JPH0793260B2 - 単結晶薄膜形成装置 - Google Patents
単結晶薄膜形成装置Info
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- JPH0793260B2 JPH0793260B2 JP6559787A JP6559787A JPH0793260B2 JP H0793260 B2 JPH0793260 B2 JP H0793260B2 JP 6559787 A JP6559787 A JP 6559787A JP 6559787 A JP6559787 A JP 6559787A JP H0793260 B2 JPH0793260 B2 JP H0793260B2
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本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装置に関するものである。
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りヒー
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
により単結晶薄膜を作製する方法（いわゆるSOI（Silic
on on Insulator）技術）が提案されている。
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りヒー
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
により単結晶薄膜を作製する方法（いわゆるSOI（Silic
on on Insulator）技術）が提案されている。
従来より提案されている方法として第６図（ａ）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
13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。
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
13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。
しかし、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。
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。
そのため第７図に示すように非単結晶シリコン薄膜13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
り、非単結晶シリコン薄膜13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
ある部分の間隔を幅を有する単結晶が得られる。
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
り、非単結晶シリコン薄膜13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
ある部分の間隔を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〉 しかし上記した従来の方法では割合に頻繁に起こるレー
ザー光のガウス分布か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
が正しく生じなくなり、単結晶部に粒界や結晶欠陥が入
り意図した大きさの単結晶が得られない。そのため偶々
この部分に作製したトランジスタが動作不良を起こして
しまうという問題点があった。
ザー光のガウス分布か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
が正しく生じなくなり、単結晶部に粒界や結晶欠陥が入
り意図した大きさの単結晶が得られない。そのため偶々
この部分に作製したトランジスタが動作不良を起こして
しまうという問題点があった。
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とす
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。
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とす
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。
〈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、本発明は単結晶基板上に絶
縁膜と第１の非単結晶シリコン薄膜とを形成し、さらに
前記第１の非単結晶シリコン薄膜の上に絶縁膜を介して
レーザービームの走査方向に第２の非単結晶シリコン薄
膜を選択的に形成し、この第２の非単結晶シリコン薄膜
の上部よりレーザービームを照射して上記第１の非単結
晶シリコン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中に１枚の凸レ
ンズよりなる第１の光学手段と中央の凸レンズとこの凸
レンズの周囲に配置した６個の凸レンズからなり、この
６個の凸レンズはその中心に入射する光の光路に対して
垂直になるよう傾けて並置され、前記第１の光学手段か
らの光が各凸レンズに入射するようにしたレンズ群より
なる第２の光学手段とを組み合わせたビーム形状成形手
段を設けるように構成している。
縁膜と第１の非単結晶シリコン薄膜とを形成し、さらに
前記第１の非単結晶シリコン薄膜の上に絶縁膜を介して
レーザービームの走査方向に第２の非単結晶シリコン薄
膜を選択的に形成し、この第２の非単結晶シリコン薄膜
の上部よりレーザービームを照射して上記第１の非単結
晶シリコン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中に１枚の凸レ
ンズよりなる第１の光学手段と中央の凸レンズとこの凸
レンズの周囲に配置した６個の凸レンズからなり、この
６個の凸レンズはその中心に入射する光の光路に対して
垂直になるよう傾けて並置され、前記第１の光学手段か
らの光が各凸レンズに入射するようにしたレンズ群より
なる第２の光学手段とを組み合わせ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照射光路の一部に複数の凸
レンズか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が少ない単結晶薄膜を得るよう
にしたものである。
レンズか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が少ない単結晶薄膜を得るよう
にしたものである。
〈作用〉 直径30mm程度の平行なレーザー光の光路中に１枚の凸レ
ンズと複数の凸レンズを光路に合うように並置したレン
ズ群とを組合せたビーム形状成形手段を入れることによ
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、若しもとのレーザー光の強度分布がガウス分布
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。
ンズと複数の凸レンズを光路に合うように並置したレン
ズ群とを組合せたビーム形状成形手段を入れることによ
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、若しもとのレーザー光の強度分布がガウス分布
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。
従って、第１の非単結晶シリコン薄膜の、第２の非単結
晶シリコン薄膜によって反射されるレーザービームの反
射率が最大である部分の直下の温度が常に低いという現
象が正しく生じ、意図した大きさの単結晶を得ることが
できる。
晶シリコン薄膜によって反射されるレーザービームの反
射率が最大である部分の直下の温度が常に低いという現
象が正しく生じ、意図した大きさの単結晶を得ることが
できる。
〈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。
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
を示す図であり、１はレーザー光源、２は反射ミラー、
３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から照射されたレーザ光が試料
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
た多結晶或いは非晶質のシリコン薄膜からなる単結晶化
すべき薄膜を有しており、シリコン単結晶基板上にSiO2
等の絶縁性薄膜を介して被着されている。
を示す図であり、１はレーザー光源、２は反射ミラー、
３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から照射されたレーザ光が試料
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
た多結晶或いは非晶質のシリコン薄膜からなる単結晶化
すべき薄膜を有しており、シリコン単結晶基板上にSiO2
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のビーム形状
成形手段３が設けられている。このビーム形状成形手段
３は後述するように１枚の凸レンズよりなる第１の光学
手段７と複数枚の凸レンズをレーザーの光路に合うよう
に並べて構成した第２の光学手段８とを組合せて構成さ
れており、第２図（ａ）に示すガウス分布をもって放射
されたレーザー光を第２図（ｂ）に示すような一様な強
度分布に変える。
は、レーザー光の強度分布を制御するためのビーム形状
成形手段３が設けられている。このビーム形状成形手段
３は後述するように１枚の凸レンズよりなる第１の光学
手段７と複数枚の凸レンズをレーザーの光路に合うよう
に並べて構成した第２の光学手段８とを組合せて構成さ
れており、第２図（ａ）に示すガウス分布をもって放射
されたレーザー光を第２図（ｂ）に示すような一様な強
度分布に変える。
第３図及び第４図は上記強度分布に変換するための第２
の光学手段８及び第１の光学手段７の詳細な構成を示す
図である。
の光学手段８及び第１の光学手段７の詳細な構成を示す
図である。
第３図（ａ）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より構成された第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る。この第２の
光学手段８は第４図（ａ），（ｂ）に示す単一の凸レン
ズ71よりなる第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、第３図（ａ）及び（ｂ）に
示すように７個のレンズ81〜87のうち、外側の６個のレ
ンズ81〜86は第４図（ａ），（ｂ）に示す一枚の凸レン
ズ71を通って来たレーザー光が内側へ向かって集光して
いく光路に合わせて、光部の主軸に対して垂直になるよ
う傾けてそれぞれ並置している。
７個の凸レンズ81〜87より構成された第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る。この第２の
光学手段８は第４図（ａ），（ｂ）に示す単一の凸レン
ズ71よりなる第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、第３図（ａ）及び（ｂ）に
示すように７個のレンズ81〜87のうち、外側の６個のレ
ンズ81〜86は第４図（ａ），（ｂ）に示す一枚の凸レン
ズ71を通って来たレーザー光が内側へ向かって集光して
いく光路に合わせて、光部の主軸に対して垂直になるよ
う傾けてそれぞれ並置している。
また、上記第３図（ａ），（ｂ）に示した７個のレンズ
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に直径ｌ
が約50〜300μｍ（例えば約60μｍ）のビーム径になっ
たときに、７個の全てのレンズ81〜88のビームが重なる
ように設計している。
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に直径ｌ
が約50〜300μｍ（例えば約60μｍ）のビーム径になっ
たときに、７個の全てのレンズ81〜88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
ことにより、第２図（ａ）に示すガウス分布やそれに近
い分布を有するレーザー光から第２図（ｂ）に示すよう
に一様に近い強度分布を有する光が得られ、その結果粒
界や結晶欠陥の生じない単結晶化が行なわれることにな
る。
ことにより、第２図（ａ）に示すガウス分布やそれに近
い分布を有するレーザー光から第２図（ｂ）に示すよう
に一様に近い強度分布を有する光が得られ、その結果粒
界や結晶欠陥の生じな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、それからずれた分布を有していても常に一様
に近い分布を有するレーザー光を試料に照射することが
できるために非単結晶シリコン膜を単結晶化する場合に
従来より大きい結晶粒のものが得られる。また本発明に
よるビーム形状成形手段を使用した場合には、最小値が
最大値の６％であるガウス分布を有する光は7.5％以内
の一様性を有する直径50〜300μｍのビームとなり、更
に最小値が最大値の50％である平面分布を有する光は15
％以内の一様性を有する直径50〜300μｍのビームとな
るため、レーザー光の強度分布がガウス分布からずれた
場合にも、試料に照射される面の強度分布のずれは小さ
くなり、その結果安定で粒界や結晶欠陥が少ない単結晶
シリコン薄膜を得ることが出来る。
みならず、それからずれた分布を有していても常に一様
に近い分布を有するレーザー光を試料に照射することが
できるために非単結晶シリコン膜を単結晶化する場合に
従来より大きい結晶粒のものが得られる。また本発明に
よるビーム形状成形手段を使用した場合には、最小値が
最大値の６％であるガウス分布を有する光は7.5％以内
の一様性を有する直径50〜300μｍのビームとなり、更
に最小値が最大値の50％である平面分布を有する光は15
％以内の一様性を有する直径50〜300μｍのビームとな
るため、レーザー光の強度分布がガウス分布からずれた
場合にも、試料に照射される面の強度分布のずれは小さ
くなり、その結果安定で粒界や結晶欠陥が少ない単結晶
シリコン薄膜を得ることが出来る。
第１図は本発明の一実施装置の構成を示す模式図、第２
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれガウス形状及び一様形状
のレーザー光強度分布を示す図、第３図（ａ）及び
（ｂ）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４図（ａ）及び
（ｂ）は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５図は本発明の一
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），（ｂ）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、３……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、
13……非単結晶シリコン薄膜、14……単結晶シリコン薄
膜。
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれガウス形状及び一様形状
のレーザー光強度分布を示す図、第３図（ａ）及び
（ｂ）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４図（ａ）及び
（ｂ）は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５図は本発明の一
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），（ｂ）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、３……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、
13……非単結晶シリコン薄膜、14……単結晶シリコン薄
膜。
Claims (1)
- 【請求項１】単結晶基板上に絶縁膜と第１の非単結晶シ
リコン薄膜とを形成し、さらに前記第１の非単結晶シリ
コン薄膜の上に絶縁膜を介してレーザービームの走査方
向に第２の非単結晶シリコン薄膜を選択的に形成し、こ
の第２の非単結晶シリコン薄膜の上部よりレーザービー
ムを照射して上記第１の非単結晶シリコン薄膜を溶融再
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中に１枚の凸レ
ンズよりなる第１の光学手段と中央の凸レンズとこの凸
レンズの周囲に配置した６個の凸レンズからなり、この
６個の凸レンズはその中心に入射する光の光路に対して
垂直になるよう傾けて並置され、前記第１の光学手段か
らの光が各凸レンズに入射するようにしたレンズ群より
なる第２の光学手段とを組み合わせ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6559787A JPH0793260B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 単結晶薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6559787A JPH0793260B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 単結晶薄膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63233517A JPS63233517A (ja) | 1988-09-29 |
| JPH0793260B2 true JPH0793260B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13291586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6559787A Expired - Lifetime JPH0793260B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 単結晶薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793260B2 (ja) |
-
1987
- 1987-03-23 JP JP6559787A patent/JPH0793260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63233517A (ja) | 1988-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |