(57)【要約】【課題】比較的低温下で、シリコンドットの欠陥発生や集合、プラズマダメージを抑制して、粒径の制御性よく、基板間での再現性よくシリコンドットを形成する。また、比較的低温下で、シリコンドット粒径の制御性及び絶縁膜厚さの制御性良好に基板間での再現性よくシリコンドット及び絶縁膜を形成する。【解決手段】低インダクタンス内部アンテナ１２（２２）にてシリコンドット形成用ガス（絶縁膜形成用ガス）から誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで基板ＳにシリコンドットＳｉＤ（絶縁膜Ｆ）を形成し、且つ、プラズマが不安定状態にある間は基板Ｓを不安定プラズマに曝さない状態におき、プラズマが安定化すると基板Ｓを安定化プラズマに臨ませてシリコンドット形成（絶縁膜形成）を開始させるシリコンドット形成方法及び装置１（シリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置Ａ）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第１アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給されるシリコンドット形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板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り、シリコンドット形成にあたっては、前記第１プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させることを特徴とするシリコンドット形成方法。
【請求項２】
前記第１プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項１記載のシリコンドット形成方法。
【請求項３】
前記第１プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから退避させる基板退避装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置により該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置により該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置して該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項１記載のシリコンドット形成方法。
【請求項４】
前記第１プラズマ生成室内に生成されるプラズマの不安定状態及び安定化状態は、該第１プラズマ生成室に対して設けられたプラズマ状態把握装置により把握する請求項１、２又は３記載のシリコンドット形成方法。
【請求項５】
前記シリコンドットの形成にあたっては、前記第１プラズマ生成室内へ前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを供給し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項１から４のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項６】
前記第１プラズマ生成室内に予めシリコンスパッタターゲットを設置しておき、前記シリコンドットの形成にあたっては、前記シリコンドット形成用ガスとしてスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給して該スパッタリング用ガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコンスパッタターゲットのケミカルスパッタリングにより該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項１から４のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項７】
前記シリコンドット形成に先立ち、前記第１プラズマ生成室内へシリコン膜形成用ガスを供給して該ガスを前記第１アンテナへの高周波電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマのもとで該第１プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材にシリコン膜を形成しておき、前記シリコンドットの形成にあたっては、前記シリコンドット形成用ガスとしてスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給して該スパッタリング用ガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコン膜のケミカルスパッタリングにより該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項１から４のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項８】
前記シリコンドット形成後に、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとで該シリコンドットの表面を終端処理する請求項１から７のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
【請求項９】
前記第１プラズマ生成室において前記シリコンドットを形成後、該シリコンドットが形成された前記基板を該第１プラズマ生成室に連設された終端処理室へ搬入し、該終端処理室で前記終端処理を実施する請求項８記載のシリコンドット形成方法。
【請求項１０】
基板上にシリコンドットを少なくとも１回、絶縁膜を少なくとも１回形成するシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法であり、
シリコンドットについては請求項１から９のいずれかにシリコンドット形成方法により形成し、
絶縁膜については、第２プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第２アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給される絶縁膜形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法を採用し、該絶縁膜形成方法による絶縁膜形成にあたっては、前記第２プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に絶縁膜形成を開始させ、
シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するときは、前記基板を該基板のある室から前記第２プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路を通して移動させ、絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するときは、前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路を通して移動させることを特徴とするシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【請求項１１】
前記第２プラズマ生成室内に配置される基板を該第２プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成を開始させる請求項１０記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【請求項１２】
前記第２プラズマ生成室内に配置される基板を該第２プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させる基板退避装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置により該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置により該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置して該基板上に絶縁膜形成を開始させる請求項１０記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【請求項１３】
前記基板は基板加熱ヒータを有する基板ホルダで支持させ、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するにあたり前記基板を該基板のある室から前記第２プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき及び絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するにあたり前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるときには、該基板を該基板ホルダごと移動させる請求項１０から１２のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【請求項１４】
前記第２プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの不安定状態及び安定化状態は、該第２プラズマ生成室に対して設けられたプラズマ状態把握装置により把握する請求項１０から１３のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【請求項１５】
前記絶縁膜形成にあたっては、前記第２プラズマ生成室内へ前記絶縁膜形成用のガスとしてシラン系ガス及び酸素ガスを導入し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に酸化シリコン絶縁膜を形成開始させる請求項１０から１４のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【請求項１６】
第１プラズマ生成室、
該第１プラズマ生成室内へシリコンドット形成用のガスを供給する第１ガス供給装置、  該第１プラズマ生成室内に設置された、低インダクタンス化された第１アンテナ、
該第１アンテナに高周波電力を印加して前記第１ガス供給装置から前記第１プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第１高周波電力印加装置、
シリコンドット形成にあたり前記第１プラズマ生成室内に配置されるシリコンドット形成対象基板を該第１プラズマ生成室内のプラズマが不安定状態にある間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第１のプラズマ状態対応装置、
前記第１プラズマ生成内に生成される前記プラズマの状態を把握する第１プラズマ状態把握装置及び
前記第１プラズマ状態把握装置により把握される前記第１プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第１プラズマ状態対応装置を制御する第１制御部を含んでいることを特徴とするシリコンドット形成装置。
【請求項１７】
前記第１のプラズマ状態対応装置は、前記第１プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置であり、前記第１制御部は、該基板へのシリコンドット形成にあたり、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板が該プラズマから遮蔽されて不安定プラズマに曝されない状態におかれ、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置が開かれて該安定化プラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成が開始されるように該シャッタ装置を制御する請求項１６記載のシリコンドット形成装置。
【請求項１８】
前記第１のプラズマ状態対応装置は、前記第１プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第１プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置であり、前記第１制御部は、該基板へのシリコンドット形成にあたり、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置が該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置が該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置するように該基板退避装置を制御する請求項１６記載のシリコンドット形成装置。
【請求項１９】
前記第１ガス供給装置は、前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを前記第１プラズマ生成室へ供給するものである請求項１６から１８のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２０】
前記第１プラズマ生成室内にはシリコンスパッタターゲットが設置されており、前記第１ガス供給装置は前記シリコンドット形成用ガスとしてプラズマ化されることにより該シリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングするスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給するものである請求項１６から１８のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２１】
前記シリコンドット形成に先立ち、前記第１プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材に、プラズマ化されることでシリコン膜を形成するシリコン膜形成用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給するシリコン膜形成用ガス供給装置を備えており、前記第１ガス供給装置は前記シリコンドット形成用ガスとしてプラズマ化されることにより該シリコン膜をケミカルスパッタリングするスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給するものである請求項１６から１８のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２２】
シリコンドット形成後に前記第１プラズマ生成室内へ酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスを供給する終端処理用ガス供給装置をさらに含んでいる請求項１６から２１のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２３】
前記第１プラズマ生成室でシリコンドットが形成された基板を搬入可能に該第１プラズマ生成室に連設された終端処理室であって、該第１プラズマ生成室から搬入される該基板上のシリコンドットに、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとで終端処理を施す終端処理室をさらに含んでいる請求項１６から２１のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
【請求項２４】
請求項１６から２３のいずれかに記載のシリコンドット形成装置と絶縁膜形成装置とを含んでおり、
該絶縁膜形成装置は、
第２プラズマ生成室、
該第２プラズマ生成室内へ絶縁膜形成用のガスを供給する第２ガス供給装置、
該第２プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第２アンテナ、
該第２アンテナに高周波電力を印加して前記第２ガス供給装置から前記第２プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第２高周波電力印加装置、
絶縁膜形成にあたり前記第２プラズマ生成室内に配置される基板を該第２プラズマ生成室内のプラズマが不安定な間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第２のプラズマ状態対応装置、
前記第２プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの状態を把握する第２プラズマ状態把握装置及び
前記第２プラズマ状態把握装置により把握される前記第２プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第２プラズマ状態対応装置を制御する第２制御部を含んでおり、
前記第１プラズマ生成室及び第２プラズマ生成室は、該両室間で前記基板を搬送するための基板搬送通路を介して外部から気密に連設されていることを特徴とするシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
【請求項２５】
前記第２のプラズマ状態対応装置は、前記第２プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成される前記プラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置であり、前記第２制御部は、該基板への絶縁膜形成にあたり、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板が該プラズマから遮蔽されて不安定プラズマに曝されない状態におかれ、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置が開かれて該安定化プラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成が開始されるように該シャッタ装置を制御する請求項２４記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
【請求項２６】
前記第２のプラズマ状態対応装置は、前記第２プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第２プラズマ生成室内に生成される前記プラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置であり、前記第２制御部は、該基板への絶縁膜形成にあたり、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置が該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置が該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置するように該基板退避装置を制御する請求項２４記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
【請求項２７】
基板加熱ヒータを有する基板ホルダ及び該基板ホルダの搬送装置を備えており、該基板ホルダ搬送装置は、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するにあたり前記基板を前記第１プラズマ生成室から前記第２プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき及び絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するにあたり前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき、該基板を該基板ホルダごと移動させる請求項２４から２６のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
【請求項２８】
前記絶縁膜形成装置の第２ガス供給装置は、前記絶縁膜形成用のガスとして酸化シリコン絶縁膜形成用のシラン系ガス及び酸素ガスを該第２プラズマ生成室内へ供給するものである請求項２４から２７のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は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サイズのシリコンドット（所謂シリコンナノ粒子）の形成方法及び装置並びにＭＯＳ形キャパシタ、ＭＯＳ形ＦＥＴ等の半導体装置に利用できるシリコンドットと絶縁膜を重ねて形成したシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ガス中蒸着法も知られている（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、例えば特開２００４−１７９６５８号公報には、ＣＶＤチャンバ内に材料ガスとしてシラン及びジクロロシランを順次導入し、加熱した基板上にシリコンドットを形成する方法が記載されている。この方法では、シリコンドット成長のための核を基板上に形成する工程を経て、該核からシリコンドットを成長させる。
【０００４】
ところが、シリコンをレーザ照射により加熱、蒸発させる手法では、均一にエネルギー密度を制御してレーザをシリコンに照射することは困難であり、シリコンドットの粒径や分布密度を揃えることは困難である。
【０００５】
ガス中蒸着法においても、シリコンの不均一な加熱がおこり、そのためにシリコンドットの粒径や分布密度を揃えることは困難である。
【０００６】
また、前記のＣＶＤ法によるシリコンドットの形成においては、シリコンドット成長のもとになる核を基板上に形成するにあたり、基板を５５０℃以上の高温に加熱する必要があり、耐熱温度の低い基板を採用することができず、そのため基板材料の選択範囲が狭められる。さらに、シリコンドットを高熱下に形成すると、例えばシリコンドット表面のＳｉ−Ｈ結合が切れて欠陥が生じたり、シリコンドット同士が集合したりする等の悪影響がある。
【０００７】
これらにより、比較的低温下でシリコンドットを形成すべくプラズマＣＶＤ法によるシリコンドット形成方法及び装置も研究されている。
【０００８】
絶縁性膜の形成については、例えば絶縁性膜形成対象基板を熱酸化させて絶縁性の熱酸化膜を形成する手法（例えばシリコン基板を８００℃〜９００℃程度の高温下に熱酸化させて絶縁性の酸化シリコン膜を形成する手法）が知られているが（例えば前記特開２００４−１７９６５８号公報参照）、この方法では耐熱温度の低い基板を採用することができず、そのため基板材料の選択範囲が狭められる。
【０００９】
しかし、絶縁膜形成用のガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで基板上に比較的低温で絶縁膜を形成するプラズマＣＶＤ法による絶縁膜形成方法も知られている。
【００１０】
ここでプラズマＣＶＤ法についてみると、平行平板電極を用いて容量結合形プラズマを生成させる方法が古くから知られているが、この方法では電極を大型化するには限界があり、大面積の基板に膜形成等のプラズマ処理を施すには不向きであることから、今日ではプラズマ生成室の外側又は内側にアンテナを設置し、該アンテナに高周波電力を印加してプラズマ生成室内ガスから誘導結合プラズマを生成させるものが注目されている。
【００１１】
特に、投入電力の利用効率を向上させることができる等の観点からプラズマ生成室内にアンテナを配置した内部アンテナ形の誘導結合プラズマＣＶＤ装置が注目されている。  このタイプのプラズマＣＶＤ装置は例えば特開２００１−３５６９７号公報に記載さている。
【００１２】
特開２００１−３５６９７号公報には、内部アンテナを用いると、投入高周波電力の増加によるプラズマの高密度化に伴いアンテナ導体の静電結合によるプラズマ電位の上昇が顕著となり、プラズマ生成室内に異常放電が発生し易くなり、プラズマ電位の上昇によりイオン加速エネルギーが大きくなり、基板上に形成される物のプラズマダメージが懸念されるので、印加する高周波電圧の低動作電圧化が重要であり、そのためにアンテナのインダクタンス低減が求められる旨の記載もある。
【００１３】
そして、アンテナの大型化に伴うインダクタンスの増加を抑制するため、アンテナは周回しないで終端する線状導体で平面的構造（２次元構造）に構成し、これによりアンテナインダクタンスを低減できる旨記載されている。
【００１４】
【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
【特許文献１】特開２００４−１７９６５８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、シリコンドットや絶縁膜を比較低温下でも形成できるよにプラズマＣＶＤ法を採用し、また、投入電力の利用効率を向上させる等のためにプラズマ生成室内に配置したアンテナを用いる誘導結合プラズマＣＶＤ方法を採用し、さらに該内部アンテナからの異常放電及び被処理基板やその上に形成されるシリコンドット或いは絶縁膜のプラズマによるダメージを抑制しつつ高密度プラズマを生成させて所望のシリコンドットや絶縁膜を形成するためにするために低インダクタンス化されたアンテナを採用したとしても、未だ問題がある。
【００１６】
すなわち、本発明者の研究によると、プラズマは点灯すると直ちに安定した状態になるのではなく、点灯後不安定な状態があり、異常放電が発生することもあり、プラズマ点灯後安定化までに時間を要し、しかも、その安定化するまでに要する時間は、同じプラズマＣＶＤ装置を用い、ガス導入量、投入電力等のプラズマ生成条件を同じにしても、プラズマを点灯させるごと変動する。
【００１７】
そして、プラズマが不安定な状態からシリコンドット形成を開始すると、シリコンドット粒径の制御性が悪化し、複数基板間でシリコンドットの粒径に許容できないバラツキが生じる。
また、プラズマが不安定な状態から絶縁膜形成を開始すると、膜厚の制御性が悪化し、複数の基板間で許容できない膜厚バラツキが生じる。                                      
【００１８】
例えば、ＭＯＳ形キャパシタ、ＭＯＳ形ＦＥＴ等の半導体装置に利用できるシリコンドットや絶縁膜は、シリコンドット粒径や絶縁膜厚さが例えば１０ｎｍ或いはその前後と非常に小さく、シリコンドット粒径や絶縁膜厚さの制御性が悪化したのでは、要求される粒径のシリコンドットや要求される厚さの絶縁膜を再現性よく形成できない。
【００１９】
そこで本発明は、例えば特開２００１−３５６９７号公報記載のＣＶＤによるシリコンドット形成と比べると比較的低温下で、高温下では発生することがあるシリコンドットの欠陥発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、プラズマによるシリコンドットのダメージを抑制して、さらに、シリコンドット粒径の制御性よく、基板間での再現性よくシリコンドットを形成できるシリコンドット形成方法及び装置を提供することを第１の課題とする。
【００２０】
また本発明は、比較的低温下で、高温下では発生することがあるシリコンドットの欠陥発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、プラズマによるシリコンドットや絶縁膜のダメージを抑制して、さらに、シリコンドット粒径の制御性及び絶縁膜厚さの制御性よく、基板間での再現性よくシリコンドット及び絶縁膜を形成することができるシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び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】
【００２１】
本発明は、前記第１の課題を解決するため次のシリコンドット形成方法及び装置を提供する。また、本発明は前記第２の課題を解決するため次のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置を提供する。
なお、以下の記載において「第１」の語は、シリコンドット形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等を絶縁膜形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等と区別するために付した語であり、「第１」の語が付されたプラズマ生成室、アンテナ等はシリコンドット形成のためのものであることを示している。
また、以下の記載において「第２」の語は、絶縁膜形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等をシリコンドット形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等と区別するために付した語であり、「第２」の語が付されたプラズマ生成室、アンテナ等は絶縁膜形成のためのものであることを示している。
【００２２】
（１）シリコンドット形成方法
第１プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第１アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給されるシリコンドット形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板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り、シリコンドット形成にあたっては、前記第１プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させるシリコンドット形成方法。                                
【００２３】
（２）シリコンドット形成装置
第１プラズマ生成室、
該第１プラズマ生成室内へシリコンドット形成用のガスを供給する第１ガス供給装置、  該第１プラズマ生成室内に設置された、低インダクタンス化された第１アンテナ、
該第１アンテナに高周波電力を印加して前記第１ガス供給装置から前記第１プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第１高周波電力印加装置、
シリコンドット形成にあたり前記第１プラズマ生成室内に配置されるシリコンドット形成対象基板を該第１プラズマ生成室内のプラズマが不安定状態にある間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第１のプラズマ状態対応装置、
前記第１プラズマ生成内に生成される前記プラズマの状態を把握する第１プラズマ状態把握装置及び
前記第１プラズマ状態把握装置により把握される前記第１プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第１プラズマ状態対応装置を制御する第１制御部を含んでいるシリコンドット形成装置。                      
【００２４】
（３）シリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法
基板上にシリコンドットを少なくとも１回、絶縁膜を少なくとも１回形成するシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法であり、
シリコンドットについては本発明に係るシリコンドット形成方法により形成し、
絶縁膜については、第２プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第２アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給される絶縁膜形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法を採用し、該絶縁膜形成方法による絶縁膜形成にあたっては、前記第２プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に絶縁膜形成を開始させ、
シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するときは、前記基板を該基板のある室（第１プラズマ生成室又は後述する終端処理室を使用するときは該終端処理室）から前記第２プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路（第１及び第２のプラズマ生成室をつなぐ基板搬送通路、後述する終端処理室を使用するときは該終端処理室と第２プラズマ生成室とを直接又は第１プラズマ生成室を介してつなぐ基板搬送通路等）を通して移動させ、絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するときは、前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路（第２プラズマ生成室を直接又は後述する終端処理室を介して第１プラズマ生成室へつなぐ基板搬送通路等）を通して移動させるシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
【００２５】
（４）シリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置
本発明に係るシリコンドット形成装置と絶縁膜形成装置とを含んでおり、
該絶縁膜形成装置は、
第２プラズマ生成室、
該第２プラズマ生成室内へ絶縁膜形成用のガスを供給する第２ガス供給装置、
該第２プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第２アンテナ、
該第２アンテナに高周波電力を印加して前記第２ガス供給装置から前記第２プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第２高周波電力印加装置、
絶縁膜形成にあたり前記第２プラズマ生成室内に配置される基板を該第２プラズマ生成室内のプラズマが不安定な間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第２のプラズマ状態対応装置、
前記第２プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの状態を把握する第２プラズマ状態把握装置及び
前記第２プラズマ状態把握装置により把握される前記第２プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第２プラズマ状態対応装置を制御する第２制御部を含んでおり、
前記第１プラズマ生成室及び第２プラズマ生成室は、該両室間で前記基板を搬送するための基板搬送通路を介して外部から気密に連設されているシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
【００２６】
ここで「シリコンドット」とは、その粒径が概ね１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の微小粒径のシリコンドットである。
また、絶縁膜は、例えばその厚さが概ね１ｎｍ〜１００ｎｍ程度、より好ましくは２ｎｍ〜２０ｎｍ程度のものである。
【００２７】
また、「低インダクタンス化されたアンテナ」とはプラズマ生成室内のプラズマ生成領域周囲を環状に周回して囲む大型のアンテナと比べると低インダクタンスのアンテナであり、プラズマ生成室内のプラズマ生成領域に臨み、該プラズマ生成領域周囲を環状に周回することなく、終端する端部を有する比較的短いアンテナである。代表例として、Ｕ字形状アンテナを挙げることができる。該Ｕ字形状アンテナには、文字通りＵ字形のアンテナのほか、門形状或いはコの字状アンテナ、半円形状等の円弧形状アンテナ、円弧形状部分に直線状部分を連ねた形状のアンテナ等も含まれる。
【００２８】
該低インダクタンス化されたアンテナは、例えば、インダクタンスＬが２００×１０-9〔Ｈ〕〜２３０×１０-9〔Ｈ〕程度以下のものであり、アンテナへの投入高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚとすれば、インピーダンス｜Ｚ｜が４５Ω程度以下、さらには１８Ω〜２０Ω程度以下のものを挙げることができる。
【００２９】
また、「プラズマ状態把握装置」は、プラズマが不安定状態にあるか、安定化した状態にあるかを把握できるものであればよく、代表例として、プラズマからの発光の分光強度（スペクトル強度）に基づいてプラズマが不安定状態にあるか、安定化した状態にあるかを把握できるものを挙げることができる。
【００３０】
本発明に係るシリコンドット形成方法及び装置によると、内部アンテナ型の誘導結合プラズマＣＶＤ方式により、約２５０℃程度以下の比較的低温下でも、高温下では発生することがある欠陥やシリコンドット同士の集合の発生を抑制して、また、低インダクタンス化された、第１プラズマ生成室内設置の内部アンテナ（第１アンテナ）の採用により、高密度プラズマを形成して、しかし、プラズマによる基板やその上に形成されるシリコンドットのダメージを抑制してシリコンドットを形成することができる。
【００３１】
また、シリコンドット形成にあたっては、前記第１プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させるので、シリコンドット粒径の制御性良好に、基板間での再現性よくシリコンドットを形成できる。
【００３２】
本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置によると、前記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それぞれ採用しているので、シリコンドットについては、比較的低温下で、高温下では発生することがある欠陥発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、プラズマダメージの抑制されたシリコンドットを形成することができる。また、シリコンドット粒径の制御性良好に、基板間での再現性良くシリコンドットを形成することができる。
【００３３】
絶縁膜については、これも内部アンテナ型の誘導結合プラズマＣＶＤ方式により、約２５０℃程度以下の比較的低温下でも、また、低インダクタンス化された、第２プラズマ生成室内設置の内部アンテナ（第２アンテナ）の採用により、高密度プラズマを形成して、しかし、プラズマによる絶縁膜或いは先に形成されることがあるシリコンドットのダメージを抑制しつつ、絶縁膜を形成することができる。
【００３４】
また、絶縁膜形成にあたっては、前記第２プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に絶縁膜形成を開始させるので、絶縁膜厚さの制御性良好に、基板間での再現性よく絶縁膜を形成できる。                      
【００３５】
シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するときは、前記基板を該基板のある室（第１プラズマ生成室又は後述する終端処理室を使用するときは該終端処理室）から前記第２プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路を通して移動させ、絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するときは、前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路を通して移動させるので（装置においてはそのように移動させることができるので）、既に形成されたシリコンドットや絶縁膜に大気中の好ましくない不純物が付着したり混入したりすることが抑制され、それだけ良好なシリコンドット及び絶縁膜付き基板を提供することができる。
【００３６】
（５）シリコンドット形成方法及び装置についてのさらなる説明
本発明に係るシリコンドット形成方法においては、第１プラズマ生成室のプラズマが安定化した状態でシリコンドットを形成するが、その場合、例えば、
前記第１プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成を開始させるようにしてもよい。
【００３７】
また別法として、例えば、前記第１プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから退避させる基板退避装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置により該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置により該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置して該基板上にシリコンドット形成を開始させるようにしてもよい。
【００３８】
いずれにしても、本発明に係るシリコンドット形成方法において、前記第１プラズマ生成室内に生成されるプラズマの不安定状態及び安定化状態は、例えば、該第１プラズマ生成室に対して設けられたプラズマ状態把握装置により把握すればよい。
【００３９】
また、本発明に係るシリコンドット形成装置では、前記第１プラズマ状態把握装置により把握される前記第１プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第１プラズマ状態対応装置を制御する第１制御部を含んでいるが、かかる第１のプラズマ状態対応装置としては、
例えば、前記第１プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置や、前記第１プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第１プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置を採用できる。
【００４０】
シャッタ装置を採用する場合、前記第１制御部は、該基板へのシリコンドット形成にあたり、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板が該プラズマから遮蔽されて不安定プラズマに曝されない状態におかれ、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置が開かれて該安定化プラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成が開始されるように該シャッタ装置を制御するものとすればよい。
【００４１】
基板退避装置を採用する場合は、前記第１制御部は、該基板へのシリコンドット形成にあたり、該第１プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置が該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置が該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置するように該基板退避装置を制御するものとすればよい。
【００４２】
本発明に係るシリンドット形成方法では、例えば、
前記シリコンドットの形成にあたっては、前記第１プラズマ生成室内へ前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを供給し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させることができる。
【００４３】
また、前記第１プラズマ生成室内に予めシリコンスパッタターゲットを設置しておき、前記シリコンドットの形成にあたっては、前記シリコンドット形成用ガスとしてスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給して該スパッタリング用ガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコンスパッタターゲットのケミカルスパッタリングにより該基板上にシリコンドット形成を開始させることもできる。
【００４４】
この場合、「シリコンスパッタターゲット」としては、市販のシリコンウエハ、ターゲット基板にシリコン膜を形成したもの等を採用できる。ターゲット基板にシリコン膜を形成したシリコンスパッタターゲットは、シリコンドット形成装置とは別の独立した、或いは該シリコンドット形成装置の前記第１プラズマ生成室に外部から気密に（外気に触れないように）連設された成膜装置（例えば誘導結合プラズマＣＶＤ装置等のプラズマＣＶＤ装置）でターゲット基板にシリコン膜を形成し、このようにして得たシリコンスパッタターゲットを第１プラズマ生成室に搬入、設置すればよい。
【００４５】
また、前記シリコンドット形成に先立ち、前記第１プラズマ生成室内へシリコン膜形成用ガスを供給して該ガスを前記第１アンテナへの高周波電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマのもとで該第１プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材にシリコン膜を形成しておき、前記シリコンドットの形成にあたっては、前記シリコンドット形成用ガスとしてスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給して該スパッタリング用ガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコン膜のケミカルスパッタリングにより該基板上にシリコンドット形成を開始させるようにしてもよい。
【００４６】
ここで「第１プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材」とは、第１プラズマ生成室内壁及び第１プラズマ生成室内に設置してもよいターゲット基板のうち少なくとも一方である。
また、「シリコン膜形成用ガス」は、ガス種の点から言えば、「シリコンドット形成用ガス」と同じものでもよい。シリコン膜形成用ガスは代表例としてシラン系ガス及び水素ガスの両者からなるガスを挙げることができる。
また、スパッタリング用ガスとしては、代表例として水素ガスを挙げることができる。      
【００４７】
以上説明したシリコンドット形成方法のシリコンドット形成の幾つかの例に関連して本発明に係るシリコンドット形成装置では次のようにしてもよい。
【００４８】
すなわち、例えば、シリコンドット形成装置における前記第１ガス供給装置は、前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを前記第１プラズマ生成室へ供給するものとしてもよい。
【００４９】
また、第１プラズマ生成室内にシリコンスパッタターゲットを設置しておき、前記第１ガス供給装置は前記シリコンドット形成用ガスとしてプラズマ化されることにより該シリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングするスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給するものとしてもよい。
【００５０】
さらに、前記シリコンドット形成に先立ち、前記第１プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材に、プラズマ化されることでシリコン膜を形成するシリコン膜形成用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給するシリコン膜形成用ガス供給装置を設け、前記第１ガス供給装置は前記シリコンドット形成用ガスとしてプラズマ化されることにより該シリコン膜をケミカルスパッタリングするスパッタリング用ガスを該第１プラズマ生成室内へ供給するものとしてもよい。
【００５１】
ところで、シリコンドットは、その表面が酸素や窒素などで終端処理されていることが望ましい。ここで「酸素や窒素などによる終端処理」とは、シリコンドットの表面に酸素や、窒素が結合し、（Ｓｉ−Ｏ）結合や、（Ｓｉ−Ｎ）結合、或いは（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）結合などを生じさせることを言う。
【００５２】
かかる終端処理による酸素や窒素の結合は、終端処理前のシリコンドット表面に、例えば、未結合手のような欠陥があっても、これを補うがごとく機能し、シリコンドット全体として実質上欠陥の抑制された良質なドット状態を形成する。かかる終端処理が施されたシリコンドットは電子デバイスの材料として利用された場合、該デバイスに求められる特性が向上する。例えば、ＴＦＴ材料として用いられた場合、ＴＦＴにおける電子移動度を向上させたり、ＯＦＦ電流を低減させることができる。また、長時間のＴＦＴの使用においても電圧電流特性が変化し難い等の信頼性が向上する。
【００５３】
そこで本発明に係るシリコンドット形成方法においては、シリコンドット形成後に、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとで該シリコンドットの表面を終端処理してもよい。
【００５４】
この終端処理は第１プラズマ生成室で行ってもよいが、第１プラズマ生成室においてシリコンドット形成後、該シリコンドットを形成した基板を該プラズマ生成室に連設された終端処理室へ搬入し、該終端処理室で前記終端処理を実施してもよい。
【００５５】
これに関連して、本発明に係るシリコンドット形成装置は、シリコンドット形成後に第１プラズマ生成室内へ酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスを供給する終端処理用ガス供給装置をさらに含んでいてもよい。
【００５６】
或いは、前記第１プラズマ生成室でシリコンドットが形成された基板を搬入可能に該第１プラズマ生成室に連設された終端処理室であって、第１プラズマ生成室から搬入される該基板上のシリコンドットに、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとで終端処理を実施する終端処理室をさらに含んでいてもよい。
【００５７】
いずれにしても終端処理を実施する場合、既述のごときプラズマ状態対応装置を用いるなどして、安定化した終端処理用ガスプラズマのもとで終端処理を実施してもよい。
終端処理用酸素含有ガスとしては、酸素ガスや酸化窒素（Ｎ2 ０）ガスを例示でき、窒素含有ガスとしては、窒素ガスやアンモニア（ＮＨ4 ）ガスを例示できる。
【００５８】
いずれにしても、本発明に係るシリコンドット形成方法及び装置は、シリコンドットに重ねて絶縁膜等を形成する場合だけでなく、シリコンドットだけを形成するような場合にも利用できる。
【００５９】
（６）シリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置についてのさらなる説明
本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法では、絶縁膜形成にあたり、第２プラズマ生成室のプラズマが安定化した状態で絶縁膜を形成するが、その場合、例えば、
前記第２プラズマ生成室内に配置される基板を該第２プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成を開始させてもよい。
【００６０】
また、別法として、前記第２プラズマ生成室内に配置される基板を該第２プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させる基板退避装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置により該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置により該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置して該基板上に絶縁膜形成を開始させてもよい。
【００６１】
いずれにしても、前記第２プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの不安定状態及び安定化状態は、例えば、該第２プラズマ生成室に対して設けられたプラズマ状態把握装置により把握することができる。
【００６２】
また、前記基板は基板加熱ヒータを有する基板ホルダで支持させ、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するにあたり前記基板を該基板のある室から前記第２プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき及び絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するにあたり前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるときには、該基板を該基板ホルダごと移動させるようにしてもよい。
【００６３】
このようにすれば、基板を基板ホルダから外して移動させる場合より、次のシリコンドット形成或いは絶縁膜形成において基板を迅速に所望温度へ立ち上がらせることができる。
【００６４】
これに関連して本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜形成装置では、基板加熱ヒータを有する基板ホルダ及び該基板ホルダの搬送装置を設け、該基板ホルダ搬送装置が、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するにあたり前記基板を第１プラズマ生成室から前記第２プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき及び絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するにあたり前記基板を前記第２プラズマ生成室から前記第１プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき、該基板を該基板ホルダごと移動させるようにしてもよい。
【００６５】
なお、基板の支持にあたり基板加熱ヒータを有する基板ホルダを採用し、且つ、シリコンドット形成や絶縁膜形成において既述のような基板退避装置を採用する場合、基板の退避及びプラズマに臨む位置への配置あたっては、該基板退避装置に、該基板ホルダに支持された基板を該基板ホルダごと退避させ又はプラズマに臨む位置へ配置させるようにしてもよい。
【００６６】
いずれにしても、前記絶縁膜形成にあたっての絶縁膜種に関連して言えば、例えば、前記第２プラズマ生成室内へ前記絶縁膜形成用のガスとしてシラン系ガス及び酸素ガスを導入し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に酸化シリコン絶縁膜を形成開始させる場合を挙げることができる。
【００６７】
これに関連して本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置では、前記絶縁膜形成装置の第２ガス供給装置を、前記絶縁膜形成用のガスとして酸化シリコン絶縁膜形成用のシラン系ガス及び酸素ガスを該第２プラズマ生成室内へ供給するものとしてもよい。
【００６８】
本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置では、絶縁膜形成に関して、前記第２プラズマ状態把握装置により把握される前記第２プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第２プラズマ状態対応装置を制御する第２制御部を含んでいる。
【００６９】
この場合、該第２のプラズマ状態対応装置としては、前記第２プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成される前記プラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置や、前記第２プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第２プラズマ生成室内に生成される前記プラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置を例示できる。
【００７０】
シャッタ装置を採用する場合、前記第２制御部は、基板への絶縁膜形成にあたり、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板が該プラズマから遮蔽されて不安定プラズマに曝されない状態とされ、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置が開かれて該安定化プラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成が開始されるように該シャッタ装置を制御するものとすればよい。
【００７１】
基板退避装置を採用する場合、前記第２制御部は、該基板への絶縁膜形成にあたり、該第２プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置が該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置が該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置するように該基板退避装置を制御するものとすればよい。
【発明の効果】
【００７２】
以上説明したように本発明によると、比較的低温下で、高温下では発生することがあるシリコンドットの欠陥発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、プラズマによるシリコンドットのダメージを抑制して、さらに、シリコンドット粒径の制御性よく、基板間での再現性よくシリコンドットを形成できるシリコンドット形成方法及び装置を提供することができる。
【００７３】
また本発明によると、比較的低温下で、高温下では発生することがあるシリコンドットの欠陥発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、プラズマによるシリコンドットや絶縁膜のダメージを抑制して、さらに、シリコンドット粒径の制御性及び絶縁膜厚さの制御性よく、基板間での再現性よくシリコンドット及び絶縁膜を形成することができるシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１はシリコンドット形成装置１と絶縁膜形成装置２とを含むシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置Ａを示している。
【００７５】
シリコンドット形成装置１は、第１プラズマ生成室１１を含んでおり、室１１内にはアンテナ１２が２本並列設置されているとともに該アンテナ１２の下方に処理基板Ｓを支持する基板ホルダ１６が設けられている。基板ホルダ１６は支持する基板Ｓを加熱する加熱ヒータ１６１を備えている。
【００７６】
各アンテナ１２はその両端部がプラズマ生成室１１の天井壁１１１を貫通して室外へ突出している。これら２本のアンテナ１２のそれぞれの室外へ突出した部分の一端部はブスバー１３に接続されており、該ブスバー１３はマンチングボックス１４を介して出力可変の高周波電源１５に接続されている。２本のアンテナ１２のそれぞれの室外へ突出した部分の他端部は接地されている。アンテナ１２の詳細については後ほど説明する。
【００７７】
プラズマ生成室１１にはシラン系ガスを該室内へ供給するためのガス供給装置Ｇ１が接続されているとともに水素ガスを該室内へ供給するガス供給装置Ｇ２が接続されている。該シラン系ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガス等を用いることができる。
【００７８】
本例ではこれらシラン系ガス及び水素ガスはシリコンドット形成用のガスであり、ガス供給装置Ｇ１及びＧ２はシリコンドット形成用ガスをプラズマ生成室１１内へ供給する第１ガス供給装置を構成している。
【００７９】
また、プラズマ生成室１１には室内から排気して室内を減圧するための排気装置１７も接続されている。
さらに、プラズマ生成室１１に対し、後述するように形成される誘導結合プラズマの状態を把握するためのプラズマ状態把握装置１８が設けられている。
【００８０】
絶縁膜形成装置２は、第２プラズマ生成室２１を含んでおり、室２１内にはアンテナ２２が２本並列設置されているとともに該アンテナ２２の下方に処理基板Ｓを支持する基板ホルダ２６が設けられている。基板ホルダ２６は支持する基板Ｓを加熱する加熱ヒータ２６１を備えている。
【００８１】
各アンテナ２２は前記アンテナ１２と同形状、寸法のものであり、アンテナ１２と同様に、両端部がプラズマ生成室２１の天井壁２１１を貫通して室外へ突出している。そして、各アンテナ２２の室外へ突出した部分の一端部はブスバー２３に接続されており、該ブスバー２３はマンチングボックス２４を介して出力可変の高周波電源２５に接続されている。各アンテナ２２の室外へ突出した部分の他端部は接地されている。アンテナ２２の詳細については後ほど説明する。
【００８２】
プラズマ生成室２１にはシラン系ガスを該室内へ供給するためのガス供給装置Ｇ３が接続されているとともに酸素ガスを該室内へ供給するガス供給装置Ｇ４が接続されている。該シラン系ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガス等を用いることができる。
【００８３】
本例ではこれらシラン系ガス及び酸素ガスは絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜形成用のガスであり、ガス供給装置Ｇ３及びＧ４は絶縁膜形成用ガスをプラズマ生成室２１内へ供給する第２ガス供給装置を構成している。
【００８４】
また、プラズマ生成室２１には室内から排気して室内を減圧するための排気装置２７も接続されている。
さらに、プラズマ生成室２１に対し、後述するように形成される誘導結合プラズマの状態を把握するためのプラズマ状態把握装置２８が設けられている。
【００８５】
各アンテナ１２（２２）は、図２に示すように、外径１／４インチ（６．３５ｍｍ）、肉厚約１ｍｍの銅管Ｐ１を外径２０ｍｍ、肉厚３ｍｍのアルミナ製絶縁性管Ｐ２で被覆したものであり、銅管Ｐ１の中心軸線の曲率半径Ｒ＝５０ｍｍの半円形部分の両端に直線部分を連続させた形状を呈している。
【００８６】
各アンテナ１２（２２）は、その直線部分でプラズマ生成室１１（２１）の天井壁１１１（２１１）を気密に貫通している。
プラズマ生成室１１（２１）内における各アンテナ１２（２２）の下端から室天井壁１１１（２１１）までの高さＨは７５ｍｍである。
プラズマ生成室内における２本のアンテナ１２の間隔及び２本のアンテナ２２の間隔はいずれも１００ｍｍである。
【００８７】
各アンテナ１２（２２）は、プラズマ生成室内のプラズマ生成領域を囲むように環状に周回する大型アンテナと比べると低インダクタンスのアンテナである。アンテナ１２（２２）は図示のように２本が並列配置で使用される場合、２本あわせてインダクタンスＬが１５０×１０-9〔Ｈ〕〜２００×１０-9〔Ｈ〕程度のものであり、印加される高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚの場合、２本あわせてインピーダンス｜Ｚ｜が１２Ω〜１８Ω程度のものである。
なお、アンテナ本数を増やすと、インダクタンス、インピーダンスは小さくなる。
【００８８】
前記プラズマ状態把握装置１８、２８は同じ構成のものであり、本例では、プラズマからの発光の分光強度に基づいてプラズマが不安定状態か、安定化した状態にあるかを把握できるものである。
さらに言えば、プラズマにおいてはガスが分解して各種原子、イオン、ラジカル等が出現するとともに発光が生じるが、該発光を分光し、ガス分解が十分進んでいない或いは進んでいることを、換言すればプラズマがまだ安定化していない或いは安定化した状態にあることを示す種のスペクトル強度を把握することでプラズマが不安定な状態にあるか、安定化した状態にあるかを把握できるものである。
【００８９】
プラズマ状態把握装置の具体例としては、米国オーシャンオプティク社製のファイバー光学分光器（型式ＵＳＢ２０００、測定対象：発光原子、発光イオン）や、英国Hiden 社製の４５°セクター型高透過率イオンエネルギーアナライザ／４重極質量分析計（型式ＨＡＬ  ＥＱＰ５００、測定対象：陽イオン、負イオン、ラジカル、中性粒子）を挙げることができる。
【００９０】
プラズマ生成室１１内には、さらに、基板ホルダ１６上に支持される被処理基板Ｓを上方から覆ってプラズマから遮蔽できる開閉可能のシャッタ装置１０が設けられており、プラズマ生成室２１内には、さらに、基板ホルダ２６上に支持される被処理基板Ｓを上方から覆ってプラズマから遮蔽できる開閉可能のシャッタ装置２０が設けられている。
【００９１】
これらシャッタ装置１０、２０はいずれも同構造のものであり、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、一対のシャッタ羽根ｓ１、ｓ２を有し、正転逆転可能のモータＭでギア列ｇ１及びｇ２を介して一方のシャッタ羽根ｓ１を、ギア列ｇ１、ｇ３及びｇ４を介して他方のシャッタ羽根ｓ２を揺動させて該シャッタ羽根ｓ１、ｓ２を開閉できるものである。
【００９２】
図３（Ａ）に示すように、シャッタ羽根ｓ１、ｓ２が互いに近づくように揺動することで閉じられ、それにより基板ホルダ１６（２６）上の基板Ｓがプラズマから遮蔽され、図３（Ｂ）に示すようにシャッタ羽根ｓ１、ｓ２が互いに離隔するように揺動することで開かれ、それにより基板ホルダ１６（２６）上の基板Ｓがプラズマに臨むことができる。
【００９３】
シャッタ装置は上記のものに限定されない。例えば図３（Ｃ）に示すように、基板Ｓの直径方向において基板Ｓの両外側の軸を中心に開閉できるシャッタ羽根ｓ１’、ｓ２’を有する構造のもの等でもよい。
【００９４】
図１には示していないが、図４に示すように、シリコンドット形成装置１におけるシャッタ装置１０についてはシャッタ制御部４１が設けられており、プラズマ生成室１１において形成されるプラズマが不安定な状態にあるとの情報が前記プラズマ状態把握装置１８から制御部４１に送信されている間は、制御部４１はモータ駆動回路５１に指示して、シャッタ羽根ｓ１、ｓ２を閉じさせた状態とし、該プラズマが安定化した状態になったとの情報が前記プラズマ状態把握装置１８から制御部４１に送信されると、制御部４１はモータ駆動回路５１に指示して、シャッタ羽根ｓ１、ｓ２を開かせる。
【００９５】
絶縁膜形成装置におけるシャッタ装置２０についてもシャッタ制御部４２が設けられており、プラズマ生成室１２において形成されるプラズマが不安定な状態にあるとの情報が前記プラズマ状態把握装置２８から制御部４２に送信されている間は、該制御部４２はモータ駆動回路５２に指示して、シャッタ羽根ｓ１、ｓ２を閉じさせた状態とし、該プラズマが安定化した状態になったとの情報が前記プラズマ状態把握装置２８から制御部４２に送信されると、該制御部４２はモータ駆動回路５２に指示して、シャッタ羽根ｓ１、ｓ２を開かせる。
【００９６】
シリコンドット形成装置１のプラズマ生成室１１と絶縁膜形成装置２のプラズマ生成室２１とは、基板搬送通路３により外部から気密に連通している。通路３と室１１との間に室１１を通路３から気密に遮断できる開閉可能のゲート弁Ｖ１が設けられており、通路３と室２１との間に室２１を通路３から気密に遮断できる開閉可能のゲート弁Ｖ２が設けられている。
【００９７】
通路３内には基板搬送ロボット３１が設置されている。ロボット３１は昇降、回動及び伸縮がそれぞれ可能である基板搬送アーム３１１を備えており、室１１中の基板ホルダ１６上に支持された基板Ｓを室２１中の基板ホルダ２６上に配置することもできるし、室２１中の基板ホルダ２６上に支持された基板Ｓを室１１中の基板ホルダ１６上に配置することもできる。なお、かかる基板搬送ロボットとしては、例えば市販の基板搬送ロボットを利用することができる。
【００９８】
以上説明したシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置Ａを用い、図１６に例示するＭＯＳキャパシタ及びＭＯＳＦＥＴ構造の半導体装置等の形成に利用できるシリコンドット及び絶縁膜付き基板を形成した実施例１について説明する。プラズマ状態把握装置１８、２８には前記米国オーシャンオプティク社製のファイバー光学分光器（型式ＵＳＢ２０００を採用した。
【００９９】
＜実施例１＞
(1) 先ず、被処理基板ＳとしてＰ形半導体シリコン基板の表面を予め熱酸化処理してトンネル酸化シリコン膜を形成した基板Ｓをプラズマ生成室１１内の基板ホルダ１６上に支持させるとともにヒータ１６１にて該基板を２２０℃に向け加熱する。
(2) 排気装置１７にて室１１から排気し、室１１内を２×１０-4Ｐａ以下まで減圧し、その後室１１内へモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス（０．２ｃｃｍ）及び水素ガス（３０ｃｃｍ）を供給する。
(3) 該ガス供給と排気装置１７とにより室１１内を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）のシリコンドット形成圧に維持しつつ、図５に示すようにシャッタ装置１０は閉じて基板Ｓを覆った状態で、アンテナ１２へ１３．５６ＭＨｚ、２０００Ｗの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(4) 該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置１８により把握されるが、装置１８はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、シャッタ制御部４１は未だシャッタ装置１０を閉じさせたままである。
(5) プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、図６に示すようにシャッタ制御部４１は、装置１８からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けてシャッタ装置１０を開けさせ、基板Ｓをプラズマに臨ませる。なお、遅くともこのときまでに基板温度を２２０℃に到達させておく。これにより基板Ｓへのシリコンドット形成が開始される。
(6) 所望粒径のシリコンドット形成に要する時間の経過後、アンテナ１２への電力印加を停止し、排気装置１７にて室１１内の残留ガスを十分排気し、一層のシリコンドット形成を完了する。
このようにして、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）観察においてそれぞれ独立した粒径が５ｎｍ程度のシリコンドットを得ることができる。
【０１００】
(7) 次いでゲート弁Ｖ１、Ｖ２を開け、搬送ロボット３１でシリコンドットが形成された基板Ｓを室１１から絶縁膜形成装置２のプラズマ生成室２１内へ搬送し、そこの基板ホルダ２６に支持させ、その後ゲート弁Ｖ１、Ｖ２を閉じる。
(8) 基板ホルダ２６上の基板Ｓをヒータ２６１で２２０℃へ向け加熱する。            (9) 排気装置２７にて室２１から排気し、室２１内を２×１０-4Ｐａ以下まで減圧し、その後室２１内へモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス（８．６ｃｃｍ）及び酸素ガス（３０ｃｃｍ）を供給する。
(10)該ガス供給と排気装置２７とにより室２１内を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）の絶縁膜形成圧に維持しつつ、図７に示すようにシャッタ装置２０は閉じて基板Ｓを覆った状態で、アンテナ２２へ１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(11)該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置２８により把握されるが、装置２８はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、シャッタ制御部４２は未だシャッタ装置２０を閉じさせたままである。
(12)プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、図８に示すようにシャッタ制御部４２は、装置２８からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けてシャッタ装置２０を開けさせ、基板Ｓをプラズマに臨ませる。なお、遅くともこのときまでに基板温度を２２０℃に到達させておく。これにより基板Ｓへの絶縁膜（コントロール酸化シリコン膜）形成が開始される。
(13)所望厚さのコントロール酸化シリコン膜形成に要する時間の経過後、アンテナ２２への電力印加を停止し、排気装置２７にて室２１内の残留ガスを十分排気し、絶縁膜形成を完了する。
このようにして、エリプソメトリ法による測定において厚さ１５ｎｍ程度の酸化シリコン膜を得ることができる。
【０１０１】
かくして、例えば、図１６（Ａ）に示す半導体装置の形成に利用できる基板が得られる。
なお、例えば  図１６（Ｂ）に示すシリコンドット２層構造の半導体装置の形成に用いる基板は、前記のようにコントロール酸化シリコン膜形成後に、基板を再びプラズマ生成室１１へ移送してシリコンドットを形成し、その後該基板をプラズマ生成室２１へ移送して酸化シリコン膜を形成すればよい。
以上の他にもプラズマ生成室１１と２１との間に基板を往復させることで、所望積層状態のシリコンドット及び絶縁膜を形成することができる。
【０１０２】
以上説明したシリコンドット形成装置１及び絶縁膜形成装置２ではプラズマが安定化してからシリコンドットを形成し、また、絶縁膜を形成するためにシャッタ装置１０、２０を採用したが、図９に示すように、シャッタ装置に代えて基板退避装置３１’を採用してもよい。
【０１０３】
図９はシリコンドット形成装置１’及び絶縁膜形成装置２’を含むシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置Ａ’を示している。
シリコンドット形成装置１’では、プラズマ生成室１１内のアンテナ１２の下方に基板ホルダ支持台１００が設けられており、該支持台１００に基板加熱ヒータ１９１を有する基板ホルダ１９を載置できるようになっている。さらにプラズマ生成室１１に対し基板退避装置３１’が設けられている。
【０１０４】
絶縁膜形成装置２’では、プラズマ生成室２１内のアンテナ２２の下方に基板ホルダ支持台２００が設けられており、該支持台２００に前記基板ホルダ１９を載置できるようになっている。さらにプラズマ生成室２１に対しプラズマ生成室１１に対するものと共通の基板退避装置３１’が設けられている。
【０１０５】
基板退避装置３１’は、プラズマ生成室１１と２１とを外部から気密に連通させる基板搬送通路３’内に設置されている。図１に示す装置Ａと同様に、通路３’とプラズマ生成室１１との間にはゲート弁Ｖ１が、通路３’とプラズマ生成室２１との間にはゲート弁Ｖ２がそれぞれ設けられている。
【０１０６】
基板退避装置３１’は、昇降、回転及び伸縮がそれぞれ可能である基板ホルダ搬送アーム３１１’を有しており、該アームにより基板ホルダ１９をその上に基板Ｓを支持させたままプラズマ生成室１１、２１間で移動させ、基板ホルダ１９を室１１内の支持台１００上にも、室２１内の支持台２００上にも載置できる。支持台１００、２００のそれぞれにはヒータ１９１へ電力供給するための給電部（図示省略）が設けられており、基板ホルダ１９には該給電部に接触する受電部（図示省略）が設けられている。
かかる基板退避装置３１’としては、例えば市販の基板搬送ロボットを利用することができる。
【０１０７】
図９には示していないが、図１０に示すように、基板退避装置３１’に対し制御部４’が設けられており、プラズマ生成室１１（２１）において形成されるプラズマが不安定な状態にあるとの情報が前記プラズマ状態把握装置１８（２８）から制御部４’に送信されている間は、制御部４’は基板退避装置駆動回路５’に指示して、装置３１’に基板ホルダ１９をアンテナ１２（２２）の直下から退避させる。本例では通路３’へ退避させる。該プラズマが安定化した状態になったとの情報がプラズマ状態把握装置１８（２８）から制御部４’に送信されると、制御部４’は基板退避装置駆動回路５’に指示して、装置３１’に基板ホルダ１９を支持台１００（２００）へ載置させる。
【０１０８】
これらの点を除けば、図９に示す装置Ａ’は図１に示す装置Ａと実質上同構造であり、図１に示す装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【０１０９】
シリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置Ａ’を用い、図１６に例示するＭＯＳキャパシタ及びＭＯＳＦＥＴ構造の半導体装置等の形成に利用できるシリコンドット及び絶縁膜付き基板を形成した実施例２について説明する。プラズマ状態把握装置１８、２８には前記米国オーシャンオプティク社製のファイバー光学分光器（型式ＵＳＢ２０００）を採用した。
【０１１０】
＜実施例２＞
(1) 先ず、被処理基板ＳとしてＰ形半導体シリコン基板の表面を予め熱酸化処理してトンネル酸化シリコン膜を形成した基板Ｓをプラズマ生成室１１内の基板ホルダ１９上に支持させるとともにヒータ１９１にて該基板を２２０℃に加熱する。
(2) ゲート弁Ｖ１を開け排気装置１７にて室１１及び通路３’から排気し、室１１及び通路３’内を２×１０-4Ｐａ以下まで減圧し、その後室１１内へモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス（０．２ｃｃｍ）及び水素ガス（３０ｃｃｍ）を供給する。
(3) 該ガス供給と排気装置１７とにより室１１内を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）のシリコンドット形成圧に維持しつつ、図１１に示すように基板退避装置３１’にて基板ホルダ１９を基板Ｓごと通路３’へ退避させ、その基板退避状態でアンテナ１２へ１３．５６ＭＨｚ、２０００Ｗの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(4) 該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置１８により把握されるが、装置１８はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、搬送装置３１’の制御部４’は未だ基板ホルダ１９を通路３’へ退避させたままである。
(5) プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、制御部４’は、装置１８からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けて搬送装置３１’にホルダ１９をプラズマ生成室１１内の支持台１００に載置させ、ゲート弁Ｖ１を閉じる。基板Ｓは退避中、熱容量の大きいホルダ１９に支持されたままであるので、基板温度は速やかに２２０℃へ復帰する。かくして、基板Ｓへのシリコンドット形成が開始される。
(6) 所望粒径のシリコンドット形成に要する時間の経過後、アンテナ１２への電力印加を停止し、排気装置１７にて室１１内の残留ガスを十分排気し、一層のシリコンドット形成を完了する。
このようにして、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）観察においてそれぞれ独立した粒径が５ｎｍ程度のシリコンドットを得ることができる。
【０１１１】
(7) 次いでゲート弁Ｖ１、Ｖ２を開け、シリコンドットが形成された基板Ｓを支持したままの基板ホルダ１９を搬送装置３１’で室１１から絶縁膜形成装置２’のプラズマ生成室２１内の支持台２００上に載置し、ゲート弁Ｖ１は閉じ、基板を２２０℃に加熱する。
(8) ゲート弁Ｖ２を開け排気装置２７にて室２１及び通路３’から排気し、室２１及び通路３’内を２×１０-4Ｐａ以下まで減圧し、その後室２１内へモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス（８．６ｃｃｍ）及び酸素ガス（３０ｃｃｍ）を供給する。
(9) 該ガス供給と排気装置２７とにより室２１内を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）の絶縁膜形成圧に維持しつつ、図１１に示すと同様に（図１２に示すように）基板退避装置３１’にて基板ホルダ１９を基板Ｓごと通路３’へ退避させ、その基板退避状態でアンテナ２２へ１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(10)該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置２８により把握されるが、装置２８はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、搬送装置３１’の制御部４’は未だ基板ホルダ１９を通路３’へ退避させたままである。
(11)プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、制御部４’は、装置２８からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けて搬送装置３１’にホルダ１９をプラズマ生成室２１内の支持台２００に載置させ、ゲート弁Ｖ２を閉じる。基板Ｓは退避中、熱容量の大きいホルダ１９に支持されたままであるので、基板温度は速やかに２２０℃へ復帰する。かくして、基板Ｓへの絶縁膜（コントロール酸化シリコン膜）形成が開始される。
(12)所望厚さのコントロール酸化シリコン膜形成に要する時間の経過後、アンテナ２２への電力印加を停止し、排気装置２７にて室２１内の残留ガスを十分排気し、絶縁膜形成を完了する。
このようにして、エリプソメトリ法による測定において厚さ１５ｎｍ程度の酸化シリコン膜を得ることができる。
【０１１２】
このようにして、例えば、図１６（Ａ）に示す半導体装置の形成に利用できる基板が得られる。
なお、例えば  図１６（Ｂ）に示すシリコンドット２層構造の半導体装置の形成に用いる基板は、前記のようにコントロール酸化シリコン膜形成後に、基板を再びプラズマ生成室１１へ移送してシリコンドットを形成し、その後該基板をプラズマ生成室２１へ移送して酸化シリコン膜を形成すればよい。
以上の他にもプラズマ生成室１１と２１との間に基板を往復させることで、所望積層状態のシリコンドット及び絶縁膜を形成することができる。
【０１１３】
以上説明したシリコンドット形成装置１（１’）及びそれを用いたシリコンドット形成では、内部アンテナ型の誘導結合プラズマＣＶＤ方式により、比較的低温下で、高温下では発生することがある欠陥の発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、低インダクタンス化された、第１プラズマ生成室１１内設置の内部アンテナ（第１アンテナ１２）の採用により、高密度プラズマを形成して、しかし、プラズマによる基板Ｓやその上に形成されるシリコンドットのダメージを抑制してシリコンドットを形成することができる。
【０１１４】
また、シリコンドット形成にあたっては、プラズマ生成室１１に生成させるプラズマが不安定状態にある間は基板Ｓをシャッタ装置１０で覆ってプラズマから遮蔽することで、或いは基板退避装置３１’によりプラズマから退避させておくことで、該不安定プラズマに曝さない状態におき、プラズマが安定化するとシャッタ装置１０を開いて基板Ｓを該安定化プラズマに臨ませて、或いは基板退避装置３１’により基板Ｓを安定化プラズマに臨む位置に配置して、基板Ｓ上にシリコンドット形成を開始させるので、シリコンドット粒径の制御性良好に、基板間での再現性よくシリコンドットを形成できる。
【０１１５】
また、以上説明したシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置Ａ、Ａ’及びそれによるシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成では、シリコンドットについては、比較的低温下で、高温下では発生することがある欠陥発生やシリコンドット同士の集合を抑制して、また、プラズマダメージの抑制されたシリコンドットを形成することができ、さらに、シリコンドット粒径の制御性良好に、基板間での再現性良くシリコンドットを形成することができる。
【０１１６】
絶縁膜については、これも内部アンテナ型の誘導結合プラズマＣＶＤ方式により、比較的低温下で、また、低インダクタンス化された、第２プラズマ生成室２１内設置の内部アンテナ（第２アンテナ２２）の採用により、高密度プラズマを形成して、しかし、プラズマによる絶縁膜或いは先に形成されたシリコンドットのプラズマダメージを抑制しつつ、絶縁膜を形成することができる。
【０１１７】
また、絶縁膜形成にあたっては、第２プラズマ生成室２１に生成させるプラズマが不安定状態にある間は基板Ｓをシャッタ装置２０でプラズマから遮蔽することで、或いは基板退避装置３１’により基板Ｓをプラズマから退避させることで、該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化するとシャッタ装置２０を開いて基板Ｓを該安定化プラズマに臨ませて、或いは基板退避装置３１’により基板Ｓを安定化プラズマに臨む位置に配置して、基板Ｓ上に絶縁膜形成を開始させるので、絶縁膜厚さの制御性良好に、基板間での再現性よく絶縁膜を形成できる。
【０１１８】
さらに、基板Ｓをプラズマ生成室１１からプラズマ生成室２１へ、或いはその逆に移送するとき、それは外部から気密に遮断された基板搬送通路３、３’を通して行われるので、形成されたシリコンドットや絶縁膜に大気中の好ましくない不純物が付着したり混入したりすることが抑制され、それだけ良好なシリコンドット及び絶縁膜を得ることができる。
【０１１９】
ここで参考のため、図１に示す絶縁膜形成装置２において、プラズマ生成室２１にモノシランガス（８．６ｓｃｃｍ）と酸素ガス（３０ｓｃｃｍ）を供給し、室内圧力を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）に維持しつつアンテナ２２に１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成させることを２回行い、各回においてプラズマにおけるその安定、不安定を示す指標となる水素ラジカル（Ｈα）のスペクトル強度を前記ファイバー光学分光器（型式ＵＳＢ２０００）で測定した結果を図１３に示す。図１３において横軸はプラズマ点灯開始後の経過時間であり、縦軸は水素ラジカル（Ｈα）のスペクトル強度を示している。
【０１２０】
図１３から分かるように、同じ装置を用い、同じプラズマ生成条件でプラズマを生成させても、プラズマ点灯ごとに水素ラジカル（Ｈα）のスペクトル強度が一定化するまでにようする時間、すなわち、プラズマが安定化するまでに要する時間が変動することが分かる。
【０１２１】
よって、本発明に係る上記シリコンドット形成装置１及び絶縁膜形成装置２においては、シャッタ装置１０、２０を用いて、プラズマが不安定な間は基板Ｓをプラズマから遮蔽し、プラズマが安定化すると該安定化したプラズマに基板Ｓを臨ませてシリコンドット形成、絶縁膜形成を開始させるようにしている。
【０１２２】
また、参考のため、被処理基板としてＮ形半導体シリコン基板を採用し、
(1) 図１に示す絶縁膜形成装置２においてモノシランガス（８．６ｃｃｍ）及び酸素ガス（３０ｃｃｍ）を用い、成膜圧を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）に維持するとともに基板温度を２２０℃に維持し、アンテナ２２に１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電力を印加して該基板上に形成した酸化シリコン膜、
(2) 図示省略の平行平板形電極を用いた容量結合プラズマＣＶＤによる成膜装置においてモノシランガス（３００ｃｃｍ）及び酸素ガス（１０００ｃｃｍ）を用い、成膜圧を２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）に維持するとともに基板温度を４００℃に維持し、１３．５６ＭＨｚ、１００００Ｗの高周波電力印加のもとに該基板上に形成した酸化シリコン膜、
(3) 同じ基板に熱ＣＶＤ法により形成した酸化シリコン膜
のそれぞれにつき電流−電圧特性について調べた結果を図１４に示す。
図１４において、ラインＬ１は容量結合型プラズマのもとでの膜を、ラインＬ２は熱酸化による膜を、ラインＬ３は絶縁膜形成装置２による膜を示している。
【０１２３】
図１４から分かるように、本発明によるように低温下でも、従来の容量結合プラズマＣＶＤによる酸化シリコン膜や熱酸化処理して得た酸化シリコン膜と略同等の品質（リーク電流、絶縁耐圧）を示す酸化シリコン膜が得られることが分かる。
【０１２４】
また、参考のため、図１のシリコンドット形成装置１を用い、被処理基板としてＰ形半導体シリコン基板を採用し、モノシランガス（０．２ｃｃｍ）及び水素ガス（３０ｃｃｍ）を用い、シリコンドット形成圧を０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）に維持し、アンテナ１２への投入電力を１３．５６ＭＨｚ、２０００Ｗとして、２５０℃、３００℃、４５０℃のそれぞれの基板温度でシリコンドットを形成し、各基板温度でのシリコンドット粒径を電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で調べて粒径のバラツキを求めた結果を次表に示す。
【０１２５】
基板温度              ４３０℃          ３００℃          ２５０℃
粒径分布（ｎｍ）    ７．２±０．８    ７．７±０．７    ６．９±０．５
【０１２６】
温度が高いと粒径分布が大きくなっているのは、シリコンドットが集合する傾向があるためと考えられる。この結果から、シリコンドット形成温度が低いほどシリコンドット粒径のバラツキが低減することが分かる。従って、シリコンドット形成及びその後の処理温度は低い方が好ましいことが分かる。
【０１２７】
また、参考のため、被処理基板としてＮ形半導体シリコン基板を採用し、モノシランガス（０．２ｃｃｍ）及び水素ガス（３０ｃｃｍ）を用い、シリコンドット形成圧を］．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）に維持し、アンテナ１２への投入電力を１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗとし、基板温度を２２０℃に維持して、
(1) 図１の絶縁膜形成装置２において前記のようにシャッタ装置２０を用いて、
(2) 図９の絶縁膜形成装置２’において前記のように基板退避装置３１’を用いて、
(3) 図１の絶縁膜形成装置２においてシャッタ装置２０を用いず、プラズマ点灯時から基板をプラズマに曝す状態で、
それぞれ３回ずつ酸化シリコン膜を形成し、それら酸化シリコン膜について成膜速度のバラツキをエプソメトリ法で膜厚測定して調べた結果を次表に示す。
【０１２８】
成膜方法                  上記(1)           上記(2)         上記(3) 
SiO2成膜速度（Å／秒）    ６．７±０．５    ６．８±１．１    ８．１±１．９        
【０１２９】
この結果から、膜厚再現性（バラツキの小ささ）は、シャッタ装置２０を用いず、プラズマ点灯時から基板をプラズマに曝して膜形成する場合より、シャッタ装置２０や基板退避装置３１’を用いて、プラズマ不安定状態では基板をプラズマに曝さないようにし、プラズマが安定かしてから膜形成する方が良好であることが分かる。
【０１３０】
以上説明したシリコンドットの形成、絶縁膜の形成では、被処理基板として耐熱性の高い熱酸化膜を有するシリコン基板を採用したが、例えば無アリカリガラス基板のような耐熱温度の低い材料からなる基板へのシリコンドット形成や絶縁膜形成も可能であり、必要に応じてそのような基板上にシリコンドットや絶縁膜を形成することもでき、基板材料の選択範囲が広い。
【０１３１】
以上説明した実施例１及び実施例２のシリコンドットの形成では、プラズマ生成室１１内へシラン系ガス（モノシランガス）と水素ガスを供給し、該ガスを誘導結合プラズマ化し、該プラズマのもとでシリコンドットを形成した。しかし、シリコンドットは例えば次ようにしても形成できる。
【０１３２】
（ａ）シリコンドット形成の他の例
図１５に示すように、図１のシリコンドット形成装置１においてプラズマ生成室１１内の例えば天井壁１１１の内面に予めシリコンスパッタターゲットＴをはりつけておき、シリコンドット形成にあたっては、室１１内へ水素ガスを供給し、該ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間はシャッタ装置１０にて基板Ｓを該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化するとシャッタ装置１０を開いて基板Ｓを該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによるシリコンスパッタターゲットＴのケミカルスパッタリングにより基板Ｓ上にシリコンドットを形成するのである。シリコンスパッタターゲットとしては市販のシリコンウエハやターゲット基板にシリコン膜を形成したもの等を採用できる。
【０１３３】
この場合の条件例を以下に記す。
シリコンスパッタターゲット：単結晶シリコンスパッタターゲット
アンテナ１２へ印加する高周波電力：６０ＭＨｚ、４ｋＷ
シリコンドット形成対象基板：熱酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆されたシリコンウエハ
基板温度：４００℃
室内圧：０．６Ｐａ
水素ガス：１００ｓｃｃｍ
この条件により粒径１０ｎｍ以下の粒径の揃ったシリコンドットを形成できた。
【０１３４】
（ｂ）シリコンドット形成のさらに他の例
図１５に示すシリコンスパッタターゲットの採用に代えて、シリコンドット形成に先立ち、第１プラズマ生成室１１内へシリコン膜形成用ガス（図１の装置を利用する場合は、モノシランガス及び水素ガス）を供給して該ガスを第１アンテナ１２への高周波電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマのもとで室１１内のシリコン対象部材（室１１の内壁及び（又は）室１１内に予め設置したターゲット基板）にシリコン膜を形成しておき、シリコンドットの形成にあたっては、水素ガスを室１１内へ供給して該ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間はシャッタ装置１０を閉じて基板Ｓを該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化するとシャッタ装置１０を開いて基板Ｓを該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコン膜のケミカルスパッタリングにより基板Ｓ上にシリコンドットを形成するのである。
【０１３５】
この場合のシリコン膜形成条件及びシリコンドット形成条件の例を以下に記す。
＜室内壁へのシリコン膜形成条件＞
アンテナ１２へ印加する
高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１０ｋＷ
室１１内壁温度：８０℃（室内設置ヒータで加熱）
室内圧：０．６７Ｐａ
モノシランガス：１００ｓｃｃｍ
水素ガス：１５０ｓｃｃｍ
＜シリコンドット形成条件＞
アンテナ１２へ印加する
高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、５ｋＷ
室１１内壁温度：８０℃（室内設置ヒータで加熱）
シリコンドット形成対象基板：熱酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆されたシリコンウエハ
基板温度：４３０℃
室内圧：０．６７Ｐａ
水素ガス：１５０ｓｃｃｍ
この条件により平均すると１０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットを形成できた。            
【０１３６】
ところで、シリコンドットは、既述のとおりその表面が酸素や窒素などで終端処理されていることが望ましい。
そこで本発明に係るシリコンドット形成においては、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成する場合、しない場合のいずれにおいても、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとでシリコンドットの表面を終端処理してもよい。
【０１３７】
かかる終端処理は、支障がなければ、シリコンドット形成後に、同じプラズマ生成室１１内へ終端処理用ガスを導入し、該ガスにアンテナ１２から高周波電力を印加して終端処理用誘導結合プラズマを発生させ、該プラズマのもとでシリコンドットの表面を終端処理してもよい。
また、シリコンドット形成装置１や１’から独立した終端処理室を準備し、該終端処理室において終端処理用ガスの容量結合型プラズマ或いは誘導結合型プラズマのもとで終端処理工程を実施してもよい。
【０１３８】
また、プラズマ生成室１１においてシリコンドットを形成した後、該シリコンドットが形成された基板を該室に（直接的に或いは物品搬送ロボットを有する搬送室を介する等して間接的に）連設された終端処理室へ搬入し、該終端処理室で終端処理を実施してもよい。
このような終端処理室を設ける場合、該終端処理室とプラズマ生成室２１とを外部から気密につなぐ基板搬送通路を設け、終端処理後のシリコンドット上に絶縁膜を形成するときは、該通路から基板を第２プラズマ生成室２１内へ搬入して絶縁膜を形成してもよい。      
【０１３９】
いずれにしても、終端処理室における終端処理において、終端処理用ガスに高周波電力を印加するアンテナについては、誘導結合プラズマを発生させるアンテナでも、容量結合プラズマを発生させるアンテナでもよい。
【０１４０】
終端処理用ガスとしては、前記のとおり酸素含有ガス又は（及び）窒素含有ガスを用いるが、酸素含有ガスとしては、酸素ガスや酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスを例示でき、窒素含有ガスとしては、窒素ガスやアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを例示できる。
【０１４１】
前記実施例１のシリコンドット形成工程と同工程で形成したシリコンドットについて終端処理を施した実験例１、２を以下に示す。終端処理はプラズマ生成室１１で行った。図示を省略しているが、酸素終端処理するときは室１１に酸素ガスを供給する酸素ガス供給装置を準備し、窒素終端処理するときは室１１に窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置を準備した。
【０１４２】
実験例１（酸素終端処理されたシリコンドットの形成）
シリコンドットが形成された基板温度：４００℃
酸素ガス導入量：１００ｓｃｃｍ
アンテナ１２への高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷ
終端処理圧：０．６７Ｐａ
処理時間：１分
【０１４３】
実験例２（窒素終端処理されたシリコンドットの形成）
シリコンドットが形成された基板温度：４００℃
窒素ガス導入量：２００ｓｃｃｍ
高周波電力：１３．５６ＭＨｚ  １ｋＷ
終端処理圧：０．６７Ｐａ
処理時間：５分
【０１４４】
このように酸素又は窒素で終端処理されたシリコンドットはこれを利用した電子デバイスの特性を向上させることができる。例えば発光素子に利用した場合、輝度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は、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サイズのシリコンドットの形成並びにＭＯＳ形キャパシタ、ＭＯＳ形ＦＥＴ等の半導体装置に利用できるシリコンドットと絶縁膜を重ねて形成したシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置例を示す図である。
【図２】アンテナの形状、寸法等の説明図である。
【図３】シャッタ装置を示す図である。
【図４】シャッタ装置の制御回路例を示すブロック図である。
【図５】図１の装置によるシリコンドット形成工程の一部を示す図である。
【図６】図１の装置によるシリコンドット形成工程の残部を示す図である。
【図７】図１の装置による絶縁膜形成工程の一部を示す図である。
【図８】図１の装置による絶縁膜形成工程の残部を示す図である。
【図９】本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置の他の例を示す図である。
【図１０】基板退避装置の制御回路例を示すブロック図である。
【図１１】図９の装置によるシリコンドット形成工程の説明図である。
【図１２】図９の装置による絶縁膜形成工程の説明図である。
【図１３】プラズマ点灯後、プラズマ安定化までには時間を要することを示す実験の結果を示す図である。
【図１４】本発明に係る方法で形成した酸化シリコン膜は従来方法により形成した酸化シリコン膜と同程度の電流−電圧特性を有することを示す図である。
【図１５】本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置のさらに他の例を示す図である。
【図１６】シリコンドットを利用した半導体装置例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４７】
Ａ、Ａ’  シリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置
１、１’  シリコンドット形成装置
１１      第１プラズマ生成室
１１１    天井壁
１２      第１アンテナ
１３      ブスバー
１４      マンチングボックス
１５      高周波電源
１６、１９  基板ホルダ
１６１、１９１  ヒータ
１００    基板ホルダ支持台
１７      排気装置
１８      プラズマ状態把握装置
Ｇ１      シラン系ガス供給装置
Ｇ２      水素ガス供給装置
１０      シャッタ装置
ｓ１、ｓ２、ｓ１’、ｓ２’  シャッタ羽根
ｇ１〜ｇ４  ギア
Ｍ        モータ
Ｓ        基板
２、２’  絶縁膜形成装置
２１      第２プラズマ生成室
２１１    天井壁
２２      第１アンテナ
２３      ブスバー
２４      マンチングボックス
２５      高周波電源
２６      基板ホルダ
２６１    ヒータ
２００    基板ホルダ支持台
２８      プラズマ状態把握装置
Ｇ３      シラン系ガス供給装置
Ｇ４      酸素ガス供給装置
２０      シャッタ装置
３、３’        基板搬送通路
Ｖ１、Ｖ２  ゲート弁
３１      基板搬送ロボット
４１、４２  シャッタ装置制御部
５１、５２  モータ駆動回路
３１’    基板退避装置
４’      基板退避装置制御部
５’      基板退避装置駆動回路
【図１】
2008124078.tif 000003
【図２】
2008124078.tif 000004
【図３】
2008124078.tif 000005
【図４】
2008124078.tif 000006
【図５】
2008124078.tif 000007
【図６】
2008124078.tif 000008
【図７】
2008124078.tif 000009
【図８】
2008124078.tif 000010
【図９】
2008124078.tif 000011
【図１０】
2008124078.tif 000012
【図１１】
2008124078.tif 000013
【図１２】
2008124078.tif 000014
【図１３】
2008124078.tif 000015
【図１４】
2008124078.tif 000016
【図１５】
2008124078.tif 000017
【図１６】
2008124078.tif 000018