(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン物体形成対象基体を第１室に配置する工程と、
前記第１室に連通形成された第２室に１又は２以上のシリコンスパッタターゲットを設ける工程と、
前記第２室に水素ガスを導入し、該導入された水素ガスからスパッタリング用プラズマ生成装置にてケミカルスパッタリング用プラズマを生成させる工程と、
前記第２室に生成させた前記ケミカルスパッタリング用プラズマにて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シリコン物体形成寄与粒子を発生させ、該第２室から前記第１室へ到来する該シリコン物体形成寄与粒子により該第１室内に配置された前記シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体を形成する工程とを含み、
前記ケミカルスパッタリング用のプラズマは、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以下のプラズマであり、前記シリコン物体はシリコンドットであることを特徴とするシリコン物体形成方法。
【請求項２】
前記シリコンスパッタターゲットのうち少なくとも一つは、前記第２室に水素ガス及びシラン系ガスを導入し、該導入された水素ガス及びシラン系ガスをシリコン膜形成用プラズマ生成装置にてプラズマ化し、該プラズマにて該第２室の内壁に形成したシリコン膜からなるシリコンスパッタターゲットである請求項１記載のシリコン物体形成方法。
【請求項３】
前記シリコンスパッタターゲットのうち少なくとも一つは、予め準備されたシリコンスパッタターゲットを前記第２室内に後付け設置したものである請求項１記載のシリコン物体形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜形成用プラズマ生成装置は、前記第２室に導入される前記シリコン膜形成用の水素ガス及びシラン系ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電、直流放電、パルス放電及びホローカソード放電のうちから選ばれた放電方式を用いるプラズマ生成装置である請求項２記載のシリコン物体形成方法。
【請求項５】
前記スパッタリング用プラズマ生成装置は、前記第２室に導入されるケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための水素ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電、直流放電、パルス放電及びホローカソード放電のうちから選ばれた放電方式を用いるプラズマ生成装置である請求項１から４のいずれかに記載のシリコン物体形成方法。
【請求項６】
前記ケミカルスパッタリング用のプラズマは、電子密度が１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3のプラズマである請求項１から５のいずれかに記載のシリコン物体形成方法。
【請求項７】
前記発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕が３．０以下である請求項１から６のいずれかに記載のシリコン物体形成方法。
【請求項８】
前記シリコンドット形成における前記第１室及び第２室内圧力は０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａである請求項１から７のいずれかに記載のシリコン物体形成方法。
【請求項９】
シリコン物体形成対象基体を支持する基体ホルダを有する第１室と、
前記第１室に連通形成された第２室と、
前記第１室及び第２室から排気する排気装置と、
前記第２室に設けられるシリコンスパッタターゲットと、
前記第２室に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置から前記第２室に供給される水素ガスからケミカルスパッタリング用プラズマを生成させるスパッタリング用プラズマ生成装置と、
前記第２室内での前記ケミカルスパッタリング用プラズマのプラズマ発光における波長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〕を求めるプラズマ発光分光計測装置とを含んでおり、
前記第２室において生成させる前記ケミカルスパッタリング用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形成されて前記第１室へ到来するシリコン物体形成寄与粒子により前記基体ホルダに支持される前記シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体としてシリコンドットを形成できることを特徴とするシリコン物体形成装置。
【請求項１０】
シリコン物体形成対象基体を支持する基体ホルダを有する第１室と、
前記第１室に連通形成された第２室と、
前記第１室及び第２室から排気する排気装置と、
前記第２室に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、
前記第２室にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給装置と、
前記第２室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から該第２室の内壁にシリコン膜を形成するためのプラズマを生成させるシリコン膜形成用プラズマ生成装置と、
前記第２室内壁へのシリコン膜形成後に前記水素ガス供給装置から該第２室に供給される水素ガスからケミカルスパッタリング用プラズマを生成させるスパッタリング用プラズマ生成装置と、
前記第２室内での前記ケミカルスパッタリング用プラズマのプラズマ発光における波長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〕を求めるプラズマ発光分光計測装置とを含んでおり、
前記第２室の内壁に形成される前記シリコン膜をシリコンスパッタターゲットとして該ターゲットを該第２室に生成されるケミカルスパッタリング用プラズマにてケミカルスパッタリングさせ、該ケミカルスパッタリングにより形成されて前記第１室へ到来するシリコン物体形成寄与粒子により前記基体ホルダに支持される前記シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体としてシリコンドットを形成できることを特徴とするシリコン物体形成装置。
【請求項１１】
前記シリコン膜形成用プラズマ生成装置は、前記第２室に導入される前記シリコン膜形成用の水素ガス及びシラン系ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電、直流放電、パルス放電及びホローカソード放電のうちから選ばれた放電方式を用いるプラズマ生成装置である請求項１０記載のシリコン物体形成装置。
【請求項１２】
前記スパッタリング用プラズマ生成装置は、前記第２室に導入される前記ケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための水素ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電、直流放電、パルス放電及びホローカソード放電のうちから選ばれた放電方式を用いるプラズマ生成装置である請求項９、１０又は１１記載のシリコン物体形成装置。
【請求項１３】
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室内の前記ケミカルスパッタリング用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、前記スパッタリング用プラズマ生成装置、該ケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための、前記水素ガス供給装置から前記第２室内へ供給される水素ガスの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る請求項９から１２のいずれかに記載のシリコン物体形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基体上にシリコン物体を形成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで言う「シリコン物体」とは、シリコンドット、すなわち、微小サイズのシリコンのドット( 所謂シリコンナノ粒子) 、かかるシリコンドットの群れからなる膜（換言すれば、膜状に群れたシリコンドット）、結晶性シリコン薄膜などを指しているが、シリコンドットは、例えば、単一電子デバイス等のための電子デバイス材料や発光材料などとして用いられる。
結晶性シリコン薄膜は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチの材料として、また、各種集積回路、太陽電池等の作製に採用されている。
【０００３】
シリコンドットの形成方法としては、シリコンを不活性ガス中でエキシマレーザー等を用いて加熱、蒸発させて基体上にシリコンドットを形成する物理的手法が知られており、また、ガス中蒸発法も知られている（神奈川県産業技術総合研究所研究報告No.9/2003 77〜78頁参照) 。後者は、レーザーに代えて高周波誘導加熱やアーク放電によりシリコンを加熱蒸発させて基体上にシリコンドットを形成する手法である。
【０００４】
また、ＣＶＤチャンバ内に材料ガスを導入し、加熱した基体上にシリコンナノ粒子を形成するＣＶＤ法も知られている（特開２００４−１７９６５８号公報参照）。
この方法では、シリコンナノ粒子成長のための核を基体上に形成する工程を経て、該核からシリコンナノ粒子を成長させる。
【０００５】
多結晶シリコン薄膜の形成については、被成膜基体の温度を８００℃以上に維持して低圧下にプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法やスパッタ蒸着法等のＰＶＤ法により形成する方法（例えば特開平５−２３４９１９号公報、特開平１１−５４４３２号公報参照）、各種ＣＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下にアモルファスシリコン薄膜を形成したのち、後処理として例えば１０００℃程度の熱処理或いは６００℃程度で長時間にわたる熱処理を該アモルファスシリコン薄膜に施して形成する方法（例えば特開平５−２１８３６８号公報参照）が知られている。さらに、アモルファスシリコン膜にレーザーアニール処理を施して該膜を結晶化させる方法も知られている（例えば特開平８−１２４８５２公報参照）。      
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７９６５８号公報
【特許文献２】特開平５−２３４９１９号公報
【特許文献３】特開平１１−５４４３２号公報
【特許文献４】特開平５−２１８３６８号公報
【特許文献５】特開平８−１２４８５２号公報
【非特許文献１】神奈川県産業技術総合研究所研究報告No.9/2003 77〜78頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、シリコンドットの形成については、シリコンをレーザー照射により加熱蒸発させる手法は、均一にエネルギー密度を制御してレーザーをシリコンに照射することが困難であり、シリコンドットの粒径や密度分布を揃えることが困難である。
ガス中蒸発法においても、シリコンの不均一な加熱が起こり、そのためにシリコンドットの粒径や密度分布を揃えることが困難である。
【０００８】
また、特開２００４−１７９６５８号公報に記載されているようなＣＶＤ法においては、核を基体上に形成するにあたり、基体を５５０℃程度以上に加熱しなければならず、耐熱温度の低い基体（例えば低融点ガラス基板）を採用できず、基体材料の選択可能範囲がそれだけ制限される。
【０００９】
結晶性シリコン薄膜の形成については、既述の方法のうち、被成膜基体を高温にさらす方法では、膜形成する基体として高温に耐え得る高価な基体（例えば石英ガラス基板）を採用しなければならず、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板への結晶性シリコン薄膜の形成は困難である。そのため、結晶性シリコン薄膜の製造コストが基体コストの面から高くなってしまう。アモルファスシリコン膜を高温下に熱処理する場合も同様の問題がある。
【００１０】
アモルファスシリコン膜をレーザーアニール処理する場合には、比較的低温下に結晶性シリコン膜を得ることができるが、レーザー照射工程を必要とすることや、非常に高いエネルギー密度のレーザー光を照射しなければならないこと等から、この場合も結晶性シリコン薄膜の製造コストが高くなってしまう。また、レーザー光を膜の各部に均一に照射することは難しく、さらにレーザー照射により水素脱離が生じて膜表面が荒れることもあり、これらにより良質の結晶性シリコン薄膜を得ることは困難である。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来のシリコンドット形成や結晶性シリコン薄膜形成と比べると、比較的低温下で、シリコン物体形成対象基体上に所望のシリコン物体を形成できる方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１２】
具体的には、例えば、従来のシリコンドット形成と比べると、比較的低温下で、基体上に直接、粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成できる方法及び装置を提供することを課題とする。
また、例えば、従来の結晶性シリコン薄膜形成と比べると、比較的低温下で、基体上に良質の結晶性シリコン薄膜を形成できる方法及び装置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】
【００１３】
本発明者はかかる課題を解決するため研究を重ね、次のことを知見するに至った。
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（反応性スパッタリング）することで、比較的低温で（例えば５００℃以下の温度で）、シリコン物体形成対象基体上に所望のシリコン物体を形成できる。
【００１４】
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（反応性スパッタリング）することで、比較的低温でシリコン物体形成対象基体上に直接、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。
【００１５】
例えば、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、或いは粒径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体上に形成することが可能である。
【００１６】
ここで、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。
【００１７】
また、例えば、シリコンスパッタターゲットを、プラズマ発光における波長６５６ｎｍにピークを示す水素原子ラジカルの発光スペクトル強度Ｈαと波長４１４ｎｍでのシランラジカルの発光スペクトル強度ＳｉＨ* との比（Ｈα／ＳｉＨ* ）が０．３〜１．３のプラズマでケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）し、スパッタリングされた原子と水素プラズマによる励起効果及びシリコン物体形成対象基体の堆積膜表面と水素ラジカルの反応などにより該基体上に膜を堆積形成すれば、結晶性を示し、表面粗度の小さい、良質の結晶性シリコン膜が形成される。
【００１８】
しかも、比較的低温下に膜形成でき、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板への結晶性シリコン薄膜の形成も可能であり、それだけ安価に基体上に結晶性シリコン薄膜を形成できる。
【００１９】
また、シリコンドット、結晶性シリコン薄膜等のいずれの形成の場合でも、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にあたっては、シリコン物体形成対象基体を配置する、換言すればシリコン物体を形成するための室（第１室）にシリコンスパッタターゲットを配置し、該室において水素ガスからケミカルスパッタリングたのためのプラズマを生成させるのではなく、第１室に第２室を連通形成し、該第２室にシリコンスパッタターゲットを配置し、該第２室においてケミカルスパッタリング用プラズマを生成させ、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させて、ＳｉＨ3 ラジカルのような水素化シリコン励起種などの、目的とするシリコン物体の形成に寄与する粒子を形成し、該第２室から第１室へ到来してくる該シリコン物体形成寄与粒子により基体上にシリコンドット、結晶性シリコン薄膜などのシリコン物体を形成することが可能である。
【００２０】
そうすることで、第１室の形状等に左右されることなくシリコンスパッタターゲットを選択できる幅が広がる。例えば、第１室の形状に左右されない単純形状のシリコンスパッタターゲットの採用が可能になる。このようにシリコンスパッタターゲットにつき、その形状等の選択の自由度が大きくなる。
【００２１】
さらに、シリコン物体を形成するための第１室に左右されることなく、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させるための第２室を含む部分の構造等（例えばプラズマ生成のための放電方式とそのための構造）につき選択できる幅が広がるとともに、これら部分のメイテナンスも容易になる。
【００２２】
〔１〕シリコン物体形成方法
かかる知見に基づき、本発明は、
シリコン物体形成対象基体を第１室に配置する工程と、
前記第１室に連通形成された第２室に１又は２以上のシリコンスパッタターゲットを設ける工程と、
前記第２室に水素ガスを導入し、該導入された水素ガスからスパッタリング用プラズマ生成装置にてケミカルスパッタリング用プラズマを生成させる工程と、
前記第２室に生成させた前記ケミカルスパッタリング用プラズマにて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シリコン物体形成寄与粒子を発生させ、該第２室から前記第１室へ到来する該シリコン物体形成寄与粒子により該第１室内に配置された前記シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体を形成する工程と
を含むシリコン物体形成方法を提供する。
ここで「シリコン物体形成寄与粒子」とは、シリコン励起種（例えば、ＳｉＨ3 等の水素化シリコン励起種）などの、目的とするシリコン物体の形成に寄与する粒子である。
【００２３】
かかるシリコン物体形成方法によると、低温で（例えば５００℃以下の低温で）シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体を形成することができる。
例えば、シリコン物体として、基体上に直接、粒径の揃った結晶性のシリコンドット（「シリコンドットの群れからなる膜」、換言すれば、「膜状に群れとなったシリコンドット」である場合も含む）を均一な密度分布で形成することが可能である。結晶性シリコン薄膜を形成することも可能である。
【００２４】
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。
【００２５】
シリコンスパッタターゲットは、市場で入手できるシリコンスパッタターゲット等の予め準備されたものを前記第２室に後付け設置して用いてもよいが、前記シリコンスパッタターゲットのうち少なくとも一つは、前記第２室内にシラン系ガス及び水素ガスを導入し、これらガスをシリコン膜形成用プラズマ生成装置にてプラズマ化し、該プラズマにより該第２室の内壁に形成したシリコン膜からなるシリコンスパッタターゲットであってもよい。
【００２６】
この場合、第２室の内壁にシリコンスパッタターゲットとなるシリコン膜を形成するので、市販のシリコンスパッタターゲットを第２室に後付け配置する場合よりも大面積のシリコンスパッタターゲットを容易に得ることができ、それだけ、シリコン励起種等のシリコン物体形成寄与粒子を豊富に発生させて、基体の広い面積にわたり、均一にシリコン物体（シリコンドットや結晶性シリコン薄膜）を形成し易くなる。
【００２７】
なお、ここでの「第２室の内壁」は、第２室を形成している室壁の内面そのものであってもよいし、かかる室壁の内側に設けた内壁であってもよいし、これらの組み合わせでもよい。
【００２８】
また、シリコンスパッタターゲットがこのように第２室の内壁のシリコン膜であると、シリコンスパッタターゲットを外気に触れさせないでおけるので、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物体を形成できる。例えば、低温で（例えば基体温度が５００℃以下の低温で）、基体上に、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。また、例えば、低温で（例えば基体温度が５００℃以下の低温で）、基体上に、良質の結晶性シリコン薄膜を形成することも可能である。      
【００２９】
前記シリコンスパッタターゲットは、既述のとおり、予め準備されたシリコンスパッタターゲット（例えば市販のシリコンスパッタターゲット）を、前記第２室内に後付け設置したものであってもよい。
さらに言えば、シリコンスパッタターゲットのうち少なくとも一つ（換言すればシリコンスパッタターゲットの全部又は一部）は、予め準備されたシリコンスパッタターゲット（例えば市販のシリコンスパッタターゲット）を、前記第２室内に後付け設置したものであってもよい。
【００３０】
かかる予め準備された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。
【００３１】
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、形成するシリコン物体の用途に応じて適宜選択できる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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用ガスには既述のとおり水素ガスを用いるのであるが、この場合、該水素ガスは、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）〕と混合されたものでもよい。
【００３５】
本発明に係るシリコン物体形成方法においては、前記第２室にスパッタリング用プラズマ生成のためのガスとして水素ガスを導入し、該水素ガスからスパッタリング用プラズマ生成装置によりプラズマを生成させ、該プラズマのもと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してシリコン物体形成寄与粒子を発生させる。このシリコン物体形成寄与粒子は第２室から、予めシリコン物体形成対象基体を配置した前記第１室へ移行する。かくして、第１室において、該シリコン物体形成寄与粒子により基体上にシリコン物体が形成される。
【００３６】
例えば、そのとき、５００℃以下の低温で（換言すれば、基体温度を５００℃以下の低温として）、基体上に直接、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可能である。また、例えば、低温で（例えば基体温度が５００℃以下の低温で）、基体上に、結晶性シリコン薄膜を形成することも可能である。
【００３７】
前記第２室で、水素ガスから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用プラズマを発生させる場合、該ケミカルスパッタリング用プラズマは、電子密度が１０10／ｃｍ3 （１０10ｃｍ-3）以上のプラズマであることが好ましい。
【００３８】
ケミカルスパッタリング用プラズマ中の電子密度が１０10／ｃｍ3 より小さくなってくると、シリコン物体（シリコンドットや結晶性シリコン）の結晶化度が低下したり、シリコン物体形成速度が低下したりしてくる。しかし、かかる電子密度があまり大きくなりすぎると、かえって形成されるシリコン物体がダメージを受けたり、基体がダメージを受けたりするようになってくる。そこで、ケミカルスパッタリング用プラズマ中の電子密度の上限としては、１０12／ｃｍ3 （１０12ｃｍ-3）程度を挙げることができる。
【００３９】
かかる電子密度は、スパッタリング用プラズマ生成装置〔例えば、それにより水素ガスへ印加されるプラズマ化用電力（電力の大きさや、周波数等）〕、第１室及び第２室内の圧力等のうち少なくとも一つを制御することで調整できる。電子密度は、例えば、ラングミューアプローブ法により確認できる。
【００４０】
（１−１）シリコンドットを形成する場合
以上説明したシリコン物体形成方法によりシリコンドットを形成する場合において、シリコンスパッタターゲットとなるシリコン膜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を形成するときには、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。
【００４１】
シリコン膜形成のための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、５００℃以下の低温でシリコン物体形成対象基体上にシリンコンドットを形成するに適した良質のシリコン膜（シリコンスパッタターゲット）が第２室の内壁に円滑に形成される。
なお、シリコン物体として結晶性シリコン膜を形成する場合においても、シリコンスパッタターゲットとなるシリコン膜を第２室の内壁に形成するときには、結晶性シリコン薄膜を形成するに適した良質のシリコン膜（シリコンスパッタターゲット）を得るうえで、シリコン膜形成のための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以下に設定してもよい。
【００４２】
本発明に係るシリコン物体形成方法において、シリコンドットを形成する場合には、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水素ガス由来のスパッタリング用プラズマ形成においても、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。
【００４３】
このように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。
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用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、基体温度を５００℃以下の低温として）、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体上に形成できる。
【００４４】
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、基体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。
【００４５】
しかし、発光強度比の値があまり小さすぎると、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。
【００４６】
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、スパッタリング用プラズマ生成装置（例えば、それにより水素ガスへ印加される電力（例えば周波数や電力の大きさ））、シリコンドット形成時の第１及び第２室内のガス圧、第２室内へ導入する水素ガスの量等の制御により行える。
【００４７】
前記のようにスパッタリング用ガスとして水素ガスを採用する場合、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体上に結晶核の形成が促進され、該核からシリコンドットを成長させることが可能である。
【００４８】
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、予めシリコン物体形成対象基体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体上で高密度となりつつも均一化される。
【００４９】
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、基体上に結晶方位と粒径サイズの揃ったシリコンドットを高密度且つ均一分布で形成することが可能である。
【００５０】
以上説明したシリコン物体形成方法によるシリコンドットの形成では、シリコン物体形成対象基体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。
【００５１】
かかるシリコン物体形成方法によるシリコンドットの形成では、５００℃以下の低温下で（換言すれば、基体温度を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、基体温度を４００℃以下として）、基体上にシリコンドットを形成できるので、基体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となる。
【００５２】
このように、低温下でシリコンドットを形成できるが、シリコン物体形成対象基体温度が低すぎると、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２００℃以上の温度で（換言すれば、基体温度を概ね２００℃以上として）シリコンドットを形成することが望ましい。
【００５３】
前記いずれのシリコンドット形成においても、スパッタリング用プラズマ形成時の第１室及び第２室の内圧（換言すればシリコンドット形成時の第１、第２室の内圧）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、基体上にはアモルファスシリコンが多くできるようになる。
【００５４】
シリコンスパッタターゲットとして予め準備された、例えば市販のシリコンスパッタターゲットを利用するシリコン物体形成方法のように、シリコンスパッタリングターゲットを第２室内に後付け配置する場合、該ターゲットの該第２室内における配置としては、これがスパッタリング用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、第２室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。第２室内に独立して配置してもよい。第２室の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。
この点は、後述する結晶性シリコン薄膜の場合も同様である。
【００５５】
第２室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第２室の内壁面に沿って配置すると、第２室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。第２室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。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。
結晶性シリコン薄膜を形成するときにも、同様に、シリコンスパッタターゲットを加熱してもよい。
【００５６】
（１−２）結晶性シリコン薄膜を形成する場合
本発明に係るシリコン物体形成方法により結晶性シリコン薄膜を形成する場合、前記ケミカルスパッタリング用のプラズマは、プラズマ発光における波長６５６ｎｍでの水素原子ラジカルの発光スペクトル強度Ｈαと波長４１４ｎｍでのシランラジカルの発光スペクトル強度ＳｉＨ* との比（Ｈα／ＳｉＨ* ）が０．３〜１．３のプラズマとすることが望ましい。
【００５７】
シリコンスパッタターゲットをＨα／ＳｉＨ* が０．３〜１．３であるプラズマでケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）し、これによりスパッタリングされた原子と水素プラズマによる励起効果及び被成膜物品の堆積膜表面と水素ラジカルの反応などにより被成膜物品上に膜を堆積形成すれば、結晶性を示し、表面粗度の小さい、良質の結晶性シリコン膜が形成される。
しかも、比較的低温下に膜形成でき、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板への結晶性シリコン薄膜の形成も可能であり、それだけ安価に基体上に結晶性シリコン薄膜を形成できる。
【００５８】
ここでＳｉＨ* は、第２室内に導入される水素ガスがスパッタリング用プラズマ生成装置によりプラズマ化されて生成される水素ガスプラズマによるシリコンスパッタターゲットのスパッタリングにより発生してプラズマ中に存在するシランラジカルの発光スペクトル強度（波長４１４ｎｍ）であり、Ｈαはプラズマ発光分光により波長６５６ｎｍにピークを示す水素原子ラジカルの発光スペクトル強度である。
【００５９】
Ｈα／ＳｉＨ* はプラズマ中の水素ラジカルの豊富さを示しており、この値が０．３より小さくなってくると、形成される膜の結晶性が低下し、１．３より大きくなってくると、かえって膜形成が困難になってくる。
【００６０】
Ｈα／ＳｉＨ* の値は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、Ｈα／ＳｉＨ* の制御は、スパッタリング用プラズマ生成装置（例えば、それにより水素ガスへ印加される電力（例えば周波数や電力の大きさ））、結晶性シリコン薄膜形成時の第１及び第２室内のガス圧、第２室内へ導入する水素ガスの量等の制御により行える。
【００６１】
結晶性シリコン薄膜の形成においては、ケミカルスパッタリング用プラズマのポテンシャルは１５ｅＶ〜４５ｅＶ程度であることが好ましく、電子密度は１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3程度であることが好ましい。また、第１及び第２室内の圧力（成膜圧力）は、０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａ（約５ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒ）程度であることが好ましい。
【００６２】
結晶性シリコン薄膜形成におけるプラズマポテンシャルが１５ｅｖより低くなってくると、結晶性が低下してくるし、４５ｅＶより高くなってきても結晶化が阻害されやすくなる。
また、プラズマ中の電子密度が１０10ｃｍ-3より小さくなってくると、結晶化度が低下したり、膜形成速度が低下したりし、１０12ｃｍ-3より大きくなってくると、膜及び被成膜基体がダメージを受けやすくなる。
【００６３】
結晶性シリコン薄膜形成における室内圧力が０．６Ｐａ（約５ｍＴｏｒｒ）より低くなってくると、膜形成速度が低下してくる。１３．４Ｐａ（約１００ｍＴｏｒｒ）より高くなってくると、プラズマが不安定になったり、膜の結晶性が低下したりする。
かかるプラズマポテンシャルやプラズマの電子密度は、スパッタリング用プラズマ生成装置〔例えば、それによる水素ガスへの印加電力（電力の大きさ及び（又は）周波数等）、成膜圧等のうち少なくとも一つを制御することで調整できる。
【００６４】
（１−３）スパッタリング用プラズマ生成装置
前記スパッタリング用プラズマ生成装置としては、前記第２室に導入されるケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための水素ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電（電子サイクロトロン共鳴放電）、直流放電、パルス放電、ホローカソード放電等の放電方式を用いるプラズマ生成装置を例示できる。      
【００６５】
高周波放電方式を採用するプラズマ生成装置を例にとると、第２室内へ導入される水素ガスへの高周波電力の印加は、電極を用いて行う。その場合、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。誘導結合型プラズマを発生させるために誘導結合型電極（高周波アンテナ）を採用するとき、それは第２室内に配置することも、第２室外に配置することもできる。
【００６６】
誘導結合型電極（高周波アンテナ）を採用すると、容量結合型電極を採用する場合より、高密度で均一なプラズマを得やすい。また、誘導結合型アンテナは、室外部に配置するよりも内部に配置する方が、投入される高周波電力の利用効率が向上する。
【００６７】
第２室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物（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、石英ガラス等）で被覆して、高密度プラズマの維持、自己バイアスによる電極表面のスパッタリングによるシリコン物体（シリコンドットや結晶性シリコン膜）への不純物の混入抑制等を図ってもよい。
【００６８】
第２室に対し高周波放電電極からの放電を誘導結合方式で行う場合、第２室内部は水素ラジカル及び水素イオンに富んだ状態となる。
本発明者は、誘導結合方式により水素ガスをプラズマ化し、プラズマ発光分光することで、該プラズマにおいてＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）が支配的となることを観測している。ＨαやＨβが豊富であることは水素ラジカル濃度が高いことを意味している。この点は、ＨαやＨβが乏しくなる容量結合方式によるプラズマ生成の場合と大きく異なっている。
【００６９】
誘導結合方式による高周波電力印加により形成されたプラズマのプラズマポテンシャルは、条件にもよるが、例えば約２０ｅＶ程度であり、いずれにしてもかなり低いので、通常の物理的なスパッタリングは起こり難い。しかし、本発明者はプラズマ発光分光によりＳｉ（２８８ｎｍ）の存在を観測している。これはシリコンスパッタターゲット表面における、水素ラジカル及び水素イオンによるケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）によるものである。
【００７０】
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。
【００７１】
（１−４）シリコン膜形成用プラズマ生成装置
前記シリコン膜形成用プラズマ生成装置についても、前記第２室に導入されるシリコン膜形成のための水素ガス及びシラン系ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電（電子サイクロトロン共鳴放電）、直流放電、パルス放電、ホローカソード放電等の放電方式を用いるプラズマ生成装置を例示できる。
【００７２】
〔２〕シリコン物体形成装置
以上、シリコン物体形成方法について説明してきたが、本発明は、次の第１、第２のシリコン物体形成装置も提供する。
（１）第１のシリコン物体形成装置
シリコン物体形成対象基体を支持する基体ホルダを有する第１室と、
前記第１室に連通形成された第２室と、
前記第１室及び第２室から排気する排気装置と、
前記第２室に設けられるシリコンスパッタターゲットと、
前記第２室に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置から前記第２室に供給される水素ガスからケミカルスパッタリング用プラズマを生成させるスパッタリング用プラズマ生成装置とを備え、
前記第２室において生成させる前記ケミカルスパッタリング用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形成されて前記第１室へ到来するシリコン物体形成寄与粒子により前記基体ホルダに支持される前記シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体を形成できるシリコン物体形成装置。
【００７３】
（２）第２のシリコン物体形成装置
シリコン物体形成対象基体を支持する基体ホルダを有する第１室と、
前記第１室に連通形成された第２室と、
前記第１室及び第２室から排気する排気装置と、
前記第２室に水素ガスを供給する水素ガス供給装置と、
前記第２室にシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給装置と、
前記第２室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から該第２室の内壁にシリコン膜を形成するためのプラズマを生成させるシリコン膜形成用プラズマ生成装置と、
前記第２室内壁へのシリコン膜形成後に前記水素ガス供給装置から該第２室に供給される水素ガスからケミカルスパッタリング用プラズマを生成させるスパッタリング用プラズマ生成装置とを備え、
前記第２室の内壁に形成される前記シリコン膜をシリコンスパッタターゲットとして該ターゲットを該第２室に生成されるケミカルスパッタリング用プラズマにてケミカルスパッタリングさせ、該ケミカルスパッタリングにより形成されて前記第１室へ到来するシリコン物体形成寄与粒子により前記基体ホルダに支持される前記シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体を形成できるシリコン物体形成装置。
【００７４】
かかるスパッタリング用プラズマ生成装置としては、前記第２室に導入される前記ケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための水素ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電（電子サイクロトロン共鳴放電）、直流放電、パルス放電、ホローカソード放電等の放電方式を用いるプラズマ生成装置を例示できる。
【００７５】
シリコン膜形成用プラズマ生成装置についても、前記第２室に導入される前記シリコン膜形成用の水素ガス及びシラン系ガスにプラズマ化用電力を印加するための放電方式として、高周波放電、マイクロ波放電（電子サイクロトロン共鳴放電）、直流放電、パルス放電、ホローカソード放電等の放電方式を用いるプラズマ生成装置を例示できる。
第２のシリコン物体形成装置におけるシリコン膜形成用プラズマ生成装置とスパッタリング用プラズマ生成装置とは、互いに一部又は全部が共通であってもよい。
【００７６】
いずれのシリコン物体形成装置においても、水素ガス供給装置から供給される水素ガスは例えば希ガスが混合されたものでもよい。
【００７７】
いずれのシリコン物体形成装置によっても、低温で（例えば５００℃以下の低温で）シリコン物体形成対象基体上にシリコン物体を形成することができる。
例えば、シリコン物体として、基体上に直接、粒径の揃った結晶性のシリコンドット（「シリコンドットの群れからなる膜」、換言すれば、「膜状に群れとなったシリコンドット」である場合も含む）を均一な密度分布で形成することが可能である。結晶性シリコン薄膜を形成することも可能である。
【００７８】
第１、第２のいずれのシリコン物体形成装置においても、シリコンドットを形成するものでは、前記第２室内での前記ケミカルスパッタリング用プラズマのプラズマ発光における波長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〕を求めるプラズマ発光分光計測装置を含んでいてもよい。
【００７９】
この場合、該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室内の前記ケミカルスパッタリング用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、前記スパッタリング用プラズマ生成装置〔例えばこれにより水素ガスに印加されるプラズマ化用電力（電力の大きさ及び（又は）周波数等）〕、該ケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための、前記水素ガス供給装置から前記第２室内へ供給される水素ガスの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。
【００８０】
かかる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。
【００８１】
第１、第２のいずれのシリコン物体形成装置においても、結晶性シリコン薄膜を形成するものでは、前記第２室内での前記ケミカルスパッタリング用プラズマのプラズマ発光における波長６５６ｎｍでの水素原子ラジカルの発光スペクトル強度Ｈαと波長４１４ｎｍでのシランラジカルの発光スペクトル強度ＳｉＨ* との発光強度比（Ｈα／ＳｉＨ* ）を求めるプラズマ発光分光計測装置をさらに含んでいてもよい。
【００８２】
この場合、前記発光分光計測装置で求められる発光強度比（Ｈα／ＳｉＨ* ）と０．３以上１．３以下の範囲から定められた基準値とを比較して、前記第２室内でのケミカルスパッタリング用プラズマにおける発光強度比（Ｈα／ＳｉＨ* ）が該基準値に向かうように、前記スパッタリング用プラズマ生成装置〔例えばこれにより水素ガスに印加されるプラズマ化用電力（電力の大きさ及び（又は）周波数等）〕、該ケミカルスパッタリング用プラズマ生成のための、前記水素ガス供給装置から前記第２室内へ供給される水素ガスの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。
【００８３】
かかる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６５６ｎｍでの水素原子ラジカルの発光スペクトル強度Ｈαを検出する第１検出部と、プラズマ発光における波長４１４ｎｍでのシランラジカルの発光スペクトル強度ＳｉＨ* 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スペクトル強度Ｈαと該第２検出部で検出される発光スペクトル強度ＳｉＨ* との比（Ｈα／ＳｉＨ* ）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。
【００８４】
本発明に係るシリコン物体形成方法及び装置においては、シリコン物体形成対象基体を配置する第１室に対し、シリコンスパッタターゲットを配置し、これをケミカルスパッタリングするための第２室を採用しているので、第１室の形状等に左右されることなくシリコンスパッタターゲットを選択できる幅が広がる。例えば、第１室の形状に左右されない単純形状のシリコンスパッタターゲットの採用が可能になる。このようにシリコンスパッタターゲットにつき、その形状等の選択の自由度が大きくなる。
【００８５】
また、シリコン物体を形成するための第１室に左右されずに、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させるための第２室を含む部分の構造等（例えばプラズマ生成のための放電方式とそのための構造）につき選択できる幅が広がるとともに、これら部分のメイテナンスも容易になる。
【発明の効果】
【００８６】
以上説明したように本発明によると、従来のシリコンドット形成や結晶性シリコン薄膜形成と比べると、比較的低温下で、シリコン物体形成対象基体上に所望のシリコン物体を形成できる方法及び装置を提供することができる。
【００８７】
具体的には、例えば、従来のシリコンドット形成と比べると、比較的低温下で、基体上に直接、粒径の揃ったシリコンドットを均一な密度分布で形成できる方法及び装置を提供することができる。
また、例えば、従来の結晶性シリコン薄膜形成と比べると、比較的低温下で、基体上に良質の結晶性シリコン薄膜を形成できる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】
【００８８】
以下図面を参照してシリコン物体形成装置の例とそれによるシリコン物体形成方法等について説明する。
〔１〕シリコン物体形成装置（装置Ａ）と装置Ａによるシリコンドット形成
＜シリコン物体形成装置（装置Ａ）について＞
図１はシリコン物体形成装置の１例の概略構成を示している。
図１に示す装置Ａは、板状のシリコン物体形成対象基体Ｓにシリコンドットを形成するもので、第１室１及び第１室に左右一対に連通形成された第２室２を含んでいる。室１と各室２間の開口は、必要に応じ、或いはそうした方が望ましい場合に、開閉可能のシャッタ１１で閉じることができる。第１室１内には基板ホルダ３が設置されている。ホルダ３には該ホルダ上に設置される基板Ｓを加熱するヒータ３１を有している。また、第１室１には排気装置ＥＸが接続されている。
【００８９】
各第２室２は、第１室１に向け開口している。各第２室２内には、上下に設置された放電用電極４１、４２があり、一方の電極４１はマッチングボックス４３を介して放電用高周波電源４４に接続されている。他方の電極４２は接地電極である。電極４１、４２は絶縁性部材２１を介して室壁に保持されている。
【００９０】
各第２室２は、それらに共通の水素ガス供給装置５に接続されている。
前記の電極４１、４２、マッチングボックス４３、電源４４等は、水素ガス供給装置５から供給される水素ガスに高周波電力を印加して該ガスをプラズマ化させるプラズマ生成装置４を構成している。
【００９１】
また、各第２室２内にはシリコンスパッタターゲットＴ１が設置されている。シリコンスパッタターゲットＴ１は、本例では電極４１、４２のそれぞれの表面に貼り付けられている。なお、シリコンスパッタターゲットＴ１の配置位置はこれに限定されるものではない。後述する該ターゲットのケミカルスパッタリングが可能な位置であればよい。
【００９２】
さらに、一方の第２室２には、第２室内に形成されるプラズマの状態を計測するためのプラズマ発光分光計測装置６も付設されている。
【００９３】
シリコンスパッタターゲットは、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）。
【００９４】
前記プラズマ生成装置４における各高周波電源４４は、出力可変の電源であり、例えば周波数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。
第１及び第２の室１、２、基板ホルダ３はいずれも接地されている。
【００９５】
前記の水素ガス供給装置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おり、各第２室２に実質上同じ供給量で水素ガスを供給できる。
排気装置ＥＸ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。
【００９６】
発光分光計測装置６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。発光分光計測装置６は一方の（図１例では左側の）第２室２に対してのみ設けられている。しかし、水素ガス供給装置５は各室２に同じ供給量で水素ガスを供給すること、各プラズマ生成装置４の電源４４は同じ電力を電極４１に印加すること等から、一方の室２で計測したプラズマ状態は、他方の室２におけるプラズマ状態でもあるとみなすことができる。
【００９７】
かかる発光分光計測装置６の具体例として、図２（Ａ）に示すように、第２室２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６１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６２と、分光器６１、６２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６３とを含んでいるものを挙げることができる。なお、分光器６１、６２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。
【００９８】
＜装置Ａによるシリコンドット形成＞  
次に、シリコン物体形成装置Ａによる基板Ｓへのシコンドット形成例について説明する。
シリコンドット形成は、室１、２内の圧力を０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａの範囲のものに維持して行う。これら室内圧力は、図示を省略しているが、例えば該室１又は室２に接続した圧力センサで知ることができる。室１、２内の圧力は厳密には異なってくる場合があるが、両室は連通しているので、例えば第２室２内の圧力をもって室１、２内の圧力とみなしても、実用上差し支えない。
【００９９】
先ず、シリコンドット形成に先立って、室１、２から排気装置ＥＸにて排気を開始する。排気装置ＥＸにおけるコンダクタンスバルブ（図示省略）は室１、２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ＥＸの運転により室１、２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、水素ガス供給装置５から第２室２内へ水素ガスの導入を開始するとともに電源４４から電極４１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。
【０１００】
かくて発生したガスプラズマから、発光分光計測装置６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、水素ガス導入量、室内圧力等を決定する。      
【０１０１】
高周波電力の大きさについては、電極４１に印加する高周波電力の電力密度〔印加電力（Ｗ：ワット）／第２室容積（Ｌ：リットル）〕が５Ｗ／Ｌ〜１００Ｗ／Ｌに、或いは５Ｗ／Ｌ〜５０Ｗ／Ｌ程度に納まるように決定することが望ましい。
なお、第１室１の容積は、第２室２の容積に対し、１０倍〜１００倍程度を例示できるが、さらに大きくてもよい。場合によっては（例えば、放電方式、第２室の数等によっては）、例えば４００倍〜５００倍程度も考えられる。
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。
【０１０２】
シリコンドット形成においては、室１内の基板ホルダ３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３１にて５００℃以下の温度、例えば４００℃に加熱する。また、排気装置ＥＸの運転にて室１、２内をシリコンドット形成のための圧力に維持しつつ各室２内にガス供給装置５から水素ガスを導入し、電源４４から放電電極４１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。
【０１０３】
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、該プラズマにてシリコンスパッタターゲットＴ１をケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）する。
【０１０４】
かかるシリコンスパッタターゲットＴ１のケミカルスパッタリングにより、シリコン励起種（例えばＳｉＨ3 等の水素化シリコン励起種）などの、シリコンドット形成寄与粒子ｐが発生し、かかるシリコンドット形成寄与粒子ｐが室２から室１へ飛来する。かくして、室１内へ到来したシリコンドット形成寄与粒子のもとで、基板Ｓ表面に結晶性を示す微小粒径（例えば粒径２０ｎｍ以下）のシリコンドットが形成される。
【０１０５】
＜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室２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。
【０１０６】
すなわち、図３に示すように、前記の装置Ａにおいて、当初は、第１室１内に基板Ｓを未だ配置せずに（或いは、基板Ｓが配置されているときはシャッタ１１を閉じて）、第２室２内へ、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７からシラン系ガスを導入し、これらガスに電源４４から高周波電力を印加してプラズマ化し、該プラズマにより第２室２の内壁（室２の室壁そのものでよく、室壁の内側に設けた内壁でもよく、それらの組み合わせでもよい）にシリコン膜を形成し、これをシリコンスパッタターゲットとして用いるのである。
【０１０７】
前記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。
【０１０８】
シラン系ガス供給装置７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。
【０１０９】
図３では、かくして形成されるシリコン膜の一部をターゲットＴ２として示してある。  かかるシリコン膜形成においては、室２のシリコン膜形成対象内壁を外部ヒータで加熱してもよい。
【０１１０】
このようにして室２内にシリコンスパッタターゲットＴ２を形成したのち、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
＜発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕制御の他の例＞
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４４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７によるシラン系ガス供給量）、排気装置ＥＸによる排気量等の制御は、発光分光計測装置６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。
【０１１３】
しかし、図２（Ｂ）に示すように、発光分光計測装置６の演算部６３で求められた発光強度比〔Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ〕を制御部６Ｃに入力してもよい。そして、かかる制御部６Ｃとして、演算部６３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４４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量（或いはさらにシラン系ガス供給装置７によるシラン系ガス供給量）及び排気装置ＥＸ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。
【０１１４】
かかる制御部６Ｃの具体例として、排気装置ＥＸのコンダクタンスバルブを制御することで該装置ＥＸによる排気量を制御し、それにより室内ガス圧を、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。
【０１１５】
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ＥＸ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ＥＸによる排気量は、室１、２内の圧力が０．１Ｐａ〜１０．０Ｐａの範囲に納まるように決定する。
【０１１６】
電源４の出力は、電極４１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（Ｌは室２の容積〔リットル〕）。
【０１１７】
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、それらガスの室２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）／室２の容積（リットル）〕を１／２００〜１／３０の範囲のものに決定する。
【０１１８】
そして、電源４４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７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ＥＸによる排気量を、基準発光強度比達成に向けて、制御部６Ｃに制御させればよい。
【０１１９】
＜プラズマ生成装置の他の例＞
以上説明したシリコン物体形成装置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。
【０１２０】
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、該電極が室内に配置される場合であれ、室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室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。また、電極を室内に配置する場合、少なくとも一部のシリコンスパッタターゲットを該室内電極に臨ませて配置することもできる。
【０１２１】
また、装置Ａでは、室２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室２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。
【０１２２】
＜実験例＞
次に幾つかのシリコンドット形成の実験例について説明する。
(1) 実験例１
図１に示すタイプのシリコン物体形成装置を用い、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
各室２内ターゲット総面積：０．０８ｍ2                                                               基板：酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆されたシリコンウェハ
第１室容量：２００リットル
各第２室容量：２リットル
プラズマ生成装置高周波電源：６０ＭＨｚ、８０Ｗ
各第２室での電力密度：４０Ｗ／Ｌ
第１、第２の室内圧：０．６Ｐａ
各第２室水素導入量：１００ｓｃｃｍ
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：０．２  
プラズマ電子密度：５×１０10／ｃｍ3                                                     基板温度：４００℃
ドット形成時間：４０秒
【０１２３】
このようにして、図９に模式的に示す、シリコンドットＳｉＤが形成された基板Ｓを得た。
このシリコンドットＳｉＤを有する基板Ｓ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。
【０１２４】
(2) 実験例２
図３に示すタイプのシリコン物体形成装置を用い、先ず、シャッタ１１を閉じて第２室２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
各第２室の膜形成内壁面積：約０．０３５ｍ2 
各第２室容量：０．５リットル
プラズマ生成装置高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、１０Ｗ
各第２室電力密度：２０Ｗ／Ｌ
各第２室内壁温度：２００℃（室内部に設置の図示省略ヒータで室加熱）                  各第２室内圧：０．６７Ｐａ
各第２室モノシラン導入量：１００ｓｃｃｍ
各第２室水素導入量：１５０ｓｃｃｍ
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：２．０
【０１２５】
ドット形成条件
基板：酸化膜（ＳｉＯ2 ）で被覆されたシリコンウェハ
第１室容量：２００リットル
プラズマ生成装置高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、２５Ｗ
各第２室電力密度：５０Ｗ／Ｌ
各第２室内壁温度：２００℃（室内部に設置の図示省略ヒータで室加熱）            第１、第２の室内圧：０．６７Ｐａ
各第２室水素導入量：１００ｓｃｃｍ
プラズマ電子密度：５×１０10／ｃｍ3 
Ｓｉ(288nm) ／Ｈβ：１．５
基板温度：４３０℃
ドット形成時間：４０秒
【０１２６】
このようにして、図９に模式的に示す、シリコンドットＳｉＤが形成された基板Ｓを得た。
このシリコンドットＳｉＤを有する基板Ｓ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。
【０１２７】
(3) 実験例３
図３に示すタイプのシリコン物体形成装置を用い、先ず、第２室内壁に実験例２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、第１、第２の室内圧力を１．３４Ｐａとし、Ｓｉ(288nm) ／Ｈβを２．５とした以外は実験例２と同じとした。
【０１２８】
このようにして、図９に模式的に示す、シリコンドットＳｉＤが形成された基板Ｓを得た。
このシリコンドットＳｉＤを有する基板Ｓ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。
【０１２９】
(4) 実験例４
図３に示すタイプのシリコン物体形成装置を用い、先ず、第２室内壁に実験例２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２と同じとした。
【０１３０】
このようにして、図９に模式的に示す、シリコンドットＳｉＤが形成された基板Ｓを得た。
このシリコンドットＳｉＤを有する基板Ｓ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。
【０１３１】
(5) 実験例５
図３に示すタイプのシリコン物体形成装置を用い、先ず、第２室内壁に実験例２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２と同じとした。
【０１３２】
このようにして、図９に模式的に示す、シリコンドットＳｉＤが形成された基板Ｓを得た。
このシリコンドットＳｉＤを有する基板Ｓ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。
【０１３３】
(6) 実験例６
図１に示すタイプのシリコン物体形成装置を用い、実験例１と同様にして、しかしドット形成時間を６０秒と長くしてシリコンドットを形成した。
かくして、図１０に模式的に示す、シリコンドットＳｉＤが膜状に群れて形成された基板Ｓを得た。    
【０１３４】
〔２〕シリコン物体形成装置の他の例（装置Ｂ）と装置Ｂによる結晶性シリコン薄膜形成＜シリコン物体形成装置Ｂについて＞
図４は本発明に係るシリコン物体形成装置の他の例の概略構成を示している。
図４に示す装置Ｂは板状のシリコン物体形成対象基体Ｓ上に結晶性シリコン薄膜を形成するもので、図１に示す装置Ａにおいて、容量結合型プラズマを形成するプラズマ生成装置４に代えて、誘導結合型プラズマを形成するためのプラズマ生成装置４０を採用したものである。
【０１３５】
各シリコンスパッタターゲットは、バッキングプレート２２及び絶縁性部材２１を介して室壁に保持されている。
プラズマ生成装置４０は、室２内に配置した高周波放電アンテナ４００を含んでいる。該アンテナは、石英ガラスからなる絶縁材で被覆されており、該アンテナの両端部は、室２壁に対し絶縁状態で室２外まで出ており、一方の端部はマッチングボックス４０３を介して放電用高周波電源４０４に接続されている。他方の端部は接地されている。
【０１３６】
電源４０４は出力可変電源であり、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給できる。なお、電源周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されるものではなく、例えば６０ＭＨｚ程度からから数１００ＭＨｚの範囲のものも採用できる。
【０１３７】
また、装置Ａにおけるプラズマ発光分光計測装置６に代えて、プラズマの状態を計測するための発光分光計測装置６０を採用している。
その他の点は、装置Ａと実質上同構造である。装置Ａと実質上同じ部分、部品には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【０１３８】
ここでの発光分光計測装置６０は、図５（Ａ）に示すように、室２内に形成されるプラズマにおけるシランラジカルの発光スペクトル強度ＳｉＨ* （波長４１４ｎｍ）を検出する分光器６０１、水素の発光スペクトル強度Ｈα（波長６５６ｎｍ）及びＨβ（波長４８４ｎｍ）を検出する分光器６０２、６０４を含むものである。分光器６０１、６０２で検出された発光強度ＳｉＨ* 及びＨαは演算部６０３に入力され、ここで、発光強度比（Ｈα／ＳｉＨ* ）が求められる。なお、分光器に代えて、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。
【０１３９】
＜装置Ｂによる結晶性シリコン薄膜の形成＞
次に、以上説明した装置Ｂによる基板Ｓ上への結晶性シリコン膜の形成例について説明する。
この膜形成においては、室１、２における成膜ガス圧を０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａの範囲のものに維持して行う。
これら室内圧力は、図示を省略しているが、例えば該室１又は室２に接続した圧力センサで知ることができる。室１、２内の圧力は厳密には異なってくる場合があるが、両室は連通しているので、例えば第２室２内の圧力をもって室１、２内の圧力とみなしても、実用上差し支えない。
【０１４０】
先ず、膜形成に先立って、室１、２から排気装置ＥＸにて排気を開始する。排気装置ＥＸにおけるコンダクタンスバルブ（図示省略）は室１、２内の前記膜形成時の圧力０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａを考慮した排気量に調整しておく。
排気装置ＥＸの運転により室１、２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、水素ガス供給装置５から第２室２内へ水素ガスの導入を開始するとともに電源４０４から高周波アンテナ４００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。
【０１４１】
かくして発生したガスプラズマからの、発光分光計測装置６０による検出情報から該プラズマにおけるＨα（６５６ｎｍ  ）及びＨβ（４８４ｎｍ）を計測する。
そして、電極（高周波ナンテナ）４００へ印加する高周波電力、室２への水素ガス導入量、成膜ガス圧等のうち少なくとも一つを制御することで、プラズマにおけるＨα（６５６ｎｍ  ）及びＨβ（４８４ｎｍ）の発光強度が十分大くなる高周波電力、水素ガス導入量等の条件を決定する。
【０１４２】
また、プラズマにおけるＨα／ＳｉＨ* が０．３〜１．３となり、プラズマのポテンシャルが１５ｅＶ〜４５ｅＶとなり、プラズマにおける電子密度が、１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3となる高周波電力、水素ガス導入量等の条件を決定する。
これらを勘案して最終的な高周波電力、水素ガス導入量、成膜ガス圧等の条件を決定する。
プラズマポテンシャル、電子密度は、例えば室２内へ挿入したラングミューアプローブを用いラングミューアプローブ法により確認すればよい。
このようにして成膜条件を決定したあとは、該条件に従って膜形成を行う。
【０１４３】
膜形成においては、ホルダ３にて支持する基板Ｓの温度を５００℃以下の比較的低温、例えば４００℃程度に加熱できるようにヒータ３１を設定し、該ホルダ３に基板Ｓを搭載する。次いで排気装置ＥＸにて室１、２内を排気し、ひき続き水素ガス供給装置５から室２内へ所定量の水素ガスを導入するとともにアンテナ４００に電源４０４から高周波電力を印加することで、アンテナ４００からの放電を誘導結合方式にて行わせ、これによりプラズマを発生させる。
【０１４４】
すると、シリコンスパッタターゲットＴ１をプラズマが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、シリコン励起種（例えばＳｉＨ3 等の水素化シリコン励起種）などの結晶性シリコン薄膜形成寄与粒子ｐが発生し、かかる粒子が室２から室１へ飛来する。かくして、室１内へ到来した結晶性シリコン薄膜形成寄与粒子ｐのもとで、基板Ｓ表面にシリコン薄膜が形成される。
【０１４５】
この膜は、結晶性を示すシリコン薄膜である。
基板温度は低すぎると、シリコンの結晶化が困難になるので、他の条件にもよるが概ね２００℃以上が望ましい。
【０１４６】
＜シリコンスパッタターゲットの他の例＞
以上説明した結晶性シリコン薄膜の形成においては、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室２内に後付け配置した。しかし、シリコンドット形成において説明したように、膜形成に先立って、室２内へ水素ガスとシラン系ガスを導入し、これをプラズマ化し、該プラズマのもとで室２の内壁にシリコン膜を形成し、これをシリコンスパッタターゲットとして利用してもよい。
また、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あたっては、室２壁を加熱する等してシリコンスパッタターゲットを加熱してもよい。
【０１４７】
＜発光強度比（Ｈα／ＳｉＨ* ）制御の他の例＞
以上説明したシリコン薄膜形成においては、出力可変電源４０４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量、排気装置ＥＸによる排気量等の制御はマニュアル的になされた。
【０１４８】
しかし、図５（Ｂ）に示すように、発光分光計測装置６０の演算部６０３で求められた発光強度比Ｈα／ＳｉＨ* を制御部６０Ｃに入力してもよい。そして、かかる制御部６０Ｃとして、演算部６０３から入力された発光強度比Ｈα／ＳｉＨ* が予め定めた基準発光強度比（基準値）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４０４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量、及び排気装置ＥＸ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。
【０１４９】
かかる制御部６０Ｃの具体例として、排気装置ＥＸのコンダクタンスバルブを制御することで該装置ＥＸによる排気量を制御し、それにより室１、２の内圧を、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。
この場合、出力可変電源４０４の出力、水素ガス供給装置５による水素ガス供給量及び排気装置ＥＸによる排気量等について、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、水素ガス供給量及び排気量等を初期値として採用すればよい。
【０１５０】
かかる初期値決定に際しても、排気装置ＥＸによる排気量は、室１、２の内圧が０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａの範囲に納まるように決定する。また、プラズマのポテンシャルが１５ｅＶ〜４５ｅＶの範囲に、プラズマにおける電子密度が１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3の範囲に納まるように決定する。
そして、電源４０４の出力、水素ガス供給装置５による水素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ＥＸによる排気量を、基準発光強度比達成に向けて、制御部６０Ｃに制御させればよい。
【０１５１】
＜実験例＞
次に結晶性シリコン薄膜形成の実験例について説明する。
条件等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
各室２内ターゲット総面積：０．４８ｍ2                                                               基板：無アルカリガラス基板
第１室容量：２００リットル
各第２室容量：２リットル
プラズマ生成装置高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ
第１、第２の室内圧：１３Ｐａ
各第２室水素導入量：１００ｓｃｃｍ
Ｈα／ＳｉＨ* ：１．０
プラズマ電子密度：１０11ｃｍ-3
プラズマポテンシャル：３０ｅＶ
基板温度：４００℃
膜厚：約５００Å
【０１５２】
このようにして、図１１に模式的に示すガラス基板Ｓ上の薄膜Ｆが得られた。この薄膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評価したところ、ラマンシフト５２０ｃｍ-1の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。
【０１５３】
〔３〕シリコン物体形成装置のさらに他の例（図６の装置Ｃ、図７の装置Ｄ、図８の装置Ｅ＞
＜図６の装置Ｃ＞
図６に示すシリコン物体形成装置Ｃは、シリコン物体形成対象基体Ｓを支持する基体ホルダ３を設けた第１室１及び第１室に連通形成された第２室２０を含んでいる。室１と室２０間の開口は、必要に応じ、或いはそうした方が望ましい場合に、図示省略の開閉可能のシャッタで閉じることができる。基板ホルダ３は該ホルダ上に設置される基板Ｓを加熱するヒータ３１を有している。また、第１室１には排気装置ＥＸが接続されている。
【０１５４】
室２０は、第１室１に向け開口している。室２０には、水素ガス供給装置５（或いはさらにシラン系ガス供給装置７）が接続されている。室２０内には、絶縁性部材２０２を介して室壁にシリコンスパッタターゲットＴ３が設けられている。シリコンスパッタターゲットＴ３は予め準備された、例えば市販のターゲットを後付けしたもの、或いは、ガス供給装置５、７から供給される水素ガス及びシラン系ガスを後述するプラズマ生成装置８にてプラズマ化し、該プラズマのもとで形成されるシリコン膜である。
【０１５５】
プラズマ生成装置８は、図示省略のマイクロ波発生装置からマイクロ波透過窓２０１を介して室２０内へ照射されるマイクロ波と、室２０の周囲に設けたマグネットＭＧとで、室２０内に電子サイクロトロン共鳴放電を起こして室２０内のガスをプラズマ化するものである。
【０１５６】
このシリコン物体形成装置Ｃによると、室２０内に水素ガス供給装置５から導入した水素ガスをプラズマ生成装置８でプラズマ化させ、シリコンスパッタターゲットＴ３を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或いは結晶性シリコン膜を形成できる。
【０１５７】
＜図７の装置Ｄ＞
図７に示すシリコン物体形成装置Ｄは、シリコン物体形成対象基体Ｓを支持する基体ホルダ３を設けた第１室１及び第１室内に設けた第２室２００を含んでいる。
室１内の室２００の下方には基板ホルダ３を設けてあり、ホルダ３は該ホルダ上に設置される基板Ｓを加熱するヒータ３１を有している。また、第１室１には排気装置ＥＸが接続されている。
【０１５８】
第２室２００内には上下に対向する平行平板型電極９１、９２が設けられており、これらは絶縁性部材を介して室壁に保持されている。上側の電極９１にはマッチングボックス４３を介して高周波電源４４が接続されており、下側の電極９２は接地されている。
また、電極９１にはシリコンスパッタターゲットＴ４が貼り付けられており、電極９２にもシリコンスパッタターゲットＴ４’が貼り付けられている。
【０１５９】
第２室２００内には、上側の室壁、絶縁性部材、電極９１及びシリコンスパッタターゲットＴ４を貫通する導管により水素ガス供給装置５から水素ガスを供給できる。下側のシリコンスパッタターゲットＴ４’、電極９２、絶縁性部材及び室壁には複数の貫通孔（粒子通過孔）２００ｈが形成されており、これにより室２００と室１は相互に連通している。
【０１６０】
装置Ｄによると、第２室２００内にガス供給装置５から所定量の水素ガスを導入し、該ガスに電源４４から電極９１、９２にて電力を印加してプラズマを発生させ、該プラズマでシリコンスパッタターゲットＴ４、Ｔ４’をケミカルスパッタングしてシリコン物体（シリコンドットや結晶性シリコン薄膜）形成に寄与する粒子ｐを発生させ、これを貫通孔２００ｈから室１内へ移行させ、基体Ｓ上にシリコン物体を形成することができる。
【０１６１】
＜図８の装置Ｅ＞
図８に示す装置Ｅは、ホローカソード放電方式を利用した装置であり、図１に示す装置Ａにおいて、第２室２に代えて円筒形状の室２’（例えば外径１６ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、長さ２００ｍｍ程度）を採用したものである。そして、室２’の内壁に絶縁部材２１’を介して円筒形放電電極４１’を保持させ、さらに該電極の内面にシリコンスパッタターゲットＴ１’を貼り付け、電極４１’にマッチングボックス４３’を介して高周波電源４４’を接続するとともに室２’を接地してプラズマ生成装置４’を構成したものである。その他の点は装置Ａと同様であり、装置Ａにおける部品等と同じ部品等には装置Ａにおける符号と同じ符号を付してある。
【０１６２】
装置Ｅによると、各室２’内にガス供給装置５から所定量の水素ガスを導入し、該ガスに電源４４’から電極４１’にて電力を印加してホローカソード条件下にプラズマを発生させ、該プラズマでシリコンスパッタターゲットＴ１’をケミカルスパッタングしてシリコン物体（シリコンドットや結晶性シリコン薄膜）形成に寄与する粒子ｐを発生させ、これを室１内へ移行させ、基体Ｓ上にシリコン物体を形成することができる。
かかる室２’等は図示のように室１の左右一対だけではなく、より多く設けてもよい。      
【０１６３】
以上説明した他、ガスプラズマ化のための放電方式としては、直流放電、パルス放電等も採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
本発明は、例えば、単一電子デバイス等のための電子デバイス材料や発光材料などとして用いられる、シリコンドット、すなわち、微小サイズのシリコンのドット( 所謂シリコンナノ粒子) を提供することに利用できる。また、結晶性シリコン薄膜を利用したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチ等の各種半導体部品、半導体装置等の形成のために該結晶性シリコン薄膜を形成する場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明に係るシリコン物体形成装置の１例を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示す装置におけるプラズマ発光分光計測装置例を示すブロック図であり、図２（Ｂ）は排気装置による排気量（室内圧）の制御等を行う回路例のブロック図である。
【図３】シリコン物体形成装置の他の例を示す図である。
【図４】シリコン物体形成装置のさらに他の例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は図４に示す装置におけるプラズマ発光分光計測装置例を示すブロック図であり、図５（Ｂ）は排気装置による排気量（室内圧）の制御等を行う回路例のブロック図である。
【図６】シリコン物体形成装置のさらに他の例を示す図である。
【図７】シリコン物体形成装置のさらに他の例を示す図である。
【図８】シリコン物体形成装置のさらに他の例を示す図である。
【図９】シリコンドット形成基板の例を模式的に示す図である。
【図１０】膜状に群れたシリコンドット形成基板の例を模式的に示す図である。
【図１１】結晶性シリコン薄膜形成基板の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１６６】
Ａ  シリコン物体形成装置
１  第１室
２  第２室
２１  絶縁性部材
３  基体ホルダ
３１  ヒータ
４  プラズマ生成装置
４１、４２  電極
４３  マッチングボックス
４４  高周波電源
５  水素ガス供給装置
６  プラズマ発光分光計測装置
６１、６２  分光器
６３  演算部
６Ｃ  制御部
７  シラン系ガス供給装置
Ｔ１、Ｔ２  シリコンスパッタターゲット
ｐ  シリコン物体形成寄与粒子
Ｂ  シリコン物体形成装置
４０  プラズマ生成装置
４００  高周波アンテナ
４０３  マッチングボックス
４０４  高周波電源
６０  発光分光計測装置
６０１、６０２、６０３  分光器
６０３  演算部
６０Ｃ  制御部
Ｃ  シリコン物体形成装置
２０  第２室
８  プラズマ生成装置
２０１  マイクロ波透過窓
２０２  絶縁性部材
ＭＧ    マグネット
Ｔ３  シリコンスパッタターゲット
Ｄ  シリコン物体形成装置
２００  第２室
２００ｈ  粒子通過孔
９１、９２  電極
Ｔ４、Ｔ４’シリコンスパッタターゲット
Ｅ  シリコン物体形成装置
２’  プラズマ発生室（第１室の１例）
２１’  電気絶縁性部材
４’    プラズマ生成装置
４１’  電極
４３’  マッチングボックス
４４’  高周波電源
Ｔ１’  シリコンスパッタターゲット
Ｓ  シリコン物体形成対象基体
ＳｉＤ  シリコンドット
Ｆ      シリコン膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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