JPH0142618B2 - - Google Patents
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- JPH0142618B2 JPH0142618B2 JP58112877A JP11287783A JPH0142618B2 JP H0142618 B2 JPH0142618 B2 JP H0142618B2 JP 58112877 A JP58112877 A JP 58112877A JP 11287783 A JP11287783 A JP 11287783A JP H0142618 B2 JPH0142618 B2 JP H0142618B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- temperature
- semiconductor
- substrate
- heater
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
- H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、半導体結晶薄膜の製造方法に係り、
特に基板上に堆積した多結晶或いは非晶質の半導
体薄膜を高エネルギービームの照射により結晶化
する半導体結晶薄膜の製造方法に関する。
特に基板上に堆積した多結晶或いは非晶質の半導
体薄膜を高エネルギービームの照射により結晶化
する半導体結晶薄膜の製造方法に関する。
周知の如く、２次元半導体装置の素子を微細化
してこれを高集積化及び、高速化することは限界
に近くなつており、このため素子を多層に形成す
る所謂３次元半導体装置が提案されている。３次
元半導体装置を実現する上で最も重要な問は、絶
縁膜上に如何にして良質の半導体膜を形成するか
と云うことである。この問題に対して、基板上の
多結晶または非晶質半導体薄膜に高エネルギービ
ームを照射しながら走査し、租大粒の多結晶また
は単結晶の半導体薄膜を得るビームアニール方法
が提案されている。
してこれを高集積化及び、高速化することは限界
に近くなつており、このため素子を多層に形成す
る所謂３次元半導体装置が提案されている。３次
元半導体装置を実現する上で最も重要な問は、絶
縁膜上に如何にして良質の半導体膜を形成するか
と云うことである。この問題に対して、基板上の
多結晶または非晶質半導体薄膜に高エネルギービ
ームを照射しながら走査し、租大粒の多結晶また
は単結晶の半導体薄膜を得るビームアニール方法
が提案されている。
従来の方法では、高エネルギービームが照射さ
れている間、基板は室温に放置されているか、或
いは一定の熱量を加えられて高温に保たれてい
る。基板を室温に放置したままビームアニールを
行うと、第１図に示す如くビームを照射される地
点は半導体の溶融温度に達するものの、これから
離れた基板の末端部の温度は略室温に近く、基板
上に大きな温度勾配が存在する。このため、ビー
ムが照射される地点付近での温度不均一が大き
く、粗大な結晶粒を成長させることは困難であつ
た。ビームを連続的に照射しているためにビーム
の照射地点近くの温度がしだいに高まり、半導体
薄膜が溶融するだけでなく蒸発したり、さらに基
板に対する損傷を起こす虞れがあつた。
れている間、基板は室温に放置されているか、或
いは一定の熱量を加えられて高温に保たれてい
る。基板を室温に放置したままビームアニールを
行うと、第１図に示す如くビームを照射される地
点は半導体の溶融温度に達するものの、これから
離れた基板の末端部の温度は略室温に近く、基板
上に大きな温度勾配が存在する。このため、ビー
ムが照射される地点付近での温度不均一が大き
く、粗大な結晶粒を成長させることは困難であつ
た。ビームを連続的に照射しているためにビーム
の照射地点近くの温度がしだいに高まり、半導体
薄膜が溶融するだけでなく蒸発したり、さらに基
板に対する損傷を起こす虞れがあつた。
これを解決するものとして最近、ビームを照射
する基板を500〔℃〕程度の温度まで昇温してビー
ムアニール行う方法が提案された。この方法で
は、第２図に示す如く、基板上の温度勾配が小さ
くなるので、比較的粗大な結晶粒を成長させるこ
とが可能である。しかしながら、ビーム照射中も
基板を一定の熱量によつて加熱しているため、ビ
ーム照射地点近くの温度がしだいに高まり、基板
上の広い面積で均一なアニールを行うことは困難
であつた。
する基板を500〔℃〕程度の温度まで昇温してビー
ムアニール行う方法が提案された。この方法で
は、第２図に示す如く、基板上の温度勾配が小さ
くなるので、比較的粗大な結晶粒を成長させるこ
とが可能である。しかしながら、ビーム照射中も
基板を一定の熱量によつて加熱しているため、ビ
ーム照射地点近くの温度がしだいに高まり、基板
上の広い面積で均一なアニールを行うことは困難
であつた。
本発明の目的は、広に面積で均一なアニールを
行うことができ、ビームアニール法によつて基板
上に良質の多結晶若しくは単結晶を形成し得る半
導体結晶薄膜の製造方法を提供することにある。
行うことができ、ビームアニール法によつて基板
上に良質の多結晶若しくは単結晶を形成し得る半
導体結晶薄膜の製造方法を提供することにある。
本発明の骨子は、エネルギービームが照射され
る地点の半導体薄膜の温度を高精度に検出し、そ
の検出温度に応じて薄膜に与える熱量を制御する
ことにある。
る地点の半導体薄膜の温度を高精度に検出し、そ
の検出温度に応じて薄膜に与える熱量を制御する
ことにある。
半導体表面温度を非接触で検出する手段として
は種々あるが、走査型ビームアニールでは検出す
べき地点が常に移動するので、これに追従した温
度検出が必要となる。温度検出器の検出範囲を微
小領域とし、この領域をビーム走査に合わせて移
動することは実質的に困難である。また、ビーム
アニールでは検出すべき地点が最も高い温度（ア
ニールすべき半導体の融点程度）であると考えら
れる。
は種々あるが、走査型ビームアニールでは検出す
べき地点が常に移動するので、これに追従した温
度検出が必要となる。温度検出器の検出範囲を微
小領域とし、この領域をビーム走査に合わせて移
動することは実質的に困難である。また、ビーム
アニールでは検出すべき地点が最も高い温度（ア
ニールすべき半導体の融点程度）であると考えら
れる。
このような点に着目し本発明者は鋭意研究を重
ねた結果、アニールすべき半導体からの黒体輻射
を検出し、かつ半導体の融点温度における黒体輻
射の最強波長よりも短い波長の光強度を検出する
ことにより、ビーム照射地点の温度を高精度に検
出できるのが判明した。
ねた結果、アニールすべき半導体からの黒体輻射
を検出し、かつ半導体の融点温度における黒体輻
射の最強波長よりも短い波長の光強度を検出する
ことにより、ビーム照射地点の温度を高精度に検
出できるのが判明した。
すなわち本発明は、基板全体をヒータにより加
熱すると共に、この基板上に形成された半導体薄
膜上でエネルギービームを走査して該薄膜を結晶
化せしめる半導体結晶薄膜の製造方法において、
上記半導体薄膜の表面領域から該薄膜の溶融温度
における黒体輻射の最強度波長よりも短い光を検
出し、その検出信号強度に応じ上記ヒータの加熱
温度を制御する等して上記薄膜に与える熱量を制
御するようにした方法である。
熱すると共に、この基板上に形成された半導体薄
膜上でエネルギービームを走査して該薄膜を結晶
化せしめる半導体結晶薄膜の製造方法において、
上記半導体薄膜の表面領域から該薄膜の溶融温度
における黒体輻射の最強度波長よりも短い光を検
出し、その検出信号強度に応じ上記ヒータの加熱
温度を制御する等して上記薄膜に与える熱量を制
御するようにした方法である。
本発明によれば、ビーム照射地点の温度を高精
度に検出できるので、一定の温度のもとで広い面
積に亘り均一なビームアニールを行うことができ
る。このため、３次元半導体装置の素子形成基板
として実用上十分な特性を持つた良質、かつ均一
な半導体結晶薄膜を形成することができる。
度に検出できるので、一定の温度のもとで広い面
積に亘り均一なビームアニールを行うことができ
る。このため、３次元半導体装置の素子形成基板
として実用上十分な特性を持つた良質、かつ均一
な半導体結晶薄膜を形成することができる。
第３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である。図
中１は平板上のヒータであり、このヒータ１上に
は被アニール試料２が載置されている。試料２は
第４図に示す如く、例えばＰ型（100）単結晶Si
基板２１上に１〔μｍ〕のSiO2膜２２を形成し、
SiO2膜２２上に5000〔Å〕の多結晶Si膜（半導体
薄膜）２３を堆積し、さらにその上に2000〔Å〕
のSiO2膜２４を堆積してなるものである。
ビームアニール装置を示す概略構成図である。図
中１は平板上のヒータであり、このヒータ１上に
は被アニール試料２が載置されている。試料２は
第４図に示す如く、例えばＰ型（100）単結晶Si
基板２１上に１〔μｍ〕のSiO2膜２２を形成し、
SiO2膜２２上に5000〔Å〕の多結晶Si膜（半導体
薄膜）２３を堆積し、さらにその上に2000〔Å〕
のSiO2膜２４を堆積してなるものである。
ヒータ１の上方には、図示しない電子銃、集束
レンズ３，４及び偏向器５等からなる電子光学系
が設けられている。そして、上記電子銃から発射
された電子ビームがコイル３，４により集束さ
れ、偏向器５により前記試料２上で走査されるも
のとなつている。
レンズ３，４及び偏向器５等からなる電子光学系
が設けられている。そして、上記電子銃から発射
された電子ビームがコイル３，４により集束さ
れ、偏向器５により前記試料２上で走査されるも
のとなつている。
ヒータ１の斜上方には、受光器６が配置されて
いる。この受光器６はその視野を前試料２の表面
領域に設定され、Siの融点温度における黒体輻射
の最強度波長よりも短波長λ1、λ2の光を検出する
ものとなつている。受光器６の検出出力、つまり
波長λ1、λ2における輻射強度P1、P2は温度検出
回路７に供給される。温度検出回路７では上記輻
射強度P1、P2の比を求め、これから温度Ｔが検
出される。そして、この検出温度Ｔがヒータ温度
制御回路８に供給され、上記温度Ｔが予め定めら
れた一定温度となるよう前記ヒータ１への通電電
流が制御されるものとなつている。
いる。この受光器６はその視野を前試料２の表面
領域に設定され、Siの融点温度における黒体輻射
の最強度波長よりも短波長λ1、λ2の光を検出する
ものとなつている。受光器６の検出出力、つまり
波長λ1、λ2における輻射強度P1、P2は温度検出
回路７に供給される。温度検出回路７では上記輻
射強度P1、P2の比を求め、これから温度Ｔが検
出される。そして、この検出温度Ｔがヒータ温度
制御回路８に供給され、上記温度Ｔが予め定めら
れた一定温度となるよう前記ヒータ１への通電電
流が制御されるものとなつている。
ところで、半導体にエネルギービームを照射す
ると、半導体は昇温され、所謂プランクの輻射法
則 ρλ＝C1／λ5・１／ｅ×ｐ（C2／λT） で表わされるようなエネルギー輻射を行う。この
様子を第５図に示す。半導体の表面はエネルギー
ビームを照射させる地点により遠い程温度が低
く、それぞれの温度に応じたエネルギー輻射を行
う。そこで、エネルギービームが照射されている
地点に近い部分の温度分布（第６図）よりエネル
ギービーム照射地点の温度のみ検出するために、
エネルギービーム照射地点の温度を半導体の融点
としてその温度における黒体輻射の最強度波長よ
りも短かい波長λ1、λ2での輻射強度P1、P2を測
定すれば、融点よりも温度の低い地点の輻射は殆
んど無視できるので、P1とP2の比（P1／P2）よ
り、エネルギービームの照射地点の温度Ｔを計算
することができる。さらに、ビームを照射しなが
ら、ビームを照射されている地点の温度の上下に
対応して、前記第３図に示すように、基板２１に
加える熱量を加減することにより、ビームが照射
されている地点の温度を一定に保つことができ
る。
ると、半導体は昇温され、所謂プランクの輻射法
則 ρλ＝C1／λ5・１／ｅ×ｐ（C2／λT） で表わされるようなエネルギー輻射を行う。この
様子を第５図に示す。半導体の表面はエネルギー
ビームを照射させる地点により遠い程温度が低
く、それぞれの温度に応じたエネルギー輻射を行
う。そこで、エネルギービームが照射されている
地点に近い部分の温度分布（第６図）よりエネル
ギービーム照射地点の温度のみ検出するために、
エネルギービーム照射地点の温度を半導体の融点
としてその温度における黒体輻射の最強度波長よ
りも短かい波長λ1、λ2での輻射強度P1、P2を測
定すれば、融点よりも温度の低い地点の輻射は殆
んど無視できるので、P1とP2の比（P1／P2）よ
り、エネルギービームの照射地点の温度Ｔを計算
することができる。さらに、ビームを照射しなが
ら、ビームを照射されている地点の温度の上下に
対応して、前記第３図に示すように、基板２１に
加える熱量を加減することにより、ビームが照射
されている地点の温度を一定に保つことができ
る。
かくして本実施例によれば、一定の温度のもと
にビームアニールを行うことができるので、均一
なアニールを行い得る。本発明者等の実験によれ
ば、前記第３図に示す装置及び第４図に示す試料
２を用いてアニールを行つたところ、次のような
結果が得られた。まず、ビーム源としての電子ビ
ームの加速電圧を10〔kV〕、Si基板に到着するビ
ーム電流を５〔ｍＡ〕とし、ビームスポツト径は
300〔μｍφ〕とし、５〔cm〕×５〔cm〕の領域を100
〔μｍ〕のピツチで１〔ｍ／sec〕の速度で走査し
ながらアニールした。このとき、黒体輻射を検出
する視野をアニールする領域と同じ大きさにと
り、基板温度はビーム照射の前にあらかじめ500
〔℃〕に保つておいた。ビーム照射の開始と同時
に前述した如く、ビーム照射地点の温度を制御し
た。その結果、ビームを照射された領域全体が略
均一にアニールされ、多結晶Si膜２３に略同じ大
きさの結晶粒界を成長することができた。
にビームアニールを行うことができるので、均一
なアニールを行い得る。本発明者等の実験によれ
ば、前記第３図に示す装置及び第４図に示す試料
２を用いてアニールを行つたところ、次のような
結果が得られた。まず、ビーム源としての電子ビ
ームの加速電圧を10〔kV〕、Si基板に到着するビ
ーム電流を５〔ｍＡ〕とし、ビームスポツト径は
300〔μｍφ〕とし、５〔cm〕×５〔cm〕の領域を100
〔μｍ〕のピツチで１〔ｍ／sec〕の速度で走査し
ながらアニールした。このとき、黒体輻射を検出
する視野をアニールする領域と同じ大きさにと
り、基板温度はビーム照射の前にあらかじめ500
〔℃〕に保つておいた。ビーム照射の開始と同時
に前述した如く、ビーム照射地点の温度を制御し
た。その結果、ビームを照射された領域全体が略
均一にアニールされ、多結晶Si膜２３に略同じ大
きさの結晶粒界を成長することができた。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。例えば、アニールすべき半導体薄膜
は多結晶Siに限るものではなく、非晶質Si、Si以
外の半導体或いは金属であつてもよい。また、本
発明の効果はアニールによる結晶成長以外におい
ても期待でき、イオン注入層の活性化についても
アニール領域の均質化が可能になることが考えら
れる。さらに、ビーム源は電子ビーム以外にレー
ザービームやイオンビームであつてもよい。ま
た、温度検出のための波長λ1、λ2はアニールすべ
き半導体の融点における最強度波長より短い範囲
で、適宜定めればよい。さらに、温度の検出には
半導体の融点の黒体輻射の最大強度より短い波長
を積算する方法も考えられる。また、温度制御の
手段として、前記ヒータ温度を可変する代りに、
ビームの強度を可変す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
して実施することができる。
のではない。例えば、アニールすべき半導体薄膜
は多結晶Siに限るものではなく、非晶質Si、Si以
外の半導体或いは金属であつてもよい。また、本
発明の効果はアニールによる結晶成長以外におい
ても期待でき、イオン注入層の活性化についても
アニール領域の均質化が可能になることが考えら
れる。さらに、ビーム源は電子ビーム以外にレー
ザービームやイオンビームであつてもよい。ま
た、温度検出のための波長λ1、λ2はアニールすべ
き半導体の融点における最強度波長より短い範囲
で、適宜定めればよい。さらに、温度の検出には
半導体の融点の黒体輻射の最大強度より短い波長
を積算する方法も考えられる。また、温度制御の
手段として、前記ヒータ温度を可変する代りに、
ビームの強度を可変す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
して実施することができる。
第１図及び第２図はそれぞれ従来の問題点を説
明するためのもので第１図はビーム照射された半
導体基板上の温度分布を示す特性図、第２図は半
導体基板を予め500〔℃〕に加熱してからビームを
照射した時の温度分布を示す特性図、第３図乃至
第６図はそれぞれ本発明の一実施例を説明するた
めのもので第３図は同実施例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４図は被ア
ニール試料を示す断面図、第５図は黒体輻射によ
る輻射強度分布を示す特性図、第６図はビーム照
射地点付近の２次元的温度分布を示す特性図であ
る。 １……ヒーター、２……被アニール試料、３，
４……集束レンズ、５……偏向器、６……受光
器、７……温度検出回路、８……ヒーター温度制
御回路、２１……単結晶Si基板、２２，２４……
SiO2膜、２３……多結晶Si膜（半導体薄膜）。
明するためのもので第１図はビーム照射された半
導体基板上の温度分布を示す特性図、第２図は半
導体基板を予め500〔℃〕に加熱してからビームを
照射した時の温度分布を示す特性図、第３図乃至
第６図はそれぞれ本発明の一実施例を説明するた
めのもので第３図は同実施例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４図は被ア
ニール試料を示す断面図、第５図は黒体輻射によ
る輻射強度分布を示す特性図、第６図はビーム照
射地点付近の２次元的温度分布を示す特性図であ
る。 １……ヒーター、２……被アニール試料、３，
４……集束レンズ、５……偏向器、６……受光
器、７……温度検出回路、８……ヒーター温度制
御回路、２１……単結晶Si基板、２２，２４……
SiO2膜、２３……多結晶Si膜（半導体薄膜）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板全体をヒータにより加熱すると共に、こ
の基板上に形成された半導体薄膜上でエネルギー
ビームを走査して該薄膜を結晶化せしめる半導体
結晶薄膜の製造方法において、前記半導体薄膜の
表面領域から該薄膜の溶融温度における黒体輻射
の最強度波長よりも短い光を検出し、その検出信
号強度に応じて上記薄膜に与える熱量を制御する
ことを特徴とする半導体結晶薄膜の製造方法。 ２ 前記薄膜に与える熱量を制御する手段は、前
記検出信号強度に応じて前記ヒータの加熱温度を
制御するものである特許請求の範囲第１項記載の
半導体結晶薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58112877A JPS605508A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 半導体結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58112877A JPS605508A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 半導体結晶薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS605508A JPS605508A (ja) | 1985-01-12 |
| JPH0142618B2 true JPH0142618B2 (ja) | 1989-09-13 |
Family
ID=14597762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58112877A Granted JPS605508A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 半導体結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS605508A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63203814A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-23 | Murata Mach Ltd | 紡糸捲取機 |
| JPH06124913A (ja) | 1992-06-26 | 1994-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー処理方法 |
| JPH07502821A (ja) * | 1992-11-03 | 1995-03-23 | アンテルユニヴェルシテール・ミクロ・エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼット・ドゥブルヴェ | 加熱制御方法及び装置 |
| US7438468B2 (en) * | 2004-11-12 | 2008-10-21 | Applied Materials, Inc. | Multiple band pass filtering for pyrometry in laser based annealing systems |
-
1983
- 1983-06-24 JP JP58112877A patent/JPS605508A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS605508A (ja) | 1985-01-12 |
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