(57)【要約】【課題】基板上に半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を形成する方法であって、半導体酸化物膜における半導体結晶微粒子の密度を従来より高くして、それでいて簡易に、該半導体微結晶粒子を形成できる方法を提供する。【解決手段】表面に半導体酸化物膜ｆを形成した基板Ｓを準備する工程と、半導体酸化物膜ｆに、半導体酸化物の結合エネルギより大きい、且つ、該半導体酸化物膜を透過可能のエネルギを有する放射線Ｅを照射して、半導体酸化物膜ｆの表面及び内部のそれぞれの目標部位における化学結合を切り離す工程と、化学結合が切り離された半導体酸化物膜ｆに、該膜を加熱しつつ、水素で還元処理を施して、半導体酸化物膜ｆの表面及び内部における切り離された酸素を脱離させることで、半導体酸化物膜ｆの表面及び内部に半導体微結晶粒子Ｐを形成する工程とを含む半導体微結晶粒子形成方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を形成する半導体微結晶粒子形成方法であり、
表面に半導体酸化物膜を形成した基板を準備する基板準備工程と、
該基板上の半導体酸化物膜に、該半導体酸化物の結合エネルギより大きい、且つ、該半導体酸化物膜を透過可能のエネルギを有する放射線を照射して、該半導体酸化物膜の表面及び内部のそれぞれの目標部位における化学結合を切り離す化学結合切り離し工程と、
表面及び内部のそれぞれの目標部位の化学結合が切り離された前記半導体酸化物膜に、該膜を加熱しつつ、水素で還元処理を施して、該半導体酸化物膜の表面及び内部における切り離された酸素を脱離させることで、該半導体酸化物膜の表面及び内部のそれぞれの目標部位に半導体微結晶粒子を形成する半導体微結晶粒子形成工程と
を含むことを特徴とする半導体微結晶粒子形成方法。
【請求項２】
前記基板準備工程では、成膜室内に被成膜基板を配置し、該基板に半導体酸化物膜を形成することで、表面に半導体酸化物膜を形成した基板を準備し、前記化学結合切り離し工程及び半導体微結晶粒子形成工程は、該半導体酸化物膜を形成後に、該成膜室内で実施する請求項１記載の半導体微結晶粒子形成方法。
【請求項３】
前記半導体酸化物膜は酸化シリコン膜であり、前記半導体酸化物の結合エネルギはシリコン−酸素結合エネルギであり、前記半導体微結晶粒子はシリコン微結晶粒子である請求項１又は２記載の半導体微結晶粒子形成方法。
【請求項４】
前記基板は半導体基板である請求項１、２又は３記載の半導体微結晶粒子形成方法。
【請求項５】
前記基板は前記半導体酸化物膜側の表面に配線を施した絶縁性基板である請求項１、２又は３記載の半導体微結晶粒子形成方法。
【請求項６】
前記放射線は、Ｘ線、ガンマ線、荷電粒子から選ばれた放射線である請求項１、２又は３記載の半導体微結晶粒子形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等からなる半導体基板、ガラスからなる基板等の基板上に形成され、半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子は、各種半導体素子等の作製に利用することができる。  
例えば、シリコン基板上に形成され、酸化シリコン膜で覆われたシリコンの微結晶粒子は、該酸化シリコンで囲まれたシリコン微結晶粒子の部分を量子井戸とする共鳴トンネルダイオードの作製に利用できる。
【０００３】
かかる基板上に形成され、半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子の形成方法としては、基板上に予め半導体酸化物膜を形成しておき、該基板上の半導体酸化物膜の表面に、仕事関数以上のエネルギを有するエネルギ線を照射して該表面から酸素を脱離させて該表面を還元し、これにより、該半導体酸化物膜の表面に半導体微結晶粒子を形成し、次いで、該半導体微結晶粒子及び半導体酸化物膜の上から上層の酸化物膜を形成する方法が知られている。
【０００４】
例えば、特開平６−９７４６６号公報には、シリコン基板上に予め酸化シリコン膜を形成しておき、該酸化シリコン膜の表面に、仕事関数以上のエネルギを有するエネルギ線として光線、電子線、或いは荷電粒子線を照射して酸素を脱離させ、それにより該表面にシリコンの微結晶粒子を形成し、該シリコン微結晶粒子及び酸化シリコン膜の上から、上層の酸化シリコン膜を形成し、かくして、基板上に、半導体酸化物膜である酸化シリコン膜で覆われた半導体微結晶粒子（シリコン微結晶粒子）を得る方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９７４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体酸化物における半導体微結晶粒子の密度は、一般的には高い方が好ましい。例えば該半導体微結晶粒子を発光素子に応用する場合、半導体微結晶粒子の密度が高いほど、面発光強度が大きくなる。
【０００７】
しかしながら、かかる従来方法によると、半導体微結晶粒子は、基板上に予め形成された半導体酸化物膜の表面部分に沿って平面的に形成されるだけであるから、該半導体微結晶粒子は、当初の半導体酸化物膜及びその後に形成される上層の半導体酸化物膜の中に、殆ど平面的に存在するだけとなり、かかる両半導体酸化物膜の膜厚方向には形成され難い。そのため、半導体酸化物における半導体微結晶粒子の密度を向上させることは困難である。
【０００８】
そこで本発明は、基板上に半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を形成する方法であって、半導体酸化物膜における半導体微結晶粒子の密度を従来より高くして、それでいて簡易に、該半導体微結晶粒子を形成できる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】
【０００９】
本発明は、基板上に、半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を形成する半導体微結晶粒子形成方法であって、
表面に半導体酸化物膜を形成した基板を準備する基板準備工程と、
該基板上の半導体酸化物膜に、該半導体酸化物の結合エネルギより大きい、且つ、該半導体酸化物膜を透過可能のエネルギを有する放射線を照射して、該半導体酸化物膜の表面及び内部のそれぞれの目標部位における化学結合を切り離す化学結合切り離し工程と、
表面及び内部のそれぞれの目標部位の化学結合が切り離された前記半導体酸化物膜に、該膜を加熱しつつ、水素で還元処理を施して、該半導体酸化物膜の表面及び内部における切り離された酸素を脱離させることで、該半導体酸化物膜の表面及び内部のそれぞれの目標部位に半導体微結晶粒子を形成する半導体微結晶粒子形成工程と
を含む半導体微結晶粒子形成方法を提供する。
【００１０】
前記発明の課題で言う、また、ここで言う、さらには、後述する発明の効果等で言う、「半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子」には、半導体酸化物膜中にあって周面全体が半導体酸化物で覆われた半導体微結晶粒子は勿論のこと、半導体酸化物膜の表面部分に存在して、一部が該膜から露出しているように半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子も含まれる。
【００１１】
本発明に係る半導体微結晶粒子の形成方法によると、半導体微結晶粒子は、基板上の半導体酸化物膜に、その表面だけではなく、膜厚方向にも形成でき、該膜の表面及び内部のそれぞれの目標部位に半導体微結晶粒子を得ることができ、これにより、半導体酸化物膜における半導体微結晶粒子の密度を従来より高めることができる。
【００１２】
しかも、かかる半導体微結晶粒子は、基板上の半導体酸化物膜に、該半導体酸化物の結合エネルギより大きい、且つ、該半導体酸化物膜を透過可能のエネルギを有する放射線を照射して、該半導体酸化物膜の表面及び内部のそれぞれの目標部位における化学結合を切り離し、該膜を加熱しつつ、水素で還元処理を施して、切り離された酸素を脱離させることで形成できるので、また、従来のように半導体微結晶粒子を形成したあと、さらに上層の酸化物層を形成する必要がないので、従来より高密度で半導体微結晶粒子を得ることができる割りには、簡易に得ることができる。
【００１３】
前記基板準備工程では、例えば、既に半導体酸化物膜が形成されている基板を、前記化学結合切り離し工程及び半導体微結晶粒子形成工程を実施するチャンバへ搬入してくることで、表面に半導体酸化物膜を形成した基板を準備してもよい。
【００１４】
しかし、成膜チャンバ内に被成膜基板を配置し、該基板に半導体酸化物膜を形成することで、表面に半導体酸化物膜を形成した基板を準備してもよい。この場合、基板上への半導体酸化物膜の形成は、支障がなければ、ＣＶＤ法、基板表面の熱酸化法等のいずれの方法によってもよい。
【００１５】
このように、成膜チャンバ内で被成膜基板上に半導体酸化物膜を形成する場合、該半導体酸化物膜の汚染を抑制して前記化学結合切り離し工程及び半導体微結晶粒子形成工程を実施できるように、該化学結合切り離し工程及び半導体微結晶粒子形成工程は、該半導体酸化物膜を形成後に、同じ成膜チャンバ内で実施してもよい。
【００１６】
前記半導体微結晶粒子形成工程は、前記化学結合切り離し工程の実施により切り離された化学結合が再び結合するような事態の発生前のタイミングで実施すればよいが、支障がなければ、該半導体微結晶粒子形成工程は、該化学結合切り離し工程と同時的に進行させてもよい。
【００１７】
前記半導体酸化物膜としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜を挙げることができる。この場合、前記「半導体酸化物の結合エネルギ」はシリコン−酸素（Ｓｉ−Ｏ）結合エネルギである。また、前記「半導体微結晶粒子」はシリコン微結晶粒子である。
【００１８】
前記基板としては、シリコン基板等の半導体基板や、ガラス基板等の絶縁性基板を例示できる。ガラス基板等の絶縁性基板を採用するときは、該基板の前記半導体酸化物膜側の面に、予め、半導体素子や半導体装置の電極等として利用できる配線（例えばプリント配線）を施したものを例示できる。
【００１９】
前記放射線としては、Ｘ線、ガンマ線、荷電粒子から選ばれた放射線を例示できる。荷電粒子としては、所定の高エネルギーを与えられた電子やイオンを例示できる。
【００２０】
前記水素による還元処理は、化学結合が切り離された半導体酸化物膜を、還元処理のための所定温度に加熱しつつ水素ガス雰囲気に曝すことで行えるが、その場合、水素ガスに窒素ガス等の不活性ガスが混ぜられていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によると、基板上に半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を形成する方法であって、半導体酸化物膜における半導体結晶微粒子の密度を従来より高くして、それでいて簡易に、該半導体微結晶粒子を形成できる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】
【００２２】
図１は、本発明に係る半導体微結晶粒子形成方法を実施するための装置の１例を示している。
図１に示す半導体微結晶粒子形成装置は、真空チャンバ１を含んでいる。チャンバ１内には、底部に基板ホルダ２が設置されており、基板ホルダの上方空間の両側に平行平板型電極３１、３２が設置されている。チャンバ１の天井部には放射線照射装置４が設けられている。
【００２３】
基板ホルダ２は、該ホルダ上に搭載される基板Ｓを加熱するためのヒータ２１を有している。ホルダ２は、図示例では接地されているが、フローティング状態におかれてもよい。
電極３１にはマッチングボックスＭＢを介して高周波電源ＰＷが接続されている。電極３２は接地電極である。
【００２４】
チャンバ１には、さらに、シラン系ガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス〕の供給部５、酸素ガス供給部６、水素ガス供給部７及び排気装置８が接続されている。
【００２５】
次に、半導体酸化物膜として酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜を採用し、かかる酸化シリコン膜で覆われた半導体微結晶粒子（シリコン微結晶粒子）を基板Ｓ上に形成する例について説明する。
【００２６】
先ず、チャンバ１内の基板ホルダ２に基板（例えばシリコン基板又はプリント配線を施したガラス基板）Ｓを配置し、チャンバ１を気密に閉じる。この状態で、排気装置８の運転にてチャンバ１内を所定圧まで減圧し、次いでシラン系ガス供給部５からシラン系ガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス〕を、酸素ガス供給部６から酸素ガスを、それぞれ所定量、チャンバ１内へ導入し、且つ、排気装置８にてチャンバ１内圧を酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜形成のための成膜圧に維持し、高周波電源ＰＷから電極３１へ高周波電力を印加し、導入したガスをプラズマ化させ、該プラズマのもとで基板Ｓ表面に酸化シリコン膜を形成する。また、酸化シリコン膜形成にあたっては、基板Ｓをヒータ２１で、酸化シリコン膜形成温度に加熱する。
このようにして、酸化シリコン膜を形成した基板Ｓを準備する。
【００２７】
なお、基板Ｓとして、シリコンウエハ等からなるシリコン基板を採用する場合、熱酸化法により、該基板表面に酸化シリコン膜を形成してもよい。
【００２８】
次いで、ガス供給部５、６からのガス供給を停止するとともに、排気装置８にてチャンバ１内から排気して、チャンバ１内の残留シラン系ガス及び酸素ガスを排出し、その後、放射線照射装置（例えば、ガンマ線照射装置）４から、基板上の酸化シリコン膜に、酸化シリコン膜におけるシリコン−酸素（Ｓｉ−Ｏ）結合エネルギより大きく、且つ、酸化シリコン膜を透過可能のエネルギを有する放射線（例えば、シリコン−酸素（Ｓｉ−Ｏ）結合エネルギより大きく、且つ、酸化シリコン膜を透過可能のエネルギを有するガンマ線）を酸化シリコン膜の目標部位に向け照射し、かかる放射線の照射により、酸化シリコン膜の表面及び内部の目標部位における化学結合を切り離す（ここでは特に酸素を切り離す）。
【００２９】
図２（Ａ）は、基板Ｓ上の酸化シリコン膜ｆに放射線Ｅを照射する様子を例示している。図２（Ａ）では、放射線Ｅが、酸化シリコン膜ｆ及び基板Ｓ本体を透過しているが、放射線Ｅは、酸化シリコン膜ｆを透過すればよく、基板Ｓの表面でとまってもよく、基板Ｓの途中で止まってもよい。
【００３０】
また、放射線の照射と並行して、或いは放射線の照射開始直後から、チャンバ１内へ水素ガス供給部７から所定量の水素ガスを導入してチャンバ１内を水素ガス雰囲気とし、該水素ガス雰囲気において、前記化学結合が切り離された酸化シリコン膜の表面及び内部の目標部位に還元処理を施し、酸素を該目標部位から脱離させ、かくして、酸化シリコン膜の表面及び内部の目標部位にシリコン微結晶粒子を生成させる。
かかる還元処理は、基板Ｓをヒータ２１で還元処理温度に加熱しつつ行う。
【００３１】
図２（Ｂ）は、放射線照射と還元処理により酸化シリコン膜ｆの表面及び内部の目標部位にシリコン微結晶粒子Ｐが形成された様子を模式的に示している。
このようにして、基板Ｓ上に半導体酸化物膜である酸化シリコン膜で覆われた半導体微結晶粒子であるシリコン微結晶粒子を酸化シリコン膜表面のみならず、その内部にも（膜厚方向）にも形成でき、それにより、高密度の半導体微結晶粒子を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、各種半導体素子等の作製に利用することができる、基板上の、半導体酸化物膜で覆われた半導体微結晶粒子を提供することに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る半導体微結晶粒子形成方法の実施に用いる装置の１例を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は基板上の酸化シリコン膜に放射線を照射する様子を例示する図であり、図２（Ｂ）は酸化シリコン膜にシリコン微結晶粒子が形成される様子を模式的に例示する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  真空チャンバ
２  基板ホルダ
２１  ヒータ
３１、３２  平行平板型電極
ＭＢ  マッチングボックス
ＰＷ  高周波電源
４  エネルギ線照射装置
５  シラン系ガス供給部
６  酸素ガス供給部
７  水素ガス供給部
８  排気装置
Ｓ  基板
ｆ  酸化シリコン膜
Ｐ  シリコン微結晶粒子
Ｅ  放射線
【図１】
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【図２】
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