JPH0355975B2 - - Google Patents
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- JPH0355975B2 JPH0355975B2 JP56209540A JP20954081A JPH0355975B2 JP H0355975 B2 JPH0355975 B2 JP H0355975B2 JP 56209540 A JP56209540 A JP 56209540A JP 20954081 A JP20954081 A JP 20954081A JP H0355975 B2 JPH0355975 B2 JP H0355975B2
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- electron beam
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- silicon layer
- electron
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- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 27
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 24
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/2636—Bombardment with radiation with high-energy radiation for heating, e.g. electron beam heating
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Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は、SOIの単結晶化、特に電子ビームを
用いたSOIの単結晶化技術に係る。
用いたSOIの単結晶化技術に係る。
(2) 技術の背景
SOI（Silicon on Insulator）は絶縁物（膜）上
のシリコンの略称であり、このシリコン内に形成
された複数の半導体を下地層が絶縁体であること
を利用して容易に分離し、大規模集積化のための
一手段とせんとするものである。
のシリコンの略称であり、このシリコン内に形成
された複数の半導体を下地層が絶縁体であること
を利用して容易に分離し、大規模集積化のための
一手段とせんとするものである。
しかし、絶縁層上に所望なシリコン単結晶を形
成することは容易ではなく、この技術の利用はい
ま一歩であると共に、今後の開発が望まれてい
る。
成することは容易ではなく、この技術の利用はい
ま一歩であると共に、今後の開発が望まれてい
る。
(3) 従来技術と問題点
絶縁物、例えば酸化膜上に慣用のCVD法を用
いてシリコンを蒸着させた場合、得られるシリコ
ンは結晶寸法数百Å程度の多結晶体である。この
多結晶シリコン層に最近脚光を浴びているレーザ
ー、例えば連続発振アルゴンレーザーの光を照射
してアニールした場合、レーザー光の局所的で高
い出力のためにシリコンの溶融固化、即ち再結晶
化が起こり、結晶寸法の拡大をはたすことができ
る。しかし、得られる結晶はやはり多結晶体であ
り、結晶法も数μｍ程度である。
いてシリコンを蒸着させた場合、得られるシリコ
ンは結晶寸法数百Å程度の多結晶体である。この
多結晶シリコン層に最近脚光を浴びているレーザ
ー、例えば連続発振アルゴンレーザーの光を照射
してアニールした場合、レーザー光の局所的で高
い出力のためにシリコンの溶融固化、即ち再結晶
化が起こり、結晶寸法の拡大をはたすことができ
る。しかし、得られる結晶はやはり多結晶体であ
り、結晶法も数μｍ程度である。
(4) 発明の目的
本発明は、上記のような従来技術の現状に鑑
み、SOIにおけるシリコンの結晶寸法の拡大、さ
らには単結晶化を実現することを目的としてい
る。
み、SOIにおけるシリコンの結晶寸法の拡大、さ
らには単結晶化を実現することを目的としてい
る。
(5) 発明の構成
本発明者らは、こうした目的の下、鋭意研究の
結果、加速電圧の異なる複数の電子ビームを用い
るアニール処理によつて上記目的を達成すること
が可能であることを見い出したものである。
結果、加速電圧の異なる複数の電子ビームを用い
るアニール処理によつて上記目的を達成すること
が可能であることを見い出したものである。
単結晶の成長が、溶融、固化の前後にわたる温
度条牛によつて大きく左右されることは周知であ
る。そして、従来のレーザーアニールでは、瞬間
的な急速加熱・急速冷却という条件が大きな結晶
の成長を阻んでいる。そこで、本発明者らは、シ
リコンの下地層である絶縁物を加熱することによ
つて、シリコンの結晶化過程における温度条件を
単結晶化のために有利な条件に変更することを企
図したものである。その具体的手段として、本発
明では、レーザービームではなく電子ビームを用
いる。レーザービームでは波長に応じて特定の物
質だけを加熱することが可能であるにすぎず、ま
た被加熱層の表面から内側へと経時的に（不均一
に）加熱する不都合があるからである。この点電
子ビームでは加速電圧を変化させれば、所望の深
さにある所望の物質を均一に加熱することが可能
である。
度条牛によつて大きく左右されることは周知であ
る。そして、従来のレーザーアニールでは、瞬間
的な急速加熱・急速冷却という条件が大きな結晶
の成長を阻んでいる。そこで、本発明者らは、シ
リコンの下地層である絶縁物を加熱することによ
つて、シリコンの結晶化過程における温度条件を
単結晶化のために有利な条件に変更することを企
図したものである。その具体的手段として、本発
明では、レーザービームではなく電子ビームを用
いる。レーザービームでは波長に応じて特定の物
質だけを加熱することが可能であるにすぎず、ま
た被加熱層の表面から内側へと経時的に（不均一
に）加熱する不都合があるからである。この点電
子ビームでは加速電圧を変化させれば、所望の深
さにある所望の物質を均一に加熱することが可能
である。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説
明する。
明する。
(6) 発明の実施例
第１図を参照すると、、シリコンウエーハ１上
に酸化膜（SiO2）２が形成されており、この酸
化膜はその上に形成されるシリコン単結晶の結晶
方位を規定するように慣用のマスク手法を用いて
パターニングすることができる。SiO2酸化膜２
の厚さは通常は0.8〜1.0μｍであるが、これに限
定されない。そして、酸化膜２の表面に慣用の
CVD法を用いてシリコン多結晶層３を通常4000
〜5000Å程度蒸着させる。
に酸化膜（SiO2）２が形成されており、この酸
化膜はその上に形成されるシリコン単結晶の結晶
方位を規定するように慣用のマスク手法を用いて
パターニングすることができる。SiO2酸化膜２
の厚さは通常は0.8〜1.0μｍであるが、これに限
定されない。そして、酸化膜２の表面に慣用の
CVD法を用いてシリコン多結晶層３を通常4000
〜5000Å程度蒸着させる。
こうして形成されたSIOに対して２本の電子ビ
ーム，を照射する。１本は加速電圧を10〜
15KV程度にすることによつて表面のシリコン層
３を加熱し、他の１本は50〜60KV程度にする
ことによつて下地酸化膜２を加熱するように設定
する。これら２本の電子ビームは、例えば、対称
的に配置された電子銃からの２本のビームを試料
上方であたかも一本のビームであるかのように合
流させて試料に照射することも、あるいはほぼ同
じ試料位置に２本の電子ビームを試料に対して異
なる角度を持たせて照射することもできる。この
ときの吸収エネルギーの深度分布を第２図に示し
た。
ーム，を照射する。１本は加速電圧を10〜
15KV程度にすることによつて表面のシリコン層
３を加熱し、他の１本は50〜60KV程度にする
ことによつて下地酸化膜２を加熱するように設定
する。これら２本の電子ビームは、例えば、対称
的に配置された電子銃からの２本のビームを試料
上方であたかも一本のビームであるかのように合
流させて試料に照射することも、あるいはほぼ同
じ試料位置に２本の電子ビームを試料に対して異
なる角度を持たせて照射することもできる。この
ときの吸収エネルギーの深度分布を第２図に示し
た。
このように単結晶化すべきシリコン多結晶層３
のほかに下地酸化膜２をも加熱すると、電子ビー
ムによつて一度溶融されたシリコンの固化過程が
ゆるやかなものとなるために、再結晶化したシリ
コンは非常に大きな結晶寸法のものとなる。実験
的に、少なくとも数百〜数千μｍの単結晶を得
た。なお、発明の本質上、酸化膜２は上記のパタ
ーンである必要はなく、単純な平面的な膜（層）
であることができる。
のほかに下地酸化膜２をも加熱すると、電子ビー
ムによつて一度溶融されたシリコンの固化過程が
ゆるやかなものとなるために、再結晶化したシリ
コンは非常に大きな結晶寸法のものとなる。実験
的に、少なくとも数百〜数千μｍの単結晶を得
た。なお、発明の本質上、酸化膜２は上記のパタ
ーンである必要はなく、単純な平面的な膜（層）
であることができる。
次に、第３図を参照すると、シリコンウエーハ
１上に例えば寸法20μ×30μ、厚さ0.8〜1.0μｍの
酸化膜２、そしてその上に厚さ4000〜5000Åのシ
リコン多結晶層３が形成されている。これらの層
の寸法や厚さは所望なデバイスの寸法や厚さによ
つて自由に選択することができる。
１上に例えば寸法20μ×30μ、厚さ0.8〜1.0μｍの
酸化膜２、そしてその上に厚さ4000〜5000Åのシ
リコン多結晶層３が形成されている。これらの層
の寸法や厚さは所望なデバイスの寸法や厚さによ
つて自由に選択することができる。
そして、本発明の第二の態様では、３本の電子
ビーム，，を使用する。ビームの加速電圧
を中央のビームは10〜15KV、両端のビーム
，は50〜60KVに設定し、即ち、中央のビー
ムは表面のシリコン層３を、両端のビーム，
は下地酸化膜２を加熱するように設定する。そ
して、試料上この３本のビームを平行的に走査す
る。
ビーム，，を使用する。ビームの加速電圧
を中央のビームは10〜15KV、両端のビーム
，は50〜60KVに設定し、即ち、中央のビー
ムは表面のシリコン層３を、両端のビーム，
は下地酸化膜２を加熱するように設定する。そ
して、試料上この３本のビームを平行的に走査す
る。
こうすることによつて、酸化膜２まで加熱され
た両端部では表面シリコン層３のみが加熱された
中央部よりもビームが去つた後の冷却速度が遅く
なり、第３図における横方向AMA′における温度
分布が第４図の曲線Ｑのようなサドル形となる。
このために、一度熔融した表面シリコン層３は最
初中央の部分Ｍが固化し、その固化領域が両端部
Ａ，A′の方へと次第に拡大してゆき、最終的に
表面シリコン層３は完全な単結晶となる。
た両端部では表面シリコン層３のみが加熱された
中央部よりもビームが去つた後の冷却速度が遅く
なり、第３図における横方向AMA′における温度
分布が第４図の曲線Ｑのようなサドル形となる。
このために、一度熔融した表面シリコン層３は最
初中央の部分Ｍが固化し、その固化領域が両端部
Ａ，A′の方へと次第に拡大してゆき、最終的に
表面シリコン層３は完全な単結晶となる。
これは、従来のように一本のレーザービーム
（又は電子ビーム）のみで表面シリコン層をアニ
ールした場合には、ビームが去つた後の温度分布
が曲線Ｐ（第４図）のようなプロフアイルになる
ので、一度溶融したシリコンは両端部Ａ，A′か
ら固化が起こり中央部に進行し、どうしても中央
付近で結晶成長が害され、単結晶化しないという
不都合が除去されるから可能となつたものであ
る。
（又は電子ビーム）のみで表面シリコン層をアニ
ールした場合には、ビームが去つた後の温度分布
が曲線Ｐ（第４図）のようなプロフアイルになる
ので、一度溶融したシリコンは両端部Ａ，A′か
ら固化が起こり中央部に進行し、どうしても中央
付近で結晶成長が害され、単結晶化しないという
不都合が除去されるから可能となつたものであ
る。
なお、ビームのスポツトの寸法は必要であれば
数mmのオーダーのものが得られるとも報告されて
いるので、単結晶化できるシリコンの寸法は３本
の電子ビームによつても相当に大きくすることが
できることは明らかである。
数mmのオーダーのものが得られるとも報告されて
いるので、単結晶化できるシリコンの寸法は３本
の電子ビームによつても相当に大きくすることが
できることは明らかである。
(7) 発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明によつ
てSOIにおいて大きな単結晶を得ることが可能と
なる。それによつてSOIの半導体装置への利用も
前進する。
てSOIにおいて大きな単結晶を得ることが可能と
なる。それによつてSOIの半導体装置への利用も
前進する。
第１図は２本の電子ビームを用いた本発明の一
つのビームアニールを示す概略図、第２図は第１
図における深さ方向の吸収エネルギーの分布図、
第３図は３本の電子ビームを用いた本発明のもう
一つのビームアニールを示む概略図、第４図は第
３図における表面層の横方向の温度分布を示す図
である。 １……シリコンウエーハ、２……絶縁物（酸化
膜）、３……多結晶シリコン層、〜……電子
ビーム。
つのビームアニールを示す概略図、第２図は第１
図における深さ方向の吸収エネルギーの分布図、
第３図は３本の電子ビームを用いた本発明のもう
一つのビームアニールを示む概略図、第４図は第
３図における表面層の横方向の温度分布を示す図
である。 １……シリコンウエーハ、２……絶縁物（酸化
膜）、３……多結晶シリコン層、〜……電子
ビーム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁体上に多結晶シリコン層を形成し、第１
の加速電圧による第１の電子ビームを該多結晶シ
リコン層に照射して該多結晶シリコン層を加熱す
ると共に、該第１の電子ビームが照射される領域
を中心として、その両側の多結晶シリコン層に該
第１の加速電圧より高い第２の加速電圧による第
２の電子ビームを照射しながらこれら３本の電子
ビームを平行的に走査して、 該第１の電子ビームが照射された領域で低く、
該第２の電子ビームが照射された領域で高い温度
分布にせしめ、 これらの電子ビームで溶融されるシリコン層を
該第１の電子ビームが照射される領域から外側へ
向つて冷却させ、該多結晶シリコン層の再結晶化
を行なうことを特徴とする電子ビームアニール方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20954081A JPS58112323A (ja) | 1981-12-26 | 1981-12-26 | 電子ビ−ムアニ−ル方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20954081A JPS58112323A (ja) | 1981-12-26 | 1981-12-26 | 電子ビ−ムアニ−ル方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58112323A JPS58112323A (ja) | 1983-07-04 |
| JPH0355975B2 true JPH0355975B2 (ja) | 1991-08-27 |
Family
ID=16574492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20954081A Granted JPS58112323A (ja) | 1981-12-26 | 1981-12-26 | 電子ビ−ムアニ−ル方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58112323A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59178719A (ja) * | 1983-03-30 | 1984-10-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 電子ビームアニール方法 |
| JP2542928Y2 (ja) * | 1989-10-27 | 1997-07-30 | 日本電気アイシーマイコンシステム株式会社 | マスタスライス半導体装置 |
| JP2002110688A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Canon Inc | Ｓｏｉの熱処理方法及び製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56142630A (en) * | 1980-04-09 | 1981-11-07 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1981
- 1981-12-26 JP JP20954081A patent/JPS58112323A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56142630A (en) * | 1980-04-09 | 1981-11-07 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58112323A (ja) | 1983-07-04 |
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