JPS60152019A - 電子ビームアニール方法 - Google Patents
電子ビームアニール方法Info
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- JPS60152019A JPS60152019A JP59007339A JP733984A JPS60152019A JP S60152019 A JPS60152019 A JP S60152019A JP 59007339 A JP59007339 A JP 59007339A JP 733984 A JP733984 A JP 733984A JP S60152019 A JPS60152019 A JP S60152019A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電子ビー−ムアニール装置に係わり、特にア
ニール領域の形状及びそれによる面内潤度分布を制御可
能とした電子ビームアニール装置に関する。
ニール領域の形状及びそれによる面内潤度分布を制御可
能とした電子ビームアニール装置に関する。
近年、半導体工業の分野においては、電子ビームアニー
ル技術を用いたＳＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ ＯｎＩ ｎ
５ｕｌａｔｏｒ）膜の形成技術の研究開発が盛んとなっ
ている。この技術では、シリコン単結晶基板上にシリコ
ン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成し、その上
に多結晶シリコン膜や非晶質シリコン膜等を堆積し、電
子ビーム或いはレーザービーム等のビーム照射により、
上記シリコン膜を溶融再結晶化させてシリコン結晶層を
成長させる方法を採っている。
ル技術を用いたＳＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ ＯｎＩ ｎ
５ｕｌａｔｏｒ）膜の形成技術の研究開発が盛んとなっ
ている。この技術では、シリコン単結晶基板上にシリコ
ン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成し、その上
に多結晶シリコン膜や非晶質シリコン膜等を堆積し、電
子ビーム或いはレーザービーム等のビーム照射により、
上記シリコン膜を溶融再結晶化させてシリコン結晶層を
成長させる方法を採っている。
ところで、従来の電子ビームアニール装置では、細く絞
った電子ビーム（ガウス分布型）をＸ、Ｙ方向に走査さ
せて試料面内を均一にアニールしている。しかし、ガウ
ス分布型の強度分布を持つビームをＸ、Ｙ方向に走査す
る方式で照射した場合、ビーム照射部の中心が周辺部よ
りも温度が高いので、再結晶化させるときにアニール領
域の周辺部が先に凝固し、中心に向って結晶化する。こ
れを走査方向から見ると、両側の周辺部から中心に向っ
て結晶成長が進行することになり、必然的に結晶粒界が
発生し、このため全面を単結晶化することは極めて困難
であった。
った電子ビーム（ガウス分布型）をＸ、Ｙ方向に走査さ
せて試料面内を均一にアニールしている。しかし、ガウ
ス分布型の強度分布を持つビームをＸ、Ｙ方向に走査す
る方式で照射した場合、ビーム照射部の中心が周辺部よ
りも温度が高いので、再結晶化させるときにアニール領
域の周辺部が先に凝固し、中心に向って結晶化する。こ
れを走査方向から見ると、両側の周辺部から中心に向っ
て結晶成長が進行することになり、必然的に結晶粒界が
発生し、このため全面を単結晶化することは極めて困難
であった。
本発明の目的は、結晶成長過程で生じる結晶粒界を消滅
させることができ、単結晶層成長の容易化をはかり、大
面積の単結晶層を成長し得る電子ビームアニール装置を
提供することにある。
させることができ、単結晶層成長の容易化をはかり、大
面積の単結晶層を成長し得る電子ビームアニール装置を
提供することにある。
〔発明の概要）
本発明の骨子は、アニール領域の幅を変化させることに
より、結晶成長過程で生じる結晶粒界を消滅させること
にある。
より、結晶成長過程で生じる結晶粒界を消滅させること
にある。
アニール領域の幅を可変する方法として本発明者等が種
々実験を重ねた結果、ビームをその走査方向と直交する
方向に高速偏向すればよいことが判った。また、本発明
者等の鋭意研究によれば、上記高速偏向するための電圧
として外幅変調された高周波電圧を用いることにより、
アニール領域の幅（ビーム走査方向と直交する方向の長
さ）をビーム走査方向に沿って容易に変化させ得ること
が判明した。そして、上記のようにして試料をアニール
することにより、アニール領域の幅を変化させることが
でき、所謂ネッキング効果により結晶粒界を消滅できる
ことを確認している。
々実験を重ねた結果、ビームをその走査方向と直交する
方向に高速偏向すればよいことが判った。また、本発明
者等の鋭意研究によれば、上記高速偏向するための電圧
として外幅変調された高周波電圧を用いることにより、
アニール領域の幅（ビーム走査方向と直交する方向の長
さ）をビーム走査方向に沿って容易に変化させ得ること
が判明した。そして、上記のようにして試料をアニール
することにより、アニール領域の幅を変化させることが
でき、所謂ネッキング効果により結晶粒界を消滅できる
ことを確認している。
本発明はこのような点に着目し、絶縁膜上の多結晶シリ
コンや非晶質シリコン等のシリコン膜をアニールする電
子ビームアニール装置において、電子銃から放射された
電子ビームを集束制御するレンズ系と、上記ビームをシ
リコン膜等の試料で走査する第１の偏向器と、上記ビー
ムを上記走査方向と略直交する方向に高速変更する第２
の偏向器と、この第２の偏向器に振幅変調された高周波
電圧を印加する高周波電源とを設けるようにしたもので
ある。
コンや非晶質シリコン等のシリコン膜をアニールする電
子ビームアニール装置において、電子銃から放射された
電子ビームを集束制御するレンズ系と、上記ビームをシ
リコン膜等の試料で走査する第１の偏向器と、上記ビー
ムを上記走査方向と略直交する方向に高速変更する第２
の偏向器と、この第２の偏向器に振幅変調された高周波
電圧を印加する高周波電源とを設けるようにしたもので
ある。
本発明によれば、第２の偏向器及びこれに印加する高周
波電圧の作用により、電子ビームの振幅を変化させなが
らビーム走査できるため、アニール領域の幅を場所によ
り変化させることができ・、る。
波電圧の作用により、電子ビームの振幅を変化させなが
らビーム走査できるため、アニール領域の幅を場所によ
り変化させることができ・、る。
これにより、結晶成長の途中で光生する結晶粒界を、幅
を狭くしたアニール領域の部分で消滅させることができ
る。所謂ネッキング効果である。したがって、試料全面
に亘って大面積の単結晶層を育成することが容易となる
。
を狭くしたアニール領域の部分で消滅させることができ
る。所謂ネッキング効果である。したがって、試料全面
に亘って大面積の単結晶層を育成することが容易となる
。
第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビームアニール
装置を示す概略構成図である。図中１は電子銃で、この
電子銃１から放射された電子ビームは対物レンズ２によ
り集束されて試料３上に照１射されると共に、走査コイ
ル（第１の偏向器）４により試料３上で走査される。走
査コイル４は実際にはビームをＸ方向（紙面左右方向）
に偏向するＸ方向偏向コイルと、ビームをＹ方向（紙面
表裏方向）に偏向するＹ方向偏向コイルとから構成され
ている。また、レンズ２の主面にはアパーチャ５が配置
され、電子銃１とレンズ２との間にはビームを０Ｎ−Ｏ
ＦＦするためのブランキング電極６が配置されている。
装置を示す概略構成図である。図中１は電子銃で、この
電子銃１から放射された電子ビームは対物レンズ２によ
り集束されて試料３上に照１射されると共に、走査コイ
ル（第１の偏向器）４により試料３上で走査される。走
査コイル４は実際にはビームをＸ方向（紙面左右方向）
に偏向するＸ方向偏向コイルと、ビームをＹ方向（紙面
表裏方向）に偏向するＹ方向偏向コイルとから構成され
ている。また、レンズ２の主面にはアパーチャ５が配置
され、電子銃１とレンズ２との間にはビームを０Ｎ−Ｏ
ＦＦするためのブランキング電極６が配置されている。
ここまでの構成は通常の電子ビームアニール装置と同様
であり、本実施例がこれと異なる点は、前記レンズ２と
偏向コイル４との間にビームを高速偏向するための偏向
板（第２の偏向器）１０を設けたことにある。すなわち
、偏向板１ｏは第２図に示す如くＹ方向に対向配置され
、ビームをＹ方向に高速偏向するものとなっている。ま
た、偏向板１０には高周波１１＊１１により振幅変調さ
れた高周波電圧が印加されるものとなっている。なお、
上記説明では偏向板１０を１組としたが、これに加えビ
ームをＸ方向に高速偏向する偏向器を設けるようにして
もよい。また、ワーキングディスタンスが十分大きい場
合、偏向板１０−を前記偏向コイル４の下方に設けるこ
とも可能である。
であり、本実施例がこれと異なる点は、前記レンズ２と
偏向コイル４との間にビームを高速偏向するための偏向
板（第２の偏向器）１０を設けたことにある。すなわち
、偏向板１ｏは第２図に示す如くＹ方向に対向配置され
、ビームをＹ方向に高速偏向するものとなっている。ま
た、偏向板１０には高周波１１＊１１により振幅変調さ
れた高周波電圧が印加されるものとなっている。なお、
上記説明では偏向板１０を１組としたが、これに加えビ
ームをＸ方向に高速偏向する偏向器を設けるようにして
もよい。また、ワーキングディスタンスが十分大きい場
合、偏向板１０−を前記偏向コイル４の下方に設けるこ
とも可能である。
このように構成された本装置において、Ｙ軸方向に高速
偏向させた電子ビームをＸ軸方向に走査させる。このと
き、Ｙ軸方向の高速偏向の振幅を正弦波で振幅変調させ
た場合、ビーム照射領域は第３図に示す如°くなり、ア
ニール領域もそれに対応した形状となった。高速偏向は
５０［ＭＨｚ］の正弦波で行い、振幅変調は１ ［Ｈ２
］の正弦波で行った。Ｘ軸走査速度は１０［ｓ／ｓ］と
したので、アニール領域の幅は、１０［ｍ１周期で変化
している。振幅変調の正弦波の振幅を±６０［Ｖ］とし
アニール領域の幅（ビーム振り幅）を最大２．３［ａａ
＋］、最小０．５［１ｍｌとすることができた。
偏向させた電子ビームをＸ軸方向に走査させる。このと
き、Ｙ軸方向の高速偏向の振幅を正弦波で振幅変調させ
た場合、ビーム照射領域は第３図に示す如°くなり、ア
ニール領域もそれに対応した形状となった。高速偏向は
５０［ＭＨｚ］の正弦波で行い、振幅変調は１ ［Ｈ２
］の正弦波で行った。Ｘ軸走査速度は１０［ｓ／ｓ］と
したので、アニール領域の幅は、１０［ｍ１周期で変化
している。振幅変調の正弦波の振幅を±６０［Ｖ］とし
アニール領域の幅（ビーム振り幅）を最大２．３［ａａ
＋］、最小０．５［１ｍｌとすることができた。
以上のような条件下で、シリコン層の結晶化実験を行っ
た。試料としては、厚さ１［μＴｒＬ］の２酸化シリコ
ン膜の付いたシリコンウェーハ上に、ＣＶＤ法により厚
さ０．６［μＴＩＬ］の多結晶シリコン層を堆積したも
のを用いた。アニール条件として電子ビームの加速電圧
を１．０［ＫｅＶ］、ビーム電流を４．８ ［ｍＡ］と
した。
た。試料としては、厚さ１［μＴｒＬ］の２酸化シリコ
ン膜の付いたシリコンウェーハ上に、ＣＶＤ法により厚
さ０．６［μＴＩＬ］の多結晶シリコン層を堆積したも
のを用いた。アニール条件として電子ビームの加速電圧
を１．０［ＫｅＶ］、ビーム電流を４．８ ［ｍＡ］と
した。
シリコン層の溶融領域は、前記第３図に示した如き形状
となり、その幅は最大１．９［ｍ］、最小０．５ ［＃
ＩＩＩ＋］の大きさのものとなった。最大幅の部分で適
切にシリコン層を溶融できるビーム電瞥 い振り幅の両端部が溶けにくくなってしまったからであ
る。この最小幅を小さくする度合に応じて結晶粒界のそ
の部分での消滅の度合も変化″する。
となり、その幅は最大１．９［ｍ］、最小０．５ ［＃
ＩＩＩ＋］の大きさのものとなった。最大幅の部分で適
切にシリコン層を溶融できるビーム電瞥 い振り幅の両端部が溶けにくくなってしまったからであ
る。この最小幅を小さくする度合に応じて結晶粒界のそ
の部分での消滅の度合も変化″する。
これは、引上法やフローティングゾーン法による単結晶
インゴットの製作の場合と良く似た所謂ネッキング現象
である。
インゴットの製作の場合と良く似た所謂ネッキング現象
である。
また、Ｙ軸方向の偏向、即ち走査線をＹ軸方向にずらす
場合、アニール領域の各走査毎の重なりを正しく制御す
るためには、例えば、奇数番目（ｎ＋１）の走査の場合
の位相と偶数番目（ｎ）の走査の場合の位相とを互いに
１８０°ずらすと良い。第４図は、その場合のアニール
領域の重なりを示し、重なりの幅は、どの部分でも一定
となり、その幅の大きさはＹｌ１１１１１ｍ向の大きさ
で決定できる。
場合、アニール領域の各走査毎の重なりを正しく制御す
るためには、例えば、奇数番目（ｎ＋１）の走査の場合
の位相と偶数番目（ｎ）の走査の場合の位相とを互いに
１８０°ずらすと良い。第４図は、その場合のアニール
領域の重なりを示し、重なりの幅は、どの部分でも一定
となり、その幅の大きさはＹｌ１１１１１ｍ向の大きさ
で決定できる。
かくして本実施例では、電子ビームアニール領域の端部
では結晶粒界の発生が認められたものの、中央部の広範
囲領域に亘って粒界発生が抑えられ良質の単結晶層を得
ることができた。このため、Ｓｏｌ技術による半導体素
子形成に極めて有効である。
では結晶粒界の発生が認められたものの、中央部の広範
囲領域に亘って粒界発生が抑えられ良質の単結晶層を得
ることができた。このため、Ｓｏｌ技術による半導体素
子形成に極めて有効である。
なお、本発明は上述した実塵例に限定されるものではな
い。例えば前記振幅変調するための低周波は正弦波に限
るものではなく、三角波、方形波或は若しくは複雑な任
意の波形でも同様の効果を期待できる。さらに、より詳
細な実験、解析を進めることにより、最適な波形を見出
すことが可能である。また、アニール領域の幅が広い部
分と狭い部分とでは、後者の方が電子ビームの滞在時間
が長く、加熱効果が大きい。この効果を補正するために
は、振幅変調した波形をさらに周波数変調させ、アニー
ル領域幅の狭い部分では、周波数を低くとることが有効
である。
い。例えば前記振幅変調するための低周波は正弦波に限
るものではなく、三角波、方形波或は若しくは複雑な任
意の波形でも同様の効果を期待できる。さらに、より詳
細な実験、解析を進めることにより、最適な波形を見出
すことが可能である。また、アニール領域の幅が広い部
分と狭い部分とでは、後者の方が電子ビームの滞在時間
が長く、加熱効果が大きい。この効果を補正するために
は、振幅変調した波形をさらに周波数変調させ、アニー
ル領域幅の狭い部分では、周波数を低くとることが有効
である。
また、本発明の第２の偏向器に加え一定電圧が印加され
る曲面偏向電極を設け、ビームの形状をビーム走査方向
に対し弓型としてもよい、この場合、２次元面内での結
晶化を、アニール領域の中心を先に周辺を後にと位相を
ずらすことができ、より一層結晶粒界発生を抑止するこ
とが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
る曲面偏向電極を設け、ビームの形状をビーム走査方向
に対し弓型としてもよい、この場合、２次元面内での結
晶化を、アニール領域の中心を先に周辺を後にと位相を
ずらすことができ、より一層結晶粒界発生を抑止するこ
とが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビームアニール
装置を示す概略構成図、第２図は上記装置に使用した第
２の偏向器及び高周波電源を示す要部構成図、第３図及
び第４図はそれぞれ上記装置の作用を説明するために模
式図である。 １・・・電子銃、２・・・対物レンズ（レンズ系）、３
・・・被アニール試利、４・・・偏向コイル（第１の偏
向器）、５・・・アパーチャ、６・・・ブランキング電
極、１０．１０′・・・偏向器（第２の偏向器）。 出願人 工業技術院長 川田裕部 第１ 図 第２図
装置を示す概略構成図、第２図は上記装置に使用した第
２の偏向器及び高周波電源を示す要部構成図、第３図及
び第４図はそれぞれ上記装置の作用を説明するために模
式図である。 １・・・電子銃、２・・・対物レンズ（レンズ系）、３
・・・被アニール試利、４・・・偏向コイル（第１の偏
向器）、５・・・アパーチャ、６・・・ブランキング電
極、１０．１０′・・・偏向器（第２の偏向器）。 出願人 工業技術院長 川田裕部 第１ 図 第２図
Claims (1)
- 電子銃から放射された電子ビームを集束制御するレンズ
系と、上記ビームを被アニール試料上で走査する第１の
偏向器と、前記ビームを上記走査方向と略直交する方向
に高速偏向する第２の偏向器と、この第２の偏向器に振
幅変調された高周波電圧を印加する高周波電源とを具備
してなることを特徴とする電子ビームアニール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59007339A JPS60152019A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 電子ビームアニール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59007339A JPS60152019A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 電子ビームアニール方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152019A true JPS60152019A (ja) | 1985-08-10 |
| JPH0241899B2 JPH0241899B2 (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=11663181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59007339A Granted JPS60152019A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 電子ビームアニール方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152019A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0465698U (ja) * | 1990-10-12 | 1992-06-08 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58123717A (ja) * | 1982-01-18 | 1983-07-23 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1984
- 1984-01-20 JP JP59007339A patent/JPS60152019A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58123717A (ja) * | 1982-01-18 | 1983-07-23 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0241899B2 (ja) | 1990-09-19 |
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