JPS58123717A - Preparation of semiconductor device - Google Patents

Preparation of semiconductor device

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JPS58123717A
JPS58123717A JP570382A JP570382A JPS58123717A JP S58123717 A JPS58123717 A JP S58123717A JP 570382 A JP570382 A JP 570382A JP 570382 A JP570382 A JP 570382A JP S58123717 A JPS58123717 A JP S58123717A
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electron beam
wafer
single crystal
deflection
center
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Hiroshi Yasuda
洋 安田
Haruo Tsuchikawa
土川 春穂
Kenichi Kawashima
川島 憲一
Seiichiro Kawamura
河村 誠一郎
Motoo Nakano
元雄 中野
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/04Pattern deposit, e.g. by using masks

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (1)  発明の技術盆野 本発明は、電子ビームを用いて、絶縁膜上に付着せしめ
た多結晶半導体層を照射して、単結晶化する際に、広い
面積(わたって単結晶化を可能とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technology of the Invention Bonno The present invention uses an electron beam to irradiate a polycrystalline semiconductor layer deposited on an insulating film to form a single crystal. Enables single crystallization over the entire range.

半導体装置の製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

(2ン 技術の背景 単結晶シリコン上に多結晶シリコン金成長させ。(2nd technology background Polycrystalline silicon gold grown on single crystal silicon.

このウェハに電子ビームを照射してアニールf単結晶化
する技術が半導体装置の製造において近年実用化されて
きている。この技術は三次元的KIC回路を積む丸めの
技術としてすぐれた特徴をもっている。
A technique of annealing the wafer to form a single crystal by irradiating the wafer with an electron beam has recently been put into practical use in the manufacture of semiconductor devices. This technology has excellent features as a rounding technology for building three-dimensional KIC circuits.

すなわち、シリコン基板上に酸化IIIを介してCVI
)法等によりシリコン結晶を成長させる場合、必然的に
その結晶は多結晶層となる。この層を単結晶化するのく
、電気炉の中にこのウェハを設置する方法で行えば、シ
リコン基板自体も溶融してしまうため。
That is, CVI is formed on a silicon substrate via III oxide.
) When a silicon crystal is grown by a method such as the above method, the crystal inevitably becomes a polycrystalline layer. If this layer were to be made into a single crystal by placing the wafer in an electric furnace, the silicon substrate itself would melt.

この方法は採用することができない。しかし局所的に加
熱できる電子ビームを用いれば、基板を溶融することな
く成長した多結晶*1挙結晶化することができる。
This method cannot be adopted. However, by using an electron beam that can locally heat the substrate, it is possible to crystallize the grown polycrystals* without melting the substrate.

一方、近年の超LSI化の進展にともない、半導体チッ
プはますます大面積化し、このためムい面積にわたって
単結晶層を得る技術は製造工程上の重要峰題となってき
ている。
On the other hand, with the recent progress in ultra-LSI technology, the area of semiconductor chips has become larger and larger, and therefore the technology to obtain a single crystal layer over a large area has become an important issue in the manufacturing process.

(3)従来技術の問題点 従来の電子ビームアニール方法においては、電子ビーム
のスポットにおける温度分布が、中心部で高く周辺部で
低いいわゆるガウス型の分布であった。
(3) Problems with the Prior Art In the conventional electron beam annealing method, the temperature distribution at the spot of the electron beam is a so-called Gaussian distribution, which is high in the center and low in the periphery.

一方、多結晶層の単結晶化はビームスポットにおける低
い温度領域よりおこなわれる念め、従来のビームスポッ
トの場合にあってはビーム周辺部から冷えこの部分から
単結晶層が成長していくという特徴をもってbた。この
ため局所的にしか単結晶層が成長しないと騒う欠点をも
っていた。
On the other hand, since the single crystallization of the polycrystalline layer occurs from the low temperature region of the beam spot, in the case of a conventional beam spot, the single crystal layer grows from the periphery of the beam as it cools down. I had it. For this reason, it had the disadvantage that a single crystal layer could only grow locally.

すなわち、第1図において、単結晶シリコン基板上に5
iOii介して成長させた多結晶シリコン基板1上に、
30ないし1100nの直径の電子ビームスポット2を
電流値1ないしIQmA、電力2oないし200Wで走
査させる場合、ビームスポット中心の温度は1,500
ないし1,600℃程度に上昇してシリコ・全溶融させ
るが、単結晶化hバ・ンの融点1.412°C′ft切
った領域からおこなわれる0この場合。
That is, in FIG. 1, 5
On a polycrystalline silicon substrate 1 grown via iOii,
When scanning an electron beam spot 2 with a diameter of 30 to 1100 nm with a current value of 1 to IQmA and a power of 20 to 200 W, the temperature at the center of the beam spot is 1,500 nm.
In this case, the temperature rises to about 1,600° C. to completely melt the silico, but the melting point is 1.412° C.ft below the melting point of the single crystallized iron.

単結晶化がおこなわれるビームスポットの周辺の領ので
、単結晶化が不安定であり局所的になってしまうという
欠点があった。この念めビームスポットが走査され食後
の領域では多数の粒界をもつ単結晶層5.6が形成され
てい虎。
Since the area around the beam spot where single crystallization is performed, there is a drawback that single crystallization is unstable and localized. In the post-eclipse region where this beam spot is scanned, a single crystal layer 5.6 with many grain boundaries is formed.

(4)発明の目的 本発明は電子ビームアニールによって多結晶層を琳結晶
化するにあたって、広い面積(わたって粒界のない単結
晶層が成長されることを目的とした電子ビームアニール
方法に関する。
(4) Purpose of the Invention The present invention relates to an electron beam annealing method for crystallizing a polycrystalline layer by electron beam annealing, the purpose of which is to grow a single crystal layer over a wide area (without grain boundaries).

(5)発明の構成 本発明は電子ビームで照射されるウェハ上の領域に従来
のガウス型と異る温変分布をっけ、ビーム中心部から融
点が切りはじめて、単結晶層がこの中心部から広がって
形成していくよう(シ念ものである。
(5) Structure of the Invention The present invention provides a temperature variation distribution different from the conventional Gaussian type in the region on the wafer that is irradiated with the electron beam, and the melting point begins to cut off from the center of the beam, and the single crystal layer forms at this center. It seems like it will spread and form (this is a sad thing).

このため1本発明においては、電子ビームアニール方法
において電子q、、−五の位置合せ樟能あるいは走査機
能をもつ従来の偏向手段(以下@1の偏向手段   □
という)K付加して、第1の偏向手段における走査波形
にくらべて周波数が高くかつ周期性のある偏向信号を印
加し電子ビームを揺らすことを目的とした第2の偏向手
段を設は良電子ビームアニール装置を用いることt−特
徴とする〇 本発明(おいては、電子ビームの中心部を周辺部より低
くなるよう温度分布を設定しており、との念め電子ビー
ム走査の際、ビーム中心部から融点が切りはじめるので
、単結晶層はビーム中心部から広がって成長していく。
Therefore, in the present invention, in the electron beam annealing method, a conventional deflection means (hereinafter referred to as @1 deflection means) having a positioning function or a scanning function for electrons q, -5 is used.
A second deflection means is provided for the purpose of shaking the electron beam by applying a deflection signal having a higher frequency and periodicity than the scanning waveform of the first deflection means. Use of a beam annealing device Characteristics of the present invention (In the present invention, the temperature distribution is set so that the center of the electron beam is lower than the peripheral area, and when scanning the electron beam, Since the melting point begins to decrease from the center, the single crystal layer grows and spreads from the center of the beam.

従来の方法がビーム周辺部から単結晶層の成長がせばめ
られていくのにくらべて本発明による場合は、中心部か
ら広がっていくという特徴をもっており、このため広い
領域の単結晶層かえられることになる。
In the conventional method, the growth of the single crystal layer narrows from the periphery of the beam, but in the case of the present invention, it grows from the center, and as a result, a wide area of the single crystal layer can be changed. become.

この場合、中心部が低い二重構造あるいはドーナツ型の
温度分布の電子ビームを単一スポットのみで形成するこ
とは技術的にきわめて困麹である。本発明においてはこ
の点を解決するために、第2の偏向板を設けて2つの位
置tXX方向上びY方向からの電圧印加で振り分けるこ
とによって、実現するものである6すなわち電子ビーム
を走査する第1の偏向板と周期的に2つの位置の間でビ
ームを振らせる第2の偏向板を設けて実質的に中心部の
温度が周辺部にくらべて低いビームエネルギー状態管形
成することt−特徴としたものである。
In this case, it is technically extremely difficult to form an electron beam with a double structure or doughnut-shaped temperature distribution with a low center using only a single spot. In the present invention, in order to solve this problem, a second deflection plate is provided and the electron beam is scanned by applying a voltage to two positions, tXX upward direction and Y direction. A beam energy state tube is formed in which the temperature at the center is substantially lower than that at the periphery by providing a first deflection plate and a second deflection plate that periodically swings the beam between two positions. This is a characteristic feature.

(6)発明の実施例 第2WJは本発明による電子ビームアニール方法を実現
するための装置の実施例tyす。
(6) Embodiment 2 of the invention The second WJ is an embodiment of an apparatus for realizing the electron beam annealing method according to the invention.

本装−はメインチャンバー7とナブチャンバー8で構成
される。WJにおいて1子銃となるカソード9において
発生した電子ビームは第1のレンズlOおよび第2のレ
ンズIIKよってしぼられ、ウェハホルダー12上に設
置され光ウェハ13に無点が合わせられる。ウェハホル
ダー12はモータ13で可動するステージ14に設置さ
れてaる。
This equipment is composed of a main chamber 7 and a nub chamber 8. The electron beam generated at the cathode 9, which is a single gun in the WJ, is focused by the first lens lO and the second lens IIK, and placed on the wafer holder 12, so that the zero point is aligned with the optical wafer 13. The wafer holder 12 is installed on a stage 14 that is movable by a motor 13.

本発明においてはコイル15からなる@1の偏向手段と
は別に、偏向板16からなる第2の偏向手段を設けたこ
とを特徴とする。
The present invention is characterized in that a second deflection means consisting of a deflection plate 16 is provided separately from the deflection means @1 consisting of a coil 15.

偏向板tsFix方向およびY方向に電子ビームを振ら
せることができ、電子ビームを走査させるためにコイル
16に印加させる電圧よりも周波数が高くかつ周期的な
電圧を印加させる。
The electron beam can be swung in the direction of the deflection plate tsFix and in the Y direction, and a periodic voltage having a higher frequency than the voltage applied to the coil 16 for scanning the electron beam is applied.

次に本発明による電子ビームアニール方法により。Next, by the electron beam annealing method according to the present invention.

多結晶シリコンを単結晶化する場合の方法について説明
する。@3図に示すごとくシリコン単結晶基板17上に
シリコン酸化1[18t−成長させ、さらに多結晶シリ
コン層19を成長させ念ものをウェハとして用いる。こ
のウェハにおいて1種となる領域20においては多結晶
層と単緒晶層とが接触されている。
A method for converting polycrystalline silicon into a single crystal will be described. @3 As shown in Figure 3, silicon oxide 1[18t-] is grown on a silicon single crystal substrate 17, a polycrystalline silicon layer 19 is further grown, and the wafer is used as a wafer. In one type of region 20 in this wafer, the polycrystalline layer and the monocrystalline layer are in contact.

この種となる領域は、第4図において示すウェハ21、
ヒのスクライブされる領域22に形成される。
This seed region is the wafer 21 shown in FIG.
It is formed in the area 22 where the scribe is applied.

電子ビームは、この種となる領域から出発し、矢印23
の方向に訃よそ数m/s4の速度で走査していくが、こ
の際本発明における特徴として、走査方向と直角な方向
24にもビームスポットは振られる。
The electron beam starts from this seed region and is directed by arrow 23.
The beam spot is scanned in the direction 24 at a speed of several m/s4, but at this time, as a feature of the present invention, the beam spot is also deflected in a direction 24 perpendicular to the scanning direction.

その周波数は10ないし100MHz程度が適当である
。また撮られる距離はビームスポットの直径が1100
a程変の場合100ないし150mmである。
The appropriate frequency is about 10 to 100 MHz. The diameter of the beam spot is 1100 mm.
In the case of a degree change, it is 100 to 150 mm.

なお矢印25は、−のチップgR斌+のビーム走査が完
了したとき9次のチップ領域へ移るためのステージ14
の移動をあられしている。
Note that the arrow 25 indicates the stage 14 for moving to the 9th chip area when the beam scanning of the - chip gRbin + is completed.
It's raining on the move.

本発明による電子ビームアニール方法におケルビ圧との
関係1に第5図で説明する。第5図−)は従来の装置の
電子ビームスポット形状であり、照射中心点の温度が高
い。図におりて高温領域全斜線で示す。
The relationship 1 between the electron beam annealing method and the Kelby pressure according to the present invention will be explained with reference to FIG. Figure 5-) shows the electron beam spot shape of a conventional device, where the temperature at the center of irradiation is high. In the figure, the high-temperature area is shown entirely with diagonal lines.

第5図ら)および(c)は偏向、1[16に電圧を印加
させるととくよって得られたウェハ上の温度分布である
FIGS. 5(a) and 5(c) show the temperature distribution on the wafer obtained by applying a voltage to 1[16].

この場合、偏向板16への印加電圧の波形Fi第5図(
1)のように正弦波であっても(2)のように方形波で
あってもよい。
In this case, the waveform Fi of the voltage applied to the deflection plate 16 is shown in FIG.
It may be a sine wave as in 1) or a square wave as in (2).

さらに偏向板16へO印加電圧につき、第5図(3)の
ようEX方向とY方向の位相tπ/2だけづらした場合
には、第5図(13)のごとき円環状の温度分布のもの
がえられ、ま7[5図(4)のようKX方向とY方向の
周波数をずらしてfx=4fy とすればいわゆるリナ
ージ波形となり第5図(e)のごとき温度分布のものが
えられる。
Furthermore, when the voltage applied to the deflection plate 16 is shifted by the phase tπ/2 in the EX direction and the Y direction as shown in FIG. 5 (3), an annular temperature distribution as shown in FIG. 5 (13) is obtained. If the frequencies in the KX direction and the Y direction are shifted to fx=4fy as shown in FIG. 5(4), a so-called lineage waveform and a temperature distribution as shown in FIG. 5(e) can be obtained.

このように、温度発着□が周辺部より中心部の方が低く
なるよう電子ビームスポット26を操作することKよっ
て、第6図の矢印27で示したように多結晶シリコンの
単結晶化は中心部から周辺部へと成長していき広い面積
にわたっての単結晶化が実現される〇 この場合、中心部を温度が最高となる周辺部との温度差
へTFi100℃ないし20G’OKとる。
In this way, by operating the electron beam spot 26 so that the temperature onset and arrival □ is lower at the center than at the periphery, the polycrystalline silicon becomes single crystallized at the center as shown by the arrow 27 in FIG. Single crystallization over a wide area is achieved by growing from the center to the periphery. In this case, the temperature difference between the center and the periphery, where the temperature is highest, is set to TFi 100°C to 20G'OK.

(7)発明の効果 本発明による電子ビームアニールを用いて多結晶シリコ
ンの単結晶化をおこなったところ、従来では。
(7) Effects of the Invention When polycrystalline silicon was single-crystallized using the electron beam annealing according to the present invention, it was different from conventional methods.

2ないし10趨程度の大きさの単結晶領域しか得られな
かつ九のにくらべて−100mm程度の大きさの単結晶
領域がえられた。
Only a single crystal region with a size of about 2 to 10 lines was obtained, and a single crystal region with a size of about -100 mm was obtained compared to the case of 9.

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

第1図は従来の方法による多結晶シリコンの単結晶化を
説明する九めO概略図、第2図は本発明を実施するため
の電子ビームアニール装置および*S図ないし第6図は
本発明による方法を用いて単結晶化をおこなった場合の
説明図を示す。 図において10.11 Fiレンズ、15社コイル、1
6は偏向板をあられす。 第 1 目 Wx    −+++ リ j 1 ta)@        %4目 第58 寥6 砧
Fig. 1 is a schematic diagram illustrating the single crystallization of polycrystalline silicon by a conventional method, Fig. 2 is an electron beam annealing apparatus for carrying out the present invention, and Figs. An explanatory diagram of the case where single crystallization is performed using the method described above is shown. In the figure 10.11 Fi lens, 15 company coil, 1
6 is the deflection plate. 1st Wx -+++ ri j 1 ta) @ %4th 58th ho 6 Kinuta

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 表面が絶縁物よりなる基体上に設けられ念非単結晶半導
体層に、電子ビームを照射し、単結晶化を行なう半導体
装置の製造方法において、電子銃と、ウェハの上に電子
ビーム管収束させる電子レンズと、ウェハ上の任意の場
所への走査又は偏向を行なう第1の偏向手段と、第1の
偏向手段に印加する走査信号に比べて周波数が高くかつ
周期性のある偏向信号を印加すべく設置された第2の偏
向手段を有1.紋第2の偏向によって電子ビームを高速
に揺らし、ウェハ上へ到達する電子ビームエネルギーの
分布を設定することを特徴とした半導体装置の製造方法
In a method of manufacturing a semiconductor device in which an electron beam is irradiated onto a non-single crystal semiconductor layer provided on a substrate whose surface is made of an insulating material to achieve single crystallization, an electron gun and an electron beam tube are focused onto the wafer. an electron lens, a first deflection means for scanning or deflecting to an arbitrary location on the wafer, and applying a deflection signal having a higher frequency and periodicity than the scanning signal applied to the first deflection means; 1. A second deflection means is provided. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the electron beam is swayed at high speed by a second deflection, and the distribution of electron beam energy reaching a wafer is set.
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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60152019A (en) * 1984-01-20 1985-08-10 Agency Of Ind Science & Technol Electron beam annealing device
JPS62245619A (en) * 1986-04-17 1987-10-26 Nec Corp Electron beam annealing apparatus
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