JPS62160781A - レ−ザ光照射装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は結晶欠陥の発生の少ない熔融再結晶化シリコ
ン層を得るためのレーザ光照射装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来半導体装置の製造技術として、絶縁層上に多結晶シ
リコン層を形成し、これをレーザビームで照射すること
によって一部分を溶融させ、これをビームの走査ととも
に移動せしめて再結晶化させることにより、大結晶粒の
シリコン層が得られるようにしたものがある。この技術
は、高速、高信頼性の３０１　　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏ
ｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造のＣＭＯ３−ＬＳＩや三
次元回路素子の形成を可能とするもので、各所で鋭意研
究が続けられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図は双峰形の強度分布を有するレーザビ−ムを、２
２ａ上にＳ　ｉ　Ｏ２Ｆｆ　２２　ｂを形成し、その上
に多結晶シリコン層２２Ｃを形成してなる試料ウェハ２
２に照射し、かつ走査を行った際の、ビーム照射による
溶融領域Ａと、その後方に形成される単結晶域Ｂ、及び
多結晶域Ｃ（結晶粒界を有する領域）を示す図であり、
以下従来の問題点を第２図を用いて説明する。

従来、良質のシリコン単結晶層を得る手法として、第２
図に示すように、レーザ光が照射される多結晶シリコン
層２２ｃ内の温度分布を、移動方向と垂直方向で双峰形
とする、あるいは周期的に変化させることが行われてき
た。このようにすれば、第２図に示すように、低温部か
ら固化が始まり、両側の高温部へと成長を進ませること
によって核発生を極力抑え、優先な軸方向が１つだけそ
の領域内で生き残り、大面積にわたって・単結晶化が行
われることとなる。

このような温度分布はレーザビームの強度分布をレンズ
等の光学系で変化させることによって形成することがで
きる。また試料に反射防止膜や放熱状態の差をつけるこ
とによっても形成可能である。

しかしこのような従来の装置においては、レーザ光源を
２本備えた装置であっても、走査方向におけるビームは
１本分の幅しかもたず、その径はたかだか１００μｍ程
度にすぎない。従ってビームの走査とともにその後端、
すなわちシリコン層の熔融部の後端で固化が生じる際に
、その部分に”はすでに加熱源がないため急激な冷却が
進み、シリコン層の収縮や結晶成長速度のバラツキを生
じて結晶欠陥の発生原因となっていた。つまり、単結晶
ではあっても結晶欠陥を多く含む、再結晶化シリコン層
が形成されていたわけである。

この発明は上記のような従来の問題点を解消するために
なされたもので、結晶欠陥の少ない、再結晶化シリコン
層を得ることのできるレーザ光照射装置を得ることを目
的としている。

（問題点を解決するための手段〕 この発明に係るレーザ光照射装置は、レーザビームの強
度分布を双峰形状とする、あるいは周期的に変化させる
、あるいは均一な台形形状とする光学系に加えて、上記
レーザビームとして少なくとも２本のビームを設け、そ
の主、副両ビームの中心を走査方向の同一線上に配置し
、強度の高い主、副の順に走査するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、２本のレーザビームの１つである
主レーザビームを従来のレーザ光照射装置と同じく、絶
縁層上の多結晶シリコン層を溶融再結晶化するためのレ
ーザパワー、強度分布、走査速度等の条件を決定するの
に用い、他の補助レーザビームを主レーザビームより後
に位置させ、かつそのレーザ光強度を再結晶化シリコン
層を再び熔融することのない１０００〜１２００℃程度
に保つような弱い強度に保つことにより、熔融・固化界
面での温度勾配を比較的ゆるやかに保つことができ、結
晶欠陥が発生するような歪や異常成長の要因を除去でき
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例によるレーザ光照射装置を示
し、図において、１０は連続発振のアルゴンレーザであ
る。ガウス分布の強度を有するレーザ１０からのレーザ
光はミラー１１によってウェハ２２方向へと導びかれ、
ビームエキスパンダ１２によってビーム径を整のえられ
る。そして該ビームの強度のｉｌｌ整を１／２波長板と
グラムトムソンプリズムからなるパワーアジャスタ１３
で行い、ビーム強度分布変更器１４によってビームの強
度分布を双峰形に変化させる。そして、ミラー１５でビ
ームの一部を分岐し、主ビームである第１のレーザビー
ムはカマポコレンズ１６に入射させ、ビーム形状をさら
に偏平化させて、ウェハ２２に照射する。この主ビーム
の電界ベクトルの偏光方向は紙面に平行となるようにし
ている。

一方、ミラー１５で分岐された第２のビームである補助
レーザビームについては、パワーアジャスタ１７で強度
を調整した後、電界ベクトルの偏光方向を紙面に垂直に
回転させる（回転手段は図示せず）。なおこれは主、朝
雨ビームが干渉を行さないためである。そして、ミラー
１８．ビームエキスパンダ１９によりスポットを拡大し
、偏光ビームスプリッタ２１によって主ビームと中心を
若干ずらせ、走査時に後方を走査するようにして光路を
合わせ、ウェハ２２に照射する。

第３図は上記実施例の第２の補助レーザビームを第１の
主レーザビームと重ねて走査する際の該両ビームの配置
及び強度分布（図（ａ））、再結晶化シリコン層内の温
度分布（図（ｂ））を示し、本実施例では上記の構成を
用いて、この図に示すように、第１のレーザビームは従
来と同じく絶縁層上の多結晶シリコン層を溶融再結晶化
するための、レーザパワー、強度分布、走査速度等の条
件を決定するのに用い、再結晶化シリコン層を再び熔融
することのない１０００〜１２００℃程度に保つような
弱い強度（溶融に必要な強度りより低い強度）の第２の
レーザビームを少なくとも第１のレーザビームより後の
位置を含んで位置させ、両ビームで走査を行なうことに
より、欠陥の少ない高品質の再結晶化シリコン層が得ら
れる。

なお上記実施例では、レーザビームに双峰形の強度分布
を持たせたが、このビーム強度は正弦波等の周期的変化
をするもの、均一な（等脚）台形形状等でもよい、また
第２のレーザビームのビーム径はビームエキスパンダ１
９を用いて決定したが、これはレンズ径による焦点調節
で行ってもよい。

またレーザビームを分岐する代わりに２本のレーザ光源
を用いてもよく、上記実施例と同じ効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、レーザによりポリシ
リコン層の再結晶化を行なうレーザ光照射装置において
、再結晶化を行なう主レーザビームと同じ方向に走査を
行なう強度の低い補助レーザビームを設け、これにより
溶融固化の界面での温度勾配を制御するようにしたので
、結晶欠陥の少ない高品質の再結晶化シリコン層が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるレーザ光照射装置を
示す構成図、第２図は双峰形の強度分布を有するレーザ
ビームを多結晶シリコン層、５１０２屓、基板シリコン
からなる試料ウエノ１に照射し、かつ走査を行った際、
ビーム照射により溶融領域と、その後方に単結晶域、及
び多結晶域が形成されることを説明する図、第３図は上
記実施例の第２の補助レーザビームを第１の主レーザビ
ームと重ねて走査する際の該両ビームの配置及び強度分
布（図（ａ））、再結晶化シリコン層内の温度分布（図
（ｂ））を示す図である。 １０は連続発振のアルゴンレーザ、１１．１８゜２０は
ミラー、１２．１９はビームエキスパンダ、１３．１７
はパワーアジャスタ、１４はビーム度分布変化光学系、
１５はビーム分割用部分透過ミラー、２１は偏光ビーム
スプリッタ、２２は試料ウェハである。 出願人　工業技術院長　　等　々　力　　達第２図 第３図 αｚ　−Ｍ、／ｉ ケ ぴＪ　　：ｉｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続発振のレーザビームを放射するレーザ光源と
   、 この光源からのレーザビームを集光もしくは拡大しかつ
   ビーム面内の強度分布を所望の分布に変化させる光学系
   と、 上記レーザビームとビームが照射されるべき試料ウェハ
   とを相対的に移動せしめる走査系とを備え、 上記レーザビームとして主レーザビームとこれより強度
   の低い補助レーザビームとを用い、上記補助レーザビー
   ムを上記主レーザビームと同一の走査方向に該主レーザ
   ビームの後から走査するようにしたことを特徴とするレ
   ーザ光照射装置。
2. （２）上記光学系は、上記ビーム面内の強度分布を双峰
   形とする、あるいは周期的に変化させる、あるいは均一
   な台形形状とするものであることを特徴とするものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ
   光照射装置。