JPH0246721A

JPH0246721A - 固相エピタキシヤル成長方法

Info

Publication number: JPH0246721A
Application number: JP19840488A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fukase; 健二深瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1990-02-16

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】イ）産業上の利用分野本発明は、半導体膜、特にＳｉ膜のエピタキシャル成長
方法に関する。

口）従来の技術絶縁層〈絶縁物の基板も含む）上に単結晶Ｓｉ屑を形成
したものは、Ｓｏ　Ｉ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　１ｏ
ｓｕｌａｔｏｒ）　ｌｌｊ造と称され、狭い領域で容易
に素子分離が行なえ、高集積化や高速化が可能なものと
して知られている。そして、従来のＳｉ基板上に素子が
作製される半導体集積回路（ＩＣ）に比べて、特性向上
が図れることから盛んに研究開発が行なわれている。

絶縁層上に単結晶５ｉｌｌを形成させるものとして、同
相エピタキシャル成長方法があり、これは単結晶Ｓ１基
板上に、Ｓｔ基板面の一部をシードとして露出させて絶
縁膜を形成し、シードと絶縁股上に非晶質Ｓｉ（以下ａ
−Ｓｉと称す）膜を堆積し、６００℃程度の低温でアニ
ールすることで、横方向に固相成長させて、ａ−Ｓｉ膜
を単結晶化させるものである。

固相エピタキシャル成長のアニールにレーザを用いるも
のがあるが、大面積を一度にレーザ照射してアニールす
ると、シードの結晶方位を継承しない粒界が発生して横
方向のエピタキシャル成長距離が伸びず、小面積のエピ
タキシャル領域しか得られなかった。

そこで、特開昭６２−２５７７１８号公報では、レーザ
の照射領域を、まず、シーＰを含む小領域にしてアニー
ルを行い、次にその小領域の周辺部分に照射領域を広げ
てアニールを行っている。即ち、シードから小領域ごと
にアニールを行ってエピタキシャル成長をさせ、大面積
のエピタキシャル領域を得てい゛る。

ハ）発明が解決しようとする課題固相エピタキシャル成長におけるアニールはａ−Ｓ　１
ＪＩＩＩの膜質によって固相成長状態が異なるので、確
実に固相成長させるためにアニール時間に余裕をもたせ
て行われる。従って、上述の様にエピタキシャル成長さ
せる領域を小領域に区切り、順次レーザを照射してアニ
ール領域を広げていく方法では小領域のアニール毎に時
間的余裕をもたせなくてはならず、本来必要のない時間
を多く費すことになり、アニールに多大な時間が掛って
しまう。

二）課題を解決するための手段本発明は、単結晶Ｓｉ基台上に開孔部を有する絶縁膜を
形成し、この開孔部から露出する単結晶のシード部分及
び前記絶縁膜上にａ−Ｓｉｌｌを形成し、シード部分か
らその周辺部分へと照射範囲を変化させてエネルギービ
ームを前記ａ−Ｓｉｌｉに照射し、該ａ−Ｓ　１ＪＩＫ
を単結晶化させる固相エピタキシャル成長方法において
、エネルギービームを照射している部分にレーザビーム
を照射し、照射したレーザビームの散乱光のうちラマン
散乱された散乱光を検出し、前記ａ−Ｓ　１ＪＩｌ（が
単結晶化されたことを示す散乱光を検出したときに、エ
ネルギービームの照射範囲を変化させるものである。

ホ）作　用エネルギービームの照射範囲にレーザビームを照射して
、その散乱光からａ−Ｓｉｌｌが単結晶化されたことが
検出されると、エネルギービームの照射範囲を変えるの
で、同一部分に必要以上のエネルギービームを照射して
無駄なアニール時間を費やすことがなくなる。

へ）実施例まず本発明方法に用いられるアニール装置を第２図に示
し説明する。

（１）は固相エピタキシャル成長を行う試料で、ヒータ
を備えＸ−Ｙ方向に移動制御さｔしるＸ−Ｙとしてのア
ルゴンイオンレーザで、２Ｗ程度の出力を持ち、４８８
０人や５１４５人の波長のレーザビームを放出する。レ
ーザ（３）から発せられたレーザビームは、ビームスプ
リッタＢ１、Ｂ２、Ｂ３および対物レンズ（４）を通っ
て試料（１１に照射され、試料（１）上に形成されたａ
−Ｓｉｌｉｉが昇温して、固相成長が起こる。

また、レーザ（３）から発せられたレーザビームのうち
数％のビームがビームスプリッタＢ１で取り出され、ミ
ラーＭで前置分光器（５）に導かれ、該分光器（５）か
らラマン分光に用いる波長（本実施例では５１４５人と
する）だけを取り出す６分光器（５）から取り出された
５１４５人の波長の光はポラライザＰで偏光され、ビー
ムスプリッタＢ３で反射され対物レンズ（４）を通って
試料（１）面に照射される。

試料（１）の表面での散乱光はレンズ（４）、ビームス
プリッタＢ３、Ｂ２を通り、ビームスプリッタＢ４で反
射されアナライザＡに導かれる。アナライザＡではポラ
ライザＰにより偏光された光だけが通過して分光器（６
）に入射する１分光器（６）で分光された光はフォトマ
ルチプライヤＰＭで検出され、検出信号が制御回路（７
）へと伝達される。

制御回路（７）はレーザ（３）の出力やＸ−Ｙステージ
（２）のヒータや位置の制御を行う。

（８）は監視モニタで、固相成長のためのレーザ（３）
からビームスプリッタＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びレンズ（４
）を通って試料（１）に照射されるレーザビームの照射
領域を確認するためのものである。

さて、次に第１図に沿って本発明の一実施例を説明する
。尚、本実施例では単結晶Ｓｉ基台として、単結晶Ｓｉ
基板を用いているが、基板上に形成された単結晶Ｓｔｗ
Ａを用いても良い。

（１１）は（１００）面を主面とする単結晶Ｓ１基台と
しての単結晶Ｓ１基板で、その表面に絶縁膜としてＳ　
ｉ　ＯＪ！　（１２）を減圧ＣＶＤ　（化学気相成長）
法により堆積させる。そしてフォトリングラフィ技術に
より、５ｉｏ２膜（１２）の一部に開孔部（１２ａ）を
形成し、単結晶Ｓｔ基板（りの表面を露出させる（第１
図Ａ）。この開孔部（１２ａ）から露出している単結晶
Ｓｉ基板（１１）表面がシード部（１１ａ）となる。

次にＳ　ｉ　Ｏ２ＪＩｉ　（１２）やシード部（ｌｌａ
）の表面上全面にａ−Ｓｉ膜（１３）を減圧ＣＶＤ法や
ＵＨＶ蒸着法でおおよそ０．８μｍ堆積する〈第１図Ｂ
）。

ａ−Ｓｉ１１１（１３）を堆積させた基板（１１）　（
試料（１））を第２図に示すアニール装置のＸ−Ｙステ
ージ（２）上に設置し、該ステージ（２）に備えられる
ヒータにより試料（１）を加熱昇温する。試料（１）を
昇温しておくことにより、固相成長のために照射するレ
ーザビームのエネルヘ密度を低くすることができ、熱的
ストレスが緩和される。ただし、試料（１）の温度が５
００℃以上になると、レーザビームを照射していない領
域からも固相成長が起こり多結晶化してしまうため、試
料温度は５００℃に近い温度に設定維持される。

そしてシード部（ｌｌａ）を中心とする小領域（シード
部（１１ａ）の幅を越えないか、越えてもシード部（ｌ
ｌａ）から５μｍ以内のもの）に、レーザ（３）から発
せられビームスプリッタＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びレンズ（
４）を通過してくる同相成長のためのレーザビーム（３
ａ）を照射する。このレーザビーム（３ａ）の照射によ
り、照射領域のａ−ＳｉＭｉ（１３）の温度が上昇して
（固相成長する範囲の温度となる様にレーザ（３）の出
力が制御回路（７）により制御されている）、ａ−Ｓｉ
膜（１３）が固相成長する。このときａ−ＳｉＭ（１３
）はシード部（ｌｌａ）の結晶方位を継承して固相成長
する。

また、固相成長のためのレーザビーム（３ａ）と−緒に
、該レーザビーム（３ａ）の照射領域に対して、ビーム
スプリッタＢ１で取り出され前置分光器（５）で単色化
されたレーザ光（３ｂ）　（この光もレーザビームであ
るが、固相成長のためのレーザビーム（３ａ）と区別す
るためレーザ光と称す）も照射される（第１図Ｃ）。

そして、レーザビーム（３ａ）やレーザ光（３ｂ）が試
料（＋１に照射され、表面で散乱した光はレンズ（４）
及びビームスプリッタＢ３．Ｂ２．Ｂ４を通りアナライ
ザＡに導かれる。アナライザＡではポラライザＰで偏光
されたレーザ光（３ｂ）の散乱光だけが通過し、分光器
（６）及びフォトマルチプライヤＰＭでラマン散乱光の
検出が行われる。

ラマン散乱光は、入射（照射）光と試料の格子振動の相
互作用により入射光の波長と異なった波長の光が散乱さ
れたものである。

ラマン散乱では、第３図に示す様に単結晶Ｓｉの（１０
０）面に５１４５人の波長のレーザ光を照射すると、Ｌ
Ｏフォノンにエネルギーを与え、波数５２０．５３−’
シフトした位置（波長ではおよそ５２８７人）に鋭いピ
ークを持った散乱光（実線）が検出され、ａ−Ｓｔに対
しては４８０Ｃ繭−１をピークとするブロードな散乱光
（破線）が検出される。

従って、分光器（６）及びフォトマルチプライヤＰＭで
、第３図に実線で示す様な５２０．５ｃｍ−’シフトし
た位置に鋭いピークを持った散乱光が検出されれば、そ
のときのレーザビーム（ｈ）を照射している領域はａ−
ＳｉＪｌ！（１３）が固相成長により単結晶化したこと
になる。

ただし１本発明方法では、第３図の様なラマン分光スペ
クトルを検出する必要はなく、分光器（６）で分光され
る光を５１４５人から５２０．５Ｃ１ｌ　”−’シフト
した位置の光に固定しておき、フォトマルチプライヤＰ
Ｍからの検出信号の変化をみていれば単結晶化したこと
が容易に検出される。

制御回路（７）はフォトマルチプライヤＰＭからの検出
信号により、レーザビーム（３ａ）の照射領域が単結晶
化したことを判断したら、レーザビーム（３ａ）の照射
範囲を越えないステップ幅でＸ−Ｙステージ（２）の移
動制御をし、相対的にレーザビーム（３ａ）及びレーザ
光（３ｈ）を試料面上で走査して、照射領域を変える（
第１図Ｄ）。

そして、上述と同様にレーザビーム（３ａ）の照射領域
において、レーザ光（３ｂ）のラマン散乱光を検出して
単結晶ＳＬの（１００）面に対する散乱光が得られたら
、Ｘ−Ｙステージ（２）を制御して試料（１１を移動し
、レーザビーム（３ａ）を走査する。

尚、同相成長に十分なアニールが行われた状態でも、検
出するラマン散乱光が単結晶Ｓｉの（１００）面での散
乱光でないときはその位置でエピタキシャル成長のため
のアニール処理を中止してもよい。

この様に、レーザビーム（３ａ）の照射領域が固相成長
して単結晶になったら順次レーザビーム（３ａ）を相対
的に移動させて、ａ−Ｓｉｌ！（１３）全面にわたって
固相エピタキシャル成長を行う。

本実施例ではレーザビーム（３１）の照射領域の大きさ
は一定で、固相成長が進むにつれてレーザビーム（３ａ
）を移動走査するものであるが、レーザビーム（３ａ）
の照射領域が単結晶化したら、その照射領域の大きさを
広げても良く、その場合、レーザの出力を制御しつつレ
ンズで照射領域を広げたり、また、照射領域をレチクル
で制限しておき、そのレチクルを変えて照射領域を広げ
る様にしても良い、このとき、レーザ光（３ｂ）は広げ
た照射領域の端の方に移動され、散乱光の検出が行われ
る。

ト）発明の効果本発明は以上の説明から明らかな如く町、固相成長のた
めのエネルギービームの照射領域のａ＝ＳｉＪＩＫが固
相成長により単結晶化したかをラマン散乱光を検出して
判断し、単結晶化されたら、その照射領域を変えている
。従って、シード部から順に固相成長をさせることがで
き、シード部の結晶方位を継承したエピタキシャル成長
が広い範囲にわたって可能となる。また、エネルギービ
ームの照射領域においては時間的に過不足のないアニー
ルがされるので、無駄にアニール時間を掛けることがな
くなり２効率的なアニール処理が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法一実施例の工程説明図、第２図は本
発明方法に係るアニール装置の概略構成図、第３図はラ
マン分光スペクトルを説明する図である。（１）・・・試料、（１１）・・・単結晶Ｓｉ基板（単
結晶半導体基台）　、　（ｌｌａ）−・・シード部、（
１２ｈ・Ｓ　ｉＯ２膜（絶縁膜）　、（１２ａ）−開孔
部、（１３）・＝　ａ　−Ｓ　ｉ　ＷＡ（非晶質半導体
膜）、（２１・・・Ｘ−Ｙステージ、（３）・・−アル
ゴンイオンレーザ、（４）・・・レンズ、（５）・・・
前置分光器、（６）・・・分光器、（７）・・・制御回
路、（８）・・・監視モニタ、Ｂ１．Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４
・・・ビームスプリッタ、Ｍ・・・ミラー

Claims

【特許請求の範囲】１）単結晶半導体基台上に開孔部を有する絶縁膜を形成
し、前記開孔部から露出する単結晶半導体基台部分及び
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記開孔部上
に形成された非晶質半導体膜部分からその周辺部分へと
照射範囲を変化させてエネルギービームを前記非晶質半
導体膜に照射し、該非晶質半導体膜を単結晶化させる固
相エピタキシャル成長方法において、エネルギービームを照射している部分にレーザビームを
照射し、照射したレーザビームの散乱光のうちラマン散
乱された散乱光を検出し、前記非晶質半導体膜が単結晶
化されたことを示す散乱光を検出したときに、エネルギ
ービームの照射範囲を変化させることを特徴とする固相
エピタキシャル成長方法。