(57)【要約】【課題】  本発明は、ナノ結晶の粒径制御性、薄膜内充填密度及び終端安定性に優れたシリコンナノ結晶構造体を低温（６００℃以下）のドライプロセスのみで生産性よく作製可能な新規なシリコンナノ結晶構造体の作製方法及び装置を提供することを目的とする。【解決手段】  基板表面にＡｒイオンを照射し、シリコンナノ結晶の核生成反応サイトを形成する第１の工程と、シリコン元素を含む原料ガスの熱分解反応により、核生成反応サイトに粒径１０ｎｍ以下のシリコンナノ結晶粒を成長させる第２の工程と、酸素若しくは酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルによりシリコンナノ結晶粒を酸素終端、窒素終端又は水素終端する第３の工程とからなることを特徴とする。なお、上記第１〜第３の工程は、必要に応じて繰り返し行う。さらに、前記混合ガスは、Ｎ２又はＮＨ３を含むことを特徴とする。【選択図】  図１    
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルゴンガス又はアルゴンガスを含む混合ガスのプラズマを発生させて基板表面にアルゴンイオンを照射し、シリコンナノ結晶の核生成反応サイトを形成する第１の工程と、シリコン元素を含む原料ガスの熱分解反応により、前記核生成反応サイトに粒径１０ｎｍ以下のシリコンナノ結晶粒を成長させる第２の工程と、酸素若しくは酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルによりシリコンナノ結晶粒を酸素終端、窒素終端又は水素終端する第３の工程と、からなることを特徴とするシリコンナノ結晶構造体の作製方法。
【請求項２】
前記混合ガスは、窒素ガス又はアンモニアガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノ結晶構造体の作製方法。
【請求項３】
所定の厚さの薄膜となるまで、前記第１の工程、第２の工程及び第３の工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンナノ結晶構造体の作製方法。
【請求項４】
前記シリコン元素を含む原料ガスは、モノシラン若しくはジシランガス、又はこれらと水素ガス若しくは不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコンナノ結晶構造体の作製方法。
【請求項５】
前記酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルは、酸素ガス若しくは亜酸化窒素ガス、窒素ガス若しくはアンモニアガス、又は水素ガスのプラズマ放電により生成させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンナノ結晶構造体の作製方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコンナノ結晶構造体の作製方法を実施する装置であって、ガス供給装置及び排気装置を備えた真空容器と、該容器の内部に対向して配置された高周波電極及び基板の加熱機構を有する基板ホルダと、前記高周波電極に高周波電力を供給しプラズマを発生させる高周波電源と、前記加熱機構に通電し基板を所定の温度に加熱する電源と、からなり、前記第１の工程、第２の工程及び第３の工程を繰り返し連続して行い、所望の厚さの薄膜を形成することを特徴とするシリコンナノ結晶構造体の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンナノ結晶構造体の作製方法及び作製装置に係り、特にドライプロセスのみでシリコンナノ結晶構造体を作製可能な方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンナノ結晶構造体は、粒径が１０ｎｍ以下のシリコン単結晶粒が多数合体して形成される構造体であり、これらの薄膜は、ナノサイズの結晶粒に起因する量子サイズ効果やクーロンブロッケイド効果に基づいて、電子閉じ込め、発光、電子放出等の特異な物理現象を出現する。近年、この物理現象を利用して、単一電子メモリＬＳＩ、光インターコネクションＬＳＩ、発光素子、軽量大画面の表示パネル等への応用が注目されている。
【０００３】
シリコンナノ結晶構造体の作製方法は、主として以下に示す４つに分類される。
第１の方法は、例えば、多結晶シリコン膜を堆積したＳｉ基板を希フッ酸溶液（ＨＦ）やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液中で陽極酸化処理を行い、溶出反応により基板表面にシリコンナノ結晶構造体を形成する方法である。
【０００４】
第２の方法では、Ｓｉ基板上に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、その基板を希フッ酸溶液（ＨＦ）やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）、続いて純水に浸漬すことにより、基板表面を水素基（Ｓｉ−Ｈ）又は水酸基（Ｓｉ−ＯＨ）でターミネートする。次に、真空容器内で基板を例えば、５６０〜７００℃に加熱し、水素基及び水酸基を熱的に脱離させ、続いてシラン等のシリコン元素を含有するガスを数〜数１０Ｐａ導入し、水素基及び水酸基が脱離したサイトを核生成反応サイトとしてシリコンナノ結晶粒を形成する方法であり、結晶粒の成長にＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）が用いられる。この方法では、基板表面全体に核生成反応サイトを形成することができ、高密度のシリコンナノ結晶を形成することができるといわれている。
【０００５】
第３の方法は、スパッタリング法等のＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition））又はプラズマＣＶＤ法により、Ｓｉが過剰なアモルファスＳｉＯｘ（ｘ＜２）を堆積し、又はアモルファスＳｉ層とＳｉＯ２層の多層膜層を形成し、その後１０００℃前後の熱処理を行いナノサイズのシリコン結晶粒を析出させて、シリコンナノ結晶構造体を形成する方法である。
【０００６】
第４の方法は、シランガス又は水素希釈シランガス等を用い、６０ＭＨｚ以上の高周波数プラズマＣＶＤ法により気相中でシリコンナノ粒子を生成させ基板上に堆積する方法である。
【特許文献１】特開２００３−８６０９３
【特許文献２】特開２０００−２７３４５０
【非特許文献１】「ポーラスシリコンの発光」応用物理学会誌、第66巻、ｐ437（1997）
【非特許文献２】「シリコンナノデバイスプロセス技術」名古屋大学電気系21世紀COEシンポジウムテキスト、平成15年3月3日）
【非特許文献３】「ナノシリコンのサイズ制御と発光機構」第30回アモルファス物質の物性と応用セミナーテキスト、ｐ７5（2003）
【非特許文献４】「ＶＨＦプラズマＣＶＤによる結晶シリコンナノ粒子の生成と膜への取り込み」第30回アモルファス物質の物性と応用セミナーテキスト、ｐ95（2003）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、シリコンナノ結晶構造体の薄膜は、単一電子メモリＬＳＩ、光インターコネクションＬＳＩ、発光素子、軽量大画面の表示パネル等の種々のデバイスへの応用が検討されているが、実用化のためには、結晶の粒径及び制御性（均一性）、薄膜内の充填密度及び終端安定性が高いことが要求され、さらには、低温プロセス（６００℃以下）で作製できることが望まれる。この低温プロセスは、ガラス基板等の使用を可能とし、生産コスト低減の観点からも好ましい。さらにはＬＳＩへの応用を考慮すると、ドライプロセスのみでプロセスを完結するのが望ましい。
【０００８】
しかしながら、第１の方法は、サイズ制御性、終端安定性及び低温プロセスという観点では満足できるものの、陽極酸化処理による溶出反応を利用するものであるためポーラス状となり、結晶粒の充填密度は低く満足できるものではない。また、陽極酸化処理のようなウエット工程が必要という問題がある。
【０００９】
また、第２の方法は、粒径の揃ったシリコンナノ結晶を高密度に形成できるが、第１の方法と同様にウエット処理を含み、また、多層構造として所定の膜厚の薄膜とする場合、シリコンナノ結晶が形成された基板を一旦真空容器から大気に取り出し、層数に相当するだけ大気中でのウエット処理と真空容器内でのシリコンナノ結晶の形成とを繰り返し行う必要があり、結果として生産性が低いという問題がある。
【００１０】
第３の方法は、全てドライプロセスで構成されるという利点は有するが、シリコンナノ結晶粒の充填密度は、陽極酸化処理を用いた第１の方法に比べてもはるかに低いという欠点がある。しかも、１０００℃程度の高温での熱処理が必要となるため、ガラス基板を用いることができないという問題もある。
【００１１】
第４の方法も、ドライプロセスのみであり、また気相中で多量のシリコンナノ粒子を形成できるという利点を有するが、粒径のバラつきが大きく、緻密性・密着性が低いという問題の他、シリコンナノ粒子に欠陥（ダングリングボンド）が残るという問題がある。
【００１２】
以上述べてきたように、従来のシリコンナノ結晶構造体の作製方法には、一長一短があり、上記特性のいずれをも備えた構造体の作製方法はまだ得られていないのが現状である。かかる状況において、本発明者は、シリコンナノ結晶の形成法として、粒子の結晶性に優れた熱ＣＶＤ法を採用し、ナノ結晶の粒径均一性並びに充填密度及びその制御性、再現性と前処理・後処理条件との関係を研究し、得られた知見を基にさらに検討を加えて本発明を完成した。即ち、本発明は、シリコンナノ結晶の粒径制御性、薄膜内充填密度及び終端安定性に優れたシリコンナノ結晶構造体を低温（６００℃以下）のドライプロセスのみで生産性よく作製可能な新規なシリコンナノ結晶構造体の作製方法及び装置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】
【００１３】
本発明のシリコンナノ結晶構造体の作製方法は、アルゴン（Ａｒ）ガス又はＡｒガスを含む混合ガスのプラズマを発生させて基板表面にＡｒイオンを照射し、シリコンナノ結晶の核生成反応サイトを形成する第１の工程と、シリコン（Ｓｉ）元素を含む原料ガスの熱分解反応により、前記核生成反応サイトに粒径１０ｎｍ以下のシリコンナノ結晶粒を成長させる第２の工程と、酸素若しくは酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルによりシリコンナノ結晶粒を酸素終端、窒素終端又は水素終端する第３の工程とからなることを特徴とする。さらに、前記混合ガスに窒素ガス（Ｎ２）又はアンモニアガス（ＮＨ３）を含有させるのが好ましい。
【００１４】
即ち、Ａｒイオンを照射して、基板表面に欠陥などの核生成反応サイトを形成し（第１の工程）、熱ＣＶＤプロセスにおいて、この核生成反応サイトでシリコンの核生成反応が起こってシリコンの核が形成され、さらにはシリコンナノ結晶粒へと成長する（第２の工程）。最後に、シリコンナノ結晶粒表面のダングリングボンドを酸素、水素又は窒素終端して安定化させる。なお、デバイス等の用途の応じて、以上の第１〜第３工程を繰り返し行い、所望の厚さの薄膜として用いられる。
【００１５】
本発明では、Ａｒイオンを用いて核生成反応サイトを形成する構成としたことにより、効率よく、核生成反応サイトとなりうる欠陥を基板表面に均一で高密度に形成することが可能となった。特に、Ａｒイオンの照射による核生成反応サイトの形成と熱ＣＶＤ法によりシリコンの核形成及び結晶粒の成長とを組み合わせ連続してを行うことにより、粒径均一性及び充填密度の制御性に優れたシリコンナノ結晶構造体を作製すること可能となった。また、プラズマ発生用の混合ガスにＮ２又はＮＨ３ガスを添加し、この添加量を調整することにより、核生成反応サイトの密度をより効果的に制御することができ、最終的にシリコンナノ結晶の粒径及び密度をより一層高精度に制御することができる。
【００１６】
また、前記シリコン元素を含む原料ガスには、モノシラン（ＳｉＨ４）若しくはジシランガス（Ｓｉ２Ｈ６）、又はこれらのガスと水素ガス（Ｈ２）若しくは不活性ガスとの混合ガスを用いるのが好ましい。これらのガスを用いることにより、粒径均一性に一層優れたシリコンナノ結晶粒を安定して形成することができる。なお、本発明の不活性ガスには、Ａｒ，Ｈｅ等の希ガスの他に、Ｎ２等、シリコン堆積温度において反応性の低いガスも含まれる。
【００１７】
前記酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルは、酸素ガス若しくは亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）、窒素ガス若しくはアンモニアガス、又は水素ガスのプラズマ放電により生成させることを特徴とする。プラズマ放電により発生させたラジカルを用いることにより、結晶粒のダングリングボンドを確実に終端し、最終的に得られるデバイスの特性及び信頼性をより向上させることができる。
【００１８】
一方、本発明のシリコンナノ結晶構造体の作製装置は、上記本発明の作製方法を実施する装置であって、ガス供給装置及び排気装置を備えた真空容器と、該容器の内部に対向して配置された高周波電極及び基板の加熱機構を有する基板ホルダと、前記高周波電極に高周波電力を供給しプラズマを発生させる高周波電源と、前記加熱機構に通電し基板を所定温度に加熱する電源と、からなり、前記第１の工程、第２の工程及び第３の工程を繰り返し連続して行い、所望の厚さのシリコンナノ結晶構造体の薄膜を形成する構成としたことを特徴とする。
かかる構成とすることにより、１０ｎｍ以下で、均一な粒径の結晶粒を、高密度かつ終端安定性に優れた高品質なシリコンナノ結晶構造体の薄膜を所望の膜厚に生産性良く作製することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、結晶粒のナノサイズ制御性及び終端安定性に優れ、充填密度の高いシリコンナノ結晶構造体薄膜が、単一の真空容器内で単純な工程の繰り返しによって作製することができる。その結果、電子閉じ込め、発光、電子放出等の物理現象に関する特性が向上し、シリコンナノ結晶構造体薄膜を用いたデバイス性能を格段に向上させることができる。
【００２０】
さらには、低温プロセス（６００℃以下）で、かつドライプロセスのみで作製可能となるため、ＬＳＩ等への機能性薄膜としての応用も含め多岐のデバイス製造に適用することができる。また、ガラス基板が使用可能となり、デバイスのコスト削減を図ることができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、実施例をあげて本発明をより詳細に説明する。  
図１は、本発明のシリコンナノ結晶構造体の作製方法を説明する概念図である。図に示すように、本発明のシリコンナノ結晶構造体の作製方法では、Ａｒイオンを基板表面に照射する第１の工程（Ａ）と、シリコン元素を含む原料ガスの熱分解反応によりシリコンナノ結晶粒を堆積する第２の工程（Ｂ）と、酸素ガス若しくは酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルによりシリコンナノ結晶粒の表面を酸素終端、窒素終端、又は水素終端する第３の工程（Ｃ）、とから構成され、必要に応じて、以上の工程をり返し行い所望の厚さの薄膜を形成する（Ｄ）。
【００２２】
即ち、第１の工程で、基板にＡｒイオンを照射処理して、基板の表面全面にシリコンナノ結晶粒成長の核生成反応サイトを形成する。この核生成反応サイトとは、例えば、シリコン基板の場合、通常表面に自然酸化膜が形成されており、この酸化膜にＡｒイオンが衝突して形成されるシリコンのダングリングボンド（未結合手）のような欠陥である。第２の工程の熱ＣＶＤプロセスでは、この欠陥においてシリコンの核生成反応が起こりシリコンの核が生成し、さらに成長してシリコンナノ結晶粒となる。なお、熱ＣＶＤプロセスでは、シラン等のシリコン元素を含むガスを基板表面に導入して結晶粒を成長させるが、基板温度、原料ガスの種類、流量及び圧力を調整することにより結晶粒の大きさを高精度に制御することができる。
また、シリコン結晶粒の終端処理には、酸素ガスの他、酸素ラジカル、窒素ラジカル又は水素ラジカルが好適に用いられ、これにより、終端をより完全に行うことができ、最終的に得られるデバイスの特性、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明の基板は、例えば、少なくとも表面がシリコン、石英、窒化シリコン、ガラスからなる種々の基板が好適に用いられる。これらの基板を用いることにより、Ａｒイオン照射により欠陥（核生成反応サイト）を所望の密度で効果的に形成することができる。なお、これら以外の材質の基板も用いることも可能であり、この場合、第１層目の粒径の均一性及び制御性並びに充填密度の制御性は低下するものの、第２層以降はＳｉ（又はＳｉＯ２，ＳｉＮ）上に核生成反応サイトが形成されるため結晶の粒径均一性等は向上し、薄膜全体としては均一な粒径のシリコンナノ結晶構造体を高密度に得ることができる。
【００２４】
なお、Ａｒイオンは、Ａｒガス又はＡｒガスを含む混合ガスに、例えば高周波電力を投入してプラズマを発生させることによって得られ、特に１０ｅＶ程度のエネルギーのイオンが核生成反応サイトの形成に効果的である。また、核生成反応サイトの密度は、混合ガスにＮ２又はＮＨ３を加え、ＡｒとＮ２又は／及びＮＨ３との流量比を調整することにより、より効率的かつ高精度に制御することができる。なお、Ｎ２又はＮＨ３ガスの流量比を増加させると核密度は減少する。
【００２５】
第２の工程では、Ａｒイオン照射で形成した欠陥（核生成反応サイト）に、熱ＣＶＤ法により結晶粒を成長させる。ここで、基板は、好ましくは５００〜５４０℃程度に加熱される。また、原料ガスは、シリコン元素を含むガスであれば特に制限はないが、種々のシラン系ガス、とりわけ、モノシラン若しくはジシランガス、又はこれらをＨ２ガスや不活性ガス（Ａｒ，Ｎ２，Ｈｅ等）で希釈したガスが好適に用いられる。
【００２６】
第３の工程は、成長したシリコンナノ結晶粒を安定化する工程であるが、ここでダングリングボンドを終端させる元素（Ｏ、Ｎ、Ｈ等）を含むガスが用いられ、特にこれらのプラズマを発生させ生成したラジカルを用いるのが好ましい。なお、このようなガスとしては、酸素ラジカル用には酸素（Ｏ２）ガス又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が、窒素ラジカル用に窒素又はアンモニアガスが、水素ラジカル用に水素ガスが好適に用いられる。
【００２７】
次に、以上のシリコンナノ結晶構造体薄膜の作製方法が好適に適用できる作製装置の構成例を図２に示す。図２は、本発明のシリコンナノ結晶構造体薄膜作製装置の一例を示す概略縦断面図である。
図２に示した作製装置は、８インチ基板用に試作したものであり、内部に基板ホルダ１１０及びプラズマ発生用電極１０４が対向して配置され、ガス供給源１０６及び排気装置１１３を備えた処理室１０と、処理室１０との間で基板の搬送を行うロードロック室２０とから構成され、ゲートバルブ１１５を介して連結されている。
【００２８】
基板ホルダ１１０には、基板１１１を温度を６００℃前後まで加熱できるヒータ（不図示）が取り付けられ、昇降可能に取り付けられたリフトピン１１２のための貫通口が設けられている。一方、プラズマ発生用電極（例えばアルミニウム製）１０４は、絶縁石１０３を介して処理室上蓋１０８に固定され、高周波遮蔽板１０７上に設置された整合回路１０２を介して高周波電源１０１に接続されている。電極１０４には多数のガス吹き出し孔（不図示）が形成され、内部はガス配管１０５を介してガス供給源１０６に接続されている。
【００２９】
プラズマ放電用ガスであるＡｒガスや酸素ガス、窒素ガス及び水素ガス、並びにシリコンナノ結晶生成用原料ガスであるモノシランガス等はガス導入配管１０５から電極板１０４を通してあらかじめプログラムされたシーケンスに従い処理室１０内へシャワー状に供給される。
【００３０】
図２に示した装置を用いて、実際に行ったナノシリコン結晶構造体の薄膜形成プロセスの具体例を以下に説明する。
基板としては８インチサイズ、厚さ０．８ｍｍのシリコン基板を用いた。予め洗浄したシリコン基板１１１をロードロック室２０の基板搬送治具１１６上に載置し、内部をバルブ１１８を介して取り付けられて排気装置１１７で排気する。その後、プログラムされた以下のシーケンスに従ってプロセスを実行した。
【００３１】
工程１（基板搬送及び基板加熱）    
ゲートバルブ１１５を開け、搬送治具１１６を処理室１０内部に前進させ、基板ホルダ１１０上に突出した状態にあるリフトピン１１２上に基板１１１を載置した後、後退しゲートバルブ１１５を閉じる。基板ホルダ１１０はヒータ（不図示）により予め加熱しておき、リフトピン１１２を下降させ、基板を基板ホルダ１１０上に載置して基板温度を５４０℃に上昇させる。
工程２（核生成反応サイト生成）
処理室１０にＡｒガスを２００ｍｌ／分導入し、バルブ１１４を調節して圧力を５０Ｐａとした後、３００Ｗの高周波電力を供給しプラズマ放電を３０秒間行った。これにより、基板１１１表面にＡｒイオンが照射され、シリコンナノ結晶の核生成反応サイト（欠陥）が形成される。  
工程３（真空排気）
高周波電力の供給及びＡｒガスの導入を停止し、３０秒間真空排気した。
工程４（シリコンナノ結晶成長）
モノシランガスを１００ｍｌ／分導入し、圧力を３０Ｐａに維持し９０秒間放置する。これにより、約４ｎｍ径のシリコン結晶粒が核生成反応サイトを核に基板全面わたり均一に形成された。
工程５（真空排気）      
モノシランガスの導入を停止し、処理室内を３０秒間真空排気した。
工程６（酸素ラジカル終端プロセス）
酸素ガスを２００ｍｌ／分導入し、圧力を５０Ｐａに安定させた後、３００Ｗの高周波電力を供給しプラズマ放電を３０秒間維持した。これにより、シリコンナノ結晶粒の表面は、酸素ラジカルによりＳｉ−Ｏの強い結合が形成され、安定的に終端される。  
工程７（真空排気）
高周波電力の供給及び酸素ガスの導入を停止し処理室内を３０秒間真空排気する。
以上の工程により、１層目の酸素終端のシリコンナノ結晶粒構造が形成される。シリコンナノ結晶構造体の薄膜の膜厚に応じて、以後、工程２から工程７を繰り返し行う。
【００３２】
所定の膜厚の薄膜を形成した後、リフトピン１１４を上昇させる。ここで、ゲートバルブ１１５を開け、搬送治具１１６を基板１１１と基板ホルダ１１０間に侵入させて基板を搬送治具１１６上に移送する。搬送治具を後退させ、ゲートバルブ１１５を閉じる。基板が冷却した後、外部に取り出してシリコンナノ結晶構造体の作製プロセスを完了する。
【００３３】
以上のプロセスで、工程２のＡｒイオンの、例えば、照射時間を変えることにより核生成反応サイトの密度を制御することができ、その結果、表面のシリコンナノ結晶密度も制御できる。さらに、ＡｒガスにＮ２又はＮＨ３ガスを混合し、その混合比に応じて核生成反応サイトの密度を制御する構成とすることにより、より高精度の密度制御が可能となる。
【００３４】
また、工程４の基板温度を調整して、シリコンナノ結晶粒の粒径を制御することができる。例えば、基板温度が５４０℃の場合、約４ｎｍのシリコン結晶となり、５８０℃で約１０ｎｍのシリコン結晶となる。従って、実用性の範囲でシリコンナノ結晶粒のサイズを制御するためには、基板温度制御性の高い作製装置が必要となる。また、シリコンナノ結晶の粒径は原料ガスの流量や成膜圧力にも依存することから、所望の粒径の構造体を得るためには、基板温度と流量及び圧力との相関関係をデータ化し、基板温度、流量及び圧力を精密に制御するのが望ましい。なお、モノシランガスの他、ジシランガスも好適に用いることができる。この場合、シランガスの場合に比べ熱分解効率が高いため、基板温度を低めに設定することができる。
【００３５】
また、工程６において、酸素ガスの代わりに一酸化窒素ガスを好適に用いることができる。この場合は、プラズマ条件などを特に変更する必要はない。さらに、シリコンナノ結晶は、酸素で終端する代わりに、放電ガスとして水素ガス、窒素ガス、アンモニアガスを用いて水素終端や窒素終端を行っても良い。
なお、以上の工程２及び工程６においては、プラズマ放電に容量結合型方式を用いたが、誘導結合型方式を用いることも可能である。
【００３６】
次に、以上のシリコンナノ結晶構造体を高感度電子顕微鏡で観察した結果を説明する。シリコンナノ結晶構造体は粒径約５ｎｍのシリコン結晶粒が成長する条件で第１層目のみを形成して作製した。得られた顕微鏡写真を図３に示す。写真の倍率は８０万倍であり、写真の長辺（横）の長さは１４０ｎｍに相当する。図が示すように、粒径の均一性に優れ、しかも充填密度の高い（１ｘ１０１２個／ｃｍ２）シリコンナノ結晶粒が成長していることが分かる。
【００３７】
また、本発明のシリコンナノ結晶構造体を用いて発光素子を作製し、陽極酸化処理により形成したシリコンナノ結晶構造体（ポーラスシリコン）を用いた場合と比較した。上述した方法でシリコン基板上にシリコンナノ結晶構造体を形成し、この上に反射防止効果を兼ねたＩＴＯ膜等の透明導電膜を上部電極として形成し、シリコン基板の裏面にはＡｕでオーミック電極を形成して、評価用の発光素子を作製した。
このようにして得られた発光素子は、陽極酸化処理によるシリコンナノ結晶構造薄膜（ポーラスシリコン）を用いた発光素子に比べ、２倍の発光効率が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のシリコンナノ結晶構造体薄膜の作製方法を示す概念図である。
【図２】シリコンナノ結晶構造体薄膜の作製装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図３】作製したシリコンナノ結晶構造体（１層）の高感度電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  処理室、
２０  ロードロック室、
１０１  高周波電源、
１０２  整合回路、
１０３  絶縁石、
１０４  プラズマ発生電極、
１０５  ガス導入配管、
１０６  ガス供給源、
１０７  高周波遮蔽板、」
１０８  処理室上蓋、
１０９  シール材、
１１０  基板ホルダ、
１１１  基板、
１１２ リフトピン、
１１３、１１７ 真空排気ポンプ、
１１４、１１８ バルブ、
１１５ ゲートバルブ、
１１６  搬送治具。
【図１】
2005236080.tif 000003
【図２】
2005236080.tif 000004
【図３】
2005236080.tif 000005