JPS61236678A - Process for preparing semiconductor single crystal layer and electron beam annealing device - Google Patents

Process for preparing semiconductor single crystal layer and electron beam annealing device

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JPS61236678A
JPS61236678A JP7437485A JP7437485A JPS61236678A JP S61236678 A JPS61236678 A JP S61236678A JP 7437485 A JP7437485 A JP 7437485A JP 7437485 A JP7437485 A JP 7437485A JP S61236678 A JPS61236678 A JP S61236678A
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electron beam
single crystal
crystal layer
waveform
semiconductor
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井上 知泰
Hiroyuki Tango
丹呉 浩侑
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To minimize thermal strain to be generated in a specimen and to prepare a single crystal layer having good quality by controlling temperature distribution in the longitudinal direction of false linear beam to make the temp. distribution flat and making the gradient of temp. distribution in the external periphery of the part exposed to the electron beam mild. CONSTITUTION:Electron beam emitted from an electron gun 31 is converged by a condenser lens 32 and an objective lens 33. A specimen 34 is exposed to the converged electron beam and the surface of the specimen is scanned with a scanning coil 35. A polarizing plate 38 is provided between the lens 32 and the scanning coil 35, and the beam is polarized at high speed in the Y direction. A high frequency voltage is impressed on the polarizing plate 38 from a high frequency source 40. If the working space is large enough, a polarizing plate 39 is provided below the polarizing coil 35 instead of the polarizing plate 38.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、絶縁体上に半導体単結晶層を形成する技術に
係わり、特に疑似線状電子ビームを用いた半導体単結晶
層の製造方法及びこの方法に使用する電子ビームアニー
ル装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a technique for forming a semiconductor single crystal layer on an insulator, and in particular to a method for manufacturing a semiconductor single crystal layer using a pseudo-linear electron beam and a method for manufacturing a semiconductor single crystal layer using a pseudo-linear electron beam. The present invention relates to an electron beam annealing device used in the method.

(発明の技術的背景とその問題点) 近年、半導体工業の分野においては、電子ど一ムアニー
ル技術を用いた801 (Silicon  OnI 
n5Ulator)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単結晶層
を成長させる方細く絞った電子ビーム(ガウス分布)を
X、Y方向に走査させて試l+1面内を均一にアニール
している。この場合、通゛材使用される電子ビームの直
径は10〜500[μm]程度であり、1回のビーム走
査で溶融できるシリコン膜の幅は大略−[記ビーム径程
度となるため、大面積単結晶層′を得る目的には不適当
であった。それは、走査線の重合わせの部分での結晶粒
界の発生を抑止することが困難なた゛めである。
(Technical background of the invention and its problems) In recent years, in the field of semiconductor industry, 801 (Silicon OnI) using electronic double annealing technology has been developed.
Research and development on technology for forming n5Ulator films is active. In this technology, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on a silicon single crystal substrate, and a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film is deposited on top of it.
By beam irradiation such as electron beam or laser beam,
To grow a silicon single crystal layer by melting and recrystallizing the silicon film, a finely focused electron beam (Gaussian distribution) is scanned in the X and Y directions to uniformly anneal the sample l+1 plane. In this case, the diameter of the electron beam used is approximately 10 to 500 [μm], and the width of the silicon film that can be melted in one beam scan is approximately - [beam diameter], so a large area It was unsuitable for the purpose of obtaining a single crystal layer. This is because it is difficult to suppress the occurrence of grain boundaries in areas where scanning lines overlap.

そこで最近、第13図に示す如く細く絞った電子ビーム
をその走査方向と直交する方向に高速偏向することによ
り、電子ビームを疑似的に線状化し、幅広い溶融領域を
形成する技術が有望視されている。この場合、線状化ビ
ームの長さは高速偏向の振幅により決定され、原理的に
はその長さには制限はない。しかし、一定ビーム電流の
スポットビームを高速偏向させた場合、振幅の増大に伴
い、第14図に示すように電子ビーム照射された試料表
面の温度は低下する。半導体結晶層を製造するためには
、半導体膜を十分に溶融する必要がある。従って、高速
偏向振幅を増大させるには、ビーム電流を増大させなけ
ればならない。このような事情から、実際には、ビーム
電流の限界(即ち電子銃の輝度特性)により、線状化ビ
ームの長さは決定される。
Recently, as shown in Figure 13, a promising technology has been developed to create a pseudo-linear electron beam and form a wide molten region by deflecting a narrowly focused electron beam at high speed in a direction perpendicular to its scanning direction. ing. In this case, the length of the linearized beam is determined by the amplitude of the high-speed deflection, and in principle there is no limit to its length. However, when a spot beam with a constant beam current is deflected at high speed, as the amplitude increases, the temperature of the sample surface irradiated with the electron beam decreases as shown in FIG. 14. In order to manufacture a semiconductor crystal layer, it is necessary to sufficiently melt the semiconductor film. Therefore, to increase the fast deflection amplitude, the beam current must be increased. Under these circumstances, the length of the linearized beam is actually determined by the limit of the beam current (ie, the brightness characteristics of the electron gun).

一方、上記の疑似線状電子ビームによる単結晶層の製造
においては、ビーム照射された試料表面の線状化ビーム
の長さ方向の温度分布の制御の問題がある。元来、線状
電子ビームエミッタを用い、試料表面上に線状ビームを
投影する線状電子ビーる。第15図は正弦波により高速
偏向させた場合の線状化方向のシリコン表面温度分布を
示す図である。正弦波の特性として振幅の両端付近に2
つの温度ピークが存在し、中央部はこれらの部分よりも
温度は低くなる。そのため、試料に電子ビーム照射した
際に疑似線状ビームの両端付近を適切に溶融させた場合
、中央付近は溶融されない。従って、試料表面を均一に
アニールすることが困難である。
On the other hand, in the production of a single crystal layer using the above-mentioned pseudo-linear electron beam, there is a problem of controlling the temperature distribution in the length direction of the linearized beam on the surface of the sample irradiated with the beam. Originally, a linear electron beam emitter was used to project a linear beam onto the sample surface. FIG. 15 is a diagram showing the silicon surface temperature distribution in the linearization direction when high-speed deflection is performed using a sine wave. As a characteristic of a sine wave, there is a value of 2 near both ends of the amplitude.
There are two temperature peaks, with the central region being cooler than these regions. Therefore, if the vicinity of both ends of the quasi-linear beam is appropriately melted when the sample is irradiated with an electron beam, the vicinity of the center will not be melted. Therefore, it is difficult to uniformly anneal the sample surface.

これを解決するためには、正弦波によらず、三角波等の
電子ビームの存在確率が振幅内の位置によらず一定な波
形を用いる方法も考えられるが、高速偏向周波数が高く
なると、波形歪みが増大し、正弦波の特性に近くなるた
め、上記の問題の解決は困難である。高速偏向信号には
、MHzオーダの周波数が必要である。それは、第16
図に示すよ、4・: このように、従来の疑似線状ビー
ム技術には十′〔発明の目的〕 本発明の目的は、疑似線状ビームの長さ方向の温度分布
を制御して平坦なものにすると共に、電子ビーム照射部
の外周部での温度分布をなだらかなものとすることがで
き、試料内に発生する熱歪みを最小化し、良質な単結晶
層を製造することのできる半導体単結晶層の製造方法を
提供することにある。
In order to solve this problem, it is possible to use a waveform such as a triangular wave, in which the existence probability of the electron beam is constant regardless of the position within the amplitude, instead of using a sine wave, but as the high-speed deflection frequency increases, the waveform distortion increases and approaches the characteristics of a sine wave, making it difficult to solve the above problem. High speed deflection signals require frequencies on the order of MHz. It is the 16th
As shown in the figure, 4.: As described above, the conventional pseudo-linear beam technology has ten points. In addition to making it possible to make the temperature distribution at the outer periphery of the electron beam irradiation area gentle, thermal distortion generated within the sample can be minimized, and a high-quality single crystal layer can be manufactured. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a single crystal layer.

また本発明の他の目的は、上記方法を実施するための電
子ビームアニール装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an electron beam annealing apparatus for implementing the above method.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の骨子は、電子ビームを一方向に高速偏向させて
疑似線状ビームを形成する際に、高速偏向させる高周波
電圧波形をそれよりも低い周波数の波形で振幅変調(A
M)させ、変調信号の制御により線状化ビームの強度分
布を制御し、これにl:):’、JA本波の振幅Aとの
大きさを制御することにより!・実行することができる
。第1図の波形は、Y−(A  −5in  oos 
 t+B)  −5in  ω2  tで表わされる。
The gist of the present invention is to perform amplitude modulation (A
M), by controlling the intensity distribution of the linearized beam by controlling the modulation signal, and by controlling the magnitude of the amplitude A of the JA main wave!・Can be executed. The waveform in FIG. 1 is Y-(A-5in oos
t+B) −5in ω2 t.

ω1とω2とはそれぞれ変調波及び基本波の周波数であ
る。A/Bは変調度mを表わす。第2図は変調度mをパ
ラメータとしたときの電子ビームの存在確率密度分布を
示す。ここでは、B=1としている。m=Qの振幅変調
しない場合、ビーム位置Y=1の位■に存在確率密度の
巨大なピークが存在し、中央部に近付く程なだらかな分
布となっている。このような強度分布の電子ビームを照
射したときの試料表面の温度分布が前記第15図に示す
ものどなる。なお、第15図で温度のピークが小さくな
っているのは、被アニール試利上で熱の拡散が生じるた
めである。
ω1 and ω2 are the frequencies of the modulated wave and the fundamental wave, respectively. A/B represents the modulation degree m. FIG. 2 shows the electron beam existence probability density distribution when the modulation degree m is used as a parameter. Here, B=1. When there is no amplitude modulation of m=Q, there is a huge peak of the existence probability density at the beam position Y=1, and the distribution becomes gentler as it approaches the center. The temperature distribution on the sample surface when irradiated with an electron beam having such an intensity distribution is as shown in FIG. 15 above. Note that the reason why the temperature peak is small in FIG. 15 is that heat diffusion occurs on the sample to be annealed.

また、第2図からm=0.2.m−0,5とmを大きく
するに従い、上記の電子ビーム存在確率密度のピークは
小さくなり、中央部での値との差は小さくなる。ピーク
が小さくなり中央部の値との差が小さくなると、上記し
た熱拡散も加わり、ル領域周辺との温度勾配も小さくな
ることになる。
Also, from FIG. 2, m=0.2. As m-0,5 and m increase, the peak of the electron beam existence probability density described above becomes smaller, and the difference from the value at the center becomes smaller. When the peak becomes smaller and the difference from the value at the center becomes smaller, the above-mentioned thermal diffusion is added, and the temperature gradient with respect to the periphery of the region becomes smaller.

従って、第15図に示すような温度分布の不均一性はm
の値を最適化することにより大幅に減少し、均一な半導
体層の溶融ができるようになる。1mの値は大略0.2
〜0.8程度の間が適切な条件を与えるが、その最適値
はアニール試料の構造、温度条件等により変化する。
Therefore, the non-uniformity of the temperature distribution as shown in FIG.
By optimizing the value of , it can be significantly reduced and uniform melting of the semiconductor layer can be achieved. The value of 1m is approximately 0.2
A value between approximately 0.8 and 0.8 provides appropriate conditions, but the optimum value varies depending on the structure of the annealed sample, temperature conditions, etc.

ところで、上記のような基準電位に対し正負の方向の波
形が対称な単なる正弦波を変調波として用いる場合、半
導体溶融層の内側と外側とを独立に温度制御することは
困難であり、また溶融層内の温度分布を厳密に均一化す
ることも困難である。
By the way, when using a simple sine wave whose waveform is symmetrical in the positive and negative directions with respect to the reference potential as described above as a modulating wave, it is difficult to independently control the temperature of the inside and outside of the semiconductor molten layer, and It is also difficult to strictly equalize the temperature distribution within the layer.

そこで本発明では、第3図に示す如く基準電位に対し正
負の方向の振幅が非対称な変調波により振幅変調させた
信号により高速偏向させた電子ビームを用いている。こ
の場合、基準電位より内側の波形で溶融領域の中央部の
温度制御が可能となり、基準電位より外側の波形で溶融
領域の周辺部の温度制御が可能となり、これにより中央
部及び周辺部の独立した温度制御が可能となるのである
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3, an electron beam is used which is deflected at high speed by a signal whose amplitude is modulated by a modulated wave whose amplitude in the positive and negative directions is asymmetric with respect to a reference potential. In this case, the waveform inside the reference potential can control the temperature in the center of the melting region, and the waveform outside the reference potential can control the temperature in the periphery of the melting region, making the central and peripheral parts independent. This makes it possible to control the temperature accordingly.

9一 本発明はこのような点に着目し、絶縁基体上に形成され
た多結晶若しくは非晶質の半導体膜に電子ビームを走査
してアニールする半導体単結晶層の製造方法において、
前記ビームを振幅変調させた電気信号により一方向に偏
向すると共に、これと交差する方向に該ビームを走査し
、且つ上記電気信号の変調波として正負の方向に異なる
振幅を持つ波形を用いるようにした方法である。
91 The present invention focuses on these points, and provides a method for manufacturing a semiconductor single crystal layer in which a polycrystalline or amorphous semiconductor film formed on an insulating substrate is annealed by scanning with an electron beam.
The beam is deflected in one direction by an amplitude-modulated electric signal, and the beam is scanned in a direction crossing this direction, and a waveform having different amplitudes in positive and negative directions is used as a modulated wave of the electric signal. This is the method.

器と、上記ビームを上記走査方向と交差する方向に高速
偏向する第2の偏向器と、この第2の偏向器に振幅変調
させた電気信号を印加する高周波電源とを具備してなり
、上記高周波電源における電気信号の変調波として基準
電位に対し正負の方向に異なる振幅を持つ波形を用いる
ようにしたも9である。
a second deflector that deflects the beam at high speed in a direction intersecting the scanning direction; and a high-frequency power source that applies an amplitude-modulated electric signal to the second deflector; 9 uses a waveform having different amplitudes in positive and negative directions with respect to a reference potential as a modulation wave of an electric signal in a high frequency power source.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

の温度分布を独立に制御することができる。このため、
残留熱歪みの小さい良質な半導体単結晶層を大面積に亙
って製造することができる。
temperature distribution can be controlled independently. For this reason,
A high quality semiconductor single crystal layer with low residual thermal distortion can be manufactured over a large area.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

中31は電子銃であり、この電子銃31から放射された
電子ビームは集束レンズ32及び対物レンズ33により
集束されて試$434上に照射されると共に、走査コイ
ル(第1の偏向器)35により試料34上で走査される
。走査コイル35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、集束レンズ32の主面にはアパ
ーチャマスク36か配置され、電子銃31とlノノズ3
2どの間にはビームを0N−OFFするためのブランキ
ングN極37が配置されている。
Reference numeral 31 denotes an electron gun, and the electron beam emitted from the electron gun 31 is focused by a focusing lens 32 and an objective lens 33 and irradiated onto a sample 434, and a scanning coil (first deflector) 35 is scanned on the sample 34 by. The scanning coil 35 is actually composed of an X-direction deflection coil that deflects the beam in the X direction (left and right directions in the paper) and a Y-direction deflection coil that deflects the beam in the Y direction (front and back directions in the paper). Further, an aperture mask 36 is arranged on the main surface of the focusing lens 32, and the electron gun 31 and the nozzle 3
A blanking north pole 37 for turning the beam ON and OFF is arranged between the two.

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、本実施例装置がこれと異なる点は、前記レンズ
32と走査コイル35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)38を設けたことにある。
The configuration up to this point is the same as a normal electron beam annealing device, and the difference in this embodiment device is that there is a deflection plate (second The reason is that a deflector) 38 is provided.

即ち、偏向板38は前記第13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。
That is, the deflection plates 38 are arranged to face each other in the Y direction as shown in FIG. 13, and deflect the beam in the Y direction at high speed.

また、偏向板38には後’rllする如く駆動系(高置
、i、′!7−キンゲデイスタンスが十分大きい場合、
偏向るだめの高周波電源40の回路構成を示すブロック
図である。この電源40は、正弦波を発生する2つの発
振器41a、41b、ダイオード42a。
In addition, the deflection plate 38 has a drive system (highly placed, i,'!7-Kingedance is large enough,
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of a high frequency power source 40 of a deflection cell. This power supply 40 includes two oscillators 41a and 41b that generate sine waves, and a diode 42a.

丁”42 b、位相制御器43a、43b、波形合成器
1 。
42b, phase controllers 43a, 43b, and waveform synthesizer 1.

214、基本波を発生する発j辰器45、変調器46、
i笈び増幅器47等から構成されている。
214, an oscillator 45 that generates a fundamental wave, a modulator 46,
It is composed of an i-power amplifier 47 and the like.

−一 発振器41aの発振出力はダイオード42aを介して位
相制御器43aに供給される。同様に、発振器41bの
発振出力はダイオード42bを介して位相制御器43b
に供給される。そして、位相制御器43a、43bの各
出力信号は波形合成器44に供給される。波形合成器4
4で合成された信号(変調信号)は、発揚器45の出力
信号(基本波)と共に変調器46に供給される。変調器
46で変調された信号は増幅器47を介して増幅される
。そして、この増幅器47の出力電圧が力信号の振幅を
第6図(a)に示す如くP、発振器41bの出力信号の
振幅を同図(b)に示す如くQとする。すると、ダイオ
ード42a、42b、持ったものとなる。そして、この
信号を変調波と対称及び振幅等が決まる。Pの値は主と
してアニール中の試料の溶融領域の外側の加熱の制御に
有効であり、そこでの温度勾配が適切となるように選べ
ばよい。また、Qの値は主として試料の溶融領域内の温
度分布の制御に有効であり、温度分布を均一化するよう
に選べばよい。
- The oscillation output of the oscillator 41a is supplied to the phase controller 43a via the diode 42a. Similarly, the oscillation output of the oscillator 41b is transmitted to the phase controller 43b via the diode 42b.
supplied to Each output signal of the phase controllers 43a and 43b is then supplied to a waveform synthesizer 44. Waveform synthesizer 4
The signal (modulated signal) synthesized in step 4 is supplied to the modulator 46 together with the output signal (fundamental wave) of the oscillator 45. The signal modulated by the modulator 46 is amplified via the amplifier 47. The output voltage of the amplifier 47 causes the amplitude of the force signal to be P as shown in FIG. 6(a), and the amplitude of the output signal of the oscillator 41b to be Q as shown in FIG. 6(b). Then, the diodes 42a and 42b are present. Then, the symmetry, amplitude, etc. of this signal with respect to the modulated wave are determined. The value of P is mainly effective in controlling the heating outside the melting region of the sample during annealing, and may be selected so that the temperature gradient there is appropriate. Further, the value of Q is mainly effective for controlling the temperature distribution in the melting region of the sample, and may be selected so as to make the temperature distribution uniform.

次に、上記装置を用いたシリコン単結晶層の製造方法に
ついて説明する。
Next, a method for manufacturing a silicon single crystal layer using the above apparatus will be described.

まず、前記偏向板38に印加する信号としては、50[
MHz]の正弦波を第6図(c)に示す如き信号で振幅
変調させた波形を用いた。即ち、前記発振器4.1a、
41bの発振周波数を15[KHzl、振幅Pの値を8
[V]、振幅Qの値を14[V]とした。また、発1辰
器45の出力である基本波の周波数を50[Ml−12
1、振幅を60 [V]とした。
First, the signal applied to the deflection plate 38 is 50 [
A waveform obtained by amplitude-modulating a sine wave of [MHz] with a signal as shown in FIG. 6(c) was used. That is, the oscillator 4.1a,
The oscillation frequency of 41b is 15 [KHzl, the value of amplitude P is 8
[V], and the value of the amplitude Q was set to 14 [V]. In addition, the frequency of the fundamental wave, which is the output of the generator 45, is set to 50 [Ml-12
1. The amplitude was set to 60 [V].

この高速偏向の条件下で、150[μTrL]径の一″
″−12[mAコ、走査速度100 [m/sec ]
 ]T:電−子ビームアニーの実験を行った。
Under this high-speed deflection condition, 1″ of 150 [μTrL] diameter
″-12 [mA, scanning speed 100 [m/sec]
]T: Conducted an electron beam annealing experiment.

n) 堆積し、その上部に0.6[μm]厚の多結晶S;膜(
半導体膜)53を堆積し、その上部にキvyプ層として
の0.5[I1m]厚のW膜54及び0.5 [μm]
厚のSiN膜55の2層膜を付けたものを用いた。
n) A polycrystalline S film (
A semiconductor film) 53 is deposited, and a W film 54 with a thickness of 0.5 [I1m] and 0.5 [μm] is deposited on top of it as a cap layer.
A two-layered thick SiN film 55 was used.

アニール後の試料では、幅3.5[mlのシリコン再結
晶層が得られ、その表面状態も極めて平坦性の優れたも
のであった。また、多結晶シリコン膜53の下部のSi
O2膜52の一部を開口させた構造の試料では、上記S
iO2膜52の開口部で基板シリコンと直接接した多結
晶シリコン膜53の再結晶時に基板から垂直にエピタキ
シャル成長し、次いで5i02膜52上のシリコン層も
横方向にエピタキシャル成長する結果、この幅3.5[
#]の溶融帯に含まれた領域中では、大面積の(100
)方位の単結晶層が得られた。
In the sample after annealing, a silicon recrystallized layer with a width of 3.5 ml was obtained, and its surface condition was extremely flat. Moreover, the Si under the polycrystalline silicon film 53
In a sample with a structure in which the O2 film 52 is partially opened, the above S
During the recrystallization of the polycrystalline silicon film 53 that is in direct contact with the substrate silicon at the opening of the iO2 film 52, it grows vertically epitaxially from the substrate, and then the silicon layer on the 5i02 film 52 also grows epitaxially laterally, resulting in this width of 3.5%. [
#] In the region included in the melting zone, a large area of (100
) orientation was obtained.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.

この実施例では、100[KHzlの正弦波を第1の実
施例で述べた基準電位に対し正角の方向の振幅が異なる
波形で振幅変調し、この変調された波形を用いて50[
MHz]の基本波を振幅変     181の発振周波
数は100[KHzlであり、変調器82により波形合
成回路80の出力信号により発振器81の出力信号が振
幅変調される。そして、この変調器82の出力信号が、
変調信号として前記変調器46に供給されるものとなっ
ている。
In this example, a sine wave of 100 KHz is amplitude-modulated with a waveform having different amplitudes in the direction of the right angle with respect to the reference potential described in the first embodiment, and this modulated waveform is used to generate a sine wave of 50 KHz.
The oscillation frequency of the oscillator 181 is 100 [kHz], and the output signal of the oscillator 81 is amplitude-modulated by the output signal of the waveform synthesis circuit 80 by the modulator 82 . Then, the output signal of this modulator 82 is
The signal is supplied to the modulator 46 as a modulation signal.

第9図はこの実施例で用いた高速偏向波形を示す。この
波形を用いて第1の実施例と同様な条件でアニールを行
ったところ、幅4.5[#I11]のシリコン再結晶層
が得られ、その表面は均−性及び平坦性が更に優れたも
のであった。また、結晶性も極めて良好であった。
FIG. 9 shows the high speed deflection waveform used in this example. When annealing was performed using this waveform under the same conditions as in the first example, a silicon recrystallized layer with a width of 4.5 [#I11] was obtained, and its surface had even better uniformity and flatness. It was something like that. Moreover, the crystallinity was also extremely good.

なお、この実施例でも波形合成回路80における変調波
の形成として2つの正弦波を用いたが。
Note that, in this embodiment as well, two sine waves were used to form the modulated wave in the waveform synthesis circuit 80.

これらの一方或いは両方を三角波、多角形波、鋸歯状波
にしても、同様の効果が得られた。
Similar effects were obtained even when one or both of these waves were made into a triangular wave, a polygonal wave, or a sawtooth wave.

次に、本発明の第3の実施例について説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described.

この装置において、まず任意の波形をm子化し、その強
度を2進数に変換したデータを半導体メモリ91に格納
させた。次いで、このデータを読出し、DA変換器92
に通してアナログ量とし、これを変調器46に入力させ
て、基本波を振幅変調させた。この結果、前記のアナロ
グ変調方式では困難であった、任意の波形の変調波によ
る高速偏向が可能となった。従って、電子ビーム存在確
率分布を完全に自由に制御することかでき、線状化ビー
ムの長さ方向の温度分布を完全に平坦化することができ
た。
In this device, first, an arbitrary waveform was converted into m-digits, and the data obtained by converting the intensity into binary numbers was stored in the semiconductor memory 91. Next, this data is read out and sent to the DA converter 92.
was passed through to obtain an analog quantity, which was input to the modulator 46 to amplitude-modulate the fundamental wave. As a result, it has become possible to perform high-speed deflection using modulated waves of arbitrary waveforms, which was difficult with the analog modulation method described above. Therefore, it was possible to completely freely control the electron beam existence probability distribution, and it was possible to completely flatten the temperature distribution in the length direction of the linearized beam.

次に、本発明の第4の実施例について説明する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

この実施例は、変調波形を予めメモリに格納しておいて
利用する上記第3の実施例に代って、コンピュータ(C
P tJ )を用いて任意波形を作り出し、その波形(
2進数で出力)をDA変換器に入この場合、半導体結晶
層の形成時(電子ビームアニールの最中)に、常時最適
アニール条件を作、゛り出すように波形をオンラインで
変化させながら表面温度を非接触温度センサ49等によ
り常時モニタし、その出力の大小に応じて、CPU93
で電子ビーム存在確率密度分布の最適解を計算し、その
結果に応じた変調波形を出力させるようにすればよい。
In this embodiment, a computer (C
P tJ ) to create an arbitrary waveform, and the waveform (
When the output (binary number) is input to a DA converter, optimal annealing conditions are always created during the formation of the semiconductor crystal layer (during electron beam annealing), and the waveform is changed online so that the The temperature is constantly monitored by the non-contact temperature sensor 49, etc., and the CPU 93
The optimum solution for the electron beam existence probability density distribution may be calculated using the following steps, and a modulation waveform corresponding to the result may be output.

この方式は、特にアニール領域の端部ての周囲への熱拡
散による温度低下に対する補正や、線状化ビームをラス
タ走査させた時の走査の重なる部分での過度な加熱の補
正を実行できる点が、均一な結晶成長を行う上で効果的
である。、なお、本発明は上jホした各実施例に限定さ
れるものではない。例えば、前記基本波の周波数は50
[Mtlz]に限定されるものではなく、前記第15図
に示したような試料表面温度の変動を小さくできるもの
であればよい。温度変動を小さくするためには、50[
KHz]以−トの周波数が望まし電磁偏向であってもよ
いのは勿論のことである。
The advantage of this method is that it can compensate for temperature drops due to heat diffusion to the surroundings, especially at the edges of the annealing region, and can compensate for excessive heating in areas where the scans overlap when the linearized beam is raster scanned. However, it is effective in achieving uniform crystal growth. However, the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the frequency of the fundamental wave is 50
The present invention is not limited to [Mtlz], and any material that can reduce the variation in sample surface temperature as shown in FIG. 15 may be used. In order to reduce temperature fluctuation, 50 [
Of course, electromagnetic deflection may be performed at frequencies above [KHz] if desired.

さらに、基板材料としては、Slの代りにGaAs、G
e、I np等の他の半導体材料を用いてもよい。また
、絶縁膜としての5i02膜の厚みは適宜変更可能であ
り、さらにS i 02 Illの代りに5i−N膜、
A℃20B膜等の他の絶縁膜を用いることも可能である
。また、絶縁膜上に形成する半導体膜としては、多結晶
シリコンの代りに非晶質シリコンを用いることができ、
さらにGe、GaAs、、l np等の他の半導体材料
を用いることも可能である。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かで・きる
Furthermore, the substrate material is GaAs, G instead of Sl.
Other semiconductor materials such as E, I np, etc. may also be used. In addition, the thickness of the 5i02 film as an insulating film can be changed as appropriate, and in addition, a 5i-N film, a 5i-N film,
It is also possible to use other insulating films such as an A° C. 20B film. Furthermore, as the semiconductor film formed on the insulating film, amorphous silicon can be used instead of polycrystalline silicon.
Furthermore, it is also possible to use other semiconductor materials such as Ge, GaAs, etc. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】 第1図乃至第3図はそれぞれ本発明の詳細な説明するた
めのもので第1図は電子ビームを高速で偏向するための
電気信号として正弦波により振幅変調された高速偏向波
形を示す信号波形図、第2図は振幅変調した高速偏向波
形により形成した疑似線状電子ビームのビーム長さ方向
の電子ビーム第4図乃至第7図(はそれぞれ本発明の第
1の実施例を説明するためのもので第4図は電子ビーム
ア□ニール装置を示す概略構成図、第5図はその駆動系
の2回路構成を示すブロック図、第6図は5基準電゛位
に対し正負の方向に異なる振幅を持つ変調波形を形成す
るための方法を示す信号波形図、第7図は被アニール試
料の概略構造を示す断面図、第8図及び第9図はそれぞ
れ第2の実施例を説明するためのもので第8図は駆動系
の回路構成を示すブロック図、第9図は高速偏向信号を
示す信号波形図、第10図は第3の実施例を説明するた
めのもので駆動系の回路構成を示すブロック図、第11
図及び第12図はそれぞれ第4の実施例を説明するため
のもので第11図は駆動系の回路構成を示すブロック図
、第12図は試料表面をモニタする例を示す概略構成図
、第13図乃至第16図はそれぞれ従来方法の問題点を
説明するためのもので第13図は疑似線状ビーム形成原
理を示す模式図、第14図は疑似線状ビームの長さと試
料表面温度との関係を示す特性図、第15図はビーム高
速偏=22− 向中心からの距離と試料表面温度との関係を示す特性図
、第16図は基本波周波数をパラメータとした時のビー
ム高速偏向中心からの距離と試料表ル(第1の偏向器)
、36・・・アパーチャマスク、37・・・ブランキン
グ電極、38.39・・・偏向板(第2の偏向器)、4
0・・・駆動系(高周波型m>、)、1°・41b・4
5・81−°゛発振器・42a、42b・’lイオード
、 43a、43b・・・位相制御器、44・・・波形合成
器、46.82・・・変調器、47・・・増幅器、49
・・・温度センサ、51・・・単結晶Si基板、52・
・・SiO2膜(絶縁膜)、53・・・多結晶S1膜(
半導体膜)、54、.55・・・キャップ層、91・・
・PROM、92・・・DA変換器、93・・・cpu
[Brief explanation of the drawings] Figures 1 to 3 are for explaining the present invention in detail, and Figure 1 shows an electric signal amplitude modulated by a sine wave as an electric signal for deflecting an electron beam at high speed. FIG. 2 is a signal waveform diagram showing a high-speed deflection waveform, and FIG. Fig. 4 is a schematic configuration diagram showing the electron beam annealing device, Fig. 5 is a block diagram showing the two-circuit configuration of the drive system, and Fig. 6 is a diagram showing the configuration of the 5 reference potentials. Fig. 7 is a cross-sectional view showing the schematic structure of the sample to be annealed, and Figs. 8 and 9 are the second Fig. 8 is a block diagram showing the circuit configuration of the drive system, Fig. 9 is a signal waveform diagram showing a high-speed deflection signal, and Fig. 10 is used to explain the third embodiment. Block diagram showing the circuit configuration of the drive system, No. 11
11 and 12 are for explaining the fourth embodiment, respectively. FIG. 11 is a block diagram showing the circuit configuration of the drive system, FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an example of monitoring the sample surface, and FIG. Figures 13 to 16 are for explaining the problems of the conventional method, respectively. Figure 13 is a schematic diagram showing the principle of forming a quasi-linear beam, and Figure 14 is a diagram showing the relationship between the length of the quasi-linear beam and the sample surface temperature. Figure 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance from the center of beam high-speed deflection = 22- and the sample surface temperature, and Figure 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the beam high-speed deflection when the fundamental wave frequency is used as a parameter. Distance from center and sample surface (first deflector)
, 36... Aperture mask, 37... Blanking electrode, 38.39... Deflection plate (second deflector), 4
0... Drive system (high frequency type m>,), 1°・41b・4
5・81-°゛oscillator・42a, 42b・'l ion, 43a, 43b...phase controller, 44...waveform synthesizer, 46.82...modulator, 47...amplifier, 49
... Temperature sensor, 51 ... Single crystal Si substrate, 52.
...SiO2 film (insulating film), 53...polycrystalline S1 film (
semiconductor film), 54, . 55... Cap layer, 91...
・PROM, 92...DA converter, 93...cpu
.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基体の絶縁表面上に形成された多結晶若しくは非
晶質の半導体膜に電子ビームを走査してアニールする半
導体単結晶層の製造方法において、前記ビームを振幅変
調させた電気信号により一方向に偏向すると共に、これ
と交差する方向に該ビームを走査し、且つ上記電気信号
の変調波として基準電位に対し正負の方向に異なる振幅
を持つ波形を用いたことを特徴とする半導体単結晶層の
製造方法。
(1) In a method for manufacturing a semiconductor single crystal layer in which a polycrystalline or amorphous semiconductor film formed on an insulating surface of a substrate is annealed by scanning an electron beam, the beam is energized by an amplitude-modulated electric signal. A semiconductor single crystal characterized in that the beam is deflected in a direction and scanned in a direction crossing the same, and a waveform having different amplitudes in positive and negative directions with respect to a reference potential is used as a modulation wave of the electric signal. Method of manufacturing layers.
(2)前記電気信号の変調波として、基準電位に対し正
負の方向に異なる振幅を持ち、且つ振幅変調を施した波
形を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の半導体単結晶層の製造方法。
(2) The semiconductor unit according to claim 1, characterized in that, as the modulated wave of the electric signal, a waveform having different amplitudes in positive and negative directions with respect to a reference potential and subjected to amplitude modulation is used. Method of manufacturing a crystal layer.
(3)前記半導体膜のアニール時の温度を非接触温度セ
ンサで検出し、この検出湿度に基づいて前記電気信号の
変調波形を変えることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体単結晶層の製造方法。
(3) The temperature of the semiconductor film during annealing is detected by a non-contact temperature sensor, and the modulation waveform of the electrical signal is changed based on the detected humidity.
A method for manufacturing a semiconductor single crystal layer as described in 1.
(4)前記基体は、単結晶半導体基板上に絶縁膜が形成
されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体単結晶層の製造方法。
(4) Claim 1, characterized in that the base body is one in which an insulating film is formed on a single crystal semiconductor substrate.
A method for manufacturing a semiconductor single crystal layer as described in 1.
(5)前記絶縁膜は、その一部に開口が形成されたもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の半
導体単結晶層の製造方法。
(5) The method for manufacturing a semiconductor single crystal layer according to claim 4, wherein the insulating film has an opening formed in a portion thereof.
(6)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交差する
方向に高速偏向する第2の偏向器と、この第2の偏向器
に振幅変調させた電気信号を印加する高周波電源とを具
備し、上記高周波電源は基準電位に対し正負の方向に異
なる振幅を持つ波形を変調波として用いたことを特徴と
する電子ビームアニール装置。
(6) a lens system that controls the focusing of the electron beam emitted from the electron gun; a first deflector that scans the beam on the sample to be annealed; and a first deflector that deflects the beam at high speed in a direction intersecting the scanning direction. It comprises a second deflector and a high frequency power source that applies an amplitude modulated electric signal to the second deflector, and the high frequency power source modulates a waveform having different amplitudes in positive and negative directions with respect to a reference potential. An electron beam annealing device characterized in that it is used as a.
(7)前記高周波電源は、基準電位に対し正負の方向に
異なる振幅を持ち、且つ振幅変調を施した波形を変調波
として用いたことを特徴とする特許請求の範囲第6項記
載の電子ビームアニール装置。
(7) The electron beam according to claim 6, wherein the high-frequency power source has different amplitudes in positive and negative directions with respect to a reference potential, and uses a waveform subjected to amplitude modulation as a modulating wave. Annealing equipment.
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