(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給手段によりプラズマ化し、該プラズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する方法であって、該物品表面にイオン照射量を制御してイオンビームを照射するとともに、該プラズマのポテンシャルを制御することで該物品表面に入射するイオンビームのエネルギを制御して膜形成することを特徴とする結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記プラズマを前記物品周縁部に対向する位置に形成する請求項１記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項３】
前記物品表面近傍の真空度を１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒとする請求項１又は２記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項４】
前記イオンビームのイオン種として、不活性ガス、反応性ガス及びシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いる請求項１、２又は３記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項５】
前記イオンビームをイオンエネルギ１０ｅＶ〜１００ｅＶで照射する請求項４記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項６】
前記原料ガスとして、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又はシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを用いる請求項１、２又は３記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項７】
前記原料ガスとして、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又はシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを用いる請求項４又は５記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項８】
前記プラズマから前記被成膜物品表面に入射するイオンのエネルギを５００ｅＶ以下とする請求項６又は７記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項９】
前記被成膜物品表面に到達するプラズマからのシリコン原子数とイオンビームのイオン数との比（Ｓｉ／ｉ輸送比）を０．１〜１００とする請求項７記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項１０】
前記被成膜物品の温度を室温〜６００°Ｃとする請求項１から９のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項１１】
成膜後、後処理として、前記結晶性シリコン膜に３００°Ｃ〜６００°Ｃの熱処理を施す請求項１から１０のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項１２】
成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えていることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１３】
前記プラズマ励起用エネルギ供給手段は前記プラズマを前記被成膜物品周縁部に対向する位置に形成できるものである請求項１２記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１４】
成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えており、前記電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向するリング状の電極を含むものであり、前記イオンビーム照射手段は該リング状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１５】
成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えており、前記電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向する筒状の電極を含むものであり、前記イオンビーム照射手段は該筒状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１６】
成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えており、前記電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向するコイル状の電極を含むものであり、前記イオンビーム照射手段は該コイル状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１７】
成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えており、前記電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向するリジタノコイル型の電極を含むものであり、前記イオンビーム照射手段は該リジタノコイル型電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１８】
成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えており、前記電力印加手段が該被成膜物品の周縁部に対向するリング状のマイクロ波導入用のアンテナを含むものであるとともに、該マイクロ波導入用アンテナの外周部に対し磁場形成手段を備え、前記イオンビーム照射手段は該マイクロ波導入用アンテナの開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項１９】
前記の被成膜物品に対向する電極の外周から磁場を入れる磁場形成手段を備えている請求項１４、１５又は１６記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項２０】
前記原料ガス供給手段は該被成膜物品表面近傍の真空度が１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒになるように該原料ガスを供給できるものである請求項１２から１９のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項２１】
前記イオンビーム照射手段が、不活性ガス、反応性ガス及びシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを照射できるものである請求項１２から２０のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項２２】
前記イオンビーム照射手段はイオンエネルギ１０ｅＶ〜１００ｅＶで前記イオンを照射できるものである請求項２１記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項２３】
前記原料ガス供給手段が、前記原料ガスとして、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又はシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを供給できるものである請求項１２から２２のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項２４】
前記原料ガス供給手段及び前記プラズマ励起用エネルギ供給手段が、共に制御されて、前記プラズマからのイオンが前記被成膜物品表面に入射しないようにできるものである請求項２３記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【請求項２５】
前記原料ガス供給手段及び前記プラズマ励起用エネルギ供給手段が、共に制御されて、前記プラズマから前記被成膜物品表面に入射するイオンのエネルギを５００ｅＶ以下にできるものである請求項２３記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置における各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチ等の材料として用いられたり、集積回路、太陽電池等に用いられる結晶性シリコン、そのような結晶性シリコン膜の形成方法及びその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、結晶性シリコン膜の形成方法として、ＣＶＤ法、特に熱ＣＶＤ法が多用されている。ＣＶＤ法により結晶性シリコン膜を形成するためには、通常、被成膜物品の温度を８００℃程度以上に保つ必要がある。また、真空蒸着法、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法も用いられるが、この場合も、該膜を結晶性を有するものにするためには、通常、被成膜物品の温度を７００℃程度以上に保つ必要がある。
【０００３】
また近年では、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により比較的低温下でアモルファスシリコン膜を形成した後、後処理として、８００℃程度以上の熱処理若しくは６００℃程度で２０時間程度以上の長時間にわたる熱処理を施したり、レーザアニール処理を施して、該膜を結晶性シリコン膜とすることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により直接結晶性シリコン膜を形成する方法によっては、例えば液晶表示装置のガラス基板として比較的安価な低融点ガラスを用い、この基板上にＴＦＴを形成するために結晶性シリコン膜を形成しようとするとき、かかる低融点ガラスを７００℃や８００℃に保つと、溶融したり歪みが生じる等する。このようにＣＶＤ法やＰＶＤ法で直接結晶性シリコン膜を形成する手法では耐熱性が比較的低い材質からなる物品上への成膜が困難である。
【０００５】
また、前記の熱処理やレーザアニール処理を後処理として行い結晶性シリコン膜を得る方法は、直接結晶性シリコン膜を形成する方法に比べて、１工程多いため生産性が悪い。なお、レーザアニール処理はレーザ照射装置が高価であるとともに、大面積で均一性の良い膜が得られないという欠点もある。
そこで、本発明は、比較的低温下で、生産性良く形成される結晶性シリコン膜、並びに比較的低温下で生産性良く膜形成できる結晶性シリコン膜の形成方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者らは研究を重ね、シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で結晶性シリコン膜を形成するにあたり、該物品にイオンビームを照射し、このとき、プラズマから高エネルギ粒子（高速イオン、高速電子等）が該被成膜物品に入射するのを抑制し、或いはさらに該物品へのイオンビームの入射エネルギを低いレベルに制御することにより、シリコン成長面にダメージを与えず、その結晶成長を促すことができるという知見を得た。
【０００７】
前記知見に基づき先ず、次の（ａ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）の装置を提供する。
（ａ）    シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する方法であって、該プラズマを該物品周縁部に対向する位置に形成するとともに、該物品表面にイオンビームを照射して膜形成する結晶性シリコン膜の形成方法。
（イ）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備えており、該プラズマ励起用エネルギ供給手段は該プラズマを該被成膜物品周縁部に対向する位置に形成できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
【０００８】
前記（ａ）の方法及び（イ）の装置によると、被成膜物品の周縁部に対向する位置にプラズマを形成することにより、該プラズマからの高速イオン（数１００ｅＶ以上のエネルギを持つイオン）や高速電子の被成膜物品への直接入射が抑制され、シリコン成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質な結晶性を有するシリコン膜の成長が促される。それとともに該物品表面にイオンビームを照射し、そのイオン種及びイオン加速エネルギを適宜選択或いは調整することにより、表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果が得られ、シリコン原子の移動乃至マイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が促進されて、被成膜物品上に良好な結晶性を有するシリコン膜が形成される。
【０００９】
この場合、比較的低温下でシリコンを結晶化させることができる。
また、１工程でこのような結晶性を有するシリコン膜が得られるため、成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好である。
さらに、イオンビーム照射を行うことにより、膜と被成膜物品との界面部分処理時、成膜中及び成膜後の表面処理時のいずれの時においても、イオン種を選択し、或いはイオン加速エネルギを調整し、或いはこれらの組み合わせにより、膜応力制御、結晶性制御、結晶粒径制御、結晶配向制御、膜密着力制御等を行うことができる。なお、プラズマＣＶＤにおいてプラズマ励起による反応種のエネルギは数ｅＶ〜数１００ｅＶという広範囲に及ぶため、単なるプラズマＣＶＤではこのような制御を行い難い。
【００１０】
また、前記知見に基づき次の（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）及び（ヘ）の結晶性シリコン膜の形成装置を提供する。
（ロ）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向するリング状の電極を含むものであり、該イオンビーム照射手段は該リング状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
（ハ）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向する筒状の電極を含むものであり、該イオンビーム照射手段は該筒状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
（ニ）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向するコイル状の電極を含むものであり、該イオンビーム照射手段は該コイル状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
（ホ）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被成膜物品の周縁部に対向するリジタノコイル型の電極を含むものであり、該イオンビーム照射手段は該リジタノコイル型電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
（ヘ）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該電力印加手段が該被成膜物品の周縁部に対向するリング状のマイクロ波導入用のアンテナを含むものであるとともに、該マイクロ波導入用アンテナの外周部に対し磁場形成手段を備え、さらに該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備え、該イオンビーム照射手段は該マイクロ波導入用アンテナの開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
【００１１】
なお、以上説明した結晶性シリコン膜の形成装置に関して、「被成膜物品の周縁部に対向するリング状電極、筒状電極、コイル状電極、リジタノコイル型電極及びマイクロ波導入用アンテナ」において、該電極やアンテナが被成膜物品の周縁部に対向する状態には、それらが文字通り被成膜物品周縁部に対向している場合だけでなく、被成膜物品の周縁部に対向する位置にプラズマを形成できるようにその周縁部に臨む位置、その周縁部に関係する位置等に配置されている場合も含まれる。この点については、以下に説明する結晶性シリコン膜の形成方法、及び結晶性シリコン膜の形成装置においても同様である。
【００１２】
前記（ロ）〜（ヘ）の装置によると、いずれも被成膜物品の周縁部に対向する電極への電力印加により原料ガスをプラズマ化させるため、被成膜物品の周縁部に対向する位置にプラズマが形成され、前記（ａ）の方法及び前記（イ）の装置の場合と同様に、被成膜物品を高温に加熱しないで、比較的低温下で該物品上に良好な結晶性を有するシリコン膜を形成できる。その他の作用・効果等も前記（ａ）の方法、（イ）の装置の場合と同様である。
【００１３】
前記リング状電極を用いる（ロ）の装置、筒状電極を用いる（ハ）の装置、コイル状電極を用いる（ニ）の装置において、プラズマ励起用の電力印加電源としては代表例として高周波電源を挙げることができる。
また、前記リジタノコイル型電極を用いる（ホ）の装置においては、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを得るために、普通には、プラズマ励起用の電力印加電源としてマイクロ波電力印加電源を用い、前記リジタノコイル型電極はその外周部に対し磁場形成手段を有することができる。
【００１４】
なお、マイクロ波導入用アンテナを用いる前記（ヘ）の装置において、原料ガスのプラズマ化にあたり、マイクロ波電力印加に加えて磁場を形成するのは、マイクロ波電力印加によりガスをプラズマ化させる場合、高周波電力印加による場合より高真空度下でプラズマを安定維持することが困難であるが、このようにマイクロ波導入用アンテナの外周から磁場を形成することで低圧下（高真空度下）でもプラズマを形成維持し易いからである。
【００１５】
また、前記（ロ）、（ハ）、（ニ）の装置において、前記被成膜物品周縁部に対向する電極の外周部から磁場を入れる磁場形成手段を備え、前記原料ガスのプラズマ化とともに低圧下でプラズマを安定維持させるための磁場を形成してもよい。このとき、低圧下でのプラズマの形成が容易になる。
【００１６】
また、前記知見に基づき次の（ｂ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（ト）の装置を提供する。
（ｂ）    シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する方法であって、該物品表面近傍の真空度を１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒとするとともに、該物品表面にイオンビームを照射して膜形成する結晶性シリコン膜の形成方法。
（ト）    成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段を備えており、該原料ガス供給手段は該被成膜物品表面近傍の真空度が１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒになるように該原料ガスを供給できるものである結晶性シリコン膜の形成装置。
【００１７】
前記（ｂ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（ト）の装置によると、被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒという高い真空度（低圧）とすることにより、該物品表面へのイオンビームの照射を可能とし、そのイオン種及びイオン加速エネルギを適宜選択或いは調整することにより、表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果が得られ、シリコン原子のマイグレーションが促進されて、被成膜物品上に良質な結晶性を有するシリコン膜が形成される。
【００１８】
また、１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒという高真空下でガスをプラズマ化させるため、気相反応が抑制されて不要なダストパーティクルの生成が少なくなり、被成膜物品表面への不純物の付着が抑制され、良質な結晶性シリコン膜が得られる。また、高真空下でガスをプラズマ化させるため、膜形成に寄与するラジカルの拡散域が広がり、それだけ大面積の被成膜物品上にも良質の結晶性シリコン膜を形成することができる。さらに、結晶性シリコン膜形成工程において成膜を行う容器内面等への膜付着が少なく、それだけクリーニング等のメンテナンスが容易になる。
【００１９】
その他の作用・効果は、前記（ａ）の方法及び前記（イ）の装置と同様である。
また、前記（ａ）の方法及び前記（イ）〜（ヘ）の装置においても、前記被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒとしてもよく、このとき良質な結晶性シリコン膜を一層効率良く得ることができる。
【００２０】
また、前記知見に基づき次の（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（チ）の装置も提供する。
（ｃ）シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する方法であって、該物品表面にイオン照射量を制御してイオンビームを照射するとともに、該プラズマのポテンシャルを制御することで該物品表面に入射するイオンビームのエネルギを制御して膜形成する結晶性シリコン膜の形成方法。
（チ）成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照射するためのイオン照射量制御可能の手段及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段を備えている結晶性シリコン膜の形成装置。
【００２１】
イオン源から１００ｅＶ以下のイオンを引き出すことは空間電荷の働きから非常に困難であるところ、前記（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（チ）の装置によると、１００ｅＶ以下の低エネルギのイオンビームを制御性良く、且つ、効率良く被成膜物品に照射することが可能となり、イオンビーム照射による表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果を妨げず、シリコン原子のマイグレーションを促進し、被成膜物品上に良質な結晶性を有するシリコン膜を得ることができる。
【００２２】
通常のイオンビーム照射において、イオン源の加速電圧を例えば約１００Ｖにしてイオンを引き出す場合、イオン源の出口付近の正の空間電荷が低エネルギのイオンの引き出しを抑制し、十分な量のイオンを被成膜物品に照射し難い。一方、前記（ｃ）の形成方法及び（チ）の装置では、イオン源からのイオンの引き出しは加速電圧を１００Ｖ以上で行い（例えば１００Ｖ〜２００Ｖで引き出し）、プラズマからの電子の供給により正の空間電荷を緩和し、十分な量のイオンを被成膜物品に照射することともに、プラズマ励起用エネルギ供給手段（より具体的にはプラズマ励起用電源等）に直流バイアスをかけることでプラズマポテンシャルを正に持ち上げ、該プラズマ中を通過するイオンのエネルギを減じ、被成膜物品に低エネルギのイオンビームをエネルギの精度良く、且つ、効率良く大量に照射することが可能になる。すなわち、イオン源の加速電圧とプラズマポテンシャルの両者を制御することで、照射イオンのエネルギを低いレベルに制御してイオン照射効果をあげることが可能となる。
【００２３】
その他の作用・効果は、前記（ａ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び前記（イ）の装置の場合と同様である。
前記（チ）の装置において、前記プラズマポテンシャル制御手段としては、プラズマ励起用エネルギ供給手段（高周波電源又はマイクロ波電源が好ましい）に接続されたフィルター及び直流バイアス印加手段等を採用できる。なお、プラズマ励起用エネルギ供給手段が光を照射するものである場合は、このようなフィルターを省略することができる。
【００２４】
また、前記（ａ）及び（ｂ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）〜（ト）の装置においても、前記プラズマのポテンシャルを制御することで前記被成膜物品表面に入射するイオンビームのエネルギを制御することができ、このとき、良質な結晶性を有するシリコン膜を一層効率良く形成することができる。
【００２５】
また、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）〜（チ）の装置において、前記イオンビームのイオン種として、不活性ガス（ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等）、反応性ガス（水素（Ｈ２  ）ガス、フッ素（Ｆ２  ）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス等）及びシリコン系ガス（モノシラン（ＳｉＨ４  ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２  Ｈ６  ）ガス等の水素化シリコンガス、四フッ化シリコン（ＳｉＦ４  ）ガス等のフッ化シリコンガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４  ）ガス等の塩化シリコンガス等）のうち少なくとも一種のガスのイオンを用いることができる。
【００２６】
前記不活性ガスイオンを照射するときには、結晶化のための物理的励起制御が可能となる。また、前記反応性ガス及び前記シリコン系ガスのうち水素（Ｈ）又は（及び）フッ素（Ｆ）を含むものを用いるときには、水素原子、フッ素原子が膜中のアモルファス相のシリコン原子と結合してこれを気化し、シリコンの結晶化が促進されるとともに、シリコン−シリコンネットワーク中のダングリングボンドや膜中欠陥が低減され、一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することができる。
【００２７】
また、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）〜（チ）の装置において、前記イオンビームを被成膜物品に対し１０ｅＶ〜１００ｅＶ程度、より好ましくは２０ｅＶ〜１００ｅＶ程度の低エネルギで照射することが考えられ、このとき、イオンビームを被成膜物品に照射することによる表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果を妨げることなく一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することができる。
【００２８】
また、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）〜（チ）の装置において、前記プラズマの原料ガスとして、前記イオンビームのイオン種源となるガスとして例示した前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又は前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと前記反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを用いることができる。
【００２９】
なお、イオン源内からイオンの原料ガスが成膜を行う容器内に拡散してくるため、イオンビーム照射に用いるイオンの原料ガスとしてシリコン系ガスを用いるときには、プラズマの原料ガスとして別途シリコン系ガスを成膜容器内に導入することを省略することができる。
また、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）〜（チ）の装置において、原料ガス供給手段及び供給される原料ガスをプラズマ化するプラズマ励起用エネルギ供給手段を共に制御することで、換言すれば原料ガスの供給量及び該ガスをプラズマ化させるエネルギの大小や量を制御することで、
前記プラズマからのイオンが前記被成膜物品表面に入射しないようにすること、
前記プラズマから前記被成膜物品表面に入射するイオンのエネルギを０ｅＶより大きく５００ｅＶ以下とすること、
又は、
前記プラズマを前記被成膜物品の表面近傍又は該物品周縁部近傍に限定的に形成し、前記被成膜物品表面に前記プラズマから低エネルギのラジカル種を優先的に拡散させること
が考えられる。
【００３０】
なお、ラジカル種の密度は、プラズマ励起に用いる電力の周波数を調整すること等により制御することができる。
また、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法において、前記イオンビームのイオン種として前記不活性ガス、前記反応性ガス及び前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いるとともに、前記プラズマの原料ガスとして前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又は前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと前記反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを用い、このとき前記被成膜物品表面に到達するプラズマからのシリコン原子数とイオンビームのイオン数との比（Ｓｉ／ｉ輸送比）を０．１〜１００としてもよい。これは、Ｓｉ／ｉ輸送比が０．１より小さいとイオン量が過剰となり膜欠陥の発生が増加するからであり、１００より大きいとイオン照射による結晶化効果が不十分になるからである。
【００３１】
なお、被成膜物品表面に到達するシリコン原子数は膜厚をモニタしつつ制御することができ、被成膜物品表面に到達するイオン数はイオン源からのイオンの引き出し電圧を制御したり、イオン源内のプラズマを発生させるための印加電力を制御すること等により制御することができる。
また、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法においては、被成膜物品の温度を室温〜６００℃にすることができ、従来に比べてこのような低温下でも良質な結晶性を有するシリコン膜を得ることができる。なお、室温より低温にするときには、形成されるシリコン膜中にアモルファス成分が増加し結晶性が低くなる。
【００３２】
さらに、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法においては、より結晶性を高める必要がある場合には、成膜後、後処理として、前記結晶性シリコン膜に３００℃〜６００℃の熱処理を施すことができる。前記（ａ）〜（ｃ）の方法により得られるシリコン膜中の水素濃度は１×１０２１ｃｍ−３以下という通常のＣＶＤ法により得られるシリコン膜より約２桁低い値にできるため、このように低値として上述の後処理によりボイドの少ない一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することができる。また、結晶化のために行われる従来の後処理より加熱温度を低くすることができるとともに、加熱時間も短くすることができる。
【００３３】
また、前記（イ）、（ト）及び（チ）の装置において、プラズマ励起用エネルギ供給手段としては、高周波電力供給手段、マイクロ波電力供給手段及び光照射手段等を採用することができ、前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法において、原料ガスのプラズマ化を、そのような手段のうち適当なものにより行うことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態等を図面を参照して説明する。
図１は、結晶性シリコン膜の形成装置の１例の概略構成を示す図である。
この装置は、プラズマ生成室Ｃを有し、室Ｃには真空排気部１８が接続されるとともに、原料ガス供給部１２が接続されている。原料ガス供給部１２には原料ガス源、マスフローコントローラ等が含まれるが、これらについては図示を省略している。また室Ｃ内には被成膜物品保持部材１１が設置され、保持部材１１は被成膜物品１０を搬入搬出すべく図示しない駆動部により水平往復動可能で、室Ｃ内では被成膜物品加熱用ヒータ９上に配置される。また、保持部材１１に保持される被成膜物品１０周縁部に対向する位置には、リング状対向電極１４ａが設置される。該電極１４ａの開口部は図１中１５ａで示してある。電極１４ａには整合器１６を介して高周波電源１７ａが接続されている。また、リング状対向電極１４ａを挟み、保持部材１１に対向する位置にはイオン源２が設けられている。イオン源２にはイオン源用ガス供給部１が接続されているとともに、ガスプラズマ化のために整合器３を介して高周波電源４が接続されている。なお、ガス供給部１にもガス源等が含まれるが、これらは図示を省略している。また、イオン源２は、イオンを引き出すためのここでは３枚の電極（イオン源のプラズマ生成室側から加速電極、減速電極、接地電極）からなるレンズ電極系２１を有している。レンズ電極系２１とイオン源２との間には加速電源５及び減速電源６が接続されている。なお、イオン源２の励起方法はここでは高周波型を示しているが、この他フィラメント型、マイクロ波型等を採用できる。また、レンズ電極系は３枚電極構造に限定されず１枚〜４枚の電極からなるものでよい。
【００３５】
この装置を用いて結晶性シリコン膜を形成するにあたっては、被成膜物品１０を保持部材１１により保持してプラズマ生成室Ｃ内に搬入しヒータ９上の所定の成膜位置に設置するとともに、室Ｃ内を真空排気部１８の運転にて所定真空度とする。
次いで、原料ガス供給部１２からプラズマ生成室Ｃ内にシリコン系ガスを含む原料ガスを導入するとともに、整合器１６を介して高周波電源１７ａからリング状対向電極１４ａに高周波電力を供給して前記導入したガスをプラズマ化し、図中１３で示す位置すなわち被成膜物品１０の周縁部に対向する位置にプラズマを形成する。原料ガスとしては、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス又はシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスを用いる。
【００３６】
それとともにイオン源２にイオン源用ガス供給部１からイオンの原料ガスを導入し、これに整合器３を介して電源４から高周波電力を供給して、図中８で示すイオン源内の位置にプラズマを発生させ、レンズ電極系２１に電源５、６により適当な電圧を印加することによりプラズマ８から加速エネルギ１０ｅＶ〜１００ｅＶ、より好ましくは２０ｅＶ〜１００ｅＶでイオンを引き出し、リング状対向電極１４ａの開口部１５ａを通して被成膜物品１０に該イオンビームを照射する。イオンの原料ガスとしては不活性ガス、反応性ガス及びシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いる。
【００３７】
これにより、被成膜物品１０上に結晶性シリコン膜が形成される。なお、成膜中は、被成膜物品１０表面近傍の真空度が１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒの範囲内になるようにプラズマ生成室内の真空度を調整する。また、被成膜物品１０の温度はヒータ９によりＲＴ（室温）〜６００℃に保つ。
以上説明した方法及び装置によると、被成膜物品１０表面近傍の真空度が低く、且つ、プラズマ１３は主に物品１０の周縁部に対向する位置に形成されるため、プラズマ中の高速イオン及び高速電子の物品１０への入射量が少なく、しかも直接入射が抑制され、シリコン成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質のシリコン膜の成長が促される。また、物品１０にイオンビームを照射し、その照射のエネルギが１００ｅＶ以下の低レベルに制御されていることにより、イオンビーム照射による表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果が妨げられずシリコン原子のマイグレーションが促進されて、物品１０上に良質な結晶性を有するシリコン膜が形成される。
【００３８】
また、成膜中はシリコンを結晶化させるために物品１０の温度を６００℃より高くする必要はない。このことから、例えば液晶表示装置用のガラス基板として比較的低融点の安価なガラスを用い、その上にＴＦＴ用等のシリコン膜を形成できる。
また、１工程で結晶性シリコン膜が得られるため、成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好である。さらに結晶性を向上させる必要があるために熱処理を加える場合にも、３００℃〜６００℃という従来より低温で、しかも加熱時間も従来（２０時間以上）より短くすることができる。
【００３９】
また、１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒという高真空度下で原料ガスをプラズマ化させるため、気相反応が抑制されて不要なパーティクルの生成が抑制され、被成膜物品１０への不純物の付着が抑制されて良質な結晶性シリコン膜が得られる。また、前記のとおり高真空下で原料ガスをプラズマ化するため、成膜に寄与するラジカルの拡散域が広くなり、大面積の被成膜物品１０上にも良質な結晶性シリコン膜を形成することができる。さらにプラズマ生成室Ｃ内面等への膜付着が少なく、従って室Ｃ内のクリーニングの頻度が少なくて済む。
【００４０】
また、図２は結晶性シリコン膜の形成装置の他の例の概略構成を示す図である。この装置は、図１に示す装置において、リング状対向電極１４ａに代えて円筒状対向電極１４ｂを採用したものである。その他の構成及び成膜動作は図１の装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。
この装置によると、図１に示す装置と同様の効果が得られる。
【００４１】
また、図３は結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。この装置は、図１に示す装置において、リング状対向電極１４ａに代えてコイル状対向電極１４ｃを採用したものである。その他の構成及び成膜動作は図１の装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。
【００４２】
この装置によると、図１に示す装置と同様の効果が得られる。
なお、これらの装置において、電極の外周からプラズマ安定維持のための磁場を入れる磁石１００（図中二点鎖線で示す）を設けてもよい。
図４は結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。この装置は図１に示す装置において、リング状対向電極１４ａに代えてリジタノコイル型電極１４ｄを採用し、該電極１４ｄには整合器１６及び高周波電源１７ａに代えてマイクロ波電源１７ｂを接続したものである。リジタノコイル型電極１４ｄはその外周部には電磁石コイル１９を有している。なお、ここでは電磁石コイルを採用しているが、永久磁石を採用しても構わない。その他の構成は図１に示す装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。
【００４３】
この装置を用いて本発明の結晶性シリコン膜を形成するにあたっては、図１の装置によると同様にし、但し、リング状対向電極１４ａへの高周波電力の供給によりプラズマを形成するのに代えて、電磁石コイル１９により磁場を形成した状態でリジタノコイル型電極１４ｄにマイクロ波電源１７ｂよりマイクロ波電力を供給して、リジタノコイル型電極１４ｄに沿った部分すなわち被成膜物品１０の周縁部に対向する位置にプラズマ１３を形成する。
【００４４】
この方法及び装置によると、図１に示す装置を用いた場合と同様の効果が得られ、さらにリジタノコイル型電極を採用することで、マイクロ波の周波数に無関係にコイルの直径を大きくすることができるため、大口径のプラズマを形成することができ、大面積の被成膜物品上にも容易に成膜を行うことができる。
また、図５は結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。この装置は図１に示す装置において、リング状対向電極１４ａに代えてリング状のマイクロ波導入用アンテナ１４ｅを採用し、該電極１４ｅに整合器１６及び高周波電源１７ａに代えてマイクロ波電源１７ｂを接続したものである。さらに、プラズマ生成室Ｃ外の、アンテナ１４ｅの外周部に対向する位置には、低圧下でプラズマを安定維持するためにプラズマ密度を高くするような磁場を形成できる電磁石コイル１９が設けられている。なお、ここでは電磁石コイルを採用しているが、永久磁石を採用しても構わない。その他の構成は図１に示す装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。
【００４５】
この装置を用いて結晶性シリコン膜を形成するにあたっては、図１の装置によると同様にし、但し、リング状対向電極１４ａへの高周波電力の供給によりプラズマを形成するのに代えて、電磁石コイル１９により磁場を形成した状態でアンテナ１４ｅにマイクロ波電源１７ｂよりマイクロ波電力を供給して被成膜物品１０の周縁部に対向する位置にプラズマ１３を形成する。
【００４６】
この装置によると図１に示す装置と同様の効果が得られる。
また、図６は結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。この装置は、図１に示す装置において、リング状対向電極１４ａに整合器１６及び高周波電源１７ａからなる直列回路に並列して高周波フィルタＦ及び直流バイアス電源Ｂからなる直列回路を接続したものである。その他の構成は図１の装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。
【００４７】
この装置を用いて結晶性シリコン膜を形成するにあたっては、図１に示す装置によると同様にし、但し、プラズマ励起のためにリング状対向電極１４ａに高周波電源１７ａより高周波電力を供給する際、これに加えて高周波フィルタＦを介してバイアス電源Ｂより正の直流バイアスを印加する。
これにより、プラズマポテンシャルを正に持ち上げ、該プラズマ中を通過するイオンのエネルギを減じ、被成膜物品１０に十分な量の低エネルギのイオンを照射することができる。また、高周波フィルタＦ及びバイアス電源Ｂを採用しない場合には通常困難である１００ｅＶ以下の低エネルギのイオンビームの照射をエネルギ精度よく行うことができ、良質な結晶性を有するシリコン膜を効率良く形成することができる。その他は図１に示す装置を用いた場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、図２〜図５の装置においても、このように高周波フィルタＦ及びバイアス電源Ｂを用いて図７〜図１０に示す装置とし、これによりプラズマポテンシャルを制御することで被成膜物品に照射されるイオンビームのエネルギを低レベルに制御することができる。
次に、結晶性シリコン膜形成装置のさらに他の例を図１１を参照して説明する。
【００４９】
この装置は、成膜室Ｃ´を有し、その内部に高周波電極１４及びこれに対向する接地電極１１´を設置してあり、電極１１´は被成膜物品１０を支持するホルダを兼ねており、内部に物品加熱用ヒータ９´を内蔵している。成膜室Ｃ´は真空排気部１８´により所望の真空度に排気でき、ガス供給部１２´から成膜用原料ガスを供給できる。
【００５０】
高周波電極１４には整合器３´を介して高周波電源４´を接続してある。また、成膜室Ｃ´には、ホルダ１１´上の被成膜物品１０に対しイオンビームを照射するためのイオン源２´を付設してある。このイオン源２´は図１に示す装置におけるイオン源２と同構造、作用のものである。
この装置を用いて結晶性シリコン膜を形成するにあたっては、被成膜物品１０を成膜室Ｃ´内に搬入してホルダ１１´に設置する。また、成膜室Ｃ´内を真空排気部１８´の運転にて排気する一方、ガス供給部１２´から成膜室内に原料ガスを導入する。原料ガスの導入を制御することで、或いは原料ガス導入と排気部１８´による排気を制御することで、被成膜物品１０表面への膜形成圧力を１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒの範囲のものに維持しつつ、また、被成膜物品１０の温度を室温〜６００℃に保ちつつ、電極１４、１１´間に高周波電力を印加して成膜用原料ガスをプラズマ化し、さらに、イオン源２´から被成膜物品１０へ向けイオンビームをイオン加速エネルギ１０ｅＶ〜１００ｅＶ、さらに好ましくは２０ｅＶ〜１００ｅＶで照射し、かくしてこのプラズマ１３の下で物品１０表面に結晶性シリコン膜を形成する。
【００５１】
この装置及び手法によるシリコン膜形成では、既述の図１から図１０の各装置による膜形成の場合と同様、比較的低温下で良質の結晶性シリコン膜を得ることができるのであるが、図１１の装置による膜形成では、１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒという高真空下でガスをプラズマ化させるため、気相反応が抑制されて不要なダストパーティクルの生成が少なくなり、被成膜物品１０表面への不純物の付着が抑制され、良質な結晶性シリコン膜が得られる。また、高真空下でガスをプラズマ化させるため、膜形成に寄与するラジカルの拡散域が広がり、それだけ大面積の被成膜物品上にも良質の結晶性シリコン膜を形成することができる。さらに、結晶性シリコン膜形成工程において成膜を行う容器Ｃ´内面等への膜付着が少なく、それだけクリーニング等のメンテナンスが容易になる。
【００５２】
次に、図１〜図１１の装置を用いて結晶性シリコン膜を形成した具体的実施例及びその結果得られた結晶性シリコン膜の例について説明する。併せて、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン膜を形成した比較例についても説明する。
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次に、前記実施例１、２、３及び比較例により得られた各シリコン膜について、フーリエ交換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）及びレーザラマン分光分析により水素濃度測定及び結晶性評価を行い、ホール移動度測定を行うことでデバイス特性を評価した。また、後処理として熱処理を施し結晶構造の変化を調べた。
・ＦＴ−ＩＲ
波数２０００ｃｍ−１のＳｉ−Ｈ（Ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ−ｂａｎｄ）  吸収ピーク積分強度から膜中の水素濃度を定量分析したところ、実施例１による全ての膜サンプル及び実施例３による膜サンプルは５×１０２０ｃｍ−３以下であり、また実施例２による全ての膜サンプルは３×１０２０ｃｍ−３以下であるのに対し、比較例による膜サンプルは２×１０２２ｃｍ−３であった。このように本発明実施例１、２、３により得られた膜サンプルは比較例によるものより水素濃度が著しく少なく、また、バイアス電圧印加によりプラズマポテンシャルを制御してイオンビーム照射を行った実施例２による膜サンプルは実施例１によるものより水素濃度が少なかった。
・ＸＲＤ
実施例１、２、３による全ての膜サンプルは、１１１面（２θ＝２８．２°）及び２２０面（２θ＝４７．２°）からのピークが検出され、シリコン（ｃｕｂｉｃ）  の結晶性が確認された。また、これらのピーク強度は実施例２による膜サンプルが実施例１及び３によるものより強かった。一方、比較例による膜サンプルはアモルファス構造であることが確認された。
・レーザラマン分光分析
実施例１による全ての膜サンプル及び実施例３による膜サンプルは、結晶化シリコンによるピーク（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃｍ−１）のピークを検出し、１００Å〜２０００Åの結晶粒が認められた。また、実施例２による全ての膜サンプルは、５００Å〜２０００Åの結晶粒が認められた。一方、比較例による膜サンプルはアモルファス構造によるピーク（ラマンシフト＝４８０ｃｍ−１）が検出された。
・熱処理
実施例１、２、３及び比較例により得られた各膜サンプルに後処理として５００℃、８時間の真空中での熱処理を施したところ、比較例による膜サンプルはアモルファス構造のままで結晶化しなかったが、実施例１、２、３のものでは結晶粒径が増大した。実施例１及び３によるものでは１００Å〜２０００Åから５００Å〜３０００Åへ、実施例２によるものでは５００Å〜２０００Åから１０００Å〜３０００Åへ結晶粒径が増大した。
・ホール移動度
比較例による膜サンプルが０．１ｃｍ２  ／Ｖ・ｓのホール移動度を示したのに対し、実施例１及び３による膜サンプルでは結晶粒径１００Åのもので０．５ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ、結晶粒径２０００Åのもので５０ｃｍ２  ／Ｖ・ｓのホール移動度を示し、実施例２による膜サンプルでは５０〜８０ｃｍ２  ／Ｖ・ｓのホール移動度を示した。
【００５３】
以上の結果から、実施例１、２、３では平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた比較例によっては得られなかった結晶性シリコン膜が３００℃という低温度下で得られたことが分かる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によると、比較的低温下で、生産性良く膜形成できる良質の結晶性シリコン膜の形成方法及び装置を提供することができる。
さらに説明すると、本発明によると次のような効果が得られる。
▲１▼  比較的低温下で結晶性シリコン膜が得られるため、例えば低融点ガラスのような耐熱性の低い材質からなる被成膜物品上にも膜形成でき、被成膜物品の選択範囲が広くなる。
▲２▼  １工程で良質な結晶性シリコン膜が得られるため、成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好である。
▲３▼  より結晶性を高める必要がある場合にも、後処理として行う熱処理の温度を低くすることができ、また加熱時間も短くすることができる。
▲４▼  プラズマポテンシャルを制御してイオンビームの照射エネルギを制御するので、エネルギ１００ｅＶ以下の低エネルギのイオンビームを大量にしかもエネルギ精度良く照射することができ、良質な結晶性を有するシリコン膜を一層効率良く形成することができる。
▲５▼  プラズマを被成膜物品周縁部に対向する位置に形成するときは、該物品への不要なダストパーティクルの付着が抑制され、歩留りが向上する。
▲６▼  被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−８Ｔｏｒｒにしてプラズマを形成するときは、膜形成に寄与するラジカルの拡散域が広がり、大面積の被成膜物品上にも結晶性シリコン膜を容易に形成できる。また、気相反応が抑制されて不要なダストパーティクルの生成が少なくなり、良質な結晶性を有するシリコン膜を一層効率良く形成できるとともに、成膜を行う容器内のクリーニング等のメンテナンスの負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶性シリコン膜の形成装置の１例の概略構成を示す図である。
【図２】結晶性シリコン膜の形成装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図３】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図４】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図５】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図６】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図７】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図８】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図９】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図１０】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図１１】結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  イオン源用ガス導入口
２、２´  イオン源
２１  レンズ電極系
３、３´、１６  整合器
４、４´１７ａ  高周波電源
５  加速電源
６  減速電源
８  イオン源内プラズマ
９、９´  被成膜物品加熱用ヒータ
１０  被成膜物品
１１  被成膜物品保持部材
１１´  接地電極兼ホルダ
１２、１２´  原料ガス供給部
１３  原料ガスプラズマ
１４  高周波電極
１４ａ  リング状対向電極
１４ｂ  円筒状対向電極
１４ｃ  コイル状対向電極
１４ｄ  リジタノコイル型電極
１４ｅ  リング状のマイクロ波導入用アンテナ
１５ａ  リング状対向電極１４ａの開口部
１７ｂ  マイクロ波電源
１８、１８´  真空排気部
１９  電磁石コイル
Ｆ  高周波フィルタ
Ｂ  バイアス電源
Ｃ、Ｃ´  プラズマ生成室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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