JPS6320012B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6320012B2
JPS6320012B2 JP57227587A JP22758782A JPS6320012B2 JP S6320012 B2 JPS6320012 B2 JP S6320012B2 JP 57227587 A JP57227587 A JP 57227587A JP 22758782 A JP22758782 A JP 22758782A JP S6320012 B2 JPS6320012 B2 JP S6320012B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
birefringent plate
film
intensity distribution
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57227587A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59121822A (ja
Inventor
Hisaaki Aizaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP57227587A priority Critical patent/JPS59121822A/ja
Publication of JPS59121822A publication Critical patent/JPS59121822A/ja
Publication of JPS6320012B2 publication Critical patent/JPS6320012B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H10P14/3814—Continuous wave laser beam
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
    • H10P14/2901—Materials
    • H10P14/2902—Materials being Group IVA materials
    • H10P14/2905—Silicon, silicon germanium or germanium
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/32—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H10P14/3202—Materials thereof
    • H10P14/3238—Materials thereof being insulating materials
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3451—Structure
    • H10P14/3452—Microstructure
    • H10P14/3458—Monocrystalline
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H10P14/381—Beam shaping, e.g. using a mask
    • 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
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/382—Scanning of a beam

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路や半導体装置等の製造に用い
られる半導体薄膜の製造方法に関する。
近年、半導体集積回路の高密度化が進むに伴い
半導体集積回路の各素子寸法の微細化をはかつて
横方向の集積度を向上させる他に、いつたん形成
された素子構造の上に絶縁膜を全面にわたつて形
成し、さらにこの絶縁膜上に半導体薄膜を設け
て、この半導体薄膜を用いて素子を形成するとい
うようないわゆる三次元構造が盛んに研究開発さ
れている。とくに絶縁膜上に形成した多結晶シリ
コン膜をレーザビームにより照射し再結晶化させ
る方法が注目されている。又、半導体集積回路の
高速化が進むに伴い、半導体集積回路の各素子あ
るいは配線部分と基板シリコンとの間の電気容量
を小さくすることが重要な課題となつている。こ
れまでによく用いられているpn接合分離と比較
すると、絶縁膜上に形成したシリコン膜を用いれ
ば、寄生容量を小さくできるのでこの意味でもレ
ーザビームによる再結晶化技術すなわちレーザア
ニーリング技術が注目されている。しかし、現在
の段階では半導体集積回路を形成する目的に対し
て十分良好な結晶性を得るに至つていない。
以上説明した絶縁膜上のシリコン膜の結晶性が
十分良好でない原因の一つは、レーザビーム４０
の形状が丸形であるため、レーザビームを前述の
ごとく多結晶シリコン膜に照射しつつ走査方向１
の方向に走査すると、多結晶シリコン膜はいつた
ん溶融し、再結晶化するがこのとき第１図のごと
く再結晶化の進行する方向７０は、レーザビーム
の形状から決定され、周辺より中央に集まつて来
る。その結果レーザビームで走査した際、再結晶
化の核として特定の位置の結晶粒が優先されるこ
となく、周辺部からのランダムな核発生を伴うこ
とになり広い面積にわたり単結晶化をはかること
ができない。
本発明の目的は、レーザビームで走査する際に
再結晶化の核として特定の位置の結晶粒が優先さ
れ、その結果広い面積にわたり単結晶化をはかる
ことができるような半導体薄膜の製造方法を提供
することにある。
本発明によれば、強度分布形状として通常のガ
ウス型ではなくガウス型分布が複数個連なつた多
峰型の分布を示すようなレーザビームにより、絶
縁膜上の多結晶あるいは非晶質半導体薄膜を走査
し、再結晶化することを特徴とする半導体薄膜の
製造方法が得られる。
次に本発明の一実施例について図面を参照して
説明する。
まず第２図に示すように、単結晶シリコン基板
１０の表面に熱酸化法などにより酸化シリコン膜
２０を形成し、次いで多結晶シリコン膜３０を全
面にわたつて形成する。一方ガウス型の強度分布
を有するレーザビーム４０は、いつたん水晶の複
屈折板５０を透過し、２本のビームに分離する。
この分離幅が複屈折板入射前のレーザビーム径に
くらべ小さくなるように複屈折板の厚さを決定す
れば、複屈折板５０を透過後のレーザビーム４１
の強度分布は第３図に示すように多峰型となる。
水晶の複屈折板としては例えば表面が光学主軸
に対し45度角度を有するサバール板が用いられる
が、これに限られるものではなく、常光と異常光
が一定の間隔に分離されるものであればよい。
このようにして得られた多峰型レーザビーム４
１により前記多結晶シリコン膜３０を走査方向１
の方向に走査すると、多結晶シリコン膜はいつた
ん溶融し、再結晶化するが、このとき、第３図の
ごとく再結晶化の進行する方向７０はレーザビー
ムの形状から決定され、周辺部６１では中央方向
に集まつて来るが、中央部６２では周辺方向へ広
がつていく。従つて周辺部６１では再結晶化の核
として特定の位置の結晶粒が優先されることな
く、周辺部からのランダムな核発生を伴うことに
なり、広い面積にわたり単結晶化をはかることが
できない。これに対し、中央部６２では、再結晶
化の核として双峰型強度分布の中心位置に存在す
る結晶粒が、再結晶化の核として継続して優先さ
れることになり、広に面積にわたり単結晶化をは
かることができる。例えば、試料上での直径が
30μｍであるような波長約0.5μｍの連続発振アル
ゴンレーザーを用い、板厚3.40mmの水晶複屈折サ
バール板を用いれば、試料上でのレーザビーム分
離間隔は20μｍとなり、0.27μｍ膜厚の酸化シリコ
ン膜上の0.65μｍ膜厚の多結晶シリコン膜を溶融
再結晶化するには５〜40mm／secの走査速度では
4.3W〜5.8Wのレーザビームパワーで走査すれば
よい。なお走査速度は必ずしもこれに限られる必
要はなく、レーザパワーによつては数ｍ／secで
あつてもよい。
以上の説明では、複屈折板５０は１枚であるた
めに、複屈折板５０を透過後のレーザビーム４１
の強度分布は双峰型となつているが、必ずしもこ
れに限られるわけではなく、第４図に示すように
厚さＴの第１の複屈折板５１を透過後第１の1/4
波長板５２を透過し、さらに厚さ2Tの第２の複
屈折板５３を透過した後、第２の1/4波長板５４
を透過して、さらにまた厚さ4Tの第３の複屈折
板５５を透過するといつた構造にすれば、第１の
複屈折板５１を透過後分離し、直線偏光となつた
レーザビームは第１の1/4波長板５２を透過して
円偏光となる。この段階では、レーザビームの強
度分布は、第５図ａのごとく２つのピークを有
し、これら２つのピークの間隔Ｌは第１の複屈折
板５１の厚さによつて決定される。さらに第２の
複屈折板５３を透過後、さらに分離し、直線偏光
となつたレーザビームは第２の1/4波長板５４を
透過して円偏光となる。この段階ではレーザビー
ムの強度分布は第５図ｂのごとく４つのピークを
有し、これら４つのピークの間隔はいずれもＬと
なる。また、さらに第３の複屈折板５５を透過す
れば、さらにまた分離し、レーザビームの強度分
布は、第５図ｃのごとく、８つのピークを有す
る。このように多数の複屈折板を組み合わせて使
うことにより多数のピークを有するレーザビーム
強度分布が得られ、広い面積を１回の走査で溶
融・再結晶化し、広い単結晶化領域を得ることが
できる。また、以上の説明では入射するガウス型
強度分布を有するレーザビーム４０は円偏光であ
るとみなし、複屈折板５０あるいは第１の複屈折
板５１に直接入射する場合について説明したが、
通常レーザ発振器から出射されるレーザ光は直線
偏光となつているので、複屈折板５０あるいは第
１の複屈折板５１に入射する前に1/4波長板を配
設し、円偏光となるようにすればよい。
なおまた、以上の説明では、直線偏光を円偏光
にするために、1/4波長板を用いた例について説
明したが、必ずしもこれに限られる必要はなく、
次の複屈折板で常光と異常光に分れる際に両者の
強度が等しくなるように偏光の成分を調整できる
ものであればよく、例えば1/2波長板を用いても
よい。
また、以上の説明では複屈折板に入射するレー
ザビームが円偏光である場合について説明したが
必ずしもこれに限られる必要はなく、楕円偏光あ
るいは直線偏光であつても複屈折板の主軸方向に
対する偏光面の角度を適当に選べば、複屈折板で
常光と異常光に分れる際に両者の強度が等しくな
るように調整することができる。
なお、以上の説明では絶縁膜として、熱酸化法
による酸化シリコン膜を用いた例について説明し
たが、これに限られることはなく、CVD法など
他の製法による絶縁膜であつてもよいし、また、
窒化シリコン膜など他の種類の絶縁膜であつても
よい。
なお、以上の説明では、単結晶シリコン基板上
の全面にわたつて絶縁膜が存在している構造につ
いて説明したが、これに限られることなく、絶縁
膜の一部が除去され、そこでは、単結晶シリコン
基板と絶縁膜上に形成した多結晶シリコン膜とが
接しているような構造であつてもよい。以上の説
明では連続発振のアルゴンレーザのようなガスレ
ーザを例にして説明したが、これに限られる必要
はなく、他の連続発振レーザ例えばYAGレーザ、
ルビーレーザ等を用いてもよい。
また、以上の説明では発振レーザビームの形状
は通常のガウス分布のまま複屈折板を通過させた
が、これに限られる必要はなく、特定の形状を有
するアパーチヤあるいはレンズまたはミラーなど
の光学系を通すことにより形状を変形させた後で
あつてもよい。
また、以上の説明では表面に何ら保護膜をほど
こさない多結晶シリコン膜について説明したが、
必ずしもこれに限られる必要はなく表面に酸化シ
リコン膜あるいは窒化シリコン膜などの保護膜を
有している場合であつてもよい。また以上の説明
では雰囲気ガスについては何ら述べなかつたが、
空気中でもよいし、真空中でも又、特定のガス中
でもよい。またガス圧も、低圧中でも、大気圧で
も、加圧中でもよい。
また多結晶シリコン膜でなく非晶質シリコン膜
であつてもよく、これまでの実験結果を考慮する
と、この多結晶または非晶質シリコン膜はシリコ
ン以外の不純物を含んでいてもよいし、極めて純
粋なシリコンであつてもよい。
また、前記実施例では複屈折板として水晶を用
いたが、他にも方解石やルチル等も用いることが
できる。
さらにまた、以上の説明では、半導体としてシ
リコンを例として説明したが、これに限られるこ
となく他の半導体例えばゲルマニウムあるいは
−族の元素を構成要素とする化合物半導体であ
つてもよいし、半導体以外で鉄、銅、アルミニウ
ム、タンタル、ニツケル、モリブデン、タングス
テン等の金属や、ニツケルシリサイド、モリブデ
ンシリサイド、タングステンシリサイド、タンタ
ルシリサイド等のシリサイドであつてもよいこと
はいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例を説明するための図である。第
２図〜第５図は、本発明の一実施例を説明するた
めの図である。図において１……レーザビーム走
査方向、１０……単結晶シリコン基板、２０……
酸化シリコン膜、３０……多結晶シリコン膜、４
０……ガウス型の強度分布を有するレーザビー
ム、４１……双峰型の強度分布を有するレーザビ
ーム、５０……複屈折板、５１……第１の複屈折
板、５２……第１の1/4波長板、５３……第２の
複屈折板、５４……第２の1/4波長板、５５……
第３の複屈折板、６１……レーザビーム周辺部、
６２……レーザビーム中央部、７０……再結晶化
の進行する方向。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 強度分布が多峰型であるレーザビームを、表
    面に絶縁膜及び多結晶あるいは非晶質半導体薄膜
    がこの順に形成された基板に照射することによつ
    て前記半導体薄膜を再結晶化する半導体薄膜の製
    造方法において、複屈折板を単独あるいは複数組
    み合わせてガウス型強度分布のレーザビームを多
    峰型強度分布のレーザビームに変換することを特
    徴とする半導体薄膜の製造方法。
JP57227587A 1982-12-28 1982-12-28 半導体薄膜の製造方法 Granted JPS59121822A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57227587A JPS59121822A (ja) 1982-12-28 1982-12-28 半導体薄膜の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57227587A JPS59121822A (ja) 1982-12-28 1982-12-28 半導体薄膜の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59121822A JPS59121822A (ja) 1984-07-14
JPS6320012B2 true JPS6320012B2 (ja) 1988-04-26

Family

ID=16863251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57227587A Granted JPS59121822A (ja) 1982-12-28 1982-12-28 半導体薄膜の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59121822A (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6319809A (ja) * 1986-07-14 1988-01-27 Agency Of Ind Science & Technol レ−ザビ−ムアニ−ル装置
US4888302A (en) * 1987-11-25 1989-12-19 North American Philips Corporation Method of reduced stress recrystallization
US5529951A (en) * 1993-11-02 1996-06-25 Sony Corporation Method of forming polycrystalline silicon layer on substrate by large area excimer laser irradiation
JP2002158184A (ja) * 2000-11-16 2002-05-31 Mitsubishi Electric Corp レーザ熱処理用のレーザ光学系
JP5235073B2 (ja) * 2007-03-05 2013-07-10 株式会社アルバック レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59121822A (ja) 1984-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5264072A (en) Method for recrystallizing conductive films by an indirect-heating with a thermal-conduction-controlling layer
US4774561A (en) Semiconductor device
KR900002686B1 (ko) 열전도 제어층을 사용하여 간접가열 함으로써 도전성막을 재결정화하는 방법
JP3305206B2 (ja) レーザ加工装置
EP0184290B1 (en) Process for the production of semiconductor devices using a dual peak laser beam
JPS6362089B2 (ja)
JPS62160712A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS59121822A (ja) 半導体薄膜の製造方法
JPS641046B2 (ja)
JPS6018913A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2002158184A (ja) レーザ熱処理用のレーザ光学系
JPS59224114A (ja) 単結晶半導体薄膜の製造方法
JPH0142126B2 (ja)
JPS62219510A (ja) 単結晶島状領域の形成方法
JPH07297289A (ja) ヒューズ構造の切断方法およびヒューズ構造切断装置
JPH0442358B2 (ja)
JPS6254910A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS59151421A (ja) レ−ザアニ−ル装置
JPS62243314A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0261145B2 (ja)
JPS63110747A (ja) 半導体集積回路装置
JPH0387017A (ja) 溶融再結晶化法による半導体薄膜の製造方法
JPS61142735A (ja) 半導体単結晶薄膜の製造方法
JPH0232747B2 (ja)
JPH0729869B2 (ja) 半導体装置の製造方法