JPH1032166A - レーザーアブレーション法による結晶薄膜の形成方法 - Google Patents
レーザーアブレーション法による結晶薄膜の形成方法Info
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- JPH1032166A JPH1032166A JP18625896A JP18625896A JPH1032166A JP H1032166 A JPH1032166 A JP H1032166A JP 18625896 A JP18625896 A JP 18625896A JP 18625896 A JP18625896 A JP 18625896A JP H1032166 A JPH1032166 A JP H1032166A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融再結晶化によりクラック等の欠陥を発生
させずに膜厚全体にわたって均一に再結晶化でき、大粒
径の結晶薄膜を形成することができるレーザーアブレー
ション法による結晶薄膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 ターゲットにレーザー光を照射し、該照
射による該ターゲットからの放出物を基板上に堆積させ
る段階と、その後に該堆積による堆積層にレーザー光を
照射して溶融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶
化サイクルを複数回行うことによって所定膜厚の結晶薄
膜を形成するか、または上記堆積・再結晶化サイクルを
少なくとも１回行った後に、上記堆積させる段階のみを
行って上記溶融再結晶化による結晶層上にエピタキシャ
ル成長させることによって所定膜厚の結晶薄膜を形成す
る。
させずに膜厚全体にわたって均一に再結晶化でき、大粒
径の結晶薄膜を形成することができるレーザーアブレー
ション法による結晶薄膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 ターゲットにレーザー光を照射し、該照
射による該ターゲットからの放出物を基板上に堆積させ
る段階と、その後に該堆積による堆積層にレーザー光を
照射して溶融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶
化サイクルを複数回行うことによって所定膜厚の結晶薄
膜を形成するか、または上記堆積・再結晶化サイクルを
少なくとも１回行った後に、上記堆積させる段階のみを
行って上記溶融再結晶化による結晶層上にエピタキシャ
ル成長させることによって所定膜厚の結晶薄膜を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアブレー
ション法による結晶薄膜の形成方法に関する。
ション法による結晶薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ー光を照射し、該照射による該ターゲットからの放出物
を基板上に堆積させて薄膜を形成するレーザーアブレー
ション法による薄膜の形成方法が知られている。レーザ
ーアブレーション法には下記のように優れた利点があ
る。すなわち、真空チャンバ内でターゲットから放出
された原子、分子、イオンのみを成膜材料とするため、
不純物の極めて少ない高純度の薄膜が得られ、成膜時
の圧力、基板温度、成膜速度など多くのパラメータを独
立に設定できるので、望みの薄膜に対して最適の成膜条
件を自由に選定でき、成膜速度が速く、成膜プロセス
も簡単であるため成膜コストを低減できる。
ー光を照射し、該照射による該ターゲットからの放出物
を基板上に堆積させて薄膜を形成するレーザーアブレー
ション法による薄膜の形成方法が知られている。レーザ
ーアブレーション法には下記のように優れた利点があ
る。すなわち、真空チャンバ内でターゲットから放出
された原子、分子、イオンのみを成膜材料とするため、
不純物の極めて少ない高純度の薄膜が得られ、成膜時
の圧力、基板温度、成膜速度など多くのパラメータを独
立に設定できるので、望みの薄膜に対して最適の成膜条
件を自由に選定でき、成膜速度が速く、成膜プロセス
も簡単であるため成膜コストを低減できる。
【０００３】特に、レーザーアブレーション法による良
質のシリコン薄膜製造技術は、低コスト・高効率の薄膜
型太陽電池や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電子・光
デバイスの実用化技術として期待されている。また、ダ
イヤモンド状カーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon)
薄膜、高温超電導薄膜、強誘電体薄膜の成膜技術として
も活発に研究が行われている。
質のシリコン薄膜製造技術は、低コスト・高効率の薄膜
型太陽電池や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電子・光
デバイスの実用化技術として期待されている。また、ダ
イヤモンド状カーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon)
薄膜、高温超電導薄膜、強誘電体薄膜の成膜技術として
も活発に研究が行われている。
【０００４】しかし、レーザーアブレーション法には、
ターゲットからの放出物が完全には原子、分子、イオン
のみでなく未解離の粒子（クラスター）をも含んでお
り、これが薄膜中に混入するという問題があった。更
に、高真空下で残存する酸素が薄膜中に混入するという
問題もあった。例えば、シリコン薄膜を電子・光デバイ
スに用いる場合、薄膜中に粒子が存在するとデバイス機
能が阻害され、薄膜中に酸素が含有されると電気特性
（抵抗率）、光学特性（光吸収）といった半導体として
の基礎物性に悪影響がある。
ターゲットからの放出物が完全には原子、分子、イオン
のみでなく未解離の粒子（クラスター）をも含んでお
り、これが薄膜中に混入するという問題があった。更
に、高真空下で残存する酸素が薄膜中に混入するという
問題もあった。例えば、シリコン薄膜を電子・光デバイ
スに用いる場合、薄膜中に粒子が存在するとデバイス機
能が阻害され、薄膜中に酸素が含有されると電気特性
（抵抗率）、光学特性（光吸収）といった半導体として
の基礎物性に悪影響がある。
【０００５】粒子混入の防止策としては、例えば特開平
５−２７９８４８号公報に開示されているように、レー
ザーアブレーションによるターゲットからの放出物に、
別のレーザー光を照射して放出物中のクラスターを解離
させることにより、粒子の混入を低減する等の方法が提
案されている。その他にも、扇形静電電極を用いてイオ
ンだけを取り出す（特開平５−２４７６３３号公報）、
ターゲットと基板ホルダーとの間に一対の平板電極を設
置し、チャージアップした粒塊を電極に吸着する（特開
平５−２７９８４４号公報）、一対の永久磁石の磁気ギ
ャップにレーザー光を照射することによりドロップレッ
トの混入を避ける（特開平４−３６２１７１号公報）、
ターゲット側面に一対のミラーを設けて粒子分解用レー
ザー光を多重反射させることによりドロップレットを蒸
発させる（特開平５−４４０２２号公報）、基板・ター
ゲット間に電極を設けて、レーザー光照射と同期してプ
ラズマを発生させる（特開平３−１６４４０７号公
報）、基板・ターゲット間に導電性の筒体を設けてプラ
ズマを発生させる（特開平４−２１９３０２号公報）等
の方法が提案されている。
５−２７９８４８号公報に開示されているように、レー
ザーアブレーションによるターゲットからの放出物に、
別のレーザー光を照射して放出物中のクラスターを解離
させることにより、粒子の混入を低減する等の方法が提
案されている。その他にも、扇形静電電極を用いてイオ
ンだけを取り出す（特開平５−２４７６３３号公報）、
ターゲットと基板ホルダーとの間に一対の平板電極を設
置し、チャージアップした粒塊を電極に吸着する（特開
平５−２７９８４４号公報）、一対の永久磁石の磁気ギ
ャップにレーザー光を照射することによりドロップレッ
トの混入を避ける（特開平４−３６２１７１号公報）、
ターゲット側面に一対のミラーを設けて粒子分解用レー
ザー光を多重反射させることによりドロップレットを蒸
発させる（特開平５−４４０２２号公報）、基板・ター
ゲット間に電極を設けて、レーザー光照射と同期してプ
ラズマを発生させる（特開平３−１６４４０７号公
報）、基板・ターゲット間に導電性の筒体を設けてプラ
ズマを発生させる（特開平４−２１９３０２号公報）等
の方法が提案されている。
【０００６】また、酸素含有の防止策としては、シラン
ガス導入（特願平８−８６４４）やイオンビームアシス
ト（特願平８−８６１９）がいずれも本出願人により開
示されている。上記提案された方法はいずれも粒子混入
および酸素含有の防止に対しては有効であるが、結晶質
の薄膜を形成することは困難であった。特に、基板と材
質が異なるヘテロエピタキシャル結晶薄膜の成長や低温
下での結晶成長は困難であった。
ガス導入（特願平８−８６４４）やイオンビームアシス
ト（特願平８−８６１９）がいずれも本出願人により開
示されている。上記提案された方法はいずれも粒子混入
および酸素含有の防止に対しては有効であるが、結晶質
の薄膜を形成することは困難であった。特に、基板と材
質が異なるヘテロエピタキシャル結晶薄膜の成長や低温
下での結晶成長は困難であった。
【０００７】一方、レーザー照射による溶融再結晶化技
術が知られている。例えば、１９９４年春季第４１回応
用物理学会関係連合講演会において、「エキシマレーザ
ー結晶化Poly-Si 膜の表面性状とTFT 特性」（半導体エ
ネルギー研究所）、「エキシマレーザーアニールによる
Poly-Si 薄膜の残留応力」（ＮＥＣ機能エレクトロニク
ス研究所）、「エキシマレーザーアニールによるa-Si薄
膜のPoly-Si 化」（東京エレクトロン）等の報告がなさ
れている。また、特開平６−１８８１９０号公報および
特開平３−２４８５７４号公報においても、レーザー溶
融再結晶化技術が開示されている。従来は、これらの技
術を利用して、非晶質の堆積膜にレーザー光を照射して
溶融再結晶化させ結晶薄膜を得る方法が採られていた。
術が知られている。例えば、１９９４年春季第４１回応
用物理学会関係連合講演会において、「エキシマレーザ
ー結晶化Poly-Si 膜の表面性状とTFT 特性」（半導体エ
ネルギー研究所）、「エキシマレーザーアニールによる
Poly-Si 薄膜の残留応力」（ＮＥＣ機能エレクトロニク
ス研究所）、「エキシマレーザーアニールによるa-Si薄
膜のPoly-Si 化」（東京エレクトロン）等の報告がなさ
れている。また、特開平６−１８８１９０号公報および
特開平３−２４８５７４号公報においても、レーザー溶
融再結晶化技術が開示されている。従来は、これらの技
術を利用して、非晶質の堆積膜にレーザー光を照射して
溶融再結晶化させ結晶薄膜を得る方法が採られていた。
【０００８】しかし、所定膜厚の堆積膜をレーザー光照
射により溶融再結晶化する方法には下記の問題があっ
た。 (1) 結晶薄膜を前記のような用途に用いる場合、膜厚と
して数百ｎｍ〜数十μｍを必要とするが、このような膜
厚を有する堆積膜を厚さ全体にわたって均一に再結晶化
することが困難であり上記用途に必要な大粒径の多結晶
薄膜が得られない。
射により溶融再結晶化する方法には下記の問題があっ
た。 (1) 結晶薄膜を前記のような用途に用いる場合、膜厚と
して数百ｎｍ〜数十μｍを必要とするが、このような膜
厚を有する堆積膜を厚さ全体にわたって均一に再結晶化
することが困難であり上記用途に必要な大粒径の多結晶
薄膜が得られない。
【０００９】(2) 溶融再結晶時に基板との熱膨張率の差
により薄膜にクラック等の欠陥が生じ易い。 (3) 基板との界面近傍まで再結晶化するためには高エネ
ルギー密度のレーザー照射が必要になるが、その場合に
は堆積膜のアブレーションが起きてしまう。 (4) 照射するレーザーのショット数を増加させると一般
的に粒径は増大するが、膜厚が１００ｎｍ程度以上に大
きくなるとショット数増加による粒径増大効果は消失し
てしまう。
により薄膜にクラック等の欠陥が生じ易い。 (3) 基板との界面近傍まで再結晶化するためには高エネ
ルギー密度のレーザー照射が必要になるが、その場合に
は堆積膜のアブレーションが起きてしまう。 (4) 照射するレーザーのショット数を増加させると一般
的に粒径は増大するが、膜厚が１００ｎｍ程度以上に大
きくなるとショット数増加による粒径増大効果は消失し
てしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶融再結晶
化によりクラック等の欠陥を発生させずに膜厚全体にわ
たって均一に再結晶化でき、大粒径の結晶薄膜を形成す
ることができるレーザーアブレーション法による結晶薄
膜の形成方法を提供することを目的とする。
化によりクラック等の欠陥を発生させずに膜厚全体にわ
たって均一に再結晶化でき、大粒径の結晶薄膜を形成す
ることができるレーザーアブレーション法による結晶薄
膜の形成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本願第１
発明によれば、ターゲットにレーザー光を照射し、該照
射による該ターゲットからの放出物を基板上に堆積させ
る段階と、その後に該堆積による堆積層にレーザー光を
照射して溶融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶
化サイクルを複数回行うことによって所定膜厚の結晶薄
膜を形成することを特徴とするレーザーアブレーション
法による結晶薄膜の形成方法によって達成される。
発明によれば、ターゲットにレーザー光を照射し、該照
射による該ターゲットからの放出物を基板上に堆積させ
る段階と、その後に該堆積による堆積層にレーザー光を
照射して溶融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶
化サイクルを複数回行うことによって所定膜厚の結晶薄
膜を形成することを特徴とするレーザーアブレーション
法による結晶薄膜の形成方法によって達成される。
【００１２】第１発明においては、堆積・再結晶化サイ
クルを繰り返し行うことにより最終的に所定膜厚にす
る。その際に、堆積層を極めて薄く、究極的には原子層
オーダーの薄さにして溶融再結晶化を行うことができる
ため、熱膨張差によるクラック等の欠陥を発生させずに
厚さ全体を確実に再結晶化して均一で大粒径の所定膜厚
を有する結晶薄膜を形成することができる。
クルを繰り返し行うことにより最終的に所定膜厚にす
る。その際に、堆積層を極めて薄く、究極的には原子層
オーダーの薄さにして溶融再結晶化を行うことができる
ため、熱膨張差によるクラック等の欠陥を発生させずに
厚さ全体を確実に再結晶化して均一で大粒径の所定膜厚
を有する結晶薄膜を形成することができる。
【００１３】また、上記の目的は、本願第２発明によれ
ば、ターゲットにレーザー光を照射し、該照射による該
ターゲットからの放出物を基板上に堆積させる段階と、
その後に該堆積による堆積層にレーザー光を照射して溶
融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶化サイクル
を少なくとも１回行った後に、上記堆積させる段階のみ
を行って上記溶融再結晶化による結晶層上にエピタキシ
ャル成長させることによって所定膜厚の結晶薄膜を形成
することを特徴とするレーザーアブレーション法による
結晶薄膜の形成方法によっても達成される。
ば、ターゲットにレーザー光を照射し、該照射による該
ターゲットからの放出物を基板上に堆積させる段階と、
その後に該堆積による堆積層にレーザー光を照射して溶
融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶化サイクル
を少なくとも１回行った後に、上記堆積させる段階のみ
を行って上記溶融再結晶化による結晶層上にエピタキシ
ャル成長させることによって所定膜厚の結晶薄膜を形成
することを特徴とするレーザーアブレーション法による
結晶薄膜の形成方法によっても達成される。
【００１４】第２発明においては、堆積・再結晶化サイ
クルを少なくとも１回行うことにより基板上に薄い結晶
層を形成し、この結晶層を下地として以後は堆積のみを
行いエピタキシャル成長により最終的に所定膜厚の結晶
薄膜を形成する。その際に、溶融再結晶化の対象となる
堆積層は第１発明と同様に極めて薄くすることができる
ため、熱膨張差によるクラック等の欠陥を発生させずに
厚さ全体を確実に再結晶化させることができ、これによ
り形成した結晶層の上に堆積のみを行ってエピタキシャ
ル成長させることにより、均一で大粒径の所定膜厚を有
する結晶薄膜を形成することができる。基板はエピタキ
シャル成長に好適な高温（例えば５００℃）に保持する
ことができる。
クルを少なくとも１回行うことにより基板上に薄い結晶
層を形成し、この結晶層を下地として以後は堆積のみを
行いエピタキシャル成長により最終的に所定膜厚の結晶
薄膜を形成する。その際に、溶融再結晶化の対象となる
堆積層は第１発明と同様に極めて薄くすることができる
ため、熱膨張差によるクラック等の欠陥を発生させずに
厚さ全体を確実に再結晶化させることができ、これによ
り形成した結晶層の上に堆積のみを行ってエピタキシャ
ル成長させることにより、均一で大粒径の所定膜厚を有
する結晶薄膜を形成することができる。基板はエピタキ
シャル成長に好適な高温（例えば５００℃）に保持する
ことができる。
【００１５】このように、ターゲットのみでなく基板上
の堆積層にもレーザー光を照射し、堆積層の原子層オー
ダーでの溶融再結晶化が行えるため、溶融再結晶化が確
実に行われ大粒径の多結晶薄膜を形成することができ
る。特に、従来のレーザーアブレーション法による薄膜
形成方法では極めて困難であったヘテロエピタキシャル
結晶薄膜についても、本発明によれば容易に大粒径の多
結晶薄膜を形成することができる。
の堆積層にもレーザー光を照射し、堆積層の原子層オー
ダーでの溶融再結晶化が行えるため、溶融再結晶化が確
実に行われ大粒径の多結晶薄膜を形成することができ
る。特に、従来のレーザーアブレーション法による薄膜
形成方法では極めて困難であったヘテロエピタキシャル
結晶薄膜についても、本発明によれば容易に大粒径の多
結晶薄膜を形成することができる。
【００１６】また、堆積と並行して結晶化が進行するの
で、製造プロセスの簡略化および効率化が行える。すな
わち、第１発明においては、堆積と溶融再結晶化とが交
互に繰り返され、全体としては両者が実質的に同時進行
する。また第２発明においては、最初の堆積・溶融再結
晶化サイクルでは第１発明と同じく堆積と結晶化が実質
的に同時進行し、それ以降は単に堆積操作のみでエピタ
キシャル成長により結晶成長するので堆積と結晶化が文
字通り同時に進行する。
で、製造プロセスの簡略化および効率化が行える。すな
わち、第１発明においては、堆積と溶融再結晶化とが交
互に繰り返され、全体としては両者が実質的に同時進行
する。また第２発明においては、最初の堆積・溶融再結
晶化サイクルでは第１発明と同じく堆積と結晶化が実質
的に同時進行し、それ以降は単に堆積操作のみでエピタ
キシャル成長により結晶成長するので堆積と結晶化が文
字通り同時に進行する。
【００１７】更に、基板上の堆積層に照射されるレーザ
ー光が、基板または堆積層に付着した粒子およびターゲ
ットからの放出物中の粒子の解離にも有効に作用するの
で、薄膜中への粒子混入も防止できる。本発明の一態様
においては、１つのレーザー光をハーフミラーまたはビ
ームスプリッタのような光分岐手段により２つに分岐さ
せ、一方をターゲットに照射するレーザーアブレーショ
ン用のレーザー光、他方を基板上の堆積層に照射する溶
融再結晶用のレーザー光として用いることができる。こ
れによりレーザー源が１つで済むので、コストが低減で
きる。
ー光が、基板または堆積層に付着した粒子およびターゲ
ットからの放出物中の粒子の解離にも有効に作用するの
で、薄膜中への粒子混入も防止できる。本発明の一態様
においては、１つのレーザー光をハーフミラーまたはビ
ームスプリッタのような光分岐手段により２つに分岐さ
せ、一方をターゲットに照射するレーザーアブレーショ
ン用のレーザー光、他方を基板上の堆積層に照射する溶
融再結晶用のレーザー光として用いることができる。こ
れによりレーザー源が１つで済むので、コストが低減で
きる。
【００１８】
〔実施例１〕本発明に従い、レーザーアブレーション法
により結晶薄膜を形成するための装置の構成例を図１に
示す。真空チャンバ４内に、基板５、ターゲット８が設
けられ、基板５は基板ホルダー６に内蔵されたヒーター
７により温度制御される。ターゲット８はターゲットホ
ルダー９に保持されている。レーザーアブレーション用
のレーザー光１（第１レーザー光）は、レンズ２を介し
てレーザー光導入ポート３から真空チャンバ４内に導入
され、ターゲット８に照射される。この照射によりター
ゲット８から放出された放出物のプルーム１４が基板５
に到達して、基板上に堆積層を形成する。溶融再結晶化
用のレーザー光１２（第２レーザー光）は、レーザー光
導入ポート１３から真空チャンバ４内に導入され、基板
５上の堆積層に照射される。基板５上に形成された結晶
薄膜の結晶性を評価するために、ＲＨＥＥＤ（反射高エ
ネルギー電子回折）装置１０，１１が真空チャンバ４に
装着されている。
により結晶薄膜を形成するための装置の構成例を図１に
示す。真空チャンバ４内に、基板５、ターゲット８が設
けられ、基板５は基板ホルダー６に内蔵されたヒーター
７により温度制御される。ターゲット８はターゲットホ
ルダー９に保持されている。レーザーアブレーション用
のレーザー光１（第１レーザー光）は、レンズ２を介し
てレーザー光導入ポート３から真空チャンバ４内に導入
され、ターゲット８に照射される。この照射によりター
ゲット８から放出された放出物のプルーム１４が基板５
に到達して、基板上に堆積層を形成する。溶融再結晶化
用のレーザー光１２（第２レーザー光）は、レーザー光
導入ポート１３から真空チャンバ４内に導入され、基板
５上の堆積層に照射される。基板５上に形成された結晶
薄膜の結晶性を評価するために、ＲＨＥＥＤ（反射高エ
ネルギー電子回折）装置１０，１１が真空チャンバ４に
装着されている。
【００１９】本実施例では、基板５としてシリコンウェ
ハおよび合成石英基板を用いた。レーザーアブレーショ
ン用の第１レーザー光１としては、ＡｒＦエキシマレー
ザー光（波長１９３ｎｍ）またはＫｒＦエキシマレーザ
ー光（波長２４８ｎｍ）を用い、照射エネルギーは１５
〜８０ｍＪ／パルスとした。真空チャンバ４内の真空度
を５×１０-7Torrとした。溶融再結晶化用の第２レーザ
ー光１２としては、ＹＡＧレーザー光（波長１０６４ｎ
ｍ）またはＡｒＦレーザー光（波長１９３ｎｍ）を用い
た。
ハおよび合成石英基板を用いた。レーザーアブレーショ
ン用の第１レーザー光１としては、ＡｒＦエキシマレー
ザー光（波長１９３ｎｍ）またはＫｒＦエキシマレーザ
ー光（波長２４８ｎｍ）を用い、照射エネルギーは１５
〜８０ｍＪ／パルスとした。真空チャンバ４内の真空度
を５×１０-7Torrとした。溶融再結晶化用の第２レーザ
ー光１２としては、ＹＡＧレーザー光（波長１０６４ｎ
ｍ）またはＡｒＦレーザー光（波長１９３ｎｍ）を用い
た。
【００２０】図２に、本発明の方法に用いる溶融再結晶
化用第２レーザー光の照射システムの望ましい一例を示
す。図示したシステムは、レーザー光をスキャンさせる
ことにより広い面積を均一に溶融再結晶化できるように
したものである。レーザー光発生源６０１から放射され
たレーザー光Ｌ０は、コリメータレンズ６０２とシリン
ドリカルレンズ６０３を通り、反射ミラー６０４により
ポリゴンミラー６０５に導かれる。ポリゴンミラー６０
５の回転により放射状にスキャンされたレーザー光Ｌ１
は、ｆθレンズ６０６を通り、シリンドリカルミラー６
０７を介して広幅のレーザー光Ｌ２として基板６０８に
照射される。
化用第２レーザー光の照射システムの望ましい一例を示
す。図示したシステムは、レーザー光をスキャンさせる
ことにより広い面積を均一に溶融再結晶化できるように
したものである。レーザー光発生源６０１から放射され
たレーザー光Ｌ０は、コリメータレンズ６０２とシリン
ドリカルレンズ６０３を通り、反射ミラー６０４により
ポリゴンミラー６０５に導かれる。ポリゴンミラー６０
５の回転により放射状にスキャンされたレーザー光Ｌ１
は、ｆθレンズ６０６を通り、シリンドリカルミラー６
０７を介して広幅のレーザー光Ｌ２として基板６０８に
照射される。
【００２１】本願第１発明による結晶薄膜の形成方法は
下記の過程で行われる。ターゲット８に第１レーザー光
１を短時間だけ照射する。これにより、ターゲット材料
が気化あるいはイオン化して放出され、放出物のプルー
ム１４が基板５に到達する。基板５上に、上記短時間照
射に対応する短時間の堆積が行われ、薄い堆積層（究極
的には原子層オーダー）が形成される。その直後に、溶
融再結晶化用第２レーザー光１２を堆積層に照射して溶
融再結晶化させる。この堆積・溶融再結晶化サイクルを
繰り返すことにより、最終的に所定膜厚の結晶薄膜を得
る。すなわち、第１レーザー光照射による第１堆積層の
形成→第２レーザー光照射による第１堆積層の溶融再結
晶化→第１レーザー光照射による第２堆積層の形成→第
２レーザー光照射による第２堆積層の溶融再結晶化・・
・、という過程により、所定膜厚の結晶薄膜が形成され
る。
下記の過程で行われる。ターゲット８に第１レーザー光
１を短時間だけ照射する。これにより、ターゲット材料
が気化あるいはイオン化して放出され、放出物のプルー
ム１４が基板５に到達する。基板５上に、上記短時間照
射に対応する短時間の堆積が行われ、薄い堆積層（究極
的には原子層オーダー）が形成される。その直後に、溶
融再結晶化用第２レーザー光１２を堆積層に照射して溶
融再結晶化させる。この堆積・溶融再結晶化サイクルを
繰り返すことにより、最終的に所定膜厚の結晶薄膜を得
る。すなわち、第１レーザー光照射による第１堆積層の
形成→第２レーザー光照射による第１堆積層の溶融再結
晶化→第１レーザー光照射による第２堆積層の形成→第
２レーザー光照射による第２堆積層の溶融再結晶化・・
・、という過程により、所定膜厚の結晶薄膜が形成され
る。
【００２２】この過程で、第２層以降は既に結晶化して
いる下地上に堆積させるので、結晶化は容易である。本
願第２発明では、このことを利用して、第１層あるいは
数層を結晶化して下地として安定な結晶層を形成した後
は、単に堆積のみを行い下地結晶上にエピタキシャル成
長させることにより、最終的な所定膜厚の結晶薄膜を形
成する。
いる下地上に堆積させるので、結晶化は容易である。本
願第２発明では、このことを利用して、第１層あるいは
数層を結晶化して下地として安定な結晶層を形成した後
は、単に堆積のみを行い下地結晶上にエピタキシャル成
長させることにより、最終的な所定膜厚の結晶薄膜を形
成する。
【００２３】一般に、基板温度が室温の場合には第１発
明による方法が適当であり、基板温度をエピタキシャル
成長に適した高温（シリコン結晶のエピタキシャル成長
では５００℃程度）に保持した場合には、第２発明によ
る方法の方がプロセス簡略化の観点から有利である。レ
ーザーアブレーション用の第１レーザー光および溶融再
結晶化用の第２レーザー光ともに、連続発振レーザーで
もパルスレーザーでもよい。ただし、一般にパルスレー
ザーの方が大きな照射エネルギーが得られる点で有利で
ある。第１レーザー光のエネルギーおよび照射時間は、
堆積層（または堆積・溶融再結晶化サイクルによる結晶
層）の膜厚に影響し、第２レーザー光のエネルギーおよ
び照射時間は、溶融再結晶化による結晶化度に影響す
る。
明による方法が適当であり、基板温度をエピタキシャル
成長に適した高温（シリコン結晶のエピタキシャル成長
では５００℃程度）に保持した場合には、第２発明によ
る方法の方がプロセス簡略化の観点から有利である。レ
ーザーアブレーション用の第１レーザー光および溶融再
結晶化用の第２レーザー光ともに、連続発振レーザーで
もパルスレーザーでもよい。ただし、一般にパルスレー
ザーの方が大きな照射エネルギーが得られる点で有利で
ある。第１レーザー光のエネルギーおよび照射時間は、
堆積層（または堆積・溶融再結晶化サイクルによる結晶
層）の膜厚に影響し、第２レーザー光のエネルギーおよ
び照射時間は、溶融再結晶化による結晶化度に影響す
る。
【００２４】図３（ａ）および（ｂ）に、アブレーショ
ン用第１レーザー光と、溶融再結晶化用第２レーザー光
として共にパルスレーザーを用いた場合について、発振
パルスの時系列関係の典型的な２例を示す。図３（ａ）
の例では、第１レーザー光と第２レーザー光が同一周波
数であり、第１レーザー光発振パルス１ショットに第２
レーザー光発振パルス１ショットが対応している。すな
わち、第１レーザー光の１ショットによる堆積層にその
都度第２レーザー光を１ショット照射して溶融再結晶化
する。図中に示したように、第１レーザー光，第２レー
ザー光は、それぞれパルス発振時間がＴ１，Ｔ２であ
り、非発振時間がＴ１Ｘ，Ｔ２Ｘである。
ン用第１レーザー光と、溶融再結晶化用第２レーザー光
として共にパルスレーザーを用いた場合について、発振
パルスの時系列関係の典型的な２例を示す。図３（ａ）
の例では、第１レーザー光と第２レーザー光が同一周波
数であり、第１レーザー光発振パルス１ショットに第２
レーザー光発振パルス１ショットが対応している。すな
わち、第１レーザー光の１ショットによる堆積層にその
都度第２レーザー光を１ショット照射して溶融再結晶化
する。図中に示したように、第１レーザー光，第２レー
ザー光は、それぞれパルス発振時間がＴ１，Ｔ２であ
り、非発振時間がＴ１Ｘ，Ｔ２Ｘである。
【００２５】ΔＴは、第１レーザー光パルスに対する第
２レーザー光パルスの発振時差であり、堆積・溶融再結
晶化１サイクルにおいて堆積層の形成完了後に溶融再結
晶化が行われるように設定する。すなわち、図１におい
て、第１レーザー光１がターゲット８を照射し、発生し
た放出物プルーム１４が基板５に到達するには、ターゲ
ット８と基板５との距離に応じた時間が必要である。こ
こで、第１レーザー光１のパルス終了時点から放出物が
基板５上に堆積を開始する時点までの時間差を遅延時間
ΔＤ１とし、そのパルスによる放出物の堆積開始から実
質的に堆積完了するまでの時間を堆積時間ΔＤ２とする
と、第１レーザー光による１ショット完了から堆積完了
までに要する時間ΔＤ（これを「堆積時差」と呼ぶ）
は、ΔＤ＝ΔＤ１＋ΔＤ２で表される。１サイクル分の
堆積層の形成が完了した後に溶融再結晶化が行われるた
めには、第１，第２レーザー光の発振時差ΔＴは、堆積
時差ΔＤより大きい必要がある。発振時間Ｔ１，Ｔ２は
それぞれ用いるレーザーに固有のものであり、非発振時
間Ｔ１Ｘ，Ｔ２Ｘは発振周波数を変えることにより変え
ることができる。これによりΔＴを適当な大きさに設定
することができる。
２レーザー光パルスの発振時差であり、堆積・溶融再結
晶化１サイクルにおいて堆積層の形成完了後に溶融再結
晶化が行われるように設定する。すなわち、図１におい
て、第１レーザー光１がターゲット８を照射し、発生し
た放出物プルーム１４が基板５に到達するには、ターゲ
ット８と基板５との距離に応じた時間が必要である。こ
こで、第１レーザー光１のパルス終了時点から放出物が
基板５上に堆積を開始する時点までの時間差を遅延時間
ΔＤ１とし、そのパルスによる放出物の堆積開始から実
質的に堆積完了するまでの時間を堆積時間ΔＤ２とする
と、第１レーザー光による１ショット完了から堆積完了
までに要する時間ΔＤ（これを「堆積時差」と呼ぶ）
は、ΔＤ＝ΔＤ１＋ΔＤ２で表される。１サイクル分の
堆積層の形成が完了した後に溶融再結晶化が行われるた
めには、第１，第２レーザー光の発振時差ΔＴは、堆積
時差ΔＤより大きい必要がある。発振時間Ｔ１，Ｔ２は
それぞれ用いるレーザーに固有のものであり、非発振時
間Ｔ１Ｘ，Ｔ２Ｘは発振周波数を変えることにより変え
ることができる。これによりΔＴを適当な大きさに設定
することができる。
【００２６】図３（ｂ）の例では、第１レーザー光の周
波数が第２レーザー光の周波数の１０倍であり、第１レ
ーザー光発振パルス１０ショットに対して第２レーザー
光発振パルス１ショットが対応している。すなわち、第
１レーザー光の１０ショット分の堆積層を形成し、この
堆積層に対して第２レーザー光を１ショット照射して溶
融再結晶化する。この場合、第１レーザー光照射１０シ
ョットによる堆積段階と、第２レーザー光照射１ショッ
トによる溶融再結晶化段階とで、堆積・再結晶１サイク
ルになる。このように、均一な溶融再結晶化が行われ且
つクラック等の欠陥が生じない限り、アブレーション用
のレーザー光照射複数ショットに対して溶融再結晶化用
のレーザー光照射を１ショットの割合で行う堆積・再結
晶サイクルとすることもできる。
波数が第２レーザー光の周波数の１０倍であり、第１レ
ーザー光発振パルス１０ショットに対して第２レーザー
光発振パルス１ショットが対応している。すなわち、第
１レーザー光の１０ショット分の堆積層を形成し、この
堆積層に対して第２レーザー光を１ショット照射して溶
融再結晶化する。この場合、第１レーザー光照射１０シ
ョットによる堆積段階と、第２レーザー光照射１ショッ
トによる溶融再結晶化段階とで、堆積・再結晶１サイク
ルになる。このように、均一な溶融再結晶化が行われ且
つクラック等の欠陥が生じない限り、アブレーション用
のレーザー光照射複数ショットに対して溶融再結晶化用
のレーザー光照射を１ショットの割合で行う堆積・再結
晶サイクルとすることもできる。
【００２７】この場合、溶融再結晶化用の第２レーザー
光照射は、１ショット当たりの照射時間は堆積層の厚さ
に応じて長くなるが、ショット数は少なくすることがで
き、またアブレーション用第１レーザー光の周波数を高
めて堆積時間を短縮できるので、製造プロセスを簡略
化、効率化できる。本実施例においては、レーザーアブ
レーション用第１レーザー光を周波数１０Ｈｚ、照射エ
ネルギー密度３０Ｊ／ｃｍ2 、成長速度１．７ｎｍ／分
にて、照射時間（Ｔ１＋Ｔ１Ｘの合計）３０分毎に、溶
融再結晶化用第２レーザー光を０．５Ｊ／ｃｍ2 にて１
ショット照射した。
光照射は、１ショット当たりの照射時間は堆積層の厚さ
に応じて長くなるが、ショット数は少なくすることがで
き、またアブレーション用第１レーザー光の周波数を高
めて堆積時間を短縮できるので、製造プロセスを簡略
化、効率化できる。本実施例においては、レーザーアブ
レーション用第１レーザー光を周波数１０Ｈｚ、照射エ
ネルギー密度３０Ｊ／ｃｍ2 、成長速度１．７ｎｍ／分
にて、照射時間（Ｔ１＋Ｔ１Ｘの合計）３０分毎に、溶
融再結晶化用第２レーザー光を０．５Ｊ／ｃｍ2 にて１
ショット照射した。
【００２８】図４（１）〜（４）に沿って、本実施例に
よるＳｉ多結晶薄膜の成長過程を説明する。 （１）図１のターゲット８に第１レーザー光１を照射し
てレーザーアブレーションを行い、基板５の表面に非晶
質のａ−Ｓｉ堆積層３１を形成する（膜厚＝１．７ｎｍ
／分×３０分≒５０ｎｍ）。なお、見やすくするため
に、基板５の向きは図１に対して図４では上下逆転し成
膜面を上向きにして示してある。
よるＳｉ多結晶薄膜の成長過程を説明する。 （１）図１のターゲット８に第１レーザー光１を照射し
てレーザーアブレーションを行い、基板５の表面に非晶
質のａ−Ｓｉ堆積層３１を形成する（膜厚＝１．７ｎｍ
／分×３０分≒５０ｎｍ）。なお、見やすくするため
に、基板５の向きは図１に対して図４では上下逆転し成
膜面を上向きにして示してある。
【００２９】（２）非晶質ａ−Ｓｉ堆積層３１に第２レ
ーザー光１２を照射して溶融再結晶化し、Ｓｉ多結晶層
３０にする。 （３）ターゲット８に第１レーザー光を照射してレーザ
ーアブレーションを行い、Ｓｉ多結晶層３０上に非晶質
ａ−Ｓｉ堆積層３２（膜厚５０ｎｍ）を形成する。
ーザー光１２を照射して溶融再結晶化し、Ｓｉ多結晶層
３０にする。 （３）ターゲット８に第１レーザー光を照射してレーザ
ーアブレーションを行い、Ｓｉ多結晶層３０上に非晶質
ａ−Ｓｉ堆積層３２（膜厚５０ｎｍ）を形成する。
【００３０】（４）非晶質ａ−Ｓｉ堆積層３２に第２レ
ーザー光１２を照射して溶融再結晶化する。この結晶化
は下地であるＳｉ結晶層３０上のエピタキシャル成長の
形で行われるので、Ｓｉ結晶層３０が２倍の膜厚に成長
する。以降は、同じ条件で堆積・溶融再結晶化サイクル
を必要回数繰り返して所定膜厚のＳｉ結晶薄膜を得る。
ーザー光１２を照射して溶融再結晶化する。この結晶化
は下地であるＳｉ結晶層３０上のエピタキシャル成長の
形で行われるので、Ｓｉ結晶層３０が２倍の膜厚に成長
する。以降は、同じ条件で堆積・溶融再結晶化サイクル
を必要回数繰り返して所定膜厚のＳｉ結晶薄膜を得る。
【００３１】このように、本発明においては、溶融再結
晶化の対象である非晶質堆積層の膜厚を適当に設定する
ことにより、堆積層に対するアブレーションを生じない
比較的小さい照射エネルギー密度で、クラック等の欠陥
を生ずることなく膜厚全体にわたって確実に再結晶化
し、最終的に所定膜厚の結晶薄膜を形成することができ
る。
晶化の対象である非晶質堆積層の膜厚を適当に設定する
ことにより、堆積層に対するアブレーションを生じない
比較的小さい照射エネルギー密度で、クラック等の欠陥
を生ずることなく膜厚全体にわたって確実に再結晶化
し、最終的に所定膜厚の結晶薄膜を形成することができ
る。
【００３２】上記のプロセスで形成したＳｉ結晶薄膜に
ついて、ＲＨＥＥＤ、Raman 散乱測定により結晶性を評
価した。図５に、得られたRaman 散乱スペクトルを示
す。なお同図には、シリコン基板上および石英基板上に
形成したシリコン薄膜の測定結果に加えて、参照のため
に各基板自体の測定結果も併せて示した。同図に示され
たように、シリコン基板および石英基板のいずれを用い
ても、良好な結晶性を持つシリコン結晶が得られたこと
が確認された。
ついて、ＲＨＥＥＤ、Raman 散乱測定により結晶性を評
価した。図５に、得られたRaman 散乱スペクトルを示
す。なお同図には、シリコン基板上および石英基板上に
形成したシリコン薄膜の測定結果に加えて、参照のため
に各基板自体の測定結果も併せて示した。同図に示され
たように、シリコン基板および石英基板のいずれを用い
ても、良好な結晶性を持つシリコン結晶が得られたこと
が確認された。
【００３３】なお、従来のＣＶＤ法では水素含有による
光劣化やワイドバンドギャップの問題が避けられなかっ
た。本発明により得られたシリコン結晶薄膜は、プロセ
ス中に水素源が無いため、水素含有による上記の問題が
起きない。また水素含有の無いＳｉ薄膜であるため結晶
化も容易である。 〔実施例２〕上記の実施例１では、レーザーアブレーシ
ョン用レーザー光と溶融再結晶化用レーザー光として別
個のレーザー光を用いたが、単一のレーザー光を分岐し
て両方に兼用させることもできる。
光劣化やワイドバンドギャップの問題が避けられなかっ
た。本発明により得られたシリコン結晶薄膜は、プロセ
ス中に水素源が無いため、水素含有による上記の問題が
起きない。また水素含有の無いＳｉ薄膜であるため結晶
化も容易である。 〔実施例２〕上記の実施例１では、レーザーアブレーシ
ョン用レーザー光と溶融再結晶化用レーザー光として別
個のレーザー光を用いたが、単一のレーザー光を分岐し
て両方に兼用させることもできる。
【００３４】図６に、本発明のレーザーアブレーション
法による結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー
光を分岐して用いるための装置の一構成例を示す。図６
に示した結晶薄膜形成装置は、図１の装置に用いた溶融
再結晶化用第２レーザー光１２およびその導入ポート１
３が無い代わりに、レーザーアブレーション用のレーザ
ー光１を分岐させるためのハーフミラーまたはビームス
プリッター１５が設けてある。なお、図１に示したＲＨ
ＥＥＤ装置１０，１１は任意に装着できるものであり、
図６中では図示を省略した。
法による結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー
光を分岐して用いるための装置の一構成例を示す。図６
に示した結晶薄膜形成装置は、図１の装置に用いた溶融
再結晶化用第２レーザー光１２およびその導入ポート１
３が無い代わりに、レーザーアブレーション用のレーザ
ー光１を分岐させるためのハーフミラーまたはビームス
プリッター１５が設けてある。なお、図１に示したＲＨ
ＥＥＤ装置１０，１１は任意に装着できるものであり、
図６中では図示を省略した。
【００３５】レーザーアブレーション用のレーザー光１
は、レーザー光導入ポート３からターゲット８までの途
中でハーフミラーまたはビームスプリッター１５によっ
て、レーザーアブレーション用の第１分岐レーザー光１
Ａと溶融再結晶化用の第２分岐レーザー光１Ｂとに分岐
される。２つの分岐レーザー光は元々同じレーザー光で
あるから、全く同一の照射タイミングでターゲットと基
板上の堆積層とに照射される。図７に、この場合の堆積
および溶融再結晶化の時系列的な関係を示す。アブレー
ション用レーザー光パルスＰ１1,Ｐ１2,Ｐ１3,....Ｐ１
N は溶融再結晶化用レーザー光パルスＰ２1,Ｐ２ 2,Ｐ２
3,....Ｐ２N とそれぞれ同期して照射される。同図中に
は、アブレーション用レーザー光パルスＰ１1,Ｐ１2,Ｐ
１3,....Ｐ１N による堆積層の堆積速度のピークをそれ
ぞれＦ1,Ｆ2,Ｆ3,....ＦN で示した。
は、レーザー光導入ポート３からターゲット８までの途
中でハーフミラーまたはビームスプリッター１５によっ
て、レーザーアブレーション用の第１分岐レーザー光１
Ａと溶融再結晶化用の第２分岐レーザー光１Ｂとに分岐
される。２つの分岐レーザー光は元々同じレーザー光で
あるから、全く同一の照射タイミングでターゲットと基
板上の堆積層とに照射される。図７に、この場合の堆積
および溶融再結晶化の時系列的な関係を示す。アブレー
ション用レーザー光パルスＰ１1,Ｐ１2,Ｐ１3,....Ｐ１
N は溶融再結晶化用レーザー光パルスＰ２1,Ｐ２ 2,Ｐ２
3,....Ｐ２N とそれぞれ同期して照射される。同図中に
は、アブレーション用レーザー光パルスＰ１1,Ｐ１2,Ｐ
１3,....Ｐ１N による堆積層の堆積速度のピークをそれ
ぞれＦ1,Ｆ2,Ｆ3,....ＦN で示した。
【００３６】ここで、既に実施例１において説明したよ
うに、ターゲットからの放出物が基板に到達するには両
者間の距離に応じた時間ΔＤ１を必要とし、これに基板
上での堆積進行時間ΔＤ２を加えたものが堆積時差ΔＤ
（＝ΔＤ１＋ΔＤ２）である。堆積・溶融再結晶化の１
サイクルにおいて溶融再結晶化の対象とするだけの堆積
層の形成が完了した後に溶融再結晶化が行われるために
は、アブレーション用パルスと溶融再結晶化用パルスと
の発振時差ΔＴが、堆積時差ΔＤよりも大きい必要があ
る。
うに、ターゲットからの放出物が基板に到達するには両
者間の距離に応じた時間ΔＤ１を必要とし、これに基板
上での堆積進行時間ΔＤ２を加えたものが堆積時差ΔＤ
（＝ΔＤ１＋ΔＤ２）である。堆積・溶融再結晶化の１
サイクルにおいて溶融再結晶化の対象とするだけの堆積
層の形成が完了した後に溶融再結晶化が行われるために
は、アブレーション用パルスと溶融再結晶化用パルスと
の発振時差ΔＴが、堆積時差ΔＤよりも大きい必要があ
る。
【００３７】したがって本実施例の場合には、レーザー
光の周波数の選定により、発振周期すなわち発振時差Δ
Ｔを堆積時差ΔＤよりも大きくなるようにすれば、１つ
のアブレーション用パルスが終了して、１サイクル分の
堆積が完了した後に、次の溶融再結晶化用パルスを堆積
層に照射することができる。すなわち、図７に示したア
ブレーション用パルスＰ１1 による堆積層Ｆ1 （堆積速
度ピークの参照符号で表す）は、１つ後の溶融再結晶化
用パルスＰ２2 により照射される。このようにして順
次、アブレーション用パルスＰ１N による堆積層ＦN は
溶融再結晶化用パルスＰ２N+1 により照射され溶融再結
晶化される。
光の周波数の選定により、発振周期すなわち発振時差Δ
Ｔを堆積時差ΔＤよりも大きくなるようにすれば、１つ
のアブレーション用パルスが終了して、１サイクル分の
堆積が完了した後に、次の溶融再結晶化用パルスを堆積
層に照射することができる。すなわち、図７に示したア
ブレーション用パルスＰ１1 による堆積層Ｆ1 （堆積速
度ピークの参照符号で表す）は、１つ後の溶融再結晶化
用パルスＰ２2 により照射される。このようにして順
次、アブレーション用パルスＰ１N による堆積層ＦN は
溶融再結晶化用パルスＰ２N+1 により照射され溶融再結
晶化される。
【００３８】一般に、溶融再結晶化用レーザー光１Ｂ
は、アブレーション用レーザー光１Ａに比べて出力（照
射エネルギー）を小さくする必要がある。この出力調整
は、ビームスプリッターあるいはハーフミラー１５のス
プリット比の調整により行う他に、スプリッターと基板
との間に減光フィルターを設ける等により行うことがで
きる。
は、アブレーション用レーザー光１Ａに比べて出力（照
射エネルギー）を小さくする必要がある。この出力調整
は、ビームスプリッターあるいはハーフミラー１５のス
プリット比の調整により行う他に、スプリッターと基板
との間に減光フィルターを設ける等により行うことがで
きる。
【００３９】本実施例においては、１つのレーザー光を
ハーフミラーまたはビームスプリッタのような光分岐手
段により２つに分岐させ、一方をターゲットに照射する
レーザーアブレーション用のレーザー光、他方を基板上
の堆積層に照射する溶融再結晶用のレーザー光として用
いることによりレーザー源が１つで済むので、コストが
低減できる。 〔実施例３〕図８に、本発明のレーザーアブレーション
法による結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー
光を分岐して用いるための装置の別の構成例を示す。
ハーフミラーまたはビームスプリッタのような光分岐手
段により２つに分岐させ、一方をターゲットに照射する
レーザーアブレーション用のレーザー光、他方を基板上
の堆積層に照射する溶融再結晶用のレーザー光として用
いることによりレーザー源が１つで済むので、コストが
低減できる。 〔実施例３〕図８に、本発明のレーザーアブレーション
法による結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー
光を分岐して用いるための装置の別の構成例を示す。
【００４０】図８に示した結晶薄膜形成装置は、図６の
装置に凹レンズ１６を付加した構成である。レーザーア
ブレーション用のレーザー光１は、レーザー光導入ポー
ト３からターゲット８までの途中でハーフミラーまたは
ビームスプリッター１５によって、レーザーアブレーシ
ョン用の第１分岐レーザー光１Ａと溶融再結晶化用の第
２分岐レーザー光１Ｂとに分岐される。アブレーション
用レーザー光１Ａはそのまま進行してターゲット８に照
射される。一方、溶融再結晶化用レーザー光１Ｂは、凹
レンズ１６により放射状に広げられ、分岐されたままの
状態よりも低いエネルギー密度にされた状態で基板５上
の堆積層に照射される。ここで、溶融再結晶化に最適な
エネルギー密度となるように、凹レンズ１６と基板５と
の減光フィルター（図示せず）を更に設けることもでき
る。
装置に凹レンズ１６を付加した構成である。レーザーア
ブレーション用のレーザー光１は、レーザー光導入ポー
ト３からターゲット８までの途中でハーフミラーまたは
ビームスプリッター１５によって、レーザーアブレーシ
ョン用の第１分岐レーザー光１Ａと溶融再結晶化用の第
２分岐レーザー光１Ｂとに分岐される。アブレーション
用レーザー光１Ａはそのまま進行してターゲット８に照
射される。一方、溶融再結晶化用レーザー光１Ｂは、凹
レンズ１６により放射状に広げられ、分岐されたままの
状態よりも低いエネルギー密度にされた状態で基板５上
の堆積層に照射される。ここで、溶融再結晶化に最適な
エネルギー密度となるように、凹レンズ１６と基板５と
の減光フィルター（図示せず）を更に設けることもでき
る。
【００４１】本実施例においては、基板５上でのレーザ
ーエネルギー密度を均一化するために、基板５を速度３
ｒｐｍで回転させた。レーザー光としてはＡｒＦエキシ
マレーザー（１Ｈｚ，３０Ｊ／ｃｍ2 ）を用い、基板上
でのエネルギー密度は０．５Ｊ／ｃｍ2 であった。真空
チャンバ４内の真空度を５×１０-7Torrに維持し、基板
／ターゲット間距離を４０ｍｍとした。基板５として石
英基板を用い、基板温度は室温とした。アブレーション
用レーザー光１Ａのターゲット照射から実際に堆積が開
始するまでの遅延時間ΔＤ１は０．１秒であった。得ら
れたＳｉ結晶薄膜について実施例１と同様に結晶性を評
価したところ、実施例１と同様に良好な結晶性が得られ
たことが確認された。
ーエネルギー密度を均一化するために、基板５を速度３
ｒｐｍで回転させた。レーザー光としてはＡｒＦエキシ
マレーザー（１Ｈｚ，３０Ｊ／ｃｍ2 ）を用い、基板上
でのエネルギー密度は０．５Ｊ／ｃｍ2 であった。真空
チャンバ４内の真空度を５×１０-7Torrに維持し、基板
／ターゲット間距離を４０ｍｍとした。基板５として石
英基板を用い、基板温度は室温とした。アブレーション
用レーザー光１Ａのターゲット照射から実際に堆積が開
始するまでの遅延時間ΔＤ１は０．１秒であった。得ら
れたＳｉ結晶薄膜について実施例１と同様に結晶性を評
価したところ、実施例１と同様に良好な結晶性が得られ
たことが確認された。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶融再結晶化の対象である非晶質堆積層の膜厚を適当に
設定することにより、堆積層に対するアブレーションを
生じない比較的小さい照射エネルギー密度で、クラック
等の欠陥を生ずることなく膜厚全体にわたって確実に再
結晶化し、最終的に所定膜厚の結晶薄膜を形成すること
ができる。
溶融再結晶化の対象である非晶質堆積層の膜厚を適当に
設定することにより、堆積層に対するアブレーションを
生じない比較的小さい照射エネルギー密度で、クラック
等の欠陥を生ずることなく膜厚全体にわたって確実に再
結晶化し、最終的に所定膜厚の結晶薄膜を形成すること
ができる。
【００４３】本発明によれば、従来困難であったヘテロ
エピタキシャル結晶成長や低温での結晶成長も容易に行
うことができる。
エピタキシャル結晶成長や低温での結晶成長も容易に行
うことができる。
【図１】図１は、本発明により、レーザーアブレーショ
ン用および溶融再結晶化用に別個のレーザー光を用いて
結晶薄膜を形成するための装置の一構成例を示す断面図
である。
ン用および溶融再結晶化用に別個のレーザー光を用いて
結晶薄膜を形成するための装置の一構成例を示す断面図
である。
【図２】図２に、本発明の方法に用いる溶融再結晶化用
レーザー光の照射システムの望ましい一例を示す配置図
である。
レーザー光の照射システムの望ましい一例を示す配置図
である。
【図３】図３は、本発明の方法に用いるレーザーパルス
の時系列関係の典型例を示すグラフである。
の時系列関係の典型例を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の方法により結晶薄膜を形成す
る過程を模式的に示す断面図である。
る過程を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の方法により形成したシリコン
結晶薄膜のRaman 散乱スペクトルを示すグラフである。
結晶薄膜のRaman 散乱スペクトルを示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のレーザーアブレーション法に
よる結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー光を
分岐して用いるための装置の一構成例を示す断面図であ
る。
よる結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー光を
分岐して用いるための装置の一構成例を示す断面図であ
る。
【図７】図７は、図６の装置を用いた場合の堆積および
溶融再結晶化の時系列的な関係を示すグラフである。
溶融再結晶化の時系列的な関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明のレーザーアブレーション法に
よる結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー光を
分岐して用いるための装置の別の構成例を示す断面図で
ある。
よる結晶薄膜の形成方法において、単一のレーザー光を
分岐して用いるための装置の別の構成例を示す断面図で
ある。
１…レーザーアブレーション用のレーザー光１（第１レ
ーザー光） ２…レンズ ３…レーザー光導入ポート ４…真空チャンバ ５…基板 ６…基板ホルダー ７…ヒーター ８…ターゲット ９…ターゲットホルダー １０，１１…ＲＨＥＥＤ（反射高エネルギー電子回折）
装置 １２…溶融再結晶化用のレーザー光１２（第２レーザー
光） １３…レーザー光導入ポート １４…放出物のプルーム １５…光分岐手段（ハーフミラーまたはビームスプリッ
ター） １６…凹レンズ ３０…Ｓｉ多結晶層 ３１，３２…非晶質のａ−Ｓｉ堆積層 ６０１…レーザー光発生源 ６０２…コリメータレンズ ６０３…シリンドリカルレンズ ６０４…反射ミラー ６０５…ポリゴンミラー ６０６…ｆθレンズ ６０７…シリンドリカルミラー ６０８…基板 Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２…レーザー光 Ｔ１，Ｔ２…第１レーザー光，第２レーザー光のパルス
発振時間 Ｔ１Ｘ，Ｔ２Ｘ…第１レーザー光，第２レーザー光の非
発振時間 ΔＴ…パルス発振時差 ΔＤ…堆積時差 ΔＤ１…遅延時間 ΔＤ２…堆積時間
ーザー光） ２…レンズ ３…レーザー光導入ポート ４…真空チャンバ ５…基板 ６…基板ホルダー ７…ヒーター ８…ターゲット ９…ターゲットホルダー １０，１１…ＲＨＥＥＤ（反射高エネルギー電子回折）
装置 １２…溶融再結晶化用のレーザー光１２（第２レーザー
光） １３…レーザー光導入ポート １４…放出物のプルーム １５…光分岐手段（ハーフミラーまたはビームスプリッ
ター） １６…凹レンズ ３０…Ｓｉ多結晶層 ３１，３２…非晶質のａ−Ｓｉ堆積層 ６０１…レーザー光発生源 ６０２…コリメータレンズ ６０３…シリンドリカルレンズ ６０４…反射ミラー ６０５…ポリゴンミラー ６０６…ｆθレンズ ６０７…シリンドリカルミラー ６０８…基板 Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２…レーザー光 Ｔ１，Ｔ２…第１レーザー光，第２レーザー光のパルス
発振時間 Ｔ１Ｘ，Ｔ２Ｘ…第１レーザー光，第２レーザー光の非
発振時間 ΔＴ…パルス発振時差 ΔＤ…堆積時差 ΔＤ１…遅延時間 ΔＤ２…堆積時間
Claims (3)
- 【請求項１】 ターゲットにレーザー光を照射し、該照
射による該ターゲットからの放出物を基板上に堆積させ
る段階と、その後に該堆積による堆積層にレーザー光を
照射して溶融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶
化サイクルを複数回行うことによって所定膜厚の結晶薄
膜を形成することを特徴とするレーザーアブレーション
法による結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 ターゲットにレーザー光を照射し、該照
射による該ターゲットからの放出物を基板上に堆積させ
る段階と、その後に該堆積による堆積層にレーザー光を
照射して溶融再結晶化する段階とから成る堆積・再結晶
化サイクルを少なくとも１回行った後に、上記堆積させ
る段階のみを行って上記溶融再結晶化による結晶層上に
エピタキシャル成長させることによって所定膜厚の結晶
薄膜を形成することを特徴とするレーザーアブレーショ
ン法による結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 １つのレーザー光を光分岐手段により２
つに分岐させ、一方を前記ターゲットに照射するレーザ
ー光、他方を前記堆積層に照射するレーザー光として用
いることを特徴とする請求項１または２記載のレーザー
アブレーション法による結晶薄膜の形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18625896A JPH1032166A (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | レーザーアブレーション法による結晶薄膜の形成方法 |
| EP97112059A EP0819782A1 (en) | 1996-07-16 | 1997-07-15 | Process of forming a thin film by laser ablation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18625896A JPH1032166A (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | レーザーアブレーション法による結晶薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1032166A true JPH1032166A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=16185134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18625896A Pending JPH1032166A (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | レーザーアブレーション法による結晶薄膜の形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0819782A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1032166A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002280306A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Japan Science & Technology Corp | 基板回転・加熱装置並びにこれを用いた成膜装置及び分析装置 |
| JP2004343091A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-12-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ビーム照射装置、ビーム照射方法、及び薄膜トランジスタの作製方法 |
| JP2007216369A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Univ Of Tsukuba | シリコンナノ結晶材料の製造方法及び該製造方法で製造されたシリコンナノ結晶材料 |
| US7746528B2 (en) | 2003-04-21 | 2010-06-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Beam irradiation apparatus, beam irradiation method, and method for manufacturing thin film transistor |
| US8455790B2 (en) | 2005-12-16 | 2013-06-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and manufacturing method of semiconductor device |
| JP2018500721A (ja) * | 2014-10-31 | 2018-01-11 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 電気化学デバイス層の堆積とレーザ処理の統合 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10319206B4 (de) * | 2003-04-25 | 2013-08-14 | Lim Laserinstitut Mittelsachsen Gmbh | Verwendung von KrF-Excimerlasern zur Laserpulsabscheidung und zur Spannungsreduzierung von dünnen Schichten |
| FI20060178L (fi) * | 2006-02-23 | 2007-08-24 | Picodeon Ltd Oy | Pinnoitusmenetelmä |
| RU2467850C2 (ru) * | 2006-02-23 | 2012-11-27 | Пикодеон Лтд Ой | Покрытие из нитрида углерода и изделие с таким покрытием |
| EP1993776A2 (en) * | 2006-02-23 | 2008-11-26 | Picodeon Ltd OY | Coating on a plastic substrate and a coated plastic product |
| FI124239B (fi) * | 2006-02-23 | 2014-05-15 | Picodeon Ltd Oy | Elementti, jossa on sähköä johtava kalvomainen rakenne lämmittävän ja/tai jäähdyttävän vaikutuksen synnyttämiseksi sähkövirran avulla |
| GB0818556D0 (en) * | 2008-10-09 | 2008-11-19 | Cambridge Entpr Ltd | Method of production of a holographic sensor |
| JP2013122065A (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 機能性薄膜の成膜方法および成膜装置 |
| US20210094232A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-01 | Ricoh Company, Ltd. | Irradiation target flying apparatus, three-dimensional modeling apparatus, and irradiation target flying method |
| CN115537737B (zh) * | 2022-10-13 | 2023-11-17 | 西南交通大学 | 一种薄涂层的制备方法及*** |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701592A (en) * | 1980-11-17 | 1987-10-20 | Rockwell International Corporation | Laser assisted deposition and annealing |
| JPS5983993A (ja) * | 1982-11-02 | 1984-05-15 | Nec Corp | 単結晶半導体層の成長方法 |
| JPH03129724A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-03 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の配線の形成方法 |
| GB2250751B (en) * | 1990-08-24 | 1995-04-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Process for the production of dielectric thin films |
-
1996
- 1996-07-16 JP JP18625896A patent/JPH1032166A/ja active Pending
-
1997
- 1997-07-15 EP EP97112059A patent/EP0819782A1/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002280306A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Japan Science & Technology Corp | 基板回転・加熱装置並びにこれを用いた成膜装置及び分析装置 |
| JP2004343091A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-12-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ビーム照射装置、ビーム照射方法、及び薄膜トランジスタの作製方法 |
| US7746528B2 (en) | 2003-04-21 | 2010-06-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Beam irradiation apparatus, beam irradiation method, and method for manufacturing thin film transistor |
| US8455790B2 (en) | 2005-12-16 | 2013-06-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and manufacturing method of semiconductor device |
| JP2007216369A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Univ Of Tsukuba | シリコンナノ結晶材料の製造方法及び該製造方法で製造されたシリコンナノ結晶材料 |
| JP2018500721A (ja) * | 2014-10-31 | 2018-01-11 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 電気化学デバイス層の堆積とレーザ処理の統合 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0819782A1 (en) | 1998-01-21 |
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