JP2995138B2 - Ｘ線照射結晶化方法及び結晶化装置 - Google Patents
Ｘ線照射結晶化方法及び結晶化装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線照射によるアモル
ファス薄膜の結晶化方法及び結晶化装置に関し、特に、
比較的低温で、かつ短時間に単結晶薄膜を形成するため
の結晶化技術に関する。
ファス薄膜の結晶化方法及び結晶化装置に関し、特に、
比較的低温で、かつ短時間に単結晶薄膜を形成するため
の結晶化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】アモルファス薄膜を結晶化するために
は、電気炉によるアニール、またはレーザアニール等の
方法が知られている。しかし、電気炉アニールは、既に
下地基板に不純物プロファイルが形成されている場合に
は、不純物が再拡散し、不純物プロファイルが崩れるこ
とになり、半導体デバイスの製造上好ましくない。レー
ザアニールは、１０００℃以上の高温にしてアモルファ
ス薄膜を部分的に溶融するため、冷却過程で下地基板と
の膨張係数の差により歪みを生じ、格子欠陥の発生を防
止することが困難である。
は、電気炉によるアニール、またはレーザアニール等の
方法が知られている。しかし、電気炉アニールは、既に
下地基板に不純物プロファイルが形成されている場合に
は、不純物が再拡散し、不純物プロファイルが崩れるこ
とになり、半導体デバイスの製造上好ましくない。レー
ザアニールは、１０００℃以上の高温にしてアモルファ
ス薄膜を部分的に溶融するため、冷却過程で下地基板と
の膨張係数の差により歪みを生じ、格子欠陥の発生を防
止することが困難である。
【０００３】高温処理することなく、アモルファス薄膜
を結晶化する方法として、アモルファス薄膜にシンクロ
トロン放射光（以下「ＳＲ光」という。）を照射して結
晶成長の核を形成し、後にアニールする方法が開示され
ている（特開平１−３００５１３）。この開示例による
と、ＳＲ光で７２時間照射（照射光子数８×１０21個／
ｃｍ2 ）し、その後、６００℃程度で約１時間アニール
することにより、結晶化されると報告されている。
を結晶化する方法として、アモルファス薄膜にシンクロ
トロン放射光（以下「ＳＲ光」という。）を照射して結
晶成長の核を形成し、後にアニールする方法が開示され
ている（特開平１−３００５１３）。この開示例による
と、ＳＲ光で７２時間照射（照射光子数８×１０21個／
ｃｍ2 ）し、その後、６００℃程度で約１時間アニール
することにより、結晶化されると報告されている。
【０００４】この開示例による方法では、比較的低温で
結晶化することができるが、ＳＲ光の照射のみで結晶化
させることができず、ＳＲ光の照射及びアニールの２工
程を必要とする。さらに、ＳＲ光の長時間の照射が必要
である。
結晶化することができるが、ＳＲ光の照射のみで結晶化
させることができず、ＳＲ光の照射及びアニールの２工
程を必要とする。さらに、ＳＲ光の長時間の照射が必要
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、従来の
アモルファス薄膜の結晶化方法では、基板の高温でのア
ニールを必要とする、または、長時間のＳＲ光照射工程
とアニール工程の２工程を必要とするという問題があ
る。
アモルファス薄膜の結晶化方法では、基板の高温でのア
ニールを必要とする、または、長時間のＳＲ光照射工程
とアニール工程の２工程を必要とするという問題があ
る。
【０００６】本発明の目的は、比較的低温で、かつ短時
間にアモルファス薄膜を結晶化する結晶化技術を提供す
ることである。
間にアモルファス薄膜を結晶化する結晶化技術を提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のＸ線照射結晶化
方法は、所定の閾値以上の光子密度を有し、かつアモル
ファス薄膜構成原子を内殻励起させることのできる光子
エネルギを有するＸ線を、アモルファス薄膜に照射し、
結晶化する。所定の閾値は、６×１０15個／ｓ・ｍｍ2
である。
方法は、所定の閾値以上の光子密度を有し、かつアモル
ファス薄膜構成原子を内殻励起させることのできる光子
エネルギを有するＸ線を、アモルファス薄膜に照射し、
結晶化する。所定の閾値は、６×１０15個／ｓ・ｍｍ2
である。
【０００８】前記Ｘ線は、シンクロトロン放射光であっ
て、かつ円盤状に放射された該シンクロトロン放射光を
その厚さ方向に収束し、ほぼ直線状の結像点を形成する
ようにしたＸ線でもよい。さらに、前記アモルファス薄
膜に前記シンクロトロン放射光を照射しつつ、前記アモ
ルファス薄膜を形成した試料を、前記直線状の結像点と
垂直な方向に所定の速さで移動してもよい。
て、かつ円盤状に放射された該シンクロトロン放射光を
その厚さ方向に収束し、ほぼ直線状の結像点を形成する
ようにしたＸ線でもよい。さらに、前記アモルファス薄
膜に前記シンクロトロン放射光を照射しつつ、前記アモ
ルファス薄膜を形成した試料を、前記直線状の結像点と
垂直な方向に所定の速さで移動してもよい。
【０００９】本発明のＸ線照射結晶化装置は、電子を所
定の環状軌道内に閉じ込めるための磁場発生手段を含む
シンクロトロン放射光装置と、前記環状軌道と同一平面
内であって、前記環状軌道の外側であり、かつ前記磁場
発生手段の内部に試料を載置するための、試料保持手段
とを含む。
定の環状軌道内に閉じ込めるための磁場発生手段を含む
シンクロトロン放射光装置と、前記環状軌道と同一平面
内であって、前記環状軌道の外側であり、かつ前記磁場
発生手段の内部に試料を載置するための、試料保持手段
とを含む。
【００１０】また、本発明の他のＸ線照射結晶化装置
は、電子を所定の環状軌道内に閉じ込めるための磁場発
生手段を含むシンクロトロン放射光装置と、前記磁場発
生手段の外部に取り出されたシンクロトロン放射光を、
その厚さ方向に収束し、直線状の結像点を形成するため
のシリンドリカルミラーとを含む。さらに、前記結像点
に試料を保持し、試料を該結像点と垂直な方向に移動す
るための試料走査手段を含んでもよい。
は、電子を所定の環状軌道内に閉じ込めるための磁場発
生手段を含むシンクロトロン放射光装置と、前記磁場発
生手段の外部に取り出されたシンクロトロン放射光を、
その厚さ方向に収束し、直線状の結像点を形成するため
のシリンドリカルミラーとを含む。さらに、前記結像点
に試料を保持し、試料を該結像点と垂直な方向に移動す
るための試料走査手段を含んでもよい。
【００１１】
【作用】所定の閾値以上の光子密度を有し、かつアモル
ファス薄膜構成原子を内殻励起させることができる光子
エネルギを有するＸ線を、アモルファス薄膜に照射する
ことによって、低温で、かつ短時間にアモルファス薄膜
を結晶化することができる。
ファス薄膜構成原子を内殻励起させることができる光子
エネルギを有するＸ線を、アモルファス薄膜に照射する
ことによって、低温で、かつ短時間にアモルファス薄膜
を結晶化することができる。
【００１２】ＳＲ光をその厚さ方向に収束して、アモル
ファス薄膜上に直線状の結像点を形成することにより、
光子密度を増加することができる。これにより、結晶化
の時間をより短縮することができる。さらに、アモルフ
ァス薄膜を形成した試料を結像点に対して垂直な方向に
移動することにより、より広い面積にわたって結晶化す
ることができる。
ファス薄膜上に直線状の結像点を形成することにより、
光子密度を増加することができる。これにより、結晶化
の時間をより短縮することができる。さらに、アモルフ
ァス薄膜を形成した試料を結像点に対して垂直な方向に
移動することにより、より広い面積にわたって結晶化す
ることができる。
【００１３】ＳＲ光装置の磁場発生手段の内部にまで試
料を挿入することにより、ＳＲ光の光源点と試料との距
離を短くすることができる。これにより、試料表面に照
射する光子密度を増加することができる。このようにし
て、結晶化に必要な閾値以上の光子密度を有するＳＲ光
を試料に照射することが可能になる。
料を挿入することにより、ＳＲ光の光源点と試料との距
離を短くすることができる。これにより、試料表面に照
射する光子密度を増加することができる。このようにし
て、結晶化に必要な閾値以上の光子密度を有するＳＲ光
を試料に照射することが可能になる。
【００１４】ＳＲ光装置の磁場発生手段の外部にシリン
ドリカルミラーを配置することにより、放出されたＳＲ
光をその厚さ方向に収束することができる。これによ
り、前述のように結晶化時間の短縮、結晶化面積の拡大
が可能になる。
ドリカルミラーを配置することにより、放出されたＳＲ
光をその厚さ方向に収束することができる。これによ
り、前述のように結晶化時間の短縮、結晶化面積の拡大
が可能になる。
【００１５】
【実施例】まず、本発明の実施例における基本的な考え
方について説明する。アモルファス薄膜を結晶化する
際、アニール温度を低温にするために、ＳＲ光の照射が
効果的であることは前述のとおりである。これは、ＳＲ
光により薄膜の構成原子を内殻から励起し多価のイオン
を生成することにより、原子のモビリティを増加して原
子が再配列するのを助けるためと考えられる。従って、
ＳＲ光の強度が強ければ強いほど結晶化が促進されると
考えられる。
方について説明する。アモルファス薄膜を結晶化する
際、アニール温度を低温にするために、ＳＲ光の照射が
効果的であることは前述のとおりである。これは、ＳＲ
光により薄膜の構成原子を内殻から励起し多価のイオン
を生成することにより、原子のモビリティを増加して原
子が再配列するのを助けるためと考えられる。従って、
ＳＲ光の強度が強ければ強いほど結晶化が促進されると
考えられる。
【００１６】本発明の実施例では、所定の閾値以上の強
度のＳＲ光を照射することにより、アニールなしで結晶
化が可能であることを示す。これは、以下の様に推量さ
れる。
度のＳＲ光を照射することにより、アニールなしで結晶
化が可能であることを示す。これは、以下の様に推量さ
れる。
【００１７】すなわち、ＳＲ光の照射により発生する多
価のイオンは、再結合により中性原子になるため、その
モビリティーが減少する。従って、ＳＲ光照射によるイ
オン化の速度が再結合の速度を上回るならば、原子の再
配列が促進し結晶化が進むと考えられる。このことか
ら、結晶化するために必要なＳＲ光の照射量は、単位面
積当たりに照射される総光子数のみではなく、単位面積
かつ単位時間当たりに照射される光子数、すなわち光子
密度によって決められる。
価のイオンは、再結合により中性原子になるため、その
モビリティーが減少する。従って、ＳＲ光照射によるイ
オン化の速度が再結合の速度を上回るならば、原子の再
配列が促進し結晶化が進むと考えられる。このことか
ら、結晶化するために必要なＳＲ光の照射量は、単位面
積当たりに照射される総光子数のみではなく、単位面積
かつ単位時間当たりに照射される光子数、すなわち光子
密度によって決められる。
【００１８】次に、図１、図２を参照して本発明の第１
の実施例について説明する。図１（Ａ）は、第１の実施
例によるＸ線照射結晶化装置の平面構成を示す断面図で
あり、図１（Ｂ）は、縦方向断面図を示す。図において
マイクロトロン等によって加速された電子は、入射ダク
ト１１から真空槽１４内に導入され、磁気チャネル１
２、１３によってその進行方向を調整される。インフレ
クタ１５は、電圧によって電子軌道を調整する手段であ
り、レゾナンスジャンパ１６は、電子を加速する際に磁
場変化によりベータ振動がレゾナンスを起こし、発散現
象を生じることを防止するためにレゾナンス状態を早期
に抜け出すために設けられた手段である。また、パータ
ベータ１７は、入射ビームを捕獲して所定の真円の電子
軌道１に導入するためのものである。導入された電子は
ＲＦキャビティ１８によって加速され、後に図１（Ｂ）
で示す磁石によって発生した紙面に垂直な方向の磁場に
より真円形状の電子軌道内に蓄積される。
の実施例について説明する。図１（Ａ）は、第１の実施
例によるＸ線照射結晶化装置の平面構成を示す断面図で
あり、図１（Ｂ）は、縦方向断面図を示す。図において
マイクロトロン等によって加速された電子は、入射ダク
ト１１から真空槽１４内に導入され、磁気チャネル１
２、１３によってその進行方向を調整される。インフレ
クタ１５は、電圧によって電子軌道を調整する手段であ
り、レゾナンスジャンパ１６は、電子を加速する際に磁
場変化によりベータ振動がレゾナンスを起こし、発散現
象を生じることを防止するためにレゾナンス状態を早期
に抜け出すために設けられた手段である。また、パータ
ベータ１７は、入射ビームを捕獲して所定の真円の電子
軌道１に導入するためのものである。導入された電子は
ＲＦキャビティ１８によって加速され、後に図１（Ｂ）
で示す磁石によって発生した紙面に垂直な方向の磁場に
より真円形状の電子軌道内に蓄積される。
【００１９】この電子軌道の上下には、図１（Ｂ）に示
される磁石２１が配置されており、図の上下の方向に強
い磁場が形成される。磁石２１の周囲には、超伝導コイ
ル２２が配置されており、この超伝導コイルに電流を供
給することにより、磁石２１に強磁場が発生する。超伝
導コイルは、液体ヘリウム冷凍機２５によって冷凍さ
れ、超伝導状態を保持する。
される磁石２１が配置されており、図の上下の方向に強
い磁場が形成される。磁石２１の周囲には、超伝導コイ
ル２２が配置されており、この超伝導コイルに電流を供
給することにより、磁石２１に強磁場が発生する。超伝
導コイルは、液体ヘリウム冷凍機２５によって冷凍さ
れ、超伝導状態を保持する。
【００２０】図１（Ｂ）に示す超伝導磁石構造は大きな
ギャップを有し、その間に真空槽１４が配置されてお
り、その内部に電子軌道１が形成される。なお、磁石２
１は、その外側に配置されたリターンヨーク２３によっ
て磁気回路が構成されている。
ギャップを有し、その間に真空槽１４が配置されてお
り、その内部に電子軌道１が形成される。なお、磁石２
１は、その外側に配置されたリターンヨーク２３によっ
て磁気回路が構成されている。
【００２１】一様な磁場Ｂに荷電粒子を速度ｖで入射さ
せると、この荷電粒子にはｅ（ｖ×Ｂ）の力が作用し、
この力を向心力とする円運動を行う。このようにして、
完全円形の電子軌道が形成される。
せると、この荷電粒子にはｅ（ｖ×Ｂ）の力が作用し、
この力を向心力とする円運動を行う。このようにして、
完全円形の電子軌道が形成される。
【００２２】本装置には先端に試料５を取り付けて、リ
ターンヨーク２３の内側に試料を配置するためのトラン
スファーロッド４が設けられている。図１には、１個の
トランスファーロッドのみを記載してあるが、電子軌道
１の周囲に所定の間隔で複数個のトランスファーロッド
を設けてもよい。
ターンヨーク２３の内側に試料を配置するためのトラン
スファーロッド４が設けられている。図１には、１個の
トランスファーロッドのみを記載してあるが、電子軌道
１の周囲に所定の間隔で複数個のトランスファーロッド
を設けてもよい。
【００２３】ＳＲ光は、原理的に発散光であるため、光
子密度は光源の大きさを無視するならば距離の自乗に反
比例する。ＳＲ光を利用する場合は、シンクロトロンを
保護するために、リターンヨーク２３の外側にＳＲ光を
取り出して利用する方法が一般的であった。しかし、リ
ターンヨーク２３の外側にＳＲ光を取り出すと、光子密
度が減少するため好ましくない。
子密度は光源の大きさを無視するならば距離の自乗に反
比例する。ＳＲ光を利用する場合は、シンクロトロンを
保護するために、リターンヨーク２３の外側にＳＲ光を
取り出して利用する方法が一般的であった。しかし、リ
ターンヨーク２３の外側にＳＲ光を取り出すと、光子密
度が減少するため好ましくない。
【００２４】本実施例では、トランスファーロッド４を
リターンヨーク２３に埋め込み、試料をリターンヨーク
２３の内側に配置することにより、所望の光子密度を得
ることが可能になる。
リターンヨーク２３に埋め込み、試料をリターンヨーク
２３の内側に配置することにより、所望の光子密度を得
ることが可能になる。
【００２５】例えば、図１に示す結晶化装置の場合、蓄
積電流１ｍＡのとき、単位時間単位面積あたりに照射さ
れる０．１ｋｅＶ以上の光子密度は、光源からの距離が
０．７５ｍ、２ｍ、５ｍのとき、それぞれ２．６×１０
13個／ｍＡ・ｓ・ｍｍ2 、４．１×１０12個／ｍＡ・ｓ
・ｍｍ2 、６．６×１０11個／ｍＡ・ｓ・ｍｍ2 であ
る。
積電流１ｍＡのとき、単位時間単位面積あたりに照射さ
れる０．１ｋｅＶ以上の光子密度は、光源からの距離が
０．７５ｍ、２ｍ、５ｍのとき、それぞれ２．６×１０
13個／ｍＡ・ｓ・ｍｍ2 、４．１×１０12個／ｍＡ・ｓ
・ｍｍ2 、６．６×１０11個／ｍＡ・ｓ・ｍｍ2 であ
る。
【００２６】次に、図１に示す結晶化装置を使用してア
モルファス薄膜の結晶化を行った実験結果について説明
する。シリコンの単結晶基板に、大量の砒素（Ａｓ）を
ドープして表面をアモルファス化した試料を、トランス
ファーロッド４の先端に取り付ける。トランスファーロ
ッド４をリターンヨーク２３の中に挿入し、試料５を光
源点から０．７ｍの位置に載置してＳＲ光を照射する。
モルファス薄膜の結晶化を行った実験結果について説明
する。シリコンの単結晶基板に、大量の砒素（Ａｓ）を
ドープして表面をアモルファス化した試料を、トランス
ファーロッド４の先端に取り付ける。トランスファーロ
ッド４をリターンヨーク２３の中に挿入し、試料５を光
源点から０．７ｍの位置に載置してＳＲ光を照射する。
【００２７】ＳＲ光照射に際しては、蓄積電流と照射時
間との積が一定値６０ｍＡ・ｈとなる条件で行った。す
なわち、試料に照射される単位面積当たりの光子総数が
一定となる条件下で結晶化を行った。
間との積が一定値６０ｍＡ・ｈとなる条件で行った。す
なわち、試料に照射される単位面積当たりの光子総数が
一定となる条件下で結晶化を行った。
【００２８】図２は、照射する光子密度を変化させたと
きの結晶化の度合いを示すグラフである。横軸は、照射
した光子密度を単位１０15個／ｓ・ｍｍ2 で表し、縦軸
は、シリコン単結晶のラマンピークの高さに対するＳＲ
光照射後の結晶化された薄膜のラマンピークの高さの比
を表す。
きの結晶化の度合いを示すグラフである。横軸は、照射
した光子密度を単位１０15個／ｓ・ｍｍ2 で表し、縦軸
は、シリコン単結晶のラマンピークの高さに対するＳＲ
光照射後の結晶化された薄膜のラマンピークの高さの比
を表す。
【００２９】光子密度が６×１０15個／ｓ・ｍｍ2 以下
のときは、ラマンピークは見られず、ほとんど結晶化し
ていない。光子密度が６×１０15個／ｓ・ｍｍ2 以上に
なるとラマンピークは急激に高くなり、約７．６×１０
15個／ｓ・ｍｍ2 のときにラマンピークの高さの比は約
０．７５になる。すなわち、光子密度が６×１０15個／
ｓ・ｍｍ2 以上になると急激に結晶化が始まることがわ
かる。
のときは、ラマンピークは見られず、ほとんど結晶化し
ていない。光子密度が６×１０15個／ｓ・ｍｍ2 以上に
なるとラマンピークは急激に高くなり、約７．６×１０
15個／ｓ・ｍｍ2 のときにラマンピークの高さの比は約
０．７５になる。すなわち、光子密度が６×１０15個／
ｓ・ｍｍ2 以上になると急激に結晶化が始まることがわ
かる。
【００３０】このことから、結晶化を起こすためには、
光子密度が一定の閾値以上でなければならないと推察で
きる。その閾値以下の光子密度では、長時間ＳＲ光照射
を行い、単位面積当たりに照射する総光子数を増加させ
ても結晶化は起こらない。逆に、光子密度が高ければ、
約１０分でも結晶化が起こる。照射条件を適切に選べ
ば、約１分でも結晶化が起こることが確認されている。
光子密度が一定の閾値以上でなければならないと推察で
きる。その閾値以下の光子密度では、長時間ＳＲ光照射
を行い、単位面積当たりに照射する総光子数を増加させ
ても結晶化は起こらない。逆に、光子密度が高ければ、
約１０分でも結晶化が起こる。照射条件を適切に選べ
ば、約１分でも結晶化が起こることが確認されている。
【００３１】ＳＲ光照射中の基板温度は、１０分照射し
た場合でも、４００℃以上にはならないことが実験的に
確かめられている。このように、比較的低温で、かつ短
時間にアモルファス薄膜を結晶化することが可能にな
る。
た場合でも、４００℃以上にはならないことが実験的に
確かめられている。このように、比較的低温で、かつ短
時間にアモルファス薄膜を結晶化することが可能にな
る。
【００３２】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。上記第１の実施例では、試料をリターンヨーク２
３の内部に挿入する必要があるため、ＳＲ光を走査する
ことが困難である。従って、大面積の試料を結晶化する
には適していない。また、光子密度を増加させるのも限
界があり、結晶化時間をさらに短縮することは困難であ
る。
する。上記第１の実施例では、試料をリターンヨーク２
３の内部に挿入する必要があるため、ＳＲ光を走査する
ことが困難である。従って、大面積の試料を結晶化する
には適していない。また、光子密度を増加させるのも限
界があり、結晶化時間をさらに短縮することは困難であ
る。
【００３３】第２の実施例は、光子密度をさらに増加さ
せ、かつ大面積の試料を結晶化するのに適した例であ
る。ＳＲ光は、円盤状に放射され、円板の円周方向には
強度は均一である。この円板の厚さは、通常１ｍｍ以下
であり、通常のＳＲ光の利用では、円盤状のＳＲ光を厚
さ方向に収束することはせず、円周方向に収束する。
せ、かつ大面積の試料を結晶化するのに適した例であ
る。ＳＲ光は、円盤状に放射され、円板の円周方向には
強度は均一である。この円板の厚さは、通常１ｍｍ以下
であり、通常のＳＲ光の利用では、円盤状のＳＲ光を厚
さ方向に収束することはせず、円周方向に収束する。
【００３４】本実施例では、円盤状のＳＲ光を厚さ方向
に収束し、照射面に直線状に像を形成させる。試料を結
像点に配置して、直線状の結像点に対して垂直方向に試
料を移動することにより、試料の広い部分にＳＲ光を照
射することができる。
に収束し、照射面に直線状に像を形成させる。試料を結
像点に配置して、直線状の結像点に対して垂直方向に試
料を移動することにより、試料の広い部分にＳＲ光を照
射することができる。
【００３５】また、ＳＲ光は、前述のとおり円盤の円周
方向には強度が均一であるため、一定の速さで試料を移
動することにより、試料表面に均一にＳＲ光を照射する
ことができる。
方向には強度が均一であるため、一定の速さで試料を移
動することにより、試料表面に均一にＳＲ光を照射する
ことができる。
【００３６】図３を参照して第２の実施例によるＳＲ光
の収束方法について説明する。電子軌道１から放射され
リターンヨークの外側に取り出された円盤状のＳＲ光の
一部が、曲率半径約９０ｍのシリンドリカルミラー３０
に入射している。シリンドリカルミラー３０によって反
射されたＳＲ光は、その厚さ方向に収束され直線状の像
３１を形成する。なお、図３においては、理解の容易の
ため、シリンドリカルミラー３０の曲率を実際よりも誇
張して記載している。
の収束方法について説明する。電子軌道１から放射され
リターンヨークの外側に取り出された円盤状のＳＲ光の
一部が、曲率半径約９０ｍのシリンドリカルミラー３０
に入射している。シリンドリカルミラー３０によって反
射されたＳＲ光は、その厚さ方向に収束され直線状の像
３１を形成する。なお、図３においては、理解の容易の
ため、シリンドリカルミラー３０の曲率を実際よりも誇
張して記載している。
【００３７】光源点から約３ｍの結像点３１には、試料
走査装置３２が設けられている。試料走査装置３２は、
アモルファス薄膜がちょうど結像点３１の位置になるよ
うに試料を保持し、結像点３１と垂直の方向に所定の速
さで移動させることができる。
走査装置３２が設けられている。試料走査装置３２は、
アモルファス薄膜がちょうど結像点３１の位置になるよ
うに試料を保持し、結像点３１と垂直の方向に所定の速
さで移動させることができる。
【００３８】シリンドリカルミラー３０は、対象とする
ＳＲ光の波長に対して十分高い反射率を有する炭化シリ
コン（ＳｉＣ）にプラチナ（Ｐｔ）をコーティングした
光学部品等で構成される。
ＳＲ光の波長に対して十分高い反射率を有する炭化シリ
コン（ＳｉＣ）にプラチナ（Ｐｔ）をコーティングした
光学部品等で構成される。
【００３９】図４は、シリンドリカルミラー３０によっ
て収束されたＳＲ光をレイトレースした結果を示す。図
４の左下図は、光子の面内分布を表すグラフであり、横
軸は厚さ方向の広がりを単位ｍｍで表し、縦軸は円周方
向の広がりを単位ｍｍで表す。左上図は、円周方向に射
影した厚さ方向のＳＲ光の強度分布を示す。横軸は厚さ
方向の広がりを表し、縦軸は相対強度で表す。右下図
は、厚さ方向に射影した円周方向のＳＲ光の強度分布を
示す。縦軸は円周方向の広がりを表し、横軸は相対強度
を示す。
て収束されたＳＲ光をレイトレースした結果を示す。図
４の左下図は、光子の面内分布を表すグラフであり、横
軸は厚さ方向の広がりを単位ｍｍで表し、縦軸は円周方
向の広がりを単位ｍｍで表す。左上図は、円周方向に射
影した厚さ方向のＳＲ光の強度分布を示す。横軸は厚さ
方向の広がりを表し、縦軸は相対強度で表す。右下図
は、厚さ方向に射影した円周方向のＳＲ光の強度分布を
示す。縦軸は円周方向の広がりを表し、横軸は相対強度
を示す。
【００４０】集光ミラーを用いないときのＳＲ光の広が
りは３ｍｍであるのに対して、グラフから集光ミラーを
用いたときの広がりは約０．３ｍｍとなり、単位面積当
たりの光子密度が約１０倍になっていることがわかる。
りは３ｍｍであるのに対して、グラフから集光ミラーを
用いたときの広がりは約０．３ｍｍとなり、単位面積当
たりの光子密度が約１０倍になっていることがわかる。
【００４１】また、第１の実施例の場合のように、光源
点から０．７ｍの距離に試料を配置した場合のＳＲ光の
広がりは約１ｍｍであり、集光ミラーを用いることによ
り、光子密度が約２倍になっている。
点から０．７ｍの距離に試料を配置した場合のＳＲ光の
広がりは約１ｍｍであり、集光ミラーを用いることによ
り、光子密度が約２倍になっている。
【００４２】図３に示したシリンドリカルミラー３１を
使用し、ＳＲ光の斜入射角を０．６度にすると、結像点
３２での蓄積電流１ｍＡ当たりの光子密度は、５×１０
13個／ｍＡ・ｓ・ｍｍ2 となる。例えば、蓄積電流を３
００ｍＡとすると、光子密度は１５×１０15個／ｓ・ｍ
ｍ2 となり、結晶化に必要な光子密度閾値よりも十分大
きな光子密度を得ることができる。
使用し、ＳＲ光の斜入射角を０．６度にすると、結像点
３２での蓄積電流１ｍＡ当たりの光子密度は、５×１０
13個／ｍＡ・ｓ・ｍｍ2 となる。例えば、蓄積電流を３
００ｍＡとすると、光子密度は１５×１０15個／ｓ・ｍ
ｍ2 となり、結晶化に必要な光子密度閾値よりも十分大
きな光子密度を得ることができる。
【００４３】このように、シリンドリカルミラーによっ
てＳＲ光を厚さ方向に収束することにより、光子密度を
増加することができる。さらに、直線状の結像点３１の
位置に試料を配置し、この直線に対して垂直に試料を移
動することにより、試料表面の広い面積において結晶化
を行うことができる。
てＳＲ光を厚さ方向に収束することにより、光子密度を
増加することができる。さらに、直線状の結像点３１の
位置に試料を配置し、この直線に対して垂直に試料を移
動することにより、試料表面の広い面積において結晶化
を行うことができる。
【００４４】なお、試料の前に、所望の形状にパターニ
ングされたマスクを配置し、ＳＲ光を選択的に遮蔽しつ
つ、マスクと試料を同時に移動することにより、選択的
に結晶化することができる。この手法を応用することに
より、量子デバイスを作製することが可能になる。
ングされたマスクを配置し、ＳＲ光を選択的に遮蔽しつ
つ、マスクと試料を同時に移動することにより、選択的
に結晶化することができる。この手法を応用することに
より、量子デバイスを作製することが可能になる。
【００４５】上記実施例では、電子軌道がほぼ真円状の
ＳＲ光装置を使用した場合について説明したが、楕円状
またはその他の形状の電子軌道を有するＳＲ光装置を使
用してもよい。
ＳＲ光装置を使用した場合について説明したが、楕円状
またはその他の形状の電子軌道を有するＳＲ光装置を使
用してもよい。
【００４６】また、上記実施例では、試料にＳＲ光を照
射する場合について説明したが、内殻励起させることの
できる光子エネルギを有するＸ線であれば、その他のＸ
線でもよい。
射する場合について説明したが、内殻励起させることの
できる光子エネルギを有するＸ線であれば、その他のＸ
線でもよい。
【００４７】また、上記実施例では、単結晶基板上に形
成されたアモルファス薄膜を結晶化する場合について説
明したが、結晶化する原理は、アモルファス構成原子を
内殻励起させ、原子のモビリティを増加させることにあ
るため、必ずしも単結晶基板上に形成したアモルファス
薄膜に限らない。例えば、ガラス基板等のアモルファス
基板上に形成されたアモルファス薄膜を結晶化させる場
合も、同様の効果が得られるであろう。
成されたアモルファス薄膜を結晶化する場合について説
明したが、結晶化する原理は、アモルファス構成原子を
内殻励起させ、原子のモビリティを増加させることにあ
るため、必ずしも単結晶基板上に形成したアモルファス
薄膜に限らない。例えば、ガラス基板等のアモルファス
基板上に形成されたアモルファス薄膜を結晶化させる場
合も、同様の効果が得られるであろう。
【００４８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アモルファス薄膜を低温でかつ短時間に結晶化すること
ができる。そのため、欠陥の少ない良質の結晶薄膜を作
製することが可能になる。
アモルファス薄膜を低温でかつ短時間に結晶化すること
ができる。そのため、欠陥の少ない良質の結晶薄膜を作
製することが可能になる。
【図１】本発明の第１の実施例によるＸ線照射結晶化装
置の平面断面図及び縦方向断面図である。
置の平面断面図及び縦方向断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例によるＳＲ光照射後の結
晶薄膜の、照射光子密度を変化させたときのラマンピー
ク強度の変化を示すグラフである。
晶薄膜の、照射光子密度を変化させたときのラマンピー
ク強度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施例によるＸ線照射結晶化装
置のシリンドリカルミラーと試料走査手段を示す概略図
である。
置のシリンドリカルミラーと試料走査手段を示す概略図
である。
【図４】本発明の第２の実施例によるＳＲ光照射面の強
度分布を示すグラフである。
度分布を示すグラフである。
１ 電子軌道 ４ トランスファーロッド ５ 試料 １１ 入射ダクト １２、１３ 磁気チャネル １４ 真空槽 １５ インフレクタ １６ レゾナンスジャンパ １７ パータベータ １８ ＲＦキャビティ ２１ 磁石 ２２ 超伝導コイル ２３ リターンヨーク ２５ 液体ヘリウム冷凍機 ３０ シリンドリカルミラー ３１ 結像点 ３２ 試料走査装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 隆典 東京都田無市谷戸町２丁目１番１号 住 友重機械工業株式会社 田無製造所内 (72)発明者 増井 新 東京都田無市谷戸町２丁目１番１号 住 友重機械工業株式会社 田無製造所内 (56)参考文献 特開 平３−74838（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−102310（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−66123（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/20
Claims (6)
- 【請求項１】 ６×１０15個／ｓ・ｍｍ2以上の光子密
度を有し、かつシリコン原子を内殻励起させることので
きる光子エネルギを有するＸ線を、アモルファスシリコ
ン薄膜に照射し、結晶化するＸ線照射結晶化方法。 - 【請求項２】 所定の閾値以上の光子密度を有し、かつ
アモルファス薄膜構成原子を内殻励起させることのでき
る光子エネルギを有するシンクロトロン照射光であっ
て、円盤状に放射された該シンクロトロン放射光をその
厚さ方向に収束し、ほぼ直線状の結像点を形成するよう
にしたシンクロトロン放射光をアモルファス薄膜に照射
し、結晶化するＸ線照射結晶化方法。 - 【請求項３】 さらに、前記アモルファス薄膜に前記シ
ンクロトロン放射光を照射しつつ、前記アモルファス薄
膜を形成した試料を、前記直線状の結像点と垂直な方向
に所定の速さで移動する請求項２記載のＸ線照射結晶化
方法。 - 【請求項４】 電子を所定の環状軌道内に閉じ込めるた
めの磁場発生手段を含むシンクロトロン放射光装置と、 前記環状軌道と同一平面内であって、前記環状軌道の外
側であり、かつ前記磁場発生手段の内部に試料を載置す
るための、試料保持手段とを含むＸ線照射結晶化装置。 - 【請求項５】 電子を所定の環状軌道内に閉じ込めるた
めの磁場発生手段を含むシンクロトロン放射光装置と、 前記磁場発生手段の外部に取り出されたシンクロトロン
放射光を、その厚さ方向に収束し、直線状の結像点を形
成するための集光ミラーとを含むＸ線照射結晶化装置。 - 【請求項６】 さらに、前記結像点に試料を保持し、試
料を該結像点と垂直な方向に移動するための試料走査手
段を含む請求項５記載のＸ線照射結晶化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5316869A JP2995138B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | Ｘ線照射結晶化方法及び結晶化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5316869A JP2995138B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | Ｘ線照射結晶化方法及び結晶化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169687A JPH07169687A (ja) | 1995-07-04 |
| JP2995138B2 true JP2995138B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=18081824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5316869A Expired - Fee Related JP2995138B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | Ｘ線照射結晶化方法及び結晶化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995138B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5177784B2 (ja) * | 2005-08-25 | 2013-04-10 | 孝晏 望月 | 半導体結晶膜の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP5316869A patent/JP2995138B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07169687A (ja) | 1995-07-04 |
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