JPS6383268A - ビ−ムアニ−ル方法及びその装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は半導体基板」二の絶縁膜」二に多結晶或いは非
晶質半導体膜を形成した試料上にエネルギービームを照
射して前記半導体膜を単結晶化するＳｏｌ技術に係り、
特にそのビームアニール方法及び装置に関する。

（従来の技術） 半導体工業の分野では、最近ビームアニール装置を用い
たＳ　ＯＩ　（ＳｉｌＩｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔ
ｏｒ）技術等の研究開発が盛んである。このＳｏｌ技術
では第４図に示す如くシリコン単結晶基板（４０）上に
こあ″基板の一部を露出する如く開口部（４１）を有す
るシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜（４２）
を約２　［μＩ１１］の膜厚に形成しその上に多結晶或
いは非晶質シリコン膜（４３）を約０．５Ｅμｍ］堆積
しその上に約０．５［μｍ］の５Ｌ０２等の保護膜（４
６）を形成したウェハ（４８）に、電子ビーム又はしと
により、前記多結晶或いは非晶質シリコン膜をシリコン
単結晶膜（４５）として成長させることが行なわれてい
る。

ここで、エネルギービームとして例えば電子ビームを用
いて、多結晶或いは非晶質シリコン膜（４３）の溶融を
する場合、溶融を容易にするためには、ビームの電流量
を増加、或いは走査速度を減少させる等して単位面積あ
たりに照射するビーム記基板（４０）上に形成されたシ
リコン酸化膜（４３）の上に形成されている。」二連し
た方法によって多結晶或いは非晶質シリコン膜（４３）
を溶融するために単位面積あたりに照射するビーム量を
むやみに増加させることは半導体素子（４７ａ）　、　
（４７ｂ）への影響を考えると好ましくはない。即ちシ
リコン単結晶基板（４０）において例えば、走査速度１
００＋＋＋ｍ／Ｓｅｅ　％　ビーム電流６ｍＡの電子ビ
ームがシリコン膜（４３）に照射されると照射部分の温
度は１４００℃〜１５００℃となり、その予熱により基
板（４０）の温度が約９００℃以上になると基板（４０
）の組成変化が起こり半導体素子（４７ａ）　、　（４
７ｂ）にリーク電流が流れ動作電圧が変化してスイッチ
特性がなくなる等の問題を生じる。逆にビーム電流を下
げ過ぎると、多結晶或いは非晶質シリコン膜（４３）の
溶融が十分でなくなり単結晶化することができない。

故に、多結晶或いは非晶質シリコンを単結晶化するため
に溶融せしめる際にウェハ（４８）表面、即ち多結晶或
いは非晶質シリコン膜（４０）へのビーム熱るための技
術が試みられている。

（発明が解決しようとする問題点） ′：　本発明は　゛　　　　′　光ビームの照射により
シリコン基板表面、即ち多結晶或いは非晶質シリコン膜
の温度を選択的に上げて溶融を容易にするとともに電子
ビーム等のビーム量を少なくしてシリコン基板の組成変
形等の欠陥の発生を抑制するビームアニール方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために半導体基板上の絶縁
膜上に多結晶或いは非晶質半導体膜を形成した試料上を
エネルギービームを走査して前記半導体膜を単結晶化す
るビームアニール方法において、前記エネルギービーム
照射領域を含む領域に光ビームを照射するとともに前記
エネルギービーム照射開始時刻を前記光ビーム照射開始
時刻よりも遅らせて走査することを特徴とするビーム体
と、上記エネルギービームの照射領域を含む領域へ光ビ
ームを照射する光照射系と、この光ビームの照射開始時
刻よりも遅らせてエネルギービームを照射させる制御系
を具備したことを特徴とするビームアニール装置を提供
する。

（作　用） 本発明によるビームアニール方法及びその装置によれば
試料表面を光ビームで照射するのでシリコン単結晶基板
上の多結晶又は非晶質シリコン膜の溶融を容易にし、か
つエネルギービームにょ゛このビームアニール装置は、
ビームアニール装置本体（１）とこの本体（１）外部に
設けられた光ビーム照射系（２）と、この光ビーム照射
系（２）及び前記ビームアニール装置本体（１）のビー
ムを制御する制御系（３）から構成されている。

ヒームア拳−ル装置本体（１）はステンレス製の電子銃
カラム筒（１１）と試料室チャンバー（１２）が−体形
成されて１つの容器を構成している。この容器内に設け
られた電子銃（１３）から放射された電子ビーム（１４
）は電子レンズ（１５）により集束され、偏向器（１６
）でＸ−Ｙ方向に偏向されて前記試料室チャン／＜−（
１２）に設けられたテーブル（１７）上に載置されたウ
ェハ（被アニール試料）（１８）上に照射される。テー
ブル（１７）の下には、ウェハ（■８）の裏面全体を例
えば約６００℃に加熱することによりウェハ（１８）の
上の部分的な温度差に起因する反り、スリップ等を防止
するためのタングステン線を用いたヒータ（１９）が設
けられている。又、電子ビームの０Ｎ−ＯＦＦはビーム
ブランキング装置（２０）る。この窓は石英ガラス等、
光ビームを透過するも１．メであれば何でもよい。上記
電子銃（１３）、電子レンズ（１５）、偏向器（■６）
、及びビームブランキング装置（２０）等からなる電子
ビームアニール装置本体（１）は、ビューイングボート
（２１）が設けられていることを除けば、従来の一般的
な走査型電子ビームアニール装置と同様である。

光ビーム照射系（２）は光源（２２）とこの光源（２２
）の光を集光し集束せしめて前述したビューイングポー
ト（２１）を介してウェハ（１８）に光ビーム（２３）
を照射する凹面反射鏡（２４）と前記光源（２２）とウ
ェハ（１８）の間に設けられ光ビーム（２３）の光路の
開閉を行なう光路開閉シャッター（２５）から構成され
ている。この実施例でハ光源（２２）に５００［Ｗ］出
力のキセノンランプを用いた。この光ビーム照射系（２
）によってウェハ（１８）上に照射される光ビームの領
域、は、前記した電子ビーム（１４）がウェハ（１８）
に照射する領域よりも広くそのビーム径はウェハ（１８
）表面上で約２０［ｍｍ］となっている。

（２０）に電気的に接続されビームブランキング装置（
２０）のブランキングを行なうためのブランキング−・
駆動装置（２７）とこの２つの駆動装置（２Ｂ）　、　
（２７）を制御するためのコンピューター（２８）から
構成されている。すなわち、光路開閉シャッター（２５
）の開状態と閉状態にそれぞれ同期してコンピューター
（２８）はビームブランキング装置（２０）をＯＦＦ状
態とＯＮ状態にするようになっている。

なお、この実施例では光照射系（２）をビームアニール
装置本体（１）の外部に配置したが、これは装置本体（
１）内に配置して光ビーム（２３）をウェハ（１８）に
照射させるようにしてもよく、光ビーム（２３）の０Ｎ
−ＯＦＦは開閉シャッター（２５）を用いずに、光源（
２２）を０Ｎ−ＯＦＦさせて行なってもよい。

次に上記構成によるこの実施例の作用を述べる。

まず、ビームアニール装置本体（１）内部に設けられた
テーブル（１７）上にウェハ（１８）を載置した後、こ
のテーブル（１７）をヒータ（１９）により加熱してつ
てテーブル（１７）に載置された前記ウェハ（１８）に
光ビーム（２３）が照射される。５インチのシリコンウ
ェハの場合、ウェハ（１８）の表面温度は光ビーム照が
飽和した時点でコンピューター（２８）よりプラン−■
出され、この電子ビーム（１４）が電子レンズ（１５）
及び偏向器（１６）を介してウェハ（１８）の所望の領
域の領域に照射されアニールされる。アニールされ′る
領域のデータはあらかじめ別のコンピューターに入力さ
れており、それに従ってウェハ（１８）へのアニールが
なされる。このアニールがされた後、ただちに電子ビー
ム（１４）及び光ビーム（２３）は、コンピューター（
２８）によりシャッター駆動装置（２６）及びブランキ
ング駆動装置（２７）に信号が送られてビームの照射が
停止される。

第２図は、第１図で示した光ビーム（２３）と電子ビー
ム（１４）の照射のタイミングを示す図である。

第２図に示すようにウェハ（１８）への電子ビーム（１
４）の照射は前述したように光ビーム（２３）照射によ
ってウェハ（１８）表面温度が飽和する時間分遅らせた
タイミングに同期させて行なう。これにより電子ビーム
（１４）と光ビーム（２３）を併用することによりウェ
ハ（１８）表面の例えば絶縁膜上に形成された多結晶シ
リコン層等の溶解を容易にするという利点に加え、電子
ビーム（１４）によって生じるスリーここではエネルギ
ービームとして電子ビームを用いたが、これは、レーザ
ービームであってもよく、この場合もビームの光量子に
よる下層素子へのダメージを抑制するという効果が得ら
れる。

次に上述した本発明の実施例による装置を用いたビーム
アニール方法について第１図及び第３図を用いて説明す
る。第３図において、第１図と同一のものについては同
一の符号を付して示している。

第３図（ａ）に示す如くウェハ（１８）はく１００）シ
リコン基板（３０）上に厚さ２［μｍ］の熱酸化膜（３
１）を形成し、その一部を写真蝕刻法により前記シリコ
ン基板（３０）を露出するように除去した後、厚さ約０
．５關の多結晶シリコン膜（３２）を堆積し、続いて保
護膜として厚さ　０　、５　＋ｎ＋ｎの５ｉ０２膜（３
３）を堆積□；したものである。このウェハ（１８）に
対し、第１図′で示した様に、ヒータ（１９）で加熱し
て表面温度、−を’６００℃にしたのち光照射系（２）
により約２０ａｎｔのビーム径の光ビーム（２３）を後
述する電子ビームの照射点を含む領域に照射して表面温
度を測的に加熱できるものであれば何でもよく、例えば
アルゴン（Ａｒ　）レーザー、水銀ランプ等多結晶シリ
コンがよく吸収する波長を有する光源でもよい。又、多
結晶シリコンは非晶質シリコンでもよい。

そして、光ビーム（２３）照射によって表面温度が保た
れた時点で第１図のコンピューター（２８）及びブラン
キング駆動装ｆｉｔ　（２７）によってビームブランキ
ング装置がＯＦＦ状態となる。即ち第３図（ｂ）の如く
、前述した光ビーム（２３）の領域内の所望の基板（３
０）と接している部分からエピタキシャル成長が起こり
多結晶シリコン膜（３２）は単結晶化されたシリコン膜
（３４）となる。

ここで電子ビーム（１４）は走査方向に直角な方向に高
速偏向して、スポットビームを線状化する、いわゆる疑
似線状ビーム法を使用した。この場合、線状ビームは、
試料表面」二では長さ２［ｍｍ］、幅１００　［μｍ］
であった。

次に、上述した本発明の実施例による装置及び方法の効
果を述べる。

光照射系をもたない従来のビームアニール装置の場合、
ＳｉＯ２膜（３３）上の多結晶シリコン膜（３２）を１
４００〜１５００℃で溶融させるのに６［ＩＩＩ＾］の
ビーム電流が必要であったが、この実施例においては同
じ温度で溶融するのに５［ｍＡ］のビーム電流で溶融す
ることが可能となり下地シリコン基板（３０）への欠陥
の発生を抑えることができた。又、光ビーム（２３）照
射を電子ビーム（４４）照射の前から行ない、ウェハ（
１８）の表面温度を上げておくことにより、溶融を開始
するための電子ビーの装置は上述した実施例に限定され
るものではなく、例えばエネルギービームとしては電子
ビームに代わってレーザービームでもよい。又は、光ビ
゛′−ム照射の照射光強度、照射角度、照射領域等は仕
様に応じて適宜窓めればよく、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ができる。

［発明の効果］ 以上、述べてきたように本発明によればエネルギービー
ムの試料内部への影響を低減して試料表面のビームアニ
ールを容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるビームアニール装置の概略構成図
、第２図は電子ビームと光ビームの照射のタイミングを
示す説明図、第３図は本発明によるビームアニール方法
を説明するたの試料の断面図、・第４図は従来例を説明
するための試料の断面図である。 １・・・ビームアニール装置本体、 ２・・・光ビーム照射系、　　３・・・制御系、２８・
・・コンピューター、　３０・・・シリコン基板、３１
・・・酸化膜、　　　　３２・・・多結晶シリコン、３
３・・・保護膜、　　３４・・・単結晶過シリコン膜。 出願人　工業技術院長　　飯塚幸三 第１図 第２図 第８図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上の絶縁膜上に多結晶或いは非晶質半
   導体膜を形成した試料上をエネルギービームを走査して
   前記半導体膜を単結晶化するビームアニール方法におい
   て、前記エネルギービーム照射領域を含む領域に光ビー
   ムを照射するとともに前記エネルギービーム照射開始時
   刻を前記光ビーム照射開始時刻よりも遅らせて走査する
   ことを特徴とするビームアニール方法。
2. （２）前記エネルギービームは電子ビームである特許請
   求の範囲第１項記載のビームアニール方法。
3. （３）光ビームを試料に照射して試料の表面温度を一定
   温度に保持した後、エネルギービームを試料に照射する
   特許請求の範囲第１項記載のビームアニール方法。
4. （４）エネルギービームを半導体基板上の絶縁膜上に多
   結晶或いは非晶質半導体膜を形成した試料上で走査して
   前記多結晶或いは非晶質半導体膜を単結晶化せしめるビ
   ームアニール装置本体と、上記エネルギービームの照射
   領域を含む領域へ光ビームを照射する光照射系と、この
   光ビームの照射開始時刻より遅らせてエネルギービーム
   を照射させる制御系を具備したことを特徴とするビーム
   アニール装置。
5. （５）ビームアニール装置本体は試料の前記エネルギー
   ビーム及び光ビームの照射面と反対側から試料を加熱す
   る機構を備えたものである特許請求の範囲第４項記載の
   ビームアニール装置。
6. （６）前記光ビーム照射領域はエネルギービームの走査
   幅よりも広いものである特許請求の範囲第４項記載のビ
   ームアニール装置。
7. （７）前記エネルギービームは電子ビームである特許請
   求の範囲第４項記載のビームアニール装置。