JPS5895687A - 薄膜の結晶粒成長方法 - Google Patents
薄膜の結晶粒成長方法Info
- Publication number
- JPS5895687A JPS5895687A JP56192543A JP19254381A JPS5895687A JP S5895687 A JPS5895687 A JP S5895687A JP 56192543 A JP56192543 A JP 56192543A JP 19254381 A JP19254381 A JP 19254381A JP S5895687 A JPS5895687 A JP S5895687A
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- JP
- Japan
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- film
- thin film
- thin
- silicon
- heated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H10P34/00—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
- H10P34/40—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
- H10P34/42—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は薄膜の結晶粒の成長または単結晶化を行う方法
に関するものである。
に関するものである。
薄［Ｋレーずビームや電子ビームを照射・加熱すること
Ｋよ抄シリコン等の薄膜の結晶粒の成長または単結晶化
を行おうとするいわゆるビームアニール法を用−た薄膜
の結晶粒の成長もしくは単結晶化技術は、８０ Ｉ （
８ｉ１ｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）と呼ばれ
イーる非晶質絶縁基板上に単結晶または結晶較径の大き
なシリコン薄膜を形成した構造の実現と一〇九点で多く
の人々の注目を集めている。
Ｋよ抄シリコン等の薄膜の結晶粒の成長または単結晶化
を行おうとするいわゆるビームアニール法を用−た薄膜
の結晶粒の成長もしくは単結晶化技術は、８０ Ｉ （
８ｉ１ｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）と呼ばれ
イーる非晶質絶縁基板上に単結晶または結晶較径の大き
なシリコン薄膜を形成した構造の実現と一〇九点で多く
の人々の注目を集めている。
従来のビームアニール法を用い丸薄膜の結晶成長技術で
は、結晶成長を行わそうとする薄膜自体にレーザビーム
や電子ビームエネルギーの大部分を直接吸収させて加熱
する方式が採られていた＠しかし、この様な直接加熱方
式を用いた場合には被加熱体の材料や構造が決まると、
それに応じた適切なビームの種−や照射条件の１ｉ囲が
、自動的に決まり、ビームのｍ＊や照射条件の自由度が
少ないとい）欠点があった。たとえば、レーザアニール
技術を用いてシリコン薄膜を単結晶化しようとする場合
、＠取係数の小さい炭酸ガスレーず（波長１０．４ｉ７
１ｍ）を用−ることは、エネルギーの利用効率という観
点必ら好ましくな―だけでなく、薄膜を通してその下地
や基板をも同時に直接加熱してしまうことにな抄、高出
力が得られる炭酸ガスレーずを有効に利用することがで
きなかつた・また、電子ビームを用いる場合においても
、加熱される薄膜の膜厚が数千Ａ揚度以下になってくる
と、電子ビームによる発熱を主としてその薄膜内に閉じ
こめるためＫは電子ビームの加速エネルギーを数ｋｅ
Ｖ以下という低−値に限定する必要が生じる。その様な
低加速領域においては、引出し電極電圧も低くしなけれ
ばならなψため、充分な電子ビーム電流密度が得難いと
いう問題が生じる。
は、結晶成長を行わそうとする薄膜自体にレーザビーム
や電子ビームエネルギーの大部分を直接吸収させて加熱
する方式が採られていた＠しかし、この様な直接加熱方
式を用いた場合には被加熱体の材料や構造が決まると、
それに応じた適切なビームの種−や照射条件の１ｉ囲が
、自動的に決まり、ビームのｍ＊や照射条件の自由度が
少ないとい）欠点があった。たとえば、レーザアニール
技術を用いてシリコン薄膜を単結晶化しようとする場合
、＠取係数の小さい炭酸ガスレーず（波長１０．４ｉ７
１ｍ）を用−ることは、エネルギーの利用効率という観
点必ら好ましくな―だけでなく、薄膜を通してその下地
や基板をも同時に直接加熱してしまうことにな抄、高出
力が得られる炭酸ガスレーずを有効に利用することがで
きなかつた・また、電子ビームを用いる場合においても
、加熱される薄膜の膜厚が数千Ａ揚度以下になってくる
と、電子ビームによる発熱を主としてその薄膜内に閉じ
こめるためＫは電子ビームの加速エネルギーを数ｋｅ
Ｖ以下という低−値に限定する必要が生じる。その様な
低加速領域においては、引出し電極電圧も低くしなけれ
ばならなψため、充分な電子ビーム電流密度が得難いと
いう問題が生じる。
本発明は上記従来方法における問題点を大幅に改善し九
新規な薄膜の結晶粒成長または単結晶化を行う方法に関
するものである。
新規な薄膜の結晶粒成長または単結晶化を行う方法に関
するものである。
本発明による方法は、第１の薄膜上に直！Ｉまたは菖２
の薄膜を介して第３の薄膜を堆積した構造に１光もしく
は電子ビームを照射することＫより主として線光もしく
は電子ビーム照射によって加熱され九ＩＩ３の薄膜ふも
の熱伝導によって第１の薄膜を加熱することによシ嬉１
の薄膜の結晶粒の成長を九は単結晶化を行うことを特徴
とするものである・従って、本発明による方法にお−で
は、たとえばレーザアニール法を用−る場合には、結晶
粒の成長または単結晶化を行うべき第１の薄膜の吸収係
数や反射係数といった光学的性質と無関係にレーザの種
類を決め、それに応じた表面吸収層としての第３の薄膜
の材料や膜厚を選ぶことがで吉る◎また、電子ビームア
ニール法を用いる場合には、結晶粒径を成長させるべき
ｌＮｌ０薄膜の厚さに無関係に電子ビームの加速エネル
ギーを決め、それに応じ九表面吸取層としてのＩ！３の
薄膜の材料や膜厚を選べばよい。さもに本発明による方
法においては、第１の薄膜は主として表面吸収層として
の第３の薄膜からの熱伝導によって加熱されるので、レ
ーザや電子ビームのビームスｇｙＦ内でのミクロな強度
変動は熱拡散により平均化され、＃１１の薄膜の温炭分
布に与える影響が緩和されるという新たな利点も生じる
ことが判った。
の薄膜を介して第３の薄膜を堆積した構造に１光もしく
は電子ビームを照射することＫより主として線光もしく
は電子ビーム照射によって加熱され九ＩＩ３の薄膜ふも
の熱伝導によって第１の薄膜を加熱することによシ嬉１
の薄膜の結晶粒の成長を九は単結晶化を行うことを特徴
とするものである・従って、本発明による方法にお−で
は、たとえばレーザアニール法を用−る場合には、結晶
粒の成長または単結晶化を行うべき第１の薄膜の吸収係
数や反射係数といった光学的性質と無関係にレーザの種
類を決め、それに応じた表面吸収層としての第３の薄膜
の材料や膜厚を選ぶことがで吉る◎また、電子ビームア
ニール法を用いる場合には、結晶粒径を成長させるべき
ｌＮｌ０薄膜の厚さに無関係に電子ビームの加速エネル
ギーを決め、それに応じ九表面吸取層としてのＩ！３の
薄膜の材料や膜厚を選べばよい。さもに本発明による方
法においては、第１の薄膜は主として表面吸収層として
の第３の薄膜からの熱伝導によって加熱されるので、レ
ーザや電子ビームのビームスｇｙＦ内でのミクロな強度
変動は熱拡散により平均化され、＃１１の薄膜の温炭分
布に与える影響が緩和されるという新たな利点も生じる
ことが判った。
次に本発明による方法の実施例を図を用いて具体的’に
説明する。第１の実施例は、炭酸ガスレーザ照射によ）
多結晶シリコン膜の結晶粒の成長を行わせ九場合であり
、その主要１根での試料断面略図ｔｔｔＩＮ１図（−〜
（＠に示す。先ず、Ｉ！１図（荀の如く、シリコン基板
ｌｌの熱酸化によ抄形成したシリコン醗化膜１２上に化
学蒸着法により ５ｏｏｏムの厚さの多結晶シリコン膜
１３を堆積する。次に、周知のホトエツチング法および
選択酸化法等の組合せにより１１１図（鴫に示した様に
島状１３’に多結晶シリコン領域を残して周囲を酸化膜
１４に変換する。次に熱酸化により島状多結晶シリコン
領域１３’の上に約５００ムの薄−熱羨化膜１５を形成
するＣ第１図化〉）。
説明する。第１の実施例は、炭酸ガスレーザ照射によ）
多結晶シリコン膜の結晶粒の成長を行わせ九場合であり
、その主要１根での試料断面略図ｔｔｔＩＮ１図（−〜
（＠に示す。先ず、Ｉ！１図（荀の如く、シリコン基板
ｌｌの熱酸化によ抄形成したシリコン醗化膜１２上に化
学蒸着法により ５ｏｏｏムの厚さの多結晶シリコン膜
１３を堆積する。次に、周知のホトエツチング法および
選択酸化法等の組合せにより１１１図（鴫に示した様に
島状１３’に多結晶シリコン領域を残して周囲を酸化膜
１４に変換する。次に熱酸化により島状多結晶シリコン
領域１３’の上に約５００ムの薄−熱羨化膜１５を形成
するＣ第１図化〉）。
次に、アルゴン（Ａｒ）と酸素（０，）との混合雰囲気
中でチタン（Ｔｉ）をターゲットとして、いわゆる反応
性スパッタリングを行うことにより、第１図（山の如く
表面Ｖ＆収層としての鹸化チタン膜１６を約５ｏｏｏム
の厚さに堆積した。次Ｋ １０００℃の酸素雰囲気中で
熱処理を行−１酸化チタン膜１６の緻密化および下地の
酸化シリコン膜との密着強度の向上を図って必ら第１図
（ｅ）に示した如く炭酸ガスレーザ光１７（波長ＩＱ、
６ Ｊｌｍ）を照射した。この際、酸化チダン膜１６
の炭酸ガスレーザ光に対する吸収係数は多結晶シリコン
膜１ｆＫ対するものより著して大きいため、炭酸ガスレ
ーザ光に対する良好な吸収層として作用する。従って、
多結晶シリコン膜１３’は、酸化チタン膜１６６らの熱
伝導によ抄加熱され、その結晶粒径が数ｓｍ〜数士ａｍ
と炭酸ガスレーザ照射しない場合に比して１〜２桁増大
した。
中でチタン（Ｔｉ）をターゲットとして、いわゆる反応
性スパッタリングを行うことにより、第１図（山の如く
表面Ｖ＆収層としての鹸化チタン膜１６を約５ｏｏｏム
の厚さに堆積した。次Ｋ １０００℃の酸素雰囲気中で
熱処理を行−１酸化チタン膜１６の緻密化および下地の
酸化シリコン膜との密着強度の向上を図って必ら第１図
（ｅ）に示した如く炭酸ガスレーザ光１７（波長ＩＱ、
６ Ｊｌｍ）を照射した。この際、酸化チダン膜１６
の炭酸ガスレーザ光に対する吸収係数は多結晶シリコン
膜１ｆＫ対するものより著して大きいため、炭酸ガスレ
ーザ光に対する良好な吸収層として作用する。従って、
多結晶シリコン膜１３’は、酸化チタン膜１６６らの熱
伝導によ抄加熱され、その結晶粒径が数ｓｍ〜数士ａｍ
と炭酸ガスレーザ照射しない場合に比して１〜２桁増大
した。
ｊｌｌＤ実施例は、多結晶シリコン膜が単結晶シリコン
基板と一部で直接接している構造で、いわゆる１ａｔｅ
ｒｓｉｌ ｓｅｅｄｉｎｇ法と呼げれているものに対応
するものである。第１の実施例の場合１同様に周知のホ
トエツチング法、選択酸化法、化学蒸着法、反応性スパ
ッタリング法等を用いて第２図に断面略図として示した
様な構造を形成する。
基板と一部で直接接している構造で、いわゆる１ａｔｅ
ｒｓｉｌ ｓｅｅｄｉｎｇ法と呼げれているものに対応
するものである。第１の実施例の場合１同様に周知のホ
トエツチング法、選択酸化法、化学蒸着法、反応性スパ
ッタリング法等を用いて第２図に断面略図として示した
様な構造を形成する。
ここに２１はシリコン単結晶基板、２２はシリコン酸化
膜、２３は多結晶シリコン膜、２４はシリコン酸化膜、
２５は酸化チタン膜である。次に第２図の左から右の方
向に炭酸ガスレーザ光を走査させて照射するととＫより
、単結晶シリコン基板２１に接して―る領域２ＳＴｈら
連続的に右横方向にエピタキシャル的に多結晶Ｖリコゾ
膜２３を単結晶化することができた。
膜、２３は多結晶シリコン膜、２４はシリコン酸化膜、
２５は酸化チタン膜である。次に第２図の左から右の方
向に炭酸ガスレーザ光を走査させて照射するととＫより
、単結晶シリコン基板２１に接して―る領域２ＳＴｈら
連続的に右横方向にエピタキシャル的に多結晶Ｖリコゾ
膜２３を単結晶化することができた。
第３の実施例では、第２の実施例における炭酸ガスレー
ず照射の代ｂＫ加速エネルギー１５ ｋｅ ＶＯ電子ビ
ームを用−１かつ、表面吸収層２５として酸化チタンの
代ヤにスパッタリングで形成し九厚さ６０００Ａ Ｏチ
タン膜を用いた。また、多結晶シリコン膜２３の膜厚は
３０ＧＯＡであシ、酸化シリコンＪＩＩ２２の膜厚は５
００ムを用−九。１５ ｋｅ Ｖの電子ビームをシリコ
ンＫＷＡ射し九場会の発熱ピーク位置は表面から約６３
００ムの深さの所であるので、従来の方法の様に１５ｋ
ｅＶＯ電子ビームを直接部■ムの厚さのシリコン膜に照
射すると発熱のピーク位置はシリコン膜を超え丸下地の
中になってしまう、しかし、本発明による方法を用−る
と、１５ｋｅＶの電子ビームのチタン中での発熱ピーク
位置は約３３００ムであるので、電子ビーム照射による
発熱の大部分はチタン膜中で生じる。従って、多結晶シ
９コ＞膜２３は実効的にはチタン膜２５からの熱伝導に
よりて加熱され、下地の酸化膜２２の蟲赴シリコン膜２
３より低く抑えることがで自た〇また、今まで述べ九実
施例ではシリコン膜と酸化チタン膜あるいはシリコン膜
とチタン膜はシリコン酸化膜を介して積層していたが、
シリコン膜と酸化チタン膜の場合ならば、加熱しても互
いに度応しないので、シリコン酸化膜を介さず直接積層
することがＩｖ能である。以上述べた様に′Ｆ地の不必
要な加熱を抑えることは、３次元集積回路等多層にデバ
イスが集積された構造において、既に形成された下層の
デバイス特性を熱的に変化させないということで、極め
て重要である。
ず照射の代ｂＫ加速エネルギー１５ ｋｅ ＶＯ電子ビ
ームを用−１かつ、表面吸収層２５として酸化チタンの
代ヤにスパッタリングで形成し九厚さ６０００Ａ Ｏチ
タン膜を用いた。また、多結晶シリコン膜２３の膜厚は
３０ＧＯＡであシ、酸化シリコンＪＩＩ２２の膜厚は５
００ムを用−九。１５ ｋｅ Ｖの電子ビームをシリコ
ンＫＷＡ射し九場会の発熱ピーク位置は表面から約６３
００ムの深さの所であるので、従来の方法の様に１５ｋ
ｅＶＯ電子ビームを直接部■ムの厚さのシリコン膜に照
射すると発熱のピーク位置はシリコン膜を超え丸下地の
中になってしまう、しかし、本発明による方法を用−る
と、１５ｋｅＶの電子ビームのチタン中での発熱ピーク
位置は約３３００ムであるので、電子ビーム照射による
発熱の大部分はチタン膜中で生じる。従って、多結晶シ
９コ＞膜２３は実効的にはチタン膜２５からの熱伝導に
よりて加熱され、下地の酸化膜２２の蟲赴シリコン膜２
３より低く抑えることがで自た〇また、今まで述べ九実
施例ではシリコン膜と酸化チタン膜あるいはシリコン膜
とチタン膜はシリコン酸化膜を介して積層していたが、
シリコン膜と酸化チタン膜の場合ならば、加熱しても互
いに度応しないので、シリコン酸化膜を介さず直接積層
することがＩｖ能である。以上述べた様に′Ｆ地の不必
要な加熱を抑えることは、３次元集積回路等多層にデバ
イスが集積された構造において、既に形成された下層の
デバイス特性を熱的に変化させないということで、極め
て重要である。
第１〜２図は、本発明による方法の実施例における主要
工程での素子断面略図。 １１．２１・−・・・・・・シリコン基板、１２．１４
．１５．２２．２４−・・・・・・・・−一酸化シリコ
ン％ １３． ｌａ；２３・・・・−・多結晶シリコン
、１６−−−−−−・酸化チタン、１７・−・・・・−
炭酸ガスレーザビーム２５−・・・−・・・酸化チタン
またはチタン、２ｔ・甲ｊｐ扇晶シリコン威、μ゛ンシ
コン差板と捗丁り傾城。 も１図 （ル）
工程での素子断面略図。 １１．２１・−・・・・・・シリコン基板、１２．１４
．１５．２２．２４−・・・・・・・・−一酸化シリコ
ン％ １３． ｌａ；２３・・・・−・多結晶シリコン
、１６−−−−−−・酸化チタン、１７・−・・・・−
炭酸ガスレーザビーム２５−・・・−・・・酸化チタン
またはチタン、２ｔ・甲ｊｐ扇晶シリコン威、μ゛ンシ
コン差板と捗丁り傾城。 も１図 （ル）
Claims (1)
- ＩＩＩの薄膜上に直接または！１２の薄膜を介して第３
の薄膜を堆積した構造に１光鬼しくは電子ビームを照射
することにより、主として該光もしくは電子ビーム照射
によって加熱された第３の薄膜ふらの熱伝導によってＩ
ｌｌの薄膜を加熱するととＫよ９第１の薄膜の結晶粒の
成長または単結晶化を行うことを特徴とする薄膜の結晶
粒成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192543A JPS5895687A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 薄膜の結晶粒成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192543A JPS5895687A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 薄膜の結晶粒成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895687A true JPS5895687A (ja) | 1983-06-07 |
Family
ID=16293021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56192543A Pending JPS5895687A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 薄膜の結晶粒成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5895687A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6054426A (ja) * | 1983-09-05 | 1985-03-28 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体素子の製造方法 |
| JPS60105219A (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-10 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体薄膜結晶層の製造方法 |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP56192543A patent/JPS5895687A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6054426A (ja) * | 1983-09-05 | 1985-03-28 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体素子の製造方法 |
| JPS60105219A (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-10 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体薄膜結晶層の製造方法 |
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