JPS6362089B2 - - Google Patents

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JPS6362089B2
JPS6362089B2 JP58047956A JP4795683A JPS6362089B2 JP S6362089 B2 JPS6362089 B2 JP S6362089B2 JP 58047956 A JP58047956 A JP 58047956A JP 4795683 A JP4795683 A JP 4795683A JP S6362089 B2 JPS6362089 B2 JP S6362089B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体薄膜等の製造に用いられるレ
ーザアニーリング装置に関する。
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。また、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、レーザビームの形
状が丸形であるため、レーザビームを第１図のご
とく多結晶シリコン膜に照射しつつ、走査方向８
０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くる。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と
いう欠点があつた。
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
ことができるレーザアニーリング装置を提供する
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薄膜を走査し再結晶化す
ること特徴とするレーザアニーリング装置が得ら
れる。
次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。本発明の一実施例は、第２図ａに示すよ
うにレーザ光源部１００から出たガウス型の強度
分布を有するレーザビーム４０はレーザビーム走
査部２００により任意の速度で走査され、レーザ
ビーム成形部３００を通過することによつて多峰
型の強度分布を有するレーザビーム４２に変換さ
れ、次いで試料保持部４００に保持された試料に
照射される。このとき第２図ｂに示すようにレー
ザ光源部１００から出たガウス型の強度分布を有
するレーザビーム４０は、まず先にレーザビーム
成形部３００を通過した多峰型の強度分布を有す
るレーザビーム４２に変換されしかも後にレーザ
ビーム走査部２００により走査されてもよい。
ａ，ｂのレーザビーム走査部２００は具体的には
回転ミラーかあるいはＸ−Ｙ移動テーブルに固定
されたミラーのいずれでもよい。また、第２図ｃ
に示すようにレーザ光源部１００から出たガウス
型の強度分布を有するレーザビーム４０はレーザ
ビーム成形部３００を通過して多峰型の強度分布
を右するレーザビーム４２に変換され、試料保持
部４００に保持された試料に照射され、一方試料
保持部４００はレーザビーム走査部２００具体的
にはＸ−Ｙ移動ステージによつて駆動され、結果
としてレーザビーム走査を実現してもかまわな
い。
次に、本発明の要点をさらに詳しく説明するた
めに多峰型の強度分布を有するレーザビーム４２
のなかで最も単純で基本的である双峰型の強度分
布を有するレーザビーム４１を用いた実施例につ
いて図を用いて説明する。
第３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
るレーザビームは、一般に特定の方向に偏光して
いるのでまず1/4波長板または1/2波長板５１によ
り円偏光となり、さらに水晶等による複屈折板５
２を通過して、常光および異常光の２本のビーム
に分離する。この分離距離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、第４図に示すように双峰型
の強度分布を有するレーザビーム４１が得られ
る。このようにして得られた双峰型レーザビーム
４１により前記多結晶シリコン膜３０を走査方向
８０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４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
向に集まつてくるが、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央位置に存在する
結晶粒が再結晶化の核として継続して優先される
ことになり広い面積にわたり単結晶化をはかるこ
とができる。
以上の説明では複屈折板３２は１枚であるため
に得られたレーザビーム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５図に示すように第１の1/4波長板または1/2
波長板５３を通過後、第１複屈折板５４を通過
し、次に第２の1/4波長板または1/2波長板５５を
通過後、第１の複屈折板５４での常光と異常光と
の分離距離の２倍の分離距離を実現する第２の複
屈折板５６を通過し、さらに、第３の1/4波長板
または1/2波長板５７を通過後、第２の複屈析板
５６での常光と異常光との分離距離の２倍の分離
距離を実現する第３の複屈折板５８を通過すると
いつた構造によりレーザビーム成形部３００を構
成すれば、第１の複屈折板５４を通過後分離し、
直線偏光となつたレーザビームは第２の1/4波長
板または1/2波長板５５により円偏光となる。こ
の段階ではレーザビームの強度分布は第６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５４の厚さによつて決
定される。次に第２の複屈折板５６を通過後さら
に分離し、直線偏光となつたレーザビームは第３
の1/4波長板または1/2波長板５７により円偏光と
なる。この段階ではレーザビームの強度分布は第
６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５８を通過すればさらにまた分離
し、レーザビームの強度分離は第６図ｃのごと
く、８つのピークを有し、これら８つのピークの
間隔はいずれもＬとなる。
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。
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
は直接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。
また、以上の説明におけるレーザ光の光源とし
ては連続発振のレーザであればよく、例えばアル
ゴンレーザなどのガスレーザの他YAGレーザ、
ルビーレーザなどの固体レーザも用いることがで
きる。
なお、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。
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、また、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が接
しているような構造であつてもよい。
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、
必ずしもこれに限る必要はなく、表面に酸化シリ
コン膜窒化シリコン膜などの保護膜が形成されて
いてもよい。また、以上の説明では雰囲気ガスに
ついて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例えば窒素やAr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。
さらにまた、以上の説明では多結晶シリコン膜
を例として説明したが、これに限られることな
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非晶質シ
リコン膜は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。あるいはまた他
の半導体例えばゲルマニウムあるいは−族や
−族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、タンタル
シリサイド、タングステンシリサイド等のシリサ
イドであつてもよい。
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ン等も用いることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第６図は、この発明の実施例を説明す
るための図である。 図において、１０……単結晶シリコン基板、２
０……酸化シリコン膜、３０……多結晶シリコン
膜、４０……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、４２……多峰型の強度分布を有するレ
ーザビーム、５１……1/4波長板または1/2波長
板、５２……複屈折板、５３……第１の1/4波長
板または1/2波長板、５４……第１の複屈折板、
５５……第２の1/4波長板または1/2波長板、５６
……第２の複屈折板、５７……第３の1/4波長板
または1/2波長板、５８……第３の複屈折板、６
１……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、８
０……レーザビーム走査方向、１００……レーザ
光源部、２００……レーザビーム走査部、３００
……レーザビーム成形部、４００……試料保持
部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ レーザ光を発振するレーザ光源部と、レーザ
    ビーム成形部と、レーザビームを試料上で走査す
    るレーザビーム走査部と、試料保持部とを備えた
    レーザアニーリング装置において、前記レーザビ
    ーム成形部が前記レーザ光源部から見て1/4波長
    板と複屈折板あるいは1/2波長板と複屈折板とが
    この順にくみあわされたものを少なくとも一組備
    えてなることを特徴とするレーザアニーリング装
    置。
JP58047956A 1983-03-24 1983-03-24 レ−ザアニ−リング装置 Granted JPS59175115A (ja)

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JP58047956A JPS59175115A (ja) 1983-03-24 1983-03-24 レ−ザアニ−リング装置

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JPS6362089B2 true JPS6362089B2 (ja) 1988-12-01

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