JPH04380B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、電子ビームを用いて、絶縁膜上に付
着せしめた多結晶半導体層を照射して、単結晶化
する際に、広い面積にわたつて単結晶化を可能と
する、半導体装置の製造方法に関する。

(2) 技術の背景 単結晶シリコン上に多結晶シリコンを成長さ
せ、このウエハに電子ビームを照射してアニール
単結晶化する技術が半導体装置の製造において近
年実用化されてきている。この技術は三次元的に
IC回路を積むための技術としてすぐれた特徴を
もつている。すなち、シリコン基板上に酸化膜を
介してCVD法等によりシリコン結晶を成長させ
る場合、必然的にその結晶は多結晶層となる。こ
の層を単結晶化するのに、電気炉の中にこのウエ
ハを設置する方法で行えば、シリコン基板自体も
溶融してしまうため、この方法は採用することが
できない。しかし局所的に加熱できる電子ビーム
を用いれば、基板を溶融することなく成長した多
結晶層を単結晶化することができる。

一方、近年の超LSI化の進展にともない、半導
体チツプはますます大面積化し、このため広い面
積にわたつて単結晶層を得る技術は製造工程上の
重要課題となつてきている。

(3) 従来技術の問題点 従来の電子ビームアニール方法においては、電
子ビームのスポツトにおける温度分布が、中心部
で高く周辺部で低いいわゆるガウス型の分布であ
つた。一方、多結晶層の単結晶化はビームスポツ
トにおける低い温度領域よりおこなわれるため、
従来のビームスポツトの場合にあつてはビーム周
辺部から冷えこの部分から単結晶層が成長してい
くという特徴をもつていた。このため局所的にし
か単結晶層が成長しないという欠点をもつてい
た。

すなち、第１図において、単結晶シリコン基板
上にSiO₂を介して成長させた多結晶シリコン基
板１上に、30ないし100μmの直径の電子ビームス
ポツト２を電流値１ないし10mA、電力20ないし
200Wで走査させる場合、ビームスポツト中心の
温度は1500ないし1600℃程度に上昇してシリコン
を溶融させるが、単結晶化はシリコンの融点1412
℃を切つた領域からおこなわれる。この場合、単
結晶化がおこなわれるビームスポツトの周辺の領
域では多結晶シリコンが存在する領域となつてい
るので、単結晶化が不安定であり局所的になつて
しまうという欠点があつた。このためビームスポ
ツトが走査された後の領域では多数の粒界をもつ
単結晶層５，６が形成されていた。

(4) 発明の目的 本発明は電子ビームアニールによつて多結晶層
を単結晶化するにあたつて、広い面積にわたつて
粒界のない単結晶層が成長されることを目的とし
た電子ビームアニール方法に関する。

(5) 発明の構成 本発明は電子ビームで照射されるウエハ上の領
域に従来のガウス型と異なる温度分布をつけ、ビ
ーム中心部から融点が切りはじめて、単結晶層が
この中心部から広がつて形成していくようにした
ものである。このため、本発明においては、表面
が絶縁物よりなる基体上に設けられた非単結晶半
導体層に電子ビームを照射し、該非単結晶半導体
層の単結晶化を行う半導体装置の製造方法におい
て、前記電子ビームを走査する際、前記電子ビー
ムを略10MHz以上の高速で、周期的に揺らすこと
で、電子ビームの照射領域の温度分布が周辺部よ
り中心部で低くなるように設定することを特徴と
している。

本発明においては、電子ビームの中心部を周辺
部より低くなるよう温度分布を設定しており、こ
のため電子ビーム走査の際、ビーム中心部から融
点が切りはじめるので、単結晶層はビーム中心部
から広がつて成長していく。従来の方法がビーム
周辺部から単結晶層の成長がせばめられていくの
にくらべて本発明による場合は、中心部から広が
つていくという特徴をもつており、このため広い
領域の単結晶層がえられることになる。

この場合、中心部が低い二山構造あるいはドー
ナツ型の温度分布の電子ビームを単一スポツトの
みで形成することは技術的にきわめて困難であ
る。本発明においてはこの点を解決するために、
第２の偏向板を設けて２つの位置をＸ方向および
Ｙ方向からの電圧印加で振り分けることによつ
て、実現するものである。すなわち、電子ビーム
を走査する第１の偏向板と周期的に２つの位置の
間でビームを振らせる第２の偏向板を設けて実質
的に中心部の温度が周辺部にくらべて低いビーム
エネルギー状態を形成することを特徴としたもの
である。

(6) 発明の実施例 第２図は本発明による電子ビームアニール方法
を実現するための装置の実施例を示す。

本装置はメインチヤンバー７とサブチヤンバー
８で構成される。図において電子銃となるカソー
ド９において発生した電子ビームは第１のレンズ
１０および第２のレンズ１１によつてしぼられ、
ウエハホルダー１２上に設置されたウエハ１３に
焦点が合わせられる。ウエハホルダー１２はモー
タ１３で可動するステージ１４に設置されいる。

本発明においてはコイル１５からなる第１の偏
向手段とは別に、偏向板１６からなる第２の偏向
手段を設けたことを特徴とする。

偏向板１６はＸ方向およびＹ方向に電子ビーム
を振らせることができ、電子ビームを走査させる
ためにコイル１６に印加させる電圧よりも周波数
が高く（略10MHz以上）かつ周期的な電圧を印加
させる。

次に本発明による電子ビームアニール方法によ
り、多結晶シリコンを単結晶化する場合の方法に
ついて説明する。第３図に示すごとくシリコン単
結晶基板１７上にシリコン酸化膜１８を成長さ
せ、さらに多結晶シリコン層１９を成長させたも
のをウエハとして用いる。このウエハにおいて、
種となる領域２０においては多結晶層と単結晶層
とが接触されている。この種となる領域は、第４
図において示すウエハ２１上のスクライブされる
領域２２に形成される。

電子ビームは、この種となる領域から出発し、
矢印２３の方向におよそ数ｍ／ｓの速度で走査し
ていくが、この際本発明における特徴として、走
査方向と直角な方向２４にもビームスポツトは振
られる。その周波数は10ないし100MHz程度が適
当である。また振られる距離はビームスポツトの
直径が100μm程度の場合100ないし150μmである。
なお矢印２５は、一のチツプ領域でのビーム走査
が完了したとき、次のチツプ領域へ移るためのス
テージ１４の移動をあらわしている。

本発明による電子ビームアニール方法における
ビーム照射部での温度分布と、偏向板１６への印
加電圧との関係を第５図で説明する。第５図ａは
従来の装置の電子ビームスポツト形状であり、照
射中心点の温度が高い。図において高温領域を斜
線で示す。

第５図ｂおよびｃは偏向板１６に電圧を印加さ
せることによつて得られたウエハ上の温度分布で
ある。この場合、偏向板１６への印加電圧の波形
は第５図１のように正弦波であつても２のように
方形波であつてもよい。

さらに偏向板１６への印加電圧につき、第５図
３のようにＸ方向とＹ方向の位相をπ／２だけづ
らした場合には、第５図ｄのごとき円環状の温度
分布のものがえられ、また第５図４のようにＸ方
向とＹ方向の周波数をずらしてfx＝2fyとすれば
いわゆるリサージ波形となり第５図ｅのごとき温
度分布のものがえられる。

このように、温度分布が周辺部より中心部の方
が低くなるよう電子ビームスポツト２６を操作す
ることによつて、第６図の矢印２７で示したよう
に多結晶シリコンの単結晶化は中心部から周辺部
へと成長していき広い面積にわたつての単結晶化
が実現される。

この場合、中心部を温度が最高となる周辺部と
の温度差ΔTは100℃ないし200℃にとる。

(7) 発明の効果 本発明による電子ビームアニールを用いて多結
晶シリコンの単結晶化をおこなつたところ、従来
では、２ないし10μm程度の大きさの単結晶領域
しか得られなかつたのにくらべて、100μm程度の
大きさの単結晶領域がえられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方法による多結晶シリコンの単
結晶化を説明するための概略図、第２図は本発明
を実施するための電子ビームアニール装置および
第３図ないし第６図は本発明による方法を用いて
単結晶化をおこなつた場合の説明図を示す。 図において１０，１１はレンズ、１５はコイ
ル、１６は偏向板をあらわす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面が絶縁物よりなる基体上に設けられた非
   単結晶半導体層に電子ビームを照射し、該非単結
   晶半導体層の単結晶化を行う半導体装置の製造方
   法において、 前記電子ビームを走査する際、 前記電子ビームを略10MHz以上の高速で、周期
   的に揺らすことで、電子ビームの照射領域の温度
   分布が周辺部より中心部で低くなるように設定す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。