(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無アルカリガラス又は高分子材料からなる基板に絶縁物層を形成する絶縁物層形成工程と、
無アルカリガラス又は高分子材料からなる前記基板とシリコンスパッタターゲットとを真空チャンバ内に配置し、該真空チャンバ内に水素ガスを導入し、該ガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内に、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下０．１以上であるプラズマを発生させ、該プラズマで前記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して前記基板上にシリコンドットを形成するシリコンドット形成工程と
を含むことを特徴とするシリコンドット付き基板の形成方法。
【請求項２】
無アルカリガラス又は高分子材料からなる基板に絶縁物層を形成する絶縁物層形成工程と、
無アルカリガラス又は高分子材料からなる前記基板を真空チャンバ内に配置し、該真空チャンバ内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内に、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下０．１以上であるプラズマを発生させ、該プラズマにより前記基板上にシリコンドットを形成するシリコンドット形成工程と
を含むことを特徴とするシリコンドット付き基板の形成方法。
【請求項３】
前記シリコンドット形成工程では前記真空チャンバ内にシリコンスパッタターゲットも配置し、該スパッタターゲットの前記プラズマによるケミカルスパッタリングを併用して前記基板上にシリコンドットを形成する請求項２記載のシリコンドット付き基板の形成方法。
【請求項４】
前記絶縁物層形成工程と前記シリコンドット形成工程とを交互に実施して前記絶縁物層及び前記シリコンドットが交互に形成されたシリコンドット付き基板を得る請求項１、２又は３記載のシリコンドット付き基板の形成方法。
【請求項５】
前記絶縁物は、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化シリコンと窒化シリコンの混合物から選ばれた少なくとも一種の絶縁物である請求項１から４のいずれか１項に記載のシリコンドット付き基板の形成方法。
【請求項６】
前記基板は、一部に基位置決め及び基板方向決めのための切欠き部を有する円板形状の、８インチサイズ又は１２インチサイズの基板である請求項１から５のいずれか１項に記載のシリコンドット付き基板の形成方法。
【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電子デバイス材料や発光材料などとして用いられる、サイズが例えば数ｎｍ程度の微小なシリコンドット( 所謂シリコンナノ粒子) を形成したシリコンドット付き基板の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンドット付き基板は、電子デバイス（例えば、シリコンドットの電荷蓄積機能を利用したメモリ素子）や、発光素子等を形成するために利用できる。
シリコンドットの形成方法としては、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ドット（シリコンナノ粒子）を形成するＣＶＤ法が知られている（例えば特開２００４−１７９６５８号公報）。
【０００３】
また、特開２００４−３４９３４１号公報には、９５０℃程度の高温炉中の希釈シランガス雰囲気において、シリコンエアゾルを生成し、このエアゾルを１０００℃程度で高温酸化することにより、表面に酸化膜を有するシリコンドットを形成することが記載されている。
【０００４】
シリコンドット付き基板は、かかる手法により形成したシリコンドットを基板に堆積させることで得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７９６５８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかるシリコンドット形成手法を利用したシリコンドット付き基板の形成においては、基板として、シリコン基板や、石英ガラス基板等の、耐熱変形性、耐熱化学的安定性の点で優れた高価な基板を採用しなくてはならない。そうすると、そのような高価な基板を採用したシリコンドット付き基板を利用した電子デバイスや、発光素子等も自ずと高価なものになる。
また、かかるシリコン基板や石英ガラス基板のような基板は、市場で大きい面積のものを入手し難く、これが、シリコンドット付き基板の大型化の妨げとなっている。
【０００７】
そこで本発明は、シリコン基板や石英ガラス基板のような基板を用いたシリコンドット付き基板と比較すると、安価にして、大型のシリコンドット付き基板を得ることができるシリコンドット付き基板の形成方法を提供することを課題とする。
また本発明は、かかるシリコンドット付き基板の形成方法であって、各種電子デバイス等の形成に利用し易いシリコンドット付き基板の形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するため、次の二つのタイプのシリコンドット付き基板の形成方法を提供する。
（１）第１タイプの方法
無アルカリガラス又は高分子材料からなる基板に絶縁物層を形成する絶縁物層形成工程と、
無アルカリガラス又は高分子材料からなる前記基板とシリコンスパッタターゲットとを真空チャンバ内に配置し、該真空チャンバ内に水素ガスを導入し、該ガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内に、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下０．１以上であるプラズマを発生させ、該プラズマで前記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して前記基板上にシリコンドットを形成するシリコンドット形成工程と
を含むシリコンドット付き基板の形成方法。
（２）第２タイプの方法
無アルカリガラス又は高分子材料からなる基板に絶縁物層を形成する絶縁物層形成工程と、
無アルカリガラス又は高分子材料からなる前記基板を真空チャンバ内に配置し、該真空チャンバ内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内に、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下０．１以上であるプラズマを発生させ、該プラズマにより前記基板上にシリコンドットを形成するシリコンドット形成工程と
を含むシリコンドット付き基板の形成方法。
【０００９】
ここで「シリコンドット」とは、一般に「シリコンナノ粒子」等と称されている、粒径サイズが１００ナノメートル（１００ｎｍ）未満の微小なシリコンドット、例えば、粒径サイズが数ｎｍ〜数十ｎｍの微小シリコンドットである。なお、シリコンドットのサイズの下限については、それには限定されないが、形成の難易の点から、一般的には概ね１ｎｍ程度となろう。
【００１０】
シリコンドット形成対象基板は無アリカリガラス基板や高分子材料からなる基板であるが、これら基板は、石英ガラス基板等の高耐熱性基板と比べると、物理的安定性（歪み等が生じ難いなどの安定性）や化学的安定性（化学変化し難いなどの安定性）の維持の点で耐熱性の低い、例えば物理的安定性及び化学的安定性の維持の点で耐熱温度が５００℃以下の基板である。換言すれば、シリコンドット等の形成において５００℃以下の温度で、また、下限については、基板材質にもよるが、１００℃以上、或いは１５０℃以上、或いは２００℃以上の温度で、安定して使用できる基板である。
前記高分子材料としては、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリベンゾイミダゾール等の高耐熱性の材料から選ばれたものを例示できる。
また、無アルカリガスラ基板や高分子材料からなる基板は、石英ガラス基板と比較すると安価に入手でき、石英ガラス基板等と比べると大きい面積のものを入手しやすい。
【００１１】
絶縁物層を形成する絶縁物としては、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化シリコンと窒化シリコンの混合物から選ばれた少なくとも一種の絶縁物を例示できる。
さらに具体例を挙げると、酸化シリコン（代表例としてはＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（代表例としてはＳｉ3 Ｎ4 ）等や、これらのうち２以上の混合物〔例えば、酸化シリコンと窒化シリコンの混合物（Ｓｉ−Ｎ−Ｏ）〕を例示できる。
【００１２】
前記絶縁物層及びシリコンドットの形成順序としては、
(1) 絶縁物層及びシリコンドットが、この順序で基板上に形成される場合、
(2) 絶縁物層及びシリコンドットが、交互に形成される場合
を例示できる。
【００１３】
本発明に係るシリコンドット付き基板の形成方法によると、シリコンドット形成対象基板は無アルカリガラス基板又は高分子材料からなる基板であり、従来の高価な石英ガラス基板等と比べると安価に入手でき、従って、それだけ安価なシリコンドット付き基板を提供することが可能であり、さらには、本発明方法により得られるシリコンドット付き基板を利用して、安価に電子デバイスや発光素子等を提供することができる。
【００１４】
また、かかる基板は、従来の高価な石英ガラス基板等と比べると、比較的大面積のものを安価に入手可能である。従ってそれだけ、本発明に係るシリコンドット付き基板の形成方法によると、シリコンドット付き基板の大型化が可能であり、ひいては、本発明方法により得られるシリコンドット付き基板を利用した大型の電子デバイスや発光デバイス等を提供することも可能である。
【００１５】
また、本発明方法により得られるシリコンドット付き基板は、基板上に単にシリコンドットを形成してあるだけでなく、シリコンドットとともに絶縁物層も形成してあるので、本発明方法により得られるシリコンドット付き基板を、例えば電荷メモリ素子等の電子デバイスの形成に利用するときは、該絶縁層を電荷逸散防止層や耐電圧層等として利用できる。
【００１６】
また、本発明方法により得られるシリコンドット付き基板を、例えば発光素子或いは発光デバイスとして利用するときは、該絶縁層をシリコンドットの汚染防止等に利用できる。
このように、本発明方法により得られるシリコンドット付き基板は、絶縁物層を有しているので、基板利用目的に応じた機能を発揮させることができ、それだけ、利用し易い。  換言すれば、本発明に係るシリコンドット付き基板の形成方法によると、絶縁物層を利用して基板利用目的に応じた機能を発揮させることができ、それだけ、利用し易いシリコンドット付き基板を提供することができる。
【００１７】
本発明に係るシリコンドット付き基板の形成方法におけるシリコンドット形成対象基板は、既存の基板搬送装置、基板ホルダ等の利用を可能にしたり、既存の電子デバイス、発光素子等の製造機器の利用を可能にする観点から、例えば市販のシリコンウェハと同等の形状、寸法の基板としてもよい。
【００１８】
ここで市場で入手可能のシリコンウェハと同等の形状としては、代表例として一部に基板位置決め、基板方向決めのための切欠き部（所謂「オリフラ」）を有する円板形状を挙げることができる。寸法としては、８インチ、１２インチ等を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によると、シリコン基板や石英ガラス基板のような基板を用いたシリコンドット付き基板と比較すると、安価にして、大型のシリコンドット付き基板を得ることができるシリコンドット付き基板の形成方法を提供することができる。
また本発明によると、かかるシリコンドット付き基板の形成方法であって、各種電子デバイス等の形成に利用し易いシリコンドット付き基板の形成方法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】
【００２０】
図１から図４は、それぞれ本発明に係るシリコンドット付き基板の形成方法例により得られるシリコンドット付き基の板の例の断面を模式的に示す図である。
図１のシリコンドット付き基板Ｓ１、図２のシリコンドット付き基板Ｓ２、図３のシリコンドット付き基板Ｓ３、図４のシリコンドット付き基板Ｓ４は、いずれも基板Ｓに、絶縁物層及びシリコンドットＤを形成したものである。
【００２１】
シリコンドット付き基板Ｓ１は、基板Ｓ上に、絶縁物層Ｌ１及びシリコンドットＤがこの順序で形成されたものである。
シリコンドット付き基板Ｓ２は、基板Ｓ上に、絶縁物層Ｌ２１、シリコンドットＤ及び絶縁物層Ｌ２２がこの順序で交互に形成されたものである。シリコンドットＤは絶縁物層Ｌ２２で覆われている。
【００２２】
シリコンドット付き基板Ｓ３は、基板Ｓ上に、絶縁物層Ｌ３１、シリコンドットＤ、絶縁物層Ｌ３２及びシリコンドットＤがこの順序で交互に形成されたものである。先に形成されたシリコンドットＤは絶縁物層Ｌ３２で覆われている。
シリコンドット付き基板Ｓ４は、基板Ｓ上に、絶縁物層Ｌ４１、シリコンドットＤ、絶縁物層Ｌ４２、シリコンドットＤ及び絶縁物層Ｌ４３がこの順序で交互に形成されたものである。先に形成されたシリコンドットＤは絶縁物層Ｌ４２で、後に形成されたシリコンドットＤは絶縁物層Ｌ４３で、それぞれ覆われている。
【００２３】
シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４のいずれにおいても、各シリコンドットＤは、「シリコンナノ粒子」等と称されている、粒径サイズが１００ナノメートル（１００ｎｍ）未満の微小なシリコンを主成分とするシリコンドット、例えば、粒径サイズが数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば１ｎｍ〜２０ｎｍ程度）の微小シリコンドットである。
【００２４】
シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４のいずれにおいても、基板Ｓは、５００℃以下の温度で、下限については、基板材質によもよるが、１００℃以上、或いは１５０℃以上、或いは２００℃以上の温度で、物理的安定性（歪み等が生じ難いなどの安定性）や化学的安定性（化学変化し難いなどの安定性）を維持して安定して使用できる物理的耐熱性及び化学的耐熱性を有する、無アルカリガラス基板又は高分子材料（ポリカーボネート、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリイミドアミド等）からなる基板である。
【００２５】
シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４のいずれにおいても、基板Ｓは、既存の基板搬送装置、基板ホルダ等の利用を可能にしたり、既存の電子デバイス、発光素子等の製造機器の利用を可能にする観点から、市販のシリコンウェハと同等の形状、寸法の基板としてもよい。
【００２６】
シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４における絶縁物層Ｌ１、絶縁物層Ｌ２１、Ｌ２２、絶縁物層Ｌ３１、Ｌ３２、絶縁物層Ｌ４１〜Ｌ４３のそれぞれの絶縁物層は、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、或いはこれらの混合物（Ｓｉ−Ｎ−Ｏ）からなるものである。
【００２７】
かかるシリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれは、基板Ｓが石英ガラス基板等と比べると安価に入手できるものであり、ひいては、シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４を利用して、それだけ安価に電子デバイスや発光素子等を提供することができる。
【００２８】
また、かかる基板Ｓは、従来の高価な石英ガラス基板等と比べると、比較的大面積のものを安価に入手可能である。従ってそれだけ、シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４は大型化が可能であり、ひいては、かかるシリコンドット付き基板を利用した大型の電子デバイスや発光デバイス等を提供することも可能である。
【００２９】
また、シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４は、基板Ｓ上に単にシリコンドットＤを形成してあるだけでなく、シリコンドットＤとともに絶縁物層も形成してあるので、シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４を、例えば電荷メモリ素子等の電子デバイスの形成に利用するときは、該絶縁層を電荷逸散防止層や耐電圧層等として利用できるし、例えば発光素子或いは発光デバイスとして利用するときは、該絶縁層をシリコンドットの汚染防止等に利用できる。
このように、シリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４は、絶縁物層を有しているので、基板利用目的に応じた機能を発揮させることができ、それだけ、利用し易い。
【００３０】
以上説明したシリコンドット付き基板Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれにおけるシリコンドットＤは、例えば、次のようにして形成できる。
以下、絶縁物層の形成を横において（絶縁物の形成については後述する）、シリコンドットＤの形成、換言すればシリコンドットＤ付き基板の形成を抽出して、その形成方法について説明する。
【００３１】
＜シリコンドット形成方法（シリコンドット付き基板形成方法）＞
シリコンドットＤの形成については、本発明者らにより、次のことが知見されている。  すなわち、スパッタリング用ガス（例えば水素ガス）をプラズマ化し、該プラズマで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ことで、低温でシリコンドット形成対象基板上に直接、粒径の揃った結晶性のシリコンドットを均一な密度分布で形成することが可能である。
【００３２】
特に、シリコンスパッタターゲットをプラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下、より好ましくは３．０以下、或いは０．５以下であるプラズマでケミカルスパッタリングすれば、５００℃以下の低温においても、粒径２０ｎｍ以下、さらには粒径１０ｎｍ以下の範囲で、粒径の揃った結晶性のシリコンドットを均一な密度分布で基板上に形成できる。
【００３３】
かかるプラズマの形成は、プラズマ形成領域にスパッタリング用ガス（例えば水素ガス）を導入し、これに、例えば高周波電力を印加することで行える。
【００３４】
また、シラン系ガスを水素ガスで希釈したガスに高周波電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマは、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下、より好ましくは３．０以下、或いは０．５以下であるプラズマとすれば、該プラズマのもとでも、５００℃以下の低温で、粒径２０ｎｍ以下、さらには粒径１０ｎｍ以下の範囲で、粒径の揃った結晶性のシリコンドットを均一な密度分布で基板上に形成できる。この場合、かかるプラズマによる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を併用することも可能である。
【００３５】
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。例えば、シリコンドットの粒径が、所定の範囲（例えば２０ｎｍ以下の範囲或いは１０ｎｍ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５ｎｍ〜６ｎｍの範囲と８ｎｍ〜１１ｎｍ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。
【００３６】
シリコンドットＤは、かかる知見に基づき、例えば、次の第１、第２、第３及び第４のシリコンドット形成方法のいずれかにより形成することができる。
（１）第１のシリコンドット形成方法（第１方法）
真空チャンバ内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマにより該真空チャンバの内壁にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
内壁にシリコン膜が形成された前記真空チャンバ内にシリコンドット形成対象基板を配置し、該真空チャンバ内にスパッタリング用ガスを導入し、該ガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマで前記シリコン膜をスパッタターゲットとするケミカルスパッタリングを行って該基板上にシリコンドットを形成するシリコンドット形成工程と
を含むシリコンドット形成方法。
この方法において、シリコン膜を形成するチャンバの内壁とは、チャンバ壁それ自体であってもよく、チャンバ壁の内側に設けた内壁であってもよく、これらの組み合わせでもよい。
【００３７】
（２）第２のシリコンドット形成方法（第２方法）
第１の真空チャンバ内にターゲット基板を配置し、該第１真空チャンバ内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスに高周波電力を印加することで該第１真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマにより該ターゲット基板上にシリコン膜を形成してシリコンスパッタターゲットを得るスパッタターゲット形成工程と、
前記第１の真空チャンバから第２の真空チャンバ内に、前記スパッタターゲット形成工程で得たシリコンスパッタターゲットを外気に触れさせることなく搬入配置するとともに、該第２真空チャンバ内にシリコンドット形成対象基板を配置し、該第２真空チャンバ内にスパッタリング用ガスを導入し、該ガスに高周波電力を印加することで該第２真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマで前記シリコンスパッタターゲットのシリコン膜をケミカルスパッタリングして該基板上にシリコンドットを形成するシリコンドット形成工程と
を含むシリコンドット形成方法。
【００３８】
第１方法によると、真空チャンバ内壁にスパッタターゲットとなるシリコン膜を形成できるので、市販のシリコンスパッタターゲットを真空チャンバに後付け配置する場合よりも大面積のターゲットを得ることができ、それだけ基板の広い面積にわたって均一にシリコンドットを形成することが可能である。
【００３９】
第１方法、第２方法によると、外気に触れないシリコンスパッタターゲットを採用してシリコンドットを形成でき、それだけ、予定されない不純物の混入が抑制されたシリコンドットを形成でき、且つ、低温で（例えば基板温度が５００℃以下で）シリコンドット形成対象基板上に直接、粒径の揃った結晶性のシリコンドットを均一な密度分布で形成することが可能である。
【００４０】
シリコン膜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。この他、例えば、水素ガスと希ガス〔ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）及びキセノンガス（Ｘｅ）から選ばれた少なくとも１種のガス）〕との混合ガスも採用できる。
【００４１】
すなわち、前記第１、第２のいずれのシリコンドット形成方法においても、前記シリコンドット形成工程では、前記シリコンドット形成対象基板を配置した真空チャンバ内に前記スパッタリング用ガスとして水素ガスを導入し、該水素ガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマで前記シリコン膜をケミカルスパッタリングし、５００℃以下の低温で（換言すれば、基板温度を５００℃以下として）前記基板上に直接、粒径が２０ｎｍ以下、或いは粒径１０ｎｍ以下のシリコンドットを形成することができる。
【００４２】
かかる第１、第２の方法では、スパッタターゲットとなるシリコン膜の形成のための前記シラン系ガス及び水素ガス由来のプラズマ形成においても、また、該シリコン膜をスパッタリングするための水素ガス由来のプラズマ形成においても、それらプラズマは、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下であるプラズマとすることが望ましく、３．０以下であるプラズマとすることがより好ましい。０．５以下であるプラズマとしてもよい。その理由は、次の第３、第４の方法に関連して説明する。
【００４３】
（３）第３のシリコンドット形成方法（第３方法）
シリコンスパッタターゲットとシリコンドット形成対象基板を配置した真空チャンバ内に水素ガスを導入し、該ガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内に、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下であるプラズマを発生させ、該プラズマで前記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して５００℃以下の低温で（換言すれば、基板温度を５００℃以下として）前記基板上に直接、粒径が２０ｎｍ以下のシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法。
【００４４】
（４）第４のシリコンドット形成方法（第４方法）
シリコンドット形成対象基板を配置した真空チャンバ内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内に、プラズマ発光において波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下であるプラズマを発生させ、該プラズマにより、５００℃以下の低温で（換言すれば、基板温度を５００℃以下として）前記基板上に直接、粒径が２０ｎｍ以下のシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法。
【００４５】
かかる第４方法においては、真空チャンバ内にシリコンスパッタターゲットを配置し、該ターゲットのプラズマによるケミカルスパッタリングを併用してもよい。
前記第１から第４の方法のいずれにおいても、プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を１０．０以下に設定する場合、それはプラズマ中の水素原子ラジカルが豊富であることを示す。
【００４６】
第１方法における、スパッタターゲットとなる真空チャンバ内壁上のシリコン膜の形成のためのシラン系ガス及び水素ガスからのプラズマ形成において、また、第２方法における、スパッタターゲット基板上へのシリコン膜の形成のためのシラン系ガス及び水素ガスからのプラズマ形成において、該プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を１０．０以下、より好ましくは３．０以下、或いは０．５以下に設定すると、真空チャンバの内壁に、或いはスパッタターゲット基板に、５００℃以下の低温で、シリコンドット形成対象基板へのシリンコンドット形成に適した良質のシリコン膜、換言すればシリコンスパッタターゲットが円滑に形成される。
【００４７】
また、前記第１及び第２の方法並びに前記第３方法のいずれにおいても、シリコンスパッタターゲットをスパッタリングするためのプラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を１０．０以下に、より好ましくは３．０以下、或いは０．５以下に設定することで、５００℃以下の低温で（換言すれば、基板温度を５００℃以下として）、粒径２０ｎｍ以下、さらには粒径１０ｎｍ以下の範囲で、粒径の揃った結晶性のシリコンドットを均一な密度分布で基板上に形成できる。
【００４８】
また、前記４方法においても、シラン系ガス及び水素ガス由来のプラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を１０．０以下に、より好ましくは３．０以下、或いは０．５以下に設定することで、５００℃以下の低温で（換言すれば、基板温度を５００℃以下として）、粒径２０ｎｍ以下、さらには粒径１０ｎｍ以下の範囲で、粒径の揃った結晶性のシリコンドットを均一な密度分布で基板上に形成できる。
【００４９】
いずれの方法においても、かかる発光強度比が１０．０より大きくなってくると、結晶粒（ドット）が成長し難くなり、基板上にはアモルファスシリコンが多くできるようになる。よって発光強度比は１０．０以下がよい。粒径の小さいシリコンドットを形成するうえで、発光強度比は３．０以下がより好ましい。０．５以下としてもよい。
【００５０】
しかし、発光強度比の値が余り小さすぎると、結晶粒（ドット）の成長が遅くなり、要求されるドット粒径を得るのに時間がかかる。さらに小さくなってくると、ドットの成長よりエッチング効果の方が大きくなり、結晶粒が成長しなくなる。発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕は、他の種々の条件等にもよるが、概ね０．１以上とすればよい。
【００５１】
発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕の値は、例えば各種ラジカルの発光スペクトルをプラズマ発光分光計測装置により測定し、その測定結果に基づいて得ることができる。また、発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕の制御は、導入ガスに印加する高周波電力（例えば周波数や電力の大きさ）、シリコンドット形成時の真空チャンバ内ガス圧、真空チャンバ内へ導入するガス（例えば水素ガス、或いは水素ガス及びシラン系ガス）の流量等の制御により行える。
【００５２】
前記第１、第２のシリコンドット形成方法（但し、いずれもスパッタリング用ガスとして水素ガスを採用する場合）並びに第３のシリコンドット形成方法によると、シリコンスパッタターゲットを発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が１０．０以下、より好ましくは３．０以下、或いは０．５以下であるプラズマでケミカルスパッタリングすることで基板上に結晶核の形成が促進され、該核からシリコンドットが成長する。
【００５３】
前記第４のシリコンドット形成方法によると、シラン系ガスと水素ガスが励起分解されて化学反応が促進され、基板上に結晶核の形成が促進され、該核からシリコンドットが成長する。第４の方法においてシリコンスパッタターゲットのプラズマによるケミカルスパッタリングを併用すると、それによっても基板上の結晶核形成が促進される。
【００５４】
このように結晶核形成が促進され、シリコンドットが成長するため、予めシリコンドット形成対象基板上にダングリングボンドやステップなどの核となり得るものが存在しなくても、シリコンドットが成長するための核を比較的容易に高密度に形成することができる。また、水素ラジカルや水素イオンがシリコンラジカルやシリコンイオンより豊富であり、核密度の過剰に大きい部分については、励起された水素原子や水素分子とシリコン原子との化学反応によりシリコンの脱離が進み、これによりシリコンドットの核密度は基板上で高密度となりつつも均一化される。
【００５５】
またプラズマにより分解励起されたシリコン原子やシリコンラジカルは核に吸着し、化学反応によりシリコンドットへと成長するが、この成長の際も水素ラジカルが多いことから吸着脱離の化学反応が促進され、核は結晶方位と粒径のよく揃ったシリコンドットへと成長する。以上より、基板上に結晶方位と粒径サイズの揃ったシリコンドットが高密度且つ均一分布で形成される。
【００５６】
以上説明したシリコンドット形成方法は、シリコンドット形成対象基板上に微小粒径のシリコンドット、例えば、粒径が２０ｎｍ以下、より好ましくは粒径が１０ｎｍ以下のシリコンドットを形成しようとするものであるが、実際には極端に小さい粒径のシリコンドットを形成することは困難であり、それには限定されないが粒径１ｎｍ程度以上のものになるであろう。例えば３ｎｍ〜１５ｎｍ程度のもの、より好ましくは３ｎｍ〜１０ｎｍ程度のものを例示できる。
【００５７】
かかるシリコンドット形成方法によると、５００℃以下の低温下で（換言すれば、基板温度を５００℃以下の低温として）、条件次第では４００℃以下の低温下で（換言すれば条件次第では、基板温度を４００℃以下として）、基板上にシリコンドットを形成できるので、基板材料の選択範囲がそれだけ広くなる。例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板へのシリコンドット形成が可能である。
【００５８】
このように、低温下でシリコンドットを形成できるが、シリコンドット形成対象基板温度が低すぎると、シリコンの結晶化が困難となるので、他の諸条件にもよるが、概ね１００℃以上、或いは１５０℃以上の温度で（換言すれば、基板温度を概ね１００℃以上、或いは１５０℃以上として）シリコンドットを形成することが望ましい。
【００５９】
前記第４のシリコンドット形成方法のように、プラズマ形成用ガスとしてシラン系ガスと水素ガスとを併用する場合、前記真空チャンバ内へのガス導入流量比（シラン系ガス流量／水素ガス流量）としては、１／２００〜１／３０程度を例示できる。１／２００より小さくなってくると、結晶粒（ドット）の成長が遅くなり、要求されるドット粒径を得るのに時間がかかる。さらに小さくなってくると、結晶粒が成長しなくなる。１／３０より大きくなってくると、結晶粒（ドット）が成長し難くなり、基板上にはアモルファスシリコンが多くできるようになる。
【００６０】
また、例えばシラン系ガスの導入流量を１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍ程度とするとき、〔シラン系ガスの導入流量（ｓｃｃｍ）／真空チャンバ容積（リットル）〕は１／２００〜１／３０程度が好ましい。この場合も、１／２００より小さくなってくると、結晶粒（ドット）の成長が遅くなり、要求されるドット粒径を得るのに時間がかかる。さらに小さくなってくると、結晶粒が成長しなくなる。１／３０より大きくなってくると、結晶粒（ドット）が成長し難くなり、基板上にはアモルファスシリコンが多くできるようになる。
【００６１】
前記第１から第４のいずれのシリコンドット形成方法においても、プラズマ形成時の真空チャンバ内圧力としては、０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａ程度を例示できる。
０．１Ｐａより低くなってくると、結晶粒（ドット）の成長が遅くなり、要求されるドット粒径を得るのに時間がかかる。さらに低くなってくると、結晶粒が成長しなくなる。１０．０Ｐａより高くなってくると、結晶粒（ドット）が成長し難くなり、基板上にはアモルファスシリコンが多くできるようになる。
【００６２】
前記第３のシリコンドット形成方法のように、また、第４のシリコンドット形成方法において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を併用する場合のように、シリコンスパッタターゲットを採用する場合、該シリコンスパッタターゲットとして、スパッタターゲット形成用真空チャンバ内にターゲット基板を配置し、該真空チャンバ内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスに高周波電力を印加することで該真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマにより該ターゲット基板上にシリコン膜を形成して得たシリコンスパッタターゲットを採用し、該シリコンスパッタタターゲットを該スパッタターゲット形成用真空チャンバから前記シリコンドット形成対象基板を配置する真空チャンバ内に、外気に触れさせることなく搬入配置して用いることも可能である。
【００６３】
また、前記第３のシリコンドット形成方法のように、また、第４のシリコンドット形成方法において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を併用する場合のように、シリコンスパッタターゲットを採用する場合、該シリコンスパッタターゲットは、シリコンを主体とするターゲットであり、例えば単結晶シリコンからなるもの、多結晶シリコンからなるもの、微結晶シリコンからなるもの、アモルファスシリコンからなるもの、これらの組み合わせ等を挙げることができる。
【００６４】
また、シリコンスパッタターゲットは、不純物が含まれていないもの、含まれていてもその含有量ができるだけ少ないもの、適度量の不純物含有により所定の比抵抗を示すものなど、形成するシリコンドットの用途に応じて適宜選択できる。
【００６５】
不純物が含まれていないシリコンスパッタターゲット及び不純物が含まれていてもその含有量ができるだけ少ないシリコンスパッタターゲットの例として、燐（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）のそれぞれの含有量がいずれも１０ｐｐｍ未満に抑えられたシリコンスパッタターゲットを挙げることができる。
所定の比抵抗を示すシリコンスパッタターゲットとして、比抵抗が０．００１Ω・ｃｍ〜５０Ω・ｃｍであるシリコンスパッタターゲットを例示できる。
【００６６】
前記第２、第３のシリコンドット形成方法や前記第４のシリコンドット形成方法において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を併用する場合において、シリコンスパッタリングターゲットをシリコンドット形成用の真空チャンバ内に後付け配置する場合、該ターゲットの真空チャンバ内における配置としては、これがプラズマによりケミカルスパッタリングされる配置であればよいが、例えば、真空チャンバ内壁面の全部又は一部に沿って配置する場合を挙げることができる。チャンバ内に独立して配置してもよい。チャンバ内壁に沿って配置されるものと、独立的に配置されるものを併用してもよい。
【００６７】
真空チャンバの内壁にシリコン膜を形成してこれをシリコンスパッタターゲットとしたり、シリコンスパッタターゲットを真空チャンバ内壁面に沿って配置すると、真空チャンバを加熱することでシリコンスパッタターゲットを加熱することができ、ターゲットを加熱すると、ターゲットが室温である場合よりもスパッタされやすくなり、それだけ高密度にシリコンドットを形成し易くなる。真空チャンバを例えばバンドヒータ、加熱ジャケット等で加熱してシリコンスパッタターゲットを８０℃以上に加熱する例を挙げることができる。加熱温度の上限については、経済的観点等から概ね３００℃程度を例示できる。チャンバにオーリング等を使用している場合はそれらの耐熱性に応じて３００℃よりも低い温度にしなければならないこともある。
【００６８】
いずれのシリコンドット形成方法においても、真空チャンバ内へ導入されるガスへの高周波電力の印加は、電極を用いて行うが、誘導結合型電極、容量結合型電極のいずれも採用することができる。誘導結合型電極を採用するとき、それは真空チャンバ内に配置することも、チャンバ外に配置することもできる。
【００６９】
真空チャンバ内に配置する電極については、シリコンを含む電気絶縁性膜、アルミニウムを含む電気絶縁性膜のような電気絶縁性膜（例えばシリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、アルミナ膜等）で被覆して、高密度プラズマの維持、電極表面のスパッタリングによるシリコンドットへの不純物の混入抑制等を図ってもよい。
【００７０】
容量結合型電極を採用する場合には、基板へのシリコンドット形成を妨げないように、該電極を基板表面に対し垂直に配置すること（さらに言えば、基板のシリコンドット形成対象面を含む面に対して垂直姿勢に配置すること）が推奨される。
【００７１】
いずれにしてもプラズマ形成のための高周波電力の周波数としては、比較的安価に済む１３ＭＨｚ程度から１００ＭＨｚ程度の範囲のものを例示できる。１００ＭＨｚより高周波数になってくると、電源コストが高くなってくるし、高周波電力印加時のマッチングがとり難くなってくる。
【００７２】
また、いずれにしても、高周波電力の電力密度〔印加電力（Ｗ）／真空チャンバ容積（Ｌ：リットル）〕は５Ｗ／Ｌ〜１００Ｗ／Ｌ程度が好ましい。５Ｗ／Ｌより小さくなってくると、基板上のシリコンがアモルファスシリコンとなってきて、結晶性のあるドットになり難くなってくる。１００Ｗ／Ｌより大きくなってくると、シリコンドット形成対象基板表面（例えば、前記絶縁物層として酸化シリコン膜を形成した基板の該酸化シリコン膜）のダメージが大きくなってくる。上限については５０Ｗ／Ｌ程度でもよい。
【００７３】
＜シリコンドット形成装置＞
以上説明してきたシリコンドット形成方法を実施するための装置として、次の第１から第４のシリコンドット形成装置を例示できる。
（１）第１のシリコンドット形成装置
シリコンドット形成対象基板を支持するホルダを有する真空チャンバと、
該真空チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、
該真空チャンバ内にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給装置と、
該真空チャンバ内から排気する排気装置と、
該真空チャンバ内に前記水素ガス供給装置から供給される水素ガス及び前記シラン系ガス供給装置から供給されるシラン系ガスに高周波電力を印加して、該真空チャンバの内壁にシリコン膜を形成するためのプラズマを形成する第１高周波電力印加装置と、
該シリコン膜形成後に、該真空チャンバ内に前記水素ガス供給装置から供給される水素ガスに高周波電力を印加して、該シリコン膜をスパッタターゲットとしてケミカルスパッタリングするためのプラズマを形成する第２高周波電力印加装置と、
該真空チャンバ内のプラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求めるプラズマ発光分光計測装置とを含むシリコンドット形成装置。
【００７４】
この第１シリコンドット形成装置は前記第１シリコンドット形成方法を実施できるものである。
この第１シリコンドット形成装置は、前記第１及び第２の高周波電力印加装置のうち少なくとも第２高周波電力印加装置によるプラズマの形成において、前記プラズマ発光分光計測装置で求められる発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕と１０．０以下の範囲から定めた基準発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕とを比較して、前記真空チャンバ内プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が該基準発光強度比に向かうように、該第２高周波電力印加装置の電源出力、前記水素ガス供給装置から前記真空チャンバ内への水素ガス供給量及び前記排気装置による排気量のうち少なくとも一つを制御する制御部をさらに有していてもよい。
【００７５】
いずれにしても、第１、第２の高周波電力印加装置は、互いに一部又は全部が共通であってもよい。
基準発光強度比は、３．０以下、或いは０．５以下の範囲から定めてもよい。
【００７６】
（２）第２のシリコンドット形成装置
スパッタターゲット基板を支持するホルダを有する第１真空チャンバと、
該第１真空チャンバ内に水素ガスを供給する第１水素ガス供給装置と、
該第１真空チャンバ内にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給装置と、
該第１真空チャンバ内から排気する第１排気装置と、
該第１真空チャンバ内に前記第１水素ガス供給装置から供給される水素ガス及び前記シラン系ガス供給装置から供給されるシラン系ガスに高周波電力を印加して、前記スパッタターゲット基板上にシリコン膜を形成するためのプラズマを形成する第１高周波電力印加装置と、
前記第１真空チャンバに外部から気密に遮断される状態に連設され、該第１真空チャンバにおいてシリコン膜が形成された前記スパッタターゲット基板を搬入でき、シリコンドット形成対象基板を支持するホルダを有する第２真空チャンバと、
該第２真空チャンバ内に水素ガスを供給する第２水素ガス供給装置と、
該第２真空チャンバ内から排気する第２排気装置と、
該第２真空チャンバ内に前記第２水素ガス供給装置から供給される水素ガスに高周波電力を印加して、前記第１真空チャンバから搬入された前記スパッタターゲット基板上のシリコン膜をケミカルスパッタリングするためのプラズマを形成する第２高周波電力印加装置と、
該第２真空チャンバ内のプラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求めるプラズマ発光分光計測装置と、
シリコン膜が形成された前記スパッタターゲット基板を前記第１真空チャンバから第２真空チャンバへ、外気に触れさせることなく搬入配置する搬送装置と
を備えているシリコンドット形成装置。
【００７７】
この第２シリコンドット形成装置は前記第２シリコンドット形成方法を実施できる装置である。
この第２シリコンドット形成装置は、第２高周波電力印加装置によるプラズマの形成において、前記プラズマ発光分光計測装置で求められる発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕と１０．０以下の範囲から定めた基準発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕とを比較して、前記第２真空チャンバ内プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が該基準発光強度比に向かうように、該第２高周波電力印加装置の電源出力、前記第２水素ガス供給装置から第２真空チャンバ内への水素ガス供給量及び前記第２排気装置による排気量のうち少なくとも一つを制御する制御部をさらに有していてもよい。
【００７８】
いずれにしても、第１真空チャンバに対しても、該チャンバ内のプラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求めるプラズマ発光分光計測装置を設けてもよい。その場合さらに、この計測装置について前記と同様の制御部を設けてもよい。  第１及び第２の高周波電力印加装置は、互いに一部又は全部が共通であってもよい。
第１、第２の水素ガス供給装置も、互いに一部又は全部が共通であってもよい。
第１、第２の排気装置も、互いに一部又は全部が共通であってもよい。
【００７９】
前記の搬送装置の配置としては、第１又は第２の真空チャンバに配置する例を挙げることができる。第１、第２の真空チャンバの連設は、ゲートバルブ等を介して直接的に連設してもよいし、前記搬送装置を配置した真空チャンバを間にして間接的に連設することも可能である。
【００８０】
いずれにしても、基準発光強度比は、３．０以下、或いは０．５以下の範囲から定めてもよい。
第２真空チャンバ内へシラン系ガスを供給する第２のシラン系ガス供給装置を設ければ、前記第４シリコンドット形成方法において、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を併用する方法を実施できる装置となる。
【００８１】
（３）第３のシリコンドット形成装置
シリコンドット形成対象基板を支持するホルダを有する真空チャンバと、該真空チャンバ内に配置されるシリコンスパッタターゲットと、該真空チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、該真空チャンバ内から排気する排気装置と、該真空チャンバ内に前記水素ガス供給装置から供給される水素ガスに高周波電力を印加して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ためのプラズマを形成する高周波電力印加装置と、該真空チャンバ内のプラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求めるプラズマ発光分光計測装置とを含むシリコンドット形成装置。
【００８２】
この第３シリコンドット形成装置は前記第３シリコンドット形成方法を実施できる装置である。
この第３シリコンドット形成装置は、プラズマ発光分光計測装置で求められる発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕と１０．０以下の範囲から定めた基準発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕とを比較して、前記真空チャンバ内プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が該基準発光強度比に向かうように、前記高周波電力印加装置の電源出力、前記水素ガス供給装置から前記真空チャンバ内への水素ガス供給量及び前記排気装置による排気量のうち少なくとも一つを制御する制御部をさらに有していてもよい。
基準発光強度比は、３．０以下、或いは０．５以下の範囲から定めてもよい。
【００８３】
（４）第４のシリコンドット形成装置
シリコンドット形成対象基板を支持するホルダを有する真空チャンバと、該真空チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、該真空チャンバ内にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給装置と、該真空チャンバ内から排気する排気装置と、該真空チャンバ内に前記水素ガス供給装置及びシラン系ガス供給装置から供給されるガスに高周波電力を印加して、シリコンドット形成のためのプラズマを形成する高周波電力印加装置と、該真空チャンバ内のプラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求めるプラズマ発光分光計測装置とを含むシリコンドット形成装置。
【００８４】
この第４シリコンドット形成装置は前記第４シリコンドット形成方法を実施できる装置である。
この第４シリコンドット形成装置は、プラズマ発光分光計測装置で求められる発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕と１０．０以下の範囲から定めた基準発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕とを比較して、前記真空チャンバ内プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が該基準発光強度比に向かうように、前記高周波電力印加装置の電源出力、前記水素ガス供給装置から前記真空チャンバ内への水素ガス供給量、前記シラン系ガス供給装置から前記真空チャンバ内へのシラン系ガス供給量及び前記排気装置による排気量のうち少なくとも一つを制御する制御部をさらに有していてもよい。
【００８５】
基準発光強度比は、３．０以下、或いは０．５以下の範囲から定めてもよい。
いずれにしても、真空チャンバ内にシリコンスパッタターゲットを配置してもよい。
【００８６】
前記第１から第４のいずれのシリコンドット形成装置においても、前記プラズマ発光分光計測装置の例として、プラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) を検出する第１検出部と、プラズマ発光における波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβを検出する第２検出部と、該第１検出部で検出される発光強度Ｓｉ(288nm) と該第２検出部で検出される発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求める演算部とを備えているものを挙げることができる。
【００８７】
以上説明したシリコンドット形成方法及び装置によると、低温でシリコンドット形成対象基板上に直接、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ことができる。
【００８８】
以下図面を参照してシリコンドット形成装置の具体例とそれによる基板へのシリコンドット形成等について説明する。
＜シリコンドット形成装置の１例（装置Ａ）＞
図５はシリコンドット形成装置の１例の概略構成を示している。
図５に示す装置Ａは、板状のシリコンドット形成対象基板（すなわち、基板Ｓ）にシリコンドットを形成するもので、真空チャンバ１、チャンバ１内に設置された基板ホルダ２、該チャンバ１内の基板ホルダ２の上方領域において左右に設置された一対の放電電極３、各放電電極３にマッチングボックス４１を介して接続された放電用高周波電源４、チャンバ１内に水素ガスを供給するためのガス供給装置５、チャンバ１内にシリコンを組成に含む（シリコン原子を有する）シラン系ガスを供給するためのガス供給装置６、チャンバ１内から排気するためにチャンバ１に接続された排気装置７、チャンバ１内に生成されるプラズマ状態を計測するためのプラズマ発光分光計測装置８等を備えている。電源４、マッチングボックス４１及び電極３は高周波電力印加装置を構成している。
【００８９】
シラン系ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ4 ）の他、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4 ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）などのガスも使用できる。
【００９０】
基板ホルダ２は基板加熱用ヒータ２Ｈを備えている。
電極３はその内側面に絶縁性膜として機能させるシリコン膜３１を予め設けてある。また、チャンバ１の天井壁内面等にはシリコンスパッタターゲット３０を予め設けてある。  電極３はいずれも、基板ホルダ２上に設置される後述するシリコンドット形成対象基板Ｓ表面（より正確に言えば、基板Ｓ表面を含む面）に対し垂直な姿勢で配置されている。      
【００９１】
シリコンスパッタターゲット３０は、形成しようとするシリコンドットの用途等に応じて、例えば、市場で入手可能な次の(1) 〜(3) に記載のシリコンスパッタターゲットから選択したものを採用できる。
(1) 単結晶シリコンからなるターゲット、多結晶シリコンからなるターゲット、微結晶シリコンからなるターゲット、アモルファスシリコンからなるターゲット、これらの２以上の組み合わせからなるターゲットのうちのいずれかのターゲット、
(2) 前記(1) 記載のいずれかのターゲットであって、燐（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）のそれぞれの含有量がいずれも１０ｐｐｍ未満に抑えられたシリコンスパッタターゲット、
(3) 前記(1) 記載のいずれかのターゲットであって、所定の比抵抗を示すシリコンスパッタターゲット（例えば比抵抗が０．００１Ω・ｃｍ〜５０Ω・ｃｍであるシリコンスパッタターゲット）。
【００９２】
電源４は出力可変の電源であり、周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供給できる。なお、周波数は６０ＭＨｚに限らず、例えば１３、５６ＭＨｚ程度から１００ＭＨｚ程度の範囲のもの、或いはそれ以上のものを採用することもできる。
チャンバ１及び基板ホルダ２はいずれも接地されている。
【００９３】
ガス供給装置５は水素ガス源の他、図示を省略した弁、流量調整を行うマスフローコントローラ等を含んでいる。
ガス供給装置６はここではモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス等のシラン系ガスを供給できるもので、ＳｉＨ4 等のガス源の他、図示を省略した弁、流量調整を行うマスフローコントローラ等を含んでいる。
【００９４】
排気装置７は排気ポンプの他、排気流量調整を行うコンダクタンスバルブ等を含んでいる。
発光分光計測装置８は、ガス分解による生成物の発光分光スペクトルを検出することができるもので、その検出結果に基づいて、発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求めることができる。
【００９５】
かかる発光分光計測装置８の具体例として、図６に示すように、真空チャンバ１内のプラズマ発光から波長２８８ｎｍにおけるシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) を検出する分光器８１と、該プラズマ発光から波長４８４ｎｍにおける水素原子の発光強度Ｈβを検出する分光器８２と、分光器８１、８２で検出される発光強度Ｓｉ(288nm) と発光強度Ｈβとから両者の比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を求める演算部８３とを含んでいるものを挙げることができる。なお、分光器８１、８２に代えて、フィルター付きの光センサを採用することも可能である。
【００９６】
＜装置Ａで水素ガスを用いるシリコンドット形成＞  
次に、以上説明したシリコンドット形成装置Ａによる基板Ｓへのシコンドット形成例、特にプラズマ形成用ガスとして水素ガスのみを用いる場合の例について説明する。
シリコンドット形成は、真空チャンバ１内の圧力を０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａの範囲のものに維持して行う。真空チャンバ内圧力は、図示を省略しているが、例えば該チャンバに接続した圧力センサで知ることができる。
【００９７】
先ず、シリコンドット形成に先立って、チャンバ１から排気装置７にて排気を開始する。排気装置７におけるコンダクタンスバルブ（図示省略）はチャンバ１内の前記シリコンドット形成時の圧力０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａを考慮した排気量に調整しておく。
排気装置７の運転によりチャンバ１内圧力が予め定めておいた圧力或いはそれより低下してくると、ガス供給装置５からチャンバ１内へ水素ガスの導入を開始するとともに電源４から電極３に高周波電力を印加し、導入した水素ガスをプラズマ化する。
【００９８】
かくて発生したガスプラズマから、発光分光計測装置８において発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を算出し、その値が０．１以上１０．０以下の範囲、より好ましくは０．１以上３．０以下、或いは０．１以上０．５以下の範囲における予め定めた値（基準発光強度比）に向かうように、高周波電力の大きさ（コスト等を考慮すると例えば１０００〜８０００ワット程度）、水素ガス導入量、チャンバ１内圧力等を決定する。
【００９９】
高周波電力の大きさについては、さらに、電極３に印加する高周波電力の電力密度〔印加電力（Ｗ：ワット）／真空チャンバ容積（Ｌ：リットル）〕が５Ｗ／Ｌ〜１００Ｗ／Ｌに、或いは５Ｗ／Ｌ〜５０Ｗ／Ｌに納まるように決定する。
このようにしてシリコンドット形成条件を決定したあとは、その条件に従ってシリコンドットの形成を行う。
【０１００】
シリコンドット形成においては、チャンバ１内の基板ホルダ２にシリコンドット形成対象基板Ｓを設置し、該基板Ｓをヒータ２Ｈにて５００℃以下の温度、例えば４００℃に加熱する。また、排気装置７の運転にてチャンバ１内をシリコンドット形成のための圧力に維持しつつチャンバ１内にガス供給装置５から水素ガスを導入し、電源４から放電電極３に高周波電力を印加し、導入した水素ガスをプラズマ化する。
【０１０１】
かくして、プラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が０．１以上１０．０以下の範囲、より好ましくは０．１以上３．０以下、或いは０．１以上０．５以下の範囲における前記基準発光強度比或いは実質上該基準発光強度比のプラズマを発生させる。そして、該プラズマにてチャンバ１の天井壁内面等におけるシリコンスパッタターゲット３０をケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）し、それにより基板Ｓ表面に結晶性を示す粒径２０ｎｍ以下のシリコンドットを形成する。
【０１０２】
＜装置Ａで水素ガスとシラン系ガスを用いるシリコンドット形成＞  
以上説明したシリコンドットの形成では、ガス供給装置６におけるシラン系ガスを用いず、水素ガスのみを用いたが、真空チャンバ１内にガス供給装置５から水素ガスを導入するとともにガス供給装置６からシラン系ガスも導入してシリコンドットを形成することもできる。また、シラン系ガスと水素ガスを採用する場合、シリコンスパッタターゲット３０を省略してもシリコンドットを形成することができる。
【０１０３】
シラン系ガスを採用する場合においても、シリコンスパッタターゲット３０を用いる、用いないに拘らず、プラズマ発光における波長２８８ｎｍでのシリコン原子の発光強度Ｓｉ(288nm) と波長４８４ｎｍでの水素原子の発光強度Ｈβとの比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が０．１以上１０．０以下、より好ましくは０．１以上３．０以下、或いは０．１以上０．５以下のプラズマを発生させる。シリコンスパッタターゲット３０を採用しないときでも、該プラズマのもとで基板Ｓ表面に結晶性を示す粒径２０ｎｍ以下のシリコンドットを形成できる。
【０１０４】
シリコンスパッタターゲット３０を採用する場合には、プラズマによるチャンバ１の天井壁内面等におけるシリコンスパッタターゲット３０のケミカルスパッタリングを併用して基板Ｓ表面に結晶性を示す粒径２０ｎｍ以下のシリコンドットを形成できる。
【０１０５】
いずれにしても、シリコンドット形成を行うために、真空チャンバ１内の圧力は０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａの範囲のものに維持するようにし、発光分光計測装置８により発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を算出し、その値が０．１以上１０．０以下の範囲、より好ましくは０．１以上３．０以下、或いは０．１以上０．５以下の範囲における予め定めた値（基準発光強度比）或いは実質上該基準発光強度比となる高周波電力の大きさ、水素ガス及びシラン系ガスそれぞれの導入量、チャンバ１内圧力等を決定する。
【０１０６】
高周波電力の大きさについては、さらに、電極３に印加する高周波電力の電力密度〔印加電力（Ｗ）／真空チャンバ容積（Ｌ：リットル）〕が５Ｗ／Ｌ〜１００Ｗ／Ｌに、或いは５Ｗ／Ｌ〜５０Ｗ／Ｌに納まるように決定し、このようにして決定したシリコンドット形成条件のもとにシリコンドット形成を行えばよい。
【０１０７】
シラン系ガスと水素ガスとの真空チャンバ１内への導入流量比（シラン系ガス流量／水素ガス流量）を１／２００〜１／３０の範囲のものとすればよい。また、例えばシラン系ガスの導入流量を１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍとし、〔シラン系ガスの導入流量（ｓｃｃｍ）／真空チャンバ容積（リットル）〕を１／２００〜１／３０とすればよい。シラン系ガスの導入流量を１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍ程度とするとき、適切な水素ガス導入量として１５０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍを例示できる。
【０１０８】
以上説明したシリコンドット形成装置Ａでは、電極として平板形状の容量結合型電極を採用しているが、誘導結合型電極を採用することもできる。誘電結合型電極の場合、それは棒状、コイル状等の各種形状のものを採用できる。採用個数等についても任意である。  誘導結合型電極を採用する場合においてシリコンスパッタターゲットを採用する場合、該電極がチャンバ内に配置される場合であれ、チャンバ外に配置される場合であれ、該シリコンスパッタターゲットはチャンバ内壁面の全部又は一部に沿って配置したり、チャンバ内に独立して配置したり、それら両方の配置を採用したりできる。
【０１０９】
また、装置Ａでは、真空チャンバ１を加熱する手段（バンドヒータ、熱媒を通す加熱ジャケット等）の図示が省略されているが、シリコンスパッタターゲットのスパッタリングを促進させるために、かかる加熱手段にてチャンバ１を加熱することでシリコンスパッタターゲットを８０℃以上に加熱してもよい。
【０１１０】
＜真空チャンバ内圧等の他の制御例＞
以上説明したシリコンドット形成においては、出力可変電源４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量（又は水素ガス供給装置５による水素ガス供給量及びシラン系ガス供給装置６によるシラン系ガス供給量）、及び排気装置７による排気量等の制御は、発光分光計測装置８で求められる発光分光強度比を参照しつつマニュアル操作で行われた。
【０１１１】
しかし、図７に示すように、発光分光計測装置８の演算部８３で求められた発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を制御部８０に入力してもよい。そして、かかる制御部８０として、演算部８３から入力された発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が予め定めた基準発光強度比か否かを判断し、基準発光強度比から外れていると、基準発光強度比に向けて、前記の出力可変電源４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量、シラン系ガス供給装置６によるシラン系ガス供給量及び排気装置７による排気量のうち少なくとも一つを制御することができるように構成されたものを採用してもよい。
【０１１２】
かかる制御部８０の具体例として、排気装置７のコンダクタンスバルブを制御することで該装置７による排気量を制御し、それにより真空チャンバ１内のガス圧を、前記基準発光強度比達成に向けて制御するものを挙げることができる。
【０１１３】
この場合、出力可変電源４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量（又は水素ガス供給装置５による水素ガス供給量及びシラン系ガス供給装置６によるシラン系ガス供給量）、及び排気装置７による排気量について、基準発光強度比或いはそれに近い値が得られる、予め実験等で求めた電源出力、水素ガス供給量（又は水素ガス供給量及びシラン系ガス供給量）及び排気量を初期値として採用すればよい。
かかる初期値決定に際しても、排気装置７による排気量は、真空チャンバ１内の圧力が０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａの範囲に納まるように決定する。
【０１１４】
電源４の出力は、電極３に印加する高周波電力の電力密度が５Ｗ／Ｌ〜１００Ｗ／Ｌに、或いは５Ｗ／Ｌ〜５０Ｗ／Ｌに納まるように決定する。
【０１１５】
さらに、水素ガス及びシラン系ガスの双方をプラズマ形成のためのガスとして採用する場合は、それらガスの真空チャンバ１内への導入流量比（シラン系ガス流量／水素ガス流量）を１／２００〜１／３０の範囲のものに決定する。例えば、シラン系ガスの導入流量を１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍとし、〔シラン系ガスの導入流量（ｓｃｃｍ）／真空チャンバ容積（リットル）〕を１／２００〜１／３０の範囲のものに決定する。
【０１１６】
そして、電源４の出力、及び水素ガス供給装置５による水素ガス供給量（又は水素ガス供給装置５による水素ガス供給量及びシラン系ガス供給装置６によるシラン系ガス供給量）については、それらの初期値をその後も維持し、排気装置７による排気量を、基準発光強度比達成に向けて、制御部８０に制御させればよい。
【０１１７】
＜シリコンスパッタターゲットの他の例＞
以上説明したシリコンドット形成においては、シリコンスパッタターゲットとして、市場で入手できるターゲットを真空チャンバ１内に後付け配置した。しかし、次の、外気に曝されないシリコンスパッタターゲットを採用することで、予定されていない不純物混入が一層抑制されたシリコンドットを形成することが可能である。
【０１１８】
すなわち、前記の装置Ａにおいて、当初は、真空チャンバ１内に、基板Ｓを未だ配置せずに、水素ガスとシラン系ガスを導入し、これらガスに電源４から高周波電力を印加してプラズマ化し、該プラズマにより真空チャンバ１の内壁にシリコン膜を形成する。かかるシリコン膜形成においては、チャンバ壁を外部ヒータで加熱することが望ましい。その後、該チャンバ１内に基板Ｓを配置し、該内壁上のシリコン膜をスパッタターゲットとして、該ターゲットを、既述のように、水素ガス由来のプラズマでケミカルスパッタリングして基板Ｓ上にシリコンドットを形成する。
【０１１９】
かかる、シリコンスパッタターゲットとして用いるシリコン膜の形成においても、良質なシリコン膜を形成するために、プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を０．１以上１０．０以下の範囲、より好ましくは０．１以上３．０以下、或いは０．１以上０．５以下の範囲に維持して形成することが望ましい。
【０１２０】
＜シリコンドット形成方法及び装置の他の具体例＞
また、別法として次の方法を採用してもよい。
すなわち、図８に概略図示するように、シリコンスパッタターゲット形成のための真空チャンバ１０を前記の真空チャンバ１にゲートバルブＶを介して外部から気密に遮断された状態に連設する。
【０１２１】
チャンバ１０のホルダ２’にターゲット基板１００を配置し、排気装置７’で該真空チャンバ内から排気して該真空チャンバ内圧を所定の成膜圧に維持しつつ該チャンバ内に水素ガス供給装置５’から水素ガスを、シラン系ガス供給装置６’からシラン系ガスをそれぞれ導入する。さらに、それらガスに出力可変電源４’からマッチングボックス４１’を介してチャンバ内電極３’に高周波電力を印加することでプラズマを形成する。該プラズマにより、ヒータ２Ｈ’で加熱したターゲット基板１００上にシリコン膜を形成する。
【０１２２】
その後、ゲートバルブＶを開け、シリコン膜が形成されたターゲット基板１００を搬送装置Ｔで真空チャンバ１内へ搬入し、チャンバ１内の台ＳＰ上にセットする。次いで、搬送装置Ｔを後退させ、ゲートバルブＶを気密に閉じ、チャンバ１内で、該シリコン膜が形成されたターゲット基板１００をシリコンスパッタターゲットとして、既述のいずれかの方法で、チャンバ１内に配置された基板Ｓ上にシリコンドットを形成する。
【０１２３】
図９は、かかるターゲット基板１００と、電極３（或いは３’）、チャンバ１０内のヒータ２Ｈ’、チャンバ１内の台ＳＰ、基板Ｓ等との位置関係を示している。それには限定されないが、ここでのターゲット基板１００は、図９に示すように、大面積のシリコンスパッタターゲットを得るために、門形に屈曲させた基板である。搬送装置Ｔは、該基板１００を電極等に衝突させることなく搬送できる。搬送装置Ｔは、基板１００を真空チャンバ１内へ搬入し、セットできるものであればよく、例えば、基板１００を保持して伸縮できるアームを有する装置を採用できる。
【０１２４】
チャンバ１０でのターゲット基板上へのシリコン膜形成においては、良質なシリコン膜を形成するために、プラズマにおける発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を０．１以上１０．０以下の範囲、より好ましくは０．１以上３．０以下、或いは０．１以上０．５以下の範囲に維持して形成することが望ましい。
【０１２５】
この場合、真空チャンバ１０における、電源４’の出力、水素ガス供給装置４’からの水素ガス供給量、シラン系ガス供給装置６’からのシラン系ガスの供給量、及び排気装置７’による排気量は、既述の、装置Ａにおいて、水素ガスとシラン系ガスとを用いて基板Ｓ上にシリコンドットを形成する場合と同様に制御すればよい。手動制御してもよいし、制御部を用いて自動的に制御してもよい。
【０１２６】
なお、搬送装置に関して言えば、真空チャンバ１０と真空チャンバ１との間に、搬送装置を設けた真空チャンバを配置し、該搬送装置を設けたチャンバを、ゲートバルブを介してチャンバ１０とチャンバ１にそれぞれ連設してもよい。
【０１２７】
＜実験例＞
次に幾つかのシリコンドット付き基板形成の実験例について説明する。
(1) 実験例１
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、但しシリコンスパッタターゲットは採用せずに、水素ガスとモノシランガスを用いて基板上に直接シリコンドットを形成した。ドット形成条件は以下のとおりとした。
基板：予め酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆された無アルカリガラス基板
チャンバ容量：１８０リットル
高周波電源：６０ＭＨｚ、６ｋＷ
電力密度：３３Ｗ／Ｌ
基板温度：４００℃
チャンバ内圧：０．６Ｐａ
シラン導入量：３ｓｃｃｍ
水素導入量：１５０ｓｃｃｍ
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：０．５
【０１２８】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒径を測定し、その平均値を求めたところ、７ｎｍであり、２０ｎｍ以下、さらに言えば１０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが形成されていることが確認された。ドット密度は約１．４×１０12個／ｃｍ2 であった。  
【０１２９】
(2) 実験例２
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、水素ガスとモノシランガスを用いて、さらにシリコンスパッタターゲットも併用して、基板上に直接シリコンドットを形成した。ドット形成条件は次のとおりであった。
シリコンスパッタターゲット：アモルファスシリコンスパッタターゲット
基板：酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆されたポリカーボネート基板                チャンバ容量：１８０リットル
高周波電源：６０ＭＨｚ、４ｋＷ
電力密度：２２Ｗ／Ｌ
基板温度：１５０℃
チャンバ内圧：０．６Ｐａ
シラン導入量：１ｓｃｃｍ
水素導入量：１５０ｓｃｃｍ
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：０．３
【０１３０】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒径を測定し、その平均値を求めたところ、１０ｎｍであり、２０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが形成されていることが確認された。ドット密度は約１．０×１０12個／ｃｍ2 であった。
【０１３１】
(3) 実験例３
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、但しシランガスは採用しないで、水素ガスとシリコンスパッタターゲットを用いて、基板上に直接シリコンドットを形成した。ドット形成条件は以下のとおりであった。
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
基板：酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆されたポリイミド基板
チャンバ容量：１８０リットル
高周波電源：６０ＭＨｚ、４ｋＷ
電力密度：２２Ｗ／Ｌ
基板温度：２００℃
チャンバ内圧：０．６Ｐａ
水素導入量：１００ｓｃｃｍ
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：０．２
【０１３２】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒径を測定し、その平均値を求めたところ、５ｎｍであり、２０ｎｍ以下、さらに言えば１０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが形成されていることが確認された。ドット密度は約２．０×１０12個／ｃｍ2 であった。
【０１３３】
(4) 実験例４
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、先ず、真空チャンバ１の内壁にシリコン膜を形成し、次いで該シリコン膜をスパッタターゲットとしてシリコンドットを形成した。シリコン膜形成条件及びドット形成条件は以下のとおりであった。
シリコン膜形成条件
チャンバ内壁面積：約３ｍ2 
チャンバ容量：４４０リットル
高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、１０ｋＷ
電力密度：２３Ｗ／Ｌ
チャンバ内壁温度：８０℃  （チャンバ内部に設置のヒータでチャンバを加熱）
チャンバ内圧：０．６７Ｐａ
モノシラン導入量：１００ｓｃｃｍ
水素導入量：１５０ｓｃｃｍ
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：２．０
【０１３４】
ドット形成条件
基板：酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆された無アルカリガラス基板
チャンバ容量：４４０リットル
高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、５ｋＷ
電力密度：１１Ｗ／Ｌ
チャンバ内壁温度：８０℃  （チャンバ内部に設置のヒータでチ                                  ャンバを加熱）
基板温度：４３０℃
チャンバ内圧：０．６７Ｐａ
水素導入量：１５０ｓｃｃｍ  （モノシランガスは使用し                                          なかった。）
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：１．５
【０１３５】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。小さいドットでは５ｎｍ〜６ｎｍ、大きいドットでは９ｎｍ〜１１ｎｍであった。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒粒を測定し、その平均値を求めたところ、８ｎｍであり、１０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが実質的に形成されていることが確認された。ドット密度は約７．３×１０11個／ｃｍ2 であった。
【０１３６】
(5) 実験例５
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、先ず、真空チャンバ１の内壁に実験例４におけるシリコン膜形成条件でシリコン膜を形成し、次いで該シリコン膜をスパッタターゲットとしてシリコンドットを形成した。ドット形成条件は、チャンバ内圧力を１．３４Ｐａとし、Ｓｉ(288nm) ／Ｈβを２．５とした以外は実験例４と同じとした。
【０１３７】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒粒を測定し、その平均値を求めたところ、１０ｎｍであり、１０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが実質的に形成されていることが確認された。ドット密度は約７．０×１０11個／ｃｍ2 であった。
【０１３８】
(6) 実験例６
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、先ず、真空チャンバ１の内壁に実験例４におけるシリコン膜形成条件でシリコン膜を形成し、次いで該シリコン膜をスパッタターゲットとしてシリコンドットを形成した。ドット形成条件は、チャンバ内圧力を２．６８Ｐａとし、Ｓｉ(288nm) ／Ｈβを４．６とした以外は実験例４と同じとした。
【０１３９】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒粒を測定し、その平均値を求めたところ、１３ｎｍであり、２０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが実質的に形成されていることが確認された。ドット密度は約６．５×１０11個／ｃｍ2 であった。
【０１４０】
(7) 実験例７
図５に示すタイプのシリコンドット形成装置を用い、先ず、真空チャンバ１の内壁に実験例４におけるシリコン膜形成条件でシリコン膜を形成し、次いで該シリコン膜をスパッタターゲットとしてシリコンドットを形成した。ドット形成条件は、チャンバ内圧力を６．７０Ｐａとし、Ｓｉ(288nm) ／Ｈβを８．２とした以外は実験例４と同じとした。
【０１４１】
このようにして、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板を得た。
このシリコンドット付き基板の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、それぞれ独立的に形成され、また、均一分布で高密度な状態に形成された、粒径の揃ったシリコンドットを確認できた。ＴＥＭ像から５０個のシリコンドットの粒粒を測定し、その平均値を求めたところ、１６ｎｍであり、２０ｎｍ以下の粒径のシリコンドットが実質的に形成されていることが確認された。ドット密度は約６．１×１０11個／ｃｍ2 であった。
【０１４２】
＜シリコンドット付き基板形成の他の例＞
以上の実験例から分かるように、図１に示すタイプのシリコンドット付き基板Ｓ１については、予めＳｉＯ2 等の絶縁物層Ｌ１を表面に形成した基板Ｓを採用し、該絶縁物層Ｌ１の上にシリコンドットＤを形成することで得ることができる。
【０１４３】
しかし、例えば、シリコンドット形成のためのチャンバの他に絶縁物層形成のためのチャンバを設け、絶縁物層については、該絶縁物層形成チャンバで形成し、そこで絶縁物層が形成された基板を外気に曝すことなくシリコンドット形成チャンバに搬入して、該絶縁物層上にシリコンドットを形成するようにしてもよい。
【０１４４】
具体例を示すと、図１０に概略的に示すように、シリコンドットを形成する、図５或いは図８に示すようなチャンバ１に、ゲート弁Ｖ１を介して基板搬送チャンバ９１を連設し、さらに、該チャンバ９１にゲート弁Ｖ２を介して絶縁物層形成用のチャンバ９２を連設し、チャンバ９２内で基板Ｓ表面に酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 膜）、窒化シリコン膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）と窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の混合物（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）からなる膜等の絶縁物層Ｌ１を形成し、この基板Ｓを外気に触れさせること無く、基板搬送チャンバ９１内の、それ自体既に知られている基板搬送ロボット９１１にてチャンバ１内へ搬入し、該チャンバ１内で、基板Ｓの絶縁物層Ｌ１上にシリコンドットＤを形成してもよい。これにより、絶縁物層Ｌ１の汚染を抑制して、シリコンドット付き基板Ｓ１を得ることができる。
【０１４５】
図２〜図４に示すタイプのシリコンドット付き基板Ｓ２〜Ｓ４のそれぞれについても、絶縁物層については、そのような絶縁物層形成チャンバで形成するようにしてもよい。
また、基板Ｓ２における最初の絶縁物層Ｌ２１、基板Ｓ３における最初の絶縁物層Ｌ３１、基板Ｓ４における最初の絶縁物層Ｌ４１については、そのような、絶縁物層形成用のチャンバ９２で形成したものではなく、そのような絶縁物層Ｌ２１、Ｌ３１又はＬ４１が予め形成された基板Ｓを採用することとし、その後の絶縁物層（基板Ｓ２では絶縁物層Ｌ２２、基板Ｓ３では絶縁物層Ｌ３２、基板Ｓ４では絶縁物層Ｌ４２、Ｌ４３）は前記チャンバ９２で形成するようにしてもよい。
【０１４６】
なお、シリコンドットの形成及び（又は）絶縁物層の形成に支障を来さないのであれば、シリコンドットを形成するチャンバにおいて、絶縁物層を形成してもよい。
【０１４７】
絶縁物層の形成は、既に知られた各種成膜手法を利用して基板Ｓに熱的損傷を与えない低温下で形成できる。例えば、プラズマＣＶＤ法等を利用して低温下で形成できる。
前記絶縁物形成用チャンバ９２においてプラズマＣＶＤ法にて基板Ｓ上に酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 膜）を形成する場合を例にとると、チャンバ９２内に、例えばシランガス（ＳｉＨ4)と酸素ガスを所定量導入するとともに該チャンバ内を所定の成膜圧として、それら導入ガスに、平行平板型電極等の電極で電力を印加してプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓ上にＳｉＯ2 膜を形成できる。
【０１４８】
窒化シリコン膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）を形成するのであれば、例えばシランガスとアンモニアガスとを用いて、同様に形成できる。
酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）と窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の混合物（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）からなる膜を形成するのであれば、例えばシランガスと、酸素ガスと、アンモニアガスとを用いて、同様に形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
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を有するシリコンドット付き基板の提供に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】シリコンドット付き基板の１例の模式的断面図である。
【図２】シリコンドット付き基板の他の例の模式的断面図である。
【図３】シリコンドット付き基板のさらに他の例の模式的断面図である。
【図４】シリコンドット付き基板のさらに他の例の模式的断面図である。
【図５】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６】プラズマ発光分光計測装置例を示すブロック図である。
【図７】排気装置による排気量（真空チャンバ内圧）の制御等を行う回路例のブロック図である。
【図８】シリコンドット形成の他の例を示す図である。
【図９】シリコン膜を形成するターゲット基板と電極等との位置関係を示す図である。
【図１０】シリコンドット形成チャンバに絶縁物層形成チャンバを設けたシリコンドット付き基板形成装置の例の概略図である。
【符号の説明】
【０１５１】
Ｓ１〜Ｓ４  シリコンドット付き基板
Ｄ  シリコンドット
Ｌ１〜Ｌ４３  絶縁物層
Ａ  シリコンドット形成装置
１  真空チャンバ
２  基板ホルダ
２Ｈ  ヒータ
３  放電電極
３１  シリコン膜
３０  シリコンスパッタターゲット
４  放電用高周波電源
４１  マッチングボックス
５  水素ガス供給装置
６  シラン系ガス供給装置
７  排気装置
８  プラズマ発光分光計測装置
Ｓ  シリコンドット形成対象基板
８１、８２  分光器
８３  演算部
８０  制御部
１０  真空チャンバ
Ｖ  ゲートバルブＶ
２’ホルダ
１００  ターゲット基板
７’排気装置
５’水素ガス供給装置
６’シラン系ガス供給装置
４’出力可変電源
４１’マッチングボックス
３’チャンバ内電極
２Ｈ’ヒータ２Ｈ’
Ｔ  搬送装置
ＳＰ  チャンバ１内の台
Ｖ１、Ｖ２  ゲート弁
９１  基板搬送チャンバ
９１１  基板搬送ロボット
９２  絶縁物層形成チャンバ
【図１】
0004730034.tif 000002
【図２】
0004730034.tif 000003
【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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