JPS6364324A - Heating method and heating equipment therefor - Google Patents

Heating method and heating equipment therefor

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JPS6364324A
JPS6364324A JP20783486A JP20783486A JPS6364324A JP S6364324 A JPS6364324 A JP S6364324A JP 20783486 A JP20783486 A JP 20783486A JP 20783486 A JP20783486 A JP 20783486A JP S6364324 A JPS6364324 A JP S6364324A
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JP
Japan
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heating
substrate
light
heated
semiconductor
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JP20783486A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Shigeniwa
昌弘 茂庭
Shoji Yadori
章二 宿利
Yasuo Wada
恭雄 和田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a semiconductor device without exposing a substrate to a high temperature, by generating thermal elastic wave near the surface of a body to be heated, and making the surface chemically active at a low temperature. CONSTITUTION:A local part is irradiated by a beam 2, or a wide range is irradiated with a lamp and the like in the manner in which the intensity distribution of a radiating light is made ununiform. Temperature irregularity generates on a semiconductor substrate 1, thermal distortion is introduced into the vicinity of surface, and thermal elastic wave 3 generates near the surface of the substrate 1. Therecore the combination of atoms constituting the substrate 1 is subjected to expanding and contracting, and chemical bonding of atoms is apt to be cut. Then chemical reaction is liable to occur, and the reaction is promoted. Thereby, semiconductor device can be formed without exposing the substrate 1 to a high temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加熱方法およびそれに用いる加熱装置に係り
、特に、半導体′3A置の製造工へ1において半導体基
板の表面近傍を加熱するのに好適な加熱方法および装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a heating method and a heating device used therefor, and particularly to a heating method for heating near the surface of a semiconductor substrate in a manufacturing process of a semiconductor device. The present invention relates to a suitable heating method and apparatus.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から用いられてきた被加熱物体の加熱装置としては
、被加熱物体が収容される石英管の周囲から電熱線を用
いて加熱する電気炉、高周波により被加熱物体内に生ず
る誘導電流により被加熱物体を加熱する高周波誘導加熱
装置、あるいは、マイクロ波を照射して加熱する装置等
がある。特に、電気炉および高周波誘導加熱装置は、半
導体装置の製造に用いられる加熱装置として重要な役割
をはたしてきた。これらの加熱装置は、基本的には被加
熱物体内体を加熱するものである。
Conventionally used heating devices for heated objects include electric furnaces that heat the heated object using heating wires from around a quartz tube that houses the heated object, and electric furnaces that heat the heated object using an induced current generated within the heated object by high frequency waves. There are high-frequency induction heating devices that heat objects, devices that heat objects by irradiating microwaves, and the like. In particular, electric furnaces and high-frequency induction heating devices have played an important role as heating devices used in the manufacture of semiconductor devices. These heating devices basically heat the inner body of an object to be heated.

ところで近年、半導体装置が複雑化・微細化してきた結
果、半導体基板の表面近傍のみを加熱する技術が必要と
なってきた。このように半導体基板表面近傍のみの加熱
を必要とする半導体装置の一例としては、半導体層と絶
8層を基板上に交互に積み上げ、該半導体層中に半導体
素子を形成するという、三次元(積層)半導体集積r5
J路がある。
However, in recent years, as semiconductor devices have become more complex and miniaturized, a technique for heating only the vicinity of the surface of a semiconductor substrate has become necessary. An example of a semiconductor device that requires heating only near the surface of a semiconductor substrate is a three-dimensional ( Lamination) semiconductor integrated r5
There is a J road.

これに応える加熱技術として登場したのが、レーザ・ア
ニール、およびランプ・アニールであるつレーザ・アニ
ールに関連した文献としては、アプライド・フィジック
ス・レターズ、第・;l゛ω、ナンバー11 (1,9
82年)第1089〜1090頁(Apρ1ic+1P
hysics  Letters、  VoL、41.
  NaH(IC12)  p(+、1(Biイ、3−
1090) 、およびアイ・イー・イー・イー、1−ラ
ンザクションエレクトロンデバイスイズ、イー・ディー
第32巻、ナンバー7  (1985年)第1347〜
1352頁(I E E E 、 Trans、 El
ectron DavicC8゜Vol、E D −3
2,Na 7 (1985) pp、 1347−13
52)がある。
Laser annealing and lamp annealing have emerged as heating technologies to meet this demand. Literature related to laser annealing includes Applied Physics Letters, Vol. 9
1982) pp. 1089-1090 (Apρ1ic+1P
dynamics Letters, VoL, 41.
NaH (IC12) p(+, 1(Bii, 3-
1090), and I.E.I., 1-Transaction Electron Devices, E.D. Volume 32, Number 7 (1985) No. 1347-
1352 pages (IEEE, Trans, El
ectron DavicC8゜Vol, ED-3
2, Na 7 (1985) pp, 1347-13
52).

これらの技術では、0.1〜1−程度の、光の侵入深さ
ぐらいのごく表面近傍のみに集中的にエネルギーを注入
することができ、従って、半導体基板の特に表面近傍を
加熱することができる。半導体基板の表面近傍のみを加
熱できる類似の加熱法として、電子線アニールも開発さ
れている。これらの表面加熱技術の利用により、三次元
半導体集積回路の試作例も報告されるようになってきた
With these techniques, it is possible to intensively inject energy only in the very vicinity of the surface, which is about 0.1 to 1 - the penetration depth of light, and therefore it is possible to heat the semiconductor substrate particularly near the surface. can. Electron beam annealing has also been developed as a similar heating method that can heat only the vicinity of the surface of a semiconductor substrate. By utilizing these surface heating techniques, prototype examples of three-dimensional semiconductor integrated circuits have also been reported.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述の表面加熱に関する従来技術では、表面近傍のみに
エネルギーを注入することができるものの、そこに発生
した熱が半導体基板の深部に向かって拡散するために、
結果的には3部もある程度加熱されてしまう。もちろん
、注入するエネルギーを少なくすれば、深部が加熱され
る程度は少なくて済む。しかし、その場合、半導体基板
表面の加熱が不充分となり、半導体基板表面を例えば結
晶成長に必要な温度(600°C程度)にすることがで
きず、結晶成長を行うことができない。
In the conventional surface heating technology described above, energy can be injected only near the surface, but the heat generated there diffuses toward the deep part of the semiconductor substrate.
As a result, all three parts were heated to some extent. Of course, if the energy to be injected is reduced, the extent to which deep parts are heated can be reduced. However, in that case, the surface of the semiconductor substrate is insufficiently heated, and the surface of the semiconductor substrate cannot be brought to a temperature (about 600° C.) necessary for crystal growth, for example, and crystal growth cannot be performed.

今後、半導体素子の微細化が一店進み、それに伴って、
半導体装置の製造技術の高精度化が必要となることを考
えると、将来の半導体基板の加熱手法として、より高精
度の表面加熱技術の開発が望まわる。
In the future, the miniaturization of semiconductor elements will progress, and as a result,
Considering the need for higher precision in manufacturing technology for semiconductor devices, it is desirable to develop a more precise surface heating technology as a future heating method for semiconductor substrates.

本発明の目的は、上記の要請に応え得る、半導体基板の
表面近傍のみを加熱できる半導体装置製造用の高精度な
表面加熱方法および装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly accurate surface heating method and apparatus for manufacturing semiconductor devices that can heat only the vicinity of the surface of a semiconductor substrate, which can meet the above requirements.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の加熱方法は、まず、被加熱物体の表面に、光を
局所照射するか、もしくは強度分布が不均一になるよう
に広範囲にわたって照射することにより、該被加熱物体
の表面に温度むらを発生させ、それにより、熱膨張量の
違いに基づくス1−レス(熱ひすみ)を、被加熱物体の
表面近傍に導入する。この加熱を断続的に行う(すなわ
ち、光を強度変調する)ことにより、該被加熱物体の表
面近傍に、被加熱物体の構成原子の疎密波(以下、熱弾
性波と称する。)を生じさせ、上記表面に多量の原子空
孔を供給し、該表面近傍における化学反応を活発にさせ
ることを特徴とする。
In the heating method of the present invention, first, the surface of the object to be heated is irradiated with light locally or over a wide range so that the intensity distribution is uneven, thereby causing temperature unevenness on the surface of the object to be heated. As a result, stress (thermal strain) based on the difference in the amount of thermal expansion is introduced near the surface of the heated object. By performing this heating intermittently (that is, modulating the intensity of the light), compression waves (hereinafter referred to as thermoelastic waves) of the constituent atoms of the heated object are generated near the surface of the heated object. , is characterized by supplying a large amount of atomic vacancies to the surface to activate chemical reactions near the surface.

上記加熱(すなわち、光の照射)を断続的に行う周波数
は、格子に歪をもたらす必要から、格子振動数(約10
”I(z)以下で、かつ、上記原子空孔の供給を充分と
するために、原子空孔の寿命(1秒〜0.1秒)の逆数
(1〜10)IZ、)以上を必要とすると考えられる。
The frequency at which the above-mentioned heating (i.e., light irradiation) is performed intermittently is determined by the lattice frequency (approximately 10
``I(z) or less, and in order to sufficiently supply the above atomic vacancies, it is necessary to have at least the reciprocal (1 to 10) IZ, ) of the atomic vacancy lifetime (1 second to 0.1 seconds). It is thought that.

本発明の方法において、例えば固相での結晶成長を行う
場合などは、補助加熱を必要としないが、酸化や窒化の
ように大きな活性化エネルギーを・必要とする工程を短
時間で完了したい場合には、補助的な加熱も併せて行う
。(補助加熱を行うことにより、半導体基板表面におけ
る原子空孔発生が促進され、反応が促進される。)例え
ば、シリコン層を酸化あるいは窒化する場合は、400
℃程度の補助加熱を行うのが望ましい。しかし、本発明
の方法において用いる補助加熱は、低温の加熱で済むの
で、半導体基板の深部まで加熱されることはなく1問題
とはならない。
In the method of the present invention, auxiliary heating is not required when performing crystal growth in the solid phase, for example, but when it is desired to complete a process that requires large activation energy such as oxidation or nitridation in a short time. Supplementary heating is also carried out. (By performing auxiliary heating, the generation of atomic vacancies on the surface of the semiconductor substrate is promoted, and the reaction is promoted.) For example, when oxidizing or nitriding a silicon layer,
It is desirable to perform auxiliary heating to about ℃. However, since the auxiliary heating used in the method of the present invention requires only low-temperature heating, the semiconductor substrate is not heated to the deep part, so this is not a problem.

上記本発明の加熱方法に用いる本発明の加熱装置は、少
なくとも一個の光源と、上記光源から発せられる光の強
度分布を不均一にする手段と、上記光の強度を変調する
手段を少なくとも具う(aすることを特徴とする。
The heating device of the present invention used in the heating method of the present invention includes at least one light source, means for making the intensity distribution of the light emitted from the light source non-uniform, and means for modulating the intensity of the light. (It is characterized by a.

〔作用〕[Effect]

第1図は、本発明の概念を示す図である。ここでは、半
導体装置の製造に利用する場合を例に挙げて説明する。
FIG. 1 is a diagram showing the concept of the present invention. Here, a case where the method is used for manufacturing a semiconductor device will be described as an example.

図において、1は半導体基板(被加熱物体)。In the figure, 1 is a semiconductor substrate (object to be heated).

2は強度変調されたビーム、3は半導体基板1の表面近
傍に発生された熱弾性波、4は半導体基板1の表面近傍
に多量に供給された原子空孔である。
2 is an intensity-modulated beam, 3 is a thermoelastic wave generated near the surface of the semiconductor substrate 1, and 4 is a large amount of atomic vacancies supplied near the surface of the semiconductor substrate 1.

同図に示すように、ビーム2を用いて局所照射するか、
あるいは、ランプなどを用いて光を広範囲にわたって、
かつ該照射光の強度分布が不均一になるように照射する
(ここでは、図示せず)と、半導体w板10表面に温度
むらが発生し、熱ひずみが該表面近傍に導入される。ま
た、このビーム2の照射は断続的にオン、オフされ、強
度変調されることにより、半導体基Fi1の表面近傍に
上述の熱弾性波3が発生する。従って、半導体基板1を
構成する原子と原子の結合が引っ張られたり。
As shown in the figure, local irradiation using beam 2 or
Alternatively, use a lamp etc. to spread light over a wide area,
If the irradiation light is irradiated with a non-uniform intensity distribution (not shown here), temperature unevenness will occur on the surface of the semiconductor w-board 10, and thermal strain will be introduced near the surface. Further, the irradiation of the beam 2 is intermittently turned on and off, and the intensity is modulated, thereby generating the above-mentioned thermoelastic wave 3 near the surface of the semiconductor substrate Fi1. Therefore, the bonds between atoms constituting the semiconductor substrate 1 are stretched.

縮められたりして、原子の化学的結合が切断されやすく
なる。さらに、熱弾性波3は半導体中に多量の原子空孔
4を供給する。原子空孔濃度の高い状況は、化学反応に
とって高温と等価であり、半導体基板表面は化学的に活
性状態となる。その結果、光の照射された領域において
、化学反応が起きやすくなり1反応が促進される。
The chemical bonds between atoms are more likely to be broken. Furthermore, the thermoelastic waves 3 supply a large amount of atomic vacancies 4 into the semiconductor. A high concentration of atomic vacancies is equivalent to a high temperature for chemical reactions, and the semiconductor substrate surface becomes chemically active. As a result, chemical reactions are more likely to occur in the area irradiated with light, and one reaction is promoted.

従って、半導体基Filの表面の温度をあまり高くする
必要がなくなり、半導体基板1の表面に注入される熱エ
ネルギーは小さくて済む。その結果、半導体基板1の深
部に流れ込む熱エネルギーは僅少となり、深部における
温度上昇は問題にならない径小さい。
Therefore, there is no need to make the temperature of the surface of the semiconductor substrate Fil very high, and the thermal energy injected into the surface of the semiconductor substrate 1 can be small. As a result, the thermal energy flowing into the deep part of the semiconductor substrate 1 is small, and the diameter is small so that temperature rise in the deep part does not become a problem.

すなわち、半導体装置の製造工程において、比較的低温
でも、半導体装置の作製に必要な工程。
That is, in the manufacturing process of semiconductor devices, the steps are necessary for manufacturing semiconductor devices even at relatively low temperatures.

例えば、酸化、窒化、不純物拡散、損傷層の回復。For example, oxidation, nitridation, impurity diffusion, and damaged layer recovery.

不純物の電気的活性化、固相エピタキシャル成長等を実
現することができ、半導体基板の深部まで加熱されるの
を防止でき、既に作製された他の素子等に悪影響を与え
ないで半導体装置を製造することができる。従って、微
細な素子を用いた三次元集積回路等の作製が可能となる
It is possible to realize electrical activation of impurities, solid-phase epitaxial growth, etc., prevent heating deep into the semiconductor substrate, and manufacture semiconductor devices without adversely affecting other devices that have already been manufactured. be able to. Therefore, it becomes possible to manufacture three-dimensional integrated circuits and the like using minute elements.

〔実施例〕〔Example〕

実施例 1 本発明の加熱方法を用いて、固相エピタキシャル成長を
行った実施例を第2図を用いて説明する。
Example 1 An example in which solid phase epitaxial growth was performed using the heating method of the present invention will be described with reference to FIG.

まず1置方位(100)の単結晶Si(シリコン)基板
21ニ、加速エネルギー140 k eV t’ S 
iイオンを6X1015■−2はどイオン打ち込みし、
Si基板210表面を非晶質化し、厚さ約2000人の
非晶質Si層25を形成した。
First, a single-crystal Si (silicon) substrate 21 with a 1-direction orientation (100) and an acceleration energy of 140 k eV t' S
Implant i ions into 6X1015■-2,
The surface of the Si substrate 210 was made amorphous, and an amorphous Si layer 25 having a thickness of about 2000 wafers was formed.

次に、不活性ガス中で、この試料の表面に、第2図に示
すように、5.5mW、波長488nmのAr(アルゴ
ン)レーザ・ビーム22を、IMHzの周期でオン、オ
フし、レーザ・ビーム22を強度変調しながら照射した
。照射時間は2.5秒であり、試料表面におけるレーザ
・ビームの直径は11mである。
Next, as shown in FIG. 2, an Ar (argon) laser beam 22 of 5.5 mW and a wavelength of 488 nm was applied to the surface of this sample in an inert gas by turning it on and off at a period of IMHz. - The beam 22 was irradiated while modulating the intensity. The irradiation time is 2.5 seconds and the diameter of the laser beam at the sample surface is 11 m.

この試料の表面の結晶性を、ビーム径が500人の電子
ビームを用いた反射高速電子線回折(μmRHEED:
マイクロブロープリフレクティヴハイ エナジーエレク
トロンディフラクション(μ−probe Refle
ctive High Energy Eiectro
nDiffraction)により調べたところ、レー
ザを照射した領域26においてのみ、5ijA板21と
同じ結晶方位の回折パターンが得られ、一方、レーザを
照射しない他の領域では、ハローパターンが観察された
。このことから、本実施例の方法により。
The crystallinity of the surface of this sample was determined by reflection high-speed electron diffraction (μmRHEED) using an electron beam with a beam diameter of 500 mm.
Microblow Reflective High Energy Electron Diffraction (μ-probe Refle
active High Energy Eiectro
As a result, a diffraction pattern with the same crystal orientation as the 5ijA plate 21 was obtained only in the region 26 irradiated with the laser, while a halo pattern was observed in other regions not irradiated with the laser. For this reason, the method of this embodiment is used.

レーザを照射した領域26で固相エピタキシャル成長が
生じ、非晶質Siが単結晶化したことが確認された。ち
なみに、通常の電気炉を用いた固相エピタキシャル成長
では600℃程度以上の高温が必要であるのに対し、本
発明による方法では表面温度の上昇はたかだか150℃
にも満たない。
It was confirmed that solid phase epitaxial growth occurred in the region 26 irradiated with the laser, and amorphous Si became single crystallized. By the way, while solid-phase epitaxial growth using a normal electric furnace requires a high temperature of about 600°C or higher, the method according to the present invention increases the surface temperature by only 150°C.
It's less than that.

このように、本実施例では、150℃という低い温度で
、Siを固相エピタキシャル成長させることができた。
In this way, in this example, Si could be grown by solid phase epitaxial growth at a low temperature of 150°C.

なお、本実施例におけるエピタキシャル成長と。Note that epitaxial growth in this example.

従来のパルス・レーザを用いたエピタキシャル成長とを
比較すると、本実施例では、レーザを所定の周期で所定
の時間、連続的にオン、オフしながら照射して固相成長
させるのに対して、従来のパルス°レーザによるもので
は、本実施例よりも大出力のレーザを用いて、ただ−回
オンすることにより、半導体を名題させて液相成長させ
る。
Comparing conventional epitaxial growth using a pulsed laser, in this example, the laser is continuously turned on and off at a predetermined period for a predetermined time to achieve solid phase growth, whereas in the conventional method In the case of using a pulsed laser, a laser having a higher output than that of this embodiment is used and is turned on only one time to cause liquid phase growth of the semiconductor.

実施例 2 次に、本発明の加熱方法および装置を用いて。Example 2 Next, using the heating method and apparatus of the present invention.

イオン打込みにより導入した不純物を電気的に活性化し
た実施例を説明する。
An example will be described in which impurities introduced by ion implantation are electrically activated.

まず、本発明による加熱装置の一例を第3×に示す。First, an example of the heating device according to the present invention is shown in No. 3x.

図において、27は大出力の光源1例え14−\′ユニ
稀例では500Wのハロゲンランプ、28はランプ゛、
’C,29はランプ光28を平行光にするための光学系
、30.30’はハーフ・ミラー、3】、31′は全反
射ミラー、32は光の干渉縞をつくる装置(光の強度分
布を不均一にする手段)で、本実施例では、例えばハー
フ・ミラー30.30′および全反射ミラー31.31
′によって構成されている。33は光を断続的に照射す
る装置(光の強度変調手段)であり、例えば回転可能な
円板に窓を設けたシャッタ(チョッパ)、34は加熱さ
れるへき試料、35は試料34の表面に形成された干渉
縞である。
In the figure, 27 is a high-output light source, for example a 500W halogen lamp in the rare case of 14-\'Uni, and 28 is a lamp.
'C, 29 is an optical system for collimating the lamp light 28, 30, 30' is a half mirror, 3], 31' are total reflection mirrors, 32 is a device for creating light interference fringes (light intensity In this embodiment, for example, a half mirror 30.30' and a total reflection mirror 31.31 are used.
′. 33 is a device that intermittently irradiates light (light intensity modulation means); for example, a shutter (chopper) having a window in a rotatable disk; 34 is a sample to be heated; 35 is a surface of the sample 34; These are interference fringes formed in

このような構成の加熱装置において、ハロゲンランプ2
7から照射される光は、光学系29によって平行光とな
り1次に、ハーフ・ミラー30によって二分される。半
分は、そのままハーフ・ミラー30を通り抜けて直進す
る。他の半分は、一方に比べて長い行路を経る。すなわ
ち、ハーフ・ミラー30によって反射され、進路を直角
に曲げられる。次に、全反射ミラー31および31′に
よって全反射され、それぞれ直角に進路を曲げられる。
In the heating device having such a configuration, the halogen lamp 2
The light irradiated from 7 is converted into parallel light by an optical system 29 and divided into two by a half mirror 30. The other half passes through the half mirror 30 and goes straight. The other half takes a longer journey than the other half. That is, it is reflected by the half mirror 30 and its course is bent at a right angle. Next, it is totally reflected by total reflection mirrors 31 and 31', and its course is bent at right angles.

その後。after that.

ハーフ・ミラー30′によって反射されて元の進路に復
帰し、ハーフ・ミラー30.30’をそのまま通過した
一方の光と混合される。次に、2を有するシャッタ33
の回転によって光は、断続的に試料34の表面上に照射
され、干渉縞が形成される。すなわち、ハーフ・ミラー
30.30’および全反射ミラー31.31′によって
光の干渉縞がつくられ、シャッタ33によって光が断続
的に照射される。従って、試料34の表面には、強度分
布が不均一になるように広範囲にわたって、かつ強度変
調されて照射される。
The light is reflected by the half mirror 30' and returns to its original path, and is mixed with the other light that has passed through the half mirror 30 and 30'. Next, the shutter 33 having 2
By rotating the sample 34, light is intermittently irradiated onto the surface of the sample 34, and interference fringes are formed. That is, interference fringes of light are created by the half mirror 30.30' and the total reflection mirror 31.31', and light is intermittently irradiated by the shutter 33. Therefore, the surface of the sample 34 is irradiated over a wide range and with the intensity modulated so that the intensity distribution is non-uniform.

まず、面方位(100)の単結晶Si基板に、加速エネ
ルギー100keVでP(リン)イオンを8XIO”+
an−”はどイオン打込みした。
First, P (phosphorus) ions were injected into a single-crystal Si substrate with an orientation of (100) at an acceleration energy of 100 keV to 8XIO”+
An-” ions were implanted.

その後、第3図に示した加熱装置を用いて、シャッタ3
3によってIMHzの周期でオン、オフしながらハロゲ
ンランプ27の光を、不活性ガス中で、この試料に照射
したところ、上記のイオン打込みされたPイオンの約9
3%がSiのドナー型不鍾物として活性化した。
After that, the shutter 3 is heated using the heating device shown in FIG.
When this sample was irradiated with light from a halogen lamp 27 in an inert gas while being turned on and off at an IMHz cycle, approximately 9 of the implanted P ions were removed.
3% was activated as a donor-type impurity of Si.

本実施例においても、基板表面温度は比ψ、2的り(温
であり、従って、基板内部が実質的に加熱されるのを防
止できた。
In this example as well, the substrate surface temperature was approximately ψ, 2 (temperature), and therefore the inside of the substrate could be substantially prevented from being heated.

本実施例の場合、干渉縞の暗部は明部に比べて原子空孔
の供給が不足がちとなる。従って、光の照射条件によっ
ては、場所によって化学反応速度のむらが生じることが
ある。これを解決するには、干渉縞の直交方向に照射光
を繰り返し走査すればよい。
In the case of this embodiment, the supply of atomic vacancies tends to be insufficient in the dark areas of the interference fringes compared to the bright areas. Therefore, depending on the light irradiation conditions, the chemical reaction rate may vary depending on the location. To solve this problem, it is sufficient to repeatedly scan the irradiation light in a direction orthogonal to the interference fringes.

また、本実施例においては、照射光を固定し。Furthermore, in this embodiment, the irradiation light is fixed.

それをオン、オフすることで熱弾性波を形成したが、照
射光を連続光とし、これを充分な速度で走査することに
よっても熱弾性波を形成できる。すなわち、基板」二の
一点に着目すれば、干渉縞の明部が通過するときには、
照射「オン」に相当し。
Although thermoelastic waves were created by turning it on and off, thermoelastic waves can also be created by using continuous light as the irradiation light and scanning it at a sufficient speed. In other words, if we focus on one point on the second substrate, when the bright part of the interference fringes passes,
Equivalent to irradiation "on".

暗部が通過するときには、照射「オフ」に相当するわけ
である。
When the dark area passes, it corresponds to the irradiation being "off".

実施例 3 上記実施例1.2では、試料を不活性ガス中で処理した
。ここでは、不活性ガスを酸Jコガスにかえて試料表面
を酸化した実施例を述へる。試料としては1置方位(1
11)の単結晶Si基板を用い、加熱装置としては、第
3図に示した装置を用いた。酸素雰囲気中で10分間の
照射を行ったところ、Si基板表面に厚さ約100人の
酸化ケイ索漠(SiC2膜)が形成された。
Example 3 In Example 1.2 above, the sample was treated in an inert gas. Here, an example will be described in which the inert gas was replaced with acid J-cogas to oxidize the sample surface. As a sample, 1 position orientation (1
The single-crystal Si substrate of 11) was used, and the heating device shown in FIG. 3 was used. When irradiation was performed for 10 minutes in an oxygen atmosphere, a silicon oxide desert (SiC2 film) with a thickness of approximately 100 mm was formed on the surface of the Si substrate.

本実施例においても、基板表面温度は比較的低温であり
、従って、基板内部が実質的に加熱されるのを防止でき
た。
In this example as well, the substrate surface temperature was relatively low, and therefore the inside of the substrate could be substantially prevented from being heated.

実施例 4 実施例3では、照射光は、形成されつつある酸化ケイ素
を透過してSi基板にのみ吸収される。
Example 4 In Example 3, the irradiation light passes through the silicon oxide that is being formed and is absorbed only by the Si substrate.

そのため、本発明による加熱はSi表面において有効に
行われるが、酸化ケイ素には有効でない。
Therefore, heating according to the present invention is effective on the Si surface, but not on silicon oxide.

酸化膜の形成は、雰囲気ガス中の酸素が酸化ケイ素中を
波数により透過し、エムがSi基板にf(J達したとき
にSi基板と化学反応を起こし、ユな化ケイ素となる、
という手順で進められる。
The formation of an oxide film occurs when oxygen in the atmospheric gas passes through silicon oxide using wave numbers, and when Em reaches f(J) on the Si substrate, a chemical reaction occurs with the Si substrate, forming silicon oxide.
You can proceed by following these steps.

実施例3では1本発明の加熱によりStは化学的に活性
になっているので、酸素とSiとのノ:、 I−l″1
、は活発だが、酸化ケイ素の活性化が充分でろ〕いため
に酸素の拡散過程は不活発である。その結果。
In Example 3, since St is chemically activated by the heating of the present invention, the bond between oxygen and Si:, I-l''1
is active, but the oxygen diffusion process is inactive because the activation of silicon oxide is not sufficient. the result.

酸素の拡散速度が酸化速度を律速する大きな膜jグの酸
化膜を得ることはむずかしい。
It is difficult to obtain a large oxide film in which the oxygen diffusion rate determines the oxidation rate.

そこで、酸化ケイ素も本発明の加熱により化学的に活性
とし、大きな酸化膜厚を得るために、実施例3で行った
加熱と同時に、CO,パルス・レーザによる補助加熱も
行った。CO2レーザの波長は約10屏であり、酸化ケ
イ素によく吸収されるので、酸化ケイ素の加熱に有効で
ある。その結果。
Therefore, in order to make silicon oxide chemically active by heating according to the present invention and to obtain a large oxide film thickness, auxiliary heating using CO and pulsed laser was also performed simultaneously with the heating performed in Example 3. The wavelength of CO2 laser is about 10 folds, and it is well absorbed by silicon oxide, so it is effective for heating silicon oxide. the result.

同じ10分間の照射により、Hさ約500人の酸化ケイ
素を形成するのに成功した。
The same 10 minute irradiation was successful in forming silicon oxide of about 500 H.

なお、よりいっそう大きな酸化速度を実現するには、試
料全体を200〜580℃程度に加熱しながら。
Note that in order to achieve an even higher oxidation rate, the entire sample should be heated to about 200 to 580°C.

上記の加熱を行うと良い。この場合、試料全体を加熱す
るものの、従来の半導体装コの製造工程における加熱(
約1100°C)比べてはるかに低温であす、また、こ
の程度の低温の場合、たいがいの化学反応は進行しない
ので問題はない。
It is best to perform the heating described above. In this case, although the entire sample is heated, the heating process used in the conventional semiconductor device manufacturing process (
(approximately 1100°C), and most chemical reactions do not proceed at this low temperature, so there is no problem.

実施例 5 本発明の方法および装置を用いて、固相エピタキシャル
成長により絶縁膜上に単結晶Si膜を形成した実施例を
説明する。
Example 5 An example in which a single crystal Si film was formed on an insulating film by solid phase epitaxial growth using the method and apparatus of the present invention will be described.

まず、第4図に示すように1百方位(100)の単結晶
Si基板41上に厚さ500人の酸化ケイ紫膜47を形
成し、これを通常のホトリソグラフィー技術を用いてパ
ターン切りした。この際のパターンの形状は、矩形、三
角形1円形、その他のいずれでもよい。
First, as shown in FIG. 4, a silicon oxide purple film 47 with a thickness of 500 wafers was formed on a single crystal Si substrate 41 with 100 orientations (100 directions), and this was pattern-cut using ordinary photolithography technology. . The shape of the pattern at this time may be a rectangle, a triangle and a circle, or any other shape.

次に、この上に、超高真空中での電子線加熱蒸着により
非晶質Si膜48を厚さ2500人程堆積した。
Next, an amorphous Si film 48 having a thickness of about 2,500 layers was deposited thereon by electron beam heating vapor deposition in an ultra-high vacuum.

こうしてできた試料の状態を第4図に示す。FIG. 4 shows the state of the sample thus produced.

この試料を、第3図に示した加熱装置を用いて加熱した
。但し、本実施例では、干渉縞状になった照射光を、1
岬/分の速さで試料表面上を走査した(第3図では、照
射光の走査手段は図示してない。)。その結果、単結晶
Si基板41上に直接堆積した非晶質Si膜48が、S
i基板41を種結晶とした固相エピタキシャル成長によ
り単結晶化し、ついで、これを種結晶として酸化ケイ素
膜47上に堆積した非晶質Si膜が固相エピタキシャル
成長により単結晶化した。
This sample was heated using the heating device shown in FIG. However, in this example, the irradiation light with interference fringes is
It was scanned over the sample surface at a speed of m/min (the means for scanning the irradiation light is not shown in FIG. 3). As a result, the amorphous Si film 48 directly deposited on the single crystal Si substrate 41 is
A single crystal was formed by solid phase epitaxial growth using the i-substrate 41 as a seed crystal, and then, using this as a seed crystal, the amorphous Si film deposited on the silicon oxide film 47 was formed into a single crystal by solid phase epitaxial growth.

なお、上記実施例においては、強度変調したビームアニ
ール、もしくは、強度変調した全面不均一アニールを用
いているが、いずれの実施例においても、どちらのアニ
ールを用いてもよい。両者は本質的に同じであり、単に
後者の方がスループットが良いというメリットがあるだ
けである。また、干渉縞照射の光源としてレーザ光を使
ってもよいことは言うまでもない。干渉縞も明・暗が平
行であることは必ずしも必要ではなく、これがひずんで
いても、島状であってもよく、照射光の強度分布が不均
一であれば有効である。従って、レーザ光のスペックル
等も利用できる。光源も一個である必要はなく、複数個
用いてもよい。干渉縞゛を作る手段も、上記スペックル
の利用等、本実施例に限定されない。
Note that although the above embodiments use intensity-modulated beam annealing or intensity-modulated full-surface non-uniform annealing, either of the annealing methods may be used in any of the embodiments. The two are essentially the same, the only advantage being that the latter has better throughput. Furthermore, it goes without saying that a laser beam may be used as a light source for irradiating interference fringes. It is not necessarily necessary that the brightness and darkness of the interference fringes be parallel; they may be distorted or island-like, and it is effective as long as the intensity distribution of the irradiated light is non-uniform. Therefore, speckles of laser light can also be used. It is not necessary to use only one light source, and a plurality of light sources may be used. The means for creating the interference fringes is also not limited to the present embodiment, such as the use of speckles.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明は、被加熱物体の表面近傍
に熱弾性波を生じさせることにより、該表面を低温で化
学的に活性状態とすることができる。従って、半導体装
置の製造工程において、基板を高温にさらすことなく、
半導体装置を形成することができる。その結果、微細な
素子を用いた三次元集積回路等の作製が可能となる。
As described above, the present invention can bring the surface of a heated object into a chemically active state at low temperatures by generating thermoelastic waves near the surface. Therefore, in the manufacturing process of semiconductor devices, the substrate is not exposed to high temperatures.
A semiconductor device can be formed. As a result, it becomes possible to fabricate three-dimensional integrated circuits and the like using minute elements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の詳細な説明する図、第2図は本発明の
加熱方法の一実施例を示す図、第3図は本発明の加熱装
置の一実施例を示す図、第4図は本発明の他の実施例を
示す図である。 1・・・半導体基板 2・・・強度変調されたビーム 3・・・熱弾性波 4・・・原子空孔 21.41・・・単結晶SL基板 22・・・Arレーザ・ビーム 25・・・非晶質Si層 26・・・レーザを照射した領域 27・・・光源 28・・・ランプ光 29・・・平行光にするための光学系 30.30′・・・ハーフ・ミラー 31.31′・・・全反射ミラー 32・・・干渉縞をつくる装置(光の強度分布を不均一
にする手段) 33・・・シャッタ(光の強度を変調する手段)34・
・・試料 35・・・干渉縞 47・・・酸化ケイ素膜 48・非晶質Si膜
Fig. 1 is a diagram explaining the present invention in detail, Fig. 2 is a diagram showing an embodiment of the heating method of the invention, Fig. 3 is a diagram showing an embodiment of the heating device of the invention, and Fig. 4 is a diagram showing an embodiment of the heating device of the invention. FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention. 1... Semiconductor substrate 2... Intensity modulated beam 3... Thermoelastic wave 4... Atomic vacancy 21.41... Single crystal SL substrate 22... Ar laser beam 25... -Amorphous Si layer 26...Laser irradiated area 27...Light source 28...Lamp light 29...Optical system 30.30'...Half mirror 31. 31'... Total reflection mirror 32... Device for creating interference fringes (means for making the intensity distribution of light non-uniform) 33... Shutter (means for modulating the intensity of light) 34.
...Sample 35...Interference fringes 47...Silicon oxide film 48/Amorphous Si film

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、被加熱物体の表面に、光を局所照射するか、もしく
は強度分布が不均一になるように広範囲にわたって照射
し、かつ、該光を強度変調させて照射することにより、
上記表面近傍に熱弾性波を発生させ、上記表面近傍にお
ける化学反応を活発にさせることを特徴とする加熱方法
。 2、少なくとも一個の光源と、上記光源から発せられる
光の強度分布を不均一にする手段と、上記光の強度を変
調する手段を少なくとも具備することを特徴とする加熱
装置。
[Claims] 1. By irradiating the surface of the object to be heated with light locally or over a wide range so that the intensity distribution is non-uniform, and by modulating the intensity of the light. ,
A heating method characterized by generating thermoelastic waves near the surface to activate a chemical reaction near the surface. 2. A heating device comprising at least one light source, means for making the intensity distribution of the light emitted from the light source non-uniform, and means for modulating the intensity of the light.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012023171A (en) * 2010-07-14 2012-02-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd Laser annealing method and laser annealing device

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