JPH0360015A - レーザアニール装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はシリコン等の半導体薄膜の製造装置に係り、該
薄膜の結晶化技術に関するものである。

（ロ）従来の技術 例えば特開昭６４−２８８０９号公報等には基板表面に
形成された非結晶な部分を多く含むＰ−３ｉ（多結晶シ
リコン）薄膜にレーザ光を麗射することによってＰ−３
ｉを一旦溶融した後、再結晶化することにより、基板表
面に＋ｉＬ結晶のＳｉを形成できることが従来から良く
知られている。

しかしながら、上記の例で用いられるレーザ装置はその
出力が固定されており、且つ１個の出力パルス幅は数十
ｎｓと短いため、−旦Ｓｉ薄膜が溶融してから再結晶化
する速度が４〜５ｍ八と桟めて早く、アニール後に得ら
れる薄膜を構成する粒子径は高々１０００人にしか過ぎ
ず、このような粒径の小さい薄膜を出発物質として例え
ばＴＰＴ（薄膜トランジスタ・・４ｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成させる場合には、係る粒
径によって電子の移動度μ、が減少するという問題点が
あった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明が解決しようとする課題はレーザアニルによって
溶融−再結晶化される薄膜の粒径を大きくし、且つ欠陥
を少なくするため、形成された薄膜を時間をかけて溶融
及び冷却することにより、大きな粒径の結晶化された薄
膜を得ることである。

（ニ）課題を解決するための手段 上記課題を解決するための一つの方法として、成膜室と
、該成膜室内に配置された基板及び該基板を支持する支
持台と、前記基板上に形成された薄膜と、この薄膜をア
ニールするためのに該薄膜表面にレーザ光を照射するレ
ーザ装置と、前記薄膜の表面温度を制御する不活性ガス
を該薄膜の表面に噴出する噴出部と、該不活性ガスの温
度或るいは流量を１１１１９ｐする制御部と、前記成膜
室で消費された不活性ガスを排出する排気機構部と、よ
りレーザアニール装置を構成する。

また、この方法とは異なるが成膜室と、該成膜室内に配
置された基板及び該ノ５板を支持する支持台と、前記基
板上に形成された薄膜と、この薄膜をアニールするため
のに該薄膜表面にレーザ光をｊ！代射する複数個のレー
ザ装置とより成り、各レーザ装置を時系列的に駆動せし
め、連続的にエネルギーが増加或るいは減少するパルス
状のレーザ光を前記薄膜表面に照射することを特徴とす
るレーザアニール装置でも良い。

（ホ〉作用 レーザアニール時に高温ガスによって基板上の薄膜を高
温度化することによってレーザの出力がないときの再結
晶化されつつある膜表面の温度降下を防止できる。

又、複数個の異なるレーザ出力を連続的に基板上の薄膜
に９・えることによって、上記方法と同様に再結晶化さ
れつつある膜表面の急激な温度降下を防止できる。

（へ）実施例 以下本発明レーザアニール装置を図面の一実施例につい
て詳細に説明する。

第１図は本装置全体のシステム概略図を示し、（１）は
断熱材で形成された成膜室、（２）は前記成膜室（１）
内に支持台（３）を介して配設されたガラス成るいは金
属製の基板、（４）は前記基板（２）を成膜室（１）か
ら出し入れするための開閉可能な透光性の蓋体である。

前記支持台（３）は成膜室（１）内で回転ｉ′ｒ丁能に
すると尚良い。又前記基板（２）上には多くの非結晶な
部分を含んだＰ−５ｉ薄膜（１０）が形成されている。

（５１）−（５３）は前記蓋体（４）を透過して前記ノ
＆板（２）上に照ｑ１する複数個の出力の異なる（エネ
ルギー密度が夫々２４０，２００．　＋８０ｍＪ）エキ
シマ（ＸｅＣＩ　）レーザ装置、（６１）−（６３）は
前記各レーザ装置（５］）−（５３）から出力されるレ
ーザ光を凹面鏡（７）に向かって反９（する反＊ｔ　ｊ
ａであり、各レーザ装置（５１）〜（５３）からのレー
ザ光はｉｉｉ記反対反射鏡］）−（６３）によって反射
された後、凹面鏡（７）によって前記成膜室（＋）内の
ノ、（板（２）表面に１ｒ＋１かう様に構成されている
。

第２図に第１図を右側面方向から見たときのレーザ装置
７２（５１）−（５３）、反射鏡（６１）−（６３）、
凹面鏡（７）の空間的配置を示す。このように配置する
ことにより、とのレーザ光も互いに交差することなく、
江つ凹面鏡（７）によって遮られることなく確実に前記
薄膜（１０）表面に到達する。

（８）は一端部に噴出部（８１）を有し該噴出部（８１
）を前記成膜室（１）内の基板（２）表面に形成された
Ｓｉ薄膜（１０）の表面に臨ませて戊るガス管である。

一方、前記ガス管（８〉の他端部は流量調節器（９）を
介して不活性ガスとしてのＡｒガスが導入されるように
なっている。

又、前記ガス管（８）の中間部は該ガスの温度制御部（
］１〉内に位置し、該制御部（］ｌ）内でヒータ（１２
）と熱交換して、管（８）内を流れるガスの温度をｈ　
’ｔ１．させると共に、ガス温度モニタ（８２）によっ
て始終その温度を監視され、最適温度のＡｒガスを前記
膜（１０）表面に供給することができるように構成され
ている。

（１３）は前記成膜室（１）に後続された排気管であリ
、前記ガス管（８）の噴出部（８１）より噴出された高
温のＡｒガスが成膜室（１）でその熱を悄賀されて低温
になり、該排気管（１３）を介して外１ｔに放出される
。

以上のＨ＋＆を有する装置において次にその動作を説明
する。

並上立１丑 前記レーザ装置（５１）−（５３）内の一つ（５１）を
アニール源として用い、Ｊ％板（２）表面の薄膜（］０
）に照Ｑ−ｔする。このときレーザ装；７２（５１）の
出力は第３図に示されるように２０ｎｓの幅を有するパ
ルス状のものである。一方、前記′Ｒ膜（１０）表面に
は流量調整線（９）及びヒータ（１２）によって第４図
に示す流量と第５図に示す温度のＩＩ制御を受けたＡｒ
ガスがガス管（８）の噴出部（８１）を介して供給され
る。薄膜（１（１）の表面温度は前記ガスの供給がない
とき第６図のＩｉ！Ｉ線で示されるようにレーザ光の出
力があるときのみ高温になるが、出力がなくなると急激
に降ドして、高温に保持されないという↑、Ｙ性になる
。

しかしながらアニール中、高温のＡｒガスを薄膜（１０
）表面に供給することによって第６図の実線で示される
ように該薄膜（１０）の表面温度はゆっくりと−１−５
１，した後、ゆっくりと降下する特性となる。

特にレーザ出力のある間は薄膜（１０）の表面温度を６
００℃以上に保つことができ急激な温度降下によって膜
の粒径が小さいまま再結晶化することを阻ＩＬできるの
で、アニール後に得られる薄膜の粒径は大きなものとな
る。更にアニール初期のゆっくりとした＃ＩＩＱ（ｔｏ
）表面温度の上昇は鎮護（ｌＯ）に歪みが発生すること
を防止する。

罷生立１旦 前記高温のＡｒガスは使用しない代わりに、３つのレー
ザ装置（５１）〜（５３）を全て使用する。即ち第７図
に示すように従来のレーザの１出力パルス（第８図参照
）に相当するエネルギーをｎ＝３発の段階的に出力の異
なるパルスに分割し、連続的に薄膜（１０）表面に照射
する。尚、上記分割パルスはその数が多いほど良いが、
ｎ＝５〜９０発の範囲でｆｒ：意に選択できる。

従来、レーザ出力のパルス幅は数十ｎＩＩ＋と短いため
溶融して再結晶（Ｍｅｌｔ＆Ｒｅｇｒｏｗｔｈ）する時
間が４〜５ｍ／ｓと速く、アニール後の膜の粒径は高々
＋０００λ程度にしかならないが、上記の如くエネルギ
ーの異なるレーザ光を連続的に薄膜（１０）表面に照射
することにより、前記溶融して再結晶する時間を長くす
ることができ、アニール後の薄膜（１０）の粒径が最大
２０００人のものを得ることが可能となる。

表工旦太丑 前記第１の方法と第２の方法とを両方使用する。即ち、
ｊ’＋（ｆ膜（１０）の表面には第１の方法で示したよ
うに高温のＡｒガスをＯＩ−給し、■１つ３本のレーザ
公：？２　（５１）−（５３）を連続的に薄膜（１０）
の表面に照ｑ１する。

こうすることにより、薄膜（１０〉の表面温度の制ｐｐ
がより本「１細かくでき、Ｉｔつレーザ先出力時の１！
’Ｉ　＋’＋己表面表面温度化をより少なく抑えること
ができる。

（ト）５を明の効果 ＋、発明は以１；の６１１＜、高温の不活汁ガスによる
薄膜表面の温度制御を行うことにより、レーザアニール
中の薄膜の表面温度の急降下を防止すると共に、アニー
ル初期の温度上外を緩やがなものにすることにより、ア
ニール後の薄膜の粒径を大型化し、Ｒつ、アニール時に
発生する薄膜の歪みの発生を防ぐことができる。

こうして形成された大粒の薄膜からは、結晶性にｆＩｉ
れた大面積の薄１漠を形成することが可能となる。

又、薄膜の表面温度の急降下を防ぐには出力の異なる複
数個のレーザ装置を用いて、連続的に薄膜表面に照射す
ることにより、上記Ａｒガスの方法と同様にアニール初
期の温度上昇を緩やがなものにすることができて、アニ
ール後の薄膜の粒径を大型化でき、且つ、アニール時に
発生する薄膜の歪みの発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レーザアニール装置のシステム概略図、
第２図は第１図のレーザ装置と反射鏡及び四面鏡との配
：７−：を示す図、第３図は第１図の−個のレーザ装置
の出力波形を示す図、第４図は不活性ガスの流量特性図
、第５図は不活性ガスの温度特性図、第６図は薄膜表面
温度特性図、第７図は複数個のレーザ装置による出力特
性図、第８図は第７図に相当する従来のレーザ装設の出
力特性図である。 （１）・・・成膜室、 （２）・・・基板、 （３）・・・支持台、 （５１）−（５３）・・・レーザ装設、（８）・・・ガ
ス管、 （１１）・・・Ｍ押部、 （１３）・・・排気管 （８１）・・・噴出部。 （４Ｊ＃只機構部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成膜室と、該成膜室内に配置された基板及び該基
   板を支持する支持台と、前記基板上に形成された薄膜と
   、この薄膜をアニールするために該薄膜表面にレーザ光
   を照射するレーザ装置と、前記薄膜の表面温度を制御す
   る不活性ガスを該薄膜の表面に噴出する噴出部と、該不
   活性ガスの温度或るいは流量を制御する制御部と、前記
   成膜室で消費された不活性ガスを排出する排気機構部と
   、よりなるレーザアニール装置。
2. （２）成膜室と、該成膜室内に配置された基板及び該基
   板を支持する支持台と、前記基板上に形成された薄膜と
   、この薄膜をアニールするために該薄膜表面にレーザ光
   を照射する複数個のレーザ装置とより成り、各レーザ装
   置を時系列的に駆動せしめ、連続的にエネルギーが増加
   或るいは減少するパルス状のレーザ光を前記薄膜表面に
   照射することを特徴とするレーザアニール装置。