(57)【要約】  シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成でき、耐熱性の点で基体材料の選択可能範囲が広いシリコンドット形成方法及びシリコンドット形成装置を提供する。  プラズマ生成室内にシリコン含有ガスを導入し、プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させ、基体設置電極に第１の正パルス電圧を印加することで、該電極上の基体へシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射して核を形成し、次いで該電極に第２の正パルス電圧を印加することで、基体へシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとにシリコンドットを成長させるシリコンドット形成方法及び該方法を実施する装置。
2010082345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置電極が設けられたプラズマ生成室を準備すること、
該基体設置電極にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内から排気してプラズマ生成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するとともに前記プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させること、
該基体設置電極に第１の正のパルス電圧を印加することで、該電極に設置されたシリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体にシリコンドット成長のもとになる核を形成すること、
前記核形成にひきつづき、該基体設置電極に第２の正のパルス電圧を印加することで、該シリコンドット形成対象基体へ該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体に前記核をもとにシリコンドットを成長させること
を含むシリコンドット形成方法。
【請求項２】
前記シリコンドット形成対象基体へのシリコンを含む負イオンの照射において、前記第１のイオンエネルギは、前記プラズマのプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上とし、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下とする請求の範囲第１項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項３】
前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成し、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側を前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とするとともに他方の側を前記基体設置電極を有する第２プラズマ室とし、該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高める請求の範囲第１項又は第２項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項４】
前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットを予め設け、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加し、該プラズマ中の正イオンを該ターゲットに接触させることで、該プラズマ中のシリコンを含む負イオンの濃度を高める請求の範囲第１項又は第２項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項５】
前記セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットは、該物質堆積前の導電性ターゲットを前記プラズマ生成室内に設け、該物質堆積前の導電性ターゲットにセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を導いて該物質を堆積させることで得る請求の範囲第４項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項６】
前記プラズマ生成装置を周期的にオンオフさせ、前記基体設置電極への正パルス電圧の印加は、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行う請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項７】
プラズマ生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置電極が設けられたプラズマ生成室と、
該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するガス導入装置と、
該プラズマ生成室内から排気する排気装置と、
前記基体設置電極に正パルス電圧を印加するための正バイアス電源装置とを備えており、
前記プラズマ生成装置は、前記ガス導入装置により前記プラズマ生成室内へ導入される前記ガスからシリコンを含む負イオンを含むプラズマを生成させる装置であり、
前記正バイアス電源装置は、前記基体設置電極に、該電極に設置されるシリコンドット形成対象基体へ該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための第１の正のパルス電圧の印加及び該シリコンドット形成対象基体に該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２の正のパルス電圧の印加を行う電源装置であるシリコンドット形成装置。
【請求項８】
前記シリコンドット形成対象基体へのシリコンを含む負イオンの照射において、前記第１のイオンエネルギは、前記プラズマのプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上であり、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下である請求の範囲第７項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成するための磁場形成装置を備え、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側が前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とされるとともに他方の側が前記基体設置電極を有する第２プラズマ室とされ、該プラズマ生成装置により該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記磁場形成装置で形成される電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高めることができる請求の範囲第７項又は第８項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項１０】
前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットが予め設けられており、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置が設けられている請求の範囲第７項又は第８項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項１１】
前記プラズマ生成室内に設置された導電性ターゲットと、
セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を生成して該導電性ターゲットに導き該ターゲットに該物質を堆積させる物質堆積装置と、
該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において、該物質堆積装置により該物質が堆積した該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置とを備えた請求の範囲第７項又は第８項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項１２】
前記プラズマ生成装置が周期的にオンオフされ、前記正バイアス電源装置による前記基体設置電極への正パルス電圧の印加が、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行われるように、前記プラズマ生成装置及び前記正バイアス電源装置を制御する制御部を備えている請求の範囲第７項から第１１項のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項１３】
プラズマ生成装置を備えたプラズマ生成室と、該プラズマ生成室に連設され、シリコンドット形成対象基体を設置する基体設置部を配置したシリコンドット形成室と、該プラズマ生成室の該基体設置部に臨む開口部に設けられた負イオン引き出し電極装置とを準備すること、
該基体設置部にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内及び該シリコンドット形成室内から排気して該プラズマ生成室内をプラズマ生成圧に維持するとともに該シリコンドット形成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入し、前記プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させること、
前記負イオン引出し電極装置に第１の負イオン引出し電圧を印加して前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを前記シリコンドット形成室へ引出し前記基体設置部に設置されたシリコンドット形成対象基体に第１のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体にシリコンドット成長のもとになる核を形成すること、
該核形成にひきつづき該負イオン引出し電極装置に第２の負イオン引出し電圧を印加して前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを前記シリコンドット形成室へ引出し該シリコンドット形成対象基体に第２のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体に前記核をもとにシリコンドットを成長させること
を含むシリコンドット形成方法。
【請求項１４】
前記シリコンを含む負イオンの前記シリコンドット形成対象基体への照射において、前記第１のイオンエネルギは、前記プラズマのプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上とし、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下とする請求の範囲第１３項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項１５】
前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成し、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側を前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とするとともに他方の側を前記負イオン引出し電極装置を設けた第２プラズマ室とし、該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高める請求の範囲第１３項又は第１４項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項１６】
前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットを予め設け、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加し、該プラズマ中の正イオンを該ターゲットに接触させることで、該プラズマ中のシリコンを含む負イオンの濃度を高める請求の範囲第１３項又は第１４項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項１７】
前記セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットは、該物質堆積前の導電性ターゲットを前記プラズマ生成室内に設け、該物質堆積前の導電性ターゲットにセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を導いて該物質を堆積させることで得る請求の範囲第１６項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項１８】
前記プラズマ生成装置を周期的にオンオフさせ、前記負イオン引出し電極装置への前記シリコンを含む負イオン引出しのための電圧印加を、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行う請求の範囲第１３項から第１７項のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項１９】
プラズマ生成装置を備えたプラズマ生成室と、
該プラズマ生成室に連設され、シリコンドット形成対象基体を設置するための基体設置部を配置したシリコンドット形成室と、
該プラズマ生成室の該基体設置部に臨む開口部に設けられた負イオン引出し電極装置と、
該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するガス導入装置と、
該プラズマ生成室内及び該シリコンドット形成室内から排気する排気装置と、
該負イオン引出し電極装置にシリコンを含む負イオンを引き出す電圧を印加するための負イオン引出し電源装置とを備えており、
前記プラズマ生成装置は、前記ガス導入装置により前記プラズマ生成室内へ導入される前記ガスからシリコンを含む負イオンを含むプラズマを生成させる装置であり、
前記負イオン引出し電源装置は、前記負イオン引出し電極装置に、前記シリコンドット形成室の基体設置部に設置されるシリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための第１の負イオン引出し電圧の印加及び該シリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２の負イオン引出し電圧の印加を行う電源装置であるシリコンドット形成装置。
【請求項２０】
前記シリコンを含む負イオンの前記シリコンドット形成対象基体への照射において、前記第１のイオンエネルギは、前記プラズマのプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上であり、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下である請求の範囲第１９項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２１】
前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成するための磁場形成装置を備え、該プラズマ生成室の電子捕捉磁場形成領域より一方の側が前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とされるとともに他方の側が前記負イオン引出し電極装置を有する第２プラズマ室とされ、該プラズマ生成装置により該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記磁場形成装置で形成される電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高めることができる請求の範囲第１９項又は第２０項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２２】
前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットが予め設けられており、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置が設けられている請求の範囲第１９項又は第２０項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２３】
前記プラズマ生成室内に設置された導電性ターゲットと、
セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を生成して該導電性ターゲットに導き該ターゲットに該物質を堆積させる物質堆積装置と、
該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において、該物質堆積装置により該物質が堆積した該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置とを備えた請求の範囲第１９項又は第２０項記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２４】
前記プラズマ生成装置が周期的にオンオフされ、前記負イオン引出し電源装置による前記負イオン引出し電極装置へのシリコンを含む負イオンの引出し電圧の印加が、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行われるように、前記プラズマ生成装置及び前記負イオン引出し電源装置を制御する制御部を備えている請求の範囲第１９項から第２３項のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２５】
低プラズマ電位のプラズマの生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置部が設けられたプラズマ生成室及びイオンビームを該基体設置部に設置されるシリコンドット形成対象基体に照射するイオンビーム照射装置を準備すること、
該基体設置部にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内から排気してプラズマ生成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入し、前記低プラズマ電位プラズマ生成装置により該ガスから低プラズマ電位プラズマを発生させること、
該プラズマに前記基体設置部に設置したシリコンドット形成対象基体をさらすとともに前記イオンビーム照射装置から該シリコンドット形成対象基体にイオンビームを照射することを含み、
該イオンビームの照射は、該シリコンドット形成対象基体にシリコンドットのもとになる核を形成するための第１のイオンエネルギによるイオンビーム照射と、その後の、該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２のイオンエネルギによるイオンビーム照射とで行って該シリコンドット形成対象基体にシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法。
【請求項２６】
前記イオンビーム照射において、前記シリコンドット形成対象基体にイオンビームを照射するときの前記第１のイオンエネルギは、前記プラズマのプラズ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上とし、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下とする請求の範囲第２５項記載のシリコンドット形成方法。
【請求項２７】
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を含むガスのうち少なくとも一種のガスから発生させたイオンを用いる請求の範囲第２５項又は第２６項に記載のシリコンドット形成方法。
【請求項２８】
前記低プラズマ電位プラズマのプラズマ電位を５０Ｖ以下とする請求の範囲第２５項、第２６項又は第２７項に記載のシリコンドット形成方法。
【請求項２９】
前記低プラズマ電位プラズマのプラズマ密度を１×１０11イオン個／ｃｍ3 以上とする請求の範囲第２５項から第２８項のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項３０】
前記低プラズマ電位プラズマから前記シリコンドット形成対象基体に到達するシリコン原子数に対する前記イオンビーム照射装置から該基体に到達するイオン数の割合（イオン数／シリコン原子数）を０．０１〜１０とする請求の範囲第２５項から第２９項のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項３１】
前記低プラズマ電位のプラズマの生成装置は誘導結合型プラズマ生成装置である請求の範囲第２５項から第３０項のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単一電子デバイス等のための電子デバイス材料や発光材料などとして用いられるシリコンナノ粒子などとも称されている微小サイズのシリコンの結晶質粒子（以下「シリコンドット」ということがある。）の形成方法及び形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンナノ粒子（シリコンドット）の形成方法としては、シリコンを不活性ガス中でエキシマレーザー等を用いて加熱、蒸発させて形成する物理的手法が知られており、また、ガス中蒸発法も知られている（神奈川県産業技術総合研究所研究報告No.9/2003 77〜78頁参照) 。後者は、レーザーに代えて高周波誘導加熱やアーク放電によりシリコンを加熱蒸発させる手法である。【０００３】
また、ＣＶＤチャンバ内に材料ガスを導入し、加熱した基板上にシリコンナノ粒子を形成するＣＶＤ法も知られている（特開２００４−１７９６５８号公報参照）。
この方法では、シリコンナノ粒子成長のための核を基板上に形成する工程を経て、該核からシリコンナノ粒子を成長させる。【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７９６５８号公報
【非特許文献１】神奈川県産業技術総合研究所研究報告No.9/2003 77〜78頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる従来のシリコンドット形成方法のうち、シリコンをレーザー照射により加熱蒸発させる手法は、均一にエネルギー密度を制御してレーザーをシリコンに照射することが困難であり、シリコンドットの粒径や密度分布を揃えることが困難である。  ガス中蒸発法においても、シリコンの不均一な加熱が起こり、そのためにシリコンドットの粒径や密度分布を揃えることが困難である。【０００６】
また、前記のＣＶＤ法においては、前記核を基板上に形成するにあたり、基板を５５０℃程度以上に加熱しなければならず、耐熱温度の低い基板を採用できず、基板材料の選択可能範囲がそれだけ制限される。【０００７】
そこで本発明は、シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成でき、耐熱性の点で基体材料の選択可能範囲が広いシリコンドット形成方法を提供することを第１の課題とする。【０００８】
また本発明は、シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成でき、耐熱性の点で基体材料の選択可能範囲が広いシリコンドット形成装置を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は前記課題を解決するため研究を重ね、次のことを見出した。【００１０】
〔１〕第１の知見
(1) シリコンを含むガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ 4）等のガス）〕をプラズマ化し、該プラズマ中のシリコンを含むイオンをバイアスを印加した基体設置電極上のシリコンドット形成対象基体に照射すれば、シリコンドットのもとになる核を形成できる。【００１１】
(2) その際、プラズマ中に発生するシリコンを含むイオンには正イオンと負イオンとがあるが、正イオンはＳｉＨ3 + 、ＳｉＨ2 + や、Ｓｉ2 ＨX + （ｘは１〜７の範囲の整数）、Ｓｉn Ｈy + （ｎは３以上の整数、ｙはｙ≦２ｎ＋２の整数）等の高次シラン系イオンがあり、これら複数種類の正イオンが発生する。【００１２】
(3) 基体設置電極に負のバイアスを印加して正イオンをシリコンドット形成対象基体に照射したのでは、照射される正イオンが複数種類あり、それぞれ質量が異なるので、形成されるシリコンドットの粒径や分布が不揃いになる傾向がある。【００１３】
(4) この問題を解決しようとすると、質量分離して所定の質量の正イオンのみを選択的にシリコンドット形成対象基体に向かわせなければならないが、それには高価で嵩張る質量分離装置を必要とし、また、質量分離処理により選択された正イオンはビーム径が細いので、基体の広い面積にシリコンドットを形成するには走査手段が必要となるうえ、広い面積へのシリコンドット形成に時間がかかる。【００１４】
(5) 一方、シリコンを含む負イオンについてはＳｉＨ3 - 、ＳｉＨ2 - と言った１次シラン系負イオンの他に安定なものは存在しない。高次シラン系負イオンが発生するようなことがあっても、その寿命は極めて短く、すぐ解離し、負イオンとしては実質上１次シラン系負イオンだけとなる。
プラズマ中で重合が進んで微粒子が生成される場合に電子衝突により微粒子が負に帯電することがあるが、衝突確率の低いプラズマ条件では、負に帯電する微粒子も存在しない。【００１５】
(6) よって、基体設置電極に正のバイアスをパルス状に印加して実質上同じ種類の負イオンを一括してシリコンドット形成対象基体へ照射すれば、質量分離装置や走査機構を要することなく、また、質量分離された正イオンを用いる場合より短い時間でシリコンドットを基体の広い範囲にわたり形成でき、しかも、シリコンを含む負イオンは実質上同種類なので、それだけシリコンドットの粒径を揃え、シリコンドット密度分布を均一化できる。【００１６】
〔２〕第２の知見
(1) シリコンを含むガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ 4）等のガス）〕をプラズマ化し、該プラズマ中のシリコンを含むイオンをイオン引出し電極装置を用いて引き出し、シリコンドット形成対象基体に照射すれば、シリコンドットのもとになる核を形成できる。【００１７】
(2) その際、プラズマ中に発生するシリコンを含むイオンには正イオンと負イオンとがあるが、既述のとおり正イオンは複数種類が発生する。【００１８】
(3) 正イオンを引き出してシリコンドット形成対象基体に照射したのでは、照射される正イオンが複数種類あり、それぞれ質量が異なるので、形成されるシリコンドットの粒径や分布が不揃いになる傾向がある。【００１９】
(4) この問題を解決しようとすると、質量分離して所定の質量の正イオンのみを選択的にシリコンドット形成対象に向かわせなければならないが、それには高価で嵩張る質量分離装置を必要とし、また、質量分離処理により選択された正イオンはビーム径が細いので、基体の広い面積にシリコンドットを形成するには走査手段が必要になるうえ、広い面積へのシリコンドット形成に時間がかかる。【００２０】
(5) 一方、シリコンを含む負イオンについてはＳｉＨ3 - 、ＳｉＨ2 - と言った１次シラン系負イオンの他に安定なものは存在しない。高次シラン系負イオンが発生するようなことがあっても、その寿命は極めて短く、すぐ解離し、負イオンとしては実質上１次シラン系負イオンだけとなる。
プラズマ中で重合が進んで微粒子が生成される場合に電子衝突により微粒子が負に帯電することがあるが、衝突確率の低いプラズマ条件では、負に帯電する微粒子も存在しない。【００２１】
(6) よって、実質上同じ種類の負イオンを、イオン引出し電極装置に該負イオンを引き出すための電圧を印加することで引き出してシリコンドット形成対象基体へ照射すれば、質量分離装置や走査機構を要することなく、また、質量分離された正イオンを用いる場合より短い時間でシリコンドットを基体の広い範囲にわたり形成でき、しかも、シリコンを含む負イオンは実質上同種類なので、それだけシリコンドットの粒径を揃え、シリコンドット密度分布を均一化できる。【００２２】
〔３〕第３の知見
(1) シリコンを含むガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ 4）等のガス）〕をプラズマ化し、該プラズマにシリコンドット形成対象基体を曝すとともに該基体にイオンビームを照射することで、例えば基体温度が６００℃以下でもシリコンドットを形成できる。【００２３】
(2) このときプラズマは誘導結合型プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマであることが重要である。
一般的に言えば、プラズマの種類としては、誘導結合型プラズマ等の低電位プラズマのほか、静電結合型プラズマ（容量結合型プラズマ）がある。
しかし、静電結合型プラズマによるシリコンドット形成では、プラズマ密度（１ｃｍ3 当たりのイオン個数）が比較的低いこととプラズマ電位が比較的高いためにシリコンドット形成対象基体に結晶質シリコンドットを形成することが困難である。プラズマＣＶＤ法で結晶質シリコンドットを形成するためには、シリコンを含むガスをよりよく分解し、さらにプラズマ電位を低くする必要がある。【００２４】
プラズマ密度が低いと、つまりシリコンを含むガスの分解が悪いと、シリコンナノ粒子（シリコンドット）中に水素等の不純物が多量に混入し易く、該ドットはアモルファス状態或いは微結晶状態になり、結晶質のシリコンドットを得難い。また、プラズマ電位が高いと、形成されるシリコン結晶が破壊され易く（換言すればプラズマダメージを受け易く）、ドットはアモルファス状態或いは微結晶状態になり、この場合も結晶質のシリコンドットを得難い。【００２５】
(3) これらの静電結合型プラズマによるシリコンドット形成の弱点は、シリコンドット形成対象基体の温度を高くすることで克服できるが、例えば、該基体として低融点ガラス基板のような低価格な基板を用いる場合、該基体の温度をあまり高くすることができないので、該基体上に結晶質のシリコンドットを形成することは難しい。【００２６】
(4) これに対し、誘導結合型プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマは静電結合型プラズマと比べて高プラズマ密度、低プラズマ電位が得られ易いという特長がある。それ故、誘導結合型プラズマ等の低プラズマ電位プラズマによるシリコンドット形成では、比較的結晶質のシリコンドットを形成し易い。【００２７】
(5) また、シリコンドットの結晶性をさらに高めるために、誘導結合型プラズマ等の低プラズマ電位プラズマの下でシリコンドット形成対象基体上にシリコンドットを形成するにあたり、該基体表面にイオンビームを照射してもよい。シリコンドット形成中にイオンビームを照射することにより、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、シリコンドットの結晶性がより高くなる。【００２８】
前記第１の知見に基づき本発明は次の第１のシリコンドット形成方法及び第１のシリコンドット形成装置を提供する。また、前記第２の知見に基づき、後述する第２のシリコンドット形成方法及び第２のシリコンドット形成装置を提供する。さらに、前記第３の知見に基づき、後述する第３のシリコンドット形成方法を提供する。【００２９】
〔１〕第１のシリコンドット形成方法及び第１のシリコンドット形成装置
（１−１）第１のシリコンドット形成方法
プラズマ生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置電極が設けられたプラズマ生成室を準備すること、
該基体設置電極にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内から排気してプラズマ生成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するとともに前記プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させること、
該基体設置電極に第１の正のパルス電圧を印加することで、該電極に設置されたシリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体にシリコンドット成長のもとになる核を形成すること、
前記核形成にひきつづき、該基体設置電極に第２の正のパルス電圧を印加することで、該シリコンドット形成対象基体へ該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体に前記核をもとにシリコンドットを成長させること
を含むシリコンドット形成方法。【００３０】
（１−２）第１のシリコンドット形成装置
プラズマ生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置電極が設けられたプラズマ生成室と、
該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するガス導入装置と、
該プラズマ生成室内から排気する排気装置と、
前記基体設置電極に正パルス電圧を印加するための正バイアス電源装置とを備えており、
前記プラズマ生成装置は、前記ガス導入装置により前記プラズマ生成室内へ導入される前記ガスからシリコンを含む負イオンを含むプラズマを生成させる装置であり、
前記正バイアス電源装置は、前記基体設置電極に、該電極に設置されるシリコンドット形成対象基体へ該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための第１の正のパルス電圧の印加及び該シリコンドット形成対象基体に該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２の正のパルス電圧の印加を行う電源装置であるシリコンドット形成装置。【００３１】
〔２〕第２のシリコンドット形成方法及びシリコンドット形成装置
（２−１）第２のシリコンドット形成方法
プラズマ生成装置を備えたプラズマ生成室と、該プラズマ生成室に連設され、シリコンドット形成対象基体を設置する基体設置部を配置したシリコンドット形成室と、該プラズマ生成室の該基体設置部に臨む開口部に設けられた負イオン引き出し電極装置とを準備すること、
該基体設置部にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内及び該シリコンドット形成室内から排気して該プラズマ生成室内をプラズマ生成圧に維持するとともに該シリコンドット形成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入し、前記プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させること、
前記負イオン引出し電極装置に第１の負イオン引出し電圧を印加して前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを前記シリコンドット形成室へ引出し前記基体設置部に設置されたシリコンドット形成対象基体に第１のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体にシリコンドット成長のもとになる核を形成すること、
該核形成にひきつづき該負イオン引出し電極装置に第２の負イオン引出し電圧を印加して前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを前記シリコンドット形成室へ引出し該シリコンドット形成対象基体に第２のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体に前記核をもとにシリコンドットを成長させること
を含むシリコンドット形成方法。【００３２】
（２−２）第２のシリコンドット形成装置
プラズマ生成装置を備えたプラズマ生成室と、
該プラズマ生成室に連設され、シリコンドット形成対象基体を設置するための基体設置部を配置したシリコンドット形成室と、
該プラズマ生成室の該基体設置部に臨む開口部に設けられた負イオン引出し電極装置と、
該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するガス導入装置と、
該プラズマ生成室内及び該シリコンドット形成室内から排気する排気装置と、
該負イオン引出し電極装置にシリコンを含む負イオンを引き出す電圧を印加するための負イオン引出し電源装置とを備えており、
前記プラズマ生成装置は、前記ガス導入装置により前記プラズマ生成室内へ導入される前記ガスからシリコンを含む負イオンを含むプラズマを生成させる装置であり、
前記負イオン引出し電源装置は、前記負イオン引出し電極装置に、前記シリコンドット形成室の基体設置部に設置されるシリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための第１の負イオン引出し電圧の印加及び該シリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとシリコンドットを成長させるための第２の負イオン引出し電圧の印加を行う電源装置であるシリコンドット形成装置。【００３３】
〔３〕第３のシリコンドット形成方法
低プラズマ電位のプラズマの生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置部が設けられたプラズマ生成室及びイオンビームを該基体設置部に設置されるシリコンドット形成対象基体に照射するイオンビーム照射装置を準備すること、
該基体設置部にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内から排気してプラズマ生成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入し、前記低プラズマ電位プラズマ生成装置により該ガスから低プラズマ電位プラズマを発生させること、
該プラズマに前記基体設置部に設置したシリコンドット形成対象基体をさらすとともに前記イオンビーム照射装置から該シリコンドット形成対象基体にイオンビームを照射することを含み、
該イオンビームの照射は、該シリコンドット形成対象基体にシリコンドットのもとになる核を形成するための第１のイオンエネルギによるイオンビーム照射と、その後の、該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２のイオンエネルギによるイオンビーム照射とで行って該シリコンドット形成対象基体にシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る第１シリコンドット形成装置の１例の概略構成を示す図である。
【図２】プラズマ点灯消灯と基体設置電極への正バイアスパルス電圧印加のタイミングを示す図である。
【図３】本発明に係る第１シリコンドット形成装置の他の例の概略構成を示す図である  。
【図４】本発明に係る第１シリコンドット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】本発明に係る第１シリコンドット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】本発明に係る第１シリコンドット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】本発明に係る第２シリコンドット形成装置の１例の概略構成を示す図である。
【図８】プラズマ点灯消灯と負イオン引出し電極装置への負イオン引出し電圧印加（負イオンビーム引き出し）のタイミングを示す図である。
【図９】本発明に係る第２シリコンドット形成装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２シリコンドット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】本発明に係る第２シリコンドット形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図である。
【図１２】第３シリコンドット形成装置の１例の概略構成を示す図である。
【図１３】第１２図の装置で採用するアンテナを上から見た図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｓ  シリコンドット形成対象基体            ２Ａ  プラズマ生成装置
１Ａ  プラズマ生成装置                    ２１  プラズマ生成室
１１  プラズマ生成室                      ２１１  第１プラズマ室
１２  高周波電力印加電極                  ２１２  第２プラズマ室
１３  基体設置電極                        ２２  フィラメント
１４  マッチングボックス                  ２３  基体設置電極
１５  高周波電源装置                      ２４１  フィラメント加熱用電源
１５１  高周波電源                        ２４２  放電用電源
１５２  スイッチ                          ２４３  スイッチ
１６  正バイアス電源装置                  ２５  正バイアス電源装置
１６１  直流電源                          ２５１  直流電源
１６２  スイッチ                          ２５２  スイッチ
１７  制御部                              ２６  制御部
１８  ガス導入装置                        ２７  ガス導入装置
１９  排気装置                            ２８  排気装置
２９  磁場形成装置
２９１  導体棒
２９２  
ｍｇ１〜ｍｇ４  磁石
Ｂ  電子捕捉磁場
３Ａ  プラズマ生成装置                    ４Ａ  プラズマ生成装置
３１  プラズマ生成室                      ４１  プラズマ生成室
３２  マグネトロン                        ４２  スパッタターゲット
３３  基体設置電極                        ４２３  負バイアス電源装置
３２１  導波管                            ４２４  セシウム堆積装置
３２２  マイクロ波透過窓                  ４２４ａ  セシウム収容オーブン
３２３  ＥＣＲコイル                      ４２４ｂ  ヒータ
３３  基体設置電極                        ４２４ｃ  ダクト
３４  正バイアス電源装置                  ４３  高周波アンテナ
３４１  直流電源                          ４４  基体設置電極
３４２  スイッチ                          ４５  高周波電源装置
３５  制御部                              ４５０  マッチングボックス
３６  ガス導入装置                        ４５１  高周波電源
３７  排気装置                            ４５２  スイッチ
４６  正バイアス電源装置
４６１  直流電源
４６２  スイッチ
４７  制御物品
４８  ガス導入装置
４９  排気装置
５１  プラズマ生成室                      ６１  プラズマ生成室
５１１  開口部                            ６１１  第１プラズマ室
５１２  天井壁の開口                      ６１２  第２プラズマ室
５２  シリコンドット形成室                ６１３  開口部
５３  負イオン引出し電極装置              ６２  シリコンドット形成室
５３１  加速電極                          ６Ａ  プラズマ生成装置
５３２  減速電極                          ６３  マグネトロン
５３３  接地電極                          ６３１  導波管
ＰＷ  負イオン引出し電源装置              ６３２  マイクロ波透過窓
Ｒ  抵抗                                  ６３３  磁場形成装置
ＰＷ１  加速電源                          ６４  制御部
ＰＷ２  減速電源                          ６５  ガス導入装置
Ｓ１、Ｓ２  スイッチ                      ６６  排気装置
５Ａ  プラズマ生成装置                    ６７  磁場形成装置
５４  ＥＣＲプラズマ生成装置              ６７１  導体棒
５４１  チャンバ                          ６７２  電源
５４１ａ  電子放出孔
４４２  アンテナ
５４３  磁場形成装置
５４４  同軸ケーブル
５５  ガス導入装置
５６  放電用電源
５６１  スイッチ
５７  基体設置部
５８  制御部
５９  排気装置
７１  プラズマ生成室                      １’  プラズマ生成室
７１１  開口部                            １０’  ゲート弁
７２  シリコンドット形成室                １１’  基体設置部
７３  スパッタターゲット                  １２’  排気装置
７４  高周波アンテナ                      １３’  ガス導入装置
７３３  負バイアス電源装置                １４’  基体加熱用ヒータ
７５０  マッチングボックス                ９’  アンテナ
７Ａ  プラズマ生成装置                    ９ａ  アンテナの開口
７５  高周波電源装置                      ９２’絶縁物９２’
７５１  高周波電源                        ９１’コの字型導電性部材
７５２  スイッチ                          ２’  高周波電源
７６  制御部                              ３’  整合器
７７  ガス導入装置                        １５’  コンデンサ
７８  排気装置                            ４００  イオンビーム照射装置
４’  イオン源
１６’イオン源用ガス供給部
５’  整合器
６’  高周波電源
４０’  イオン照射用電極系
４１’  加速電極
４２’  減速電極
４３’  接地電極
７’  加速電源
８’  減速電源
１００  制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の実施形態として以下に記す第１タイプのシリコンドット形成方法及び第１タイプのシリコンドット形成装置、第２タイプのシリコンドット形成方法及び第２タイプのシリコンドット形成装置並びに第３タイプのシリコンドット形成方法を挙げることができる。【００３７】
〔１〕第１タイプのシリコンドット形成方法及び装置
（１）第１タイプのシリコンドット形成方法
第１タイプのシリコンドット形成方法は、基本的には、
プラズマ生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置電極が設けられたプラズマ生成室を準備すること、
該基体設置電極にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内から排気してプラズマ生成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するとともに前記プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させること、
該基体設置電極に第１の正のパルス電圧を印加することで、該電極に設置されたシリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体にシリコンドット成長のもとになる核を形成すること、
前記核形成にひきつづき、該基体設置電極に第２の正のパルス電圧を印加することで、該シリコンドット形成対象基体へ該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体に前記核をもとにシリコンドットを成長させること
を含むシリコンドット形成方法である。【００３８】
（２）第１タイプのシリコンドット形成装置
第１タイプのシリコンドット形成装置は、基本的には、
プラズマ生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置電極が設けられたプラズマ生成室と、
該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するガス導入装置と、
該プラズマ生成室内から排気する排気装置と、
前記基体設置電極に正パルス電圧を印加するための正バイアス電源装置とを備えており、
前記プラズマ生成装置は、前記ガス導入装置により前記プラズマ生成室内へ導入される前記ガスからシリコンを含む負イオンを含むプラズマを生成させる装置であり、
前記正バイアス電源装置は、前記基体設置電極に、該電極に設置されるシリコンドット形成対象基体へ該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための第１の正のパルス電圧の印加及び該シリコンドット形成対象基体に該プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２の正のパルス電圧の印加を行う電源装置であるシリコンドット形成装置である。【００３９】
第１タイプのシリコンドット形成方法及び装置によると、シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成できる。また、基体温度が比較的低温でもシリコンドットを形成でき、耐熱性の点で広い範囲から基体材料を選択できる。【００４０】
また、質量分離装置やイオンビームの走査機構といった高価な装置類を必要とすることなく、質量分離された正イオンを用いる場合より短い時間でシリコンドットを基体の広い範囲にわたり形成できる。      【００４１】
第１タイプのシリコンドット形成方法及び装置では、前記シリコンドット形成対象基体へのシリコンを含む負イオンの照射において、前記第１のイオンエネルギは、前記プラズマのプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上とし、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下、より好ましくは５００ｅＶ以下とする（従って第１、第２の正のパルス電圧はそのようなイオンエネルギが得られるパルス電圧とする）例を挙げることができる。  なお、ここでＰ〔Ｖ〕及びＰ〔ｅＶ〕における「Ｐ」自身は数値である。【００４２】
第１のイオンエネルギは、プラズマ電位をＰ〔Ｖ〕としたとき、Ｐ〔ｅＶ〕を下まわってくると、「核」の形成が困難になってくることがあるので、「核」の形成のためにＰ〔ｅＶ〕以上とすることが望ましいが、大きすぎるとシリコンドット形成対象基体のイオン照射によるダメージが発生してくるから、５ｋｅＶ程度までとする例を挙げることができる。【００４３】
第２のイオンエネルギは、２ｋｅＶを超えてくると、「核」をもとに成長しようとするシリコンドットがイオンによるスパッタリング作用乃至衝突破壊作用を大きく受けるようになってシリコンドットの成長が困難になってくることがある一方、第２のイオンエネルギが２ｋｅＶ以下、より好ましくは５００ｅＶ以下ではイオン照射によるシリコン原子の移動乃至マイグレーション促進効果があり、結晶性の高い良質のシリコンドットが成長する。しかし、第２のイオンエネルギがあまり低すぎると、シリコンドットが成長し難くなることがあるので、プラズマ電位との兼ね合いで、例えば５０ｅＶ以上とする例を挙げることができる。【００４４】
シリコンドット形成対象基体に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成するにあたっては、シリコンを含む負イオンがより多くプラズマに含まれている方がよい。換言すればプラズマにおける負イオンの濃度が高い方がよい。【００４５】
負イオンの濃度（負イオンの密度）を高める方法として次の３通りの方法を例示することができる。
(1) 負イオン濃度を高める方法１                                                    プラズマ点灯をパルス的に行い、プラズマ消灯直後に基体設置電極にパルス的に正の電圧を印加することによって負イオン密度を高める方法である。さらに言えば、プラズマ生成装置をオンすることによって、プラズマ原料ガスからプラズマを生成させる。次にプラズマ生成装置をオフする。そうすると、プラズマ中の電子の温度は急速に低下する。この期間、電子及び正負イオンの密度は殆ど変化しない。従ってプラズマ中では低エネルギー電子が支配的となる。この低速電子と分子が解離性付着を起こすことによって負イオンが生成される確率が急激に高くなる。このような解離性付着によって、負イオン密度はプラズマ生成装置のオフ直後から急激に上昇する。さらに時間が経過すると、電子は軽いために、急速に拡散し、消滅して密度が低下する。一方で、正及び負のイオンは質量が大きいため、殆ど消滅しない。このため電子密度が極端に低くなり、正負イオンでプラズマが維持される特異な（電子が殆ど無い）プラズマが形成される。【００４６】
この現象を利用することでシリコンを含む負イオンの濃度を高めることができる。
この方法１は後述する方法２や方法３とも併用できる。【００４７】
(2) 負イオン濃度を高める方法２
プラズマ生成室を二つに分け、その一方の第１プラズマ室に原料ガスを導いてこれを励起しプラズマを生成させる。他方の第２プラズマ室に基体設置電極を設ける。二つのプラズマ室の間には磁場によるエネルギーフィルタを設ける。第１プラズマ室では旺盛なプラズマ生成が行われ電子のエネルギーが高い。高エネルギー電子は中性ラジカルや原子と結合しにくい。エネルギーフィルタは高エネルギーの電子の通過を抑制する。第２プラズマ室は低エネルギーの電子が多く存在することになる。低エネルギー電子は中性分子、原子との衝突結合の断面積が大きい。低エネルギー電子は中性ラジカルに結びついてこれをＳｉＨ3 - 、ＳｉＨ2 - 等に負イオン化する。そのようにして低エネルギーの電子が少なくなると第１プラズマ室から第２プラズマ室へ低エネルギー電子が入ってくる。エネルギーフィルタは、電子エネルギーに対して選択性あるものである。中性原子、分子は自由に通過を許すものとする。それは数十ガウス程度の磁場を形成することによってなされる。そのような磁場は、例えば永久磁石を対向させることによって発生させることができる。あるいは平行な複数の導体棒に電流を流すことによって磁場を発生させることができる。【００４８】
(3) 負イオン濃度を高める方法３
第３方法は、セシウム等の仕事関数が低いことを利用して負イオン密度を高める方法である。負イオン源として既に広く使われている方法である。セシウム（Ｃｓ）は金属表面に吸着されると金属表面の仕事関数を下げる作用がある。仕事関数が下がるので電子がより放出されやすくなる。そこでこの金属を負にバイアスすると金属は電子の放出体として機能する。電子がＳｉＨx ラジカルや分子、正イオンなどに与えられ、それらが負イオン化する。Ｃｓは蒸発源に固体の状態で収容しておき加熱気化して金属表面に導くことができる。Ｃｓの他にルビジウム（Ｒｂ）、カリウム（Ｋ）、バリウム（Ｂａ）なども利用できる。【００４９】
そこで第１タイプのシリコンドット形成方法では、前記方法１を利用して、前記プラズマ生成装置を周期的にオンオフさせ、前記基体設置電極への正パルス電圧の印加は、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行うようにしてもよい。【００５０】
また、第１タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法１を利用できるように、前記プラズマ生成装置が周期的にオンオフされ、前記正バイアス電源装置による前記基体設置電極への正パルス電圧の印加が、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行われるように、前記プラズマ生成装置及び前記正バイアス電源装置を制御する制御部を備えているシリコンドット形成装置でもよい。【００５１】
また、第１タイプのシリコンドット形成方法では、前記方法２を利用して、前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成し、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側を前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とするとともに他方の側を前記基体設置電極を有する第２プラズマ室とし、該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高めるようにしてもよい。                【００５２】
第１タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法２を利用できるように、前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成するための磁場形成装置を備え、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側が前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とされるとともに他方の側が前記基体設置電極を有する第２プラズマ室とされ、該プラズマ生成装置により該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記磁場形成装置で形成される電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高めることができるシリコンドット形成装置でもよい。【００５３】
このように前記方法２を利用する方法及び装置において、「第２プラズマ室内へ到来する低エネルギ電子の作用」とは、第２プラズマ室内で低エネルギー電子が中性原子、分子との衝突によりシリコンを含む負イオンを増加させる作用である。【００５４】
また、第１タイプのシリコンドット形成方法では、前記方法３を利用して、前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットを予め設け、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加し、該プラズマ中の正イオンを該ターゲットに接触させることで、該プラズマ中のシリコンを含む負イオンの濃度を高めるようにしてもよい。【００５５】
前記セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットは、例えば、該物質堆積前の導電性ターゲットを前記プラズマ生成室内に設け、該物質堆積前の導電性ターゲットにセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を導いて該物質を堆積させることで得ることができる。【００５６】
第１タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法３を利用するために、前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットが予め設けられており、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置が設けられているシリコンドット形成装置でもよい。【００５７】
第１タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法３を利用するために、
前記プラズマ生成室内に設置された導電性ターゲットと、
セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を生成して該導電性ターゲットに導き該ターゲットに該物質を堆積させる物質堆積装置と、
該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において、該物質堆積装置により該物質が堆積した該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置とを備えたものでもよい。【００５８】
〔２〕第２タイプのシリコンドット形成方法及びシリコンドット形成装置
（２−１）第２タイプのシリコンドット形成方法
第２タイプのシリコンドット形成方法は、基本的には、
プラズマ生成装置を備えたプラズマ生成室と、該プラズマ生成室に連設され、シリコンドット形成対象基体を設置する基体設置部を配置したシリコンドット形成室と、該プラズマ生成室の該基体設置部に臨む開口部に設けられた負イオン引き出し電極装置とを準備すること、
該基体設置部にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内及び該シリコンドット形成室内から排気して該プラズマ生成室内をプラズマ生成圧に維持するとともに該シリコンドット形成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入し、前記プラズマ生成装置により該ガスからプラズマを発生させること、
前記負イオン引出し電極装置に第１の負イオン引出し電圧を印加して前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを前記シリコンドット形成室へ引出し前記基体設置部に設置されたシリコンドット形成対象基体に第１のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体にシリコンドット成長のもとになる核を形成すること、
該核形成にひきつづき該負イオン引出し電極装置に第２の負イオン引出し電圧を印加して前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを前記シリコンドット形成室へ引出し該シリコンドット形成対象基体に第２のイオンエネルギで照射して該シリコンドット形成対象基体に前記核をもとにシリコンドットを成長させること
を含むシリコンドット形成方法である。【００５９】
（２−２）第２タイプのシリコンドット形成装置
第２タイプのシリコンドット形成装置は、基本的には、
プラズマ生成装置を備えたプラズマ生成室と、
該プラズマ生成室に連設され、シリコンドット形成対象基体を設置するための基体設置部を配置したシリコンドット形成室と、
該プラズマ生成室の該基体設置部に臨む開口部に設けられた負イオン引出し電極装置と、
該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入するガス導入装置と、
該プラズマ生成室内及び該シリコンドット形成室内から排気する排気装置と、
該負イオン引出し電極装置にシリコンを含む負イオンを引き出す電圧を印加するための負イオン引出し電源装置とを備えており、
前記プラズマ生成装置は、前記ガス導入装置により前記プラズマ生成室内へ導入される前記ガスからシリコンを含む負イオンを含むプラズマを生成させる装置であり、
前記負イオン引出し電源装置は、前記負イオン引出し電極装置に、前記シリコンドット形成室の基体設置部に設置されるシリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための第１の負イオン引出し電圧の印加及び該シリコンドット形成対象基体へ前記プラズマ中のシリコンを含む負イオンを第２のイオンエネルギで照射して該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２の負イオン引出し電圧の印加を行う電源装置であるシリコンドット形成装置である。【００６０】
第２タイプのシリコンドット形成方法及び装置によっても、シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成できる。また、基体温度が比較的低温でもシリコンドットを形成でき、耐熱性の点で広い範囲から基体材料を選択できる。
また、質量分離装置やイオンビームの走査機構といった高価な装置類を必要とすることなく、質量分離された正イオンを用いる場合より短い時間でシリコンドットを基体の広い範囲にわたり形成できる。【００６１】
第２タイプのシリコンドット形成方法及び装置では、前記シリコンドット形成対象基体へのシリコンを含む負イオンの照射において、前記第１のイオンエネルギは、プラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上とし、前記第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下、より好ましくは５００ｅＶ以下とする（従って前記負イオン引出し電極装置に印加する第１、第２の負イオン引出し電圧はそのようなイオンエネルギが得られる電圧とする）例を挙げることができる。
なお、ここでＰ〔Ｖ〕、Ｐ〔ｅＶ〕の「Ｐ」それ自身は数値である。【００６２】
前記の第１タイプのシリコンドット形成方法及び装置の場合と同様に、第１のイオンエネルギは、プラズマ電位がＰ〔Ｖ〕であるとき、Ｐ〔ｅＶ〕を下まわってくると、負イオンの加速が困難になってきて、「核」の形成が困難になってくることがあるので、「核」の形成のためにＰ〔ｅＶ〕以上とすることが望ましいが、大きすぎるとシリコンドット形成対象基体のイオン照射によるダメージが発生してくるから、５ｋｅＶ程度までとする例を挙げることができる。【００６３】
第２のイオンエネルギは、２ｋｅＶを超えてくると、「核」をもとに成長しようとするシリコンドットがイオンによるスパッタリング作用乃至衝突破壊作用を大きく受けるようになってシリコンドットの成長が困難になってくることがある一方、第２のイオンエネルギが２ｋｅＶ以下、より好ましくは５００ｅＶ以下ではイオン照射によるシリコン原子の移動乃至マイグレーション促進効果があり、結晶性の高い良質のシリコンドットが成長する。しかし、第２のイオンエネルギがあまり低すぎると、シリコンドットが成長し難くなることがあるので、プラズマ電位との兼ね合いで、例えば５０ｅＶ以上とする例を挙げることができる。【００６４】
第２タイプのシリコンドット形成方法及び装置においても、シリコンドット形成対象基体に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成するにあたっては、シリコンを含む負イオンがより多くプラズマに含まれている方がよい。換言すればプラズマにおける負イオン濃度が高い方がよい。【００６５】
第２タイプのシリコンドット形成方法及び装置の場合も、負イオン濃度を高める方法として前記の方法１、２及び３を利用できる。【００６６】
そこで、第２タイプのシリコンドット形成方法では、前記方法１を利用できるように、前記プラズマ生成装置を周期的にオンオフさせ、前記負イオン引出し電極装置への前記シリコンを含む負イオン引出しのための電圧印加を、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行うようにしてもよい。【００６７】
また、第２タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法１を利用するために、  前記プラズマ生成装置が周期的にオンオフされ、前記負イオン引出し電源装置による前記負イオン引出し電極装置へのシリコンを含む負イオンの引出し電圧の印加が、該プラズマ生成装置がオフに切り替わってから所定期間経過後から該プラズマ生成装置が再びオンされるまでの期間中に行われるように、前記プラズマ生成装置及び前記負イオン引出し電源装置を制御する制御部を備えているシリコンドット形成装置でもよい。【００６８】
第２タイプのシリコンドット形成方法では、前記方法２を利用できるように、
前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成し、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側を前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とするとともに他方の側を前記負イオン引出し電極装置を設けた第２プラズマ室とし、該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高めるようにしてもよい。【００６９】
また、第２タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法２を利用するために、  前記プラズマ生成室内の中間部に電子捕捉磁場を形成するための磁場形成装置を備え、該プラズマ生成室の該電子捕捉磁場形成領域より一方の側が前記プラズマ生成装置を備えた第１プラズマ室とされるとともに他方の側が前記負イオン引出し電極装置を有する第２プラズマ室とされ、該プラズマ生成装置により該第１プラズマ室内で前記シリコンを含むガスからプラズマを発生させ、前記磁場形成装置で形成される電子捕捉磁場により該第１プラズマ室に生成したプラズマ中の電子の一部の該第２プラズマ室への移動を抑制し、該第２プラズマ室内へ到来する、該第２プラズマ室への移動を抑制された電子より低エネルギの電子の作用により該第２プラズマ室内のシリコンを含む負イオンの濃度を高めることができるシリコンドット形成装置でもよい。【００７０】
このように前記方法２を利用する方法及び装置において、「第２プラズマ室内へ到来する低エネルギ電子の作用」とは、第２プラズマ室内で低エネルギー電子が中性原子、分子との衝突によりシリコン原子を含む負イオンを増加させる作用である。【００７１】
さらに、第２タイプのシリコンドット形成方法では、前記方法３を利用できるように、前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットを予め設け、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加し、該プラズマ中の正イオンを該ターゲットに接触させることで、該プラズマ中のシリコンを含む負イオンの濃度を高めるようにしてもよい。【００７２】
前記セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットは、例えば、該物質堆積前の導電性ターゲットを前記プラズマ生成室内に設け、該物質堆積前の導電性ターゲットにセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を導いて該物質を堆積させることで得ることができる。【００７３】
第２タイプのシリコンドット形成装置は、前記方法３を利用するために、前記プラズマ生成室内にセシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質を堆積させた導電性ターゲットが予め設けられており、該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置が設けられているシリコンドット形成装置であってもよい。【００７４】
第２タイプのシリコンドット形成装置は、
前記プラズマ生成室内に設置された導電性ターゲットと、
セシウム、ルビジウム、カリウム及びバリウムから選ばれた少なくとも一種の物質の蒸気を生成して該導電性ターゲットに導き該ターゲットに該物質を堆積させる物質堆積装置と、
該プラズマ生成室内における前記プラズマ生成装置による前記シリコンを含むガスからのプラズマ生成において、該物質堆積装置により該物質が堆積した該導電性ターゲットに負電圧を印加する負バイアス電源装置とを備えたシリコンドット形成装置であってもよい。【００７５】
〔３〕第３タイプのシリコンドット形成方法
第３タイプのシリコンドット形成方法は、基本的には、
誘導結合プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマの生成装置を備えるとともに内部にシリコンドット形成対象基体を設置する基体設置部が設けられたプラズマ生成室及びイオンビームを該基体設置部に設置されるシリコンドット形成対象基体に照射するイオンビーム照射装置を準備すること、
該基体設置部にシリコンドット形成対象基体を設置すること、
該プラズマ生成室内から排気してプラズマ生成室内をシリコンドット形成圧に維持しつつ該プラズマ生成室内にシリコンを含むガスを導入し、前記低プラズマ電位プラズマ生成装置により該ガスから低プラズマ電位プラズマを発生させること、
該プラズマに前記基体設置部に設置したシリコンドット形成対象基体をさらすとともに前記イオンビーム照射装置から該シリコンドット形成対象基体にイオンビームを照射することを含み、
該イオンビームの照射は、該シリコンドット形成対象基体にシリコンドットのもとになる核を形成するための第１のイオンエネルギによるイオンビーム照射と、その後の、該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２のイオンエネルギによるイオンビーム照射とで行って該シリコンドット形成対象基体にシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法である。【００７６】
第３タイプのシリコンドット形成方法によっても、シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成できる。また、基体温度が比較的低温でもシリコンドットを形成でき、耐熱性の点で広い範囲から基体材料を選択できる。【００７７】
また、質量分離装置やイオンビームの走査機構といった高価な装置類を必要とすることなく、質量分離された正イオンを用いる場合より短い時間でシリコンドットを基体の広い範囲にわたり形成できる。【００７８】
第３タイプのシリコンドット形成方法によると、シリコンを含むガスから誘導結合プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマを生成させ、該プラズマの下にシリコンドット形成対象基体を置くとともに該基体表面にイオンビームを照射してシリコンドットを形成する。【００７９】
このようにシリコンを含むガスから生成させるプラズマは誘導結合プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマであり、該プラズマは前記のとおり静電結合型プラズマと比べて高プラズマ密度、低プラズマ電位が得られる。それ故、例えば低融点ガラス基板のような耐熱性の比較的低い基体上にも該基体の熱的損傷を抑制できる低温下で（例えば６００℃以下で）結晶性の高いシリコンドットを得ることができる。【００８０】
また、誘導結合プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマの下で基体上にシリコンドットを形成するにあたり、該基体表面にイオンビーム照射装置からイオンビームを照射するので、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、シリコンドットの結晶性がより高くなる。
シリコンドット形成後に結晶性を高めるために別途熱処理する必要はない。【００８１】
このように第３タイプの方法によると、生産性よく良質の結晶質シリコンドットを得ることができる。そして、このようにして得られたシリコンドットは結晶性の高い良質のものである。【００８２】
また第３タイプのシリコンドット形成方法によると、イオンビーム照射にあたり、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、シリコンドットの結晶化度の制御はもとより、結晶粒径制御、結晶配向制御、内部応力制御、膜密着力制御等を行うことができる。【００８３】
また、第３タイプのシリコンドット形成方法によると、例えば誘導結合型高周波電界を印加するためのアンテナをプラズマ生成室内に設置できるので、基体の大面積化にも容易に対応できる。【００８４】
第３タイプのシリコンドット形成方法において、結晶性の高いシリコンドットを安定して得るためには、誘導結合型プラズマ等のプラズマ密度が１×１０11イオン個／ｃｍ3 以上であることが望ましい。より好ましくは２×１０11イオン個／ｃｍ3 以上である。【００８５】
プラズマ密度が１×１０11イオン個／ｃｍ3 より小さいと、すなわちシリコンを含むガスの分解が悪いと、シリコンドット中に水素等の不純物が多量に混入し易く、シリコン原子のネットワーク形成が阻害されて、シリコンのドットがアモルファス或いは微結晶状態になり、結晶質のシリコンドットが得られ難くなることがある。
プラズマ密度の上限値としては、それには限定されないが、例えば１×１０13イオン個／ｃｍ3 程度を挙げることができる。【００８６】
かかるプラズマ密度の制御としては、例えば、ガス導入装置及びプラズマ生成室内のガス圧調整装置、原料ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置（特にプラズマ励起用電源）を共に制御して、換言すれば原料ガスの供給量及びプラズマ生成室内圧力、該ガスをプラズマ化させる電力（高周波アンテナに供給する高周波電力）を制御する手段をもって、プラズマ密度を１×１０11（イオン個／ｃｍ3 ）以上、より好ましくは２×１０11（イオン個／ｃｍ3 ）以上、或いは１×１０11（イオン個／ｃｍ3 ）〜１×１０13（イオン個／ｃｍ3 ）程度等にする場合を挙げることができる。【００８７】
また、第３タイプのシリコンドット形成方法において、結晶質のシリコンドットを安定して得るためには、誘導結合型プラズマ等のプラズマの電位が５０Ｖ以下であることが望ましい。プラズマ電位が５０Ｖより大きいと、シリコンのドットがプラズマからのイオンのダメージ（プラズマダメージ）を受け易く、シリコンのドットがアモルファス或いは微結晶状態になり、結晶質シリコンドットが得られ難くなることがある。該プラズマ電位は、より好ましくは３０Ｖ以下であり、さらに好ましくは１０Ｖ以下である。
このために、誘導結合型プラズマ等の低プラズマ電位プラズマの電位を５０Ｖ以下、或いは３０Ｖ以下、或いはさらに１０Ｖ以下に制御する手段を設けることができる。【００８８】
例えば、成膜用原料ガス供給装置及び成膜室（真空チャンバ）内の真空度（ガス圧）調整装置、原料ガスをプラズマ化するプラズマ励起用高周波電源を共に制御して、換言すれば原料ガスの供給量及び成膜室内真空度、該ガスをプラズマ化させる高周波電力（高周波アンテナに供給する電力）を制御する手段をもって、プラズマ電位を５０Ｖ程度以下、或いは３０Ｖ以下、或いはさらに１０Ｖ以下としてもよい。
もっとも、今日のシリコンドット形成に用いることができる、構造的、コスト的に合理的な装置を対象に考えれば、プラズマ電位の下限は概ね２０Ｖ程度、装置によっては１０Ｖ程度になるであろう。【００８９】
第３タイプのシリコンドット形成方法において、イオンビーム照射装置からシリコンドット形成対象基体へ照射するイオンビームにおけるイオンエネルギはイオンビーム照射の目的に応じたものとすればよく、シリコンドットの核を形成する第１のイオンエネルギによるイオンビーム照射時の該イオンエネルギは、プラズマ電位がＰ〔Ｖ〕であるとすると、Ｐ〔ｅＶ〕以上が好ましい。該核から結晶質のシリコンドットを成長させるための第２のイオンエネルギによるイオンビーム照射時の該イオンエネルギとしては２ｋｅＶ以下、より好ましくは５００ｅＶ以下を例示できる。
なお、ここでＰ〔Ｖ〕、Ｐ〔ｅＶ〕の「Ｐ」それ自身は数値である。【００９０】
第３タイプのシリコンドット形成方法では、前記シリコンドット形成対象基体へのイオンビーム照射において、第１のイオンエネルギが、前記Ｐ〔ｅＶ〕を下まわってくると、「核」の形成が困難になってくることがあるので、「核」の形成のために該Ｐ〔ｅＶ〕以上とすることが望ましいが、大きすぎるとシリコンドット形成対象基体のイオン照射によるダメージが発生してくることがあるから、５ｋｅＶ程度までとする例を挙げることができる。【００９１】
第２のイオンエネルギは、２ｋｅＶを超えてくると、「核」をもとに成長しようとするシリコンドットがイオンによるスパッタリング作用乃至衝突破壊作用を大きく受けるようになってシリコンドットの成長が困難になってくることがある一方、第２のイオンエネルギが２ｋｅＶ以下、より好ましくは５００ｅＶ以下ではイオン照射によるシリコン原子の移動乃至マイグレーション促進効果があり、結晶性の高い良質のシリコンドットが成長する。【００９２】
しかし、第２のイオンエネルギがあまり低すぎると、シリコンドットが成長し難くなることがあるので、プラズマ電位との兼ね合いで、例えば５０ｅＶ以上とする例を挙げることができる。【００９３】
第３タイプのシリコンドット形成方法において、イオンビーム照射装置からシリコンドット形成対象基体へ照射するイオンビームのイオン種としては、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から発生させたイオンを例示できる。【００９４】
また、第３タイプのシリコンドット形成方法において、前記プラズマの原料ガスとして、例えば、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。【００９５】
また、第３タイプのシリコンドット形成方法において、シリコンドット形成のためのシリコンドット形成対象基体の温度として６００℃以下（下限についてはそれには限定されないが例えば室温程度）にすることができる。従来に比べてこのような低温下でも良質なシリコンドットを得ることができる。
このため第３タイプのシリコンドット形成では、例えば、プラズマ生成室の基体設置部に支持される基体の温度を６００℃以下に制御する温度制御装置を採用してもよい。【００９６】
また、第３タイプのシリコンドット形成方法において、前記誘導結合型プラズマ等の低プラズマ電位のプラズマから前記基体表面に到達するシリコン原子数に対するイオンビーム照射装置から該基体へ照射されるイオン数の割合（イオン数／シリコン原子数）を０．０１〜１０とすることが好ましい。これは、その割合が０．０１より小さいとイオン照射による結晶化効果が不十分になることがあり、１０より大きいとイオン量が過剰となりシリコンドット欠陥の発生が増加することがあるからである。【００９７】
なお、シリコンドット形成対象基体表面に到達するシリコン原子数はシリコンドット粒径をモニタしつつ制御することができ、基体表面に到達するイオン数はイオンビーム照射装置（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高周波電力を制御すること等により制御することができる。【００９８】
いずれにしても、シリコンドットの「粒径が揃っている」とは、各シリコンドットの粒径がいずれも同じ又は略同じである場合のほか、シリコンドットの粒径にバラツキがあったとしても、シリコンドットの粒径が、実用上は、揃っているとみることができる場合も指す。【００９９】
例えば、シリコンドットの粒径が、所定の範囲（例えば１０ｎｍ以下の範囲或いは５ｎｍ以下の範囲）内に揃っている、或いは概ね揃っているとみても、実用上差し支えない場合や、シリコンドットの粒径が例えば２ｎｍ〜３ｎｍの範囲と５ｎｍ〜８ｎｍの範囲に分布しているが、全体としては、シリコンドットの粒径が所定の範囲（例えば１０ｎｍ以下の範囲）内に概ね揃っているとみることができ、実用上差し支えない場合等も含まれる。要するに、シリコンドットの「粒径が揃っている」とは、実用上の観点から、全体として、実質上揃っている、と言える場合を指す。【０１００】
かくして、シリコンドット形成対象基体上に粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成でき、耐熱性の点で基体材料の選択可能範囲が広いシリコンドット形成方法及びシリコンドット形成装置を提供することができる。【０１０１】
以下図面を参照してシリコンドット形成方法及び装置の例について説明する。
〔１〕前記第１タイプのシリコンドット形成方法及び装置の例（第１図〜第６図参照）
（１−１）第１図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第１図は前記第１タイプのシリコンドット形成装置の１例を示している。第１図に示すシリコンドット形成装置は、プラズマ生成室１１並びに該プラズマ生成室内に設置された平板型の高周波電力印加電極１２及びこれに対向する平板型の基体設置電極１３を含んでいる。【０１０２】
プラズマ生成室１１は接地されている。電極１２は導電性材料からなる支持部材１２１で支持されている。支持部材１２１はプラズマ生成室１１の天井壁を貫通して室外へ延びている。支持部材１２１は絶縁性部材１２２にてプラズマ生成室１１から電気的に絶縁されている。【０１０３】
基体設置電極１３は導電性材料からなる支持部材１３１で支持されている。支持部材１３１はプラズマ生成室１１の底壁を貫通して室外へ延びている。支持部材１３１は絶縁性部材１３２にてプラズマ生成室１１から電気的に絶縁されている。電極１３は図示省略のヒータを有しており、電極１３に設置されるシリコンドット形成対象基体Ｓを加熱することができる。【０１０４】
高周波電力印加電極１２には支持部材１２１及びマッチングボックス１４を介して高周波電源装置１５が接続されている。高周波電源装置１５は高周波電源１５１と該電源から電極１２への電力供給をオンオフするスイッチ１５２を含んでいる。【０１０５】
基体設置電極１３には支持部材１３２を介して正バイアス電源装置１６が接続されている。電源装置１６には電極１３に正バイアス電圧を印加するための出力可変の直流電源１６１と該電源から電極１３への正バイアス電圧印加をオンオフするスイッチ１６２が含まれている。高周波電力印加電極１２、マッチングボックス１４及び高周波電源装置１５等はプラズマ生成装置１Ａを構成している。【０１０６】
高周波電源装置１５のスイッチ１５２及びバイアス電源装置１６のスイッチ１６２のオンオフは制御部１７により制御される。該制御については後ほど第２図を参照して説明する。また、バイアス電源装置１６の直流電源１６１の出力も制御部１７に制御される。【０１０７】
以上のほか、プラズマ生成室１１にはシリコンを含むガスを該室内へ導入するガス導入装置１８及びプラズマ生成室１１内から排気するための排気装置１９がそれぞれ接続されている。【０１０８】
前記制御部１７は、図示していないが、スイッチ１５２、１６２をトリガしてオンするためのトリガ回路や該トリガ回路によるスイッチオン操作のタイミングを決定するタイミング調整回路等が含まれている。【０１０９】
第１図に示すシリコンドット形成装置によると、プラズマ生成室１１内の基体設置電極１３にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置し、排気装置１９にて室１１内から排気して該室内を基体Ｓへのシリコンドット形成圧に減圧維持しつつガス導入装置１８からシリコンを含むガスを導入し、制御部１７の指示のもとに高周波電源装置１５から高周波電極１２に高周波電力を印加して該ガスをプラズマ化する一方、正バイアス電源装置１６から基体設置電極１３及びそれに設置された基体Ｓに第１の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、基体Ｓ上にシリコンドットのもとになる核を形成し、ひき続き基体Ｓに電源装置１６から第２の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、該核をもとにしてシリコンドットを成長させることができる。【０１１０】
ここでガス導入装置１８から供給するシリコンを含むガスとしては、例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ 4）等のガスを挙げることができる。
基体Ｓへ引き寄せる負イオンとしては、ＳｉＨ3 - 、ＳｉＨ2 - と言った１次シラン系負イオンを挙げることかできる。【０１１１】
かかるシリコンを含むガス種及び負イオン種については、後述する本発明に係る第１のシリコンドット形成方法及び装置の他の実施形態についても適用可能であり、後述する第２タイプのシリコンドット形成方法及び装置の例についても適用可能である。【０１１２】
前記制御部１７はプラズマ生成装置１Ａを所定の周期でオンオフさせる。すなわち、制御部１７は、電極１２に高周波電力を印加させるに際し、第２図の上段に示すようにスイッチ１５２を所定の周期でオンオフし、プラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、基体設置電極１３に正パルス電圧を印加させるに際し、第２図の下段に示すようにスイッチ１６２を所定の周期でオンオフし、電極１３への正バイアス印加を所定の周期でオンオフさせ、電極１３に正パルス電圧を印加させる。【０１１３】
電極１３への正パルス電圧の印加は、プラズマ生成装置１Ａがオフに切り替わってから所定期間Ｔａ経過後から再びプラズマ生成装置１Ａがオンに切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。  換言すれば、電極１３への正パルス電圧の印加は、高周波電源装置１５のスイッチ１５２がオフされてから所定期間Ｔａ経過後から再びスイッチ１５２がオンされるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。
なお、第２図において「Ｔ」は装置１Ａのオフ期間、従ってプラズマ消灯期間である。【０１１４】
このように、プラズマ点灯をパルス的に行い、プラズマ消灯直後に基体設置電極１３に正パルス電圧を印加することによって負イオン密度を高めることができる。さらに説明すると、室１１内へ導入されたガスからプラズマ生成装置１Ａのオン（スイッチ１５２のオン）にてプラズマを生成（点灯）させ、次いで装置１Ａをオフして（スイッチ１５２をオフして）プラズマを消灯すると、プラズマ中の電子の温度は急速に低下する。このとき電子及び正負イオンの密度は殆ど変化しないがプラズマ中では低エネルギー電子が支配的となる。この低エネルギー電子と分子が解離性付着を起こすことによって負イオンが生成される確率が急激に高くなる。【０１１５】
このような解離性付着によって、負イオン濃度（密度）はプラズマ生成装置１Ａのオフ直後から急激に上昇する。さらに時間が経過すると、電子は軽いために、急速に拡散し、消滅して密度が低下する。一方で、正及び負のイオンは質量が大きいため、殆ど消滅しない。このため電子密度が極端に低くなり、正負イオンでプラズマが維持される特異な（電子が殆ど無い）プラズマが形成される。【０１１６】
そこで、プラズマ消灯から電極１３への正パルス電圧印加開始までの期間として、このように負イオン濃度が十分高くなる期間Ｔａを設定し、期間Ｔａが経過すると電極１３及びそれに設置された基体Ｓへ正パルス電圧を期間Ｔｂ〔＜（Ｔ−Ｔａ）〕の間に印加し、負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットを形成する。
かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体Ｓに全面的に形成することができる。【０１１７】
このようにシリコンドットを形成するためのプラズマ生成室１１内のシリコンドット形成圧としては、プラズマ生成のために用いるシリコンを含むガスの種類等にもよるが、概ね０．５Ｐａ〜５０Ｐａ程度を採用することができる。このシリコンドット形成圧はプラズマを生成させ得る圧力でもある。
室１１内のシリコンドット形成圧が０．５Ｐａより低くなってくると、ドットが成長し難くなることがある、或いはドット成長が遅くなることがある。５０Ｐａを超えてくると、結晶質のシリコンドットが得られなくなってくることがある。【０１１８】
さらに、高周波電力印加電極１２へ印加する高周波電力の周波数はプラズマ生成のために用いるシリコンを含むガスの種類等にもよるが、概ね１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ程度、電力としては５ｍＷ／ｃｍ3 〜１００ｍＷ／ｃｍ3 程度を例示できる。
高周波電力周波数が１３．５６ＭＨｚを下まわってくると、プラズマ電位が高くなってくる。６０ＭＨｚを超えてくると、プラズマが点灯し難くなってくることがある。
電力については、５ｍＷ／ｃｍ3 より小さくなってくると、プラズマ密度が低くなりすぎることがあがあり、１００ｍＷ／ｃｍ3 を超えてくると、電極への電力導入部の熱対策が必要になってくることがある。【０１１９】
基体設置電極１３へ印加する正パルス電圧の大きさは、基体Ｓへ向けてのイオン照射の目的にそって決められる。例えば、シリコンドットのもとになる核を形成する第１のイオンエネルギ（プラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とするとＰ〔ｅＶ〕以上５ｋｅＶ以下）によるイオン照射のための第１の正パルス電圧印加に際しては、ここでは該第１の正パルス電圧を５００Ｖ〜５ｋＶ程度とする。【０１２０】
該核からシリコンドットを成長させる第２のイオンエネルギ〔５０ｅＶ以上２ｋｅＶ以下（より好ましくは５０ｅＶ以上５００ｅＶ以下）〕によるイオン照射のための第２の正パルス電圧印加に際しては、ここでは該第２の正パルス電圧を５０Ｖ〜２ｋＶ（より好ましくは５０Ｖ以上５００Ｖ以下）程度とする。  【０１２１】
第１の正パルス電圧がプラズマ電位に対応する電圧を下まわってくると「核」の形成が困難になってくることがあり、５ｋＶを超えてくると、基体Ｓにダメージが生じてくることがある。第２パルス電圧が５０Ｖより低下してくるとプラズマ電位と等価な値になってきて、前記のとおりの好ましいプラズマ電位との関係で第２パルス電圧印加の効果が認められなくなってくることがある。一方、第２パルス電圧が２ｋＶを超えてくると、シリコンドットの成長が困難になってきたり、形成されるドットの結晶性が悪化してきたりすることがある。【０１２２】
一般的に言えば、シリコンドットのもとになる核を形成する第１のイオンエネルギ（例えばプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とするとＰ〔ｅＶ〕以上５ｋｅＶ以下）によるイオン照射のための第１の正パルス電圧や、核からシリコンドットを成長させる第２のイオンエネルギ〔例えば５０ｅＶ以上２ｋｅ以下（より好ましくは５００ｅＶ以下）〕によるイオン照射のための第２の正パルス電圧は、予め実験等により求めておいて制御部１７に設定しておくことができる。【０１２３】
また、周期的にプラズマを点灯消灯させるときの該周期としては、シリコンを含む負イオンの生成効率を良くする観点から、例えば、概ね周波数にして１００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度相当の周期を挙げることができる。
具体例として、プラズマ点灯期間Ｔｃは、１０μｓｅｃ〜５００μｓｅｃ程度、プラズマ消灯期間Ｔは５００μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ程度を例示でき、
プラズマ消灯から正パルス電圧印加開始までの期間Ｔａとしては５０μｓｅｃ〜２００μｓｅｃ程度を、正パルス電圧印加期間Ｔｂは５μｓｅｃ〜１００μｓｅｃ程度を例示できる。【０１２４】
いま説明した、シリコンドット形成圧、基体設置電極へ印加する正パルス電圧の大きさ、期間Ｔｃ、Ｔ、Ｔａ、Ｔｂは、後述する本発明に係る第１のシリコンドット形成方法及び装置の他の実施形態についても適用可能である。【０１２５】
以上説明したプラズマ生成装置１Ａは、高周波プラズマを生成するものであったが、プラズマ生成装置はそれに限定されるものではなく、それ以外にマイクロ波プラズマ、直流放電プラズマ等を生成するものでもよい。いずれのプラズマ生成装置を採用した場合も、プラズマ生成装置を周期的にオンオフし、オフになった直後の負イオン増加時にタイミングを合わせて基体Ｓに正パルス電圧を印加する。【０１２６】
（１−２）第３図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第３図にシリコンドット形成装置の他の例を示す。第３図のシリコンドット形成装置は、プラズマ生成室２１並びに該プラズマ生成室内に設置されたフィラメント２２及びこれに対向する平板型の基体設置電極２３を含んでいる。【０１２７】
フィラメント２２と基体設置電極２３との間に高エネルギー電子捕捉用磁場を形成するための導体棒２９１が設けられている。導体棒２９１は所定間隔をおいて複数本平行に配置されており、それら棒２９１より上側は第１プラズマ室２１１とされ、棒２９１より下側は第２プラズマ室２１２とされている。【０１２８】
フィラメント２２はプラズマ生成室２１の天井壁を貫通している。フィラメント２２は絶縁性部材２２１で室２１とは電気的に絶縁されている。基体設置電極２３は導電性材料からなる支持部材２３１で支持されている。支持部材２３１はプラズマ生成室２１の底壁を貫通して室外へ延びている。支持部材２３１は絶縁性部材２３２にてプラズマ生成室２１と電気的に絶縁されている。【０１２９】
フィラメント２２にはフィラメント加熱用電源２４１が接続されており、さらに、フィラメント２２とプラズマ生成室２１間に放電用電源２４２が設けられ、該放電用電源２４２からプラズマ生成室２１に放電用電圧を印加できるようにしてある。電源２４２はプラズマ生成室２１への電圧印加をオンオフするスイッチ２４３を介してプラズマ生成室２１に接続されている。【０１３０】
プラズマ生成室２１の、第１プラズマ室２１１の外側及び第２プラズマ室２１２の外側のそれぞれにはＮ極とＳ極が交互に配置されるように永久磁石が配列されており、これにより多極磁界（カスプ磁場）を形成して効率よくプラズマを閉じ込められるようにしてある。
フィラメント２２、フィラメント加熱用電源２４１、放電用電源２４２及びスイッチ２４３等はプラズマ生成装置２Ａを形成している。【０１３１】
基体設置電極２３には支持部材２３１を介して正バイアス電源装置２５が接続されている。電源装置２５には電極２３に正バイアス電圧を印加するための出力可変の直流電源２５１と該電源から電極２３への正バイアス電圧印加をオンオフするスイッチ２５２が含まれている。プラズマ生成装置２Ａにおけるスイッチ２４３のオンオフ及びこのスイッチ２５２のオンオフは後述するように制御部２６にて制御される。バイアス電源装置２５の直流電源２５１の出力も制御部２６に制御される。【０１３２】
以上のほか、プラズマ生成室２１にはシリコンを含むガスを該室内へ導入するガス導入装置２７及びプラズマ生成室２１内から排気するための排気装置２８がそれぞれ接続されている。
また、前記の複数本の導体棒２９１には電源２９２から電流を流すことで各導体棒２９１の周囲に磁場Ｂを形成することができるようにしてある。導体棒２９１及び電源２９２等は電子捕捉磁場を形成するための磁場形成装置２９を構成している。【０１３３】
第３図に示すシリコンドット形成装置によると、次のようにしてシリコンドットを形成できる。
第２プラズマ室２１２における基体設置電極２３にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置する。そして排気装置２８にて室２１内から排気して該室内を基体Ｓへのシリコンドット形成圧に減圧維持しつつガス導入装置２７からシリコンを含むガスを導入する一方、加熱用電源２４１でフィラメント２２を加熱し、制御部２６の指示のもとにスイッチ２４３をオンして放電用電源２４２からプラズマ生成室２１に正極性電圧を印加することで、加熱されたフィラメント２２から熱電子を引き出しガスに衝突させ、それにより第１プラズマ室２１１にプラズマを生成させる。【０１３４】
また、磁場形成装置２９の電源２９２から各導体棒２９１に同じ向きの電流を流し、数ガウス〜数十ガウス程度の弱い磁場を形成させ、さらに制御部２６の指示のもとに正バイアス電源装置２５のスイッチ２５２をオンオフして基体設置電極２３及びそれに設置された基体Ｓに第１の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、基体Ｓ上にシリコンドットのもとになる核を形成し、ひき続き基体Ｓに電源装置２５から第２の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、該核をもとにしてシリコンドットを成長させることができる。【０１３５】
第１プラズマ室２１１で形成されたプラズマは導体棒２９１の間から第２プラズマ室２１２へ到来してくるが、このとき、第１プラズマ室２１１で発生したプラズマ中の高いエネルギーの電子は磁場形成装置２９により形成される磁場の障壁に遮られ、第２プラズマ室２１２への通り抜けが抑制される。低エネルギー電子は該磁場を通り抜けて第２プラズマ室２１２へ移動することができる。このように磁場はエネルギーフィルタとして作用する。【０１３６】
プラズマ生成に用いるシリコンを含むガスの種類等にもよるが、磁場形成装置２９を通り抜けて第２プラズマ室２１２へ到来して来る低エネルギー電子として、概ね３０ｅＶ以下程度のものを例示できる。【０１３７】
かくして、第２プラズマ室２１２におけるプラズマ中には、低エネルギーの電子が多く存在する。低エネルギー電子は中性分子、原子との衝突結合の断面積が大きい。低エネルギー電子は中性ラジカルに結びついてこれをＳｉＨ3 - 、ＳｉＨ2 - 等に負イオン化する。そのようにして低エネルギーの電子が少なくなると第１プラズマ室２１１から第２プラズマ室２１２へ低エネルギー電子が入ってくる。かくして第２プラズマ室２１２においては負イオン濃度（密度）が高められる。【０１３８】
必ずしもそうする必要はないが、本例では制御部２６は、第２図に示すと同様のタイミングでプラズマ生成装置２Ａを所定の周期でオンオフさせ、基体設置電極２３への正バイアス電圧の印加も所定のタイミングでオンオフさせる。すなわち、制御部２６は、プラズマ生成装置２Ａにおけるスイッチ２４３を所定の周期でオンオフし、プラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、基体設置電極１３に正バイアス電圧を印加させるに際し、スイッチ２５２を所定の周期でオンオフし、電極２３への正バイアス印加を所定の周期でオンオフさせ、電極２３に正パルス電圧を印加させる。【０１３９】
電極２３への正パルス電圧の印加は、プラズマ生成装置２Ａがオフに切り替わってから所定期間Ｔａ経過後から再びプラズマ生成装置２Ａがオンに切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。換言すれば、電極２３への正パルス電圧の印加は、プラズマ生成装置２Ａのスイッチ２４３がオフされてから所定期間Ｔａ経過後から再びスイッチ２４３がオンされるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。【０１４０】
かくして第２プラズマ室２１２において負イオン濃度が十分高められるタイミングで基体設置電極２３及びそれに設置された基体Ｓに第１、第２の正パルス電圧を印加してシリコン原子を含む負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットのもとになる「核」を形成し、該核をもとにシリコンドットを成長させることができる。かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体に全面的に形成することができる。【０１４１】
以上説明したシリコンドット形成では、シリコンを含むガスの導入を第３図に示すように第１プラズマ室２１１に対し行ったが、第２プラズマ室２１２に導入してもよいし、第１、第２のプラズマ室の双方に導入してもよい。【０１４２】
また、プラズマ生成装置２Ａは、熱電子を放出するフィラメント２２を利用してプラズマを生成するものであったが、プラズマ生成装置はそれに限定されるものではなく、それ以外の高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ等を生成するものでもよい。【０１４３】
第３図に示すシリコンドット形成装置及び方法では、電子捕捉磁場は導体棒２９１に電流を流すことで形成したが、第４図に示すように、導体棒２９１に代えてプラズマ生成室２１の中間部の外側に、前記カスプ磁場を作る磁石とは別に、磁石（例えば図示のように永久磁石）ｍｇ１〜ｍｇ４を設け、異極が対向する磁石ｍｇ１とｍｇ２、磁石ｍｇ３とｍｇ４により第１、第２のプラズマ室の境界領域に電子捕捉磁場Ｂを形成してもよい。【０１４４】
（１−３）第５図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第５図にシリコンドット形成装置の他の例を示す。第５図のシリコンドット形成装置は、ＥＣＲプラズマを形成するタイプのものである。この装置は、プラズマ生成室３１、マグネトロン３２、基体設置電極３３等を備えている。【０１４５】
マグネトロン３２は、導波管３２１及び誘電体材料からなるマイクロ波透過窓３２３を介してプラズマ生成室３１に接続されている。プラズマ生成室３１の外側には、磁場形成のためのＥＣＲコイル３２３が設けられている。コイル３２３は図示省略の電源から通電され、縦磁場Ｂを形成する。マグネトロン３２、導波管３２１、誘電体窓３２３、コイル３２３等はプラズマ生成装置３Ａを形成している。【０１４６】
基体設置電極３３はプラズマ生成室３１内の下部に設けられ、導電性の支持部材３３１で支持されている。支持部材３３１は室３１の底壁を貫通して外部へ延びている。支持部材３３１は絶縁性部材３３２で室３１から絶縁されている。電極３３には支持部材３３１を介して正バイアス電源装置３４が接続されている。電源装置３４には電極３３に正バイアス電圧を印加するための出力可変の直流電源３４１と該電源から電極３３への正バイアス電圧印加をオンオフするスイッチ３４２が含まれている。
前記のマグネトロン３２及びこのスイッチ３４２のオンオフは後述するように制御部３５にて制御される。バイアス電源装置３４の直流電源３４１の出力も制御部３５に制御される。【０１４７】
以上のほか、プラズマ生成室３１にはシリコンを含むガスを該室内へ導入するガス導入装置３６及びプラズマ生成室３１内から排気するための排気装置３７がそれぞれ接続されている。【０１４８】
第５図に示すシリコンドット形成装置によると、次のようにしてシリコンドットを形成できる。
基体設置電極３３にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置する。そして排気装置３７にて室３１内から排気して該室内を基体Ｓへのシリコンドット形成圧に減圧維持しつつガス導入装置３６からシリコンを含むガスを導入する一方、制御部３５の指示のもとにマグネトロン３２をオンする。マグネトロン３２で発生したマイクロ波は導波管３２１を伝搬し、窓３２３からスラズマ生成室３１内へ入り、導入されたガスに作用して、これをプラズマ化する。【０１４９】
また、制御部３５の指示のもとに正バイアス電源装置３４のスイッチ３４２をオンオフして基体設置電極３３及びそれに設置された基体Ｓに第１の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、基体Ｓ上にシリコンドットのもとになる核を形成し、ひき続き基体Ｓに第２の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、該核をもとにしてシリコンドットを成長させる。【０１５０】
このとき、必ずしもそうする必要はないが本例では、制御部３５は、第２図に示すと同様のタイミングでプラズマ生成装置３Ａを所定の周期でオンオフさせ、基体設置電極３３への正バイアス電圧の印加も所定のタイミングでオンオフさせる。すなわち、制御部３５は、プラズマ生成装置３Ａにおけるマグネトロン３２を所定の周期でオンオフし、プラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、基体設置電極３３に第１、第２の各正バイアス電圧を印加させるに際し、スイッチ３４２を所定の周期でオンオフし、電極３３への正バイアス印加を所定の周期でオンオフさせ、電極３３に正パルス電圧を印加させる。【０１５１】
電極３３への正パルス電圧の印加は、プラズマ生成装置３Ａがオフに切り替わってから所定期間Ｔａ経過後から再びプラズマ生成装置３Ａがオンに切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。換言すれば、電極３３への正パルス電圧の印加は、マグネトロン３２がオフされてから所定期間Ｔａ経過後から再びマグネトロン３２がオンされるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。【０１５２】
かくしてプラズマ生成室３１において負イオン濃度（密度）が高められるタイミングで基体設置電極３３及びそれに設置された基体Ｓに第１、第２の正パルス電圧を印加して負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットのもとになる「核」を形成し、さらに該核をもとにシリコンドットを成長させる。
かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体Ｓに全面的に形成することができる。【０１５３】
（１−４）第６図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第６図にシリコンドット形成装置の他の例を示す。第６図のシリコンドット形成装置はセシウム利用のスパッタ型負イオン源を利用したものである。第６図の装置は、プラズマ生成室４１、室４１内の上部に配置された導電性スパッタターゲット４２、室４１内の中間領域に配置された高周波アンテナ４３、室４１内の下部に配置された基体設置電極４４を含んでいる。【０１５４】
スパッタターゲット４２は導電性の支持部材４２１で支持されている。支持部材４２１は室４１の天井壁を貫通して室外へ延びている。支持部材４２１は絶縁性部材４２２で室４１から絶縁されている。ターゲット４２には負バイアス電源装置４２３から３００Ｖ〜８００Ｖ程度の負バイアス電圧を印加できるようにしてある。【０１５５】
ターゲット４２は、予めその表面にセシウム（Ｃｓ）層を形成したものでもよいが、本例では、該ターゲット４２を室４２内に設置したのち、該ターゲットにセシウムを蒸着堆積させる。すなわち、室４１外にセシウム堆積装置４２４が設けられている。装置４２４は、内部にセシウム（Ｃｓ）を収容したオーブン４２４ａと、該オーブンを介してセシウユを加熱蒸発させるヒータ４２４ｂと、蒸発したセシウムをターゲット４２へ導いて堆積させるダクト４２４ｃを含んでおり、該装置４２４でターゲット４２表面にセシウムを堆積させる。【０１５６】
高周波アンテナ４３は、その一端がマッチングボックス４５０を介して高周波電源装置４５に接続されている。電源装置４５は高周波電源４５１と、該電源出力のアンテナへの印加をオンオフするスイッチ４５２を含んでいる。アンテナ４３の他端は接地されている。アンテナ４３、マッチングボックス４５０及び高周波電源装置４５等はプラズマ生成装置４Ａを構成している。【０１５７】
基体設置電極４４は導電性の支持部材４４１で支持されており、支持部材４４１は室４１の底壁を貫通して外部へ延びている。支持部材４４１は絶縁性部材４４２で室４１から絶縁されている。電極４４には支持部材４４１を介して正バイアス電源装置４６が接続されている。電源装置４６には電極４３に正バイアス電圧を印加するための出力可変の直流電源４６１と該電源から電極４３への正バイアス電圧印加をオンオフするスイッチ４６２が含まれている。【０１５８】
高周波電源装置４５のスイッチ４５２及びこのスイッチ４６２のオンオフは後述するように制御部４７にて制御される。バイアス電源装置４６の直流電源４６１の出力も制御部４７に制御される。【０１５９】
以上のほか、プラズマ生成室４１にはシリコンを含むガスを該室内へ導入するガス導入装置４８及びプラズマ生成室４１内から排気するための排気装置４９がそれぞれ接続されている。【０１６０】
第６図に示すシリコンドット形成装置によると、次のようにしてシリコンドットを形成できる。
基体設置電極４４にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置する。また、セシウム堆積装置４２４によりスパッタターゲット４２にセシウムを堆積させる。そして、このセシウムを堆積させたターゲット４２にバイアス電源装置４２３から負バイアス電圧を印加する一方、排気装置４９にて室４１内から排気して該室内を基体Ｓへのシリコンドット形成圧に減圧維持しつつガス導入装置４８からシリコンを含むガスを導入し、制御部４７の指示のもとに高周波電源装置４５のスイッチ４５２をオンして高周波電源４５１から高周波アンテナ４３へ高周波電力を印加する。高周波アンテナ４３に高周波電力が印加されることで、ガスがプラズマ化される。また、セシウムが堆積し、負バイアス電圧が印加されたターゲット４２が電子放出体として機能する。【０１６１】
かくして、プラズマに含まれる正イオンは、負バイアスが印加されたターゲット４２に引き寄せられる一方、ターゲット４２から電子が放出され、該電子がシリコンを含むラジカルや分子、正イオンなどに与えられてそれらが負イオン化する。かくしてシリコンを含む負イオンの密度（濃度）が高くなる。
そして、正バイアス電源装置４６のスイッチ４６２をオンオフして基体設置電極４４及びそれに設置された基体Ｓに第１の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、基体Ｓ上にシリコンドットのもとになる核を形成し、ひき続き電源装置４６から基体Ｓに第２の正パルス電圧を印加して、プラズマ中のシリコンを含む負イオンを基体に引き寄せることで、該核をもとにしてシリコンドットを成長させることができる。【０１６２】
このとき、必ずしもそうする必要はないが、本例では制御部４７は、第２図に示すと同様のタイミングでプラズマ生成装置４Ａを所定の周期でオンオフさせ、基体設置電極４４への第１、第２の各正バイアス電圧の印加も所定のタイミングでオンオフさせる。すなわち、制御部４７は、プラズマ生成装置４Ａにおけるスイッチ４５２を所定の周期でオンオフし、プラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、基体設置電極４４に第１、第２の各正バイアス電圧を印加させるに際し、スイッチ４６２を所定の周期でオンオフし、電極４４への正バイアス印加を所定の周期でオンオフさせ、電極４４に正パルス電圧を印加させる。【０１６３】
電極４４への正パルス電圧の印加は、プラズマ生成装置４Ａがオフに切り替わってから所定期間Ｔａ経過後から再びプラズマ生成装置４Ａがオンに切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。換言すれば、電極４４への正パルス電圧の印加は、高周波電源装置４５のスイッチ４５２がオフされてから所定期間Ｔａ経過後から再びスイッチ４５２がオンされるまでの期間の間の所定期間Ｔｂになされる。【０１６４】
かくしてプラズマ生成室４１において負イオン濃度（密度）が十分高められるタイミングで基体設置電極４４及びそれに設置された基体Ｓに正パルス電圧を印加して負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットを形成する。
かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体Ｓに全面的に形成することができる。【０１６５】
〔２〕前記第２タイプのシリコンドット形成方法及び装置の例（第７図〜第１１図参照）（２−１）第７図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第７図は第２タイプのシリコンドット形成装置の１例を示している。第７図に示すシリコンドット形成装置は、プラズマ生成室５１、室５１に連設されたシリコンドット形成室５２及び室５１の開口部５１１に設けられた負イオン引出し電極装置５３を含んでいる。【０１６６】
プラズマ生成室５１の天井壁にはＥＣＲプラズマ生成装置５４が接続されている。ＥＣＲプラズマ生成装置５４は、チャンバ５４１、該チャンバ内に設置されたアンテナ５４２、チャンバ５４１内にＥＣＲ条件を満たす磁場を形成するための磁場形成装置５４３を含んでおり、図示省略のマグネトロンで発生させたマイクロ波を同軸ケーブル５４４でアンナ５４２へ伝送することができる。チャンバ５４１はそれに設けた電子放出口５４１ａ及びプラズマ生成室天井壁の開口５１２を介してプラズマ生成室５１に連通している。【０１６７】
チャンバ５４１にはシリコンを含むガスを該チャンバ５４１、さらにはプラズマ生成室５１に供給するためのガス導入装置５５が接続されている。ＥＣＲプラズマ生成装置５４は、ガス導入装置５５からチャンバ５４１へ導入されるガスにマイクロ波を印加し、磁場形成装置５４３による磁場のもとにチャンバ５４１内にＥＣＲプラズマを発生させることができる。【０１６８】
プラズマ生成室５１の外側にはＮ極とＳ極が交互に配置されるように永久磁石が配列されており、これにより多極磁界（カスプ磁場）を形成して効率よくプラズマを閉じ込められるようにしてある。【０１６９】
ＥＣＲプラズマ生成装置５４とプラズマ生成室５１との間にスイッチ５６１を介して放電用電源５６が接続してあり、スイッチ５６１をオンすると電源５６によりプラズマ生成室５１に放電のためのバイアス電圧が印加される。
ＥＣＲプラズマ生成装置５４、放電用電源５６及びスイッチ５６１等はプラズマ生成室５１に目的とする主プラズマを生成するためのプラズマ生成装置５Ａを構成している。【０１７０】
シリコンドット形成室５２にはシリコンドット形成対象基体Ｓを設置するための平板型の基体設置部５７が配置されている。基体設置部５７は導電性支持部材５７１に支持されている。支持部材５７１は室５２の底壁を貫通して室外へ延びている。支持部材５７１は絶縁性部材５７２にて室５２から絶縁されている。基体設置部５７は支持部材５７１を介して接地されている。基体設置部５７は図示省略のヒータを有しており、その上に設置されるシリコンドット形成対象基体Ｓを加熱することができる。【０１７１】
負イオン引出し電極装置５３は、基体設置部５７に対向している。電極装置５３は、本例では、プラズマ生成室５１の開口部５１１に近い加速電極５３１、その外側の減速電極５３２及びさらにその外側の接地電極５３３からなっている。電極５３１〜５３３のそれぞれは多数の孔を分散形成した多孔板からなっている。【０１７２】
加速電極５３１には抵抗Ｒ及びスイッチＳ１を介して出力可変の加速電源ＰＷ１が接続されている。減速電極５３２にはスイッチＳ２を介して出力可変の減速電源ＰＷ２が接続されている。スイッチＳ１をオン（閉）すると、加速電極５３１に正の高電圧が印加される。スイッチＳ２がオン（閉）されると、減速電極５３２に負電圧が印加される。【０１７３】
抵抗Ｒ、スイッチＳ１、加速電源ＰＷ１、スイッチＳ２、減速電源ＰＷ２等は、負イオン引出し電極装置５３に、プラズマ生成室５１から負イオンを引き出すための電圧を印加する負イオン引出し電源装置ＰＷを構成している。【０１７４】
前記放電用電源５６をＥＣＲプラズマ生成装置５４とプラズマ生成室５１とに接続するスイッチ５６１のオンオフ（開閉）並びに負イオン引出し電源装置ＰＷにおけるスイッチＳ１及びＳ２のそれぞれのオンオフ（開閉）は制御部５８にて制御される。電源ＰＷ１、ＰＷ２の出力も制御部５８に制御される。該制御の詳細は後述する。【０１７５】
以上のほか、プラズマ生成室５１には排気装置５９が接続されており、該排気装置でプラズマ生成室５１及びＥＣＲプラズマ生成装置５４のチャンバ５４１から排気してそれらをプラズマ生成圧に設定できるとともに、シリコンドット形成室５２から排気してそれをシリコンドット形成圧に設定できる。【０１７６】
第７図に示すシリコンドット形成装置によると、次のようにシリコンドット形成対象基体Ｓにシリコンドットを形成できる。【０１７７】
先ず、シリコンドット形成室５２内の基体設置部５７にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置する。そして排気装置５９にてプラズマ生成室５１、ＥＣＲプラズマ生成装置５４のチャンバ５４１及びシリコンドット形成室５２から排気する。該排気操作にて室５１及びチャンバ５４１内圧をプラズマ生成圧に維持するとともに室５２内圧をシリコンドット形成圧に維持しつつガス導入装置５５からシリコンを含むガスをチャンバ５４１、ひいてはプラズマ生成室５１内へ導入する。ＥＣＲプラズマ生成装置５４にはＥＣＲプラズマを生成させる。【０１７８】
さらに、制御部５８の指示のもとにスイッチ５６１をオンして放電用電源５６からプラズマ生成室５１に放電のためのバイアス電圧を印加する。スイッチ５６１がオンされ、電源５６からプラズマ生成室５１にバイアス電圧が印加されることで、ＥＣＲプラズマ生成装置５４のチャンバ５４１から電子や負イオンが引き出され、該電子がプラズマ生成室５１内へドリフトしてきたガスに衝突して室５１内にシリコンを含む負イオンの多い主放電プラズマが生成する。【０１７９】
また、制御部５８の指示のもとに負イオン引出し電源装置ＰＷのスイッチＳ１、Ｓ２をオンして負イオン引出し電極装置５３に負イオン引き出しのための電圧を印加する。さらに言えば、負イオン引き出しのために電極装置５３の加速電極５３１に電源ＰＷ１から正極性の加速電圧を、減速電極５３２に電源ＰＷ２から負極性の減速電圧を印加する。【０１８０】
該負イオン引出し電圧の印加は、第１のイオン引出し電圧の印加とその後の第２のイオン引出し電圧の印加とからなる。
第１のイオン引出し電圧は、室５１内の主放電プラズマ中のシリコンを含む負イオンをシリコンドット形成室５２へ引出し、基体設置部５７に設置されたシリコンドット形成対象基体Ｓに第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための電圧である。
第２のイオン引出し電圧は、室５１内のプラズマ中のシリコンを含む負イオンを室５２へ引出し、シリコンドット形成対象基体Ｓに第２のイオンエネルギで照射して、基体Ｓに前記核をもとにシリコンドットを成長させるための電圧である。【０１８１】
室５１内に生成したプラズマ中のシリコンを含む負イオンは、上記のように負イオン引出し電圧が印加された電極装置５３により、該装置の電極の多数の孔からシリコンドット形成室５２へ引き出され、イオンビームとなって基体Ｓに照射される。このイオンビーム照射により粒径の揃ったシリコンドットが均一な密度分布で基体Ｓに全面的に形成される。【０１８２】
シリコンドットを形成するにあたり、スイッチ５６１及びスイッチＳ１、Ｓ２を全て閉じておいて連続的に負イオンを引き出して基体Ｓに照射することでシリコンドットを形成してもよいが、本例では、次のようにしてプラズマ生成室５１内のシリコンを含む負イオンの濃度を高め、該負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを引き出して基体Ｓに照射させるようにしている。【０１８３】
すなわち、制御部５８はプラズマ生成装置５Ａを所定の周期でオンオフさせる。さらに説明すると、制御部５８は、スイッチ５６１をオン（閉）してプラズマ生成室５１に放電用電源５６から放電用バイアス電圧を印加させるに際し、第８図の上段に示すようにスイッチ５６１を所定の周期でオンオフし、室５１内にプラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、負イオン引出し電極装置５３に第１、第２の各負イオン引出し電圧を印加させるに際し、第８図の下段に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２を所定の周期でオンオフし、第１、第２の各負イオン引出し電圧の印加を所定の周期でオンオフさせる。【０１８４】
電極装置５３への負イオン引出し電圧の印加は、プラズマ生成装置５Ａがオフ（スイッチ５６１がオフ）に切り替わってから所定期間Ｔａ’経過後から再びプラズマ生成装置５Ａがオン（スイッチ５６１がオン）に切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂ’になされる。
なお、第８図において「Ｔ’」は装置５Ａのオフ期間、従ってプラズマ消灯期間である。【０１８５】
このように、プラズマ生成室５１におけるプラズマ点灯をパルス的に行い、プラズマ消灯直後に負イオン引出し電圧を印加することによって負イオン濃度を高めることができる。さらに説明すると、スイッチ５６１をオンして室５１にプラズマを生成（点灯）させ、次いでスイッチ５６１をオフしてプラズマを消灯すると、プラズマ中の電子の温度は急速に低下し、プラズマ中では低エネルギー電子が支配的となる。この低エネルギー電子と分子が解離性付着を起こすことによって負イオンが生成される確率が急激に高くなる。このような解離性付着によって、負イオン濃度（密度）はプラズマ生成装置５Ａのオフ（スイッチ５６１のオフ）直後から急激に上昇する。さらに時間が経過すると、電子は軽いために、急速に拡散し、消滅して密度が低下する。一方で、正及び負のイオンは質量が大きいため、殆ど消滅しない。このため電子密度が極端に低くなり、正負イオンでプラズマが維持される特異な（電子が殆ど無い）プラズマが形成される。【０１８６】
そこで、プラズマ消灯から電極装置５３への負イオン引出し電圧印加開始までの期間として、このように負イオン濃度が十分高くなる期間Ｔａ’を設定し、期間Ｔａ’が経過すると電極装置５３へ負イオン引出し電圧を期間Ｔｂ’〔＜（Ｔ’−Ｔａ’）〕の間に印加し、負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットを形成する。
かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体Ｓに全面的に、一層確実に形成することができる。【０１８７】
このようにシリコンドットを形成するためのプラズマ生成室５１内のプラズマ生成圧としては、プラズマ生成のために用いるシリコンを含むガスの種類等にもよるが、概ね０．０５Ｐａ〜５０Ｐａ程度を採用することができる。シリコンドット形成室５２内の圧力はプラズマ生成室５１内圧をそのように設定することに伴って設定される圧力でよい。
室５１内の圧力が０．０５Ｐａより低くなってくると、ドットが成長し難くなることがある、或いはドット成長が遅くなることがある。５０Ｐａを超えてくると、結晶質のシリコンドットが得られなくなってくることがある。【０１８８】
放電用電源５６によりプラズマ生成室５１に印加する正バイアス電圧は、用いるシリコンを含むガスの種類等にもよるが、１００Ｖ〜１ｋＶ程度を例示できる。【０１８９】
電極装置５３の加速電極５３１に印加する加速電圧及び減速電極５３２に印加する減速電圧は基体Ｓへ向けてのイオン照射の目的にそって決められる。すなわち、シリコンドットのもとになる核を形成するためのイオン引出し照射のための電圧は、該イオン照射が核形成のための第１のイオンエネルギ（例えば５００ｅＶ以上５ｋｅＶ以下）のもとに行われるように制御部５８により決定される。該核をもとにシリコンドットを成長させるためのイオン引出し照射のための電圧は、該イオン照射がシリコンドット成長のための第２のイオンエネルギ〔例えば、第１のイオンエネルギが５００ｅＶ以上５ｋｅＶ以下である場合の第２イオンエネルギ５０ｅＶ以上２ｋｅＶ以下（より好ましくは５００ｅＶ以下）〕のもとに行われるように制御部５８により決定される。そのような電圧は予め実験等により求めておいて制御部５８に設定しておくことができる。【０１９０】
また、周期的にプラズマを点灯消灯させるときの周期としては、シリコンを含む負イオンの生成効率を良くする観点から、例えば、概ね周波数にして１００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度相当の周期を挙げることができる。
具体的には、プラズマ点灯期間Ｔｃ’は、１０μｓｅｃ〜５００μｓｅｃ程度、プラズマ消灯期間Ｔ’は５００μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ程度を例示でき、
プラズマ消灯から正パルス電圧印加開始までの期間Ｔａ’としては５０μｓｅｃ〜２００μｓｅｃ程度を、正パルス電圧印加期間Ｔｂ’は５μｓｅｃ〜１００μｓｅｃ程度を例示できる。【０１９１】
いま説明した、プラズマ生成圧、プラズマ生成室へ印加する正バイアス電圧の大きさ、負イオン引出し電極装置に印加する電圧の大きさ、期間Ｔｃ’、Ｔ’、Ｔａ’、Ｔｂ’は、後述する本発明に係る第２のシリコンドット形成方法及び装置の他の実施形態についても適用可能である。【０１９２】
以上説明したプラズマ生成装置５Ａは、ＥＣＲプラズマ中の電子を利用するものであったが、プラズマ生成装置はそれに限定されるものではなく、それ以外に高周波プラズマ、直流放電プラズマ等を生成するものでもよい。いずれのプラズマ生成装置を採用した場合も、プラズマ生成装置を周期的にオンオフし、オフになった直後の負イオン増加時にタイミングを合わせて負イオン引出し電極装置に負イオン引出し電圧を印加する。【０１９３】
（２−２）第９図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第９図に本発明に係る第２のシリコンドット形成装置の他の例を示す。第９図のシリコンドット形成装置は、プラズマ生成室６１、室６１に連設されたシリコンドット形成室６２及び室６１の開口部６１３に設けられた負イオン引出し電極装置５３を含んでいる。【０１９４】
プラズマ生成室６１の上部は頭截錐体状に形成されており、その頂部にマグネトロン６３が接続されている。マグネトロン６３は導波管６３１及び誘電体材料からなるマイクロ波透過窓６３２を介して室６１に接続されている。また、室６１の上部の外側にはＥＣＲ条件を満たす磁場を形成する磁場形成装置６３３が設けられている。【０１９５】
プラズマ生成室６１内の中間部には高エネルギー電子捕捉用磁場を形成するための導体棒６７１が設けられている。導体棒６７１は所定間隔をおいて複数本平行に配置されており、それら棒６７１より上側は第１プラズマ室６１１とされ、棒６７１より下側は第２プラズマ室６１２とされている。【０１９６】
プラズマ生成室６１の第２プラズマ室６１２の外側にはＮ極とＳ極が交互に配置されるように永久磁石が配列されており、これにより多極磁界（カスプ磁場）を形成して効率よくプラズマを閉じ込められるようにしてある。
マグネトロン６３、導波管６３１、誘電体窓６３２及び磁場形成装置６３３等はプラズマ生成装置６Ａを構成している。【０１９７】
シリコンドット形成室６２にはシリコンドット形成対象基体Ｓを設置するための平板型の基体設置部５７が配置されている。基体設置部５７は導電性支持部材５７１に支持されている。支持部材５７１は室６２の底壁を貫通して室外へ延びている。支持部材５７１は絶縁性部材５７２にて室６２から絶縁されている。基体設置部５７は支持部材５７１を介して接地されている。                                  【０１９８】
負イオン引出し電極装置５３は基体設置部５７に対向している。電極装置５３は、第７図に示す電極装置５３と同構造のものであり、加速電極５３１、減速電極５３２及び接地電極５３３からなっている。電極５３１〜５３３のそれぞれは多数の孔を分散形成した多孔板からなっている。【０１９９】
加速電極５３１には抵抗Ｒ及びスイッチＳ１を介して出力可変の加速電源ＰＷ１、減速電極５３２にはスイッチＳ２を介して出力可変の減速電源ＰＷ２が接続されいる。スイッチＳ１をオン（閉）すると、加速電極５３１に正の高電圧が印加される。スイッチＳ２がオン（閉）されると、減速電極５３２に負電圧が印加される。【０２００】
抵抗Ｒ、スイッチＳ１、加速電源ＰＷ１、スイッチＳ２、減速電源ＰＷ２等は電極装置５３に、プラズマ生成室６１から負イオンを引き出すための電圧を印加する負イオン引出し電源装置ＰＷを構成している。【０２０１】
前記マグネトロン６３のオンオフ並びに電源装置ＰＷにおけるスイッチＳ１及びＳ２のそれぞれのオンオフは制御部６４にて制御される。電源ＰＷ１、ＰＷ２の出力も制御部６４に制御される。該制御の詳細は後述する。【０２０２】
以上のほか、プラズマ生成室６１にはシリコンを含むガスを該室内へ導入するためのガス導入装置６５が接続されているとともに排気装置６６が接続されている。排気装置６６でプラズマ生成室６１から排気してそれらをプラズマ生成圧に設定できるとともに、シリコンドット形成室６２から排気してそれをシリコンドット形成圧に設定できる。【０２０３】
また、前記の複数本の導体棒６７１には電源６７２から電流を流すことで各導体棒６７１の周囲に磁場Ｂを形成させることができるようにしてある。導体棒６７１及び電源６７２等は電子捕捉磁場を形成するための磁場形成装置６７を構成している。【０２０４】
第９図に示すシリコンドット形成装置によると、次のようにしてシリコンドットを形成できる。
シリコンドット形成装置６２における基体設置部５７にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置する。そして排気装置６６にて室６１内から排気して該室内をプラズマ生成圧に維持するとともにシリコンドット形成室６２内をシリコンドット形成圧に維持しつつガス導入装置６５からシリコンを含むガスをプラズマ生成室６１内へ導入する。【０２０５】
さらに、制御部６４の指示のもとにマグネトロン６３をオンして第１プラズマ室６１１にＥＣＲプラズマを生成させる。また、磁場形成装置６７の電源６７２から各導体棒６７１に同じ向きの電流を流し、数ガウス〜数十ガウス程度の弱い磁場を形成させ、さらに制御部６４の指示のもとに負イオン引出し電源装置ＰＷのスイッチＳ１、Ｓ２をオンして負イオン引出し電極装置５３に負イオン引き出しのための電圧を印加する。さらに言えば、負イオン引き出しのために電極装置５３の加速電極５３１に電源ＰＷ１から正極性の加速電圧を、減速電極５３２に電源ＰＷ２から負極性の減速電圧を印加する。【０２０６】
第１プラズマ室６１１で形成されたプラズマは導体棒６７１の間から第２プラズマ室６７２へ到来してくるが、このとき、第１プラズマ室６１１で発生したプラズマ中の高いエネルギーの電子は磁場形成装置６７により形成される磁場の障壁に遮られ、第２プラズマ室６１２への通り抜けが抑制される。低エネルギー電子は該磁場を通り抜けて第２プラズマ室６１２へ移動することができる。このように磁場はエネルギーフィルタとして作用する。
プラズマ生成に用いるシリコンを含むガスの種類等にもよるが、磁場形成装置６７を通り抜けて第２プラズマ室６１２へ到来して来る低エネルギー電子として、概ね３０ｅＶ以下程度のものを例示できる。【０２０７】
かくして、第２プラズマ室６１２におけるプラズマ中には、低エネルギーの電子が多く存在する。低エネルギー電子は中性分子、原子との衝突結合の断面積が大きい。低エネルギー電子は中性ラジカルに結びついてこれをＳｉＨ3 - 、ＳｉＨ2 - 等に負イオン化する。そのようにして低エネルギーの電子が少なくなると第１プラズマ室６１１から第２プラズマ室６１２へ低エネルギー電子が入ってくる。かくして第２プラズマ室６１２においては負イオン濃度（密度）が高められる。【０２０８】
室６１内に生成したプラズマ中のシリコンを含む負イオンは、上記のように負イオン引出し電圧が印加された電極装置５３により、該装置の電極の多数の孔からシリコンドット形成室６２へ引き出され、イオンビームとなって基体Ｓに照射される。このイオンビーム照射により粒径の揃ったシリコンドットが均一な密度分布で基体Ｓに全面的に形成される。【０２０９】
さらに説明すると、該負イオン引出し電圧の印加は、第１のイオン引出し電圧の印加とその後の第２のイオン引出し電圧の印加とからなる。
第１のイオン引出し電圧は、第１プラズマ室６１１内のプラズマ中のシリコンを含む負イオンをシリコンドット形成室６２へ引出し、基体設置部５７に設置されたシリコンドット形成対象基体Ｓに第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための電圧である。
第２のイオン引出し電圧は、室６１内のプラズマ中のシリコンを含む負イオンを室６２へ引出し、シリコンドット形成対象基体Ｓに第２のイオンエネルギで照射して、基体Ｓに前記核をもとにシリコンドットを成長させるための電圧である。
そのような電圧は予め実験等により求めておいて制御部５８に設定しておくことができる。【０２１０】
マグネトロン６３を運転し続けるとともにスイッチＳ１、Ｓ２を全て閉じておいて連続的に負イオンを引き出して基体Ｓに照射することでシリコンドットを形成してもよいが、本例では、プラズマ生成室６１内のシリコンを含む負イオンの濃度を高め、該負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを引き出して基体Ｓに照射させるようにしている。【０２１１】
すなわち、前記制御部６４はプラズマ生成装置６Ａを所定の周期でオンオフさせる。さらに説明すると、制御部６４は、マグネトロン６３をオンして第１プラズマ室６１１にＥＣＲプラズマを生成させるに際し、マグネトロン６３を所定の周期でオンオフして第８図の上段に示すと同様に室６１内にプラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、負イオン引出し電極装置５３に負イオン引出し電圧を印加させるに際し、第８図の下段に示すと同様にスイッチＳ１、Ｓ２を所定の周期でオンオフし、負イオン引出し電圧の印加を所定の周期でオンオフさせる。【０２１２】
電極装置５３への負イオン引出し電圧の印加は、プラズマ生成装置６Ａがオフに切り替わってから所定期間Ｔａ’経過後から再びプラズマ生成装置６Ａがオンに切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂ’になされる。
このように、プラズマ生成室６１におけるプラズマ点灯をパルス的に行い、プラズマ消灯直後に負イオン引出し電圧を印加することによって負イオン濃度を高めることができる。【０２１３】
そこで、プラズマ消灯から電極装置５３への負イオン引出し電圧印加開始までの期間として、このように負イオン濃度が十分高くなる期間Ｔａ’を設定し、期間Ｔａ’が経過すると電極装置５３へ負イオン引出し電圧を期間Ｔｂ’〔＜（Ｔ’−Ｔａ’）〕の間に印加し、負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットを形成する。
かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体Ｓに全面的に、一層確実に形成することができる。【０２１４】
以上説明したシリコンドット形成では、シリコンを含むガスの導入を第９図に示すように第１プラズマ室６１１に対し行ったが、第２プラズマ室６１２に導入してもよいし、第１、第２のプラズマ室の双方に導入してもよい。【０２１５】
また、プラズマ生成装置６ＡはＥＣＲプラズマを生成するものであったが、例えば、第３図に示すようにフィラメントの加熱により放出される熱電子を利用してプラズマを生成するものや、高周波プラズマを生成するもの等であってもよい。【０２１６】
第９図に示すシリコンドット形成装置及び方法では、電子捕捉磁場は導体棒６７１に電流を流すことで形成したが、第１０図に示すように、導体棒６７１に代えてプラズマ生成室６１の中間部の外側に、前記カスプ磁場を作る磁石とは別に、磁石（例えば図示のように永久磁石）ｍｇ１〜ｍｇ４を設け、異極が対向する磁石ｍｇ１とｍｇ２、磁石ｍｇ３とｍｇ４により第１、第２のプラズマ室の境界領域に電子捕捉磁場Ｂを形成してもよい。【０２１７】
（２−３）第１１図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
第１１図に第２タイプのシリコンドット形成装置の他の例を示す。第１１図のシリコンドット形成装置はセシウム利用のスパッタ型負イオン源を利用したものである。第１１図の装置は、プラズマ生成室７１、室７１に連設されたシリコンドット形成室７２及び室７１の開口部７１１に設けられた負イオン引出し電極装置５３を含んでいる。【０２１８】
プラズマ生成室７１内の上部にはスパッタターゲット７３が設けられており、中間部に高周波アンテナ７４が配置されている。スパッタターゲット７３は導電性の支持部材７３１で支持されている。支持部材７３１は室７１の天井壁を貫通して室外へ延びている。支持部材７３１は絶縁性部材７３２で室７１から絶縁されている。ターゲット７３には負バイアス電源装置７３３から３００Ｖ〜８００Ｖ程度の負バイアス電圧を印加できるようにしてある。【０２１９】
ターゲット７３は、予めその表面にセシウム（Ｃｓ）層を形成したものでもよいが、本例では、該ターゲット７３を室７１内に設置したのち、該ターゲットにセシウムを蒸着堆積させる。すなわち、室７１外にセシウム堆積装置４２４が設けられている。装置４２４は、第６図に示すものと同様のものであり、内部にセシウム（Ｃｓ）を収容したオーブン４２４ａと、該オーブンを介してセシウユを加熱蒸発させるヒータ４２４ｂと、蒸発したセシウムをターゲット７３へ導いて堆積させるダクト４２４ｃを含んでおり、該装置４２４でターゲット７３表面にセシウムを堆積させる。【０２２０】
高周波アンテナ７４は、その一端がマッチングボックス７５０を介して高周波電源装置７５に接続されている。電源装置７５は高周波電源７５１と、該電源出力のアンテナへの印加をオンオフするスイッチ７５２を含んでいる。アンテナ７４の他端は接地されている。アンテナ７４、マッチングボックス７５０及び高周波電源装置７５等はプラズマ生成装置７Ａを構成している。【０２２１】
シリコンドット形成室７２にはシリコンドット形成対象基体Ｓを設置するための平板型の基体設置部５７が配置されている。基体設置部５７は第７図等に示す基体設置部５７と同じものである。基体設置部５７に関し、第７図等に示す基体設置部における部品、部分等と同じ部品、部分等には第７図等と同じ参照符号を付してある。【０２２２】
負イオン引出し電極装置５３は基体設置部５７に対向している。電極装置５３は、第７図に示す電極装置５３と同構造のものであり、加速電極５３１、減速電極５３２及び接地電極５３３からなっている。電極５３１〜５３３のそれぞれは多数の孔を分散形成した多孔板からなっている。【０２２３】
加速電極５３１には抵抗Ｒ及びスイッチＳ１を介して出力可変の加速電源ＰＷ１、減速電極５３２にはスイッチＳ２を介して出力可変の減速電源ＰＷ２が接続されいる。スイッチＳ１をオン（閉）すると、加速電極５３１に正の高電圧が印加される。スイッチＳ２がオン（閉）されると、減速電極５３２に負電圧が印加される。
抵抗Ｒ、スイッチＳ１、加速電源ＰＷ１、スイッチＳ２、減速電源ＰＷ２等は電極装置５３に、プラズマ生成室７１から負イオンを引き出すための電圧を印加する負イオン引出し電源装置ＰＷを構成している。【０２２４】
高周波電源装置７５のスイッチ７５２並びに負イオン引出し電源装置ＰＷにおけるスイッチＳ１及びＳ２のそれぞれのオンオフは制御部７６にて制御される。電源ＰＷ１、ＰＷ２の出力も制御部７６に制御される。該制御の詳細は後述する。【０２２５】
以上のほか、プラズマ生成室７１にはシリコンを含むガスを該室内へ導入するためのガス導入装置７７が接続されているとともに排気装置７８が接続されている。排気装置７８でプラズマ生成室７１から排気してこれをプラズマ生成圧に設定できるとともに、シリコンドット形成室７２から排気して室７２をシリコンドット形成圧に設定できる。【０２２６】
第１１図に示すシリコンドット形成装置によると、次のようにしてシリコンドットを形成できる。
基体設置部５７にシリコン基板等のシリコンドット形成対象基体Ｓを設置する。また、セシウム堆積装置４２４によりスパッタターゲット７３にセシウムを堆積させる。そして、このセシウムを堆積させたターゲット７３にバイアス電源装置７３３から負バイアス電圧を印加する。排気装置７８にて室７１内から排気して該室内をプラズマ生成圧に維持するとともに室７２から排気して該室内を基体Ｓへのシリコンドット形成圧に維持しつつガス導入装置７７からシリコンを含むガスを導入する。【０２２７】
一方、制御部７６の指示のもとに高周波電源装置７５のスイッチ７５２をオン（閉）して高周波電源７５１から高周波アンテナ７４へ高周波電力を印加する一方、負イオン引出し電源装置ＰＷにおけるスイッチＳ１、Ｓ２をオン（閉）して負イオン引出し電極装置５３に負イオン引出し電圧を印加する。【０２２８】
高周波アンテナ７４に高周波電力が印加されることで、ガスがプラズマ化される。また、セシウムが堆積し、負バイアス電圧が印加されたターゲット４２が電子放出体として機能する。
プラズマに含まれる正イオンは、負バイアスが印加されたターゲット７３に引き寄せられる一方、ターゲット７３から電子が放出され、該電子がシリコンを含むラジカルや分子、正イオンなどに与えられてそれらが負イオン化する。かくしてシリコンを含む負イオンの密度（濃度）が高くなる。【０２２９】
このようにして室７１内に生成したプラズマ中のシリコンを含む負イオンは、上記のように制御部７６の指示のもとに負イオン引出し電圧が印加された電極装置５３により、該装置の電極の多数の孔からシリコンドット形成室７２へ引き出され、イオンビームとなって基体Ｓに照射される。【０２３０】
さらに説明すると、電極装置５３への負イオン引出し電圧の印加は、第１のイオン引出し電圧の印加とその後の第２のイオン引出し電圧の印加とからなる。
第１のイオン引出し電圧は、室７１内のプラズマ中のシリコンを含む負イオンをシリコンドット形成室７２へ引出し、基体設置部５７に設置されたシリコンドット形成対象基体Ｓに第１のイオンエネルギで照射してシリコンドット成長のもとになる核を形成するための電圧である。
第２のイオン引出し電圧は、室７１内のプラズマ中のシリコンを含む負イオンを室７２へ引出し、シリコンドット形成対象基体Ｓに第２のイオンエネルギで照射して、基体Ｓに前記核をもとにシリコンドットを成長させるための電圧である。
このイオンビーム照射により粒径の揃ったシリコンドットが均一な密度分布で基体Ｓに全面的に形成される。【０２３１】
スイッチ７５２、Ｓ１、Ｓ２を全て閉じておいて連続的に負イオンを引き出して基体Ｓに照射することでシリコンドットを形成してもよいが、本例では、プラズマ生成室７１内のシリコン原子を含む負イオンの濃度を高め、該負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを引き出して基体Ｓに照射させるようにしている。【０２３２】
前記制御部７６はプラズマ生成装置７Ａを所定の周期でオンオフさせる。さらに説明すると、制御部７６は、高周波電源装置７５のスイッチ７５２をオンオフして第８図の上段に示すと同様にプラズマ生成室７１内にプラズマを所定の周期で発生（点灯）、消滅させる。一方、負イオン引出し電極装置５３に負イオン引出し電圧を印加させるに際しスイッチＳ１、Ｓ２を所定の周期でオンオフし、第８図の下段に示すように負イオン引出しを所定の周期でオンオフさせる。【０２３３】
電極装置５３への負イオン引出し電圧の印加は、プラズマ生成装置７Ａがオフ（スイッチ７５２がオフ）に切り替わってから所定期間Ｔａ’経過後から再びプラズマ生成装置７Ａがオン（スイッチ７５２がオン）に切り替わるまでの期間の間の所定期間Ｔｂ’になされる。【０２３４】
このように、プラズマ生成室５１におけるプラズマ点灯をパルス的に行い、プラズマ消灯直後に負イオン引出し電圧を印加することによって負イオン濃度を高めることができる。そこで、プラズマ消灯から電極装置５３への負イオン引出し電圧印加開始までの期間として、このように負イオン濃度が十分高くなる期間Ｔａ’を設定し、期間Ｔａ’が経過すると電極装置５３へ負イオン引出し電圧を期間Ｔｂ’〔＜（Ｔ’−Ｔａ’）〕の間に印加し、負イオン濃度が高められるタイミングで負イオンを一挙に基体Ｓの全体に引き寄せ、この操作を繰り返してシリコンドットを形成する。
かくして粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で基体Ｓに全面的に、一層確実に形成することができる。【０２３５】
〔３〕第３タイプのシリコンドット形成方法及び装置の例（第１２図及び第１３図参照）  第１２図に第３タイプのシリコンドット形成装置の１例を示す。
第１２図に示すシリコンドット形成装置は、プラズマ生成室１’を有し、室１’には排気装置１２’が接続されるとともに、シリコンを含むガスを室１’へ導入するためのガス導入装置１３’が接続されている。【０２３６】
室１’内にはシリコンドット形成対象基体Ｓを保持する基体設置部１１’が配置されている。基体Ｓはゲート弁１０’の開閉と図示省略の基体搬送ロボットにより基体設置部１１’に配置することができる。基体設置部１１’は基体加熱用ヒータ１４’を有している。【０２３７】
また、室１’には、基体設置部１１’に保持される基体Ｓ周縁部に対向する位置にアンテナ９’が設置されている。アンテナ９’の開口部は図１３において９ａ’で示してある。図１３に上方から見たアンテナ９’を示す。【０２３８】
アンテナ９’は、ここではダブルハーフループアンテナであり、容量結合を抑制するための絶縁物９２’（ここではセラミック）を被覆した二つのコの字型導電性部材９１’を結合したものである。アンテナ９’の一端部は整合器３’を介して高周波電源２’に接続されており、他端部はコンデンサ１５’を介して接地されている。これにより、室１’内に供給されるガスに誘導結合型高周波電界を印加して該ガスから誘導結合型プラズマを生成できる。【０２３９】
図１２に示すように、アンテナ９’を間にして基体設置部１１’に対向する位置にはイオン源４’が設けられている。イオン源４’にはイオン源用ガス供給部１６’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５’を介して高周波電源６’が接続されている。【０２４０】
イオン源４’は、イオンを引き出すためのここでは３枚の電極（イオン源の奥側から加速電極４１’、減速電極４２’、接地電極４３’）からなるイオン照射用電極装置４０’を有している。イオン照射用電極装置４０’とイオン源４’との間には出力可変の加速電源７’及び出力可変の減速電源８’が接続されている。イオン源４’及び電極装置４０’等はイオンビーム照射装置４００を構成している。なお、イオン源４’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、イオン照射用電極系は３枚電極構造に限定されず他の枚数の電極からなるものでもよい。【０２４１】
イオンビーム照射装置４００における電極系４０’に接続された加速電源７’及び減速電源８’のオンオフや出力は制御部１００にて制御される。制御部１００はこのほか、電源２’、電源６’等も制御する。【０２４２】
第１２図に示すシリコンドット形成装置を用いてシリコンドットを形成するにあたっては、基体Ｓを基体設置部１１’に配置し、室１’内を排気装置１２’の運転にて所定のシリコンドット形成圧に維持しつつガス導入装置１３’からプラズマ生成室１’内にシリコンを含むガスを導入するとともに高周波電源２’から整合器３’、アンテナ９’を介して誘導結合型高周波電界を印加して前記導入したガスをプラズマ化し、図中１７’で示す位置あたりに誘導結合型プラズマを発生させる。【０２４３】
シリコンを含むガスとしては、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。【０２４４】
また、イオン源４’にイオン源用ガス供給部１６’からイオンの原料ガスを導入し、これに電源６’から整合器５’を介して高周波電力を供給して、図中１８’で示すイオン源内の位置にプラズマを発生させ、イオン照射用電極装置４０’に電源７’、８’によりイオン引き出しのための電圧を印加することによりプラズマ１８’からイオンを引き出し、アンテナ９’の開口部９ａ’を通して基体Ｓ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。【０２４５】
イオン照射用電極装置４０’への電源７’、８’からのイオン引き出しのための電圧印加は、制御部１００の指示のもとに次のように行われる。
すなわち、シリコンドット形成対象基体Ｓにシリコンドットのもとになる核を形成するための第１のイオンエネルギによるイオンビーム照射がなされるように、さらにその後に、該核をもとにシリコンドットを成長させるための第２のイオンエネルギによるイオンビーム照射がなされるように、電源７’、８’からイオン照射用電極装置４０’へイオン引き出しのための電圧が印加される。【０２４６】
ここでは、核を形成するための第１のイオンエネルギはプラズマ電位がＰ〔Ｖ〕とするとＰ〔ｅＶ〕以上５ｋｅＶ程度までであり、シリコンドットを成長させるための第２のイオンエネルギは２ｋｅＶ以下５０ｅＶ程度までである。
第１イオンエネルギによるイオンビーム照射を行うために電源７’、８’から電極装置４０’へ印加すべき電圧や、第２イオンエネルギによるイオンビーム照射を行うために電源７’、８’から電極装置４０’へ印加すべき電圧は予め実験等により求められ、制御部１００に設定さている。【０２４７】
このようにして、基体Ｓ上に結晶質のシリコンドットが形成される。なお、シリコンドット形成中は、プラズマ生成室１’内、特に基体Ｓ表面近傍の圧力が０．６Ｐａ〜１．３Ｐａの範囲内になるようにプラズマ生成室１’内の圧力を調整する。また、基体Ｓの温度はヒータ１４’によりＲＴ（室温）〜６００℃に保つ。【０２４８】
以上説明した膜形成方法及び膜形成装置によると、シリコンを含む原料ガスから誘導結合型プラズマ１７’を生成させ、該誘導結合型プラズマの下に基体Ｓを置くとともに該基体Ｓ表面にイオンビームを照射してシリコンドットを形成する。【０２４９】
このようにシリコンを含むガスから生成させるプラズマは誘導結合型プラズマ１７’であり、誘導結合型プラズマ１７’は既述のとおり静電結合型プラズマと比べて高プラズマ密度、低プラズマ電位が得られる。それ故、例えば低融点ガラス基板のような耐熱性の比較的低い基体上にも該基体の熱的損傷を抑制できる低温下で（例えば６００℃以下で）結晶性の高いシリコンドットを得ることができる。【０２５０】
また、誘導結合型プラズマ１７’の下で基体Ｓ上にシリコンドットを形成するにあたり、基体Ｓ表面にイオン源４’からイオンビームを照射するので、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、シリコンドットの結晶性がより高くなる。
シリコンドット形成後に結晶性を高めるために別途熱処理する必要はない。
このようにして生産性よく良質の結晶質シリコンドットを得ることができる。【０２５１】
〔４〕実験について
次に、図１、第７図、図１２に示すシリコンドット形成装置を用いたシリコンドット形成の実験例について説明する。
（４−１）図１に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
＜シリコンドット形成条件＞
１）プラズマ条件（高周波プラズマ）
高周波電源装置１５            ６０ＭＨｚ、１８ｍＷ／ｃｍ3 
電極１３への正バイアス電圧    核形成              １ｋＶ
シリコンドット成長  １００Ｖ
原料ガス                      ＳｉＨ4 ガス及び水素ガス（ＳｉＨ4 １０％）
シリコンドット形成圧          ０．５Ｐａ〜２Ｐａ
プラズマ消灯期間Ｔ            ５００μｓｅｃ
プラズマ点灯期間Ｔｃ          ５００μｓｅｃ
正バイアス印加開始Ｔａ        １００μｓｅｃ
正バイアス印加期間Ｔｂ        １００μｓｅｃ
２）基体                        シリコンウエハ
３）基体温度                    ３００℃
＜シリコンドットの評価＞
レーザラマン分光法による分析によってシリコンドットの結晶化度〔結晶質／（結晶質＋アモルファス）〕を測定したところ、結晶化度９５％以上の良質のシリコンドットが確認された。【０２５２】
（４−２）第７図に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
＜シリコンドット形成条件＞
１）プラズマ条件（高周波プラズマ）
ＥＣＲプラズマ条件          マイクロ波  ２．４５ＧＨｚ、磁場８７５ガウス
電極装置５３に電源ＰＷ１、ＰＷ２から印加するイオン引き出しのための電圧
第１イオンエネルギ５０ｅＶ及び第２インオンエネル                              ギ２００ｅＶを得る電圧
原料ガス                    ＳｉＨ4 ガス及び水素ガス（ＳｉＨ4 １０％）
シリコンドット形成圧        ０．０５Ｐａ〜１Ｐａ
プラズマ消灯期間Ｔ’        ５００μｓｅｃ
プラズマ点灯期間Ｔｃ’      ５００μｓｅｃ
負イオン引出し電圧の印加                                                              
印加開始Ｔａ’      １００μｓｅｃ
印加期間Ｔｂ’      １００μｓｅｃ
２）基体                      シリコンウエハ
３）基体温度                  ３００℃
＜シリコンドットの評価＞
レーザラマン分光法による分析によってシリコンドットの結晶化度〔結晶質／（結晶質＋アモルファス）〕を測定したところ、結晶化度９６％以上の良質のシリコンドットが確認された。【０２５３】
（４−３）図１２に示すシリコンドット形成装置によるシリコンドット形成
＜シリコンドット形成条件＞
１）プラズマ条件（誘導結合型プラズマ）
励起法                      高周波電力  １３．５６ＭＨｚ、３５ｍＷ／ｃｍ3 
原料ガス                    ＳｉＨ4 ガス及び水素ガス（ＳｉＨ4 １０％）
シリコンドット形成圧        ０．６Ｐａ〜１．３Ｐａ
プラズマ電位                ２３Ｖ
プラズマ密度                ６×１０10イオン個／ｃｍ3 
２）イオンビーム照射条件
第１イオンエネルギ          ５００ｅＶ
第２イオンエネルギ          ５０ｅＶ
３）基体                      無アルカリガラス基板
４）基体温度                  ３００℃
＜シリコンドットの評価＞
レーザラマン分光法による分析によってシリコンドットの結晶化度〔結晶質／（結晶質＋アモルファス）〕を測定したところ、結晶化度９７％以上の良質のシリコンドットが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明は、単一電子デバイス等の電子デバイス材料や発光材料などとして用いられる微小粒径のシリコンドットの形成に利用できる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2010082345.tif 000017
2010082345.tif 000018
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