JP2002030449A

JP2002030449A - 結晶性シリコン膜、結晶性シリコン膜の形成方法及び結晶性シリコン膜の形成装置

Info

Publication number: JP2002030449A
Application number: JP2000210989A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ogata; 潔緒方; Naoto Kuratani; 直人鞍谷; Akinori Ebe; 明憲江部; Masaji Miyake; 正司三宅
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】例えば低融点ガラス基板のような耐熱性の比
較的低い被成膜物品上にも該物品の熱的損傷を抑制でき
る低温下で、生産性よく形成される良質の結晶性シリコ
ン膜並びにそのような結晶性シリコン膜の形成方法及び
装置を提供する。【解決手段】シリコン系ガスを含む原料ガスにプラズ
マ励起用電界として誘導結合型高周波電界を印加して該
原料ガスから誘導結合型プラズマ１７を形成し、該プラ
ズマの下に被成膜物品１０を配置するとともに該被成膜
物品にイオン源４からイオンビームを照射することで該
物品上に形成された結晶性シリコン膜、並びにそのよう
な結晶性シリコン膜の形成方法及び装置。

Description

【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、そのような結晶性
シリコン膜の形成方法及び形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、結晶性シリコン膜の形成方法とし
て、ＣＶＤ法、特に熱ＣＶＤ法が多用されている。ＣＶ
Ｄ法により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、該膜を結晶性を有するも
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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おいては、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、軟化或いはさらに溶融したり、
歪みが生じたりする。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り、或い
は生産性が著しく低下する。

【０００５】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。また、レーザアニール処理を行う
場合は、レーザ照射装置が高価であることや、大面積で
均一なアニール処理が困難なためにシリコン膜の均質性
が低下し易い。

【０００６】そこで本発明は、例えば低融点ガラス基板
のような耐熱性の比較的低い被成膜物品上にも該物品の
熱的損傷を抑制できる低温下で、生産性よく形成される
良質の結晶性シリコン膜を提供することを課題とする。

【０００７】また本発明は、例えば低融点ガラス基板の
ような耐熱性の比較的低い被成膜物品上にも該物品の熱
的損傷を抑制できる低温下で、生産性よく良質の結晶性
シリコン膜を形成できる結晶性シリコン膜の形成方法を
提供することを課題とする。

【０００８】また本発明は、例えば低融点ガラス基板の
ような耐熱性の比較的低い被成膜物品上にも該物品の熱
的損傷を抑制できる低温下で、生産性よく良質の結晶性
シリコン膜を形成できる結晶性シリコン膜の形成装置を
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
に本発明者は研究を重ね、以下の知見を得た。

【００１０】すなわち、成膜を行うための容器内におい
て、シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ化し、該
プラズマの下で被成膜物品に結晶性シリコン膜を形成す
るにあたり、前記被成膜物品にイオンビーム照射装置か
らイオンビームを照射することにより、結晶性シリコン
膜を、例えば被成膜物品温度６００℃程度以下で形成す
ることが可能である。このとき、該プラズマは誘導結合
型プラズマであることが重要である。

【００１１】プラズマの種類としては、該誘導結合型プ
ラズマの他、静電結合型プラズマ（容量結合型プラズ
マ）がある。

【００１２】しかし、静電結合型プラズマによる膜形成
では、プラズマ密度（１ｃｍ³当たりのイオン個数）が
比較的低いこととプラズマ電位が比較的高いために被成
膜物品に結晶性の高いシリコン膜を形成することが困難
である。プラズマＣＶＤ法で結晶性のシリコン膜を形成
するためには、シリコン系ガスを含む原料ガスをよりよ
く分解し、さらにプラズマ電位を低くする必要がある。

【００１３】プラズマ密度が低いと、つまりシリコン系
ガスを含んだ原料ガスの分解が悪いと、シリコン膜中に
水素等の不純物が多量に混入し易く、シリコン原子のネ
ットワーク形成が阻害されて、該シリコン膜はアモルフ
ァス状態或いは微結晶状態になり、結晶性の高い（換言
すれば結晶粒径の大きい）シリコン膜が得られ難い。ま
た、プラズマ電位が高いと、形成されるシリコン結晶が
破壊され易く（換言すればプラズマダメージを受け易
く）、シリコン膜はアモルファス状態或いは微結晶状態
になり、この場合も結晶性の高い（換言すれば結晶粒径
の大きい）シリコン膜が得られ難い。

【００１４】これらの静電結合型プラズマによる膜形成
の弱点は、被成膜物品の温度を高くすることで克服でき
るが、例えば、被成膜物品として低融点ガラス基板のよ
うな低価格な基板を用いる場合、そのような基板の温度
をあまり高くすることができないので、該基板上に結晶
性の良好なシリコン膜を形成することは難しい。

【００１５】これに対し、誘導結合型プラズマは静電結
合型プラズマと比べて高プラズマ密度、低プラズマ電位
が得られ易いという特長がある。それ故、誘導結合型プ
ラズマによる膜形成では、結晶性の高いシリコン膜が得
られ易い。

【００１６】また、シリコン膜の結晶性をさらに高める
ために、誘導結合型プラズマの下で被成膜物品上に結晶
性シリコン膜を形成するにあたり、該物品表面にイオン
ビームを照射するとよい。膜形成中にイオンビームを照
射することにより、シリコン原子の移動乃至マイグレー
ション（migration)が促進され、シリコン膜の結晶性が
より高くなる。

【００１７】前記知見に基づき本発明は、次の結晶性シ
リコン膜、結晶性シリコン膜の形成方法及び形成装置を
提供する。（１）結晶性シリコン膜シリコン系ガスを含む原料ガスにプラズマ励起用電界と
して誘導結合型高周波電界を印加して該原料ガスから誘
導結合型プラズマを形成し、該プラズマの下に被成膜物
品を配置するとともに該被成膜物品にイオンビーム照射
装置からイオンビームを照射することで該物品上に形成
された結晶性シリコン膜。（２）結晶性シリコン膜の形成方法シリコン系ガスを含む原料ガスにプラズマ励起用電界と
して誘導結合型高周波電界を印加して該原料ガスから誘
導結合型プラズマを形成し、該プラズマの下に被成膜物
品を配置するとともに該被成膜物品にイオンビーム照射
装置からイオンビームを照射して該物品上に結晶性シリ
コン膜を形成する結晶性シリコン膜の形成方法。（３）結晶性シリコン膜の形成装置被成膜物品を設置する容器であって、成膜用原料ガス供
給装置からシリコン系ガスを含む原料ガスが供給される
容器と、該容器に連設されたイオンビーム照射装置であ
って、該容器内に設置される被成膜物品にイオンビーム
を照射するイオンビーム照射装置と、前記成膜用原料ガ
ス供給装置から前記容器内に供給される原料ガスにプラ
ズマ励起用電界を印加するためのプラズマ励起用電界印
加装置とを備えており、該プラズマ励起用電界印加装置
は、前記容器内に供給される原料ガスに誘導結合型高周
波電界を印加して該ガスから誘導結合型プラズマを生成
するための該容器内に設置されたアンテナを含んでいる
結晶性シリコン膜の形成装置。本発明に係る膜形成方法
及び膜形成装置によると、シリコン系ガスを含む原料ガ
スから誘導結合型プラズマを生成させ、該誘導結合型プ
ラズマの下に被成膜物品を置くとともに該物品表面にイ
オンビームを照射して結晶性シリコン膜を形成する。

【００１８】このようにシリコン系ガスを含む原料ガス
から生成させるプラズマは誘導結合型プラズマであり、
誘導結合型プラズマは前記のとおり静電結合型プラズマ
と比べて高プラズマ密度、低プラズマ電位が得られる。
それ故、例えば低融点ガラス基板のような耐熱性の比較
的低い被成膜物品上にも該物品の熱的損傷を抑制できる
低温下で（例えば６００℃以下で）結晶性の高いシリコ
ン膜を得ることができる。

【００１９】また、誘導結合型プラズマの下で被成膜物
品上に結晶性シリコン膜を形成するにあたり、該物品表
面にイオンビーム照射装置からイオンビームを照射する
ので、シリコン原子の移動乃至マイグレーション（migr
ation)が促進され、シリコン膜の結晶性がより高くな
る。

【００２０】膜形成後に結晶性を高めるために別途熱処
理する必要はない。

【００２１】このように本発明に係る膜形成方法及び膜
形成装置によると、生産性よく良質の結晶性シリコン膜
を得ることができる。そして、このようにして得られた
本発明に係る結晶性シリコン膜は結晶性の高い良質のも
のである。

【００２２】また本発明に係る膜形成方法及び装置によ
ると、イオンビーム照射にあたり、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、シリコン膜の結晶化度の制御はもとよ
り、結晶粒径制御、結晶配向制御、内部応力制御、膜密
着力制御等を行うことができる。

【００２３】また、本発明に係る膜形成装置によると、
前記誘導結合型高周波電界を印加するためのアンテナが
成膜用の容器内に設置されているので、被成膜物品の大
面積化にも容易に対応できる。

【００２４】本発明の結晶性シリコン膜、結晶性シリコ
ン膜の形成方法及び装置において、結晶性の高いシリコ
ン膜を安定して得るためには、誘導結合型プラズマのプ
ラズマ密度が１×１０¹¹イオン個／ｃｍ³以上であるこ
とが望ましい。より好ましくは２×１０¹¹イオン個／ｃ
ｍ³以上である。

【００２５】プラズマ密度が１×１０¹¹イオン個／ｃｍ
³より小さいと、すなわちシリコン系ガスを含んだ原料
ガスの分解が悪いと、シリコン膜中に水素等の不純物が
多量に混入し易く、シリコン原子のネットワーク形成が
阻害されて、シリコン膜がアモルファス或いは微結晶状
態になり、結晶性の高いシリコン膜が得られ難い。

【００２６】上限値としては、それには限定されないが
１×１０¹³イオン個／ｃｍ³程度を例示できる。プラズ
マ密度があまり高くなりすぎると、シリコン膜がプラズ
マからのイオンのダメージ（プラズマダメージ）を受け
易く、アモルファス或いは微結晶状態になり、この場合
も結晶性の高いシリコン膜が得られ難い。

【００２７】かかるプラズマ密度制御のため本発明に係
る膜形成装置においては、前記誘導結合型プラズマのプ
ラズマ密度を１×１０¹¹イオン個／ｃｍ³以上、より好
ましくは２×１０¹¹イオン個／ｃｍ³以上、或いは１×
１０¹¹イオン個／ｃｍ³〜１×１０¹³イオン個／ｃｍ³
程度等にする手段を設けることができる。例えば、成膜
用原料ガス供給装置及び成膜室（真空チャンバ）内の真
空度（ガス圧）調整装置、原料ガスをプラズマ化するプ
ラズマ励起用高周波電源を共に制御して、換言すれば原
料ガスの供給量及び成膜室内真空度、該ガスをプラズマ
化させる高周波電力（高周波アンテナに供給する電力）
を制御する手段をもって、前記誘導結合型プラズマのプ
ラズマ密度を１×１０¹¹（イオン個／ｃｍ³）以上、よ
り好ましくは２×１０¹¹（イオン個／ｃｍ³）以上、或
いは１×１０¹¹（イオン個／ｃｍ ³）〜１×１０¹³（イ
オン個／ｃｍ³）程度等にすることが考えられる。

【００２８】また、本発明の結晶性シリコン膜、結晶性
シリコン膜の形成方法及び装置において、結晶性の高い
シリコン膜を安定して得るためには、誘導結合型プラズ
マのプラズマ電位が５０Ｖ以下であることが望ましい。
より好ましくは３０Ｖ以下、さらに好ましくは１０Ｖ以
下を例示できる。

【００２９】このためには、本発明に係る膜形成装置に
おいては、前記誘導結合型プラズマのプラズマ電位を５
０Ｖ以下、より好ましくは３０Ｖ以下、さらに好ましく
は１０Ｖ以下に制御する手段を設けることができる。

【００３０】例えば、成膜用原料ガス供給装置及び成膜
室（真空チャンバ）内の真空度（ガス圧）調整装置、原
料ガスをプラズマ化するプラズマ励起用高周波電源を共
に制御して、換言すれば原料ガスの供給量及び成膜室内
真空度、該ガスをプラズマ化させる高周波電力（高周波
アンテナに供給する電力）を制御する手段をもって、前
記誘導結合型プラズマのプラズマ電位を５０Ｖ程度以
下、より好ましくは３０Ｖ以下、さらに好ましくは１０
Ｖ以下とすることが考えられる。

【００３１】プラズマ電位が５０Ｖより大きいと、シリ
コン膜がプラズマからのイオンのダメージ（プラズマダ
メージ）を受け易く、シリコン膜がアモルファス或いは
微結晶状態になり、結晶性の高いシリコン膜が得られ難
い。

【００３２】本発明の結晶性シリコン膜、結晶性シリコ
ン膜の形成方法及び装置において、照射するイオンビー
ムのエネルギが１００ｅＶ〜２ｋｅＶと比較的小さい場
合は、被成膜物品にイオンビームを照射することにより
シリコン膜の結晶性が低下することがある。これは照射
イオンがシリコン原子に与えるマイグレーションの促進
の効果よりもスパッタリング効果によりシリコン結晶を
破壊する効果の方が大きい場合であり、現象としては前
述のプラズマダメージと似ている。

【００３３】イオンビーム照射におけるイオンエネルギ
は大きくなると、いわゆる核的衝突（クーロン力で押し
出すような衝突）の効果に加えていわゆる電子的衝突
（クーロン力が働く前に通りすぎ振動を与えるごとき衝
突）の効果が生じる。核的衝突はシリコン原子に与える
マイグレーションの促進の効果があるものの、一部はシ
リコン結晶を破壊する。一方、電子的衝突はシリコン原
子を励起し、またシリコン膜最表面の局所的なアニール
効果を与える効果がある。

【００３４】このため、イオンエネルギは電子的衝突の
効果の生じ易い２ｋｅＶ以上であることが望ましい。よ
り好ましくは５ｋｅＶ以上を例示できる。イオンエネル
ギが２ｋｅＶより小さいと、核的衝突が主体になる。

【００３５】イオンエネルギを２ｋｅＶ以上、より好ま
しくは５ｋｅＶ以上にすることで、核的衝突によるマイ
グレーションの促進の効果、及び核的衝突による結晶破
壊を十分に補い得る電子的衝突による効果により、結晶
性の高いシリコン膜が得られる。なお、イオンエネルギ
の上限値としては、それには限定されないが、２０ｋｅ
Ｖ以下、より好ましくは１０ｋｅＶ以下を例示できる。
イオンエネルギが２０ｋｅＶより大きいと、電子的衝突
が主体になり、結晶性の良好なシリコン膜を形成するこ
とが難しい。また、結晶性シリコン膜の形成装置におい
ては、イオンエネルギを２０ｋｅＶより大きくするに
は、装置コストが高くつく。

【００３６】また、本発明に係る結晶性シリコン膜、結
晶性シリコン膜の形成方法及び装置において、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（Ｈ
ｅ）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）、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）及びシリコン系ガス
（モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス、ジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）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）の
うち少なくとも一種のガスから発生させたイオンを用い
ることができる。

【００３７】また、本発明に係る結晶性シリコン膜、結
晶性シリコン膜の形成方法及び装置において、前記プラ
ズマの原料ガスとして、前記イオンビームのイオン種源
となるガスとして例示した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ことができる。

【００３８】また、本発明の結晶性シリコン膜、結晶性
シリコン膜の形成方法及び装置において、膜形成のため
の被成膜物品の温度として６００℃以下（下限について
はそれには限定されないが例えば室温程度）にすること
ができきる。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。

【００３９】このために本発明に係る膜形成装置では、
例えば、前記成膜用容器内に被成膜物品支持ホルダ及び
該ホルダに支持される被成膜物品の温度を６００℃以下
に制御する温度制御装置を設けてもよい。

【００４０】また、本発明に係る結晶性シリコン膜及び
結晶性シリコン膜の形成方法及び装置において、前記誘
導結合型プラズマから前記被成膜物品表面に到達するシ
リコン原子数に対するイオンビーム照射装置から該被成
膜物品へ照射されるイオン数の割合（イオン数／シリコ
ン原子数）を０．０１〜１０とすることが好ましい。こ
れは、その割合が０．０１より小さいとイオン照射によ
る結晶化効果が不十分になり、１０より大きいとイオン
量が過剰となり膜欠陥の発生が増加するからである。

【００４１】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ビーム照射装置
（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高周波電
力を制御すること等により制御することができる。

【００４２】本発明の結晶性シリコン膜の形成装置にお
いて、誘導結合型プラズマを形成するための前記容器内
に設置されるアンテナとしては、容量結合を抑制するた
めの絶縁物（例えばセラミック）を被覆した二つのコの
字型導電性部材を結合したダブルハーフループアンテナ
を例示できる。

【００４３】

【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。

【００４４】図１は、本発明に係る結晶性シリコン膜の
形成装置の１例の概略構成を示す図である。

【００４５】この装置は、プラズマ生成室１（真空容
器）を有し、室１には真空排気系１２が接続されるとと
もに、原料ガス供給部１３が接続されている。原料ガス
供給部１３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１内には被成膜物品保持部材（ここでは基板ホル
ダー）１１が設置され、保持部材１１は被成膜物品１０
（ここでは基板）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１内では被成膜物品加熱用ヒ
ータ１４上に配置される。また、室１内の保持部材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、アンテナ９が設置されている。アンテナ９の開口部
は図中９ａで示してある。

【００４６】図２にアンテナ９を上から見た図を示す。

【００４７】アンテナ９は、ここではダブルハーフルー
プアンテナであり、容量結合を抑制するための絶縁物９
２（ここではセラミック）を被覆した二つのコの字型導
電性部材９１を結合したものである。アンテナ９の一端
部は整合器３を介して高周波電源２が接続されており、
他端部はコンデンサ１５を介して接地されている。これ
により、容器１内に供給される原料ガスに誘導結合型高
周波電界を印加して該ガスから誘導結合型プラズマを生
成できる。

【００４８】図１に示すように、アンテナ９を間にして
保持部材１１に対向する位置にはイオン源４が設けられ
ている。イオン源４にはイオン源用ガス供給部１６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
５を介して高周波電源６が接続されている。なお、ガス
供給部１６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。

【００４９】また、イオン源４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４
１、減速電極４２、接地電極４３）からなるイオン照射
用電極系４０を有している。イオン照射用電極系４０と
イオン源４との間には加速電源７及び減速電源８が接続
されている。なお、イオン源４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、イオン照射用電極系は３
枚電極構造に限定されず他の枚数の電極からなるもので
もよい。

【００５０】この装置を用いて本発明の結晶性シリコン
膜を形成するにあたっては、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１内に搬入しヒータ
１４上の所定の成膜位置に設置するとともに、室１内を
真空排気系１２の運転にて所定圧力とする。

【００５１】次いで、原料ガス供給部１３からプラズマ
生成室１内にシリコン系ガスを含む原料ガスを導入する
とともに、高周波電源２から整合器３、アンテナ９を介
して誘導結合型高周波電界を印加して前記導入したガス
をプラズマ化し、図中１７で示す位置に誘導結合型プラ
ズマを形成する。原料ガスとしては、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
のガスを用いる。

【００５２】また、イオン源４にイオン源用ガス供給部
１６からイオンの原料ガスを導入し、これに電源６から
整合器５を介して高周波電力を供給して、図中１８で示
すイオン源内の位置にプラズマを発生させ、イオン照射
用電極系４０に電源７、８により適当な電圧を印加する
ことによりプラズマ１８から加速エネルギ２ｋｅＶ以
上、より好ましくは５ｋｅＶ以上でイオンを引き出し、
アンテナ９の開口部９ａを通して被成膜物品１０に該イ
オンビームを照射する。イオンの原料ガスとしては不活
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。

【００５３】これにより、被成膜物品１０上に結晶性シ
リコン膜が形成される。なお、成膜中は、被成膜物品１
０表面近傍の圧力が１３．３Ｐａ〜１．３３×１０^-4Ｐ
ａ（１×１０^-1Ｔｏｒｒ〜１×１０^-6Ｔｏｒｒ程度）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、被成膜物品１０の温度はヒータ１４によりＲ
Ｔ（室温）〜６００℃に保つ。

【００５４】以上説明した膜形成方法及び膜形成装置に
よると、シリコン系ガスを含む原料ガスから誘導結合型
プラズマ１７を生成させ、該誘導結合型プラズマの下に
被成膜物品１０を置くとともに該物品１０表面にイオン
ビームを照射して結晶性シリコン膜を形成する。

【００５５】このようにシリコン系ガスを含む原料ガス
から生成させるプラズマは誘導結合型プラズマ１７であ
り、誘導結合型プラズマ１７は前記のとおり静電結合型
プラズマと比べて高プラズマ密度、低プラズマ電位が得
られる。それ故、例えば低融点ガラス基板のような耐熱
性の比較的低い被成膜物品上にも該物品の熱的損傷を抑
制できる低温下で（例えば６００℃以下で）結晶性の高
いシリコン膜を得ることができる。

【００５６】また、誘導結合型プラズマ１７の下で被成
膜物品１０上に結晶性シリコン膜を形成するにあたり、
該物品１０表面にイオン源４からイオンビームを照射す
るので、シリコン原子の移動乃至マイグレーション（mi
gration)が促進され、シリコン膜の結晶性がより高くな
る。

【００５７】膜形成後に結晶性を高めるために別途熱処
理する必要はない。

【００５８】このように本発明に係る膜形成方法及び膜
形成装置によると、生産性よく良質の結晶性シリコン膜
を得ることができる。そして、このようにして得られた
本発明に係る結晶性シリコン膜は結晶性の高い良質のも
のである。

【００５９】次に、図１の装置を用いて本発明の結晶性
シリコン膜を形成した具体的実施例及びその結果得られ
た本発明の結晶性シリコン膜の例について、比較例とと
もに以下に説明する。

【００６０】なお、以下の比較例１、２、３は、次のよ
うにして被成膜物品上にシリコン膜を形成した。

【００６１】すなわち、比較例１では従来の静電結合型
シリコン膜形成装置において被成膜物品にイオンビーム
を照射できるようにし、該装置を用いて静電結合型プラ
ズマの下で被成膜物品上に成膜中にイオンビームを照射
してシリコン膜を形成した。比較例２では図１の装置を
用いて誘導結合型プラズマの下で被成膜物品上に成膜中
にイオンビームを照射しないでシリコン膜を形成した。
また、比較例３では比較例１で用いた装置を用いて静電
結合型プラズマの下で被成膜物品上に成膜中にイオンビ
ームを照射しないでシリコン膜を形成した。〔実施例１〕１）プラズマ条件（誘導結合型プラズマ）励起法高周波励起（13.56MHz）原料ガスＳｉＨ₄ ５０％Ｈ₂ ５０％圧力０．１３３Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）プラズマ電位３０Ｖプラズマ密度１．２×１０¹¹イオン個／ｃｍ³ ２）イオンビーム照射条件イオンビームイオン種Ｈ₂ガスイオンイオンエネルギ２ｋｅＶ３）被成膜物品無アルカリガラス基板４）基板温度３００℃ ５）成膜膜厚２０００Å 〔実施例２〕１）プラズマ条件（誘導結合型プラズマ）励起法高周波励起（13.56MHz）原料ガスＳｉＨ₄ ５０％Ｈ₂ ５０％圧力０．１３３Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）プラズマ電位３０Ｖプラズマ密度１．２×１０¹¹イオン個／ｃｍ³ ２）イオンビーム照射条件イオンビームイオン種Ｈ₂ガスイオンイオンエネルギ５ｋｅＶ３）被成膜物品無アルカリガラス基板４）基板温度３００℃ ５）成膜膜厚２０００Å 〔比較例１〕１）プラズマ条件（静電結合型プラズマ）励起法高周波励起（13.56MHz）原料ガスＳｉＨ₄ ５０％Ｈ₂ ５０％圧力０．１３３Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）プラズマ電位６５Ｖプラズマ密度３×１０¹⁰イオン個／ｃｍ³ ２）イオンビーム照射条件イオンビームイオン種Ｈ₂ガスイオンイオンエネルギ５ｋｅＶ３）被成膜物品無アルカリガラス基板４）基板温度３００℃ ５）成膜膜厚２０００Å 〔比較例２〕１）プラズマ条件（誘導結合型プラズマ）励起法高周波励起（13.56MHz）原料ガスＳｉＨ₄ ５０％Ｈ₂ ５０％圧力０．１３３Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）プラズマ電位４０Ｖプラズマ密度１．３×１０¹¹イオン個／ｃｍ³ ２）被成膜物品無アルカリガラス基板３）基板温度３００℃ ４）成膜膜厚２０００Å 〔比較例３〕１）プラズマ条件（静電結合型プラズマ）励起法高周波励起（13.56MHz）原料ガスＳｉＨ₄ ５０％Ｈ₂ ５０％圧力０．１３３Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）プラズマ電位６５Ｖプラズマ密度３×１０¹⁰イオン個／ｃｍ³ ２）被成膜物品無アルカリガラス基板３）基板温度３００℃ ４）成膜膜厚２０００Å 次に、前記実施例１、２及び比較例１、２、３により得
られた各シリコン膜について、レーザラマン分光法によ
る分析によってシリコン膜の結晶化度を測定し、結晶性
評価を行った。なお、結晶化度が大きい程、シリコン膜
の結晶性が高いことを表している。

【００６２】評価結果を以下に示す。

【００６３】実施例１実施例２比較例１比較例２比較例２結晶化度９３％８８％６８％６０％５６％以上の結果から、本発明実施例１、２では比較例１、
２、３に比べて結晶性の高いシリコン膜が得られたこと
が分かる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、例
えば低融点ガラス基板のような耐熱性の比較的低い被成
膜物品上にも該物品の熱的損傷を抑制できる低温下で、
生産性よく形成される良質の結晶性シリコン膜を提供す
ることができる。

【００６５】また本発明によると、例えば低融点ガラス
基板のような耐熱性の比較的低い被成膜物品上にも該物
品の熱的損傷を抑制できる低温下で、生産性よく良質の
結晶性シリコン膜を形成できる結晶性シリコン膜の形成
方法を提供することができる。

【００６６】また本発明によると、例えば低融点ガラス
基板のような耐熱性の比較的低い被成膜物品上にも該物
品の熱的損傷を抑制できる低温下で、生産性よく良質の
結晶性シリコン膜を形成できる結晶性シリコン膜の形成
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置の１
例の概略構成を示す図である。

【図２】図１に示す装置に配置されたアンテナを上から
見た図である。

【符号の説明】

１プラズマ生成室（真空容器）２高周波電源３整合器４イオン源４０イオン照射用電極系４１加速電極４２減速電極４３接地電極５整合器６高周波電源７加速電源８減速電源９ダブルハーフループアンテナ９ａアンテナ９の開口部９１コの字型導電性部材９２容量結合を抑制するための絶縁物（セラミック）１０被成膜物品（ここでは基板）１１被成膜物品保持部材（ここでは基板ホルダー）１２真空排気系１３原料ガス供給部１４被成膜物品加熱用ヒータ１５コンデンサ１６イオン源用ガス供給部１７誘導結合型プラズマ１８イオン源内プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江部明憲京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者三宅正司大阪府吹田市青葉丘南８番Ｐ−505号Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA29 BB03 CA06 FA04 FA12 FA14 JA06 JA10 JA16 JA17 LA15 LA17 LA18 5F045 AA08 AB02 AC01 AD03 AD04 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AF07 BB07 CA13 CA15 DP04 DQ10 EE14 EH11 EK07 5F051 AA02 AA03 BA11 CB12 CB29 CB30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン系ガスを含む原料ガスにプラズマ
励起用電界として誘導結合型高周波電界を印加して該原
料ガスから誘導結合型プラズマを形成し、該プラズマの
下に被成膜物品を配置するとともに該被成膜物品にイオ
ンビーム照射装置からイオンビームを照射することで該
物品上に形成されたことを特徴とする結晶性シリコン
膜。
【請求項２】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
も一種のガスから発生させたイオンを用いて形成された
請求項１記載の結晶性シリコン膜。
【請求項３】前記イオンビームをイオンエネルギ２ｋｅ
Ｖ以上で照射して形成された請求項１又は２記載の結晶
性シリコン膜。
【請求項４】前記原料ガスとして、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
のガスとを用いて形成された請求項１、２又は３記載の
結晶性シリコン膜。
【請求項５】前記誘導結合型プラズマのプラズマ電位を
５０Ｖ以下として形成された請求項１から４のいずれか
に記載の結晶性シリコン膜。
【請求項６】前記誘導結合型プラズマのプラズマ密度を
１×１０¹¹イオン個／ｃｍ³以上として形成された請求
項１から５のいずれかに記載の結晶性シリコン膜。
【請求項７】前記誘導結合型プラズマから前記被成膜物
品に到達するシリコン原子数に対する前記イオンビーム
照射装置から前記被成膜物品に照射されるイオン数の割
合（イオン数／シリコン原子数）を０．０１〜１０とし
て形成された請求項１から６のいずれかに記載の結晶性
シリコン膜。
【請求項８】前記被成膜物品の温度を６００℃以下とし
て形成された請求項１から７のいずれかに記載の結晶性
シリコン膜。
【請求項９】シリコン系ガスを含む原料ガスにプラズマ
励起用電界として誘導結合型高周波電界を印加して該原
料ガスから誘導結合型プラズマを形成し、該プラズマの
下に被成膜物品を配置するとともに該被成膜物品にイオ
ンビーム照射装置からイオンビームを照射して該物品上
に結晶性シリコン膜を形成することを特徴とする結晶性
シリコン膜の形成方法。
【請求項１０】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
とも一種のガスから発生させたイオンを用いる請求項９
記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項１１】前記イオンビームをイオンエネルギ２ｋ
ｅＶ以上で照射する請求項９又は１０記載の結晶性シリ
コン膜の形成方法。
【請求項１２】前記原料ガスとして、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９、１０又は１１記載の結晶
性シリコン膜の形成方法。
【請求項１３】前記誘導結合型プラズマのプラズマ電位
を５０Ｖ以下とする請求項９から１２のいずれかに記載
の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項１４】前記誘導結合型プラズマのプラズマ密度
を１×１０¹¹イオン個／ｃｍ³以上とする請求項９から
１３のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項１５】前記誘導結合型プラズマから前記被成膜
物品に到達するシリコン原子数に対する前記イオンビー
ム照射装置から該被成膜物品に照射されるイオン数の割
合（イオン数／シリコン原子数）を０．０１〜１０とす
る請求項９から１４のいずれかに記載の結晶性シリコン
膜の形成方法。
【請求項１６】前記被成膜物品の温度を６００℃以下と
する請求項９から１５のいずれかに記載の結晶性シリコ
ン膜の形成方法。
【請求項１７】被成膜物品を設置する容器であって、成
膜用原料ガス供給装置からシリコン系ガスを含む原料ガ
スが供給される容器と、該容器に連設されたイオンビーム照射装置であって、該
容器内に設置される被成膜物品にイオンビームを照射す
るイオンビーム照射装置と、前記成膜用原料ガス供給装置から前記容器内に供給され
る原料ガスにプラズマ励起用電界を印加するためのプラ
ズマ励起用電界印加装置とを備えており、該プラズマ励起用電界印加装置は、前記容器内に供給さ
れる原料ガスに誘導結合型高周波電界を印加して該ガス
から誘導結合型プラズマを生成するための該容器内に設
置されたアンテナを含んでいることを特徴とする結晶性
シリコン膜の形成装置。
【請求項１８】前記イオンビーム照射装置は、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
種のガスから発生させたイオンを前記被成膜物品に照射
するものである請求項１７記載の結晶性シリコン膜の形
成装置。
【請求項１９】前記イオンビーム照射装置はイオンエネ
ルギ２ｋｅＶ以上で前記容器内の被成膜物品にイオンを
照射するものである請求項１７又は１８記載の結晶性シ
リコン膜の形成装置。
【請求項２０】前記成膜用原料ガス供給装置は、前記原
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
及び反応性ガスのうち少なくとも一種のガスを供給する
ものである請求項１７、１８又は１９記載の結晶性シリ
コン膜の形成装置。
【請求項２１】前記誘導結合型プラズマのプラズマ電位
を５０Ｖ以下に制御する手段を備えている請求項１７か
ら２０のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成装
置。
【請求項２２】前記誘導結合型プラズマのプラズマ密度
を１×１０¹¹イオン個／ｃｍ³以上に制御する手段を備
えている請求項１７から２１のいずれかに記載の結晶性
シリコン膜の形成装置。
【請求項２３】前記成膜用容器内に被成膜物品支持ホル
ダ及び該ホルダに支持される被成膜物品の温度を６００
℃以下に制御する温度制御装置が設けられている請求項
１７から２２のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形
成装置。