JPH0236055B2 - - Google Patents

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JPH0236055B2
JPH0236055B2 JP60040324A JP4032485A JPH0236055B2 JP H0236055 B2 JPH0236055 B2 JP H0236055B2 JP 60040324 A JP60040324 A JP 60040324A JP 4032485 A JP4032485 A JP 4032485A JP H0236055 B2 JPH0236055 B2 JP H0236055B2
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JP
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electron beam
semiconductor
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annealing
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、絶縁膜上に薄膜状の半導体単結晶層
を製造する方法に係わり、特に電子ビームアニー
ル法を利用した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〕
最近、電子ビームやレーザによるアニールで、
絶縁膜上にシリコン単結晶層を形成する、所謂
SOI（Silicon On Insulator）技術の開発が盛んに
行われている。また、このSOI技術を利用して素
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。
電子ビームアニール或いはレーザビームアニー
ルによつて絶縁膜上にシリコン単結晶層を作成す
る際には、第４図に示す如く被アニール試料４１
上で電子ビーム４２（或いはレーザ）を走査し、
半導体膜を帯溶融させる。そして、このビーム走
査により、シリコン単結晶層の面積を大きくして
いる。
しかしながら、この種の方法にあつては次のよ
うな問題があつた。即ち、前記第４図にも示す如
く走査ビームの重なりの部分が生じることにな
り、この部分で結晶が不均一になる。また、走査
開始点近傍及び終止点近傍で結晶が不均一になる
等の問題があつた。
〔発明の目的〕 本発明はこのような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、走査ビームの重
なりに起因する結晶の不均一性を抑制することが
でき、絶縁膜上に大面積で良質の半導体単結晶層
を成長形成し得る半導体単結晶層の製造方法を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、エネルギービームを走査する
代りに、電子ビームのスポツト径を徐々に小さく
することにより、半導体膜の溶融部分を溶融領域
の周辺部から中心部へ向かつて固化させることに
ある。
即ち本発明は、単結晶半導体基板上に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜に上記基板が露出する溝部を基
板上からみて正方形の辺に沿つて形成し、該絶縁
膜上に多結晶若しくは非晶質の半導体膜を形成
し、更に該半導体膜上に保護膜を形成して被アニ
ール試料を製造するとともに、電子銃から放射さ
れた電子ビームをレンズ系を介して上記被アニー
ル試料上に照射しアニールするに際し、電子ビー
ムの照射中心位置を固定し、且つ最初は電子ビー
ムのスポツト径を上記正方形より大きくし、次い
でアニール時間の経過とともに、電子ビームの照
射される部分のビーム電流密度を一定にしながら
電子ビームのスポツト径及びビーム強度を徐々に
小さくしてアニールを行ない、上記半導体膜を単
結晶化させるようにしたものである。
（発明の効果） 本発明によれば、所望のアニール領域を同時に
溶融させることができ、走査ビームの重なり部分
等の影響を避けることができる。つまり、半導体
膜の溶融部分をその周辺から中央部へ向かつて固
化させることになり、溶融領域の再結晶化を連続
して行うことができる。このため、単結晶化する
半導体層の結晶均一性の大幅な向上をはかること
ができる。
また、本発明によれば電子ビームのスポツト径
を、最初は正方形の開孔部（シード部）より大き
くし、アニールの経過とともにスポツト径を縮小
するため、単結晶化をシード部の角部、即ち点部
分が最初の核となり、この核から結晶成長を開始
させることができる。しがたつて単結晶化層に欠
陥が生じ難く、また不規則な方向に欠陥が生ずる
ようなことがない。
更に、本発明によれば特別なアニール装置を使
用することなく、従来より使用されていた電子銃
とレンズ系よりなるアニール装置を使用して簡便
にアニール操作を行うことができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。
第１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１１は電子銃であり、この電子銃１１から放射
された電子ビーム１２は静電レンズ１３及び対物
レンズ１４を介して被アニール試料１５上に照射
される。ここで、電子ビーム１２のビーム径はレ
ンズ１３，１４の励磁電流若しくは電圧等を変化
することにより可変されるものとなつている。さ
らに、ビーム強度も可変されるものとなつてい
る。なお、図中１６は試料１５の単結晶化すべき
領域、７は試料１６を保持する試料ホルダーを示
している。
次に、上記装置を用いて半導体単結晶層の製造
方法について説明する。第２図ａ〜ｃはシリコン
単結晶層製造工程を示す断面図である。まず、第
２図ａに示す如く面方位（100）の単結晶シリコ
ン基板２１上に層間絶縁膜である厚さ0.2［μｍ］
のシリコン酸化膜２２を形成し、この酸化膜２２
を選択エツチングして幅２［μｍ］、500［μｍ□］
の開孔部（シード部）２３を形成する。なお、開
孔部２３にはテーパが付くようにする。次いで、
第２図ｂに示す如く全面に厚さ0.6［μｍ］の多結
晶シリコン膜（半導体膜）２４、厚さ0.3［μｍ］
のシリコン窒化膜２５及び厚さ0.1［μｍ］のタン
グステン膜２６を順次形成する。ここで、上記シ
リコン窒化膜２５及びタングステン膜２６は多結
晶シリコン膜２４をビームアニールする際の保護
膜として作用するもので、これらの代りにシリコ
ン酸化膜を用いることも可能である。
次いで、上記第１図に示す装置を用い、まずス
ポツト径１［mm］の電子ビームにより多結晶シリ
コン膜２４を加熱溶融する。しかるのち、電子ビ
ーム１２のスポツト径を徐々に小さくし、第２図
ｃに示す如く周辺部から中心部に向かう方向に溶
融したシリコン膜２４を固化して単結晶化した。
ここで、電子ビーム１２のスポツト径は第３図ａ
〜ｄに示す如く最初はシード部２３よりも大きい
ものとし、アニール時間の経過と共に徐々に小さ
くなるようにした。また、スポツト径の減小と共
にビーム強度も小さくし、ビーム照射部における
ビーム電流密度は常に一定になるようにした。そ
の結果、シード部２３に囲まれた500［μｍ□］の
均一な単結晶層２４′が得られた。
かくして本実施例方法によれば、多結晶シリコ
ン膜２４のアニールに際し、ビーム径及びビーム
強度を徐々に小さくしてことにより、走査ビーム
を用いた場合のようなビーム重なりを生じること
なく、多結晶シリコン膜２４を単結晶化すること
ができる。このため、大面積に亙り均一なシリコ
ン単結晶層２４′を得ることができる。また、本
実施例方法では、最初のビーム径の大きさを定め
ることにより、単結晶化すべき領域を自由に設定
することができる。つまり、どのような大きさの
領域であつても、電子ビームのビーム径の初期設
定値を可変するのみで容易に適用することができ
る等の利点がある。
なお、本発明は上述した実施例方法に限定され
るものではない。例えば、単結晶化する半導体膜
は多結晶シリコンに限るものではなく、非晶質シ
リコンでもよく、さらにシリコンの代りにゲルマ
ニウムやガリウムヒ素等を用いることも可能であ
る。また、下地絶縁膜及び保護膜の材料やその形
成方法によつて、本発明の効果が減ずるものでは
ないことは明らかである。さらに、前記高融点金
属としてはタングステンの代りに、チタン、モリ
ブデン或いはこれらの合金を用いることも可能で
ある。また、それぞれの膜厚、シード部の大きさ
及び形状等も仕様に応じて適宜変更可能であるの
は勿論のことである。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。
【図面の簡単な説明】
第１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２図ａ
〜ｃは本発明の一実施例方法に係わるシリコン単
結晶層製造工程を示す断面図、第３図ａ〜ｄはビ
ームスポツト径の変化状態を示す模式図、第４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……電子銃、２……電子ビーム、１３……
静電レンズ、１４……対物レンズ、１５……被ア
ニール試料、１６……単結晶化すべき領域、２１
……単結晶シリコン基板、２２……シリコン酸化
膜（層間絶縁膜）、２３……開孔部（シード部）、
２４……多結晶シリコン膜（半導体膜）、２４′…
…シリコン単結晶層、２５……シリコン窒化膜、
２６……タングステン膜（高融点金属膜）。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 単結晶半導体基板上に絶縁膜を形成し、該絶
    縁膜に前記基板が露出する溝部を基板上からみて
    正方形の辺に沿つて形成し、該絶縁膜上に多結晶
    若しくは非晶質の半導体膜を形成し、更に該半導
    体膜上に保護膜を形成して被アニール試料を製造
    するとともに、電子銃から放射された電子ビーム
    をレンズ系を介して上記被アニール試料上に照射
    しアニールするに際し、電子ビームの照射中心位
    置を固定し、且つ最初は電子ビームのスポツト径
    を上記正方形より大きくし、次いでアニール時間
    の経過とともに、電子ビームの照射される部分の
    ビーム電流密度を一定にしながら電子ビームのス
    ポツト径及びビーム強度を徐々に小さくしてアニ
    ールを行ない、上記半導体膜を単結晶化させるよ
    うにしたことを特徴とする半導体単結晶層の製造
    方法。 ２ 前記半導体膜はシリコンであり、前記保護膜
    はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜及び高融
    点金属膜を順次形成したものであることを特徴と
    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 前記高融点金属は、タングステン、チタン、
    モリブデン或いはこれらの合金であることを特徴
    とする特許請求の範囲第２項記載の半導体単結晶
    層の製造方法。
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