JPS60210830A - 電子ビ−ムアニ−ル装置 - Google Patents
電子ビ−ムアニ−ル装置Info
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- JPS60210830A JPS60210830A JP59065827A JP6582784A JPS60210830A JP S60210830 A JPS60210830 A JP S60210830A JP 59065827 A JP59065827 A JP 59065827A JP 6582784 A JP6582784 A JP 6582784A JP S60210830 A JPS60210830 A JP S60210830A
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- JP
- Japan
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- electron beam
- lens
- line
- coil
- electrode
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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
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3414—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
- H10P14/3421—Arsenides
-
- 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
- H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
- H10P14/2901—Materials
- H10P14/2902—Materials being Group IVA materials
- H10P14/2905—Silicon, silicon germanium or germanium
-
- 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
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- H10P14/2901—Materials
- H10P14/2907—Materials being Group IIIA-VA materials
- H10P14/2911—Arsenides
Landscapes
- 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】
〔発明の技術分野）
本発明は、電子ビームアニール装置に係わり、・特に一
対の平板電極とこれに印加する高周波電圧によりビーム
形状を線状化する機能を備えた電子ビームアニール装置
に関する。
対の平板電極とこれに印加する高周波電圧によりビーム
形状を線状化する機能を備えた電子ビームアニール装置
に関する。
近年、電子ビームやレーザビーム等のエネルギービーム
を利用し、Ｓ ｉ 、Ｇｅ、ＧａＡＳを初めとする半導
体試料、ＡＩ、ＭＯ，Ｗ等の金属試料或いは金属化合物
試料を熱処理（アニール）するビームアニール装置が開
発されている。そして、この装置を用い試料を短時間・
局所的にアニールすることにより、半導体デバイスの高
速化、高集積化、多機能化をはかり得、新機能及び新構
造のデバイス実現等の可能性が開けてきている。
を利用し、Ｓ ｉ 、Ｇｅ、ＧａＡＳを初めとする半導
体試料、ＡＩ、ＭＯ，Ｗ等の金属試料或いは金属化合物
試料を熱処理（アニール）するビームアニール装置が開
発されている。そして、この装置を用い試料を短時間・
局所的にアニールすることにより、半導体デバイスの高
速化、高集積化、多機能化をはかり得、新機能及び新構
造のデバイス実現等の可能性が開けてきている。
第１図は従来の電子ビームアニール装置を示す概略構成
図であり、図中１１は試料室、１２は光学鏡筒、１３は
電子銃、１４．１５はレンズ、１６は偏向コイル、１７
は試料、１８は試料ステージを示している。この装置で
は、電子銃１３から放射された電子ビームをレンズ１４
．１５により集束すると共に、偏向コイル１６により上
記ビームを試料１７上で走査して試料１７のアニール、
例えばエピタキシャル成長や溶融再結晶等を行っている
。
図であり、図中１１は試料室、１２は光学鏡筒、１３は
電子銃、１４．１５はレンズ、１６は偏向コイル、１７
は試料、１８は試料ステージを示している。この装置で
は、電子銃１３から放射された電子ビームをレンズ１４
．１５により集束すると共に、偏向コイル１６により上
記ビームを試料１７上で走査して試料１７のアニール、
例えばエピタキシャル成長や溶融再結晶等を行っている
。
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、絶縁膜上シリコン躾のの固液界面がビ
ーム進行方向に対して凸型となるようにする必要がある
。しかし、ガウス分布を持つ電子ビームによるアニール
では上記進行方向に対して凸型の固液界面を形成するこ
とはできなかった。なお、図中Ａはビーム走査方向、Ｂ
は溶融領域、Ｃは結晶粒界、Ｄは再結晶化領域をそれぞ
れ示している。一方、従来の電子ビームアニール装置で
は、スポットビーム（溶融ビーム径〜１゜０μｍ）を連
続的に走査させながら、適当に重ね合わせて全面の７ニ
ールを行うのであるが、この方式によるアニール時間は
長時間を要し、およそ実用的とは言いがたい。
があった。即ち、絶縁膜上シリコン躾のの固液界面がビ
ーム進行方向に対して凸型となるようにする必要がある
。しかし、ガウス分布を持つ電子ビームによるアニール
では上記進行方向に対して凸型の固液界面を形成するこ
とはできなかった。なお、図中Ａはビーム走査方向、Ｂ
は溶融領域、Ｃは結晶粒界、Ｄは再結晶化領域をそれぞ
れ示している。一方、従来の電子ビームアニール装置で
は、スポットビーム（溶融ビーム径〜１゜０μｍ）を連
続的に走査させながら、適当に重ね合わせて全面の７ニ
ールを行うのであるが、この方式によるアニール時間は
長時間を要し、およそ実用的とは言いがたい。
これらの問題点を解決する手段として本発明者等は、電
子ビームを該ビームの走査方向（×方向とする）と直交
する方向（Ｙ方向）に高速に偏向してビームを線状化す
る方法を提案した。これは、パ１止−ルに比べてその時
間を著しく短縮することができる。また、線状化ビーム
を組合わせて、或いは高速偏向電極の形状を曲面状とす
ることにより、前記第３図に示す如きビーム進行方向に
対し凸型の固液界面を形成することが可能である。
子ビームを該ビームの走査方向（×方向とする）と直交
する方向（Ｙ方向）に高速に偏向してビームを線状化す
る方法を提案した。これは、パ１止−ルに比べてその時
間を著しく短縮することができる。また、線状化ビーム
を組合わせて、或いは高速偏向電極の形状を曲面状とす
ることにより、前記第３図に示す如きビーム進行方向に
対し凸型の固液界面を形成することが可能である。
ところで、このような線状化ビームを用いたアニールに
ついて本発明者等が更に鋭意研究を重ねた結果、次のよ
うな事実が判明した。即ち、線状化するための高速偏向
電極の位置はビーｂ、の線状化において余り重要でない
と考えていたが、ビームの集束性及び走査性等において
極めて重大な影響を与えるものであることが判った。つ
まり、高速偏向電極の配置位置により、電子ビームの集
束性及び走査性が著しく低下することが判明した。
ついて本発明者等が更に鋭意研究を重ねた結果、次のよ
うな事実が判明した。即ち、線状化するための高速偏向
電極の位置はビーｂ、の線状化において余り重要でない
と考えていたが、ビームの集束性及び走査性等において
極めて重大な影響を与えるものであることが判った。つ
まり、高速偏向電極の配置位置により、電子ビームの集
束性及び走査性が著しく低下することが判明した。
（発明の目的）
本発明め目的は、ビーム７を線状化することができ、且
つ集束性及び走査性に極めて良好な特性を・、゛前記第
１図において、ビーム線状化のための高速偏向電極を設
ける場合、その取り付は位置としては、偏向コイル１６
の下、偏向コイル１６と対物レンズ１５との間、対物レ
ンズ１５より上方等種々考えられるが、本発明者等の実
鋏によれば対物レンズ１５より上方ではレンズの収差が
大きくなり、偏向コイル１６より上方ではビームの集束
性が悪くなることが判った。そして、偏向コイル１６よ
り下方の位置では、レンズの収差が小さくビームの集束
性もよく、また偏向コイル１６を使ってのビームの走査
性も極めてスムーズであり、走査ムラ等を効果的に解消
できるのが判った。
つ集束性及び走査性に極めて良好な特性を・、゛前記第
１図において、ビーム線状化のための高速偏向電極を設
ける場合、その取り付は位置としては、偏向コイル１６
の下、偏向コイル１６と対物レンズ１５との間、対物レ
ンズ１５より上方等種々考えられるが、本発明者等の実
鋏によれば対物レンズ１５より上方ではレンズの収差が
大きくなり、偏向コイル１６より上方ではビームの集束
性が悪くなることが判った。そして、偏向コイル１６よ
り下方の位置では、レンズの収差が小さくビームの集束
性もよく、また偏向コイル１６を使ってのビームの走査
性も極めてスムーズであり、走査ムラ等を効果的に解消
できるのが判った。
本発明はこのような事情に着目してなされたもので、対
極して置かれた２枚の平板電極（高速偏向電極）ＩＯに
高周波のｓｉｎ波、３角波等によって変動する電圧を印
加することにより電子ビームを高速に偏向して線状ビー
ムとできる電子ビームアニール装置において、上記高速
偏向電極を最終最終段のレンズ若しくはコイルの下方に
設けた高速偏向電極によりビームを線状化することがで
き、且つビームの集束性及び走査性が極めて良好なもの
となる。従って、試料の最適アニールを行うことができ
る。このことは、絶縁膜上の半導体膜を電子ビームアニ
ールにより単結晶化する際に極めて有効であり、３次元
ＩＣ等の製造に適用して絶大なる効果を発揮する。
極して置かれた２枚の平板電極（高速偏向電極）ＩＯに
高周波のｓｉｎ波、３角波等によって変動する電圧を印
加することにより電子ビームを高速に偏向して線状ビー
ムとできる電子ビームアニール装置において、上記高速
偏向電極を最終最終段のレンズ若しくはコイルの下方に
設けた高速偏向電極によりビームを線状化することがで
き、且つビームの集束性及び走査性が極めて良好なもの
となる。従って、試料の最適アニールを行うことができ
る。このことは、絶縁膜上の半導体膜を電子ビームアニ
ールにより単結晶化する際に極めて有効であり、３次元
ＩＣ等の製造に適用して絶大なる効果を発揮する。
第５図は本発明の一実施例に係わる電子ビームアニール
装置を示す概略構成図である。図中５１は真空排気され
た試料室、５２は電子光学ａ筒である。試料室５１内に
は移動可能な試料ステージ５３が配置され、このステー
ジ５３上に試料５４が載置されるものとなっている。光
学鏡筒５２内には、電子銃５５．ビーム集束用の第２レ
ンズ５７及び第２レンズ（対物レンズ）５７．走査用偏
向コイル５８．ビーム線状化用高速偏向電極５９がそれ
ぞれ配設されている。そして、電子銃５５から放射され
た電子ビームは、レンズ５６．５７により集束されると
共に、高速偏向電極５９により線状化され、また偏向コ
イル５８により試料５４上で走査され、これにより試料
５４が７ニールされるものとなっている。
装置を示す概略構成図である。図中５１は真空排気され
た試料室、５２は電子光学ａ筒である。試料室５１内に
は移動可能な試料ステージ５３が配置され、このステー
ジ５３上に試料５４が載置されるものとなっている。光
学鏡筒５２内には、電子銃５５．ビーム集束用の第２レ
ンズ５７及び第２レンズ（対物レンズ）５７．走査用偏
向コイル５８．ビーム線状化用高速偏向電極５９がそれ
ぞれ配設されている。そして、電子銃５５から放射され
た電子ビームは、レンズ５６．５７により集束されると
共に、高速偏向電極５９により線状化され、また偏向コ
イル５８により試料５４上で走査され、これにより試料
５４が７ニールされるものとなっている。
本実施例においては、ビーム線状化のための＾速偏向電
極５９は偏向コイル５８の下、つまり最終段コイルの下
に置かれている。これにより、本発明の効果が最大に発
揮されている。高速偏向電極５９の位置と電子ビームア
ニール特性との関係を調べた一連の実験結果によれば、
まず偏向コイル５８と第２レンズ５７との開に高速偏向
電極５９が設置された場合、ビームの走査上に問題が生
じ、線状ビームの中心と両端とではビーム速度が異なり
、途中でビームが弓なりになることが判った。一方、高
速偏向電極５９が第２レンズ５７の上に設置された場合
、ビームの集束に問題が生じる。即ち、線状ビームの中
心と両端付近どの集束条件が若干具なり、両方共焦点を
合わせることは極めて困難であった。従って、電子ビー
ムアニールによる絶縁膜上シリコン膜の単結晶化では結
晶成長に不均一が生じ、ひいては素子特性に問題が生じ
た。
極５９は偏向コイル５８の下、つまり最終段コイルの下
に置かれている。これにより、本発明の効果が最大に発
揮されている。高速偏向電極５９の位置と電子ビームア
ニール特性との関係を調べた一連の実験結果によれば、
まず偏向コイル５８と第２レンズ５７との開に高速偏向
電極５９が設置された場合、ビームの走査上に問題が生
じ、線状ビームの中心と両端とではビーム速度が異なり
、途中でビームが弓なりになることが判った。一方、高
速偏向電極５９が第２レンズ５７の上に設置された場合
、ビームの集束に問題が生じる。即ち、線状ビームの中
心と両端付近どの集束条件が若干具なり、両方共焦点を
合わせることは極めて困難であった。従って、電子ビー
ムアニールによる絶縁膜上シリコン膜の単結晶化では結
晶成長に不均一が生じ、ひいては素子特性に問題が生じ
た。
これに対して、本実施例装置では上記問題は全て解決さ
れるため、電子ビームアニールを最高条件で効率よく行
うことができ、且つアニールの均−性及び再現性の向上
をはかり得た。
れるため、電子ビームアニールを最高条件で効率よく行
うことができ、且つアニールの均−性及び再現性の向上
をはかり得た。
以下、本装置をＭＯＳ−ＬＳＩの製造に用いた第６図（
ａ）に示す如く例えばＰ型（１００）面方位の単結晶シ
リコン基板６１上に約１［μＴｒＬ］膜厚の５１０２膜
６２を形成し、その上に必要に応じてＳｉＮ躾６３を形
成する。このＳｉＮ躾６３は後の工程で多結晶若しくは
非晶質のシリコン層を単結晶化させ易くするためのもの
であり、必ずしも必要でない。次いで、第６図（ｂ）に
示す如＜ＳＩＮ膜６膜上３上えば６０００ ［人コの多
結晶シリコン層６４を被着し、その上に約２０００［人
］の５１０２膜６５を形成する。ここで、ＳｉＯ２膜６
５は後の工程で多結晶シリコン層６４を単結晶化させ易
くするためのもので、ＳｉＮ膜であってもよい。
ａ）に示す如く例えばＰ型（１００）面方位の単結晶シ
リコン基板６１上に約１［μＴｒＬ］膜厚の５１０２膜
６２を形成し、その上に必要に応じてＳｉＮ躾６３を形
成する。このＳｉＮ躾６３は後の工程で多結晶若しくは
非晶質のシリコン層を単結晶化させ易くするためのもの
であり、必ずしも必要でない。次いで、第６図（ｂ）に
示す如＜ＳＩＮ膜６膜上３上えば６０００ ［人コの多
結晶シリコン層６４を被着し、その上に約２０００［人
］の５１０２膜６５を形成する。ここで、ＳｉＯ２膜６
５は後の工程で多結晶シリコン層６４を単結晶化させ易
くするためのもので、ＳｉＮ膜であってもよい。
次に、前記第５図に示した実施例装置を用い、第６図（
Ｃ）に示す如く試料上に電子ビームを照射しシリコン層
６４を単結晶化させる。その際、電子ビームの加速電圧
は１０ ［ＫｅｌＶ］ビーム電流は５ ［ｍＡ］とした
。アニール時に溶融するシリコン層６４の幅は約５０［
μＴｒＬ］であった。ビーム走査を繰返すことにより徐
々に結晶粒が減少融及び再結晶化が極めてスムーズとな
り、熱処理ムラや未処理部分、或いはシリコンの蒸発と
いったトラブルが一切なく、シリコンの単結晶化を効果
的に行うことができた。
Ｃ）に示す如く試料上に電子ビームを照射しシリコン層
６４を単結晶化させる。その際、電子ビームの加速電圧
は１０ ［ＫｅｌＶ］ビーム電流は５ ［ｍＡ］とした
。アニール時に溶融するシリコン層６４の幅は約５０［
μＴｒＬ］であった。ビーム走査を繰返すことにより徐
々に結晶粒が減少融及び再結晶化が極めてスムーズとな
り、熱処理ムラや未処理部分、或いはシリコンの蒸発と
いったトラブルが一切なく、シリコンの単結晶化を効果
的に行うことができた。
次に、第６図（ｄ）に示す如＜ＳｉＯ２膜６５を除去し
たのち、ビームアニールにより単結晶化したシリコン層
６４′をパターンニング【ノて２層目の素子形成領域と
し、周知の技術により素子分離用絶縁膜６６を形成する
。続いて、シリコン層り４′上にゲート酸化膜６７を介
して多結晶シリコンゲート電極６８を形成し、さらにソ
ース・ドレイン領域６９ａ、６９ｂを形成してＭＯＳト
ランジスタを完成する。次いで、第６図（ｅ）に示す如
く全面を絶縁膜７０で覆ったのち、Ａ１配線層７１ａ、
７１ｂ、７１ｃを形成することにより、ＭＯＳ−ＬＳＩ
が完成される。
たのち、ビームアニールにより単結晶化したシリコン層
６４′をパターンニング【ノて２層目の素子形成領域と
し、周知の技術により素子分離用絶縁膜６６を形成する
。続いて、シリコン層り４′上にゲート酸化膜６７を介
して多結晶シリコンゲート電極６８を形成し、さらにソ
ース・ドレイン領域６９ａ、６９ｂを形成してＭＯＳト
ランジスタを完成する。次いで、第６図（ｅ）に示す如
く全面を絶縁膜７０で覆ったのち、Ａ１配線層７１ａ、
７１ｂ、７１ｃを形成することにより、ＭＯＳ−ＬＳＩ
が完成される。
Ｈ筒の構成は第５図に何等限定されるものではな、・′
ｊり°、高速偏向電極を最終段レンズ若しくはコイルよ
り試料側に設置したものであれば、仕様に応じて適宜変
更可能である。例えば、高速偏向電極を曲面状に形成し
て曲面状ビームを形成し、ビーム進行方向に対し固液界
面が凸型となるようにしてもよい。さらに、２つの光学
鏡筒を用い、直線状ビームを組合わせてｒ＜Ｊの字型ビ
ームを形成するようにしてもよい。また、高速偏向電極
に印加する電圧はｓｉｎ波や３角波等に限定されるもの
ではなく、試料上でのビーム走査速度に対して十分高い
高周波であればよい。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。
ｊり°、高速偏向電極を最終段レンズ若しくはコイルよ
り試料側に設置したものであれば、仕様に応じて適宜変
更可能である。例えば、高速偏向電極を曲面状に形成し
て曲面状ビームを形成し、ビーム進行方向に対し固液界
面が凸型となるようにしてもよい。さらに、２つの光学
鏡筒を用い、直線状ビームを組合わせてｒ＜Ｊの字型ビ
ームを形成するようにしてもよい。また、高速偏向電極
に印加する電圧はｓｉｎ波や３角波等に限定されるもの
ではなく、試料上でのビーム走査速度に対して十分高い
高周波であればよい。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図は従来の電子ビームアニール装置を示す概略構成
図、第２図は従来のスポットビームによる再結晶化にお
ける結晶粒界の現れ方を示す模式に係わる電子ビームア
ニール装置を示す概略構成：・る。 ５１・・・試料室、５２・・・電子光学鏡筒、５３・・
・試料ステージ、５４・・・試料、５５・・・電子銃、
５６・・・第１の集束レンズ、５７・・・第２の集束レ
ンズ（対物レンズ）、５８・・・ビーム走査用偏向コイ
ル、５９・・・高速偏向電極。 出願人 工業技術院長 用田裕部 第１図 第２図 第４図 （ａ） （ｂ ） 第６図 第６図
図、第２図は従来のスポットビームによる再結晶化にお
ける結晶粒界の現れ方を示す模式に係わる電子ビームア
ニール装置を示す概略構成：・る。 ５１・・・試料室、５２・・・電子光学鏡筒、５３・・
・試料ステージ、５４・・・試料、５５・・・電子銃、
５６・・・第１の集束レンズ、５７・・・第２の集束レ
ンズ（対物レンズ）、５８・・・ビーム走査用偏向コイ
ル、５９・・・高速偏向電極。 出願人 工業技術院長 用田裕部 第１図 第２図 第４図 （ａ） （ｂ ） 第６図 第６図
Claims (1)
- 電子ビームを放出する電子銃と、この電子銃から放出さ
れた電子ビームを集束するレンズ系と、上記ビームを試
料上で走査する走査用偏向系と、上記ビームを高速偏向
して線状化する高速偏向電極とを具備し、前記高速偏向
電極は最終段のレンズ若しくはコイルより前記試料側に
起重されたものであることを特徴とする電子ビームアニ
ール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065827A JPS60210830A (ja) | 1984-04-04 | 1984-04-04 | 電子ビ−ムアニ−ル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065827A JPS60210830A (ja) | 1984-04-04 | 1984-04-04 | 電子ビ−ムアニ−ル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60210830A true JPS60210830A (ja) | 1985-10-23 |
Family
ID=13298245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59065827A Pending JPS60210830A (ja) | 1984-04-04 | 1984-04-04 | 電子ビ−ムアニ−ル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60210830A (ja) |
-
1984
- 1984-04-04 JP JP59065827A patent/JPS60210830A/ja active Pending
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