
法では、レーザビーム系を広くすると走査方向に垂直な
（ストライプに平行な）方向の溶融面積も広がる。その
結果種結晶領域が広くなり、種結晶領域は他の領域に比
べて表面形状が劣る事が予想され好ましくない。
レーザ光の走査速度を遅くする、■レーザのビーム径を
大きくする、の２つの方法が考えられるが、■の方法で
はレーザアニールに要する時間が長くなる上、下層基板
にダメージを与える可能性があり好ましくない。■の方
法では、レーザビーム系を広くすると走査方向に垂直な
（ストライプに平行な）方向の溶融面積も広がる。その
結果種結晶領域が広くなり、種結晶領域は他の領域に比
べて表面形状が劣る事が予想され好ましくない。
また、一般にレーザビーム系を広げるとレーザ光の強度
分布の不均一性が目立ち、走査方向に垂直な方向での不
均一性はその方向にいくつか形成された結晶粒それぞれ
のレーザパワー条件が異なり、信頼性ある方位制御を妨
げる。
分布の不均一性が目立ち、走査方向に垂直な方向での不
均一性はその方向にいくつか形成された結晶粒それぞれ
のレーザパワー条件が異なり、信頼性ある方位制御を妨
げる。
そこで本発明によれば、楕円形の強度分布を持つレーザ
な楕円の長軸方向に走査する事によつて、走査方向のレ
ーザ径のみ広がりレーザ光の滞在時間が長くなって＜１
００＞の制御確率が向上する。また走査方向に平行な方
向には楕円の短軸がレーザ径となるため、種結晶領域は
狭くてよくレーザ光強度の不均一性も影響が小さい。
な楕円の長軸方向に走査する事によつて、走査方向のレ
ーザ径のみ広がりレーザ光の滞在時間が長くなって＜１
００＞の制御確率が向上する。また走査方向に平行な方
向には楕円の短軸がレーザ径となるため、種結晶領域は
狭くてよくレーザ光強度の不均一性も影響が小さい。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
する。
第１図は、本発明の詳細な説明するための斜視図である
。試料はＳｉ基板１０に５ｉＯ２２０をＣＶＤ法で膜厚
１ｐｍ堆積し、その上に基板温度７００°ＣのＬＰＣＶ
Ｄ法で多結晶５ｉ３０を０．５ｐｍ堆積した。この多結
晶Ｓｉは７００°Ｃ程度の通常より高い温度で堆積して
いるので、堆積直後の状態で基板垂直方向に＜ １００
＞方位を持つ結晶粒が他のものに比べて２０倍以上の
割合で存在し、強い４００＞配向性を持ち、Ｓｉラメラ
の形成に有利である。さらに厚さ０．０６ｐｍの窒化シ
リコン４０を堆積し、ピッチを１５ｐｍ、ストライプ幅
を５ｐｍのストライプ状に通常のフォトリソグラフィー
技術で形成した。この試料に、シリンドリカルレンズで
長軸：短軸＝３：１比に成形したレーザ光を長軸が窒化
シリコンのストライプに垂直になる様に照射し、ストラ
イプに垂直な方向に走査した。その際のレーザ径は長軸
の長さで５０−．２５０μｍ１ レーザパワーは５〜２
０Ｗ、基板温度は３００〜７００°Ｃ１走査速度は０．
１〜３ｍｍ／ｓｅｅであった。また比較のために、通常
の円形の強度分布をもつレーザ径３０〜１２０ｐｍのレ
ーザ光で同様のレーザアニールを行った。
。試料はＳｉ基板１０に５ｉＯ２２０をＣＶＤ法で膜厚
１ｐｍ堆積し、その上に基板温度７００°ＣのＬＰＣＶ
Ｄ法で多結晶５ｉ３０を０．５ｐｍ堆積した。この多結
晶Ｓｉは７００°Ｃ程度の通常より高い温度で堆積して
いるので、堆積直後の状態で基板垂直方向に＜ １００
＞方位を持つ結晶粒が他のものに比べて２０倍以上の
割合で存在し、強い４００＞配向性を持ち、Ｓｉラメラ
の形成に有利である。さらに厚さ０．０６ｐｍの窒化シ
リコン４０を堆積し、ピッチを１５ｐｍ、ストライプ幅
を５ｐｍのストライプ状に通常のフォトリソグラフィー
技術で形成した。この試料に、シリンドリカルレンズで
長軸：短軸＝３：１比に成形したレーザ光を長軸が窒化
シリコンのストライプに垂直になる様に照射し、ストラ
イプに垂直な方向に走査した。その際のレーザ径は長軸
の長さで５０−．２５０μｍ１ レーザパワーは５〜２
０Ｗ、基板温度は３００〜７００°Ｃ１走査速度は０．
１〜３ｍｍ／ｓｅｅであった。また比較のために、通常
の円形の強度分布をもつレーザ径３０〜１２０ｐｍのレ
ーザ光で同様のレーザアニールを行った。
こうして得た人工的種結晶の結晶性の評価を選択エッチ
法で、面方位の観察をＥＣＰ法で評価した。その結果、
それぞれの条件で形成された全結晶粒のうち基板垂直方
向に＜１００＞あるいは＜ １００ ＞から２Ｏ２以内
の結晶軸を持つものの割合は、同じ溶融幅、走査速度の
比較ではいずれの場合も楕円形のレーザを用いた方が高
い。また、円形の強度分布を持つレーザでは最高でも７
８％の結晶粒しか所望の方位に制御できないのに対して
、楕円のレーザを用いると最高９７％の結晶粒が方位制
御される事が確認された。
法で、面方位の観察をＥＣＰ法で評価した。その結果、
それぞれの条件で形成された全結晶粒のうち基板垂直方
向に＜１００＞あるいは＜ １００ ＞から２Ｏ２以内
の結晶軸を持つものの割合は、同じ溶融幅、走査速度の
比較ではいずれの場合も楕円形のレーザを用いた方が高
い。また、円形の強度分布を持つレーザでは最高でも７
８％の結晶粒しか所望の方位に制御できないのに対して
、楕円のレーザを用いると最高９７％の結晶粒が方位制
御される事が確認された。
本実施例ではＳｉ基板を用いたがサファイア基板等地の
基板を用いても同様な効果が得られる。また、窒化シリ
コンの間隔、幅も本実施例に限定されたものではない。
基板を用いても同様な効果が得られる。また、窒化シリ
コンの間隔、幅も本実施例に限定されたものではない。
さらに本実施例では、反射防止膜として窒化シリコンを
用いたが他の構造（例えば、５ｉＯ２１Ｓｉ３Ｎ４）で
反射防止膜を形成しても同様の効果が得られる。
用いたが他の構造（例えば、５ｉＯ２１Ｓｉ３Ｎ４）で
反射防止膜を形成しても同様の効果が得られる。
（発明の効果）
本発明によれば、多結晶中の微小結晶粒のレーザ光の反
射率についての面方位依存性を有効に利用できるので基
板を種結晶として用いる事なく、基板垂直方向が＜ １
００ ＞方位により高い確率で制御された人工的種結晶
を形成するレーザアニール方法が得られる。
射率についての面方位依存性を有効に利用できるので基
板を種結晶として用いる事なく、基板垂直方向が＜ １
００ ＞方位により高い確率で制御された人工的種結晶
を形成するレーザアニール方法が得られる。
第１図は本発明の詳細な説明するための斜視図、第２図
はレーザ光の滞在時間と＜１００＞方位への制御確率の
関係を示す図である。 １０・・・Ｓｉ基板 ２０・・・５ｔＯ２３０
・・・多結晶Ｓｉ ４０・・・窒化シリコン第
１図
はレーザ光の滞在時間と＜１００＞方位への制御確率の
関係を示す図である。 １０・・・Ｓｉ基板 ２０・・・５ｔＯ２３０
・・・多結晶Ｓｉ ４０・・・窒化シリコン第
１図
Claims (1)
- 少なくとも表面に絶縁体層を備えた基板上に多結晶Ｓ
ｉとストライプ状のレーザ光反射防止膜が順次形成され
てある基板をレーザアニールすることにより多結晶Ｓｉ
を再結晶化させるレーザアニール方法において、楕円形
の強度分布を持つレーザ光を楕円の長軸がストライプに
垂直になるように照射し、さらにそのレーザビームをス
トライプと垂直な方向に走査することにより、反射防止
膜下の結晶粒界に囲まれた領域に基板垂直方向に＜１０
０＞方位を持つ結晶粒を形成する工程を含む事を特徴と
するレーザアニール方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089299A JPH01261291A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | レーザアニール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089299A JPH01261291A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | レーザアニール方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01261291A true JPH01261291A (ja) | 1989-10-18 |
| JPH0569076B2 JPH0569076B2 (ja) | 1993-09-30 |
Family
ID=13966793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63089299A Granted JPH01261291A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | レーザアニール方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01261291A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5077235A (en) * | 1989-01-24 | 1991-12-31 | Ricoh Comany, Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having SOI structure |
| JP2003168645A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Hitachi Ltd | 半導体薄膜装置、その製造方法及び画像表示装置 |
| SG112888A1 (en) * | 2002-08-22 | 2005-07-28 | Sony Corp | Method of producing crystalline semiconductor material and method of fabricating semiconductor device |
-
1988
- 1988-04-13 JP JP63089299A patent/JPH01261291A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5077235A (en) * | 1989-01-24 | 1991-12-31 | Ricoh Comany, Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having SOI structure |
| JP2003168645A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Hitachi Ltd | 半導体薄膜装置、その製造方法及び画像表示装置 |
| KR100918337B1 (ko) * | 2001-12-03 | 2009-09-22 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 반도체 박막 장치, 그 제조 방법 및 화상 표시 장치 |
| SG112888A1 (en) * | 2002-08-22 | 2005-07-28 | Sony Corp | Method of producing crystalline semiconductor material and method of fabricating semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0569076B2 (ja) | 1993-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |