JPS6130027A - 単結晶半導体薄膜の製造装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアモルファス絶縁膜上に単結晶半導体薄膜を形
成する製造装置に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来集積回路等の半導体装置は、半導体基板上に二次元
的に配置された能動素子を金属配線で結合することによ
り実現されて来た。しかし更にこのような能動素子を三
次元的に積層する技術が確立すれば、これら半導体装置
の高密度化やあるいは多機能化が進められ、よシ高性能
な半導体装置が実現されることになるが、とのよう外生
導体装置の積層化の基礎となるのが、絶縁膜上に単結晶
半導体膜を形成する技術である。

以上のような背景から、近年活発に上記単結晶薄膜の製
造技術が模索されている。

従来、この種の技術で最も活発に行われているのは、ヒ
ータやランプもしくはレーザ光や電子線で多結晶半導体
膜を溶融し、再結晶化し、単結晶半導体薄膜を得るとい
う方法でおる。例えば、エム・ダプリュ・ガイス（Ｍ　
＋１Ｗ−Ｇｅｉｉｓ　）達は、１９８２年発行のジャー
ナル・オプ・エレクトロケミカル−ソサイエテ４　（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ１
８ｏｃｉｅｔｙ　）誌第１２９巻１２号２８１２頁から
２８１８頁で、線状ヒータを用いた単結晶薄膜の製造に
ついて報告している。

しかしながらこのような方法では、１００μｍ幅程度の
領域が単結晶化されるが、サブバウンダリーと呼ばれる
結晶粒界が存在する。この結晶粒界は、その両側で結晶
方位が約１度程度しかずれていないものであシ、この結
晶粒界の除去が困難なものとなっている。

一部ディ・ベンザエル（Ｄ、Ｂｅｎ５ａｈｅｌ　）達は
、１９８３年発行のエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）誌第１９巻１
３号４６４頁から４６５頁で上記サブバウンダリーをあ
る部分に集める方法を報告した。すなわち第１図に示さ
れるようにシリコン基板１１の上にシリコン熱酸化膜１
２を形成し、その上に多結晶シリコン膜１３を０．５μ
ｍ厚で堆積し、更にシリコン酸化膜１４を１μｍ厚堆積
した。その後シリコン窒化膜１５を０．１μｍ厚堆積し
、図のように５０μｍ幅で１００μｍピッチに加工した
。このような試料を１１００℃に基板加熱しながら線状
のハロゲンランプで試料の一端から他端へ照射し、多結
晶シリコン層を溶融再結晶させて行く。このようにして
再結晶させて行くと、ハロゲンランプの光は波長が約０
．６μｍから約１μｍであるのでシリコン酸化膜１４は
光が透過するが、シリコン窒化膜１５の部分は一部吸収
され、熱源として働きシリコン窒化膜１５の下の部分の
多結晶シリコン層が最後にかたまる。

その結果、結晶粒界はすべて、最後にかたまったシリコ
ン部分即ち、シリコン窒化膜１５の下の部分に集まると
のことである。

しかしながらこの方法では基板温度が１１００℃と高い
ため、素子を三次元化しようとした場合、欠点が生じる
。即ち、素子を三次元化して行く場合、予じめ形成され
た素子の性能を変化させるのは望ましくないが、基板温
度が１１００℃にもなった場合、当然予じめ形成されて
いる不純物注入層の形状が変化し、素子性能の設計値か
らの変化を生ぜしめる。このようなことを避けるために
は、レーザー光や電子線による短時間の熱処理が必要で
ある。レーザ光を用いることによシ同様な試みがなされ
ているが、レーザ光の場合、ビーム径が小さいという難
膚があ）、単結晶領域を広げると−う目的に対しては難
がある。また電子線を利用する場合はレーザ光に比べて
、大出力であシ、かつビーム形状も電気的に変化させる
ことができるという利点から魅力的であるが、物質によ
る吸収係数の違いが小さく、これまで上記のような方法
に用いられていなかった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の製造方法の欠点を除去せし
めてアモルファス絶縁膜上に単結晶半導体を新規な方法
で形成できる製造装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、少なくともフィラメント、加速電極ｔ
レンズコイルｐ偏向コイルを備え電子線を発生し、加速
かつ集束、偏向させる部分と可視光域のパルス光を発生
させる光源および集束させる光学レンズからなる部分と
、電子線の偏向開始とパルス光を発生させる時期を一致
させる同期部分と、試料を加乗する機能を有する部分を
持つことを特徴とする単結晶半導体薄膜の製造装置が得
られる。

（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることによシ、従来技術の問
題点を解決した。即ち、光発生部からとシ出した光を試
料上に集光し材質の違いによる光の吸収係数の違いを利
用することによシ試料表面に温度分布をつけることを可
能とした光発生及び集光部と、多結晶半導体を溶融する
に十分な熱エネルギーを与えることの可能な電子線を発
生し加速かつ集束を偏向等の機能を同時に合せ持った装
置である。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第２図は本発明の実施例に於て用いた装置の構成
を示す模式図である。本実施例の場合、線状電子線をと
シ出すために５篇長のタングステンフィラメント２１か
ら加速電極２２に約２０　ＫＶの高圧を印加することに
より電子線をと如出し、レンズコイル２３で集束し゛、
偏向コイル２４で基板加熱装置２８上に置かれた試料２
７上を走査できるようになっている。また線状フィラメ
ントを用いていることによシ、試料表面上に約２ＭＸ０
，５ｓｍの線状電子線を照射することが可能である。

第２図で２５．２６が本発明による製造装置の新規な部
分である。即ち本実施例では１０　Ｋｗａｔｔによシ、
同時に偏向およびパルス光発生ができる。

以上説明した装置を用いて以下の実験を行なった。

第３図（、）は用いた試料の模式的平面図、第３図（ｂ
）は模式断面図である。シリコン基板３１の上に熱シリ
コン酸化膜３２を厚さ１．０μｍ形成し、その上にＬＰ
ＣＶＤ法で多結晶シリコン３３を厚さ０．５μｍ１シリ
コン酸化膜３４を厚さ０．５μｍ堆積した。その後更に
シリコン窒化膜３５を厚さ０．１μｍ堆積し、５０μｍ
幅のストライプを５００μｍから１闘ピツチで第３図（
、）（ｂ）のように加工し、光吸収層とした。

このようにして形成された試料を第２図に示した基板加
熱装置２８の上に置き約６００℃に加熱した。そして、
１０＆ｗａｔｔクセノンフラッシュランプ２５を発光さ
せ、レシズ２６で集光して基板全面を照射し、一方それ
と同期して、２０に■で加速された線状電子線を偏向し
、試料上を例えば第３図（、）の下から上へ線状電子線
の長手方向が窒化膜３５のストライプに直交するように
１回走査した。なお試料の一端から他端へ１回の電子線
の走査中は、ランプの発光は続いていることが必要であ
る。上記の手順をくシ返すことによシ、試料全面を再結
晶化することができた。なお本実施例では電子線の走査
速度は５０α／　Ｓｅｅ　％パルス光の持続時間は０．
２　ｓｅｃであった。上記のようにして再結晶化された
試料に於て、結晶粒界は、シリコン窒化膜３５の下の部
分に集中し、シリコン窒化膜３５のない部分では幅５０
０μｍからＩＩＩＩＩにわたシ単結晶領域となっている
ことがわかった。

（発明の効果） 以上本発明の単結晶半導体薄膜＠製造装置を用いれば、
広い領域の単結晶半導体薄膜を形成することができ、か
つ結晶粒界の発生場所を制御することができた。また試
料を長時間高温に加熱する必要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例によシ用いられた試料の模式断面図であ
る。第２図は本発明による実施例で用いられた装置の模
式図で、第３図（、）は本実施例で用いた試料の模式的
平面図、第３図（ｂ）は模式的断面図である。 図中 １１＝３１・・・シリコン基板、 １２９３２・・・シリコン熱酸化膜、 １３ｊ３３・・・多結晶シリコン、 １４．３４・・・シリコン酸化膜、 １５ｙ３５・・・シリコン窒化膜、 ２１・・・線状タングステンフィラメント、２２・・・
加速電極、　　２３・・・レンズコイル、２４・・・偏
向コイル、 ２５・・・クセノンフラッシュランプ、２６・・・光学
レンズ、　　２７・・・試料、２８・・・基板加熱装置
。 工粟ｔｉ靭亮長川田裕部 奮１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくともフィラメント、加速電極、レンズコイル、
   偏向コイルを備え電子線を発生し加速かつ集束、偏向さ
   せる部分と、可視光域のパルス光を発生させる光源およ
   び集束させる光学レンズからなる部分と電子線の偏向開
   始とパルス光を発生させる時期を一致させる同期部分と
   試料を加熱する機能を有する部分を持つことを特徴とす
   る単結晶半導体薄膜の製造装置。