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高時間分解能Ｘ線回折法によるシリコン単結晶のパルスレーザーアニール過程の研究
https://ir.soken.ac.jp/records/1261
https://ir.soken.ac.jp/records/1261eebebe12-fd1c-412c-a975-26c2204e3360
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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要旨・審査要旨 / Abstract, Screening Result (318.3 kB)
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本文 (2.7 MB)
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| Item type | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||
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| 公開日 | 2010-02-22 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | 高時間分解能Ｘ線回折法によるシリコン単結晶のパルスレーザーアニール過程の研究 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Study of pulsed-laser annealing process of silicon using time-resolved X-ray diffration | |||||
| 言語 | en | |||||
| 言語 | ||||||
| 言語 | jpn | |||||
| 資源タイプ | ||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_46ec | |||||
| 資源タイプ | thesis | |||||
| 著者名 |
小島, 繁
× 小島, 繁 |
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| フリガナ |
コジマ, シゲル
× コジマ, シゲル |
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| 著者 |
KOJIMA, Shigeru
× KOJIMA, Shigeru |
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| 学位授与機関 | ||||||
| 学位授与機関名 | 総合研究大学院大学 | |||||
| 学位名 | ||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||
| 学位記番号 | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | 総研大甲第58号 | |||||
| 研究科 | ||||||
| 値 | 数物科学研究科 | |||||
| 専攻 | ||||||
| 値 | X1 放射光科学専攻 | |||||
| 学位授与年月日 | ||||||
| 学位授与年月日 | 1993-09-30 | |||||
| 学位授与年度 | ||||||
| 値 | 1993 | |||||
| 要旨 | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | 新しい半導体プロセス技術という位置付けで､パルスレーザーの半導体プロセス<br />への応用研究が盛んであり､エキシマレーザーを用いた露光プロセス等の一部は､既に生<br />産現場にも導入されている｡今後は､レーザ-CVD､レーザーエッチング､レーザー<br />ドーピング､レーザー酸化及び窒化､回復アニールおよび再結晶化アニール等といった<br />レーザーを用いた低温化プロセスも実用化されるであろう｡<br /> レーザーを使う利点として､(1)雰囲気に依らない､(2)局所的処理､(3)短時間処理､<br />(4)基板のダメージを小さくてきる､(5)プロセスの単純化､等があげられているが､多<br />くの場合､パルス的なレーザー照射が行われ､温度上昇を伴うので熱歪みが生じる｡と<br />ころが､基板の温度上昇､等をナノ秒の時間オーダーで､厚さ10nmから1μm程度で､<br />その場観察する有効な手段が無く､パルスレーザー処理後の試料の状態の観察や数値計<br />算に頼ってきた｡半導体基板の温度上昇､特にデバイスを作製する表面層の温度上昇及<br />び歪みを正確に把握することは､パルスレーザーを半導体プロセスに応用する上で大事<br />なことになる｡<br /> 特に､現在のMOSトランジスタのゲート酸化膜厚は､10nm程度であり､今後さらに<br />高密度化と共に薄くなる傾向にあるから､酸化膜厚と同程度の深さの層での温度上昇を<br />測定することは､今後のパルスレーザーの半導体プロセスへの応用を考え､将来の見通<br />しを知るうえで､非常に重要である｡<br /> 本研究では､25nsの時間分解能の時間分割X線回折法を開発し､かつX線の侵入深さ<br />を制御して､パルスレーザー照射下の結晶表面及び内部での格子歪みを観察し､結晶温<br />度の上昇を見積った｡<br /> X線は､波長や非対称反射等の選択で侵入深さを変えることができ､表面近傍の測定<br />が可能である｡また､全反射条件下の表面X線回折を用いれば､X線の侵入深さを試<br />料表面層わずか数10nmの大きさにすることも可能であり､通常の方法では困難な部分<br />からの情報が得られる｡<br /> 本研究では､高時間分解能の時間分割測定法として､TACを用いた方法とMCSを用い<br />た方法を開発した｡MCSを用いた方法では､同じ角度位置での時間の推移に対する回折<br />強度変化を調べられるが､いまのところ時間分解能は､200nsである｡TACを用いた方<br />法では､ロッキングカーブの強度変化を調べるのに向いており､時間分解能も25nsと高<br />時間分解能が実現できる｡<br /> 通常のBragg反射においては､試料の配置が対称反射や非対称反射の場合､シリコン<br />に対する可視パルスレーザー光の侵入深さとX線の消衰距離は､ほぼ同じオーダーの1<br />μm前後なので､深さ方向の温度分布を観察できる｡skew diffraction配置を用いた表面X<br />線回折法では､X線の侵入深さを数10nmまで浅くすることができ､表面温度の見積り<br />が可能となる｡<br /> これらの光学配置を用いて時間分割測定を行うことにより､以下の結果が得られた｡<br />非対称Bragg反射を用いた表面近傍の測定では､(1)低角側での強度の増大(2)ピーク<br />シフト(3)半値幅の増大が観察された｡半値幅の増大は､観察している層に湿度勾配と測定<br />している時間幅のなかでの温度変化があることを示しており､その後の半値幅の回復は､<br />X線で観察している層の温度が均一になる過程を示している｡また､パルスレーザー照<br />射直後の低角側での強度の増大は､表面層の急激な温度上昇に対応しており､ピークシ<br />フトは､観察している層の平均温度が室温よりも高いことに対応している｡<br /> 表面に対して斜めの反射面を用いた表面X線回折での時間分割測定において､侵入深<br />さが0.95μmと深く表面近傍を観察している場合､パルスレーザー照射後に､ピーク強<br />度の減少､低角側の副ピーク､およびピークシフトが観察された｡侵入深さは同程度で<br />あるが､通常のBragg反射を用いた時間分割測定よりも大きな変化が観察された｡この<br />理由は､通常のBragg反射では､消衰距離を分散面の最短距離で定義しているので､<br />Braggピークから外れるに従って深く結晶内部にX線は侵入する｡skew diffraction配置の<br />場合は､回折が起こると､回折の起きていない場合の侵入深さよりも消衰距離が短くな<br />るので浅い部分を観察していることになる｡このために､skew diffraction配置のほうが<br />感度が良くなる｡<br /> 侵入深さが75nmと浅い場合の時間分割測定から､ピーク強度の減少､半値幅の増大､<br />ピークシフトが観察された｡レーザー照射後50nsの測定結果におけるピークシフトから､<br />極表向(75nm以下)の平均温度上昇を210℃と見積ることができた｡<br /> 本研究で行ったskew diffraction配置を用いた表面X線回折法での高時間分解能の時間<br />分割測定は､初めての試みであり､パルスレーザー照射下の表面平均温度上昇が初めて<br />実験的に見積られた｡評価の糸口がつかめたので､この分野の研究が活発になると考え<br />る｡ | |||||
| 所蔵 | ||||||
| 値 | 有 | |||||
| フォーマット | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | application/pdf | |||||
