JPS605508A - 半導体結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体結晶薄膜の製造方法Info
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- JPS605508A JPS605508A JP11287783A JP11287783A JPS605508A JP S605508 A JPS605508 A JP S605508A JP 11287783 A JP11287783 A JP 11287783A JP 11287783 A JP11287783 A JP 11287783A JP S605508 A JPS605508 A JP S605508A
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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、半導体結晶薄膜の製造方法に係り、特に基板
上に堆積しプζ多結晶或いは非品質の半導体薄膜を高エ
ネルギービームの照射により結晶化する半尋体結晶薄膜
の製造方法に関する。
上に堆積しプζ多結晶或いは非品質の半導体薄膜を高エ
ネルギービームの照射により結晶化する半尋体結晶薄膜
の製造方法に関する。
周知の如く、２次元半楳体装１？ｆ７’の累子を微釉１
化してこれを高集積化及び、市速化することは限界に近
くなっており、このだめ素子を多層に成する所謂３次元
半導体装１１イが提案されてい。３次元半導体装置を実
現する上で最も重要問題は、絶縁膜上に如何にして良質
の半導体膜を形成するかと云うことである。この問題に
対して、基板上の多結晶または非品質半導体薄一に高エ
ネルギービームを照射しながら走査し、租大粒の多結晶
まだは単結晶の半導体薄１１１；！を得るビームアニー
ル方法が提案されている。
化してこれを高集積化及び、市速化することは限界に近
くなっており、このだめ素子を多層に成する所謂３次元
半導体装１１イが提案されてい。３次元半導体装置を実
現する上で最も重要問題は、絶縁膜上に如何にして良質
の半導体膜を形成するかと云うことである。この問題に
対して、基板上の多結晶または非品質半導体薄一に高エ
ネルギービームを照射しながら走査し、租大粒の多結晶
まだは単結晶の半導体薄１１１；！を得るビームアニー
ル方法が提案されている。
従来の方法では、高エネルギービームが照射されている
間、基板は室温に放置されているか、或いは一定の熱量
を加えられて高温に保たれている。基板を室温に放置し
たままビームアニールを行うと、第１図に示す如くビー
ムを照射される地点は半導体の溶融温度に達するものの
、これから離れた基板の末端部の温度は略室温に近く、
基板上に大きな温度勾配が存在する。このため、ビーム
が照射される地点付近での温度不均一が入き＜、粗大な
結晶粒を成長させることは困難であった。また、ビーム
を連続的に照射しているためにビームの照射地点近くの
温度がしだいに高まり、半導体薄膜が溶融するだけでな
く蒸発したり、さらに基板に対する損傷を起こす虞れが
あった。
間、基板は室温に放置されているか、或いは一定の熱量
を加えられて高温に保たれている。基板を室温に放置し
たままビームアニールを行うと、第１図に示す如くビー
ムを照射される地点は半導体の溶融温度に達するものの
、これから離れた基板の末端部の温度は略室温に近く、
基板上に大きな温度勾配が存在する。このため、ビーム
が照射される地点付近での温度不均一が入き＜、粗大な
結晶粒を成長させることは困難であった。また、ビーム
を連続的に照射しているためにビームの照射地点近くの
温度がしだいに高まり、半導体薄膜が溶融するだけでな
く蒸発したり、さらに基板に対する損傷を起こす虞れが
あった。
これを解決するものとして最近、ビームを照射する基板
を５００〔℃〕程度の温度まで昇温して ビームアニー
ルを行う方法が提案された。この方法では、第２図に示
す如く、基板上の温度勾配が小さくなるので、比較的粗
大な結晶粒を成長させることが可能である。しかしなが
ら、ビーム照射中も基板を一定の熱量によって加熱して
いるため、ビーム照射地点近くの温度がしだいに高まり
、基板上の広い面積で均一なアニールを行うことは困難
であった。
を５００〔℃〕程度の温度まで昇温して ビームアニー
ルを行う方法が提案された。この方法では、第２図に示
す如く、基板上の温度勾配が小さくなるので、比較的粗
大な結晶粒を成長させることが可能である。しかしなが
ら、ビーム照射中も基板を一定の熱量によって加熱して
いるため、ビーム照射地点近くの温度がしだいに高まり
、基板上の広い面積で均一なアニールを行うことは困難
であった。
本発明の目的は、広い面積で均一なアニールを行うこと
ができ、ビームアニール法によって基板上に良質の多結
晶若しくは単結晶を形成し得る半導体結晶薄膜の製造方
法を提供することにある。
ができ、ビームアニール法によって基板上に良質の多結
晶若しくは単結晶を形成し得る半導体結晶薄膜の製造方
法を提供することにある。
本発明の骨子は、エネルギービームが照射される地点の
半導体薄膜の温度を高精度に検出し、その検出温度に応
じて薄膜に与える熱量を制何することにある。
半導体薄膜の温度を高精度に検出し、その検出温度に応
じて薄膜に与える熱量を制何することにある。
半導体表面温度を非接触で検出する手段としては種々あ
るが、走査型ビームアニールでは検出すべき地点が常に
移動するので、これに追従した温度検出が必要となる。
るが、走査型ビームアニールでは検出すべき地点が常に
移動するので、これに追従した温度検出が必要となる。
温度検出器の検出範囲を微小領域とし、との領域をビー
ム走査に合わせて移動することは実質的に困難である。
ム走査に合わせて移動することは実質的に困難である。
また、ビームアニールでは検出すべき地点が最も高い温
度（アニールすべき半導体の融点程度）であると考えら
れる。
度（アニールすべき半導体の融点程度）であると考えら
れる。
このような点に着目し本発明者等は鋭意研究を重ねた結
果、アニールすべき半導体からの黒体輻射を検出し、か
つ半導体の融点温度における黒体幅射の最強波長よりも
短い波長の光強度を検出することにより、ビーム照射地
点の温度を高精度に検出できるのが判明した。
果、アニールすべき半導体からの黒体輻射を検出し、か
つ半導体の融点温度における黒体幅射の最強波長よりも
短い波長の光強度を検出することにより、ビーム照射地
点の温度を高精度に検出できるのが判明した。
すなわち不発明は、基板全体をヒータにより加熱すると
共に、この基板上に形成された半導体薄膜上でエネルギ
ービームを走査して該薄膜を結晶化せしめる半導体結晶
薄膜の製造方法において、上記半導体薄膜の表面領域か
ら該薄膜の溶融温度における黒体輻射の最強度波長より
も短い光を検出し、その検出信号強度に応じ上記ヒータ
の加熱温度を制御する等して上記薄膜に与える熱量を制
御するようにした方法である。
共に、この基板上に形成された半導体薄膜上でエネルギ
ービームを走査して該薄膜を結晶化せしめる半導体結晶
薄膜の製造方法において、上記半導体薄膜の表面領域か
ら該薄膜の溶融温度における黒体輻射の最強度波長より
も短い光を検出し、その検出信号強度に応じ上記ヒータ
の加熱温度を制御する等して上記薄膜に与える熱量を制
御するようにした方法である。
本発明によれば、ビーム照射地点の温度を高精度に検出
できるので、一定の温度のもとで広い面積に亘り均一な
ビームアニールを行うことができる。このため、３次元
半導体装置の素子形成基板として実用上十分な特性を持
った良質、かつ均一な半導体結晶薄膜を形成することか
でできる。
できるので、一定の温度のもとで広い面積に亘り均一な
ビームアニールを行うことができる。このため、３次元
半導体装置の素子形成基板として実用上十分な特性を持
った良質、かつ均一な半導体結晶薄膜を形成することか
でできる。
５〔発明の実施例〕
第３図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビームア
ニール装置を示す概略構成図である。
ニール装置を示す概略構成図である。
図中１は平板上のヒータであり、このヒータ１上には被
アニール試料２が載置されている。試料２は第４図に示
す如く、例えばＰ型（１００）単結晶Ｓｉ基板２ｌ上に
１〔μｍ〕のＳｉｏ２ 膜２ ２を形成し、ＳＩＯ２膜
２２上に５０００［Ａ〕の多結晶Ｓｉ膜（半導体薄膜）
２３を堆積し、さらにその上に２０００［Ａ］のＳｉ０
２膜２４を堆積してなるものである。
アニール試料２が載置されている。試料２は第４図に示
す如く、例えばＰ型（１００）単結晶Ｓｉ基板２ｌ上に
１〔μｍ〕のＳｉｏ２ 膜２ ２を形成し、ＳＩＯ２膜
２２上に５０００［Ａ〕の多結晶Ｓｉ膜（半導体薄膜）
２３を堆積し、さらにその上に２０００［Ａ］のＳｉ０
２膜２４を堆積してなるものである。
ヒータ１の上方には、図示しない電子銃、集束レンズ３
．４及び偏向器５等からなる電子光学系が設けられてい
る。そして、上記電子銃から発射された電子ビームがコ
イル３，４により集束され、偏向器５により前記試料２
上で走査されるものとなっている。
．４及び偏向器５等からなる電子光学系が設けられてい
る。そして、上記電子銃から発射された電子ビームがコ
イル３，４により集束され、偏向器５により前記試料２
上で走査されるものとなっている。
ヒータ１の斜上方には、受光器６が配置されている。こ
の受光器６はその視野を前試料２の供給され、上記温度
１゛が予め定められた一定温度となるよう前記ヒータ１
への通電電流が制御されるものとなっている。
の受光器６はその視野を前試料２の供給され、上記温度
１゛が予め定められた一定温度となるよう前記ヒータ１
への通電電流が制御されるものとなっている。
ところで、半導体にエネルギービームを照射すると、半
導体は昇温され、所謂ブランクの輻射法則 で表わされるようなエネルギー輻射を行う。この様子を
第５図に示す。半導体の表面はエネルギービームを照射
される地点よシ遠い糊温度が低く、それぞれの温度に応
じたエネルギー輻射を行う。そこで、エネルギービーム
が照射されている地点に近す部分の温度分布（第６図）
よシエネルギービーム照射地点の温度のみを検出するた
めに、エネルギービーム照射地点の温度−ムを照射され
ている地点の温度の上下に対応して、前記第３図に示す
ように、基板２ノに加える熱量を加減することによ巾、
ビームが照射されている地点の温度を一定に保つことが
できる。
導体は昇温され、所謂ブランクの輻射法則 で表わされるようなエネルギー輻射を行う。この様子を
第５図に示す。半導体の表面はエネルギービームを照射
される地点よシ遠い糊温度が低く、それぞれの温度に応
じたエネルギー輻射を行う。そこで、エネルギービーム
が照射されている地点に近す部分の温度分布（第６図）
よシエネルギービーム照射地点の温度のみを検出するた
めに、エネルギービーム照射地点の温度−ムを照射され
ている地点の温度の上下に対応して、前記第３図に示す
ように、基板２ノに加える熱量を加減することによ巾、
ビームが照射されている地点の温度を一定に保つことが
できる。
かくして本実施例によれば、一定の温度のもとにビーム
アニールを行うことができるので、均一なアニールを行
い得る。本発明者等の実験によれば、前記第３図に示す
装置及び第４図に示す試料２を用いてアニールを行った
ところ、次のような結果が得られた。まず、ビーム源と
しての電子ビームの加速室圧を１０〔ｋｖ〕、Ｓｉ基板
に到達するビーム電δｆｅを５（ｍＡ）とし、ビームス
、３？ツト径は３００〔μｍφ〕とし、５［ｃ１ｎ］Ｘ
５ 〔Ｃ；ＩＩ〕の領域を１００ ［ｔｔｍ ］のピ
ッチで１〔ｒＱ／１Ｉｅｃ〕の速度で走査しながらアニ
ールした。
アニールを行うことができるので、均一なアニールを行
い得る。本発明者等の実験によれば、前記第３図に示す
装置及び第４図に示す試料２を用いてアニールを行った
ところ、次のような結果が得られた。まず、ビーム源と
しての電子ビームの加速室圧を１０〔ｋｖ〕、Ｓｉ基板
に到達するビーム電δｆｅを５（ｍＡ）とし、ビームス
、３？ツト径は３００〔μｍφ〕とし、５［ｃ１ｎ］Ｘ
５ 〔Ｃ；ＩＩ〕の領域を１００ ［ｔｔｍ ］のピ
ッチで１〔ｒＱ／１Ｉｅｃ〕の速度で走査しながらアニ
ールした。
このとき、黒体輻射を検出する視野をアニールビーム照
射地点の温度を制御した。その結果、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、アニ
ールすべき半導体ｉ１γ膜は多結晶Ｓ１に限るものでは
なく、非晶質８１ 。
射地点の温度を制御した。その結果、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、アニ
ールすべき半導体ｉ１γ膜は多結晶Ｓ１に限るものでは
なく、非晶質８１ 。
Ｓｔ以外の半導体或いは金属であってもよい。゛まだ、
本発明の効果はアニールによる結晶成長以外においても
期待でき、イオン注入層の活性化についてもアニール領
域の均質化が５ｆ能になることが考えられる。さらに、
ビーム源は電子ビーム以外にレーデ−ビームやイオンビ
ームであってもよい。また、温度検出のための波長λｌ
。
本発明の効果はアニールによる結晶成長以外においても
期待でき、イオン注入層の活性化についてもアニール領
域の均質化が５ｆ能になることが考えられる。さらに、
ビーム源は電子ビーム以外にレーデ−ビームやイオンビ
ームであってもよい。また、温度検出のための波長λｌ
。
λ２はアニールすべき半導体の融点における最強度波長
よジ短い範囲で、適宜定めればよい。
よジ短い範囲で、適宜定めればよい。
さらに、温度の検出には半導体の融点の黒体輻射の最大
強度よシ短い波長をｙｔ’ｆｌする方法も考えられる。
強度よシ短い波長をｙｔ’ｆｌする方法も考えられる。
また、温度制御の手段として、前記ヒータ温度を可変す
る代りに、ビームの強度を可変することも可能である。
る代りに、ビームの強度を可変することも可能である。
その他、不発嬰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図及び第２図はそれぞれ従来の問題点を説明するた
めのもので第１図はビーム照射された半導体基板上の温
度分布を示す特性図、第２１曲は半？、゛ト体基板を予
め５００〔℃〕に加熱してか第３図乃至第６図はそれぞ
れ本発明の一実施例を説明する／ζめのもので第３図は
同実施例に使用し／こ電−ｊ−ビームアニール装置を示
す概略構成図、第４図は被アニール試料を示す断面図、
第５図は黒休す・１″ｉ射による輻射強度分布を示す！
特性図、第６し１はビーム照射地点付近の２次元的温度
分布を示す特性図である。 ！・・・ヒータ、２・・・被アニール試料、３，４・・
・集束１／ンズ、５・・・偏向器、６・・・受光器、７
・・・温圧検出回路、８・・・ヒータ１）１Ｎ度制御回
路、２ノ・・・単結晶８１基板、２２．２４ ・５１０
２膜、２３・・・多結晶Ｓｉｔ摸（半導体薄膜）。 出願人 工〜１技術院ＪＺ（川 １）裕 部第１図 第２図 騙 ７′５′ 佐、 Ｊ′９″ 第３図 【。
めのもので第１図はビーム照射された半導体基板上の温
度分布を示す特性図、第２１曲は半？、゛ト体基板を予
め５００〔℃〕に加熱してか第３図乃至第６図はそれぞ
れ本発明の一実施例を説明する／ζめのもので第３図は
同実施例に使用し／こ電−ｊ−ビームアニール装置を示
す概略構成図、第４図は被アニール試料を示す断面図、
第５図は黒休す・１″ｉ射による輻射強度分布を示す！
特性図、第６し１はビーム照射地点付近の２次元的温度
分布を示す特性図である。 ！・・・ヒータ、２・・・被アニール試料、３，４・・
・集束１／ンズ、５・・・偏向器、６・・・受光器、７
・・・温圧検出回路、８・・・ヒータ１）１Ｎ度制御回
路、２ノ・・・単結晶８１基板、２２．２４ ・５１０
２膜、２３・・・多結晶Ｓｉｔ摸（半導体薄膜）。 出願人 工〜１技術院ＪＺ（川 １）裕 部第１図 第２図 騙 ７′５′ 佐、 Ｊ′９″ 第３図 【。
Claims (2)
- （１）基板全体をヒータにより加熱すると共に、１この
基板上に形成された半導体薄膜上でエネルギービームを
走査して該薄膜を結晶化せしめる半導休結晶薄膜の製造
方法において、前記半導体薄膜の表面領域から該薄膜の
溶融温度における休輻射の最強度波長よりも短い光を検
出踵その検出信号強度に応じて上記薄膜に与える熱量を
制御することを特ｒへとする半導体結晶薄／ｉ［の製造
方法。 - （２） 前記薄膜に与える熱；１，を制御する手段は、
前記検出信号強度に応じて前記ヒータの加熱温度を制御
するものである特ｈ′１；請求の範囲第１項記載の半導
体結晶薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11287783A JPS605508A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 半導体結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11287783A JPS605508A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 半導体結晶薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS605508A true JPS605508A (ja) | 1985-01-12 |
| JPH0142618B2 JPH0142618B2 (ja) | 1989-09-13 |
Family
ID=14597762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11287783A Granted JPS605508A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 半導体結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS605508A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63203814A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-23 | Murata Mach Ltd | 紡糸捲取機 |
| US5641419A (en) * | 1992-11-03 | 1997-06-24 | Vandenabeele; Peter | Method and apparatus for optical temperature control |
| JP2008520096A (ja) * | 2004-11-12 | 2008-06-12 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | レーザベースアニーリングシステムにおける高温測定用の多重バンドパスフィルタリング |
| US7985635B2 (en) | 1992-06-26 | 2011-07-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser process |
-
1983
- 1983-06-24 JP JP11287783A patent/JPS605508A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63203814A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-23 | Murata Mach Ltd | 紡糸捲取機 |
| JPH0238689B2 (ja) * | 1987-02-18 | 1990-08-31 | Murata Machinery Ltd | |
| US7985635B2 (en) | 1992-06-26 | 2011-07-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser process |
| US5641419A (en) * | 1992-11-03 | 1997-06-24 | Vandenabeele; Peter | Method and apparatus for optical temperature control |
| JP2008520096A (ja) * | 2004-11-12 | 2008-06-12 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | レーザベースアニーリングシステムにおける高温測定用の多重バンドパスフィルタリング |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0142618B2 (ja) | 1989-09-13 |
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