(57)【要約】  【課題】    上記問題を解決するために、本発明は、基材に対して高い結晶化率の半導体層を得ることができる半導体層の製造方法を提供する。  【解決手段】  大気圧近傍の圧力下で基材にプラズマ化した窒素ガスのプラズマを曝した後、基材９０の表面に半導体層を形成する。基材９０の表面に半導体層を形成する前に、プラズマ化した窒素ガスに基材９０を曝すことによって、高い結晶化率の半導体層を得ることができる。【選択図】    図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍の圧力下で基材にプラズマ化した窒素ガスを曝す前処理工程と、
前記前処理工程によって得られた基材の表面に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体層の製造方法。
【請求項２】
前記前処理工程が、大気圧近傍の圧力下で前記基材にプラズマ化した窒素ガスを曝すことによって前記基材の表面に窒化膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層形成工程が、
前記前処理工程によって得られた基材にシランガスを曝すことによって、前記基材の表面にシリコン層を形成する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体層の製造方法に関し、詳しくは、プラズマ化した窒素ガスを用いる半導体層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体層の製造方法では、基材であるガラス板にプラズマを照射した後、一旦ガラス板に非晶質の半導体層を形成し、この非晶質の半導体層を加熱して結晶化する方法が行われていた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２８０３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の半導体層の製造方法では、ガラス板に最初に形成される半導体層は結晶化率が低いという問題があった。
上記問題を解決するために、本発明は、基材上に高い結晶化率の半導体層を得ることができる半導体層の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の半導体層の製造方法は、大気圧近傍の圧力下で基材にプラズマ化した窒素ガスを曝す前処理工程と、前記前処理工程によって得られた基材の表面に半導体層を形成する半導体層形成工程とを有することを特徴としている。
【０００５】
本発明の半導体層の製造方法は、大気圧近傍の圧力下で基材にプラズマ化した窒素ガスを曝す前処理工程を有している。
大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａの圧力下を意味する。特に、プラズマ処理を行う圧力が９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａの範囲内にあると、圧力調整が容易になるとともに、装置の構成を簡便にすることができる。
【０００６】
また、本発明の半導体層の製造方法は、前記前処理工程によって得られた基材の表面に半導体層を形成する半導体層形成工程を有している。前処理工程によって得られた基材の表面に半導体層を形成することによって、高い結晶化率を有する半導体層を得ることができる。
半導体層形成工程では、前処理工程によって得られた基材に金属元素を含有するガスのプラズマを曝すことによって、基材表面に半導体層が形成される。
このような金属元素としては、例えば、シリコン、スズ、ガリウム、砒素、リン、アルミニウム、窒素及び酸素からなる群より選択された少なくとも一種が挙げられる。
半導体層形成工程において基材の表面に形成される半導体層としては、例えば、シリコン層、ＧａＡｓ層等が挙げられる。
なお、半導体層形成工程において、基材の表面に半導体層を形成する際の圧力としては上記の大気圧近傍の圧力下のみに限られず、大気圧近傍の圧力以下の減圧下でもよい。
【０００７】
ここで、半導体層形成工程において形成される半導体層がシリコン層の場合、半導体層形成工程は、前処理工程によって得られた基材にシランガスを曝すことによって、基材の表面にシリコン層を形成する工程であることが好ましい。前処理工程によって得られた基材にシランガスを曝すことによって、基材の表面に対して結晶化率の高いシリコン層を形成することができる。
シランガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスやジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス等が挙げられる。シランガスは、単一の種類が用いられてもよく、複数の種類が用いられてもよい。
シランガスは、水素ガス、アルゴンガス、窒素ガス等のガスと混合された状態で用いられてもよい。
【０００８】
また、前記前処理工程が、大気圧近傍の圧力下で前記基材にプラズマ化した窒素ガスを曝すことによって前記基材の表面に窒化膜を形成する工程であることが好ましい。基材の表面に窒化膜が形成されることによって、より高い結晶化率の半導体層を形成することができる。
なお、基材表面の窒化膜の存在は、例えば、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等によって確認することができる。
本発明の半導体層の製造方法において、プラズマに曝される基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチックや、ガラス、セラミック、金属、シリコン等が挙げられる。基材の形状としては、特に限定されないが、例えば、板状、フィルム状、シート状、ウェハー状等であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体層の製造方法は、大気圧近傍の圧力下で基材にプラズマ化した窒素ガスを曝す前処理工程を有していることによって、基材表面上に高い結晶化率の半導体層を得ることができる。
また、前記前処理工程が、大気圧近傍の圧力下で前記基材にプラズマ化した窒素ガスを曝して前記基材の表面に窒化膜を形成する工程であることによって、より高い結晶化率の半導体層を得ることができる。
また、前記半導体層形成工程が、前記前処理工程によって得られた基材にシランガスを曝すことによって、基材の表面にシリコン層を形成する工程であると、高い結晶化率のシリコン層を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の第１の実施形態を図１、２に基づいて説明する。
図１は本発明の半導体層の製造方法に用いられる半導体製造装置Ｍ１を示す断面斜視図である。
図１に示す半導体製造装置Ｍ１は、筐体１０、ホット電極２０、アース電極３０、電源２２、ガス供給部材４０ａ、ガス排出部材４０ｂ等を備えている。
【００１１】
１点鎖線で示す筐体１０は気密性を有しており、筐体１０の内部にはＮ２ガス（窒素ガス）が充填されている。筐体１０は実際にはもっと大型であるが、図１では説明のために小さく示している。
筐体１０の内部には、板状のホット電極２０と板状のアース電極３０が設けられている。ホット電極２０とアース電極３０は、互いに２ｍｍの間隔を空けて平行となるように対向して上下に配置されている。ホット電極２０は電源２２と接続されて電圧印加電極となされており、アース電極３０は接地線２１を介して接地されている。ここで、ホット電極２０とアース電極３０との間には放電空間６０が形成される。
【００１２】
ホット電極２０、アース電極３０はそれぞれステンレスによって構成されている。下側に位置するアース電極３０の上側の表面と、上側に位置するホット電極２０の下側の表面には固体誘電体であるアルミナが溶射されており、ホット電極２０とアース電極３０との間に電圧を印加してプラズマを発生する際に、ホット電極２０とアース電極３０との間にアーク放電等の異常放電を発生することを防いでいる。
【００１３】
電極２０、３０の周縁の一端側には、ガス供給部材４０ａが設けられている。
ガス供給部材４０ａには、ガス供給管４２を介して窒素ガス源４４、シランガス源４５、水素ガス源４６、フッ素含有ガス源４７が接続されている。ここで、窒素ガス源４４にはＮ２ガスが充填されており、シランガス源４５にはＳｉＨ４ガスが充填されており、水素ガス源４６にはＨ２ガスが充填されており、フッ素含有ガス源４７にはＣＦ４ガスが充填されている。
これらのガス源４４〜４７に充填されたガスは、ガス供給部材４０ａから放電空間６０に向けて流量が調整された状態で供給される。
【００１４】
また、電極２０、３０の周縁の他端側には、放電空間６０を挟むようにガス供給部材４０ａと対向してガス排出部材４０ｂが設けられている。
ガス排出部材４０ｂにはガス排出管４８を介して真空ポンプ４９が接続されている。
放電空間６０内に存在するガスは、真空ポンプ４９を駆動することによって、ガス排出部材４０ｂからガス排出管４８を介して筐体１０の外部に排気される。
【００１５】
以上の構成の半導体製造装置Ｍ１を用いて、複数のガラス板（基材：厚さ１ｍｍ）の表面に対してシリコン層（半導体層）を形成する半導体層の製造方法の一例を図２のフローチャートに従って説明する。
この製造方法の一例では、基材にプラズマ化した窒素ガスを曝す前処理工程と、基材の表面に半導体層を形成する半導体層形成工程と、電極２０、３０を洗浄する洗浄工程等が順に行われている。
【００１６】
手順１：基材の配置
まず、供給弁４４ａ〜４７ａを全て閉じた状態で、筐体１０の搬出入口（図示せず）からアース電極３０の上にガラス板９０を配置する。
【００１７】
手順２：窒素ガスの供給開始
ガラス板９０を配置した後、供給弁４４ａを開放して放電空間６０に対してＮ２ガスの供給を開始する。Ｎ２ガスの供給によって、放電空間６０の内部がＮ２ガスで充填される。
なお、以降は供給弁４４ａを閉じるまでは放電空間６０に対するＮ２ガスの供給を継続する。
【００１８】
手順３：真空ポンプの駆動開始
Ｎ２ガスの供給を開始した後、真空ポンプ４９の駆動を開始する。真空ポンプ４９の駆動によって、放電空間６０内のガスを排気し、放電空間６０内の圧力が大気圧近傍の圧力に調整される。また、筐体１０の内部の圧力も大気圧近傍の圧力に調整される。
【００１９】
手順４：前処理工程（パルス電圧の印加）
Ｎ２ガスを放電空間６０に供給している状態で電源２２のスイッチをオンに切り換え、ホット電極２０に対するパルス電圧の印加を開始する。
パルス電圧の印加によって、放電空間６０に供給されたＮ２ガスは大気圧近傍の圧力下でも均一なプラズマとなり、ガラス板９０の表面がＮ２ガスのプラズマに曝される。
Ｎ２ガスのプラズマをガラス板９０に曝し始めてから所定時間（例えば１０分間）経過後、電源２２のスイッチをオフに切り換え、ホット電極２０に対するパルス電圧の印加を停止して、放電空間６０におけるプラズマの発生を停止する。
【００２０】
手順５：窒素ガスの供給停止
供給弁４４ａを閉じて、放電空間６０に対するＮ２ガスの供給を停止する。なお、Ｎ２ガスの供給を停止した後も放電空間６０及び筐体１０の内部の圧力が大気圧近傍の圧力に調整される。
【００２１】
手順６：筐体内部の圧力調整
Ｎ２ガスの供給を停止した後、真空ポンプ４９の出力を調整し、筐体１０の内部の圧力を減圧状態（例えば１００Ｐａ以下）に調整する。このとき、筐体１０の内部に位置する放電空間６０の圧力も減圧状態に調整される。
なお、以降は真空ポンプ４９の駆動を停止するまでは放電空間６０の圧力が減圧状態（例えば１００Ｐａ以下）に維持される。
【００２２】
手順７：シランガス、水素ガスの供給開始
放電空間６０の圧力が減圧状態（例えば１００Ｐａ以下）に調整された後、供給弁４５ａ及び４６ａを開放し、放電空間６０に向けてＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスの供給を開始する。このとき、筐体１０内の圧力は減圧状態（例えば１００Ｐａ以下）に維持されている。
【００２３】
手順８：半導体層形成工程（パルス電圧の印加）
放電空間６０にＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスの供給を開始した後、電源２２のスイッチをオンに切り換え、ホット電極２０に対するパルス電圧の印加を開始する。
パルス電圧の印加を開始することによって、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガスは放電空間６０内でプラズマ化し、ガラス板９０の表面がプラズマ化したＳｉＨ４ガスとＨ２ガスの混合ガスに曝される。ガラス板が混合ガスに曝される際、ＳｉＨ４ガスが速やかにガラス板９０への反応に用いられ、ガラス板９０の表面にシリコン層が形成される。このとき、Ｎ２ガスのプラズマに曝されたガラス板９０の表面にシリコン層が形成されるので、得られるシリコン層は高い結晶化率を有する。
なお、パルス電圧の印加が行われている間も、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスの供給と真空ポンプ４９の駆動を行っているので、未反応のガスや反応済のガスがガス排出部材４０ｂから排気されるとともに、放電空間６０の圧力が減圧状態（例えば１００Ｐａ以下）で一定に保たれている。
所定時間（例えば３０分間）パルス電圧の印加を行った後、電源２２のスイッチをオフに切り換え、ホット電極２０に対するパルス電圧の印加を停止して、放電空間６０におけるプラズマの発生を停止する。パルス電圧の印加を停止することによって、ガラス板９０へのシリコン層の形成が停止する。
【００２４】
手順９：シランガス、水素ガスの供給停止
パルス電圧の印加を停止した後、供給弁４５ａ、４６ａを閉じて放電空間６０に対するＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスの供給を停止する。
【００２５】
手順１０：シランガス及び水素ガスの排気
Ｈ２ガスの供給を停止した後、真空ポンプの出力を調整して筐体１０の内部の圧力を更に減圧状態（例えば１Ｐａ）に調整する。
筐体１０の内部の圧力が減圧状態（例えば１Ｐａ）に調整されることによって、筐体１０内に残留したＳｉＨ４ガスやＨ２ガスが筐体１０から排気される。
【００２６】
手順１１：真空ポンプの駆動停止
筐体１０内に残留したＳｉＨ４ガスやＨ２ガスの排気を行った後、真空ポンプ４９の駆動を停止する。
【００２７】
手順１２：筐体内部の圧力調整
真空ポンプ４９の駆動を停止した後、供給弁４４ａを開放してＮ２ガスを筐体１０に供給する。
このとき、Ｎ２ガスの供給によって筐体１０内の圧力は減圧状態（例えば１Ｐａ）から大気圧近傍の圧力（例えば１０×１０４Ｐａ）に調整される。
【００２８】
手順１３：窒素ガスの供給停止
Ｎ２ガスの供給によって筐体１０内の圧力が大気圧近傍の圧力（例えば１０×１０４Ｐａ）に調整された後、供給弁４４ａを閉じてＮ２ガスの供給を停止する。
【００２９】
手順１４：基材の取り出し
真空ポンプ４９の駆動を停止した後、筐体１０の搬出入口（図示せず）からガラス板９０を筐体１０の外部に搬出する。
このとき、放電空間６０にはプラズマが発生しておらず、また、放電空間６０に対してガスが供給されていないので、ガラス板９０を安全に搬出することができる。
【００３０】
手順１５：最後の基材であることの確認
ここで、手順１８で搬出したガラス板９０が最後のガラス板である場合、手順２０に進む。
また、手順１８で搬出したガラス板が最後のガラス板でない場合、手順１に戻り、次に半導体層を形成する予定のガラス板を用いて、同様の手順でガラス板にシリコン層を形成する。
【００３１】
手順１６：フッ素含有ガスの供給開始
最後のガラス板を取り出した後、供給弁４７ａを開放して放電空間６０に向けてＣＦ４ガスの供給を開始する。
【００３２】
手順１７：洗浄工程（パルス電圧の印加）
放電空間６０にＣＦ４ガスが供給された状態で、電源２２のスイッチをオンに切り換え、ホット電極２０に対するパルス電圧の印加を開始する。
パルス電圧の印加によって、放電空間６０に供給されたＣＦ４ガスからＦラジカルが形成される。このとき、ホット電極２０やアース電極３０等の表面がＦラジカルに曝され、手順８において電極２０、３０等の表面に形成されたシリコン層が溶解する。ここで、電極２０、３０上のシリコン層がＦラジカルによって溶解するため、電極等にシリコンが付着することに起因するプラズマの発生状態の不均一化を防ぐことができる。
所定時間（例えば５分間）パルス電圧の印加を行った後、電源２２のスイッチをオフに切り換えてホット電極２０に対するパルス電圧の印加を停止し、放電空間６０におけるプラズマの発生を停止する。プラズマの発生を停止することによって、電極２０、３０表面のシリコン層の溶解が停止する。
【００３３】
手順１８：フッ素含有ガスの供給停止
パルス電圧の印加を停止した後、供給弁４７ａを閉じて、放電空間６０に対するＣＦ４ガスの供給を停止する。
【００３４】
以上手順１〜１８によって、ガラス板９０の表面に高い結晶化率を有する半導体層を製造することができる。
以上手順１〜１８のように、基材の表面に半導体層を製造する場合、半導体層形成工程の前に窒素ガスのプラズマを基材に曝す前処理工程を行うことによって、基材表面に高い結晶化率を有する半導体層を形成することができる。
【００３５】
ここで、手順２と手順４を入れ換えて、パルス電圧の印加を開始した後、放電空間６０にガスの供給を開始してもよい。また、手順６と手順７とを入れ換えて、真空ポンプの出力を調整した後、放電空間６０にガスの供給を開始してもよい。
手順１２では、Ｎ２ガスに代えて乾燥空気等の他のガスを導入してもよい。
また、電極２０、３０等の表面にシリコンが付着していない場合、手順１６〜１８を行わなくてもよい。電極２０、３０等に対してシリコンが付着していないことの判断方法としては、例えば、プラズマが発生していない状態で電極２０、３０等の表面を目視する方法や、放電空間６０内におけるプラズマの発生状態を観察する方法等が挙げられる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態を図３、４に基づいて説明する。
図３は、本発明の半導体層の製造方法に用いられる半導体製造装置Ｍ２を示す断面斜視図である。
図３に示す半導体製造装置Ｍ２は、ホット電極２３、アース電極３３、電源２２、窒素ガス源４４、シランガス源４５、水素ガス源４６、ガス排出部材７２ａ、７２ｂ、支持台８５、搬送ロボット８０等を備えている。
【００３７】
板状のホット電極２３と板状のアース電極３３とは２ｍｍの間隔を空けて互いに平行となるように対向して左右に配置されている。ホット電極２３は電源２２と接続されて電源印加電極となされており、アース電極３３は接地線２１を介して接地されている。また、ホット電極２３とアース電極３３との間に放電空間６０が形成されている。
ホット電極２０、アース電極３０はそれぞれステンレスによって構成されている。ここで、図３において左側に位置するホット電極２３の右側の表面と、右側に位置するアース電極３３の左側の表面には固体誘電体であるアルミナが溶射されており、ホット電極２３とアース電極３３との間に電圧を印加してプラズマを発生する際に、ホット電極２３とアース電極３３との間にアーク放電等の異常放電を発生することを防いでいる。
また、電極２３、３３には電極搬送機構（図示せず）が設けられており、電極搬送機構の駆動によって電極２３、３３が矢印ａ、ｂ方向に搬送される。
【００３８】
電極２３、３３の上側には、放電空間６０にガスを供給するガス供給部材５３が設けられている。
また、電極２３、３３の下側には、ガラス板（基材）９０を載せる平板状の支持台８５が設けられている。支持台８５は電極２３、３３に対して垂直に設けられている。
【００３９】
ガス供給部材５３にはガス供給管５４が接続されている。ガス供給管５４は、供給弁４４ａ〜４６ａを介して、窒素ガス源４４、シランガス源４５、水素ガス源４６と接続されている。ここで、窒素ガス源４４にはＮ２ガスが充填されており、シランガス源４５にはＳｉＨ４ガスが充填されており、水素ガス源４６にはＨ２ガスが充填されている。
【００４０】
また、支持台８５の両端には、真空ポンプ７１ａ、７１ｂと接続されたガス排出部材７２ａ、７２ｂが設けられている。ガス排出部材７２ａ、７２ｂは、真空ポンプ７１ａ、７１ｂの駆動によって支持台８５周辺のガスを排気している。
ガス源４４〜４６に充填されたガスは、供給弁４４ａ〜４６ａを開放することによって、ガス供給管５４を介してガス供給部材５３から放電空間６０に向けて供給される。放電空間６０に供給されたガスは、放電空間６０の下側に形成されたガス吹出口６２から吹き出され、ガス排出部材７２ａ、７２ｂによって排気される。なお、ガラス板９０がガス吹出口６２の下側に位置している場合、ガス吹出口６２から吹出されたガスは、ガラス板９０の表面に吹き付けられた後、ガス排出部材７２ａ、７２ｂによって排気される。
【００４１】
また、支持台８５の一端側には、搬送ロボット８０とカセット９５が設けられている。搬送ロボット８０は、アーム８１によってガラス板を搬送可能になされており、支持台８５の上に置かれたガラス板９０を支持台８５から持ち上げてカセット９５に収容するとともに、カセット９５に備えられたガラス板９１をカセット９５から取り出して支持台８５の上に置くことができる。
【００４２】
以上の構成の半導体製造装置Ｍ２を用いて、ガラス板９０（基材：厚さ１ｍｍ）の表面に半導体層を形成する半導体層の製造方法の一例を図４のフローチャートに従って説明する。
【００４３】
手順１：基材の配置
まず、供給弁４４ａ〜４６ａが全て閉じている状態で搬送ロボット８０を駆動させ、支持台８５の上にガラス板９０を搬送する。このとき、ガラス板９０は、ガス吹出口６２の真下とは異なる位置（図３においてガス吹出口６２の右下）に搬送される。
【００４４】
手順２：真空ポンプの駆動開始
次に、真空ポンプ７１ａ、７１ｂの駆動を開始する。
真空ポンプ７１ａ、７１ｂの駆動によって、ガラス板９０周辺のガスがガス排出部材７２ａ、７２ｂから排気される。このとき、ガラス板９０の周辺は大気圧近傍の圧力に調整されている。
【００４５】
手順３：窒素ガスの供給開始
真空ポンプ７１ａ、７１ｂの駆動を開始した後、供給弁４４ａを開放して放電空間６０に向けてＮ２ガスの供給を開始する。Ｎ２ガスはガス吹出口６２の真下に向けて吹き出される。
このとき、ガラス板９０の周辺は大気圧近傍の圧力に調整されている。また、以降は供給弁４４ａを閉じるまでは放電空間６０に対するＮ２ガスの供給を継続する。
【００４６】
手順４：パルス電圧の印加開始
放電空間６０にＮ２ガスを供給した状態で電源２２のスイッチをオンに切り換え、ホット電極２３に対するパルス電圧の印加を開始する。
パルス電圧の印加によって、放電空間６０に供給されたＮ２ガスは大気圧近傍の圧力下でも均一なプラズマとなり、ガス吹出口６２の真下に吹き出される。このとき、図３においてガラス板９０はガス吹出口６２の右下に位置し、ガラス板９０はガス吹出口６２の真下には位置していないので、ガラス板９０はＮ２ガスのプラズマに曝されない。また、Ｎ２ガスのプラズマは、ガス吹出口６２の真下に吹き出された後、ガス排出部材７２ａ、７２ｂから排気される。
【００４７】
手順５：前処理工程（電極の搬送）
Ｎ２ガスの供給が行われた状態で、電極搬送機構を駆動させ、電極２３、３３を矢印ａの方向に搬送する。このとき、電極２３、３３は、電極２３、３３の間隔を維持しながらガラス板９０の上方を通過するように搬送され、ガラス板９０の上方を通過した後、電極２３、３３の搬送は停止する。
電極２３、３３がガラス板９０の上方を通過している間、ガラス板９０は、ガス吹出口６２から吹き出されるＮ２ガスのプラズマに曝される。
また、電極２３、３３がガラス板９０の上方を通過し終わった後は、ガラス板９０はＮ２ガスのプラズマに曝されない。
【００４８】
手順６：パルス電圧の印加停止
電極２３、３３をガラス板９０の上方を通過し終わった後、電源２２のスイッチをオフに切り換えてホット電極２３に対するパルス電圧の印加を停止し、放電空間６０におけるプラズマの発生を停止する。
【００４９】
手順７：窒素ガスの供給停止
パルス電圧の印加を停止した後、供給弁４４ａを閉じて放電空間６０に対するＮ２ガスの供給を停止する。なお、Ｎ２ガスの供給を停止した後もガラス板９０の周辺は大気圧近傍の圧力に調整されている。
【００５０】
手順８：シランガス、水素ガスの供給開始
Ｎ２ガスの供給を停止した後、供給弁４５ａ、４６ａを開放し、放電空間６０に対してＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスの供給を開始する。
ＳｉＨ４ガスやＨ２ガスはガス供給管５４内で混合された状態で放電空間６０に供給され、ガス吹出口６２の下側に吹き出される。このとき、図３においてガラス板９０はガス吹出口６２の左下に位置し、ガラス板９０はガス吹出口６２の真下に位置していないので、ガラス板９０はＳｉＨ４ガスとＨ２ガスに曝されない。
【００５１】
手順９：パルス電圧の印加開始
放電空間６０にＳｉＨ４ガスとＨ２ガスを供給した状態で電源２２のスイッチをオンに切り換え、ホット電極２３に対するパルス電圧の印加を開始する。
パルス電圧の印加によって、放電空間６０に供給されたＳｉＨ４ガスとＨ２ガスは大気圧近傍の圧力下でも均一なプラズマとなり、ガス吹出口６２の真下に吹き出される。このとき、図３においてガラス板９０はガス吹出口６２の左下に位置し、ガラス板９０はガス吹出口６２の真下には位置していないので、ガラス板９０はＳｉＨ４ガスとＨ２ガスのプラズマに曝されない。また、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスのプラズマは、ガス吹出口６２の真下に吹き出された後、ガス排出部材７２ａ、７２ｂから排気される。
【００５２】
手順１０：半導体層形成工程（電極の搬送）
次に、電極搬送機構を駆動させ、電極２３、３３を矢印ｂの方向に搬送する。このとき、電極２３、３３は、電極２３、３３の間隔を維持しながらガラス板９０の上方を通過するように搬送され、ガラス板９０の上方を通過した後、電極２３、３３の搬送は停止する。
電極２３、３３がガラス板９０の上方を通過している間、ガラス板９０は、ガス吹出口６２から吹き出されるＳｉＨ４ガスとＨ２ガスのプラズマに曝され、ガラス板９０の表面にシリコン層が形成される。このとき、Ｎ２ガスのプラズマに曝されたガラス板９０の表面にシリコン層が形成されるので、得られるシリコン層は高い結晶化率を有する。
また、電極２３、３３がガラス板９０の上方を通過した後は、図３においてガラス板９０はガス吹出口６２の右下に位置し、ガス吹出口６２の真下にガラス板９０が位置していないので、ガラス板９０はＳｉＨ４ガスとＨ２ガスのプラズマに曝されない。
なお、Ｈ２ガス及びＳｉＨ４ガスが放電空間６０に供給されている間も引き続き真空ポンプ７１ａ、７１ｂが駆動しているので、未反応のガスや反応済のガスがガス排出部材７２ａ、７２ｂから排気されるとともに、ガラス板９０周辺の圧力が大気圧近傍の圧力に保たれる。
【００５３】
手順１１：パルス電圧の印加停止
電極２３、３３をガラス板９０の上方を通過し終わった後、電源２２のスイッチをオフに切り換えてホット電極２３に対するパルス電圧の印加を停止し、放電空間６０におけるプラズマの発生を停止する。
【００５４】
手順１２：シランガス、水素ガスの供給停止
電極２３、３３の搬送を行った後、供給弁４５ａ、４６ａを閉じて放電空間６０に対するＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスの供給を停止する。
【００５５】
手順１３：真空ポンプの駆動停止
シランガス及び水素ガスの供給を停止した後、真空ポンプ７１ａ、７１ｂの駆動を停止する。
【００５６】
手順１４：基材の取り出し
真空ポンプ７１ａ、７１ｂの駆動を停止した後、搬送ロボット８０を駆動させ、表面にシリコン層が形成されたガラス板９０をカセット９５に収容する。
このとき、放電空間６０にプラズマが発生していないので、ガラス板９０を支持台８５の上から安全に搬送することができる。
【００５７】
以上手順１〜１４によって、ガラス板９０の表面に高い結晶化率を有する半導体層を製造することができる。
以上手順１〜１４のように、基材の表面に半導体層を製造する場合、半導体層形成工程の前に、Ｎ２ガスのプラズマを基材に曝す前処理工程を行うことによって、基材表面に高い結晶化率の半導体層を形成することができる。
【００５８】
ここで、手順３と手順４を入れ換え、パルス電圧の印加を開始した後、放電空間６０にガスの供給を開始してもよい。また、手順２と手順３を入れ換えて、放電空間６０にガスの供給を開始した後、真空ポンプの駆動を開始してもよい。また、手順１０の半導体層形成工程において、電極２３、３３をａ、ｂ方向に往復させて膜厚の厚いシリコン層を形成してもよい。
【００５９】
本発明の半導体層の製造方法は、上記の実施形態に限られず、種々の改変を行うことができる。
前処理工程と半導体層形成工程とはそれぞれ異なる装置を用いてもよい。
前処理工程は、Ｎ２ガスの供給とパルス電圧との印加の両方が行われることによってガラス板９０の表面がＮ２ガスのプラズマに曝される工程であればよい。このような前処理工程としては、例えば、第１の実施形態では、Ｎ２ガスを供給している状態でパルス電圧の印加を開始し、パルス電圧の印加を停止する前にＮ２ガスの供給を停止する工程でもよい。また、このような前処理工程としては、例えば、第２の実施形態では、Ｎ２ガスを供給している状態で、電極２３、３３がガラス板９０の上方を通過している間のみパルス電圧の印加を行う工程でもよい。
また、第１及び第２の実施形態において、半導体層形成工程は、Ｈ２ガス及びＳｉＨ４ガスの供給とパルス電圧の印加との両方が行われることによってガラス板９０の表面にシリコン層が形成される工程であればよい。このような半導体層形成工程としては、例えば、第１の実施形態では、Ｈ２ガス及びＳｉＨ４ガスを供給している状態でパルス電圧の印加を開始し、パルス電圧の印加を停止する前にＨ２ガス及びＳｉＨ４ガスの供給を停止する工程でもよい。また、このような半導体層形成工程としては、パルス電圧の印加を行っている状態で電極２３、３３がガラス板９０の上方を通過している間のみ、Ｎ２ガスの供給を行う工程でもよい。
【００６０】
半導体層形成工程は、減圧下で行われる場合のみに限られず、大気圧近傍の圧力下で行われてもよい。また、半導体層形成工程で形成される半導体層は、シリコン層のみに限られず、ＧａＡｓ層等の種々の半導体層でもよい。
半導体層形成工程は、前処理工程で得られた基材の表面に半導体層を形成した後、更にアニール用レーザー等の加熱手段を用いて半導体層を結晶化させる工程でもよい。このとき、前処理工程でＮ２ガスのプラズマに基材が曝されているので、結晶化率の高い半導体層を形成することができる。
本発明の半導体層の製造方法は、基材の表面にシリコン層を形成する場合のみに限られず、種々の半導体層を基材の表面に形成することができる。また、基材の表面に形成される半導体層は１層のみに限られず、複数層からなる半導体層でもよい。
また、上記の実施形態において、半導体製造装置Ｍ１に対してガラス板９０を搬送する搬送手段を設け、搬送中のガラス板９０に対して前処理工程や半導体層形成工程を行ってもよい。
【実施例】
【００６１】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００６２】
（実施例１）
上記の第１の実施形態において、ガラス板９０をアース電極３０の上に配置し（手順１）、放電空間６０にＮ２ガス（流量１０Ｌ／ｍｉｎ）の供給を開始（手順２）した。その後、真空ポンプ４９の駆動を開始（手順３）し、Ｎ２ガスを放電空間６０に供給している状態で、波高値１４ｋＶ、周波数１０ｋＨｚのパルス電圧の印加を１０分間行った（手順４：前処理工程）。
なお、パルス電圧の印加を行っている間は、放電空間６０の圧力が１０×１０４Ｐａに維持されている。
【００６３】
次に、Ｎ２ガスの供給を停止（手順５）し、放電空間６０の圧力を１０Ｐａに調整（手順６）した。放電空間の圧力を１０Ｐａで５分間維持した後、１０Ｐａの圧力を維持したまま、ＳｉＨ４ガス（流量０．５ｃｃ／ｍｉｎ）及びＨ２ガス（流量９．５ｃｃ／ｍｉｎ）の供給を開始した（手順７）。ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスの供給開始３０秒後から、出力０．２ｋＷ、周波数１３．５６ＭＨｚのＲｆ電圧の印加を３０分間行い、ガラス板９０の表面にシリコン層の形成を行った（手順８）。
シリコン層の形成を行った後、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスの供給を停止（手順９）し、放電空間６０の圧力を１Ｐａに５分間保持（手順１０）した。真空ポンプの駆動を停止（手順１１）した後、筐体１０内の圧力が大気圧になるまでＮ２ガスの供給を行い（手順１２、手順１３）、表面にシリコン層が形成されたガラス板９０を搬出した（手順１４）。
【００６４】
（比較例１）
上記の実施例１において、手順２で放電空間６０に供給するガスをＮ２ガスに代えてＡｒガス（流量１０Ｌ／ｍｉｎ）としたこと以外は実施例１と同様に、ガラス板９０の表面にシリコン層の形成を行い、表面にシリコン層が形成されたガラス板９０の搬出を行った。
【００６５】
実施例１及び比較例１で得られたガラス板９０に対して、以下の方法によって結晶化率の測定を行った。
【００６６】
結晶化率の測定
実施例１及び比較例１において、半導体層形成工程（手順１４）によって得られたシリコン層に対して、ラマン分光法による結晶化率（Ａ／Ｂ）の測定を行った。
なお、結晶化率（Ａ／Ｂ）とは、
Ａ：結晶性シリコンのピーク位置（５２０ｃｍ−１）におけるピーク強度
Ｂ：アモルファスシリコンのピーク位置（４８０ｃｍ−１）におけるピーク強度
で定義されるピーク強度の比を意味する。
【００６７】
実施例１で得られたシリコン層の結晶化率（Ａ／Ｂ）は１．４だった。また、比較例１で得られたシリコン層の結晶化率（Ａ／Ｂ）は０．８６だった。
実施例１及び比較例１から、基材にＮ２ガスのプラズマを曝すことによって、ガラス板９０の表面には高い結晶化率のシリコン層が形成されることが確認された。
【００６８】
ここで、Ｎ２ガスのプラズマを曝した基材には高い結晶化率のシリコン層が形成されることの理由として、基材にＮ２ガスのプラズマを曝すことによって、（１）基材表面に窒化膜が形成される、（２）基材表面の凹凸が減少する、（３）基材表面に付着した有機物が除去される、の３つの変化が起きたものと予想される。
そこで、これら３つの理由のうち、（１）（２）についての検討を行った。
【００６９】
（１）前処理工程前後における基材表面の元素分析測定
実施例１及び比較例１において、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて、前処理工程（手順４）の前後におけるガラス板９０の表面の元素比（Ｎ／Ｓｉ）の変化を測定した。ここで、元素比（Ｎ／Ｓｉ）の測定領域は、ガラス板９０の中心部とした。なお、前処理工程を行う前におけるガラス板９０の元素比（Ｎ／Ｓｉ）は０．０だった。
【００７０】
実施例１で前処理工程を行った後のガラス板９０の元素比（Ｎ／Ｓｉ）は０．１７となり、窒素原子の割合が増加した。  これに対し、比較例１で前処理工程を行った後のガラス板９０の元素比（Ｎ／Ｓｉ）は、前処理工程を行う前と同じ０．０であった。
実施例１及び比較例１から、ガラス板９０にＮ２ガスのプラズマを曝すことによって、ガラス板９０の表面に窒化膜が形成されることが確認された。
ここで、結晶化率の測定結果及び窒化膜形成の確認の測定結果から、Ｎ２ガスのプラズマに曝されて形成された窒化膜に対して半導体層を形成すると、高い結晶化率を有する半導体層が得られると考えられる。
【００７１】
（２）前処理工程後おける基材表面の凹凸測定
以上の実施例１及び比較例１において、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、前処理工程（手順４）を行う前後におけるガラス板９０の表面の凹凸のＲＭＳ値（２乗平均平方根粗さ）を測定した。ここで、ＲＭＳ値の測定領域はガラス板９０の中心部付近とした。
なお、前処理工程を行う前におけるガラス板９０のＲＭＳ値は２０．９６Åだった。
【００７２】
実施例１で前処理工程を行った後のガラス板９０のＲＭＳ値は１４．２６Åとなり、Ｎ２ガスを用いた前処理工程を行うことによって、ガラス板９０の表面の凹凸が減少し、ガラス板９０の表面が平坦化したことが確認された。
これに対し、比較例１で前処理工程を行った後のガラス板９０のＲＭＳ値は２０．９６Åとなり、Ａｒガスを用いて前処理工程を行っても、ガラス板９０の表面の凹凸の減少が確認されず、ガラス板９０の表面は平坦化されなかった。
ここで、結晶化率の測定結果及びガラス板表面の凹凸の測定結果から、Ｎ２ガスのプラズマに曝された基材に対して結晶化率が高い半導体層が形成される理由は、Ｎ２ガスのプラズマを基材に曝すことによって、基材表面におけるÅ単位の凹凸が平坦化されたためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態における半導体製造装置を示す断面斜視図である。
【図２】第１の実施形態における本発明の半導体層の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態における半導体製造装置を示す断面斜視図である。
【図４】第２の実施形態における本発明の半導体層の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
Ｍ１、Ｍ２    半導体製造装置
１０    筐体
２０、２３    ホット電極
２１    接地線
２２    電源
３０、３３    アース電極
４０ａ、５３    ガス供給部材
４０ｂ、７２ａ、７２ｂ    ガス排出部材
４２、５４    ガス供給管
４４ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａ    供給弁
４４    窒素ガス源
４５    シランガス源
４６    水素ガス源
４７    フッ素含有ガス源
４８    ガス排出管
４９、７１ａ、７１ｂ    真空ポンプ
６０    放電空間
６１    ガス導入口
６２    ガス吹出口
８０    搬送ロボット
８１    アーム
８５    支持台
９０    ガラス板
９０    基材
９１    ガラス板
９５    カセット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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