JPS60257123A - 表面層帯溶融結晶成長装置 - Google Patents
表面層帯溶融結晶成長装置Info
- Publication number
- JPS60257123A JPS60257123A JP11220084A JP11220084A JPS60257123A JP S60257123 A JPS60257123 A JP S60257123A JP 11220084 A JP11220084 A JP 11220084A JP 11220084 A JP11220084 A JP 11220084A JP S60257123 A JPS60257123 A JP S60257123A
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- Japan
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- induction heating
- frequency induction
- beam irradiation
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- Pending
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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、絶縁体上に単結晶半導体層を形成する半導体
結晶層の製造技術に係わり、特に半導体材料の表面層の
アニール領域の面内温度分布を高精度に制御できる表面
層帯溶融結晶成長装置に関する。
結晶層の製造技術に係わり、特に半導体材料の表面層の
アニール領域の面内温度分布を高精度に制御できる表面
層帯溶融結晶成長装置に関する。
最近、半導体工業の分野においては、ビームアニール技
術を用いた８０１（絶縁膜上のシリコン）膜の形成技術
の研究開発が盛んである。この技術では、単結晶シリコ
ン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、その上に非晶質や多結晶の非単結晶シリコン
層を堆積し、電子ビームやレーザビーム等のビーム照射
により上記シリコン層を溶融・再凝固させることにより
、単結晶層を成長させる方法が一般的である。
術を用いた８０１（絶縁膜上のシリコン）膜の形成技術
の研究開発が盛んである。この技術では、単結晶シリコ
ン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、その上に非晶質や多結晶の非単結晶シリコン
層を堆積し、電子ビームやレーザビーム等のビーム照射
により上記シリコン層を溶融・再凝固させることにより
、単結晶層を成長させる方法が一般的である。
ところで、従来の連続ビームを用いたビームアニール装
置は、細く絞ったビームを試料面上に照射すると共に該
ビームをＸ及びＹ方向に走査し、試料表面を均一にアニ
ールする方式を採っている。
置は、細く絞ったビームを試料面上に照射すると共に該
ビームをＸ及びＹ方向に走査し、試料表面を均一にアニ
ールする方式を採っている。
このため、ビーム照射される領域近傍の試料温度は、ビ
ーム照射の時間経過と共に急激に上昇する。
ーム照射の時間経過と共に急激に上昇する。
従って、ビーム照射領域のシリコン層の溶融状態は電子
ビーム照射の経過時間、即ち場所により大きく変化し、
面内を均一に結晶成長させることが困難である。
ビーム照射の経過時間、即ち場所により大きく変化し、
面内を均一に結晶成長させることが困難である。
また、照射するエネルギービーム自身の強度、ビーム径
等の微少な変動によっても表面の澗度分′布に不均一性
が生じる。また、このような表面温度分布の不均一性は
、試料自身の熱的特性の不均一性や試料構造、例えば半
導体素子製作に必要なパターンニングが被アニール層自
身やその下地になされている場合等によっても生じる。
等の微少な変動によっても表面の澗度分′布に不均一性
が生じる。また、このような表面温度分布の不均一性は
、試料自身の熱的特性の不均一性や試料構造、例えば半
導体素子製作に必要なパターンニングが被アニール層自
身やその下地になされている場合等によっても生じる。
上記のような種々の原因で発生する表面温度分布の不均
一性は、半導体素子製作に必要な、大面積で結晶品質の
優れた単結晶層の形成を著しく困難にしている。
一性は、半導体素子製作に必要な、大面積で結晶品質の
優れた単結晶層の形成を著しく困難にしている。
本発明の目的は、アニール領域の面内温度分布を高精度
に制御することができ、絶縁体上の単結晶半導体層の成
長を容易化することのできる表面層帯溶融結晶成長装置
を提供することにある。
に制御することができ、絶縁体上の単結晶半導体層の成
長を容易化することのできる表面層帯溶融結晶成長装置
を提供することにある。
本発明の骨子は、絶縁体上の非単結晶半導体層を７ニー
ルする手段として、エネルギービーム照射機構と高周波
誘導加熱機構とを用いることにある。
ルする手段として、エネルギービーム照射機構と高周波
誘導加熱機構とを用いることにある。
周知のように、高周波誘導加熱方式では、使用する高周
波の周波数、電力等が一定の場合は、その加熱効果は被
加熱物質の導電率や透磁率等により決まる。導電率に関
しては、その値が大きい程加熱効果は大きく、従ってシ
リコン層に関しては同相部分では温度が高い程、また固
相よりも液相の方が加熱効果が大きい。このため、電子
ビーム照射によりシリコン層を溶融・再凝固させる過程
で、高周波誘導加熱を補助的に用いることによりシリコ
ン溶融部付近でのミクロ的な温度分布の不均一性を改善
できると共に、マクロ的にはアニール部と非アニール部
との温度分布を急峻とすることができ、結晶成長の容易
化、成長させる結晶の品質向上を達成できるのである。
波の周波数、電力等が一定の場合は、その加熱効果は被
加熱物質の導電率や透磁率等により決まる。導電率に関
しては、その値が大きい程加熱効果は大きく、従ってシ
リコン層に関しては同相部分では温度が高い程、また固
相よりも液相の方が加熱効果が大きい。このため、電子
ビーム照射によりシリコン層を溶融・再凝固させる過程
で、高周波誘導加熱を補助的に用いることによりシリコ
ン溶融部付近でのミクロ的な温度分布の不均一性を改善
できると共に、マクロ的にはアニール部と非アニール部
との温度分布を急峻とすることができ、結晶成長の容易
化、成長させる結晶の品質向上を達成できるのである。
なお、アニール部と非アニール部との温度分布を急峻に
できる理由は、高周波誘導加熱を用いることにより抵抗
加熱を用いる場合に比較し、全体の加熱量を少なくし該
加熱量で定まる基準温度を低くできるからである。
できる理由は、高周波誘導加熱を用いることにより抵抗
加熱を用いる場合に比較し、全体の加熱量を少なくし該
加熱量で定まる基準温度を低くできるからである。
本発明はこのような点に着目し、絶縁体上の非単結晶半
導体層をアニールして単結晶化する表面層帯溶融結晶成
長装置において、前記半導体層にエネルギービームを照
射し該半導体層をアニールするエネルギービーム照射機
構と、前記半導体層を高周波誘導加熱によりアニールす
る高周波誘導加熱機構とを設けるようにしたものである
。
導体層をアニールして単結晶化する表面層帯溶融結晶成
長装置において、前記半導体層にエネルギービームを照
射し該半導体層をアニールするエネルギービーム照射機
構と、前記半導体層を高周波誘導加熱によりアニールす
る高周波誘導加熱機構とを設けるようにしたものである
。
本発明によれば、表面層の温度分布をアニール５−
蔀では均一化、非アニール部では適切な温度勾配置−−
−実現することができる。特に、アニール部では、照射
する電子ビーム加速電圧やビーム電流等の撤′７・少な
変動に基づく温度の不均一性や試料自身の熟′的特性の
不均一性や試料構造そのものが不均一な１；′Ｉ・１″
、ｔ ｓｒ ＊ ｓ Ｋ ｉ ＋ ａ ｗ ｃ必ｌｉｔ
’ｌ ｔ＜ ９− ＞ Ｈ（ｒ ・・ングがシリコン層自身或いはその下地になされてい
る場合等、温度分布の不均一性を大幅に改善することが
できる。これらの効果により結晶粒界の発生を抑止しす
ることができ、単結晶層の大面積形成とその結晶品質の
向上を実現できる。
−実現することができる。特に、アニール部では、照射
する電子ビーム加速電圧やビーム電流等の撤′７・少な
変動に基づく温度の不均一性や試料自身の熟′的特性の
不均一性や試料構造そのものが不均一な１；′Ｉ・１″
、ｔ ｓｒ ＊ ｓ Ｋ ｉ ＋ ａ ｗ ｃ必ｌｉｔ
’ｌ ｔ＜ ９− ＞ Ｈ（ｒ ・・ングがシリコン層自身或いはその下地になされてい
る場合等、温度分布の不均一性を大幅に改善することが
できる。これらの効果により結晶粒界の発生を抑止しす
ることができ、単結晶層の大面積形成とその結晶品質の
向上を実現できる。
第１図は本発明の一実施例に係わる結晶成長装置を示す
概略構成図である。図中１１はアニールすべく試料であ
り、この試料１１はサセプタ１２上に配置されている。
概略構成図である。図中１１はアニールすべく試料であ
り、この試料１１はサセプタ１２上に配置されている。
サセプタ１２は厚さ５［閣］の高純度グラファイト板か
らなるもので、その下方には高周波誘導加熱用コイル１
３が配置されている。コイル１３は高周波電８１１４か
ら所定の電力を供給され、高周波誘導加熱により前記試
料１６− １及びサセプタ１２を加熱する。また、サセプタ１２の
上方には図示しない電子ビーム照射機構が配置されてお
り、これにより試料１１表面に電子で、試料１１を〜７
００ ［℃］に加熱した状態で、速度１００［ｏ＋＋／
Ｓ］であった。
らなるもので、その下方には高周波誘導加熱用コイル１
３が配置されている。コイル１３は高周波電８１１４か
ら所定の電力を供給され、高周波誘導加熱により前記試
料１６− １及びサセプタ１２を加熱する。また、サセプタ１２の
上方には図示しない電子ビーム照射機構が配置されてお
り、これにより試料１１表面に電子で、試料１１を〜７
００ ［℃］に加熱した状態で、速度１００［ｏ＋＋／
Ｓ］であった。
以上のような条件下で、絶縁体上の多結晶シリコンの単
結晶化実験を行った。試料１１としては、第２図（ａ）
に示す如く単結晶シリコン基板２１上に厚さ１［μｍ］
のシリコン酸化８１２２を形成し、この上にＣＶＤによ
り厚さ０．６［μｍ］の多結晶シリコン層（非単結晶半
導体ｍｌ） ２３を堆積したものを用いた。その結果、
帯溶融結晶化後のシリコン層２３では、約８００ ［μ
ｍ］×２［Ｓ］程度の巨大な単結晶粒が形成された。こ
の単結晶粒は略等間隔に相隣接し−Ｃ１並んでいるもの
であった。
結晶化実験を行った。試料１１としては、第２図（ａ）
に示す如く単結晶シリコン基板２１上に厚さ１［μｍ］
のシリコン酸化８１２２を形成し、この上にＣＶＤによ
り厚さ０．６［μｍ］の多結晶シリコン層（非単結晶半
導体ｍｌ） ２３を堆積したものを用いた。その結果、
帯溶融結晶化後のシリコン層２３では、約８００ ［μ
ｍ］×２［Ｓ］程度の巨大な単結晶粒が形成された。こ
の単結晶粒は略等間隔に相隣接し−Ｃ１並んでいるもの
であった。
次に、第２図（ｂ）に示す如く単結晶シリコン基板２１
上のシリコン酸化膜２２の一部をフォｌ−リソグラフィ
により除去して開口部２４を形成し、その上に多結晶シ
リコンｌ！２３を堆積したものを試料１１として用いた
。その結果、シリコン層２山′はシリコン基板２１と直
接接している部分を種結晶として、そこから横方向へ〜
３［ｓ］の長さまで横方向エピタキシャル成長し、基板
と同一の（１００）面方位の単結晶層が得られた。なお
、このときのビームアニール方法としては、まず開口部
２４上のシリコン１１２３上に電子ビームを照射し、こ
の部分を溶融して基板２１からのエピタキシャル成長に
より単結晶化した。次いで、該ビームを所定方向に走査
して、上記エピタキシャル成長を横方向に進行させるよ
うにした。
上のシリコン酸化膜２２の一部をフォｌ−リソグラフィ
により除去して開口部２４を形成し、その上に多結晶シ
リコンｌ！２３を堆積したものを試料１１として用いた
。その結果、シリコン層２山′はシリコン基板２１と直
接接している部分を種結晶として、そこから横方向へ〜
３［ｓ］の長さまで横方向エピタキシャル成長し、基板
と同一の（１００）面方位の単結晶層が得られた。なお
、このときのビームアニール方法としては、まず開口部
２４上のシリコン１１２３上に電子ビームを照射し、こ
の部分を溶融して基板２１からのエピタキシャル成長に
より単結晶化した。次いで、該ビームを所定方向に走査
して、上記エピタキシャル成長を横方向に進行させるよ
うにした。
かくして本実施例方法によれば、電子ビーム照射による
アニールに加え高周波誘導加熱によるアニールを用いる
ことにより、帯溶融部付近の温度分布の改善をはかるこ
とができ、大面積の単結晶化を極めて有効に行うことが
できた。また、従来装置に比して、抵抗加熱機構等の代
りに高周波誘導加熱機構を設けるのみの極めて簡易な構
成で実現できる等の利点がある。
アニールに加え高周波誘導加熱によるアニールを用いる
ことにより、帯溶融部付近の温度分布の改善をはかるこ
とができ、大面積の単結晶化を極めて有効に行うことが
できた。また、従来装置に比して、抵抗加熱機構等の代
りに高周波誘導加熱機構を設けるのみの極めて簡易な構
成で実現できる等の利点がある。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記アニールすべき半導体層は、多結晶シ
リコンに限るものではなく、非晶質シリコン、その他各
種の非単結晶半導体層に適用することが可能である。ま
た、高周波誘導加熱ニールのための照射機構としては、
電子ビーム照、：・−機構の他にレーザビーム照射機構
成いはフラッシュランプ等を用いることも可能である。
い。例えば、前記アニールすべき半導体層は、多結晶シ
リコンに限るものではなく、非晶質シリコン、その他各
種の非単結晶半導体層に適用することが可能である。ま
た、高周波誘導加熱ニールのための照射機構としては、
電子ビーム照、：・−機構の他にレーザビーム照射機構
成いはフラッシュランプ等を用いることも可能である。
また、前記サセプタの材料としてはグラファイトの他に
、石英ガラス、アルミナ系セラミックス、９− サファイア、スピネル、窒化シリコン或いは炭化シリコ
ン等を用いることが可能である。さらに、サセプタ自身
にも高周波電力による加熱を十分に加えたい場合には、
炭化シリコン或いは炭化シリコンコートしたグラファイ
ト等を用いればよい。
、石英ガラス、アルミナ系セラミックス、９− サファイア、スピネル、窒化シリコン或いは炭化シリコ
ン等を用いることが可能である。さらに、サセプタ自身
にも高周波電力による加熱を十分に加えたい場合には、
炭化シリコン或いは炭化シリコンコートしたグラファイ
ト等を用いればよい。
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。
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表面層帯溜１１結晶
成長装置を示す概略構成図、第２図（ａ）（ｂ）はアニ
ールすべく試料の一例を示す断面図である。 １１・・・試料、１２・・・サセプタ、１３・・・高周
波誘導加熱用コイル、１４・・・高周波電源、１５・・
・電子ビーム、２１・・・単結晶シリコン基板、２２・
・・シリコン酸化膜、２３・・・多結晶シリコン層（非
単結晶半導体層）、２４・・・開口部。 出願人 工業技術院長 用田裕部 １０− 第１図 第２図 （ａ） （ｂ） １１４−
成長装置を示す概略構成図、第２図（ａ）（ｂ）はアニ
ールすべく試料の一例を示す断面図である。 １１・・・試料、１２・・・サセプタ、１３・・・高周
波誘導加熱用コイル、１４・・・高周波電源、１５・・
・電子ビーム、２１・・・単結晶シリコン基板、２２・
・・シリコン酸化膜、２３・・・多結晶シリコン層（非
単結晶半導体層）、２４・・・開口部。 出願人 工業技術院長 用田裕部 １０− 第１図 第２図 （ａ） （ｂ） １１４−
Claims (5)
- （１）絶縁体上に形成された非単結晶半導体層にエネル
ギービームを照射し該半導体層をアニールするエネルギ
ービーム照射機構と、上記半導体層を高周波誘導加熱に
よりアニールする高周波誘導加熱機構とを具備してなる
ことを特徴とする表面層帯溶融結晶成長装置。 - （２）前記エネルギービーム照射機構として、電子ビー
ム照射機構を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の表面層帯溶融結晶成長装置。 - （３） 前記エネルギービーム照射機構として、レーザ
ビーム照射機構を用いることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の表面層帯溶融結晶成長装置。 - （４）前記エネルギービーム照射機構として、フラッシ
ュランプを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の表面層帯溶融結晶成長装置。 - （５）前記エネルギービーム照射機構は、前記半導体層
上でエネルギービームを走査するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の表面層帯溶融結晶成
長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11220084A JPS60257123A (ja) | 1984-06-02 | 1984-06-02 | 表面層帯溶融結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11220084A JPS60257123A (ja) | 1984-06-02 | 1984-06-02 | 表面層帯溶融結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60257123A true JPS60257123A (ja) | 1985-12-18 |
Family
ID=14580761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11220084A Pending JPS60257123A (ja) | 1984-06-02 | 1984-06-02 | 表面層帯溶融結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60257123A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002252173A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザーアニール方法 |
-
1984
- 1984-06-02 JP JP11220084A patent/JPS60257123A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002252173A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザーアニール方法 |
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