JPS62145718A - 半導体単結晶層の製造方法 - Google Patents

半導体単結晶層の製造方法

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JPS62145718A
JPS62145718A JP28543285A JP28543285A JPS62145718A JP S62145718 A JPS62145718 A JP S62145718A JP 28543285 A JP28543285 A JP 28543285A JP 28543285 A JP28543285 A JP 28543285A JP S62145718 A JPS62145718 A JP S62145718A
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Toshihiko Hamazaki
浜崎 利彦
Tomoyasu Inoue
井上 知泰
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、絶縁体上に薄膜状の半導体単結晶を形成する
半導体単結晶層の製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、電子ビームやレーザビームによるアニールで、絶
縁膜上にシリコン単結晶層を形成する、所謂5ol(絶
縁膜上のシリコン)技術の開発が盛んに行われている。
さらに、SOI膜を利用して素子を3次元的に形成する
、所謂3次元ICの開発も進められている。
ところで、電子ビームを用いてSOI膜を形成するには
、アニール面積を大きくするために、該ビームを走査す
る方法が採用されている。即ち、第10図に示す如く試
料71上のアニール領域7コ j ・、−!毎に走査位置をY方向にずらしてアニール領域
72の全体をアニールするようにしている。なお、走査
領域73の幅は電子ビーム74のビーム幅で決定され、
1行毎の電子ビーム74のY方向移動量はビーム幅と等
しいものである。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、n行目を走査する際、n−1行目を走
査したときの残留熱の影響で、n行目のアニール状態は
走査方向と直交する方向に不均一となる。つまり、n行
目のアニールにおける走査領域73nのY方向の温度分
布が不均一なものとなる。このため、良質の単結晶層を
得ることは困難であった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、線状ビームを走査してアニールする際
に、各走査領域におけるアニール状態を均一にすること
ができ、絶縁体上に良質の単結晶層を形成することので
きる半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、走査方向に対して直交する方向のビー
ム強度分布を非対称にしておくことで、各走査領域にお
けるアニール状態を均一化することにある。
一導体単結晶層の製造方法において、前記エネルギ11
−ビームの走査方向に対して直交する方向の強度1分布
を、走査の中心線に対して非対称にするよう◆ −11,にした方法である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、走査方向に対して直交する方向のビー
ム強度分布を非対称にしておくことで、該ビーム走査前
のビーム走査による残留熱の影響を少なくすることがで
きる。例えば、ビームの強度分布を、走査の中心線に対
して該走査の前のビーム走査領域に近い方を遠い方より
弱くしておくことにより、残留熱の影響の大きな部分で
ビーム強度を弱く、残留熱の影響が少ない部分でビーム
強度を強くすることができ、これにより各走査領域にお
けるアニール状態を均一化することができる。このため
、絶縁体上に良質の半導体単結晶を製造することができ
、3次元IC等の製造に極めて有効である。
〔発明の実施例〕
まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原されてい
る。電子ビーム14はX方向に走査されると共に、1行
の走査毎にY方向に移動され次の行で再びX方向に走査
される。ここで、ビーム1・、14の走査方向くX方向
)と直交する方向(Y方向)のビーム強度分布を第1図
(b)に示す如く非対称にする。より詳しくは、n行目
の走査に際し、n−1行目の走査領域に近い方を遠い方
よりも弱くする。
上記のビーム強度分布により、残留熱の影響によるアニ
ールの不均一化を防止することができる。
即ち、n行目の走査に関し、n−1行目のビーム走査の
影響で、走査領域13rLでは、n−1行目の走査領域
13n−xに近い方の温度が遠い方の温度より高くなる
。この温度差を、第1図(b)に示す非対称のビーム強
度分布により補正することにより、均一な温度分布を得
ることができるのである。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第2図は本発明の一実施例方法に使用した電子“1 1された電子ビームは集束レンズ22及び対物レン・2
・1 \、1ズ23により集束されて試料24上に照射される
−と共に、走査コイル25により試料24上で走査され
る。走査コイル25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22の主面にはアパ
ーチャマスク26が配置され、電子銃21とレンズ22
との間にはビームを0N−OFFするためのブランキン
グ電極27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、この装置がこれと異なる点は、前記レンズ22
と走査コイル25との間にビームを高速偏向するための
偏向板28を設けたことにある。即ち、偏向板28は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。
偏向板28には、偏向電圧発生回路29から高周波電圧
(高周波波形)が印加される。なお、偏向板28の配置
位置は、必ずしもレンズ22と走査コイル25との間に
限るものではなく、対物レンズ23の下方であってもよ
い。
偏向電圧発生回路29は、第3図に示す如く任意波形発
生器31及びこの波形発生器31の出力を増幅する増幅
器32から構成され、この増幅器32の出力電圧が前記
偏向板28に印加される。
任意波形発生器31により高周波を発生させると、ビー
ムはY方向に高速偏向され、これにより疑似線状ビーム
33が形成される。
第4図(a)〜(C)に示す如きビーム強度分布が生じ
る理由は、Y方向に関してビームの存在確率分布が異な
るからである。
次に、上記装置を用いたビームアニール方法について説
明する。
試料としては、第5図に示す如く単結晶S1ウエハ51
上にSiO2等の絶縁膜52及び多結晶Si膜53を堆
積し、さらにその上に8i02等の保護膜54を堆積し
たものを用いた。電子ビームの加速電圧を10[KV]
、高速偏向の振り幅を500[μm]として、ビーム強
度分布が非対称の疑似線状電子ビームを用いた。このビ
ームをピッチ500 [μTrL]、速度10 [cI
R/sec ]で前記第1図(a)に示す如く走査する
ことにより、1×1Ecm口]の領域をアニールしたと
ころ、第4図(a)〜(C)のいずれの波形を用いた場
合1’:”11“このように本実施例方法によれば、電
子ビーム(−」;□ の走査方向に対して直交する方向の強度分布を、海査の
中心線に対して該走査前のビーム走査領域に近い方を遠
い方よりも弱くすることにより、各走査領域におけるア
ニール状態を均一化することができる。このため、絶縁
膜上に良質の単結晶S1層を形成することができ、その
有用性は絶大である。
第6図乃至第9図はそれぞれ他の実施例を説明するため
の図である。
第6図は電子銃を改良した例で、太さを400[μTr
L]から800 [μm]まで徐々に変化させた5 [
m]のカソード61を用いて、前記第4図(a>に示す
ような強度分布を持つ線状電子ビームを形成した。加速
電圧10[KV]の該電子ビームをピッチ5[s]、速
度1 [111111/8eO]で走査することにより
5X5[clRロコの領域をアニールしたところ、走査
方向に対して垂直な方向に均一に溶融・固化したアニー
ル面を得ることができた。
゛、′″1シて傾斜させて配置し、カソード62からの
電子ム の放出量を変化させて前記第4図(a)に示すよ一: 
、−:うな強度分布を持つ線状電子ビームを形成した。
′b口連速電圧10KV]の該電子ビームをピッチ’、
”5 [m ] 、速度1[#IIl/SeC]テ走査
すルコトニ、′ より、前記第6図に示すカソードを用いた場合と同様の
効果が得られた。
第8図はビームの断面形状を変えた例で、くさび型の開
口部を有するアパーチャマスク66を用いて、長さ5[
amlの線状カソード65から放出される電子ビームを
整形し、前記第4図(a>に示すような強度分布を持つ
線状電子ビームを形成した。ここで、アパーチャマスク
66は第9図に示す如く2枚の板体66a、66b及び
これらを連結するビン67から構成され、開口部のくさ
びの角度を増減することにより、ビーム強度分布を変化
させることでできるようになっている。そして、得られ
た線状電子ビームを用いて、加速電圧10[KV]の該
電子ビームをピッチ5[s+1、速度1 [s/sec
 ]で走査することにより、上記第6図及び第7図の例
と同様の効果が得られた。
なお、本発明は上述した各実施例に限定される力:ロフ
ァイルは、残留熱の影響度合い等に応じて適1==jt
宜定めればよい。また、実施例ではエネルギービ、ゝ 〜ムとして電子ビームを用いたが、レーザビームのl :”を用いることも可能である。さらに、アニールすニ
ー、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々す
るための模式図、第2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、第3図
は上記装置の要部構成を示す模式図、第4図(a)〜(
C)は任意波形とビーム強度分布との関係を示す模式図
、第5図は上記実施例方法に用いた試料構造を示す断面
図、第6図乃至第9図はそれぞれ他の実施例を説明する
ための図、第10図は従来方法の問題点を説明するため
の模式図である。
11.24・・・試料、12・・・アニール領域、13
・・・走査領域、14.33・・・疑似線状電子ビーム
、21・・・電子銃、22・・・集束レンズ、23・・
・対物レ66・・・アパーチャマスク。
(a) (b) 第1図 第2図 第7図 第8図 第9図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁体上に形成された多結晶若しくは非晶質の半
    導体薄膜を、エネルギービームの走査により順次溶融・
    固化して単結晶化する半導体単結晶層の製造方法におい
    て、前記エネルギービームの走査方向に対して直交する
    方向の強度分布を、走査の中心線に対して非対称にした
    ことを特徴とする半導体単結晶層の製造方法。
  2. (2)前記エネルギービーム強度の強度分布を、走査の
    中心線に対して該走査前のビーム走査領域に近い方を遠
    い方よりも弱くし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。
  3. (3)前記エネルギービームの強度分布を非対称にする
    手段として、スポット状のカソードから放出される電子
    ビームを、偏向板を用いて正負非対称な高周波により高
    速偏向させることを特徴とする特許請求の範囲第1項又
    は第2項記載の半導体単結晶層の製造方法。
  4. (4)前記エネルギービームの強度分布を非対称にする
    手段として、線状のカソードから放出される電子ビーム
    を用い、且つ線状のカソードの太さを変化させ、放出さ
    れる電子の量をカソード各部で変化させたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項又は第2項記載の半導体単結
    晶層の製造方法。
  5. (5)前記エネルギービームの強度分布を非対称にする
    手段として、線状のカソードから放出される電子ビーム
    を用い、且つ線状のカソードとウェネルト電極との位置
    関係を変化させ、放出される電子の量をカソード各部で
    変化させたことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載の半導体単結晶層の製造方法。
  6. (6)前記エネルギービームの強度分布を非対称にする
    手段として、くさび型の開口部を持つアパーチャマスク
    を用い、前記走査の中心線に対するビームの形状を非対
    称にしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第
    2項記載の半導体単結晶の製造方法。
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