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
silicon
silicon layer
electron
layer
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/2636Bombardment with radiation with high-energy radiation for heating, e.g. electron beam heating

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to SOI single crystallization, particularly SOI single crystallization technology using an electron beam.

(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。
(2) Technology background SOI (Silicon on Insulator) is an abbreviation for silicon on an insulator (film), and it is easy to integrate multiple semiconductors formed within this silicon by utilizing the fact that the underlying layer is an insulator. This is intended to be a means for large-scale integration.

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。
However, it is not easy to form a desired silicon single crystal on an insulating layer, and the use of this technology is only a step forward, and further development is desired.

(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。
(3) Prior Art and Problems When silicon is deposited on an insulator, such as an oxide film, using a conventional CVD method, the silicon obtained is a polycrystalline substance with a crystal size of approximately several hundred Å. When this polycrystalline silicon layer is annealed by irradiating it with light from a laser that has recently been in the spotlight, such as a continuous wave argon laser, the locally high output of the laser light causes the silicon to melt and solidify, that is, recrystallize. occurs and can expand the crystal size. However, the crystals obtained are still polycrystalline, and the crystallization method is also about several μm.

(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。
(4) Purpose of the Invention In view of the current state of the prior art as described above, the present invention aims to increase the crystal size of silicon in SOI and realize single crystallization.

(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。
(5) Structure of the Invention With these objectives in mind, the present inventors have conducted extensive research and found that it is possible to achieve the above objectives by annealing using multiple electron beams with different acceleration voltages. It is something that

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。
It is well known that the growth of a single crystal is greatly influenced by the temperature conditions before and after melting and solidification. In conventional laser annealing, the conditions of instantaneous rapid heating and rapid cooling hinder the growth of large crystals. Therefore, the present inventors attempted to change the temperature conditions during the crystallization process of silicon to conditions favorable for single crystallization by heating the insulating material that is the underlying layer of silicon. It is. As a specific means for this purpose, the present invention uses an electron beam instead of a laser beam. This is because a laser beam can only heat a specific substance depending on the wavelength, and it also has the disadvantage of heating the layer to be heated inward from the surface over time (non-uniformly). In this respect, with an electron beam, by changing the accelerating voltage, it is possible to uniformly heat a desired substance at a desired depth.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説
明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using Examples.

(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。
(6) Embodiments of the Invention Referring to FIG. 1, an oxide film (SiO 2 ) 2 is formed on a silicon wafer 1, and this oxide film determines the crystal orientation of the silicon single crystal formed thereon. It can be patterned using conventional mask techniques as specified. SiO 2 oxide film 2
The thickness is usually 0.8 to 1.0 μm, but is not limited thereto. Then, on the surface of the oxide film 2, a conventional
The silicon polycrystalline layer 3 is usually 4000 ml thick using the CVD method.
Deposit about ~5000Å.

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。
Two electron beams are irradiated onto the SIO thus formed. One has an accelerating voltage of 10~
The surface silicon layer 3 is heated by applying a voltage of about 15 KV, and the base oxide film 2 is heated by applying a voltage of about 50 to 60 KV to the other one. These two electron beams can be irradiated onto the sample by, for example, combining two beams from symmetrically arranged electron guns above the sample as if they were a single beam, or It is also possible to irradiate two electron beams at substantially the same sample position with different angles relative to the sample. The depth distribution of absorbed energy at this time is shown in Figure 2.

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。
In this way, the silicon polycrystalline layer 3 to be made into a single crystal
If the underlying oxide film 2 is also heated, the solidification process of the silicon once melted by the electron beam becomes gradual, so that the recrystallized silicon has a very large crystal size. Experimentally, single crystals of at least several hundred to several thousand micrometers were obtained. Note that, in accordance with the essence of the invention, the oxide film 2 does not need to have the above pattern, but may be a simple planar film (layer).
can be.

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。
Next, referring to FIG. 3, an oxide film 2 with dimensions of, for example, 20 μ x 30 μ and a thickness of 0.8 to 1.0 μm is formed on a silicon wafer 1, and a polycrystalline silicon layer 3 with a thickness of 4000 to 5000 Å is formed thereon. ing. The dimensions and thickness of these layers can be freely selected depending on the desired dimensions and thickness of the device.

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。
In a second embodiment of the present invention, three electron beams are used. The acceleration voltage of the beam is set to 10 to 15 KV for the central beam and 50 to 60 KV for the beams at both ends.
is set so that the base oxide film 2 is heated. These three beams are then scanned in parallel over the sample.

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。
By doing this, the cooling rate after the beam leaves is slower at both ends where the oxide film 2 has been heated than at the center where only the surface silicon layer 3 has been heated, and the lateral AMA′ in FIG. The temperature distribution at is saddle-shaped as shown by curve Q in FIG.
For this reason, once the surface silicon layer 3 is melted, the central portion M is first solidified, and the solidified region gradually expands toward both ends A and A', and finally the surface silicon layer 3 is completely solidified. It becomes a single crystal.

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。
This means that when the surface silicon layer is annealed with only one laser beam (or electron beam) as in the past, the temperature distribution after the beam leaves will have a profile like curve P (Figure 4). Therefore, once melted silicon solidifies from both ends A and A' and progresses to the center, this is possible because it eliminates the disadvantage that crystal growth is inevitably impaired near the center and does not become a single crystal. It is something.

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。
It is also reported that the beam spot size can be on the order of several millimeters if necessary, so the size of the silicon that can be made into a single crystal can be made considerably large even with three electron beams. It is clear that this can be done.

(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。
(7) Effects of the invention As is clear from the above explanation, the present invention makes it possible to obtain a large single crystal in SOI. This will also advance the use of SOI in semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing one beam annealing according to the present invention using two electron beams, and FIG.
Distribution diagram of absorbed energy in the depth direction in the figure,
FIG. 3 is a schematic diagram showing another beam annealing according to the present invention using three electron beams, and FIG. 4 is a diagram showing the lateral temperature distribution of the surface layer in FIG. 3. 1... Silicon wafer, 2... Insulator (oxide film), 3... Polycrystalline silicon layer, ~... Electron beam.

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。
[Claims] 1. A polycrystalline silicon layer is formed on an insulator, and a first
The polycrystalline silicon layer is irradiated with a first electron beam with an accelerating voltage of Scanning these three electron beams in parallel while irradiating the layer with a second electron beam at a second acceleration voltage higher than the first acceleration voltage, the area irradiated with the first electron beam and low,
A high temperature distribution is created in the region irradiated with the second electron beam, and the silicon layer melted by these electron beams is cooled outward from the region irradiated with the first electron beam, so that the silicon layer melted by the electron beams is cooled outward from the region irradiated with the first electron beam. An electron beam annealing method characterized by recrystallizing a crystalline silicon layer.
JP20954081A 1981-12-26 1981-12-26 Process of annealing by electron beams Granted JPS58112323A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2542928Y2 (en) * 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 Master slice semiconductor device
JP2002110688A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Canon Inc Thermal processing method of soi, and its manufacturing method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56142630A (en) * 1980-04-09 1981-11-07 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56142630A (en) * 1980-04-09 1981-11-07 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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