JP2000195810A - 多結晶シリコン薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜形成方法及び薄膜形成装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 比較的低温下で安価に、生産性よく多結晶シ
リコン薄膜を形成できる多結晶シリコン薄膜形成方法を
提供する。 【解決手段】 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガ
スとの混合ガスから又はシラン系反応ガスからプラズマ
を形成し、該プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度
に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が１以
上になるように、或いはさらにプラズマポテンシャルが
６０Ｖ以下になるように該プラズマ状態を制御し、該プ
ラズマのもとで基板に多結晶シリコン薄膜を形成する多
結晶シリコン薄膜形成方法とその薄膜形成装置。
リコン薄膜を形成できる多結晶シリコン薄膜形成方法を
提供する。 【解決手段】 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガ
スとの混合ガスから又はシラン系反応ガスからプラズマ
を形成し、該プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度
に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が１以
上になるように、或いはさらにプラズマポテンシャルが
６０Ｖ以下になるように該プラズマ状態を制御し、該プ
ラズマのもとで基板に多結晶シリコン薄膜を形成する多
結晶シリコン薄膜形成方法とその薄膜形成装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ法に
よる多結晶シリコン薄膜の形成方法及び多結晶シリコン
薄膜の形成に用いることができる薄膜形成装置に関す
る。
よる多結晶シリコン薄膜の形成方法及び多結晶シリコン
薄膜の形成に用いることができる薄膜形成装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶表示装置における画素に設け
られるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチの材料とし
て、或いは各種集積回路、太陽電池等の作製にシリコン
薄膜が採用されている。シリコン薄膜は、多くの場合、
シラン系反応ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成
され、その場合、該薄膜のほとんどはアモルファスシリ
コン薄膜である。
られるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチの材料とし
て、或いは各種集積回路、太陽電池等の作製にシリコン
薄膜が採用されている。シリコン薄膜は、多くの場合、
シラン系反応ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成
され、その場合、該薄膜のほとんどはアモルファスシリ
コン薄膜である。
【０００３】アモルファスシリコン薄膜は、被成膜基板
の温度を比較的低くして形成することができ、平行平板
型の電極を用いた高周波放電（周波数 １３．５６ＭＨ
ｚ）による材料ガスのプラズマのもとに容易に大面積に
形成できる。このことから、これまで液晶表示装置の画
素用スイッチングデバイス、太陽電池等に広く利用され
ている。
の温度を比較的低くして形成することができ、平行平板
型の電極を用いた高周波放電（周波数 １３．５６ＭＨ
ｚ）による材料ガスのプラズマのもとに容易に大面積に
形成できる。このことから、これまで液晶表示装置の画
素用スイッチングデバイス、太陽電池等に広く利用され
ている。
【０００４】しかし、シリコン膜利用の太陽電池におけ
る発電効率のさらなる向上、シリコン膜利用の半導体デ
バイスにおける応答速度等の特性のさらなる向上はかか
るアモルファスシリコン膜に求めることはできない。そ
のため結晶性シリコン薄膜（例えば多結晶シリコン薄
膜）の利用が検討されている。多結晶シリコン薄膜のよ
うな結晶性シリコン薄膜の形成方法としては、被成膜基
板の温度を６００℃〜７００℃以上の温度に維持して低
圧プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等のＣＶＤ法や、真空蒸着
法、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法により膜形成する方
法、各種ＣＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下でアモ
ルファスシリコン薄膜を形成した後、後処理として、８
００℃程度以上の熱処理若しくは６００℃程度で長時間
にわたる熱処理を施す方法が知られている。
る発電効率のさらなる向上、シリコン膜利用の半導体デ
バイスにおける応答速度等の特性のさらなる向上はかか
るアモルファスシリコン膜に求めることはできない。そ
のため結晶性シリコン薄膜（例えば多結晶シリコン薄
膜）の利用が検討されている。多結晶シリコン薄膜のよ
うな結晶性シリコン薄膜の形成方法としては、被成膜基
板の温度を６００℃〜７００℃以上の温度に維持して低
圧プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等のＣＶＤ法や、真空蒸着
法、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法により膜形成する方
法、各種ＣＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下でアモ
ルファスシリコン薄膜を形成した後、後処理として、８
００℃程度以上の熱処理若しくは６００℃程度で長時間
にわたる熱処理を施す方法が知られている。
【０００５】また、アモルファスシリコン膜にレーザア
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。
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のうち基板を高温に曝す方法では、基板として高温に耐
え得る高価な基板を採用しなけれならず、例えば安価な
低融点ガラス基板（耐熱温度５００℃以下）への結晶性
シリコン薄膜の形成は困難であり、そのため、多結晶シ
リコン薄膜のような結晶性シリコン薄膜の製造コストが
高くなるという問題がある。
のうち基板を高温に曝す方法では、基板として高温に耐
え得る高価な基板を採用しなけれならず、例えば安価な
低融点ガラス基板（耐熱温度５００℃以下）への結晶性
シリコン薄膜の形成は困難であり、そのため、多結晶シ
リコン薄膜のような結晶性シリコン薄膜の製造コストが
高くなるという問題がある。
【０００７】また、レーザアニール法によるときには、
低温下で結晶性シリコン薄膜を得ることができるもの
の、レーザ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。そこで本発明は、比較的低温下で安
価に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる多結
晶シリコン薄膜形成方法を提供することを課題とする。
低温下で結晶性シリコン薄膜を得ることができるもの
の、レーザ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。そこで本発明は、比較的低温下で安
価に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる多結
晶シリコン薄膜形成方法を提供することを課題とする。
【０００８】また、本発明は、比較的低温下で安価に、
生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる他、広く所
望の薄膜の形成に利用できる薄膜形成装置を提供するこ
とを課題とする。
生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる他、広く所
望の薄膜の形成に利用できる薄膜形成装置を提供するこ
とを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明者は研究を重ね次の知見を得た。すなわち、成膜
室内に導入したシリコン原子を有する材料ガス〔例えば
四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）、四塩化シリコン（Ｓｉ
Ｃｌ4 ）等のガス〕と水素ガスとの混合ガスや、シラン
系反応ガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のガス〕
はプラズマ形成により分解され、多数の分解生成物（各
種ラジカルやイオン）が形成される。その中でシリコン
薄膜の形成に寄与するラジカルとしてはＳｉＨ3 * 、Ｓ
ｉＨ2 * 、ＳｉＨ * 等が挙げられる。シリコン薄膜の成
長過程において形成される膜の構造を決定するのは、基
板上における表面反応であり、基板表面に存在するシリ
コンの未結合手とこれらラジカルとが反応して膜堆積が
起こると考えられる。また、シリコン薄膜の結晶化には
未結合手を持つシリコン原子やＳｉ原子と結合した水素
原子が膜中へ取り込まれることをできるだけ抑制するこ
とが必要であり、そのためには基板表面さらにはそこに
形成されていく膜表面における水素原子の被覆率増加が
重要と考えられる。基板表面さらにはそこに形成されて
いく膜の表面を被覆する水素原子が、未結合手を持つＳ
ｉ原子と結合した水素原子等の膜中への取り込みを低減
する詳細な機構については不明であるが、Ｓｉ原子の未
結合手と水素が十分結合することでこれらが気化してい
くためではないかと考えられる。いずれにしても基板表
面における水素原子の被覆率増加により未結合手を持つ
Ｓｉ原子やシリコン原子と結合した水素原子の膜中への
取り込みが低減する。基板表面における水素原子の被覆
率増加のためには常にプラズマ中から基板へ水素原子ラ
ジカルが飛来しなければならない。そのためには、プラ
ズマ中の水素原子ラジカルの密度を高めることが重要で
ある。本発明者の研究によれば、プラズマ中の水素原子
ラジカルの密度を高める程度として、プラズマ中のＳｉ
Ｈ* ラジカルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈ
β）の発光強度比が１以上〔すなわち、（水素原子ラジ
カル（Ｈβ）の発光強度）／（ＳｉＨ* ラジカルの発光
強度）が１以上〕になるように水素原子ラジカルの密度
を高めれば、良質の多結晶シリコン薄膜を形成できる。
本発明者は研究を重ね次の知見を得た。すなわち、成膜
室内に導入したシリコン原子を有する材料ガス〔例えば
四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）、四塩化シリコン（Ｓｉ
Ｃｌ4 ）等のガス〕と水素ガスとの混合ガスや、シラン
系反応ガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のガス〕
はプラズマ形成により分解され、多数の分解生成物（各
種ラジカルやイオン）が形成される。その中でシリコン
薄膜の形成に寄与するラジカルとしてはＳｉＨ3 * 、Ｓ
ｉＨ2 * 、ＳｉＨ * 等が挙げられる。シリコン薄膜の成
長過程において形成される膜の構造を決定するのは、基
板上における表面反応であり、基板表面に存在するシリ
コンの未結合手とこれらラジカルとが反応して膜堆積が
起こると考えられる。また、シリコン薄膜の結晶化には
未結合手を持つシリコン原子やＳｉ原子と結合した水素
原子が膜中へ取り込まれることをできるだけ抑制するこ
とが必要であり、そのためには基板表面さらにはそこに
形成されていく膜表面における水素原子の被覆率増加が
重要と考えられる。基板表面さらにはそこに形成されて
いく膜の表面を被覆する水素原子が、未結合手を持つＳ
ｉ原子と結合した水素原子等の膜中への取り込みを低減
する詳細な機構については不明であるが、Ｓｉ原子の未
結合手と水素が十分結合することでこれらが気化してい
くためではないかと考えられる。いずれにしても基板表
面における水素原子の被覆率増加により未結合手を持つ
Ｓｉ原子やシリコン原子と結合した水素原子の膜中への
取り込みが低減する。基板表面における水素原子の被覆
率増加のためには常にプラズマ中から基板へ水素原子ラ
ジカルが飛来しなければならない。そのためには、プラ
ズマ中の水素原子ラジカルの密度を高めることが重要で
ある。本発明者の研究によれば、プラズマ中の水素原子
ラジカルの密度を高める程度として、プラズマ中のＳｉ
Ｈ* ラジカルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈ
β）の発光強度比が１以上〔すなわち、（水素原子ラジ
カル（Ｈβ）の発光強度）／（ＳｉＨ* ラジカルの発光
強度）が１以上〕になるように水素原子ラジカルの密度
を高めれば、良質の多結晶シリコン薄膜を形成できる。
【００１０】本発明はこのような知見に基づくもので、
次の（１）多結晶シリコン薄膜形成方法及び（２）薄膜
形成装置を提供する。 （１）多結晶シリコン薄膜形成方法。 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガスとの混合ガス
から、又はシラン系反応ガスからプラズマを形成し、該
プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度に対する水素
原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が１以上になるよう
に該プラズマ状態を制御し、該プラズマのもとで基板に
多結晶シリコン薄膜を形成することを特徴とする多結晶
シリコン薄膜形成方法。
次の（１）多結晶シリコン薄膜形成方法及び（２）薄膜
形成装置を提供する。 （１）多結晶シリコン薄膜形成方法。 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガスとの混合ガス
から、又はシラン系反応ガスからプラズマを形成し、該
プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度に対する水素
原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が１以上になるよう
に該プラズマ状態を制御し、該プラズマのもとで基板に
多結晶シリコン薄膜を形成することを特徴とする多結晶
シリコン薄膜形成方法。
【００１１】本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法
によると、良質の多結晶シリコン薄膜が、従来の後熱処
理やレーザアニール処理の必要なくして生産性よく得ら
れる。また、本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法
によると、多結晶シリコン薄膜を、４００℃以下の低温
で基板上に形成することができ、従って、基板として耐
熱性の低い安価な基板、例えば安価な低融点ガラス基板
（耐熱温度５００℃以下）を採用でき、それだけ安価に
多結晶シリコン薄膜を形成でき、ひいてはそれだけ安価
にシリコン薄膜利用の液晶表示装置、太陽電池、各種半
導体デバイス等を提供することができる。
によると、良質の多結晶シリコン薄膜が、従来の後熱処
理やレーザアニール処理の必要なくして生産性よく得ら
れる。また、本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法
によると、多結晶シリコン薄膜を、４００℃以下の低温
で基板上に形成することができ、従って、基板として耐
熱性の低い安価な基板、例えば安価な低融点ガラス基板
（耐熱温度５００℃以下）を採用でき、それだけ安価に
多結晶シリコン薄膜を形成でき、ひいてはそれだけ安価
にシリコン薄膜利用の液晶表示装置、太陽電池、各種半
導体デバイス等を提供することができる。
【００１２】前記シリコン原子を有する材料ガスとして
は、四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）、四塩化シリコン
（ＳｉＣｌ4 ）等のガスを例示できる。また、シラン系
反応ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のガスを
例示できる。プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度
に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比〔すな
わち、（水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度）／（Ｓ
ｉＨ * ラジカルの発光強度）〕（以下、「Ｈβ／ＳｉＨ
* 」という。）が１以上になるように該プラズマ状態を
制御するにあたっては、ガスの解離状態を発光分光法に
より計測し、シリコン薄膜の形成に寄与するラジカルの
一つであるＳｉＨ* （４１４ｎｍの出現）の発光強度に
対する水素原子ラジカルＨβ（４８６ｎｍの出現）の発
光強度比が１以上になるようプラズマ状態を制御する。
は、四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）、四塩化シリコン
（ＳｉＣｌ4 ）等のガスを例示できる。また、シラン系
反応ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のガスを
例示できる。プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度
に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比〔すな
わち、（水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度）／（Ｓ
ｉＨ * ラジカルの発光強度）〕（以下、「Ｈβ／ＳｉＨ
* 」という。）が１以上になるように該プラズマ状態を
制御するにあたっては、ガスの解離状態を発光分光法に
より計測し、シリコン薄膜の形成に寄与するラジカルの
一つであるＳｉＨ* （４１４ｎｍの出現）の発光強度に
対する水素原子ラジカルＨβ（４８６ｎｍの出現）の発
光強度比が１以上になるようプラズマ状態を制御する。
【００１３】Ｈβ／ＳｉＨ* の上限については、多結晶
シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で大きい値を採用
でき、特に制限はないが、後ほど説明する好ましくない
イオンの増加を招かない等のために、それには限定され
ないが、普通には、２０以下程度がよい。プラズマ状態
の制御は、具体的には、プラズマ生成のための投入電力
の大きさ、成膜室へ導入するガスの流量、成膜室内の成
膜ガス圧等のうち１又は２以上の制御により行える。
シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で大きい値を採用
でき、特に制限はないが、後ほど説明する好ましくない
イオンの増加を招かない等のために、それには限定され
ないが、普通には、２０以下程度がよい。プラズマ状態
の制御は、具体的には、プラズマ生成のための投入電力
の大きさ、成膜室へ導入するガスの流量、成膜室内の成
膜ガス圧等のうち１又は２以上の制御により行える。
【００１４】例えば、投入電力（ワット数）を大きくす
るとガス分解しやすくなる。しかし投入電力をあまり大
きくすると、イオンが無視し難く増える。成膜ガス圧を
低くすると、イオンが減少する。しかし水素原子ラジカ
ルも減る。例えばシリコン原子を有する材料ガスと水素
ガスの混合ガスを採用する場合において、水素ガス導入
量を増やすと、イオン増加を抑制しつつ水素原子ラジカ
ルを増やすことができる。これらを勘案して、投入電力
の大きさ、成膜室へ導入するガスの流量、成膜室内の成
膜ガス圧等のうち１又は２以上を適宜制御することで所
望のプラズマ状態を得るようにプラズマを制御すればよ
い。
るとガス分解しやすくなる。しかし投入電力をあまり大
きくすると、イオンが無視し難く増える。成膜ガス圧を
低くすると、イオンが減少する。しかし水素原子ラジカ
ルも減る。例えばシリコン原子を有する材料ガスと水素
ガスの混合ガスを採用する場合において、水素ガス導入
量を増やすと、イオン増加を抑制しつつ水素原子ラジカ
ルを増やすことができる。これらを勘案して、投入電力
の大きさ、成膜室へ導入するガスの流量、成膜室内の成
膜ガス圧等のうち１又は２以上を適宜制御することで所
望のプラズマ状態を得るようにプラズマを制御すればよ
い。
【００１５】本発明方法により多結晶シリコン薄膜を形
成するとき、基板表面さらには形成されていく膜表面へ
はラジカルとともにプラズマ中のイオンも飛来する。し
かしイオン入射が多いと、形成される膜がダメージを受
けるとともにシリコン結晶化の妨げとなる。プラズマ中
のイオンの基板表面への入射エネルギーは、プラズマポ
テンシャル（プラズマ電位）に影響され、プラズマ電位
と基板表面電位との差分で与えられる。本発明者の研究
によると、プラズマポテンシャルは６０Ｖ以下に設定す
れば、基板へのイオン入射を相当抑制できる。また、プ
ラズマ中に生成されるイオンの密度を減らすようにプラ
ズマを制御してもイオン入射数を減らすことができる。
成するとき、基板表面さらには形成されていく膜表面へ
はラジカルとともにプラズマ中のイオンも飛来する。し
かしイオン入射が多いと、形成される膜がダメージを受
けるとともにシリコン結晶化の妨げとなる。プラズマ中
のイオンの基板表面への入射エネルギーは、プラズマポ
テンシャル（プラズマ電位）に影響され、プラズマ電位
と基板表面電位との差分で与えられる。本発明者の研究
によると、プラズマポテンシャルは６０Ｖ以下に設定す
れば、基板へのイオン入射を相当抑制できる。また、プ
ラズマ中に生成されるイオンの密度を減らすようにプラ
ズマを制御してもイオン入射数を減らすことができる。
【００１６】そこで、本発明に係る多結晶シリコン薄膜
形成方法では、プラズマの制御にあたり、プラズマポテ
ンシャルを６０Ｖ以下に制御してもよい。また、これに
代えて、或いはこれとともに、プラズマ状態の制御にあ
たり、プラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）
以下になるようにプラズマ状態を制御してもよい。プラ
ズマポテンシャルの下限については、多結晶シリコン薄
膜を形成できるのであれば特に制限はないが、例えばプ
ラズマが安定して持続できる状態を得る等の観点から、
それには限定されないが、例えば１０Ｖ程度以上にする
ことができる。
形成方法では、プラズマの制御にあたり、プラズマポテ
ンシャルを６０Ｖ以下に制御してもよい。また、これに
代えて、或いはこれとともに、プラズマ状態の制御にあ
たり、プラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）
以下になるようにプラズマ状態を制御してもよい。プラ
ズマポテンシャルの下限については、多結晶シリコン薄
膜を形成できるのであれば特に制限はないが、例えばプ
ラズマが安定して持続できる状態を得る等の観点から、
それには限定されないが、例えば１０Ｖ程度以上にする
ことができる。
【００１７】また、プラズマ中に生成されるイオンの密
度は、多結晶シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で低
いほどよいが、例えばプラズマの安定持続等の観点か
ら、それには限定されないが、例えば１×１０8 （ｃｍ
-3）程度以上にすることができる。本発明方法において
プラズマの生成は、代表的には放電のもとに形成するこ
とができ、その場合、従来から用いられている平行平板
型の電極構造によるプラズマ生成よりも、放電用電極と
して円筒形電極を用いるプラズマ生成による方が、効率
よくガス分解を進めることができ、発光強度比（Ｈβ／
ＳｉＨ* ）が１以上となるプラズマを生成し易い。何故
なら、発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を１以上とするた
めにプラズマ中の原子状水素ラジカルの密度を高めるに
は、導入したガスを効率よく分解する必要があり、ガス
の分解はプラズマ中の高速電子とガス分子との衝突によ
って起こる。そしてプラズマ中の電子は印加電圧の変動
に応じて電極間を移動（運動）し、その間にガス分子と
衝突する。従って、従来用いられている平行平板型の電
極構造では電極間距離が短いため、電極間における移動
中に電子がガス分子に衝突する回数が少なくガス分解が
進みにくい。この点、円筒形放電電極では、対向電極と
して、例えば成膜室内壁やそれと同電位の基板ホルダ等
を採用することで電極間距離を長くして電子の移動中に
電子とガス分子とが衝突する回数を多くして効率よくガ
スを分解できる。なお、円筒形放電電極を採用する場
合、普通には、該円筒形放電電極の円筒形中心軸線が基
板面に垂直又は略垂直になるように設置すればよい。
度は、多結晶シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で低
いほどよいが、例えばプラズマの安定持続等の観点か
ら、それには限定されないが、例えば１×１０8 （ｃｍ
-3）程度以上にすることができる。本発明方法において
プラズマの生成は、代表的には放電のもとに形成するこ
とができ、その場合、従来から用いられている平行平板
型の電極構造によるプラズマ生成よりも、放電用電極と
して円筒形電極を用いるプラズマ生成による方が、効率
よくガス分解を進めることができ、発光強度比（Ｈβ／
ＳｉＨ* ）が１以上となるプラズマを生成し易い。何故
なら、発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を１以上とするた
めにプラズマ中の原子状水素ラジカルの密度を高めるに
は、導入したガスを効率よく分解する必要があり、ガス
の分解はプラズマ中の高速電子とガス分子との衝突によ
って起こる。そしてプラズマ中の電子は印加電圧の変動
に応じて電極間を移動（運動）し、その間にガス分子と
衝突する。従って、従来用いられている平行平板型の電
極構造では電極間距離が短いため、電極間における移動
中に電子がガス分子に衝突する回数が少なくガス分解が
進みにくい。この点、円筒形放電電極では、対向電極と
して、例えば成膜室内壁やそれと同電位の基板ホルダ等
を採用することで電極間距離を長くして電子の移動中に
電子とガス分子とが衝突する回数を多くして効率よくガ
スを分解できる。なお、円筒形放電電極を採用する場
合、普通には、該円筒形放電電極の円筒形中心軸線が基
板面に垂直又は略垂直になるように設置すればよい。
【００１８】また、本発明方法においてプラズマの生成
は、代表的には放電のもとに形成することができ、その
場合、プラズマ発生のための放電に用いる放電用電源
は、従来一般に用いられてきた１３．５６ＭＨｚの高周
波電源でもよいが、周波数を増加させると、単位時間当
たりの電子の電極間移動回数が増え、より効率よくガス
分解が起こるので、例えば６０ＭＨｚ以上の高周波電源
を用いることにより発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を容
易に大きくできる。
は、代表的には放電のもとに形成することができ、その
場合、プラズマ発生のための放電に用いる放電用電源
は、従来一般に用いられてきた１３．５６ＭＨｚの高周
波電源でもよいが、周波数を増加させると、単位時間当
たりの電子の電極間移動回数が増え、より効率よくガス
分解が起こるので、例えば６０ＭＨｚ以上の高周波電源
を用いることにより発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を容
易に大きくできる。
【００１９】そこで、本発明に係る多結晶シリコン薄膜
形成方法では、前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電電極として円筒形電極を用
いてもよい。また、これとともに、或いはこれに代え
て、放電に用いる放電用電源として、周波数６０ＭＨｚ
以上の高周波電源を用いてもよい。周波数６０ＭＨｚ以
上の高周波電源を用いる場合、周波数の上限について
は、多結晶シリコン薄膜を形成できるのであれば特に制
限はないが、あまり周波数が高くなるとプラズマ発生領
域が制限されてくる傾向にあるから、例えばマイクロ波
オーダの周波数（代表的には２．４５ＧＨｚ）程度まで
とすることができる。
形成方法では、前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電電極として円筒形電極を用
いてもよい。また、これとともに、或いはこれに代え
て、放電に用いる放電用電源として、周波数６０ＭＨｚ
以上の高周波電源を用いてもよい。周波数６０ＭＨｚ以
上の高周波電源を用いる場合、周波数の上限について
は、多結晶シリコン薄膜を形成できるのであれば特に制
限はないが、あまり周波数が高くなるとプラズマ発生領
域が制限されてくる傾向にあるから、例えばマイクロ波
オーダの周波数（代表的には２．４５ＧＨｚ）程度まで
とすることができる。
【００２０】また、ガス分解により生じた水素原子ラジ
カルは寿命は短く、その一部は基板上へ到達するが、大
半は近隣の水素原子ラジカルやＳｉＨ3 * ，Ｓｉ
Ｈ2 * ，ＳｉＨ* 等のラジカルと再結合してしまう。し
たがって、できるだけ基板へ到達する間に他のラジカル
と出会わないように、成膜時のガス圧は低い方が望まし
く、従来のプラズマＣＶＤ法における一般的な成膜圧力
である数百ｍＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒよりも２０ｍＴｏｒ
ｒ以下、より好ましくは１０ｍＴｏｒｒ以下の成膜圧力
の方が、生成された水素原子ラジカルが効率よく基板上
へ到達できる。
カルは寿命は短く、その一部は基板上へ到達するが、大
半は近隣の水素原子ラジカルやＳｉＨ3 * ，Ｓｉ
Ｈ2 * ，ＳｉＨ* 等のラジカルと再結合してしまう。し
たがって、できるだけ基板へ到達する間に他のラジカル
と出会わないように、成膜時のガス圧は低い方が望まし
く、従来のプラズマＣＶＤ法における一般的な成膜圧力
である数百ｍＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒよりも２０ｍＴｏｒ
ｒ以下、より好ましくは１０ｍＴｏｒｒ以下の成膜圧力
の方が、生成された水素原子ラジカルが効率よく基板上
へ到達できる。
【００２１】従って、本発明に係る多結晶シリコン薄膜
形成方法では、成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、或い
は１０ｍＴｏｒｒ以下に維持してもよい。成膜ガス圧の
下限については、多結晶シリコン薄膜が形成できるので
あれば、特に制限はないが、円滑にプラズマを生成させ
る等のために０．１ｍＴｏｒｒ程度以上がよい。成膜時
の基板温度は４００℃以下に維持できる。成膜時の基板
温度の下限については、多結晶シリコン薄膜が形成でき
るのであれば、特に制限はないが、普通には、室温や膜
形成装置周辺温度程度以上となる。
形成方法では、成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、或い
は１０ｍＴｏｒｒ以下に維持してもよい。成膜ガス圧の
下限については、多結晶シリコン薄膜が形成できるので
あれば、特に制限はないが、円滑にプラズマを生成させ
る等のために０．１ｍＴｏｒｒ程度以上がよい。成膜時
の基板温度は４００℃以下に維持できる。成膜時の基板
温度の下限については、多結晶シリコン薄膜が形成でき
るのであれば、特に制限はないが、普通には、室温や膜
形成装置周辺温度程度以上となる。
【００２２】ここで少し元に戻り、前記基板への多結晶
シリコン薄膜形成にあたり、該基板を成膜室内に設置
し、該成膜室内を排気減圧して成膜ガス圧に設定すると
ともに前記プラズマを該成膜室内へ導入した前記シリコ
ン原子を有する材料ガスと水素ガスとの混合ガス又はシ
ラン系反応ガスである成膜原料ガスに高周波電力を印加
して形成する場合についてみる。このような多結晶シリ
コン薄膜成形では、例えば、前記発光強度比（Ｈβ／Ｓ
ｉＨ* ）が１以上、且つ、プラズマポテンシャルＶｐが
６０Ｖ以下とするには、次のようにすればよい。
シリコン薄膜形成にあたり、該基板を成膜室内に設置
し、該成膜室内を排気減圧して成膜ガス圧に設定すると
ともに前記プラズマを該成膜室内へ導入した前記シリコ
ン原子を有する材料ガスと水素ガスとの混合ガス又はシ
ラン系反応ガスである成膜原料ガスに高周波電力を印加
して形成する場合についてみる。このような多結晶シリ
コン薄膜成形では、例えば、前記発光強度比（Ｈβ／Ｓ
ｉＨ* ）が１以上、且つ、プラズマポテンシャルＶｐが
６０Ｖ以下とするには、次のようにすればよい。
【００２３】すなわち、前記発光強度比が１より小さ
く、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下であるときは、
前記高周波電力を増加させ、前記発光強度比が１以上で
プラズマポテンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記
成膜室内からの排気量を調整して前記成膜ガス圧を増加
させ、前記発光強度比が１より小さく、プラズマポテン
シャルが６０Ｖより大きいときは、前記成膜室内への前
記原料ガス導入量を減少させることで発光強度比１以
上、プラズマポテンシャル６０Ｖ以下の条件を設定すれ
ばよい。これらの操作は必要に応じ複数を順次実行して
もよい。
く、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下であるときは、
前記高周波電力を増加させ、前記発光強度比が１以上で
プラズマポテンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記
成膜室内からの排気量を調整して前記成膜ガス圧を増加
させ、前記発光強度比が１より小さく、プラズマポテン
シャルが６０Ｖより大きいときは、前記成膜室内への前
記原料ガス導入量を減少させることで発光強度比１以
上、プラズマポテンシャル６０Ｖ以下の条件を設定すれ
ばよい。これらの操作は必要に応じ複数を順次実行して
もよい。
【００２４】前記発光強度比が１より小さく、プラズマ
ポテンシャルが６０Ｖ以下であるときに前記高周波電力
を増加させると、プラズマの解離度が増加し、発光強度
比が上昇するので、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下
のままで、発光強度比が１以上へ向け変化する。また前
記発光強度比が１以上でプラズマポテンシャルが６０Ｖ
より大きいときに前記成膜室内からの排気量を調整して
前記成膜ガス圧を増加させると、平均自由行程の減少に
よる各イオンの電界からのエネルギー授与が減少するた
め、発光強度比１以上のままで、プラズマポテンシャル
が６０Ｖ以下へ向け変化する。
ポテンシャルが６０Ｖ以下であるときに前記高周波電力
を増加させると、プラズマの解離度が増加し、発光強度
比が上昇するので、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下
のままで、発光強度比が１以上へ向け変化する。また前
記発光強度比が１以上でプラズマポテンシャルが６０Ｖ
より大きいときに前記成膜室内からの排気量を調整して
前記成膜ガス圧を増加させると、平均自由行程の減少に
よる各イオンの電界からのエネルギー授与が減少するた
め、発光強度比１以上のままで、プラズマポテンシャル
が６０Ｖ以下へ向け変化する。
【００２５】発光強度比が１より小さく、プラズマポテ
ンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記成膜室内への
前記原料ガス導入量を減少させると、ガス供給過多によ
るガス分子へのエネルギー供給不足が改善され、発光強
度比は１以上へ向け変化する。その後、未だプラズマポ
テンシャルが６０Ｖより大きいときは成膜ガス圧を増加
させるとよい。
ンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記成膜室内への
前記原料ガス導入量を減少させると、ガス供給過多によ
るガス分子へのエネルギー供給不足が改善され、発光強
度比は１以上へ向け変化する。その後、未だプラズマポ
テンシャルが６０Ｖより大きいときは成膜ガス圧を増加
させるとよい。
【００２６】また、前記プラズマ状態の制御にあたり、
プラズマ中のイオン密度が５×１０ 10（ｃｍ-3）以下に
なるようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜
を形成してもよい。前記成膜原料ガスへの前記高周波電
力印加にあたり、高周波電源に接続された円筒形放電電
極を採用してもよい。
プラズマ中のイオン密度が５×１０ 10（ｃｍ-3）以下に
なるようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜
を形成してもよい。前記成膜原料ガスへの前記高周波電
力印加にあたり、高周波電源に接続された円筒形放電電
極を採用してもよい。
【００２７】前記成膜原料ガスへの前記高周波電力印加
にあたり、該高周波電力として周波数６０ＭＨｚ以上の
高周波電力を用いてもよい。成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒ
ｒ以下に維持してもよい。成膜時の基板温度を４００℃
以下に維持することもできる。 （２）薄膜形成装置 被成膜基板を設置できる成膜室、該成膜室内に設置さ
れ、放電用電源に接続されたプラズマ形成のための放電
用電極、該成膜室内へ成膜のためのガスを供給するガス
供給装置、該成膜室から排気する排気装置を備えたプラ
ズマＣＶＤによる薄膜形成装置であって、プラズマ状態
の計測を行うための発光分光計測装置及びプローブ測定
装置、並びに該発光分光計測装置及びプローブ測定装置
による検出情報に基づいてプラズマ状態を所定の状態に
維持するように前記放電用電源からの電力供給（代表的
には投入電力の大きさ）、ガス供給装置からのガス供給
（代表的には供給ガス流量）及び前記排気装置による排
気のうちすくなくとも一つを制御する制御部を備えてい
ることを特徴とする薄膜形成装置。
にあたり、該高周波電力として周波数６０ＭＨｚ以上の
高周波電力を用いてもよい。成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒ
ｒ以下に維持してもよい。成膜時の基板温度を４００℃
以下に維持することもできる。 （２）薄膜形成装置 被成膜基板を設置できる成膜室、該成膜室内に設置さ
れ、放電用電源に接続されたプラズマ形成のための放電
用電極、該成膜室内へ成膜のためのガスを供給するガス
供給装置、該成膜室から排気する排気装置を備えたプラ
ズマＣＶＤによる薄膜形成装置であって、プラズマ状態
の計測を行うための発光分光計測装置及びプローブ測定
装置、並びに該発光分光計測装置及びプローブ測定装置
による検出情報に基づいてプラズマ状態を所定の状態に
維持するように前記放電用電源からの電力供給（代表的
には投入電力の大きさ）、ガス供給装置からのガス供給
（代表的には供給ガス流量）及び前記排気装置による排
気のうちすくなくとも一つを制御する制御部を備えてい
ることを特徴とする薄膜形成装置。
【００２８】この薄膜形成装置によると、成膜室内の所
定位置に被成膜基板を設置し、排気装置を運転して成膜
室内から排気する一方、ガス供給装置から成膜のための
ガスを成膜室内へ導入し、放電用電極から放電させるこ
とで該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで基板に
膜形成できる。このとき、発光分光計測装置及びプロー
ブ測定装置による検出情報に基づいて制御部がプラズマ
状態を所定の状態に維持するように前記放電用電源から
の電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気
装置による排気のうちすくなくとも一つを制御すること
で（なお、ガス供給装置からのガス供給や、排気装置に
よる排気の制御は、成膜ガス圧の制御にもつながる）、
所望の薄膜を形成できる。
定位置に被成膜基板を設置し、排気装置を運転して成膜
室内から排気する一方、ガス供給装置から成膜のための
ガスを成膜室内へ導入し、放電用電極から放電させるこ
とで該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで基板に
膜形成できる。このとき、発光分光計測装置及びプロー
ブ測定装置による検出情報に基づいて制御部がプラズマ
状態を所定の状態に維持するように前記放電用電源から
の電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気
装置による排気のうちすくなくとも一つを制御すること
で（なお、ガス供給装置からのガス供給や、排気装置に
よる排気の制御は、成膜ガス圧の制御にもつながる）、
所望の薄膜を形成できる。
【００２９】例えば、前記ガス供給装置をシリコン原子
を有する材料ガス〔例えば四フッ化シリコン（Ｓｉ
Ｆ4 ）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）等のガス〕と水
素ガスとの混合ガスや、シラン系反応ガス〔例えばモノ
シラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシ
ラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のガス〕を供給できるものとし、
前記制御部を、前記発光分光計測装置により求められる
成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度に対
する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が所定の値
になるように、或いはさらにプローブ測定装置により検
出されるプラズマポテンシャルが所定の値を示すよう
に、前記放電用電源からの電力供給、ガス供給装置から
のガス供給及び前記排気装置による排気のうち少なくと
も一つを制御できるものとして、前記基板上に所定の
（所定の結晶性等の）シリコン薄膜を形成することがで
きる。
を有する材料ガス〔例えば四フッ化シリコン（Ｓｉ
Ｆ4 ）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）等のガス〕と水
素ガスとの混合ガスや、シラン系反応ガス〔例えばモノ
シラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシ
ラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のガス〕を供給できるものとし、
前記制御部を、前記発光分光計測装置により求められる
成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強度に対
する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が所定の値
になるように、或いはさらにプローブ測定装置により検
出されるプラズマポテンシャルが所定の値を示すよう
に、前記放電用電源からの電力供給、ガス供給装置から
のガス供給及び前記排気装置による排気のうち少なくと
も一つを制御できるものとして、前記基板上に所定の
（所定の結晶性等の）シリコン薄膜を形成することがで
きる。
【００３０】さらに例示すれば、本発明に係る薄膜形成
装置は、前記ガス供給装置をシリコン原子を有する材料
ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給できるも
のとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置により求
められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光
強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が
１以上になるように前記放電用電源からの電力供給、ガ
ス供給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気
のうち少なくとも一つを制御できるものとして、前記基
板上への多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置
とできる。
装置は、前記ガス供給装置をシリコン原子を有する材料
ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給できるも
のとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置により求
められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光
強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が
１以上になるように前記放電用電源からの電力供給、ガ
ス供給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気
のうち少なくとも一つを制御できるものとして、前記基
板上への多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置
とできる。
【００３１】或いは、前記ガス供給装置をシリコン原子
を有する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを
供給できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測
装置により求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラ
ジカルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の
発光強度比が１以上になるように、且つ、前記プローブ
測定装置により求められるプラズマポテンシャルが６０
Ｖ以下になるように前記放電用電源からの電力供給、ガ
ス供給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気
のうち少なくとも一つを制御できるものとして、前記基
板上への多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置
とできる。この装置の場合、プラズマポテンシャルの下
限については、多結晶シリコン薄膜を形成できるのであ
れば特に制限はないが、例えばプラズマの安定持続等の
観点から、それには限定されないが、例えば１０Ｖ程度
以上にすることができる。
を有する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを
供給できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測
装置により求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラ
ジカルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の
発光強度比が１以上になるように、且つ、前記プローブ
測定装置により求められるプラズマポテンシャルが６０
Ｖ以下になるように前記放電用電源からの電力供給、ガ
ス供給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気
のうち少なくとも一つを制御できるものとして、前記基
板上への多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置
とできる。この装置の場合、プラズマポテンシャルの下
限については、多結晶シリコン薄膜を形成できるのであ
れば特に制限はないが、例えばプラズマの安定持続等の
観点から、それには限定されないが、例えば１０Ｖ程度
以上にすることができる。
【００３２】また後者のように、発光強度比が１以上に
なるように、且つ、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下
になるように制御するときには、前記放電用電源を高周
波電源とし、前記制御部は、前記被成膜基板への多結晶
シリコン薄膜形成にあたり前記発光強度比１以上、プラ
ズマポテンシャル６０Ｖ以下の条件を設定するように、
前記発光強度比が１より小さく、プラズマポテンシャル
が６０Ｖ以下であるときは、前記高周波電源から供給さ
れる電力を増加させ、前記発光強度比が１以上でプラズ
マポテンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記排気装
置による成膜室からの排気量を調整して成膜室内の成膜
ガス圧を増加させ、前記発光強度比が１より小さく、プ
ラズマポテンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記ガ
ス供給装置から成膜室内へのガス供給量を減少させるも
のとしてもよい。
なるように、且つ、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下
になるように制御するときには、前記放電用電源を高周
波電源とし、前記制御部は、前記被成膜基板への多結晶
シリコン薄膜形成にあたり前記発光強度比１以上、プラ
ズマポテンシャル６０Ｖ以下の条件を設定するように、
前記発光強度比が１より小さく、プラズマポテンシャル
が６０Ｖ以下であるときは、前記高周波電源から供給さ
れる電力を増加させ、前記発光強度比が１以上でプラズ
マポテンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記排気装
置による成膜室からの排気量を調整して成膜室内の成膜
ガス圧を増加させ、前記発光強度比が１より小さく、プ
ラズマポテンシャルが６０Ｖより大きいときは、前記ガ
ス供給装置から成膜室内へのガス供給量を減少させるも
のとしてもよい。
【００３３】かかるいずれの多結晶シリコン薄膜形成の
ための薄膜形成装置の場合でも、前記方法で述べたよう
に、Ｈβ／ＳｉＨ* の上限については、多結晶シリコン
薄膜の形成に支障のない範囲で大きい値を採用でき、特
に制限はないが、後ほど説明する好ましくないイオンの
増加を招かない等のために、それには限定されないが、
普通には、２０以下程度がよい。
ための薄膜形成装置の場合でも、前記方法で述べたよう
に、Ｈβ／ＳｉＨ* の上限については、多結晶シリコン
薄膜の形成に支障のない範囲で大きい値を採用でき、特
に制限はないが、後ほど説明する好ましくないイオンの
増加を招かない等のために、それには限定されないが、
普通には、２０以下程度がよい。
【００３４】かかる多結晶シリコン薄膜形成のための薄
膜形成装置によると、良質の多結晶シリコン薄膜が、従
来の後熱処理やレーザアニール処理の必要なくして生産
性よく得られる。また、多結晶シリコン薄膜を、４００
℃以下の低温で基板上に形成することができ、従って、
基板として耐熱性の低い安価な基板、例えば安価な低融
点ガラス基板（耐熱温度５００℃以下）を採用でき、そ
れだけ安価に多結晶シリコン薄膜を形成でき、ひいては
それだけ安価にシリコン薄膜利用の液晶表示装置、太陽
電池、各種半導体デバイス等を提供することができる。
膜形成装置によると、良質の多結晶シリコン薄膜が、従
来の後熱処理やレーザアニール処理の必要なくして生産
性よく得られる。また、多結晶シリコン薄膜を、４００
℃以下の低温で基板上に形成することができ、従って、
基板として耐熱性の低い安価な基板、例えば安価な低融
点ガラス基板（耐熱温度５００℃以下）を採用でき、そ
れだけ安価に多結晶シリコン薄膜を形成でき、ひいては
それだけ安価にシリコン薄膜利用の液晶表示装置、太陽
電池、各種半導体デバイス等を提供することができる。
【００３５】本発明に係る薄膜形成装置をかかる多結晶
シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置とする場合、既
述の本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法で述べた
と同様の理由から、次の薄膜形成装置としてもよい。ま
た、以下の〜に述べる特徴を支障のない範囲で適宜
組み合わせ採用した薄膜形成装置とすることもできる。 前記制御部が、さらに、前記プローブ測定装置により
求められるプラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ
-3）以下になるようにも前記放電用電源からの電力供
給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装置によ
る排気のうち少なくとも一つを制御する多結晶シリコン
薄膜形成のための薄膜形成装置。
シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置とする場合、既
述の本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法で述べた
と同様の理由から、次の薄膜形成装置としてもよい。ま
た、以下の〜に述べる特徴を支障のない範囲で適宜
組み合わせ採用した薄膜形成装置とすることもできる。 前記制御部が、さらに、前記プローブ測定装置により
求められるプラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ
-3）以下になるようにも前記放電用電源からの電力供
給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装置によ
る排気のうち少なくとも一つを制御する多結晶シリコン
薄膜形成のための薄膜形成装置。
【００３６】プラズマ中に生成されるイオンの密度は、
多結晶シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で低いほど
よいが、例えばプラズマの安定持続等の観点から、それ
には限定されないが、例えば１×１０8 （ｃｍ-3）程度
以上とすることができる。 前記放電用電極が円筒形電極である多結晶シリコン薄
膜形成のための薄膜形成装置。 前記放電用電源が周波数６０ＭＨｚ以上の電力を供給
する電源である多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形
成装置。
多結晶シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で低いほど
よいが、例えばプラズマの安定持続等の観点から、それ
には限定されないが、例えば１×１０8 （ｃｍ-3）程度
以上とすることができる。 前記放電用電極が円筒形電極である多結晶シリコン薄
膜形成のための薄膜形成装置。 前記放電用電源が周波数６０ＭＨｚ以上の電力を供給
する電源である多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形
成装置。
【００３７】該放電用電源の周波数の上限については、
多結晶シリコン薄膜を形成できるのであれば特に制限は
ないが、あまり周波数が高くなるとプラズマ発生領域が
制限されてくる傾向にあるから、例えばマイクロ波オー
ダの周波数（代表的には２．４５ＧＨｚ）程度までとす
ることができる。 前記制御部が、成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、或
いは１０ｍＴｏｒｒ以下に維持するように、前記ガス供
給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気のう
ち少なくとも一方を制御する多結晶シリコン薄膜形成の
ための薄膜形成装置。
多結晶シリコン薄膜を形成できるのであれば特に制限は
ないが、あまり周波数が高くなるとプラズマ発生領域が
制限されてくる傾向にあるから、例えばマイクロ波オー
ダの周波数（代表的には２．４５ＧＨｚ）程度までとす
ることができる。 前記制御部が、成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、或
いは１０ｍＴｏｒｒ以下に維持するように、前記ガス供
給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気のう
ち少なくとも一方を制御する多結晶シリコン薄膜形成の
ための薄膜形成装置。
【００３８】成膜ガス圧の下限については、多結晶シリ
コン薄膜が形成できるのであれば、特に制限はないが、
円滑にプラズマを生成させる等のために０．１ｍＴｏｒ
ｒ程度以上がよい。
コン薄膜が形成できるのであれば、特に制限はないが、
円滑にプラズマを生成させる等のために０．１ｍＴｏｒ
ｒ程度以上がよい。
【００３９】
【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は本発明に係る薄膜形成装置
の１例の概略構成を示している。図１に示す薄膜形成装
置は、成膜室（プラズマ生成室）１、該室内に設置され
た基板ホルダ２、該室内において基板ホルダ２の上方に
設置された円筒形放電電極３、放電電極３にマッチング
ボックス４１を介して接続された放電用高周波電源４、
成膜室内に成膜のためのガスを導入するためのガス供給
装置５、成膜室内から排気するために成膜室に接続され
た排気装置６、成膜室内に生成されるプラズマ状態を計
測するための発光分光計測装置７及びプローブ測定装置
８、発光分光計測装置７及びプローブ測定装置８による
検出情報に基づいて電源４による投入電力、ガス供給装
置からのガス供給及び成膜室内の成膜圧力のうち少なく
とも一つを所定のプラズマ状態を得るように制御する制
御部９を含んでいる。なお、これら全体はホストコンピ
ュータ１００の指示に基づいて動作する。なお、図中１
１は信号の送受信整理を行う中間のハブ装置である。
を参照して説明する。図１は本発明に係る薄膜形成装置
の１例の概略構成を示している。図１に示す薄膜形成装
置は、成膜室（プラズマ生成室）１、該室内に設置され
た基板ホルダ２、該室内において基板ホルダ２の上方に
設置された円筒形放電電極３、放電電極３にマッチング
ボックス４１を介して接続された放電用高周波電源４、
成膜室内に成膜のためのガスを導入するためのガス供給
装置５、成膜室内から排気するために成膜室に接続され
た排気装置６、成膜室内に生成されるプラズマ状態を計
測するための発光分光計測装置７及びプローブ測定装置
８、発光分光計測装置７及びプローブ測定装置８による
検出情報に基づいて電源４による投入電力、ガス供給装
置からのガス供給及び成膜室内の成膜圧力のうち少なく
とも一つを所定のプラズマ状態を得るように制御する制
御部９を含んでいる。なお、これら全体はホストコンピ
ュータ１００の指示に基づいて動作する。なお、図中１
１は信号の送受信整理を行う中間のハブ装置である。
【００４０】基板ホルダ２は基板加熱用ヒータ２Ｈを備
えている。円筒形放電電極３は、その円筒中心軸線が基
板ホルダ２に設置される被成膜基板Ｓの中心部に該基板
に略垂直に交わるように設置されている。電源４は制御
部９からの指示により出力可変の電源であり、周波数６
０ＭＨｚの高周波電力を供給できる。
えている。円筒形放電電極３は、その円筒中心軸線が基
板ホルダ２に設置される被成膜基板Ｓの中心部に該基板
に略垂直に交わるように設置されている。電源４は制御
部９からの指示により出力可変の電源であり、周波数６
０ＭＨｚの高周波電力を供給できる。
【００４１】成膜室１及び基板ホルダ２はともに接地さ
れている。ガス供給装置５はここではモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）ガスを供給できるもので、ＳｉＨ4 ガス源の他、
図示を省略した弁、制御部９からの指示により流量調整
を行うマスフローコントローラ等を含んでいる。排気装
置６は排気ポンプの他、制御部９からの指示により排気
流量調整を行う弁（ここではコンダクタンスバルブ）等
を含んでいる。
れている。ガス供給装置５はここではモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）ガスを供給できるもので、ＳｉＨ4 ガス源の他、
図示を省略した弁、制御部９からの指示により流量調整
を行うマスフローコントローラ等を含んでいる。排気装
置６は排気ポンプの他、制御部９からの指示により排気
流量調整を行う弁（ここではコンダクタンスバルブ）等
を含んでいる。
【００４２】発光分光計測装置７は、ガス分解による生
成物の発光分光スペクトルを検出し、ＳｉＨ* ラジカル
の発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強
度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を求めることができるものであ
る。Ｈβ／ＳｉＨ* は、装置の感度校正を考慮して次の
式より求められる。 発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＝（Ｉｂ×αｂ）／（Ｉ
ａ×αａ） Iａ：SiH * (414nm) の発光強度、αａ: 装置における4
14nm の補正係数 Iｂ：Ｈβ(486nm) の発光強度、αｂ: 装置における486
nm の補正係数 プローブ測定装置８は、ラングミューアプローブにより
プラズマ状態を測定する装置で、プラズマにおける電圧
電流特性を検出するとともに、該特性からプラズマポテ
ンシャル、イオン密度、電子密度、電子温度を算出でき
るものである。
成物の発光分光スペクトルを検出し、ＳｉＨ* ラジカル
の発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強
度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を求めることができるものであ
る。Ｈβ／ＳｉＨ* は、装置の感度校正を考慮して次の
式より求められる。 発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＝（Ｉｂ×αｂ）／（Ｉ
ａ×αａ） Iａ：SiH * (414nm) の発光強度、αａ: 装置における4
14nm の補正係数 Iｂ：Ｈβ(486nm) の発光強度、αｂ: 装置における486
nm の補正係数 プローブ測定装置８は、ラングミューアプローブにより
プラズマ状態を測定する装置で、プラズマにおける電圧
電流特性を検出するとともに、該特性からプラズマポテ
ンシャル、イオン密度、電子密度、電子温度を算出でき
るものである。
【００４３】図２は本発明に係る薄膜形成装置の他の例
の概略構成を示している。図２に示す薄膜形成装置は、
平行平板型電極構造のプラズマＣＶＤ装置であり、成膜
室（プラズマ生成室）１０、該室内に設置された接地電
位の、ヒータ２Ｈ付き基板ホルダ２、該室内において基
板ホルダ２の上方に設置された平板形の放電電極３１、
放電電極３１にマッチングボックス４１を介して接続さ
れた放電用高周波電源４、成膜室内に成膜のためのガス
を導入するためのガス供給装置５、成膜室内から排気す
るために成膜室に接続された排気装置６、成膜室内に生
成されるプラズマ状態を計測するための発光分光計測装
置７及びプローブ測定装置８、発光分光計測装置７及び
プローブ測定装置８による検出情報に基づいて電源４に
よる投入電力、ガス供給装置５からのガス供給及び成膜
室内の成膜圧力のうち少なくとも一つを所定のプラズマ
状態を得るように制御する制御部９を含んでいる。な
お、これら全体はホストコンピュータ１００の指示に基
づいて動作する。図中１１は信号の送受信整理を行う中
間のハブ装置である。
の概略構成を示している。図２に示す薄膜形成装置は、
平行平板型電極構造のプラズマＣＶＤ装置であり、成膜
室（プラズマ生成室）１０、該室内に設置された接地電
位の、ヒータ２Ｈ付き基板ホルダ２、該室内において基
板ホルダ２の上方に設置された平板形の放電電極３１、
放電電極３１にマッチングボックス４１を介して接続さ
れた放電用高周波電源４、成膜室内に成膜のためのガス
を導入するためのガス供給装置５、成膜室内から排気す
るために成膜室に接続された排気装置６、成膜室内に生
成されるプラズマ状態を計測するための発光分光計測装
置７及びプローブ測定装置８、発光分光計測装置７及び
プローブ測定装置８による検出情報に基づいて電源４に
よる投入電力、ガス供給装置５からのガス供給及び成膜
室内の成膜圧力のうち少なくとも一つを所定のプラズマ
状態を得るように制御する制御部９を含んでいる。な
お、これら全体はホストコンピュータ１００の指示に基
づいて動作する。図中１１は信号の送受信整理を行う中
間のハブ装置である。
【００４４】この装置は、成膜室（プラズマ生成室）１
０及び放電電極３１の各形態の点を除けば、他の点は図
１に示す装置と同様である。図１及び図２に示すいずれ
の薄膜形成装置においても、成膜室内の基板ホルダ２上
に被成膜基板Ｓを設置し、必要に応じて所定温度に加熱
し、排気装置６を運転して成膜室内から排気する一方、
ガス供給装置５からモノシランガスを成膜室内へ導入
し、放電用電極３（３１）から放電させることで該ガス
をプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓに膜形成で
きる。このとき、制御部９が、発光分光計測装置７によ
り求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの
発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）が所定の値になるように、或いは
さらにプローブ測定装置８により検出されるプラズマポ
テンシャルが所定の値を示すように、前記放電用電源４
からの投入電力の大きさ、、ガス供給装置５からのガス
供給量、さらには、該ガス供給量及び（又は）前記排気
装置６による排気量の調整による成膜圧力のうち少なく
とも一つを制御することで、基板Ｓ上に所定の（所定の
結晶性等の）シリコン薄膜を形成することができる。
０及び放電電極３１の各形態の点を除けば、他の点は図
１に示す装置と同様である。図１及び図２に示すいずれ
の薄膜形成装置においても、成膜室内の基板ホルダ２上
に被成膜基板Ｓを設置し、必要に応じて所定温度に加熱
し、排気装置６を運転して成膜室内から排気する一方、
ガス供給装置５からモノシランガスを成膜室内へ導入
し、放電用電極３（３１）から放電させることで該ガス
をプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓに膜形成で
きる。このとき、制御部９が、発光分光計測装置７によ
り求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの
発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）が所定の値になるように、或いは
さらにプローブ測定装置８により検出されるプラズマポ
テンシャルが所定の値を示すように、前記放電用電源４
からの投入電力の大きさ、、ガス供給装置５からのガス
供給量、さらには、該ガス供給量及び（又は）前記排気
装置６による排気量の調整による成膜圧力のうち少なく
とも一つを制御することで、基板Ｓ上に所定の（所定の
結晶性等の）シリコン薄膜を形成することができる。
【００４５】特に、前記制御部９を、発光分光計測装置
７により求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジ
カルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発
光強度比が１以上になるように、或いはさらにプローブ
測定装置８により求められるプラズマポテンシャルが６
０Ｖ以下になるように、放電用電源４による投入電力の
大きさ、ガス供給装置５からのガス供給量、さらには該
ガス供給量及び（又は）排気装置６による排気量の調整
による成膜圧力のうち少なくとも一つを制御するように
設定しておくことで、基板Ｓ上に４００℃以下の基板温
度で、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成することが
できる。
７により求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジ
カルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発
光強度比が１以上になるように、或いはさらにプローブ
測定装置８により求められるプラズマポテンシャルが６
０Ｖ以下になるように、放電用電源４による投入電力の
大きさ、ガス供給装置５からのガス供給量、さらには該
ガス供給量及び（又は）排気装置６による排気量の調整
による成膜圧力のうち少なくとも一つを制御するように
設定しておくことで、基板Ｓ上に４００℃以下の基板温
度で、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成することが
できる。
【００４６】より円滑に良質の多結晶シリコン薄膜を形
成するために、さらに次のようにしてもよい。 プラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）以
下になるように、制御部９に、放電用電源４からの投入
電力の大きさ、ガス供給装置５からのガス供給量、さら
には、該ガス供給量及び（又は）前記排気装置６による
排気量の調整による成膜圧力のうち少なくとも一つを制
御させてもよい。 成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは
１０ｍＴｏｒｒ以下にするように、制御部９に、ガス供
給装置５からのガス供給量及び（又は）排気装置６によ
る排気量を制御させてもよい。
成するために、さらに次のようにしてもよい。 プラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）以
下になるように、制御部９に、放電用電源４からの投入
電力の大きさ、ガス供給装置５からのガス供給量、さら
には、該ガス供給量及び（又は）前記排気装置６による
排気量の調整による成膜圧力のうち少なくとも一つを制
御させてもよい。 成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは
１０ｍＴｏｒｒ以下にするように、制御部９に、ガス供
給装置５からのガス供給量及び（又は）排気装置６によ
る排気量を制御させてもよい。
【００４７】次にシリコン薄膜の形成の実験例について
説明する。 実験例１ 図１に示す円筒形電極３を用いた装置の基板ホルダ２に
ガラス基板をセットした後、排気装置６に成膜室１内か
ら２×１０-6Ｔｏｒｒまで真空排気させた。その後その
まま排気を続けさせる一方、ガス供給装置５からモノシ
ランガス（ＳｉＨ4 ）を５ｓｃｃｍ導入させつつ、電源
４から円筒電極３に６０ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力
を印加させて成膜室１内に放電を起こし、導入ガスをプ
ラズマ化し、ガラス基板上にシリコン薄膜を５００Å形
成した。この間、成膜ガス圧力は２．０ｍＴｏｒｒであ
り、基板温度を４００℃に維持した。
説明する。 実験例１ 図１に示す円筒形電極３を用いた装置の基板ホルダ２に
ガラス基板をセットした後、排気装置６に成膜室１内か
ら２×１０-6Ｔｏｒｒまで真空排気させた。その後その
まま排気を続けさせる一方、ガス供給装置５からモノシ
ランガス（ＳｉＨ4 ）を５ｓｃｃｍ導入させつつ、電源
４から円筒電極３に６０ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力
を印加させて成膜室１内に放電を起こし、導入ガスをプ
ラズマ化し、ガラス基板上にシリコン薄膜を５００Å形
成した。この間、成膜ガス圧力は２．０ｍＴｏｒｒであ
り、基板温度を４００℃に維持した。
【００４８】得られたシリコン薄膜の結晶性をレーザラ
マン分光法により評価したところ、多結晶シリコン薄膜
であることが確認された。なお、ラマン分光法は、従来
のプラズマＣＶＤ法により形成されたアモルファスシリ
コンの構造（ラマンシフト＝４８０ｃｍ-1）に対して、
結晶化シリコンの（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃｍ
-1）ピークを検出し、結晶性を確認した。なお、ラマン
分光法による結晶性の評価法は以下同様である。
マン分光法により評価したところ、多結晶シリコン薄膜
であることが確認された。なお、ラマン分光法は、従来
のプラズマＣＶＤ法により形成されたアモルファスシリ
コンの構造（ラマンシフト＝４８０ｃｍ-1）に対して、
結晶化シリコンの（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃｍ
-1）ピークを検出し、結晶性を確認した。なお、ラマン
分光法による結晶性の評価法は以下同様である。
【００４９】図３にＳｉＨ4 導入量５ｃｃｍ、放電電力
２００ＷのときのＳｉＨ4 プラズマの発光分光スペクト
ルを示す。同図にはガス分解により生じた生成物に応じ
た発光スペクトルが見られ、シリコン堆積に寄与するＳ
ｉＨ* の発光が４１４ｎｍ、水素原子ラジカル（Ｈβ）
の発光が４８６ｎｍに観測され、プラズマ中にＳｉＨ *
や水素原子ラジカルが多数存在していることがわかる。
２００ＷのときのＳｉＨ4 プラズマの発光分光スペクト
ルを示す。同図にはガス分解により生じた生成物に応じ
た発光スペクトルが見られ、シリコン堆積に寄与するＳ
ｉＨ* の発光が４１４ｎｍ、水素原子ラジカル（Ｈβ）
の発光が４８６ｎｍに観測され、プラズマ中にＳｉＨ *
や水素原子ラジカルが多数存在していることがわかる。
【００５０】発光分光計測装置７により求められたＳｉ
Ｈ* ラジカル（４１４ｎｍ）の発光強度と水素原子ラジ
カル（Ｈβ）の発光強度の比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、
１．１０（αａ：０．０１４５、αｂ：０．０１６７）
であった。なお、図４は、前記実験例１の膜形成を行う
にあたり、ガス導入量や放電電力を種々変化させたとき
の、プラズマの状態〔発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）と
イオン密度〕とシリコン結晶性との関係を示している。
図４中に●で示されるように多結晶シリコン薄膜が得ら
れるのは何れのイオン密度においても発光強度比（Ｈβ
／ＳｉＨ* ）が１．０以上の場合であることが判る。発
光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）が１．０より小さいと図４
中に□で示されるようにアモルファスシリコン薄膜が形
成されてしまう。また、イオン密度が増加すると、結晶
化の妨げとなり、結晶化にはより高い発光強度比（Ｈβ
／ＳｉＨ* ）が必要となり、従って、より効果的に多結
晶シリコン薄膜を得るにはイオン密度を５×１０10／ｃ
ｍ3 以下に抑える方が望ましいことも判る。 実験例２及び実験例３ 実験例２として図１に示す薄膜形成装置によりシリコン
薄膜を形成し、実験例３として図２に示す薄膜形成装置
によりシリコン薄膜を形成した。
Ｈ* ラジカル（４１４ｎｍ）の発光強度と水素原子ラジ
カル（Ｈβ）の発光強度の比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、
１．１０（αａ：０．０１４５、αｂ：０．０１６７）
であった。なお、図４は、前記実験例１の膜形成を行う
にあたり、ガス導入量や放電電力を種々変化させたとき
の、プラズマの状態〔発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）と
イオン密度〕とシリコン結晶性との関係を示している。
図４中に●で示されるように多結晶シリコン薄膜が得ら
れるのは何れのイオン密度においても発光強度比（Ｈβ
／ＳｉＨ* ）が１．０以上の場合であることが判る。発
光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）が１．０より小さいと図４
中に□で示されるようにアモルファスシリコン薄膜が形
成されてしまう。また、イオン密度が増加すると、結晶
化の妨げとなり、結晶化にはより高い発光強度比（Ｈβ
／ＳｉＨ* ）が必要となり、従って、より効果的に多結
晶シリコン薄膜を得るにはイオン密度を５×１０10／ｃ
ｍ3 以下に抑える方が望ましいことも判る。 実験例２及び実験例３ 実験例２として図１に示す薄膜形成装置によりシリコン
薄膜を形成し、実験例３として図２に示す薄膜形成装置
によりシリコン薄膜を形成した。
【００５１】 実験例２の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜ガス圧力 放電を安定して維持できる２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例３の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜圧力 放電を安定して維持できる１５０ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例２、３で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例２では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例３ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、実験例２では１以上であった
が、実験例３では１より小さかった。 実験例４及び実験例５ 実験例４、５は高周波電力の周波数の観点からの実験例
である。
分光法により評価したところ、実験例２では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例３ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、実験例２では１以上であった
が、実験例３では１より小さかった。 実験例４及び実験例５ 実験例４、５は高周波電力の周波数の観点からの実験例
である。
【００５２】実験例４として図１に示す薄膜形成装置に
よりシリコン薄膜を形成し、実験例５として図１に示す
薄膜形成装置において放電用電源４を１３、５６ＭＨ
ｚ、３００Ｗの電源に代えたものを用いてシリコン薄膜
を形成した。 実験例４の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜ガス圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例５の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 １３．５６ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例４、５で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例４では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例５ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、実験例４では１以上であった
が、実験例５では放電周波数が１３、５６ＭＨｚと低い
ため、１より小さかった。 実験例６及び実験例７ 実験例６、７は成膜ガス圧の観点からの実験例である。
よりシリコン薄膜を形成し、実験例５として図１に示す
薄膜形成装置において放電用電源４を１３、５６ＭＨ
ｚ、３００Ｗの電源に代えたものを用いてシリコン薄膜
を形成した。 実験例４の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜ガス圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例５の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 １３．５６ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例４、５で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例４では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例５ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、実験例４では１以上であった
が、実験例５では放電周波数が１３、５６ＭＨｚと低い
ため、１より小さかった。 実験例６及び実験例７ 実験例６、７は成膜ガス圧の観点からの実験例である。
【００５３】実験例６、７のいずれについても図１に示
す薄膜形成装置によりシリコン薄膜を形成した。 実験例６の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜ガス圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例７の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ５０ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例６、７で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例６では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例７ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、実験例６では１以上であった
が、実験例７では成膜圧力が５０ｍＴｏｒｒと高かった
ため、１より小さかった。さらに、プラズマ中のイオン
密度が、実験例７の方が実験例６の場合より高かった。 実験例８ 図２に示す装置を用いてシリコン薄膜を形成した。
す薄膜形成装置によりシリコン薄膜を形成した。 実験例６の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜ガス圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例７の成膜条件 基板 ガラス基板 ＳｉＨ4 導入量 ５ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、３００Ｗ 基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ５０ｍＴｏｒｒ 成膜膜厚 ５００Å 実験例６、７で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例６では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例７ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）は、実験例６では１以上であった
が、実験例７では成膜圧力が５０ｍＴｏｒｒと高かった
ため、１より小さかった。さらに、プラズマ中のイオン
密度が、実験例７の方が実験例６の場合より高かった。 実験例８ 図２に示す装置を用いてシリコン薄膜を形成した。
【００５４】成膜条件は以下のとおり。 被成膜基板 無アルカリガラス基板及びＳｉ
−Ｗａｆｅｒ＜１００＞のそれぞれ ＳｉＨ4 導入量 ３０ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、８００Ｗ Ｈβ／ＳｉＨ* ２．５ プラズマポテンシャル ４５Ｖ 電子温度 ２．３ｅＶ 成膜ガス圧力 １×１０-3Ｔｏｒｒ 基板温度 ４００℃ 成膜膜厚 ５００Å 得られたシリコン薄膜についてＦＴ−ＩＲ（フーリエ変
換赤外分光法）、レーザラマン分光法により水素濃度評
価、結晶性評価を行った。
−Ｗａｆｅｒ＜１００＞のそれぞれ ＳｉＨ4 導入量 ３０ｓｃｃｍ 放電電力 ６０ＭＨｚ、８００Ｗ Ｈβ／ＳｉＨ* ２．５ プラズマポテンシャル ４５Ｖ 電子温度 ２．３ｅＶ 成膜ガス圧力 １×１０-3Ｔｏｒｒ 基板温度 ４００℃ 成膜膜厚 ５００Å 得られたシリコン薄膜についてＦＴ−ＩＲ（フーリエ変
換赤外分光法）、レーザラマン分光法により水素濃度評
価、結晶性評価を行った。
【００５５】ＦＴ−ＩＲについては、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したところ、５×１０-20 ｃｍ-3以
下を示し、従来の試料（アモルファスシリコン膜）２×
１０-22 ｃｍ-3に対して大きく減少改善する結果を得
た。ラマン分光法による結晶性評価の結果、従来の試料
（アモルファスシリコン構造 ラマンシフト＝４８０ｃ
ｍ-1）に対して結晶化シリコンの（ラマンシフト＝５１
５〜５２０ｃｍ-1）ピークを検出し、シリコン薄膜の結
晶性を確認できた。結晶サイズとして１００Å〜２００
０Åの結晶粒を確認した。
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したところ、５×１０-20 ｃｍ-3以
下を示し、従来の試料（アモルファスシリコン膜）２×
１０-22 ｃｍ-3に対して大きく減少改善する結果を得
た。ラマン分光法による結晶性評価の結果、従来の試料
（アモルファスシリコン構造 ラマンシフト＝４８０ｃ
ｍ-1）に対して結晶化シリコンの（ラマンシフト＝５１
５〜５２０ｃｍ-1）ピークを検出し、シリコン薄膜の結
晶性を確認できた。結晶サイズとして１００Å〜２００
０Åの結晶粒を確認した。
【００５６】なお、上記実験例８の他、該実験例８にお
いて、放電電力、導入ガス流量、成膜ガス圧のプラズマ
制御パラメータを種々変化させ、しかし、Ｈβ／ＳｉＨ
* は１以上を、プラズマポテンシャルは６０Ｖ以下を維
持してシリコン薄膜を形成したところ、いずれも、ＦＴ
−ＩＲについては、従来例の試料（アモルファスシリコ
ン膜）２×１０-22 ｃｍ-3に対して大きく減少改善する
結果を得た。また、ラマン分光法により多結晶シリコン
薄膜の形成が確認された。
いて、放電電力、導入ガス流量、成膜ガス圧のプラズマ
制御パラメータを種々変化させ、しかし、Ｈβ／ＳｉＨ
* は１以上を、プラズマポテンシャルは６０Ｖ以下を維
持してシリコン薄膜を形成したところ、いずれも、ＦＴ
−ＩＲについては、従来例の試料（アモルファスシリコ
ン膜）２×１０-22 ｃｍ-3に対して大きく減少改善する
結果を得た。また、ラマン分光法により多結晶シリコン
薄膜の形成が確認された。
【００５７】次に図６を参照して本発明に係る薄膜形成
装置のさらに他の例について説明する。図６に示す薄膜
形成装置は図２に示す薄膜形成装置と実質上同じ構成の
平行平板型電極構造のプラズマＣＶＤ装置であり、成膜
室（プラズマ生成室）１０’、該室内に設置された接地
電位の、ヒータ２Ｈ付き基板ホルダ２、該室内において
基板ホルダ２の上方に設置された平板形の放電電極３
１、放電電極３１にマッチングボックス４１を介して接
続された放電用高周波電源４、成膜室内に成膜のための
ガスを導入するためのガス供給装置５、成膜室内から排
気するために成膜室に接続された排気装置６、成膜室内
に生成されるプラズマ状態を計測するための発光分光計
測装置７及びプローブ測定装置８、発光分光計測装置７
及びプローブ測定装置８による検出情報に基づいて電源
４による投入電力、ガス供給装置５からのガス供給、又
は成膜室内の成膜圧力（成膜ガス圧）を所定のプラズマ
状態を得るように制御する制御部９’を含んでいる。ま
た、この装置は基板シャッタＳＴを備えており、このシ
ャッタＳＴは駆動部Ｄによる駆動によりホルダ２上に設
置される基板Ｓを覆う位置と該基板Ｓを露出させる退避
位置との間を往復動できる。なお、これら全体はホスト
コンピュータ１００の指示に基づいて動作する。図中１
１は信号の送受信整理を行う中間のハブ装置である。
装置のさらに他の例について説明する。図６に示す薄膜
形成装置は図２に示す薄膜形成装置と実質上同じ構成の
平行平板型電極構造のプラズマＣＶＤ装置であり、成膜
室（プラズマ生成室）１０’、該室内に設置された接地
電位の、ヒータ２Ｈ付き基板ホルダ２、該室内において
基板ホルダ２の上方に設置された平板形の放電電極３
１、放電電極３１にマッチングボックス４１を介して接
続された放電用高周波電源４、成膜室内に成膜のための
ガスを導入するためのガス供給装置５、成膜室内から排
気するために成膜室に接続された排気装置６、成膜室内
に生成されるプラズマ状態を計測するための発光分光計
測装置７及びプローブ測定装置８、発光分光計測装置７
及びプローブ測定装置８による検出情報に基づいて電源
４による投入電力、ガス供給装置５からのガス供給、又
は成膜室内の成膜圧力（成膜ガス圧）を所定のプラズマ
状態を得るように制御する制御部９’を含んでいる。ま
た、この装置は基板シャッタＳＴを備えており、このシ
ャッタＳＴは駆動部Ｄによる駆動によりホルダ２上に設
置される基板Ｓを覆う位置と該基板Ｓを露出させる退避
位置との間を往復動できる。なお、これら全体はホスト
コンピュータ１００の指示に基づいて動作する。図中１
１は信号の送受信整理を行う中間のハブ装置である。
【００５８】電源４は制御部９’からの指示により出力
可変の電源であり、周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供
給できる。ガス供給装置５はここではモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）ガスを供給するもので、ＳｉＨ4 ガス源の他、図
示を省略した弁や、制御部９’からの指示により流量調
整を行って成膜室１０’へのガス供給量を調節するマス
フローコントローラ５１等を含んでいる。
可変の電源であり、周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供
給できる。ガス供給装置５はここではモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）ガスを供給するもので、ＳｉＨ4 ガス源の他、図
示を省略した弁や、制御部９’からの指示により流量調
整を行って成膜室１０’へのガス供給量を調節するマス
フローコントローラ５１等を含んでいる。
【００５９】排気装置６は排気ポンプの他、制御部９’
からの指示により排気量調整を行って成膜室１０’内の
成膜圧力（成膜ガス圧）を調節する弁（ここではコンダ
クタンスバルブ）６１等を含んでいる。シャッタ駆動部
Ｄは制御部９’の指示のもとにシャッタを動かす。発光
分光計測装置７は、図１や図２に示す発光分光計測装置
と同様のもので、ガス分解による生成物の発光分光スペ
クトルを検出し、検出したＳｉＨ* ラジカル及び水素原
子ラジカル（Ｈβ）の各発光強度を記憶するメモリ、該
メモリに記憶された各発光強度から発光強度比（（Ｈβ
／ＳｉＨ* ）を演算して求める演算部等を有している。
からの指示により排気量調整を行って成膜室１０’内の
成膜圧力（成膜ガス圧）を調節する弁（ここではコンダ
クタンスバルブ）６１等を含んでいる。シャッタ駆動部
Ｄは制御部９’の指示のもとにシャッタを動かす。発光
分光計測装置７は、図１や図２に示す発光分光計測装置
と同様のもので、ガス分解による生成物の発光分光スペ
クトルを検出し、検出したＳｉＨ* ラジカル及び水素原
子ラジカル（Ｈβ）の各発光強度を記憶するメモリ、該
メモリに記憶された各発光強度から発光強度比（（Ｈβ
／ＳｉＨ* ）を演算して求める演算部等を有している。
【００６０】なお、ここでもＨβ／ＳｉＨ* は、装置の
感度校正を考慮して前記のように、発光強度比（Ｈβ／
ＳｉＨ* ）＝（Ｉｂ×αｂ）／（Ｉａ×αａ）で求めら
れる。プローブ測定装置８は、図１や図２に示すプロー
ブ測定装置と同様にラングミューアプローブによりプラ
ズマ状態を測定する装置で、プローブ測定データからプ
ラズマポテンシャルを演算して求める演算部等を有して
いる。
感度校正を考慮して前記のように、発光強度比（Ｈβ／
ＳｉＨ* ）＝（Ｉｂ×αｂ）／（Ｉａ×αａ）で求めら
れる。プローブ測定装置８は、図１や図２に示すプロー
ブ測定装置と同様にラングミューアプローブによりプラ
ズマ状態を測定する装置で、プローブ測定データからプ
ラズマポテンシャルを演算して求める演算部等を有して
いる。
【００６１】図６に示す薄膜形成装置では、成膜室１
０’内の基板ホルダ２上に被成膜基板Ｓを設置し、当初
は該基板をシャッタＳＴで覆っておく。そして必要に応
じて所定温度に加熱し、排気装置６を運転して成膜室内
から排気する一方、ガス供給装置５からモノシランガス
を成膜室内へ導入し、放電用電極３１から放電させるこ
とで該ガスをプラズマ化する。一方、制御部９’に次の
制御をさせる。
０’内の基板ホルダ２上に被成膜基板Ｓを設置し、当初
は該基板をシャッタＳＴで覆っておく。そして必要に応
じて所定温度に加熱し、排気装置６を運転して成膜室内
から排気する一方、ガス供給装置５からモノシランガス
を成膜室内へ導入し、放電用電極３１から放電させるこ
とで該ガスをプラズマ化する。一方、制御部９’に次の
制御をさせる。
【００６２】すなわち、制御部９’は、図８のフローチ
ャートに示すように、発光分光計測装置７により求めら
れる発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を読み込むとともに
プローブ測定装置８により検出されるプラズマポテンシ
ャルＶｐを読み込む（ステップＳ１）。制御部９’はさ
らに、それらが、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、Ｖｐ
≦６０Ｖの条件を満たしているか否かを判断し（ステッ
プＳ２）、満たしているときは駆動部Ｄに指示してシャ
ッタＳＴを動かし、基板Ｓを露出させ、成膜を開始させ
る（ステップＳ３）。
ャートに示すように、発光分光計測装置７により求めら
れる発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を読み込むとともに
プローブ測定装置８により検出されるプラズマポテンシ
ャルＶｐを読み込む（ステップＳ１）。制御部９’はさ
らに、それらが、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、Ｖｐ
≦６０Ｖの条件を満たしているか否かを判断し（ステッ
プＳ２）、満たしているときは駆動部Ｄに指示してシャ
ッタＳＴを動かし、基板Ｓを露出させ、成膜を開始させ
る（ステップＳ３）。
【００６３】しかし、前記条件が満たされていないと、
次の順序で動作する。 ・先ず、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖ
か否かを判断する（ステップＳ４）。「ＹＥＳ」のと
きは、電源４の出力（ワット）を所定量増加させる（ス
テップＳ５）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ か否かを判断する（ステップＳ６）。
「ＹＥＳ」のときは、排気装置６の排気量調整弁６１を
操作して成膜室１０’内のガス圧を所定量増加させる
（ステップＳ７）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ であり、ガス供給装置５のマスフローコ
ントローラ５１をしてガス供給量を所定量減少させる
（ステップＳ８）。
次の順序で動作する。 ・先ず、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖ
か否かを判断する（ステップＳ４）。「ＹＥＳ」のと
きは、電源４の出力（ワット）を所定量増加させる（ス
テップＳ５）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ か否かを判断する（ステップＳ６）。
「ＹＥＳ」のときは、排気装置６の排気量調整弁６１を
操作して成膜室１０’内のガス圧を所定量増加させる
（ステップＳ７）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ であり、ガス供給装置５のマスフローコ
ントローラ５１をしてガス供給量を所定量減少させる
（ステップＳ８）。
【００６４】ステップＳ５、Ｓ７又はＳ８で、電源出力
を所定量増加、成膜室内ガス圧を所定量増加又はガス供
給量を所定量減少させた後は、再びステップＳ１に戻り
装置７、８から検出情報を読み込み、それらが（Ｈβ／
ＳｉＨ* ）≧１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖの条件を満たして
いるか否かを判断する。必要に応じ同様のステップを繰
り返す。
を所定量増加、成膜室内ガス圧を所定量増加又はガス供
給量を所定量減少させた後は、再びステップＳ１に戻り
装置７、８から検出情報を読み込み、それらが（Ｈβ／
ＳｉＨ* ）≧１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖの条件を満たして
いるか否かを判断する。必要に応じ同様のステップを繰
り返す。
【００６５】このようにして、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧
１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖの条件が満たされると、駆動部
Ｄに指示してシャッタＳＴを動かし、基板Ｓを露出さ
せ、成膜を開始させる。かくして、基板Ｓ上に４００℃
以下の基板温度で、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形
成することができる。
１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖの条件が満たされると、駆動部
Ｄに指示してシャッタＳＴを動かし、基板Ｓを露出さ
せ、成膜を開始させる。かくして、基板Ｓ上に４００℃
以下の基板温度で、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形
成することができる。
【００６６】より円滑に良質の多結晶シリコン薄膜を形
成するために、図６の装置においても、さらに次のよう
にしてもよい。 プラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）以
下になるように、制御部９’に、放電用電源４からの投
入電力の大きさ、ガス供給装置５からのガス供給量、さ
らには、該ガス供給量及び（又は）前記排気装置６によ
る排気量の調整による成膜圧力のうち少なくとも一つを
制御させてもよい。 成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは
１０ｍＴｏｒｒ以下にするように、制御部９に、ガス供
給装置５からのガス供給量及び（又は）排気装置６によ
る排気量を制御させてもよい。
成するために、図６の装置においても、さらに次のよう
にしてもよい。 プラズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）以
下になるように、制御部９’に、放電用電源４からの投
入電力の大きさ、ガス供給装置５からのガス供給量、さ
らには、該ガス供給量及び（又は）前記排気装置６によ
る排気量の調整による成膜圧力のうち少なくとも一つを
制御させてもよい。 成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは
１０ｍＴｏｒｒ以下にするように、制御部９に、ガス供
給装置５からのガス供給量及び（又は）排気装置６によ
る排気量を制御させてもよい。
【００６７】図６に示す薄膜形成装置を用いて、例えば
前記実験例８の場合と同じ基板に、実験例８と略同じ条
件を設定して良好な多結晶シリコン薄膜を形成すること
ができた。
前記実験例８の場合と同じ基板に、実験例８と略同じ条
件を設定して良好な多結晶シリコン薄膜を形成すること
ができた。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、比
較的低温下で安価に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を
形成できる多結晶シリコン薄膜形成方法を提供すること
ができる。また、本発明によると、比較的低温下で安価
に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる他、広
く所望の薄膜の形成に利用できる薄膜形成装置を提供す
ることができる。
較的低温下で安価に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を
形成できる多結晶シリコン薄膜形成方法を提供すること
ができる。また、本発明によると、比較的低温下で安価
に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる他、広
く所望の薄膜の形成に利用できる薄膜形成装置を提供す
ることができる。
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の１例の概略構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】本発明に係る薄膜形成装置の他の例の概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図３】図１に示す装置による実験例１のＳｉＨ4 導入
量１０ｃｃｍ、放電電力２００ＷのときのＳｉＨ4 プラ
ズマの発光分光スペクトルを示す図である。
量１０ｃｃｍ、放電電力２００ＷのときのＳｉＨ4 プラ
ズマの発光分光スペクトルを示す図である。
【図４】実験例１の膜形成を行うにあたり、ガス導入量
や放電電力を種々変化させたときの、プラズマの状態
〔発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）とイオン密度〕とシリ
コン結晶性との関係を示す図である。
や放電電力を種々変化させたときの、プラズマの状態
〔発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）とイオン密度〕とシリ
コン結晶性との関係を示す図である。
【図５】実験例８で得られたシリコン薄膜及び従来のア
モルファスシリコン薄膜のレーザラマン分光法によるラ
マンシフトとラマン散乱強度との関係を示す図である。
モルファスシリコン薄膜のレーザラマン分光法によるラ
マンシフトとラマン散乱強度との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る薄膜形成装置のさらに他の例の概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図７】図６に示す薄膜形成装置における制御部の動作
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
１、１０、１０’ 成膜室（プラズマ生成室） ２ 基板ホルダ ２Ｈ ヒータ ３ 円筒形放電電極 ３１ 平板形放電電極 ４ 放電用電源 ４１ マッチングボックス ５ ガス供給装置 ５１ マスフローコントローラ ６ 排気装置 ６１ 排気量調整弁 ７ 発光分光計測装置 ８ プローブ測定装置 ９、９’ 制御部 １００ ホストコンピュータ １１ ハブ装置 ＳＴ シャッタ Ｄ シャッタ駆動部
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１０月７日（１９９９．１０．
７）
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】ＦＴ−ＩＲについては、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したところ、５×１０20ｃｍ-3 以下
を示し、従来の試料（アモルファスシリコン膜）２×１
０22ｃｍ-3 に対して大きく減少改善する結果を得た。図
５は実験例８で得られたシリコン薄膜及び従来のアモル
ファスシリコン薄膜のレーザラマン分光法によるラマン
シフトとラマン散乱強度の関係を示している。ラマン分
光法による結晶性評価の結果、従来の試料（アモルファ
スシリコン構造 ラマンシフト＝４８０ｃｍ-1）に対し
て結晶化シリコンの（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃ
ｍ-1）ピークを検出し、シリコン薄膜の結晶性を確認で
きた。結晶サイズとして１００Å〜２０００Åの結晶粒
を確認した。
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したところ、５×１０20ｃｍ-3 以下
を示し、従来の試料（アモルファスシリコン膜）２×１
０22ｃｍ-3 に対して大きく減少改善する結果を得た。図
５は実験例８で得られたシリコン薄膜及び従来のアモル
ファスシリコン薄膜のレーザラマン分光法によるラマン
シフトとラマン散乱強度の関係を示している。ラマン分
光法による結晶性評価の結果、従来の試料（アモルファ
スシリコン構造 ラマンシフト＝４８０ｃｍ-1）に対し
て結晶化シリコンの（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃ
ｍ-1）ピークを検出し、シリコン薄膜の結晶性を確認で
きた。結晶サイズとして１００Å〜２０００Åの結晶粒
を確認した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】なお、上記実験例８の他、該実験例８にお
いて、放電電力、導入ガス流量、成膜ガス圧のプラズマ
制御パラメータを種々変化させ、しかし、Ｈβ／ＳｉＨ
* は１以上を、プラズマポテンシャルは６０Ｖ以下を維
持してシリコン薄膜を形成したところ、いずれも、ＦＴ
−ＩＲについては、従来例の試料（アモルファスシリコ
ン膜）２×１０22ｃｍ-3 に対して大きく減少改善する結
果を得た。また、ラマン分光法により多結晶シリコン薄
膜の形成が確認された。
いて、放電電力、導入ガス流量、成膜ガス圧のプラズマ
制御パラメータを種々変化させ、しかし、Ｈβ／ＳｉＨ
* は１以上を、プラズマポテンシャルは６０Ｖ以下を維
持してシリコン薄膜を形成したところ、いずれも、ＦＴ
−ＩＲについては、従来例の試料（アモルファスシリコ
ン膜）２×１０22ｃｍ-3 に対して大きく減少改善する結
果を得た。また、ラマン分光法により多結晶シリコン薄
膜の形成が確認された。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６２】すなわち、制御部９’は、図７のフローチ
ャートに示すように、発光分光計測装置７により求めら
れる発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を読み込むとともに
プローブ測定装置８により検出されるプラズマポテンシ
ャルＶｐを読み込む（ステップＳ１）。制御部９’はさ
らに、それらが、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、Ｖｐ
≦６０Ｖの条件を満たしているか否かを判断し（ステッ
プＳ２）、満たしているときは駆動部Ｄに指示してシャ
ッタＳＴを動かし、基板Ｓを露出させ、成膜を開始させ
る（ステップＳ３）。しかし、前記条件が満たされてい
ないと、次の順序で動作する。 ・先ず、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖ
か否かを判断する（ステップＳ４）。「ＹＥＳ」のと
きは、電源４の出力（ワット）を所定量増加させる（ス
テップＳ５）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ か否かを判断する（ステップＳ６）。
「ＹＥＳ」のときは、排気装置６の排気量調整弁６１を
操作して成膜室１０’内のガス圧を所定量増加させる
（ステップＳ７）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ であり、ガス供給装置５のマスフローコ
ントローラ５１を操作してガス供給量を所定量減少させ
る（ステップＳ８）。
ャートに示すように、発光分光計測装置７により求めら
れる発光強度比（Ｈβ／ＳｉＨ* ）を読み込むとともに
プローブ測定装置８により検出されるプラズマポテンシ
ャルＶｐを読み込む（ステップＳ１）。制御部９’はさ
らに、それらが、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、Ｖｐ
≦６０Ｖの条件を満たしているか否かを判断し（ステッ
プＳ２）、満たしているときは駆動部Ｄに指示してシャ
ッタＳＴを動かし、基板Ｓを露出させ、成膜を開始させ
る（ステップＳ３）。しかし、前記条件が満たされてい
ないと、次の順序で動作する。 ・先ず、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、Ｖｐ≦６０Ｖ
か否かを判断する（ステップＳ４）。「ＹＥＳ」のと
きは、電源４の出力（ワット）を所定量増加させる（ス
テップＳ５）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）≧１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ か否かを判断する（ステップＳ６）。
「ＹＥＳ」のときは、排気装置６の排気量調整弁６１を
操作して成膜室１０’内のガス圧を所定量増加させる
（ステップＳ７）。 ・「ＮＯ」のときは、（Ｈβ／ＳｉＨ* ）＜１、且つ、
Ｖｐ＞６０Ｖ であり、ガス供給装置５のマスフローコ
ントローラ５１を操作してガス供給量を所定量減少させ
る（ステップＳ８）。
Claims (21)
- 【請求項１】 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガ
スとの混合ガスから、又はシラン系反応ガスからプラズ
マを形成し、該プラズマ中のＳｉＨ* ラジカルの発光強
度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光強度比が１
以上になるように該プラズマ状態を制御し、該プラズマ
のもとで基板に多結晶シリコン薄膜を形成することを特
徴とする多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記プラズマの制御にあたり、プラズマ
ポテンシャルを６０Ｖ以下に制御する請求項１記載の多
結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項３】 前記プラズマ状態の制御にあたり、プラ
ズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）以下になる
ようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜を形
成する請求項１又は２記載の多結晶シリコン薄膜形成方
法。 - 【請求項４】 前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電電極として円筒形電極を用
いる請求項１、２又は３記載の多結晶シリコン薄膜形成
方法。 - 【請求項５】 前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電用電源として、周波数６０
ＭＨｚ以上の高周波電源を用いる請求項１から４のいず
れかに記載の多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項６】 成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下に維持
する請求項１から５のいずれかに記載の多結晶シリコン
薄膜形成方法。 - 【請求項７】 成膜時の基板温度を４００℃以下に維持
する請求項１から６のいずれかに記載の多結晶シリコン
薄膜形成方法。 - 【請求項８】前記基板への多結晶シリコン薄膜形成にあ
たり、該基板を成膜室内に設置し、該成膜室内を排気減
圧して成膜ガス圧に設定するとともに前記プラズマを該
成膜室内へ導入した前記シリコン原子を有する材料ガス
と水素ガスとの混合ガス又はシラン系反応ガスである成
膜原料ガスに高周波電力を印加して形成するようにし、
そのとき、前記発光強度比が１より小さく、プラズマポ
テンシャルが６０Ｖ以下であるときは、前記高周波電力
を増加させ、前記発光強度比が１以上でプラズマポテン
シャルが６０Ｖより大きいときは、前記成膜室内からの
排気量を調整して前記成膜ガス圧を増加させ、前記発光
強度比が１より小さく、プラズマポテンシャルが６０Ｖ
より大きいときは、前記成膜室内への前記原料ガス導入
量を減少させることで発光強度比１以上、プラズマポテ
ンシャル６０Ｖ以下の条件を設定する請求項２記載の多
結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項９】 前記プラズマ状態の制御にあたり、プラ
ズマ中のイオン密度が５×１０10（ｃｍ-3）以下になる
ようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜を形
成する請求項８記載の多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項１０】 前記成膜原料ガスへの前記高周波電力
印加にあたり、高周波電源に接続された円筒形放電電極
を採用する請求項８又は９記載の多結晶シリコン薄膜形
成方法。 - 【請求項１１】 前記成膜原料ガスへの前記高周波電力
印加にあたり、該高周波電力として周波数６０ＭＨｚ以
上の高周波電力を用いる請求項８から１０のいずれかに
記載の多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項１２】 成膜ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下に維
持する請求項８から１１のいずれかに記載の多結晶シリ
コン薄膜形成方法。 - 【請求項１３】 成膜時の基板温度を４００℃以下に維
持する請求項８から１２のいずれかに記載の多結晶シリ
コン薄膜形成方法。 - 【請求項１４】 被成膜基板を設置できる成膜室、該成
膜室内に設置され、放電用電源に接続されたプラズマ形
成のための放電用電極、該成膜室内へ成膜のためのガス
を供給するガス供給装置、該成膜室から排気する排気装
置を備えたプラズマＣＶＤによる薄膜形成装置であっ
て、プラズマ状態の計測を行うための発光分光計測装置
及びプローブ測定装置、並びに該発光分光計測装置及び
プローブ測定装置による検出情報に基づいてプラズマ状
態を所定の状態に維持するように前記放電用電源からの
電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装
置による排気のうちすくなくとも一つを制御する制御部
を備えていることを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項１５】 前記ガス供給装置をシリコン原子を有
する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給
できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置
により求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカ
ルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光
強度比が１以上になるように前記放電用電源からの電力
供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装置に
よる排気のうち少なくとも一つを制御できるものとし、
前記基板上に多結晶シリコン薄膜形成できるようにした
請求項１４記載の薄膜形成装置。 - 【請求項１６】 前記ガス供給装置をシリコン原子を有
する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給
できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置
により求められる成膜室内プラズマ中のＳｉＨ* ラジカ
ルの発光強度に対する水素原子ラジカル（Ｈβ）の発光
強度比が１以上になるように、且つ、前記プローブ測定
装置により求められるプラズマポテンシャルが６０Ｖ以
下になるように前記放電用電源からの電力供給、ガス供
給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気のう
ち少なくとも一つを制御できるものとし、前記基板上に
多結晶シリコン薄膜形成を形成できるようにした請求項
１４記載の薄膜形成装置。 - 【請求項１７】 前記放電用電源が高周波電源であり、
前記制御部は、前記被成膜基板への多結晶シリコン薄膜
形成にあたり前記発光強度比１以上、プラズマポテンシ
ャル６０Ｖ以下の条件を設定するように、前記発光強度
比が１より小さく、プラズマポテンシャルが６０Ｖ以下
であるときは、前記高周波電源から供給される電力を増
加させ、前記発光強度比が１以上でプラズマポテンシャ
ルが６０Ｖより大きいときは、前記排気装置による成膜
室からの排気量を調整して成膜室内の成膜ガス圧を増加
させ、前記発光強度比が１より小さく、プラズマポテン
シャルが６０Ｖより大きいときは、前記ガス供給装置か
ら成膜室内へのガス供給量を減少させる請求項１６記載
の薄膜形成方法。 - 【請求項１８】 前記制御部は、さらに、前記プローブ
測定装置により求められるプラズマ中のイオン密度が５
×１０10（ｃｍ-3）以下になるようにも前記放電用電源
からの電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記
排気装置による排気のうち少なくとも一つを制御する請
求項１５、１６又は１７記載の薄膜形成装置。 - 【請求項１９】 前記放電用電極が円筒形電極である請
求項１５から１８のいずれかに記載の薄膜形成装置。 - 【請求項２０】 前記放電用電源は周波数６０ＭＨｚ以
上の電力を供給する電源である請求項１５から１９のい
ずれかに記載の薄膜形成装置。 - 【請求項２１】 前記制御部は、成膜ガス圧を２０ｍＴ
ｏｒｒ以下に維持するように、前記ガス供給装置からの
ガス供給及び前記排気装置による排気のうち少なくとも
一方を制御する請求項１５から２０のいずれかに記載の
薄膜形成装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22738899A JP3812232B2 (ja) | 1998-10-23 | 1999-08-11 | 多結晶シリコン薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
| EP99947969A EP1043762B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-18 | Polycrystalline silicon thin film forming method and thin film forming apparatus |
| PCT/JP1999/005762 WO2000025354A1 (fr) | 1998-10-23 | 1999-10-18 | Procede de formation de couche mince de silicium polycristallin et appareil de formation de ladite couche mince |
| DE69941285T DE69941285D1 (de) | 1998-10-23 | 1999-10-18 | Methode, einen dünnen polykristallinen siliziumfilm herzustellen und entsprechender apparat |
| US09/581,519 US6447850B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-18 | Polycrystalline silicon thin film forming method |
| TW088118234A TW436896B (en) | 1998-10-23 | 1999-10-21 | Polycrystalline silicon thin film forming method and thin film forming apparatus |
| KR10-1999-0045956A KR100481785B1 (ko) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | 다결정 실리콘 박막형성방법 및 박막형성장치 |
| US10/199,089 US6620247B2 (en) | 1998-10-23 | 2002-07-22 | Thin polycrystalline silicon film forming apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30298698 | 1998-10-23 | ||
| JP10-302986 | 1998-10-23 | ||
| JP22738899A JP3812232B2 (ja) | 1998-10-23 | 1999-08-11 | 多結晶シリコン薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| TW (1) | TW436896B (ja) |
| WO (1) | WO2000025354A1 (ja) |
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| KR100773123B1 (ko) * | 2005-11-28 | 2007-11-02 | 주식회사 에이이티 | 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법 |
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