(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜原料ガスに電力供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で被成膜物品上に膜形成する方法であって、該プラズマに該被成膜物品を曝すとともに該物品表面にイオンビームを照射して膜形成し、前記膜形成のための成膜原料ガスのプラズマ化にあたっては、該物品の周縁部に対向する位置に設置した電極に電力供給して該物品の周縁部付近に主プラズマを形成するとともに、該物品に対向する位置に設置したイオン源のイオンビーム照射口の近傍に設けた多孔電極に電力供給して該物品に対応し且つ該物品から離れた位置に補助プラズマを形成するようにし、該多孔電極を通して前記イオンビーム照射を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
成膜原料ガスに電力供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で被成膜物品上に膜形成する方法であって、該プラズマに該被成膜物品を曝すとともに該物品表面にイオンビームを照射して膜形成し、前記膜形成のための成膜原料ガスのプラズマ化にあたっては、該物品に対向する位置に設置したイオン源のイオンビーム照射口の近傍に設けた多孔電極に電力供給して、該物品に対応し且つ該物品から離れた位置に該プラズマを形成するとともに、該多孔電極を通して前記イオンビーム照射を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記多孔電極を前記被成膜物品の被成膜面から２００ｍｍ以上離れた位置に設置する請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０-2Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒとする請求項１、２又は３記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜原料ガスとしてシリコン系ガスを含むガスを用いて、前記被成膜物品上に結晶性シリコン膜を形成する請求項１から４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜原料ガスとして、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又はシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを用いる請求項５記載の成膜方法。
【請求項７】
前記イオンビームのイオン種として、不活性ガス、反応性ガス及びシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いる請求項５又は６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記イオンビームをイオンエネルギ２０ｅＶ〜２ｋｅＶで照射する請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
前記被成膜物品の温度を室温〜６００°Ｃとする請求項５から８のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１０】
成膜後、後処理として、形成された膜に３００°Ｃ〜６００°Ｃの熱処理を施す請求項５から９のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１１】
真空排気手段を接続したプラズマ生成室内に成膜原料ガス供給手段により供給される成膜原料ガスをガスプラズマ化用電力供給手段による電力の供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で、該プラズマ生成室内の支持手段に支持される被成膜物品上に膜形成する装置であって、該支持手段に支持される被成膜物品に対向する位置に該物品にイオンビームを照射するためのイオン源を備えており、該ガスプラズマ化用電力供給手段は、該支持手段に支持される被成膜物品の周縁部に対向する位置に設置された主プラズマ形成用の電極及び該イオン源のイオンビーム照射口近傍に設置された補助プラズマ形成用の多孔電極を含むものであることを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
真空排気手段を接続したプラズマ生成室内に成膜原料ガス供給手段により供給される成膜原料ガスをガスプラズマ化用電力供給手段による電力の供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で、該プラズマ生成室内の支持手段に支持される被成膜物品上に膜形成する装置であって、該支持手段に支持される被成膜物品に対向する位置に該物品にイオンビームを照射するためのイオン源を備えており、該ガスプラズマ化用電力供給手段は、該イオン源のイオンビーム照射口近傍に設置されたプラズマ形成用の多孔電極を含むものであることを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
前記多孔電極が前記支持手段に支持される被成膜物品の被成膜面から２００ｍｍ以上離れる位置に設置されている請求項１１又は１２記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記イオン源が、イオンビームをイオンエネルギ２０ｅＶ〜２ｋｅＶで照射できるものである請求項１１、１２又は１３記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置における各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチ等の材料として用いられたり、集積回路、太陽電池等に用いられる結晶性シリコン膜、その他の膜を形成する成膜方法及びその方法の実施に用いることができる成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶性膜の形成を例にとると、ＣＶＤ法、特に熱ＣＶＤ法が多用されている。ＣＶＤ法により、例えば結晶性シリコン膜を形成するためには、通常、被成膜物品の温度を８００℃程度以上に保つ必要がある。また、真空蒸着法、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法も用いられるが、この場合も、該膜が結晶性を有するものにするためには、通常、被成膜物品の温度を７００℃程度以上に保つ必要がある。
【０００３】
また近年では、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により比較的低温下でアモルファスシリコン膜を形成した後、後処理として、８００℃程度以上の熱処理若しくは６００℃程度で２０時間程度以上の長時間にわたる熱処理を施したり、レーザアニール処理を施して、該膜を結晶性シリコン膜とすることが行われている。
しかし、前記のように、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により直接結晶性シリコン膜を形成する方法によっては、例えば液晶表示装置のガラス基板として比較的安価な低融点ガラスを用い、この基板上にＴＦＴを形成するために結晶性シリコン膜を形成しようとするとき、かかる低融点ガラスを７００℃や８００℃に保つと、溶融したり歪みが生じる等する。このようにＣＶＤ法やＰＶＤ法で直接結晶性シリコン膜を形成する手法では耐熱性が比較的低い材質からなる物品上への成膜が困難である。
【０００４】
また、前記の熱処理やレーザアニール処理を後処理として行い結晶性シリコン膜を得る方法は、直接結晶性シリコン膜を形成する方法に比べて、１工程多いため生産性が悪い。なお、レーザアニール処理はレーザ照射装置が高価であるとともに、大面積で均一性の良い膜が得られないという欠点もある。
このような問題は、シリコン膜に限らず、結晶化度の高い膜、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）等の膜を形成しようとする場合に生じる問題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この点、本発明者は、被成膜物品を成膜原料ガスから得たプラズマに曝すとともに該物品表面にイオンビームを照射して膜を形成し、この際該プラズマを該物品の周縁部の近傍に形成すること、又は、該物品表面近傍の真空度を特に高くする（ガス圧を低くする）こと等により、該プラズマから被成膜物品への高速イオンや高速電子の直接入射が抑制され、膜成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質な膜の成長が促され、その結果、比較的低温下で生産性良く良質な結晶性を有する膜を形成できることを見い出した。
【０００６】
また、プラズマを被成膜物品の周縁部近傍に形成する方法では、該物品の中央部より周縁部への膜堆積速度が高くなるため、該物品の被成膜面の面積が大きくなってくると、該被成膜面の中央部の膜厚が周縁部の膜厚より小さくなり易いことも認められた。
そこで、本発明は、被成膜物品表面に比較的低温下で生産性良く膜形成できるとともに、欠陥の無い或いは少ない良質の結晶性を有する膜を形成でき、該物品の被成膜面の面積が大きい場合にも、形成される膜の面内均一性を高くすることができる成膜方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、次の▲１▼の成膜方法及び（ａ）の成膜装置を提供する。
▲１▼  成膜原料ガスに電力供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で被成膜物品上に膜形成する方法であって、該プラズマに該被成膜物品を曝すとともに該物品表面にイオンビームを照射して膜形成し、前記膜形成のための成膜原料ガスのプラズマ化にあたっては、該物品の周縁部に対向する位置に設置した電極に電力供給して該物品の周縁部付近に主プラズマを形成するとともに、該物品に対向する位置に設置したイオン源のイオンビーム照射口近傍に設けた多孔電極に電力供給して該物品に対応し且つ該物品から離れた位置に補助プラズマを形成するようにし、該多孔電極を通して前記イオンビーム照射を行うことを特徴とする成膜方法。
（ａ）  真空排気手段を接続したプラズマ生成室内に成膜原料ガス供給手段により供給される成膜原料ガスをガスプラズマ化用電力供給手段による電力の供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で、該プラズマ生成室内の支持手段に支持される被成膜物品上に膜形成する装置であって、該支持手段に支持される被成膜物品に対向する位置に該物品にイオンビームを照射するためのイオン源を備えており、該ガスプラズマ化用電力供給手段は、該支持手段に支持される被成膜物品の周縁部に対向する位置に設置された主プラズマ形成用の電極及び該イオン源のイオンビーム照射口近傍に設置された補助プラズマ形成用の多孔電極を含むものであることを特徴とする成膜装置。
【０００８】
前記▲１▼の方法及び（ａ）の装置によると、被成膜物品の周縁部付近に主プラズマを形成することにより、該主プラズマからの高速イオン（高エネルギを持つイオン）や高速電子の被成膜物品への直接入射が抑制され、膜成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質な結晶性を有する膜の成長が促される。それとともに該物品表面にイオンビームを照射し、そのイオン種及びイオン加速エネルギを適宜選択或いは調整することにより、表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果が得られ、膜構成原子の移動乃至マイグレーション（migration)が促進されて、被成膜物品上に良好な結晶性を有する膜が形成される。
【０００９】
この場合、比較的低温下で膜を結晶化させることができる。
また、１工程でこのような結晶性を有する膜が得られるため、成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好である。
さらに、イオンビーム照射を行うことにより、膜と被成膜物品との界面部分処理時、成膜中及び成膜後の表面処理時のいずれの時においても、イオン種を選択し、或いはイオン加速エネルギを調整し、或いはこれらの組み合わせにより、膜応力制御、結晶性制御、結晶粒径制御、結晶配向制御、膜密着力制御等を行うことができる。なお、プラズマＣＶＤにおいてプラズマ励起による反応種のエネルギは数ｅＶ〜数１００ｅＶという広範囲に及ぶため、単なるプラズマＣＶＤではこのような制御を行い難い。
【００１０】
また、このような主プラズマのみでは、被成膜物品の被成膜面の面積が大きい場合には該物品表面の中央部の膜厚が周縁部に比べて小さくなり易いが、該物品表面の中央部に対応する位置に補助プラズマを形成してプラズマ分布を補正することにより、該物品表面の中央部への膜堆積が促進されて、面内均一性の高い膜を形成することができる。
【００１１】
なお、前記補助プラズマは、被成膜物品に対向する位置に設置したイオン源のイオンビーム照射口付近に配置された多孔電極への電力供給により被成膜物品の被成膜面から離れた位置に形成されるため、該補助プラズマからの高速イオンや高速電子の被成膜物品への直接入射は抑制されており、該補助プラズマの形成により、膜成長面にダメージを与えることは無い或いは殆ど無い。
【００１２】
また、前記課題を解決するために本発明は、次の▲２▼の成膜方法及び（ｂ）の成膜装置を提供する。
▲２▼  成膜原料ガスに電力供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で被成膜物品上に膜形成する方法であって、該プラズマに該被成膜物品を曝すとともに該物品表面にイオンビームを照射して膜形成し、前記膜形成のための成膜原料ガスのプラズマ化にあたっては、該物品に対向する位置に設置したイオン源のイオンビーム照射口近傍に設けた多孔電極に電力供給して、該物品に対応し且つ該物品から離れた位置に該プラズマを形成するとともに、該多孔電極を通して前記イオンビーム照射を行うことを特徴とする成膜方法。
（ｂ）  真空排気手段を接続したプラズマ生成室内に成膜原料ガス供給手段により供給される成膜原料ガスをガスプラズマ化用電力供給手段による電力の供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で、該プラズマ生成室内の支持手段に支持される被成膜物品上に膜形成する装置であって、該支持手段に支持される被成膜物品に対向する位置に該物品にイオンビームを照射するためのイオン源を備えており、該ガスプラズマ化用電力供給手段は、該イオン源のイオンビーム照射口近傍に設置されたプラズマ形成用の多孔電極を含むものであることを特徴とする成膜装置。
【００１３】
前記▲２▼の方法及び（ｂ）の装置によると、成膜原料ガスのプラズマが、該物品に対向する位置に設置したイオン源のイオンビーム照射口付近に配置された多孔電極への電力供給により、被成膜物品に対応し且つ該物品から離れた位置に形成されるため、該プラズマからの高速イオンや高速電子の被成膜物品への直接入射が抑制され、膜成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質な結晶性を有する膜の成長が促される。
【００１４】
また、該多孔電極を被成膜物品の被成膜面の大きさに対応するプラズマを形成できるだけの広がりを有するものとすることにより、該被成膜面の面積が大きいときでも、面内均一性の高い膜を形成することができる。
さらに、前記▲１▼の方法及び（ａ）の装置における場合と同様に、イオンビーム照射に基づく効果、すなわち比較的低温下で生産性良く膜形成できる等の効果もある。
【００１５】
本発明の▲１▼、▲２▼の方法及び（ａ）、（ｂ）の装置における多孔電極は、イオン源のイオンビーム照射口からのイオンの照射を妨害しないような孔を有するものとすればよい。このためには、イオン源のイオン引出し電極のうち最も外側の電極（通常は、接地電極）の孔と同じ位置に孔を有し、その孔の大きさが該電極の孔と同様又はそれより大きいものとすればよい。このような多孔電極として、例えばイオン源のイオン引出し電極のうちの最も外側の電極と形状、サイズ等において実質上同じものを用いることができる。また、多孔電極は形成される膜の均一性を高くする上で、被成膜物品の被成膜面の大きさに対応するプラズマを形成できるだけの広がりを有するものとすることが好ましい。
【００１６】
また、前記多孔電極は、それにより形成されるプラズマ中の高速イオン等による被成膜物品の損傷を避けるために、被成膜物品の被成膜面から２００ｍｍ程度以上、より好ましくは２５０ｍｍ程度以上離れた位置に設置することが好ましい。また、それには限定されないが、被成膜面積等に応じて該被成膜面から３００ｍｍ程度までの位置に設置することが考えられる。あまり被成膜物品から離れると、該プラズマによる被成膜物品の成膜が十分に行われなくなる。なお、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置では、被成膜物品に対する電極は、通常該物品の被成膜面から２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度の位置に設置されるため、発生したプラズマ中の高速イオン等による膜の損傷が生じ易い。
【００１７】
また、本発明の▲１▼の方法及び（ａ）の装置における「被成膜物品の周縁部に対向する電極」には、文字通り被成膜物品の周縁部に対向している電極の他、被成膜物品の周縁部近傍にプラズマを形成できるようにその周縁部に臨む位置、その周縁部に関係する位置等に配置されているものも含まれる。具体的には、被成膜物品の周縁部に対向するリング状電極、筒状電極、コイル状電極、リジタノコイル型電極、マイクロ波導入用アンテナ等を挙げることができる。
【００１８】
前記リング状電極、筒状電極、コイル状電極を用いる場合、ガスプラズマ化用電力供給手段に含まれる電源としては代表例として高周波電源が用いられる。また、前記リジタノコイル型電極を用いる場合、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを得るために、普通には、電源としてマイクロ波電源が用いられるとともに、リジタノコイル型電極の外周部に対し磁場形成手段が備えられる。なお、リング状電極、筒状電極、コイル状電極、マイクロ波導入用アンテナを用いる場合も、該電極又はアンテナの外周部に対し磁場形成手段が備えられていてもよい。このように磁場を形成することにより低圧下（高真空度下）でもプラズマを形成維持し易くなる。
【００１９】
前記▲１▼の方法及び（ａ）の装置においては、前記イオン源は被成膜物品の周縁部に対向する電極の開口部を通して被成膜物品にイオンビームを照射できるものとすればよい。
また、前記（ａ）、（ｂ）の装置において、前記真空排気手段及び前記成膜原料ガスの供給手段が、被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０-2Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒ程度の高真空（低圧）にできるように設定されていることが好ましく、前記▲１▼、▲２▼の方法においても、成膜中、被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０-2Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒ程度の高真空（低圧）にすることが好ましい。
【００２０】
このような高真空下でガスをプラズマ化させると、気相反応が抑制されて不要なダストパーティクルの生成が少なくなり、被成膜物品表面への不純物の付着が抑制され、良質な結晶性膜が得られる。また、高真空下でガスをプラズマ化させるため、膜形成に寄与するラジカルの拡散域が広がり、それだけ大面積の被成膜物品上にも良質の結晶性膜を形成することができる。さらに、膜形成工程において成膜を行う容器内面等への膜付着が少なく、それだけクリーニング等のメンテナンスが容易になる。
【００２１】
なお、被成膜物品表面近傍が１×１０-2Ｔｏｒｒより低真空（高圧）になってくると、高真空にすることによる前記効果が得られ難く、１×１０-6Ｔｏｒｒより高真空（低圧）になってくると極端に成膜速度が低下する。
また、前記▲１▼、▲２▼の方法及び（ａ）、（ｂ）の装置において、成膜原料ガスとしてシリコン系ガスを含むガスを用いることができ、これにより被成膜物品上に結晶性シリコン膜を形成することができる。シリコン系ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガス等の水素化シリコンガス、四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）ガス等のフッ化シリコンガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）ガス等の塩化シリコンガス等を例示できる。結晶性シリコン膜を形成するためには、前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス又は前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガス（水素（Ｈ2 ）ガス、フッ素（Ｆ2 ）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス等）のうち少なくとも一種のガスを用いることが好ましい。
【００２２】
また、前記▲１▼、▲２▼の方法及び（ａ）、（ｂ）の装置において、結晶性シリコン膜を形成する場合、前記イオンビームのイオン種として、不活性ガス（ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等）、前記成膜原料ガスとして例示した反応性ガス及び前記成膜原料ガスとして例示したシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いることができる。
【００２３】
前記不活性ガスイオンを照射するときには、結晶化のための物理的励起制御が可能となる。また、前記反応性ガス及び前記シリコン系ガスのうち水素（Ｈ）又は（及び）フッ素（Ｆ）を含むものを用いるときには、水素原子、フッ素原子が膜中のアモルファス相のシリコン原子と結合してこれを気化し、シリコンの結晶化が促進されるとともに、シリコン−シリコンネットワーク中のダングリングボンドや膜中欠陥が低減され、一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することができる。
【００２４】
なお、イオン源内からイオン原料ガスがプラズマ生成室内に拡散し、逆にプラズマ生成室内から成膜原料ガスがイオン源内に拡散するため、成膜原料ガスとイオン原料ガスとで同じガスを用いる場合は、該ガスは、成膜原料ガスとしてプラズマ生成室内に導入したもの又はイオン原料ガスとしてイオン源内に導入したものを双方で共用すればよい。
【００２５】
また、前記▲１▼、▲２▼の方法及び（ａ）、（ｂ）の装置において、イオンビームのイオン種として、シリコン系ガス、反応性ガス及び不活性ガスのうちの１種以上を用いる場合、前記イオンビームを被成膜物品に対し２０ｅＶ〜２ｋｅＶ程度、より好ましくは５０ｅＶ〜５００ｅＶ程度の低エネルギで照射することが考えられ、このとき、イオンビームを被成膜物品に照射することによる表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果を妨げることなく一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することができる。
また、前記▲１▼、▲２▼の方法及び前記（ａ）、（ｂ）の装置において、前記イオンビームのイオン種として前記不活性ガス、前記反応性ガス及び前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いるとともに、前記プラズマの原料ガスとして前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス、又は前記シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと前記反応性ガスのうち少なくとも一種のガスとを用いる場合、前記被成膜物品表面に到達するプラズマからのシリコン原子数とイオンビームのイオン数との比（Ｓｉ／ｉ輸送比）を０．１〜１００程度とすることが好ましい。これは、Ｓｉ／ｉ輸送比が０．１より小さくなってくるとイオン量が過剰となり膜欠陥が発生し易くなるからであり、１００より大きくなってくるとイオン照射による結晶化効果が不十分になるからである。
【００２６】
なお、被成膜物品表面に到達するシリコン原子数は膜厚をモニタしつつ制御することができ、被成膜物品表面に到達するイオン数はイオン源からのイオンの引き出し電圧を制御したり、イオン源内のプラズマを発生させるための電力を制御すること等により制御することができる。
また、前記▲１▼、▲２▼の方法において、結晶性シリコン膜を形成する場合、被成膜物品の温度を室温〜６００℃程度にすることが好ましい。より好ましくは３００℃〜６００℃程度である。前記▲１▼、▲２▼の方法及び前記（ａ）、（ｂ）の装置によると、従来に比べてこのような低温下でも良質な結晶性を有するシリコン膜を得ることができる。なお、室温より低温にすると、形成されるシリコン膜中にアモルファス成分が増加し易く結晶性が却って低くなる場合がある。
【００２７】
さらに、前記▲１▼、▲２▼の方法において、結晶性シリコン膜を形成する場合、より結晶性を高める必要がある場合には、成膜後、後処理として、前記結晶性シリコン膜に３００℃〜６００℃程度の熱処理を施すことができる。熱処理温度は、より好ましくは４００℃〜６００℃程度である。前記▲１▼、▲２▼の方法及び前記（ａ）、（ｂ）の装置により得られるシリコン膜中の水素濃度は通常のＣＶＤ法により得られるシリコン膜より大幅に低い値にできるため、このように膜中水素濃度を低値として上述の後処理によりボイドの少ない一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することができる。また、結晶化のために行われる従来の後処理より加熱温度を低くすることができるとともに、加熱時間も短くすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る成膜装置の１例の概略構成を示す図である。
この装置は、プラズマ生成室Ｃを有し、室Ｃには真空排気部１８が接続されるとともに、原料ガス供給部１２が接続されている。原料ガス供給部１２には原料ガス源、マスフローコントローラ等が含まれるが、これらについては図示を省略している。また室Ｃ内には被成膜物品保持部材１１が設置され、保持部材１１は被成膜物品１０を搬入搬出すべく図示しない駆動部により水平往復動可能で、室Ｃ内では被成膜物品加熱用ヒータ９上に配置される。また、保持部材１１に保持される被成膜物品１０周縁部に対向する位置には、円筒状電極１４ａが設置される。電極１４ａには整合器１６ａを介して高周波電源１７ａが接続されている。また、円筒状電極１４ａに対応するプラズマ生成室Ｃの外周の位置には、プラズマ安定維持のための磁場を入れる磁石１００ａが設けられている。
【００２９】
また、円筒状電極１４ａを挟み、保持部材１１に対向する位置には断面円形のイオン源２が設けられている。イオン源２にはイオン源用ガス供給部１が接続されているとともに、ガスプラズマ化のために整合器３を介して高周波電源４が接続されている。なお、ガス供給部１にもガス源等が含まれるが、これらは図示を省略している。また、イオン源２は、イオンを引き出すためのここでは３枚の電極（イオン源側から加速電極、減速電極、接地電極）からなる引出し電極系２１を有している。引出し電極系２１とイオン源２との間には加速電源５及び減速電源６が接続されている。なお、イオン源２の励起方法はここでは高周波型を示しているが、この他フィラメント型、マイクロ波型等を採用できる。また、引出し電極系は３枚電極構造に限定されず１枚〜４枚の電極からなるものでよい。
【００３０】
また、プラズマ生成室Ｃ内のイオン引出し電極系２１の付近には、被成膜物品１０より若干広い面積を有する多孔電極１４ｂが設置されている。多孔電極１４ｂは引出し電極系２１の最もプラズマ生成室Ｃ寄りの電極（接地電極）の孔と実質上同じ大きさ及び配列の孔１４ｂ’を有するものであり、該接地電極と孔の位置を実質上同じくして配置されている。多孔電極１４ｂには、整合器１６ｂを介して高周波電源１７ｂが接続されている。
【００３１】
この装置を用いて本発明方法を実施するにあたっては、被成膜物品１０を保持部材１１により保持してプラズマ生成室Ｃ内に搬入しヒータ９上の所定の成膜位置に設置するとともに、室Ｃ内を真空排気部１８の運転にて所定真空度とする。次いで、原料ガス供給部１２からプラズマ生成室Ｃ内に原料ガスを導入するとともに、整合器１６ａを介して高周波電源１７ａから円筒状電極１４ａに高周波電力を供給して前記導入した原料ガスをプラズマ化し、図中１３ａで示す位置すなわち円筒状電極１４ａのすぐ内側であって被成膜物品１０の周縁部の近傍の位置に主プラズマを形成する。また、整合器１６ｂを介して高周波電源１７ｂから多孔電極１４ｂに高周波電力を供給して前記導入した原料ガスをプラズマ化し、図中１３ｂに示す位置すなわち多孔電極１４ｂの直ぐ下方の位置に補助プラズマを形成する。
【００３２】
それとともにイオン源２にイオン源用ガス供給部１からイオンの原料ガスを導入し、これに整合器３を介して電源４から高周波電力を供給して、図中８で示すイオン源内の位置にプラズマを発生させ、引出し電極系２１に電源５、６により適当な電圧を印加することによりプラズマ８からイオンを引き出し、多孔電極１４ｂの孔１４ｂ’及び円筒状電極１４ａの開口部を通して被成膜物品１０に該イオンビームを照射する。これにより、被成膜物品１０上に所定の結晶性膜が形成される。
【００３３】
なお、成膜中は、被成膜物品１０表面近傍の真空度が１×１０-2Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒの範囲内になるようにプラズマ生成室内の真空度を調整する。また、例えば結晶性シリコン膜を形成する場合、成膜原料ガスとしてシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス又はシリコン系ガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスを用いる。また、イオンビームのイオン種としてシリコン系ガス、反応性ガス及び不活性ガスのうち少なくとも一種のガスのイオンを用いる。この場合、イオンの加速エネルギは２０ｅＶ〜２ｋｅＶ、より好ましくは５０ｅＶ〜５００ｅＶとする。さらに、被成膜物品１０の温度はヒータ９によりＲＴ（室温）〜６００℃に保つ。
【００３４】
以上説明した方法及び装置によると、主プラズマ１３ａは主に物品１０の周縁部に対向する位置に形成されるため、主プラズマ１３ａ中の高速イオン及び高速電子の物品１０への入射量が少なく、しかも直接入射が抑制され、膜成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質の結晶性膜の成長が促される。また、物品１０にイオンビームを照射し、その照射のエネルギが２ｋｅＶ以下（特に５００ｅＶ以下）の低レベルに制御されていることにより、イオンビーム照射による表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果が妨げられず膜構成原子のマイグレーションが促進されて、物品１０上に良質な結晶性を有する膜が形成される。
【００３５】
また、被成膜物品１０の周縁部近傍に主プラズマ１３ａを形成するのに加えて、多孔電極１４ｂに電力供給して被成膜物品１０から離れた上方に該物品１０の被成膜面に相当する広がりを有する補助プラズマ１３ｂを形成することにより、被成膜物品１０の被成膜面が比較的広いものである場合にも、該面上に均一な結晶性膜を形成することができる。
【００３６】
また、１工程で結晶性膜が得られるため、成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好である。
また、例えば結晶性シリコン膜を形成する場合、成膜中はシリコンを結晶化させるために物品１０の温度を６００℃より高くする必要はない。このことから、例えば液晶表示装置用のガラス基板として比較的低融点の安価なガラスを用い、その上にＴＦＴ用等のシリコン膜を形成できる。
【００３７】
また、ここでは１×１０-2Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒという高真空下で原料ガスをプラズマ化させるため、気相反応が抑制されて不要なパーティクルの生成が抑制され、被成膜物品１０への不純物の付着が抑制されて良質な結晶性膜が得られる。また、前記のとおり高真空下で原料ガスをプラズマ化するため、成膜に寄与するラジカルの拡散域が広くなり、大面積の被成膜物品１０上にも良質な結晶性膜を形成することができる。さらにプラズマ生成室Ｃ内面等への膜付着が少なく、従って室Ｃ内のクリーニングの頻度が少なくて済む。
【００３８】
また、図２は本発明に係る成膜装置の他の例の概略構成を示す図である。この装置は、図１の装置において、円筒状電極１４ａ、これに接続された整合器１６ａ及び高周波電源１７ａを備えていないものである。その他の構成は図１の装置と同様であり、実質上同じ部品には同じ参照符号を付してある。
この装置を用いて本発明方法を実施するにあたっては、多孔電極１４ｂへの電力供給によって成膜原料ガスをプラズマ化して、イオン源１の引出し電極系２１の直ぐ下方の位置にプラズマ１３ｂを形成するとともに、イオン源１から被成膜物品１０にイオンビームを照射して該物品１０上に結晶性膜を形成する。その他の動作は前記図１の装置を用いた成膜と同様である。
【００３９】
この方法及び装置によると、プラズマ１４ｂは被成膜物品１０の被成膜面から離れた位置に形成されるため、該プラズマからの高速イオンや高速電子の被成膜物品１０への入射量が少なく、しかも直接入射が抑制され、膜成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良質な結晶性を有する膜の成長が促される。
また、多孔電極１４ｂへの電力供給により被成膜物品１０の被成膜面の大きさに対応する大きさを有するプラズマが形成されるため、該面の面積が大きいときでも、面内均一性の高い膜を形成することができる。
【００４０】
さらに、図１の装置による成膜の場合と同様に、イオンビーム照射に基づく効果、すなわち比較的低温下で生産性良く膜形成できる等の効果もある。
次に、図１、図２の装置を用いて本発明方法により結晶性シリコン膜を形成した具体的な実施例１、２及びその結果得られた結晶性シリコン膜の例について説明する。併せて、実施例１において補助プラズマを形成せず主プラズマのみ形成して結晶性シリコン膜を形成した比較例１及び従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン膜を形成した比較例２についても説明する。
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なお、前記実施例１及び２は被成膜物品を替えて５０回づつ行った。
比較例１
前記実施例１において補助プラズマを形成しない他は前記実施例１と同じ条件で結晶性シリコン膜を形成した。
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次に、前記実施例１、２及び比較例２により得られた各シリコン膜について、フーリエ交換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）及びレーザラマン分光分析により水素濃度測定及び結晶性評価を行い、電子移動度測定を行うことでデバイス特性を評価した。また、後処理として熱処理を施し結晶構造の変化を調べた。
・ＦＴ−ＩＲ
波数２０００ｃｍ-1のＳｉ−Ｈ(Stretching-band) 吸収ピーク積分強度から膜中の水素濃度を定量分析したところ、実施例１、２による各膜サンプルは５×１０20ｃｍ-3以下であるのに対し、比較例２による膜サンプルは２×１０22ｃｍ-3であった。このように本発明実施例１、２により得られた膜サンプルは比較例２によるものより水素濃度が著しく少なかった。
・ＸＲＤ
実施例１、２による各膜サンプルは、１１１面（２θ＝２８．２°）及び２２０面（２θ＝４７．２°）からのピークが検出され、シリコン(cubic) の結晶性が確認された。一方、比較例２による膜サンプルはアモルファス構造であることが確認された。
・レーザラマン分光分析
実施例１、２による各膜サンプルは、結晶化シリコンによるピーク（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃｍ-1）のピークを検出し、１００Å〜２０００Åの結晶粒が認められた。一方、比較例２による膜サンプルはアモルファス構造によるピーク（ラマンシフト＝４８０ｃｍ-1）が検出された。
・熱処理
実施例１、２及び比較例２により得られた各膜サンプルに後処理として５００℃、８時間の真空中での熱処理を施したところ、比較例２による膜サンプルはアモルファス構造のままで結晶化しなかったが、実施例１、２のものでは結晶粒径が１００Å〜２０００Åから５００Å〜３０００Åへ増大した。
・電子移動度
比較例２による膜サンプルが０．１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓの電子移動度を示したのに対し、実施例１、２による膜サンプルでは結晶粒径１００Åのもので０．５ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、結晶粒径２０００Åのもので５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓの電子移動度を示した。
【００４１】
以上の結果から、本発明実施例１、２では従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた比較例２によっては得られなかった結晶性シリコン膜が３００℃という低温度下で得られたことが分かる。
また、前記実施例１、２及び比較例１により得られた各シリコン膜について、光学式膜厚計を用いて膜厚分布を評価したところ、実施例１による膜は±３％であるのに対して、比較例１による膜は±８％であり、比較的大面積の被成膜物品を用いるときでも、該物品の上方に設置した多孔電極を用いてプラズマ分布を補正することにより、膜厚均一性が向上したことが分かる。また、実施例２による膜の膜厚分布は±５％であり、比較的大面積の被成膜物品を用いるときでも、該物品に対応する広がりを有する多孔電極を用いることにより面内均一性の高い膜を形成できたことが分かる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、被成膜物品表面に比較的低温下で生産性良く膜形成できるとともに、欠陥の無い或いは少ない良質の結晶性を有する膜を形成でき、該物品の被成膜面の面積が大きい場合にも、形成される膜の面内均一性を高くすることができる成膜方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の１例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る成膜装置の他の例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  イオン源用ガス導入口
２  イオン源
２１  引出し電極系
３、１６ａ、１６ｂ  整合器
４、１７ａ、１７ｂ  高周波電源
５  加速電源
６  減速電源
８  イオン源内プラズマ
９  被成膜物品加熱用ヒータ
１０  被成膜物品
１１  被成膜物品保持部材
１２  原料ガス供給部
１３ａ  主プラズマ
１３ｂ  補助プラズマ
１４ａ  円筒状電極
１４ｂ  多孔電極
１４ｂ’  多孔電極１４ｂの孔
１８  真空排気部
Ｃ  プラズマ生成室
１００ａ、１００ｂ  磁石
【図１】
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【図２】
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