JPH10116787A

JPH10116787A - 電子線励起固相成長方法

Info

Publication number: JPH10116787A
Application number: JP8271995A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Shimizu; 紀嘉清水; Osamu Ueda; 修上田; Hideki Kitada; 秀樹北田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電子線励起固相成長方法に関し、低温で、且
つ、所望の領域の非晶質薄膜を再現性良く単結晶化す
る。【解決手段】基板１上に非晶質薄膜２を堆積したの
ち、非晶質薄膜２に電子線３を照射して非晶質薄膜２に
空孔・格子間原子型欠陥を誘起し、非晶質薄膜２を結晶
化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子線励起固相成長
方法に関するものであり、特に、基板上に堆積させた非
晶質薄膜を低温で、且つ、所定領域を結晶化するための
電子線励起固相成長方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、安価なガラス基板、或いは、石英
基板上に設けた半導体薄膜に半導体素子を形成する技術
としては、アクティブマトリクス型液晶表示装置に用い
るＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等が知られているが、こ
れらの半導体薄膜としては、非晶質（アモルファス）シ
リコン膜、或いは、多結晶シリコン膜が用いられてお
り、キャリアの移動度が小さい、即ち、動作速度が遅い
という問題がある。

【０００３】この様な問題を解決するためには、半導体
薄膜を単結晶化すれば良いことは知られており、実際
に、レーザビーム照射や電子線照射によってシリコン薄
膜を単結晶化することが試みられている。

【０００４】また、量子閉じ込め効果を利用した高速デ
バイスや高効率発光素子等の量子デバイス技術分野にお
いては、選択エッチングや選択成長等を利用して量子細
線や量子箱（量子ドット）を形成することが試みられて
おり、この様な量子ドットを利用したデバイスとして、
フォトホールバーニングメモリやＳＥＴ（単一電子トラ
ンジスタ）等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のレーザ
ビーム照射や電子線照射による加熱溶融による結晶化の
場合には、単結晶化したシリコン薄膜には転位が高密度
に発生したり、表面の凹凸が大きくなり、実用にならな
いという問題がある。

【０００６】また、この様な熱エネルギーを利用した結
晶成長の場合には、供給される原子は熱的過程を経て安
定な格子位置に納まることになるが、原料相から物質供
給を受けて安定に結晶成長するためには所定の温度が必
要になり、そのために基板の加熱が必要になり、例え
ば、種となる結晶核の存在しない固相成長の場合には６
００℃以上の基板加熱温度が必要になる。

【０００７】また、基板の温度があまり高くない状態に
おいては、加熱溶融領域における原子の相互拡散速度が
遅く、結晶化に時間がかかるため、加熱溶融領域に多数
の結晶核が発生して多結晶になりやすいという問題があ
り、逆に、基板の加熱温度を高くすると安価なガラス基
板を使用できないという問題が生ずる。

【０００８】さらに、単結晶シリコン基板上にシリコン
層をエピタキシャル成長させる場合にも、表面の自然酸
化膜を除去する前処理が必要となり、且つ、低温成長技
術であるＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法を利用する
場合でも、４００℃以上の基板温度を必要とする。

【０００９】例えば、ＭＢＥ法によって室温でシリコン
層をエピタキシャル成長させた場合には、１〜３ｎｍ程
度までしかエピタキシャル成長せず、それ以上は非晶質
シリコン層になることが知られている（必要ならば、Ｐ
ｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏ
ｌ．６５，Ｎｏ．１０，１９９０，ｐ．１２２７参
照）。

【００１０】また、後者の量子デバイスの形成に際して
は選択エッチング等を利用しているため、１０ｎｍ程度
の大きさの量子細線や量子箱を所望の場所に再現性良く
形成することは非常に困難であるという問題がある。

【００１１】したがって、本発明は、低温で、且つ、所
望の領域の非晶質薄膜を再現性良く単結晶化することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、また、図２及び図３は本発明におけ
る電子線照射の作用の説明図であり、この図１乃至図３
を参照して本発明における課題を解決するための手段を
説明する。図１（ａ）乃至（ｃ）参照（１）本発明は、電子線励起固相成長法において、基板
１上に非晶質薄膜２を堆積したのち、非晶質薄膜２に電
子線３を照射して非晶質薄膜２に空孔・格子間原子型欠
陥を誘起し、非晶質薄膜２を結晶化することを特徴とす
る。

【００１３】この様に、非晶質薄膜２に電子線３を照射
して非晶質薄膜２に空孔・格子間原子型欠陥を誘起する
ことによって、基板１を加熱することなく、非晶質薄膜
２の所定の領域を再現性良く単結晶化して結晶化領域５
を形成することができる。

【００１４】ここで、電子線３を照射して非晶質薄膜２
に空孔・格子間原子型欠陥を誘起した場合の結晶化の機
構が、従来の電子線照射に伴う加熱による結晶化と異な
ることを図２及び図３を参照して説明する。

【００１５】図２（ａ）参照まず、単結晶シリコン基板１１上に１０Å（１ｎｍ）程
度の自然酸化膜１２を介してＭＢＥ法によって室温で厚
さ５０ｎｍのアモルファスシリコン膜１３を堆積させた
のち、単結晶シリコン基板１１の主面に垂直な断面の薄
片が得られるように１０〜２０ｎｍの厚さになるように
薄片化処理して、加速電圧２００ｋＶの透過顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）を用いて、単結晶シリコン基板１１とアモルファ
スシリコン膜１３との界面にビーム径が約５ｎｍの電子
線１４を、ビーム電流０．２ｎＡで２０秒間照射する。

【００１６】図２（ｂ）参照図２（ｂ）は電子線１４の照射結果を示すものであり、
電子線１４の照射した位置の単結晶シリコン基板１１側
に凸部１５が形成されており、この凸部１５の格子像を
ＴＥＭにより確認した結果、格子像における格子縞に乱
れがなく、単結晶化していること、即ち、エピタキシャ
ル成長していることが観察された。

【００１７】なお、ＴＥＭによる観察では、単結晶シリ
コン基板１１とアモルファスシリコン膜１３との界面の
自然酸化膜１２は、アモルファスシリコン膜１３側に移
動した白いコントラストとして見える。

【００１８】これは、電子線１４を照射したアモルファ
スシリコン膜１３のシリコン原子が自然酸化膜１２を突
き抜けて単結晶シリコン基板１１に達してエピタキシャ
ル成長したものと考えられ、従来の電子線照射による加
熱効果では得られない現象である。

【００１９】図２（ｃ）参照図２（ｃ）は、ビーム電流０．２ｎＡで、ビーム径が約
５ｎｍの電子線１４を、単結晶シリコン基板１１とアモ
ルファスシリコン膜１３との界面に照射し、６ｎｍ／分
の速度でアモルファスシリコン膜１３側に走査した結果
を示すものであり、この場合も、電子線１４を照射した
領域のみが突起部１６として単結晶化していることがＴ
ＥＭの観測結果から確認された。

【００２０】図３（ｄ）参照図３（ｄ）は、ビーム電流０．５ｎＡで、ビーム径が約
５ｎｍの電子線１４を、単結晶シリコン基板１１から３
０ｎｍ離れたアモルファスシリコン膜１３に１分間照射
した結果を示すものであり、この場合も、電子線１４を
照射した領域のみが結晶化領域１７として単結晶化して
いることがＴＥＭの観測結果から確認された。

【００２１】通常の電子線照射に伴う熱アニールの効果
であるならば、加熱溶融領域における原子の相互拡散速
度が遅く、結晶化に時間がかかるため、加熱溶融領域に
多数の結晶核が発生して多結晶になる可能性が高いが、
図３（ｄ）の場合には単結晶的な結晶化領域１７が形成
されているので、この点からも、本発明の場合には従来
の電子線照射による加熱効果とは異なるものと考えられ
る。

【００２２】図３（ｅ）参照図３（ｅ）は、単結晶シリコン基板１１を約１０^-11Ｔ
ｏｒｒの真空中において１２００℃で加熱処理を施し
て、表面の自然酸化膜を除去し、次いで、単結晶シリコ
ン基板１１を２００℃まで降温したのち、ＭＢＥ法によ
ってＡｌ膜１８を２モノレイヤー（１モノレイヤー：
６．８×１０¹⁴ｃｍ^-2）蒸着し、次いで、室温で厚さ５
０ｎｍのアモルファスシリコン膜１３を堆積させたの
ち、単結晶シリコン基板１１の主面に垂直な断面の薄片
が得られるように１０〜２０ｎｍの厚さになるように薄
片化処理し、次いで、薄片化した試料の単結晶シリコン
基板１１とアモルファスシリコン膜１３との界面に、ビ
ーム電流０．２ｎＡで、ビーム径が約５ｎｍの電子線１
４を２０秒間照射した結果を示すものであり、この場合
も、単結晶シリコン基板１１側に凸部１５が見られる。

【００２３】この凸部１５の格子像をＴＥＭにより確認
した結果、格子像における格子縞に乱れがなく、単結晶
化していること、即ち、単結晶状のシリコンがエピタキ
シャル成長していることが観察された。

【００２４】通常の電子線照射に伴う熱アニールの効果
であるならば、加熱溶融領域に多数の結晶核が発生して
多結晶になる可能性が高く、且つ、Ａｌと合金化してシ
リサイドが形成される可能性が高いが、図３（ｄ）の場
合には単結晶的なシリコンによる凸部１５が形成されて
いるので、この点からも、本発明の場合には従来の電子
線照射による加熱効果とは異なるものと考えられる。

【００２５】図３（ｆ）参照図３（ｆ）は、単結晶シリコン基板１１上に１０Å（１
ｎｍ）程度の自然酸化膜１２を介してＭＢＥ法によって
室温で厚さ５０ｎｍのアモルファスゲルマニウム膜１９
を堆積させたのち、単結晶シリコン基板１１の主面に垂
直な断面の薄片が得られるように１０〜２０ｎｍの厚さ
になるように薄片化処理して、単結晶シリコン基板１１
とアモルファスゲルマニウム膜１９との界面にビーム径
が約５ｎｍの電子線１４を、ビーム電流０．２ｎＡで２
０秒間照射した結果を示すものであり、電子線１４の照
射した位置の単結晶シリコン基板１１側にに凸部１５が
形成されており、この凸部１５の格子像をＴＥＭにより
確認した結果、格子像における格子縞に乱れがなく、単
結晶化していること、即ち、エピタキシャル成長してい
ることが観察された。

【００２６】但し、この場合には、アモルファスシリコ
ン膜１３の場合と異なり、結晶化が不完全であり、ま
た、図３（ｄ）の場合と同様に、単結晶シリコン基板１
１とアモルファスゲルマニウム膜１９との界面から３０
ｎｍ離れたアモルファスゲルマニウム膜１９に、ビーム
電流０．５ｎＡで、ビーム径が約５ｎｍの電子線１４を
１分間照射した場合には、あまり結晶化しなかった。

【００２７】以上の結果から、電子線照射領域内におい
ては、非晶質薄膜内の個々の原子がある励起状態に励起
されて熱エネルギーでは起こりえない程活発に動き回っ
ていることが分かり、この様に励起された原子は自然酸
化膜や金属膜を透過して拡散・移動するという従来には
ない現象が見られる。

【００２８】なお、単結晶からなるヘテロ接合界面や、
多結晶／単結晶界面に収束電子線を照射しても、この様
な異常拡散現象は通常観測されないので、ダングリング
・ボンドが多く原子間の結合が弱い非晶質膜特有の現象
であると考えられる。

【００２９】即ち、本発明の場合には電子線１４の照射
によりアモルファスシリコン膜１３を構成するシリコン
原子の内殻電子が励起され、励起された電子がオージェ
過程を通じて緩和され、不安定なＳｉ⁺⁴やＳｉ⁺⁵等の多
価イオン状態から空孔・格子間原子型の欠陥が形成さ
れ、この空孔・格子間原子型の欠陥が固相成長時のシリ
コン原子の拡散に対する駆動力となるものと考えられ
る。

【００３０】この様な内殻電子の励起による空孔・格子
間原子型の欠陥を利用して固相成長させることは、シン
クロトロン放射光（ＳＲ）による硬Ｘ線照射を利用する
ことによって、熱的アニールより低温で、且つ、高品質
な結晶膜を固相成長させることが報告されているが（必
要ならば、ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡ
ｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．３０，Ｎｏ．
２Ａ，１９９１，ｐ．Ｌ２０５，及び、応用物理，Ｖｏ
ｌ．６０，Ｎｏ．８，１９９１，ｐ．８０４〜８０７参
照）、本発明者等は、電子線照射によっても同様な固相
成長が生ずることを初めて発見したものである。

【００３１】なお、電子線照射の場合には、シンクロト
ロン放射光による硬Ｘ線照射と異なり、初期の固相成長
時に、基板の加熱が不要であるという特徴を有するの
で、より低温処理が可能になる。

【００３２】再び、図１（ａ）乃至（ｃ）参照（２）また、本発明は、電子線励起固相成長法におい
て、基板１上に非晶質薄膜２を堆積したのち、非晶質薄
膜２に１０ｋｅＶ以上のエネルギーの電子線３を照射し
て非晶質薄膜２を結晶化することを特徴とする。

【００３３】この様な電子線３による内殻電子の励起に
よる空孔・格子間原子型の欠陥の形成は、電子線３のエ
ネルギーを２ｋｅＶ以上にした場合に顕著になるが、ビ
ーム径を１０ｎｍ以下に収束した高電流密度の電子線を
得るためには１０ｋｅＶが好ましい。

【００３４】（３）また、本発明は、上記（２）におい
て、非晶質薄膜２に照射する電子線３のエネルギーを２
５〜１０００ｋｅＶにしたことを特徴とする。

【００３５】この様な電子線３による内殻電子の励起に
よる空孔・格子間原子型の欠陥をより効果的に形成する
ためには、電子線３のエネルギーを２５〜１０００ｋｅ
Ｖにすることが望ましい。

【００３６】（４）また、本発明は、上記（１）乃至
（３）のいずれかにおいて、非晶質薄膜２に照射する電
子線３の電流密度を５×１０²Ａ／ｃｍ²以上にしたこ
とを特徴とする。

【００３７】この様な単結晶化を効果的に行うために
は、照射する電子線３の電流密度を５×１０²Ａ／ｃｍ
²以上にする必要がある。

【００３８】（５）また、本発明は、上記（４）におい
て、非晶質薄膜２に照射する電子線３の電流密度を１．
０×１０³〜１．０×１０⁵Ａ／ｃｍ²にしたことを特
徴とする。

【００３９】この様な単結晶化をより効果的に行うため
には、照射する電子線３の電流密度を１．０×１０³〜
１．０×１０⁵Ａ／ｃｍ²にすることが望ましい。

【００４０】（６）また、本発明は、上記（１）乃至
（５）のいずれかにおいて、電子線３を非晶質薄膜２の
特定の領域に照射することを特徴とする。

【００４１】この様に、電子線３は、スポット状に照射
しても良いし、或いは、電子線３を走査方向４に走査す
ることにより、線状の結晶化領域５を形成しても良いも
のである。

【００４２】（７）また、本発明は、上記（６）におい
て、電子線３のスポットの直径を１０ｎｍ以下にしたこ
とを特徴とする。

【００４３】この様に、電子線３を照射する場合には、
スポットの直径を１０ｎｍ以下にすることによって、結
晶核の発生を最小限に抑えて、多結晶膜の形成を抑制す
ることができる。

【００４４】（８）また、本発明は、上記（６）または
（７）において、電子線３を基板１上で走査することを
特徴とする。

【００４５】この様に、電子線３を走査方向４に走査す
ることによって、線状の結晶化領域５を形成することが
でき、且つ、スリット状の電子線３を照射する場合に比
べて結晶核の発生を最小限に抑えて、多結晶膜の形成を
抑制することができる。

【００４６】（９）また、本発明は、上記（６）または
（７）において、電子線３を所定間隔でスポット照射す
ることを特徴とする。

【００４７】（１０）また、本発明は、上記（６）乃至
（９）のいずれかにおいて、電子線３を照射したのち、
基板１を熱処理したことを特徴とする。

【００４８】この様に、電子線３を照射したのち基板１
を熱処理することによって、線状の結晶化領域５或いは
スポット状の結晶化領域を種結晶として、結晶化してい
ない非晶質領域６を結晶化して、大きな単結晶化領域７
〜９を形成することができる。

【００４９】（１１）また、本発明は、上記（６）乃至
（９）のいずれかにおいて、電子線３を照射したのち、
非晶質領域６を選択的にエッチング除去することを特徴
とする。

【００５０】この様に、電子線３を照射したのち、非晶
質領域６を選択的にエッチング除去することによって、
線状の結晶化領域５の場合には量子細線を再現性良く所
望の場所に形成することができ、また、スポット状の結
晶化領域の場合には、量子ドットを再現性良く所望の場
所に形成することができる。

【００５１】（１２）また、本発明は、上記（１）乃至
（１１）のいずれかにおいて、非晶質薄膜２が、非晶質
シリコン膜、非晶質ゲルマニウム膜、或いは、非晶質シ
リコンゲルマニウム膜のいずれかであることを特徴とす
る。

【００５２】この様に、非晶質薄膜２が、非晶質シリコ
ン膜、非晶質ゲルマニウム膜、或いは、非晶質シリコン
ゲルマニウム膜である場合に、空孔・格子間原子型の欠
陥による単結晶化が確実に可能になる。

【００５３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図４
を参照して説明する。図４（ａ）参照まず、石英基板２１上に、スパッタリング法によって厚
さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアモルファス
シリコン膜２２を堆積させたのち、常温において、加速
電圧が３０ｋＶ、ビーム電流１ｎＡ、ビーム直径１０ｎ
ｍの電子線２３を３００μｍのライン間隔で、走査速度
１μｍ／分で走査方向２４に走査する。

【００５４】図４（ｂ）参照その結果、３００μｍ間隔の線状の結晶化領域２５（図
においては３本）が形成され、その他の領域は非晶質領
域２６のままであった。なお、単結晶化領域２５の長さ
は任意であるが、通常は数ｍｍのオーダーである。

【００５５】図４（ｃ）参照次いで、７６０Ｔｏｒｒの窒素雰囲気中で、４５０〜６
５０℃、例えば、６００℃で、０．１〜３．０時間、例
えば、１時間熱処理することにより、非晶質領域２６は
結晶化領域２５を種結晶として単結晶化し、単結晶化領
域２７〜２９が形成される。

【００５６】この様に、結晶化領域２５を形成する際
に、加熱処理を行っていないので、従来よりも低温処理
化が可能になり、且つ、高品質の単結晶化領域２７〜２
９の形成が可能になる。

【００５７】次に、図５を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明する。図５（ａ）参照まず、石英基板２１上に、スパッタリング法によって厚
さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアモルファス
シリコン膜２２を堆積させたのち、常温において、加速
電圧が３０ｋＶ、ビーム電流１ｎＡ、ビーム直径１０ｎ
ｍの電子線２３を３００μｍの間隔で、一箇所当たり１
０秒間、格子状に照射して、３００μｍ間隔の格子状の
結晶化領域３０（図においては９個）を形成する。

【００５８】図５（ｂ）参照次いで、７６０Ｔｏｒｒの窒素雰囲気中で、４５０〜６
５０℃、例えば、６００℃で、０．１〜３．０時間、例
えば、１時間熱処理することにより、非晶質領域３１は
結晶化領域３０を種結晶として単結晶化し、単結晶化領
域３２が形成される。

【００５９】この場合も、結晶化領域３０を形成する際
に、加熱処理を行っていないので、従来よりも低温処理
化が可能になり、且つ、高品質の単結晶化領域３２の形
成が可能になる。

【００６０】次に、図６を参照して、本発明の第３の実
施の形態を説明する。図６（ａ）参照まず、単結晶シリコン基板４１上に、ＭＢＥ法によって
Ｂ（ボロン）を１０²⁰ｃｍ^-3ドープした不純物ドープア
モルファスシリコン膜４２を厚さ２〜１０ｎｍ、例え
ば、５ｎｍ堆積させたのち、常温において、加速電圧が
３０ｋＶ、ビーム電流１ｎＡ、ビーム直径５ｎｍの電子
線を３００μｍのライン間隔で、走査速度１μｍ／分で
走査し、３００μｍ間隔の線状の結晶化領域４３（図に
おいては３本）を形成する。

【００６１】図６（ｂ）参照次いで、ＨＦとＫ₂Ｃｒ₂Ｏ₇の混合液を用いたウェッ
ト・エッチング、即ち、Ｓｅｃｃｏエッチングによって
非晶質領域４４を選択的に除去して、高さ５ｎｍ、幅５
ｎｍのシリコン量子細線４５を形成したのち、７６０Ｔ
ｏｒｒの水素雰囲気中で、４５０〜６５０℃、例えば、
６００℃で、０．１〜２．０時間、例えば、０．５時間
熱処理することにより、シリコン量子細線４５の結晶性
を高める。

【００６２】この第３の実施の形態においては、電子線
の照射箇所を制御することによって、所望の場所に、所
望の形状のシリコン量子細線４５を再現性良く形成する
ことができ、下地のシリコン基板４１に所定の回路素子
を形成しておくことによって、シリコン量子細線４５を
駆動することができる。

【００６３】次に、図７を参照して、本発明の第４の実
施の形態を説明する。図７（ａ）参照まず、単結晶シリコン基板４１上に、ＭＢＥ法によって
アモルファスＳｉ_0.5Ｇｅ_0.5膜４６を厚さ２〜１０ｎ
ｍ、例えば、５ｎｍ堆積させたのち、常温において、加
速電圧が３０ｋＶ、ビーム電流１ｎＡ、ビーム直径５ｎ
ｍの電子線を３００μｍの間隔で、一箇所当たり１０秒
間、格子状に照射して、３００μｍ間隔の格子状の結晶
化領域４７（図においては９個）を形成する。

【００６４】図７（ｂ）参照次いで、ＨＦとＫ₂Ｃｒ₂Ｏ₇の混合液を用いたウェッ
ト・エッチング、即ち、Ｓｅｃｃｏエッチングによって
非晶質領域４８を選択的に除去して、高さ５ｎｍ、直径
５ｎｍのＳｉ_0.5Ｇｅ_0.5からなる量子ドット４９を形
成したのち、７６０Ｔｏｒｒの水素雰囲気中で、４５０
〜６５０℃、例えば、６００℃で、０．１〜２．０時
間、例えば、０．５時間熱処理することにより、量子ド
ット４９の結晶性を高める。

【００６５】この第４の実施の形態においては、電子線
の照射箇所を制御することによって、所望の場所に、所
望の形状の量子ドット４９を再現性良く形成することが
できる。

【００６６】なお、上記の各実施の形態における電子線
の加速電圧、従って、電子線のエネルギーは３０ｋｅＶ
であるが、非晶質薄膜中の原子の内殻電子を励起して空
孔・格子間原子型の欠陥を発生させ、この空孔・格子間
原子型の欠陥による固相成長が優性になるようにするに
は、電子のエネルギーを２ｋｅＶ以上にすれば良いが、
微小なビーム径の高電流密度の電子線を得るためには、
特に、２５〜１０００ｋｅＶの範囲にすることが好適で
ある。

【００６７】また、上記の各実施の形態における電子線
のスポットの直径は１０ｎｍ或いは５ｎｍであるが、通
常は電子線照射領域に発生する結晶核を最小限に抑え
て、多結晶化するのを抑制するために、電子線のスポッ
トの直径は１０ｎｍ以下にすることが望ましい。

【００６８】また、上記の各実施の形態における電子線
の電流密度は１．２７×１０³Ａ／ｃｍ²（１ｎＡ／直
径１０ｎｍ）或いは、５．１０×１０³Ａ／ｃｍ²（１
ｎＡ／直径５ｎｍ）であるが、５×１０²Ａ／ｃｍ²以
上であれば良く、特に、１．０×１０³〜１．０×１０
⁵Ａ／ｃｍ²の範囲が好適である。

【００６９】また、上記の第１及び第２の実施の形態に
おいては、基板として石英基板を用いているが、単結晶
シリコン基板を用いても良いものであり、この場合に
は、自然酸化膜の除去等の前処理を行うことなく、単結
晶化膜の形成が可能になり、且つ、ＳＯＩ構造となるの
で、ＬＳＩ基板として用いた場合には、素子分離が容易
になる。

【００７０】また、上記の第３及び第４の実施の形態に
おいては、基板としてシリコン基板を用いているが、石
英基板等の絶縁体を基板として用いても良いものであ
る。

【００７１】また、上記の各実施の形態においては、基
板として石英基板或いはシリコン基板を用いているが、
他にガラスやサファイア等の絶縁体を用いても良く、或
いは、ＧａＡｓ等のIII-Ｖ族化合物半導体を用いても良
い。

【００７２】また、上記の各実施の形態においては、非
晶質薄膜として、アモルファスシリコン膜、或いは、ア
モルファスＳｉ_0.5Ｇｅ_0.5膜を用いているが、アモル
ファスゲルマニウム膜や、アモルファスＧａＡｓ膜等の
III-Ｖ族化合物半導体薄膜を用いても良いものである。

【００７３】さらに、上記の各実施の形態においては、
非晶質薄膜をスパッタリング法或いはＭＢＥ法によって
堆積しているが、イオンビーム法やＣＶＤ法等の他の低
温成膜法を用いても良いものである。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、低温処理によって所望
の領域における非晶質薄膜を結晶化することが可能にな
り、且つ、基板上に堆積させた非晶質薄膜をエピタキシ
ャルさせる場合にも、自然酸化膜の除去等の前処理が不
要になるため、結晶作製プロセスが非常に簡素化され、
ＳＯＩ構造ＬＳＩ或いは量子デバイスの発展に寄与する
ところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明における電子線照射の作用の説明図であ
る。

【図３】本発明における電子線照射の作用の説明図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態の説明図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の説明図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の説明図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態の説明図である。

【符号の説明】

１基板２非晶質薄膜３電子線４走査方向５結晶化領域６非晶質領域７単結晶化領域８単結晶化領域９単結晶化領域１１単結晶シリコン基板１２自然酸化膜１３アモルファスシリコン膜１４電子線１５凸部１６突起部１７結晶化領域１８Ａｌ膜１９アモルファスゲルマニウム膜２１石英基板２２アモルファスシリコン膜２３電子線２４走査方向２５結晶化領域２６非晶質領域２７単結晶化領域２８単結晶化領域２９単結晶化領域３０結晶化領域３１非晶質領域３２単結晶化領域４１シリコン基板４２不純物ドープアモルファスシリコン膜４３結晶化領域４４非晶質領域４５シリコン量子細線４６アモルファスＳｉ_0.5Ｇｅ_0.5膜４７結晶化領域４８非晶質領域４９量子ドット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に非晶質薄膜を堆積したのち、前
記非晶質薄膜に電子線を照射して前記非晶質薄膜に空孔
・格子間原子型欠陥を誘起し、前記非晶質薄膜を結晶化
することを特徴とする電子線励起固相成長方法。
【請求項２】基板上に非晶質薄膜を堆積したのち、前
記非晶質薄膜に１０ｋｅＶ以上のエネルギーの電子線を
照射して前記非晶質薄膜を結晶化することを特徴とする
電子線励起固相成長方法。
【請求項３】上記非晶質薄膜に照射する電子線のエネ
ルギーを、２５〜１０００ｋｅＶにしたことを特徴とす
る請求項２記載の電子線励起固相成長方法。
【請求項４】上記非晶質薄膜に照射する電子線の電流
密度を、５×１０²Ａ／ｃｍ²以上にしたことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子線励起
固相成長方法。
【請求項５】上記非晶質薄膜に照射する電子線の電流
密度を、１．０×１０³〜１．０×１０⁵Ａ／ｃｍ²に
したことを特徴とする請求項４記載の電子線励起固相成
長方法。
【請求項６】上記電子線を上記非晶質薄膜の特定の領
域に照射することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１項に記載の電子線励起固相成長方法。
【請求項７】上記電子線のスポットの直径を、１０ｎ
ｍ以下にしたことを特徴とする請求項６記載の電子線励
起固相成長方法。
【請求項８】上記電子線を上記基板上で走査すること
を特徴とする請求項６または７に記載の電子線励起固相
成長方法。
【請求項９】上記電子線を所定間隔でスポット照射す
ることを特徴とする請求項６または７に記載の電子線励
起固相成長方法。
【請求項１０】上記電子線を照射したのち、上記基板
を熱処理したことを特徴とする請求項６乃至９のいずれ
か１項に記載の電子線励起固相成長方法。
【請求項１１】上記電子線を照射したのち、非晶質領
域を選択的にエッチング除去することを特徴とする請求
項６乃至９のいずれか１項に記載の電子線励起固相成長
方法。
【請求項１２】上記非晶質薄膜が、非晶質シリコン
膜、非晶質ゲルマニウム膜、或いは、非晶質シリコンゲ
ルマニウム膜のいずれかであることを特徴とする請求項
１乃至１１のいずれか１項に記載の電子線励起固相成長
方法。