JPH09208389A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低温下で、生産性良く形成された結晶
性シリコン膜、並びに比較的低温下で、生産性良く膜形
成できる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をプラズ
マ励起用エネルギ供給手段（高周波電源１７ａ、リング
状電極１４ａ等）によりプラズマ化し、且つ、このプラ
ズマ１３を被成膜物品１０周縁部の近傍に形成するとと
もに、物品１０表面にイオンビームを照射して形成され
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、そのような結晶性シ
リコン膜の形成方法及びその方法を実施するための装置
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。

【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。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。そこで、本発明
は、比較的低温下で、生産性良く形成される結晶性シリ
コン膜、並びに比較的低温下で生産性良く膜形成できる
結晶性シリコン膜の形成方法及び装置を提供することを
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明者らは研究を重ね、シリコン系ガスを含む原料
ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で結晶性シリコン
膜を形成するにあたり、該物品にイオンビームを照射
し、このとき、プラズマから高エネルギ粒子（高速イオ
ン、高速電子等）が該被成膜物品に入射するのを抑制
し、或いはさらに該物品へのイオンビームの入射エネル
ギを低いレベルに制御することにより、シリコン成長面
にダメージを与えず、その結晶成長を促すことができる
という知見を得た。

【０００７】前記知見に基づき本発明は、次のの結晶
性シリコン膜、（ａ）の結晶性シリコン膜の形成方法及
び（イ）の装置を提供する。 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エ
ネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で被
成膜物品上に形成された結晶性シリコン膜であって、該
プラズマを該物品周縁部の近傍に形成するとともに、該
物品表面にイオンビームを照射して形成されたことを特
徴とする結晶性シリコン膜。 (a) シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用
エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマに被成
膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する
方法であって、該プラズマを該物品周縁部の近傍に形成
するとともに、該物品表面にイオンビームを照射して膜
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。 (イ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給
手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段
に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上
に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜
物品にイオンビームを照射するための手段を備えてお
り、該プラズマ励起用エネルギ供給手段は該プラズマを
該被成膜物品周縁部の近傍に形成できるものであること
を特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。

【０００８】本発明の前記の結晶性シリコン膜、
（ａ）の方法及び（イ）の装置によると、被成膜物品の
周縁部近傍にプラズマを形成することにより、該プラズ
マからの高速イオン（数１００ｅＶ以上のエネルギを持
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、シリコン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シリコン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、シリコン原子の移動乃至マイグレーシ
ョン（migration)が促進されて、被成膜物品上に良好な
結晶性を有するシリコン膜が形成される。

【０００９】この場合、比較的低温下でシリコンを結晶
化させることができる。また、１工程でこのような結晶
性を有するシリコン膜が得られるため、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、前記知見に基づき本発明は、次の
、、、及びの結晶性シリコン膜、並びに次の
（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）及び（ヘ）の結晶性シ
リコン膜の形成装置を提供する。 ＜結晶性シリコン膜について＞ シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成膜物品の周
縁部に対向するリング状の電極への電力印加によりプラ
ズマ化するとともに、該リング状電極の開口部を通して
該被成膜物品にイオンビームを照射して、該被成膜物品
上に形成されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成膜物品の周
縁部に対向する筒状の電極への電力印加によりプラズマ
化するとともに、該筒状電極の開口部を通して該被成膜
物品にイオンビームを照射して、該被成膜物品上に形成
されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成膜物品の周
縁部に対向するコイル状の電極への電力印加によりプラ
ズマ化するとともに、該コイル状電極の開口部を通して
該被成膜物品にイオンビームを照射して、該被成膜物品
上に形成されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成膜物品の周
縁部に対向するリジタノコイル型の電極への電力印加に
よりプラズマ化するとともに、該リジタノコイル型電極
の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射し
て、該被成膜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。 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成膜物品の周
縁部に対向するリング状のマイクロ波導入用アンテナへ
のマイクロ波電力印加及び低圧下でプラズマを安定維持
させるための磁場の形成によりプラズマ化するととも
に、該マイクロ波導入用アンテナの開口部を通して該被
成膜物品にイオンビームを照射して、該被成膜物品上に
形成されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。 ＜結晶性シリコン膜の形成装置について＞ (ロ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加
によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品
を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形
成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照
射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被
成膜物品の周縁部に対向するリング状の電極を含むもの
であり、該イオンビーム照射手段は該リング状電極の開
口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できる
ものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装
置。 (ハ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加
によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品
を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形
成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照
射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被
成膜物品の周縁部に対向する筒状の電極を含むものであ
り、該イオンビーム照射手段は該筒状電極の開口部を通
して該被成膜物品にイオンビームを照射できるものであ
ることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。 (ニ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加
によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品
を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形
成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照
射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被
成膜物品の周縁部に対向するコイル状の電極を含むもの
であり、該イオンビーム照射手段は該コイル状電極の開
口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射できる
ものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装
置。 (ホ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加
によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品
を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形
成する装置であって、該被成膜物品にイオンビームを照
射するための手段を備えており、該電力印加手段は該被
成膜物品の周縁部に対向するリジタノコイル型の電極を
含むものであり、該イオンビーム照射手段は該リジタノ
コイル型電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビ
ームを照射できるものであることを特徴とする結晶性シ
リコン膜の形成装置。 (ヘ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段による電力印加
によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成膜物品
を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形
成する装置であって、該電力印加手段が該被成膜物品の
周縁部に対向するリング状のマイクロ波導入用のアンテ
ナを含むものであるとともに、該マイクロ波導入用アン
テナの外周部に対し磁場形成手段を備え、さらに該被成
膜物品にイオンビームを照射するための手段を備え、該
イオンビーム照射手段は該マイクロ波導入用アンテナの
開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射でき
るものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成
装置。

【００１１】なお、以上説明し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装置に関して、
「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及びマイクロ
波導入用アンテナ」において、該電極やアンテナが被成
膜物品の周縁部に対向する状態には、それらが文字通り
被成膜物品周縁部に対向している場合だけでなく、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
されている場合も含まれる。この点については、以下に
説明する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、及び結晶性シリコン膜の形成装置にお
いても同様である。

【００１２】本発明の前記〜の結晶性シリコン膜及
び前記（ロ）〜（ヘ）の装置によると、いずれも被成膜
物品の周縁部に対向する電極への電力印加により原料ガ
スをプラズマ化させるため、被成膜物品の周縁部近傍に
プラズマが形成され、前記の結晶性シリコン膜、前記
（ａ）の方法及び前記（イ）の装置の場合と同様に、被
成膜物品を高温に加熱しないで、比較的低温下で該物品
上に良好な結晶性を有するシリコン膜を形成できる。そ
の他の作用・効果等も前記の膜、（ａ）の方法、
（イ）の装置の場合と同様である。

【００１３】前記リング状電極を用いる（ロ）の装置、
筒状電極を用いる（ハ）の装置、コイル状電極を用いる
（ニ）の装置において、プラズマ励起用の電力印加電源
としては代表例として高周波電源が考えられ、前記〜
の結晶性シリコン膜は、そのような電源により電力を
印加して得られたものであることが考えられる。また、
前記リジタノコイル型電極を用いる（ホ）の装置におい
ては、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、プラズマ励起用の電力印加電源と
してマイクロ波電力印加電源を用い、前記リジタノコイ
ル型電極はその外周部に対し磁場形成手段を有すること
が考えられ、また、前記の結晶性シリコン膜は、通常
そのような電力印加手段を用いてＥＣＲプラズマを形成
して得られるものが考えられる。

【００１４】なお、マイクロ波導入用アンテナを用いる
前記の結晶性シリコン膜及び前記（ヘ）の装置におい
て、原料ガスのプラズマ化にあたり、マイクロ波電力印
加に加えて磁場を形成するのは、マイクロ波電力印加に
よりガスをプラズマ化させる場合、高周波電力印加によ
る場合より高真空度下でプラズマを安定維持することが
困難であるが、このようにマイクロ波導入用アンテナの
外周から磁場を形成することで低圧下（高真空度下）で
もプラズマを形成維持し易いからである。

【００１５】また、前記（ロ）、（ハ）、（ニ）の装置
において、前記被成膜物品周縁部に対向する電極の外周
部から磁場を入れる磁場形成手段を備え、同様に前記
、、の結晶性シリコン膜において、前記原料ガス
のプラズマ化とともに低圧下でプラズマを安定維持させ
るための磁場を形成することが考えられ、このとき、低
圧下でのプラズマの形成が容易になる。

【００１６】また、前記知見に基づき本発明は、次の
の結晶性シリコン膜、（ｂ）の結晶性シリコン膜の形成
方法及び（ト）の装置を提供する。 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エ
ネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で被
成膜物品上に形成された結晶性シリコン膜であって、該
物品表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０
^-8Ｔｏｒｒとするとともに、該物品表面にイオンビーム
を照射して形成されたことを特徴とする結晶性シリコン
膜。 (b) シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用
エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマに被成
膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する
方法であって、該物品表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔ
ｏｒｒ〜１×１０ ^-8Ｔｏｒｒとするとともに、該物品表
面にイオンビームを照射して膜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。 (ト) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給
手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段
に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上
に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜
物品にイオンビームを照射するための手段を備えてお
り、該原料ガス供給手段は該被成膜物品表面近傍の真空
度が１×１０ ^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒになるよ
うに該原料ガスを供給できるものであることを特徴とす
る結晶性シリコン膜の形成装置。

【００１７】本発明の前記の結晶性シリコン膜、
（ｂ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（ト）の装置
によると、被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔ
ｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒという高い真空度（低圧）
とすることにより、該物品表面へのイオンビームの照射
を可能とし、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、シリコン原子のマ
イグレーションが促進されて、被成膜物品上に良質な結
晶性を有するシリコン膜が形成される。

【００１８】また、１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔ
ｏｒｒという高真空下で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、良質な結晶性シリコン膜が得られる。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シリコン膜を形成することができ
る。さらに、結晶性シリコン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。

【００１９】その他の作用・効果は、前記の結晶性シ
リコン膜、前記（ａ）の方法及び前記（イ）の装置と同
様である。また、前記〜の結晶性シリコン膜、前記
（ａ）の方法及び前記（イ）〜（ヘ）の装置において
も、前記被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔｏ
ｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒとすることが考えられ、この
とき良質な結晶性シリコン膜を一層効率良く得ることが
できる。

【００２０】また、前記知見に基づき本発明は次のの
結晶性シリコン膜、（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方
法及び（チ）の装置を提供する。 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エ
ネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマの下で被
成膜物品上に形成された結晶性シリコン膜であって、該
物品表面にイオンビームを照射するとともに、該プラズ
マのポテンシャルを制御することで該物品表面に入射す
るイオンビームのエネルギを制御して形成されたことを
特徴とする結晶性シリコン膜。 (c) シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用
エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズマに被成
膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する
方法であって、該物品表面にイオンビームを照射すると
ともに、該プラズマのポテンシャルを制御することで該
物品表面に入射するイオンビームのエネルギを制御して
膜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。 (チ) 成膜用原料ガス供給手段により供給されるシリコ
ン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エネルギ供給
手段によるエネルギ供給によりプラズマ化し、支持手段
に支持される被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上
に結晶性シリコン膜を形成する装置であって、該被成膜
物品にイオンビームを照射するための手段及び前記プラ
ズマのポテンシャルを制御するための手段を備えている
ことを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。

【００２１】イオン源から１００ｅＶ以下のイオンを引
き出すことは空間電荷の働きから非常に困難であるとこ
ろ、本発明の前記の結晶性シリコン膜、（ｃ）の結晶
性シリコン膜の形成方法及び（チ）の装置によると、１
００ｅＶ以下の低エネルギのイオンビームを制御性良
く、且つ、効率良く被成膜物品に照射することが可能と
なり、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を妨げず、シリコン原子のマイグ
レーションを促進し、被成膜物品上に良質な結晶性を有
するシリコン膜を得ることができる。

【００２２】通常のイオンビーム照射において、イオン
源の加速電圧を例えば約１００Ｖにしてイオンを引き出
す場合、イオン源の出口付近の正の空間電荷が低エネル
ギのイオンの引き出しを抑制し、十分な量のイオンを被
成膜物品に照射し難い。一方、本発明の前記の結晶性
シリコン膜、（ｃ）の形成方法及び（チ）の装置では、
イオン源からのイオンの引き出しは加速電圧を１００Ｖ
以上で行い（例えば１００Ｖ〜２００Ｖで引き出し）、
プラズマからの電子の供給により正の空間電荷を緩和
し、十分な量のイオンを被成膜物品に照射することとも
に、プラズマ励起用エネルギ供給手段（より具体的には
プラズマ励起用電源等）に直流バイアスをかけることで
プラズマポテンシャルを正に持ち上げ、該プラズマ中を
通過するイオンのエネルギを減じ、被成膜物品に低エネ
ルギのイオンビームをエネルギの精度良く、且つ、効率
良く大量に照射することが可能になる。すなわち、イオ
ン源の加速電圧とプラズマポテンシャルの両者を制御す
ることで、照射イオンのエネルギを低いレベルに制御し
てイオン照射効果をあげることが可能となる。

【００２３】その他の作用・効果は、前記の結晶性シ
リコン膜、前記（ａ）の結晶性シリコン膜の形成方法及
び前記（イ）の装置の場合と同様である。前記（チ）の
装置において、前記プラズマポテンシャル制御手段とし
ては、プラズマ励起用エネルギ供給手段（高周波電源又
はマイクロ波電源が好ましい）に接続されたフィルター
及び直流バイアス印加手段等が考えられる。なお、プラ
ズマ励起用エネルギ供給手段が光を照射するものである
場合は、このようなフィルターを省略することができ
る。

【００２４】また、前記〜の結晶性シリコン膜、
（ａ）及び（ｂ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び
（イ）〜（ト）の装置においても、前記プラズマのポテ
ンシャルを制御することで前記被成膜物品表面に入射す
るイオンビームのエネルギを制御することができ、この
とき、良質な結晶性を有するシリコン膜を一層効率良く
形成することができる。

【００２５】また、前記〜の結晶性シリコン膜、
（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び
（イ）〜（チ）の装置において、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（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）、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（Ｓ
ｉＨ₄ ）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）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。

【００２６】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。

【００２７】また、前記〜の結晶性シリコン膜、
（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び
（イ）〜（チ）の装置において、前記イオンビームを被
成膜物品に対し１０ｅＶ〜１００ｅＶ程度、より好まし
くは２０ｅＶ〜１００ｅＶ程度の低エネルギで照射する
ことが考えられ、このとき、イオンビームを基板に照射
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。

【００２８】また、前記〜の結晶性シリコン膜、
（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び
（イ）〜（チ）の装置において、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。

【００２９】なお、イオン源内からイオンの原料ガスが
成膜を行う容器内に拡散してくるため、イオンビーム照
射に用いるイオンの原料ガスとしてシリコン系ガスを用
いるときには、プラズマの原料ガスとして別途シリコン
系ガスを成膜容器内に導入することを省略することがで
きる。また、前記〜の結晶性シリコン膜、（ａ）〜
（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法及び（イ）〜
（チ）の装置において、原料ガス供給手段及び供給され
る原料ガスをプラズマ化するプラズマ励起用エネルギ供
給手段を共に制御することで、換言すれば原料ガスの供
給量及び該ガスをプラズマ化させるエネルギの大小や量
を制御することで、前記プラズマからのイオンが前記被
成膜物品表面に入射しないようにすること、前記プラズ
マから前記被成膜物品表面に入射するイオンのエネルギ
を０ｅＶより大きく５００ｅＶ以下とすること、又は、
前記プラズマを前記被成膜物品の表面近傍又は該物品周
縁部近傍に限定的に形成し、前記被成膜物品表面に前記
プラズマから低エネルギのラジカル種を優先的に拡散さ
せることが考えられる。

【００３０】なお、ラジカル種の密度は、プラズマ励起
に用いる電力の周波数を調整すること等により制御する
ことができる。また、前記〜の結晶性シリコン膜及
び前記（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法に
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、このとき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とす
ることが考えられる。これは、Ｓｉ／ｉ輸送比が０．１
より小さいとイオン量が過剰となり膜欠陥の発生が増加
するからであり、１００より大きい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。

【００３１】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
発生させるための印加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〜の結晶性シリコン
膜及び（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法に
おいては、被成膜物品の温度を室温〜６００℃にするこ
とができ、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きには、形成されるシリコン膜中に
アモルファス成分が増加し結晶性が低くなる。

【００３２】さらに、前記〜の結晶性シリコン膜及
び（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリコン膜の形成方法におい
ては、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℃の熱処理を施すことが考えられる。前記（ａ）
〜（ｃ）の方法により得られるシリコン膜中の水素濃度
は１×１０²¹ｃｍ^-3以下という通常のＣＶＤ法により得
られるシリコン膜より約２桁低い値にできるため、この
ように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。

【００３３】また、本発明の前記（イ）、（ト）及び
（チ）の装置において、プラズマ励起用エネルギ供給手
段としては、高周波電力供給手段、マイクロ波電力供給
手段及び光照射手段等を採用することができ、前記〜
の結晶性シリコン膜及び（ａ）〜（ｃ）の結晶性シリ
コン膜の形成方法において、原料ガスのプラズマ化を、
そのような手段のうち適当なものにより行うことができ
る。

【００３４】

【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。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、リング状対向電極１４ａが設
置される。該電極１４ａの開口部は図１中１５ａで示し
てある。電極１４ａには整合器１６を介して高周波電源
１７ａが接続されている。また、リング状対向電極１４
ａを挟み、保持部材１１に対向する位置にはイオン源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（プラズマ生成室側か
ら加速電極、減速電極、接地電極）からなるレンズ電極
系２１を有している。レンズ電極系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、レンズ電極系は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。

【００３５】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内にシリコン系
ガスを含む原料ガスを導入するとともに、整合器１６を
介して高周波電源１７ａからリング状対向電極１４ａに
高周波電力を供給して前記導入したガスをプラズマ化
し、図中１３で示す位置すなわち被成膜物品１０の周縁
部の近傍位置に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。

【００３６】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、レンズ電
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から加速エネルギ１０ｅＶ〜１００ｅ
Ｖ、より好ましくは２０ｅＶ〜１００ｅＶでイオンを引
き出し、リング状対向電極１４ａの開口部１５ａ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。

【００３７】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表面近傍の真空度が１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8
Ｔｏｒｒ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９
によりＲＴ（室温）〜６００℃に保つ。以上説明した方
法及び装置によると、被成膜物品１０表面近傍の真空度
が低く、且つ、プラズマ１３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、プラズマ中の高速イオ
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、シリコン成長面にダメージを与え
ず欠陥の少ない良質のシリコン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１００ｅＶ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シリコン原子の
マイグレーションが促進されて、物品１０上に良質な結
晶性を有するシリコン膜が形成される。

【００３８】また、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Ｔ
ＦＴ用等のシリコン膜を形成できる。また、１工程で結
晶性シリコン膜が得られるため、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。さらに結晶性を
向上させる必要があるために熱処理を加える場合にも、
３００℃〜６００℃という従来より低温で、しかも加熱
時間も従来（２０時間以上）より短くすることができ
る。

【００３９】また、１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔ
ｏｒｒという高真空度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
れて良質な結晶性シリコン膜が得られる。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シリコン膜を形成するこ
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。

【００４０】また、図２は本発明に係る結晶性シリコン
膜の形成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に示す装置において、リング状対向電極１
４ａに代えて円筒状対向電極１４ｂを採用したものであ
る。その他の構成及び成膜動作は図１の装置と同様であ
り、同じ部品には同じ参照符号を付してある。この装置
によると、図１に示す装置と同様の効果が得られる。

【００４１】また、図３は本発明に係る結晶性シリコン
膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図であ
る。この装置は、図１に示す装置において、リング状対
向電極１４ａに代えてコイル状対向電極１４ｃを採用し
たものである。その他の構成及び成膜動作は図１の装置
と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してあ
る。

【００４２】この装置によると、図１に示す装置と同様
の効果が得られる。なお、これらの装置において、電極
の外周からプラズマ安定維持のための磁場を入れる磁石
１００（図中二点鎖線で示す）を設けてもよい。図４は
本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさらに他の
例の概略構成を示す図である。この装置は図１に示す装
置において、リング状対向電極１４ａに代えてリジタノ
コイル型電極１４ｄを採用し、該電極１４ｄには整合器
１６及び高周波電源１７ａに代えてマイクロ波電源１７
ｂを接続したものである。リジタノコイル型電極１４ｄ
はその外周部には電磁石コイル１９を有している。な
お、ここでは電磁石コイルを採用しているが、永久磁石
を採用しても構わない。その他の構成は図１に示す装置
と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してあ
る。

【００４３】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、図１の装置によると同様に
し、但し、リング状対向電極１４ａへの高周波電力の供
給によりプラズマを形成するのに代えて、電磁石コイル
１９により磁場を形成した状態でリジタノコイル型電極
１４ｄにマイクロ波電源１７ｂよりマイクロ波電力を供
給して、リジタノコイル型電極１４ｄに沿った部分すな
わち被成膜物品１０の周縁部に対向する位置にプラズマ
１３を形成する。

【００４４】この方法及び装置によると、図１に示す装
置を用いた場合と同様の効果が得られ、さらにリジタノ
コイル型電極を採用することで、マイクロ波の周波数に
無関係にコイルの直径を大きくすることができるため、
大口径のプラズマを形成することができ、大面積の被成
膜物品上にも容易に成膜を行うことができる。また、図
５は本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさらに
他の例の概略構成を示す図である。この装置は図１に示
す装置において、リング状対向電極１４ａに代えてリン
グ状のマイクロ波導入用アンテナ１４ｅを採用し、該電
極１４ｅに整合器１６及び高周波電源１７ａに代えてマ
イクロ波電源１７ｂを接続したものである。さらに、プ
ラズマ生成室Ｃ外の、アンテナ１４ｅの外周部に対向す
る位置には、低圧下でプラズマを安定維持するためにプ
ラズマ密度を高くするような磁場を形成できる電磁石コ
イル１９が設けられている。なお、ここでは電磁石コイ
ルを採用しているが、永久磁石を採用しても構わない。
その他の構成は図１に示す装置と同様であり、同じ部品
には同じ参照符号を付してある。

【００４５】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、図１の装置によると同様に
し、但し、リング状対向電極１４ａへの高周波電力の供
給によりプラズマを形成するのに代えて、電磁石コイル
１９により磁場を形成した状態でアンテナ１４ｅにマイ
クロ波電源１７ｂよりマイクロ波電力を供給して被成膜
物品１０の周縁部に対向する近傍位置にプラズマ１３を
形成する。

【００４６】この装置によると図１に示す装置と同様の
効果が得られる。また、図６は本発明に係る結晶性シリ
コン膜の形成装置のさらに他の例の概略構成を示す図で
ある。この装置は、図１に示す装置において、リング状
対向電極１４ａに整合器１６及び高周波電源１７ａから
なる直列回路に並列して高周波フィルタＦ及び直流バイ
アス電源Ｂからなる直列回路を接続したものである。そ
の他の構成は図１の装置と同様であり、同じ部品には同
じ参照符号を付してある。

【００４７】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、図１に示す装置によると同
様にし、但し、プラズマ励起のためにリング状対向電極
１４ａに高周波電源１７ａより高周波電力を供給する
際、これに加えて高周波フィルタＦを介してバイアス電
源Ｂより正の直流バイアスを印加する。これにより、プ
ラズマポテンシャルを正に持ち上げ、該プラズマ中を通
過するイオンのエネルギを減じ、被成膜物品１０に十分
な量の低エネルギのイオンを照射することができる。ま
た、高周波フィルタＦ及びバイアス電源Ｂを採用しない
場合には通常困難である１００ｅＶ以下の低エネルギの
イオンビームの照射をエネルギ精度よく行うことがで
き、良質な結晶性を有するシリコン膜を効率良く形成す
ることができる。その他は図１に示す装置を用いた場合
と同様の効果が得られる。

【００４８】なお、図２〜図５の装置においても、この
ように高周波フィルタＦ及びバイアス電源Ｂを用いて図
７〜図１０に示す装置とし、これによりプラズマポテン
シャルを制御することで被成膜物品に照射されるイオン
ビームのエネルギを低レベルに制御することができる。
次に、本発明に係る結晶性シリコン膜形成装置のさらに
他の例を図１１を参照して説明する。

【００４９】この装置は、成膜室Ｃ´を有し、その内部
に高周波電極１４及びこれに対向する接地電極１１´を
設置してあり、電極１１´は被成膜物品１０を支持する
ホルダを兼ねており、内部に物品加熱用ヒータ９´を内
蔵している。成膜室Ｃ´は真空排気部１８´により所望
の真空度に排気でき、ガス供給部１２´から成膜用原料
ガスを供給できる。

【００５０】高周波電極１４には整合器３´を介して高
周波電源４´を接続してある。また、成膜室Ｃ´には、
ホルダ１１´上の被成膜物品１０に対しイオンビームを
照射するためのイオン源２´を付設してある。このイオ
ン源２´は図１に示す装置におけるイオン源２と同構
造、作用のものである。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
を成膜室Ｃ´内に搬入してホルダ１１´に設置する。ま
た、成膜室Ｃ´内を真空排気部１８´の運転にて排気す
る一方、ガス供給部１２´から成膜室内に原料ガスを導
入する。原料ガスの導入を制御することで、或いは原料
ガス導入と排気部１８´による排気を制御することで、
被成膜物品１０表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔｏｒｒ
〜１×１０^-8Ｔｏｒｒの範囲のものに維持しつつ、ま
た、被成膜物品１０の温度を室温〜６００℃に保ちつ
つ、電極１４、１１´間に高周波電力を印加して成膜用
原料ガスをプラズマ化し、さらに、イオン源２´から被
成膜物品１０へ向けイオンビームをイオン加速エネルギ
１０ｅＶ〜１００ｅＶ、さらに好ましくは２０ｅＶ〜１
００ｅＶで照射し、かくしてこのプラズマ１３の下で物
品１０表面に結晶性シリコン膜を形成する。

【００５１】この装置及び手法によるシリコン膜形成で
は、既述の図１から図１０の各装置による膜形成の場合
と同様、比較的低温下で良質の結晶性シリコン膜を得る
ことができるのであるが、図１１の装置による膜形成で
は、１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒという高
真空下でガスをプラズマ化させるため、気相反応が抑制
されて不要なダストパーティクルの生成が少なくなり、
被成膜物品１０表面への不純物の付着が抑制され、良質
な結晶性シリコン膜が得られる。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
質の結晶性シリコン膜を形成することができる。さら
に、結晶性シリコン膜形成工程において成膜を行う容器
Ｃ´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。

【００５２】次に、図１〜図１１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説明
する。併せて、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についても説明す
る。 実施例１（図１〜図５の装置による） 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力（図１〜３） 周波数2.45GHz のマイクロ波電力（図４、５） 原料ガス ＳｉＨ₄ ５０％ Ｈ₂ ５０％ 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ イオンビームイオン種 Ｈ₂ ガスイオン 照射エネルギ １０ｅＶ〜１００ｅＶ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 実施例２（図６〜図１０の装置による） 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力（図６〜８） 周波数2.45GHz のマイクロ波電力（図９、10） バイアス電圧 ５０Ｖ 原料ガス ＳｉＨ₄ ５０％ Ｈ₂ ５０％ 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ イオンビーム イオン種 Ｈ₂ ガスイオン 照射エネルギ １００ｅＶ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 実施例３（図１１の装置による） 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 原料ガス ＳｉＨ₄ ５０％ Ｈ₂ ５０％ 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ イオンビームイオン種 Ｈ₂ ガスイオン 照射エネルギ １０ｅＶ〜１ｋｅＶ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 比較例（平行平板型プラズマＣＶＤ装置） 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 原料ガス ＳｉＨ₄ ５０％ Ｈ₂ ５０％ 真空度 ２×１０^-1Ｔｏｒｒ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 次に、前記実施例１、２、３及び比較例により得られた
各シリコン膜について、フーリエ交換赤外分光分析（Ｆ
Ｔ−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、ホ
ール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による全ての膜サンプル及び実施例３によ
る膜サンプルは５×１０²⁰ｃｍ^-3以下であり、また実施
例２による全ての膜サンプルは３×１０²⁰ｃｍ^-3以下で
あるのに対し、比較例による膜サンプルは２×１０²²ｃ
ｍ^-3であった。このように本発明実施例１、２、３によ
り得られた膜サンプルは比較例によるものより水素濃度
が著しく少なく、また、バイアス電圧印加によりプラズ
マポテンシャルを制御してイオンビーム照射を行った実
施例２による膜サンプルは実施例１によるものより水素
濃度が少なかった。 ・ＸＲＤ 実施例１、２、３による全ての膜サンプルは、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。また、これらのピーク強度は実施例２
による膜サンプルが実施例１及び３によるものより強か
った。一方、比較例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による全ての膜サンプル及び実施例３による膜
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、１００
Å〜２０００Åの結晶粒が認められた。また、実施例２
による全ての膜サンプルは、５００Å〜２０００Åの結
晶粒が認められた。一方、比較例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＝４８０ｃ
ｍ^-1）が検出された。 ・熱処理 実施例１、２、３及び比較例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、３
のものでは結晶粒径が増大した。実施例１及び３による
ものでは１００Å〜２０００Åから５００Å〜３０００
Åへ、実施例２によるものでは５００Å〜２０００Åか
ら１０００Å〜３０００Åへ結晶粒径が増大した。 ・ホール移動度 比較例による膜サンプルが０．１ｃｍ² ／Ｖ・ｓのホー
ル移動度を示したのに対し、実施例１及び３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
のホール移動度を示し、実施例２による膜サンプルでは
５０〜８０ｃｍ² ／Ｖ・ｓのホール移動度を示した。

【００５３】以上の結果から、本発明実施例１、２、３
では平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた比較例によ
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。

【００５４】

【発明の効果】本発明によると、比較的低温下で、生産
性良く形成された良質の結晶性シリコン膜、並びに比較
的低温下で、生産性良く膜形成できる良質の結晶性シリ
コン膜の形成方法及び装置を提供することができる。さ
らに説明すると、本発明によると次のような効果が得ら
れる。 比較的低温下で結晶性シリコン膜が得られるため、
例えば低融点ガラスのような耐熱性の低い材質からなる
被成膜物品上にも膜形成でき、被成膜物品の選択範囲が
広くなる。 １工程で良質な結晶性シリコン膜が得られるため、
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。 より結晶性を高める必要がある場合にも、後処理と
して行う熱処理の温度を低くすることができ、また加熱
時間も短くすることができる。 プラズマを被成膜物品周縁部の近傍に形成するとき
には、該物品への不要なダストパーティクルの付着が抑
制され、歩留りが向上する。 被成膜物品表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔｏｒｒ
〜１×１０^-8Ｔｏｒｒにしてプラズマを形成するときに
は、膜形成に寄与するラジカルの拡散域が広がり、大面
積の被成膜物品上にも結晶性シリコン膜を容易に形成で
きる。また、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、良質な結晶性を有するシリ
コン膜を一層効率良く形成できるとともに、成膜を行う
容器内のクリーニング等のメンテナンスの負担が軽減さ
れる。 プラズマポテンシャルを制御してイオンビームの照
射エネルギを制御するときには、エネルギ１００ｅＶ以
下の低エネルギのイオンビームを大量にしかもエネルギ
精度良く照射することができ、良質な結晶性を有するシ
リコン膜を一層効率良く形成することができる。

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

【図３】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図４】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図５】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図６】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図７】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図８】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図９】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置のさ
らに他の例の概略構成を示す図である。

【図１０】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置の
さらに他の例の概略構成を示す図である。

【図１１】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成装置の
さらに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、２´ イオン源 ２１ レンズ電極系 ３、３´、１６ 整合器 ４、４´１７ａ 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、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 １１´ 接地電極兼ホルダ １２、１２´ 原料ガス供給部 １３ 原料ガスプラズマ １４ 高周波電極 １４ａ リング状対向電極 １４ｂ 円筒状対向電極 １４ｃ コイル状対向電極 １４ｄ リジタノコイル型電極 １４ｅ リング状のマイクロ波導入用アンテナ １５ａ リング状対向電極１４ａの開口部 １７ｂ マイクロ波電源 １８、１８´ 真空排気部 １９ 電磁石コイル Ｆ 高周波フィルタ Ｂ バイアス電源 Ｃ、Ｃ´ プラズマ生成室

Claims (53)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズ
   マ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズ
   マの下で被成膜物品上に形成された結晶性シリコン膜で
   あって、該プラズマを該物品周縁部の近傍に形成すると
   ともに、該物品表面にイオンビームを照射して形成され
   たことを特徴とする結晶性シリコン膜。
2. 【請求項２】 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成
   膜物品の周縁部に対向するリング状の電極への電力印加
   によりプラズマ化するとともに、該リング状電極の開口
   部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射して、該
   被成膜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。
3. 【請求項３】 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成
   膜物品の周縁部に対向する筒状の電極への電力印加によ
   りプラズマ化するとともに、該筒状電極の開口部を通し
   て該被成膜物品にイオンビームを照射して、該被成膜物
   品上に形成されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。
4. 【請求項４】 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成
   膜物品の周縁部に対向するコイル状の電極への電力印加
   によりプラズマ化するとともに、該コイル状電極の開口
   部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射して、該
   被成膜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。
5. 【請求項５】 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成
   膜物品の周縁部に対向するリジタノコイル型の電極への
   電力印加によりプラズマ化するとともに、該リジタノコ
   イル型電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビー
   ムを照射して、該被成膜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。
6. 【請求項６】 シリコン系ガスを含む原料ガスを、被成
   膜物品の周縁部に対向するリング状のマイクロ波導入用
   アンテナへのマイクロ波電力印加及び低圧下でプラズマ
   を安定維持させるための磁場の形成によりプラズマ化す
   るとともに、該マイクロ波導入用アンテナの開口部を通
   して該被成膜物品にイオンビームを照射して、該被成膜
   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。
7. 【請求項７】 前記原料ガスのプラズマ化とともに低圧
   下でプラズマを安定維持させるための磁場を形成して得
   られた請求項２、３又は４記載の結晶性シリコン膜。
8. 【請求項８】 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラズ
   マ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラズ
   マの下で被成膜物品上に形成された結晶性シリコン膜で
   あって、該物品表面近傍の真空度を１×１０^-3Ｔｏｒｒ
   〜１×１０^-8Ｔｏｒｒとするとともに、該物品表面にイ
   オンビームを照射して形成されたことを特徴とする結晶
   性シリコン膜。
9. 【請求項９】 前記被成膜物品表面近傍の真空度を１×
   １０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒ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。
10. 【請求項１０】 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラ
    ズマ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラ
    ズマの下で被成膜物品上に形成された結晶性シリコン膜
    であって、該物品表面にイオンビームを照射するととも
    に、該プラズマのポテンシャルを制御することで該物品
    表面に入射するイオンビームのエネルギを制御して形成
    されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。
11. 【請求項１１】 前記プラズマのポテンシャルを制御す
    ることで前記被成膜物品表面に入射するイオンビームの
    エネルギを制御して形成された請求項１から９のいずれ
    かに記載の結晶性シリコン膜。
12. 【請求項１２】 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て形成された請求項１
    から１１のいずれかに記載の結晶性シリコン膜。
13. 【請求項１３】 前記イオンビームをイオンエネルギ１
    ０ｅＶ〜１００ｅＶで照射して形成された請求項１２記
    載の結晶性シリコン膜。
14. 【請求項１４】 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から１１のい
    ずれかに記載の結晶性シリコン膜。
15. 【請求項１５】 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１２又は１３記
    載の結晶性シリコン膜。
16. 【請求項１６】 前記プラズマからのイオンが前記被成
    膜物品表面に入射しないようにして形成された請求項１
    ４又は１５記載の結晶性シリコン膜。
17. 【請求項１７】 前記プラズマから前記被成膜物品表面
    に入射するイオンのエネルギを５００ｅＶ以下として形
    成された請求項１４又は１５記載の結晶性シリコン膜。
18. 【請求項１８】 前記プラズマを前記被成膜物品の表面
    近傍又は該物品周縁部近傍に限定的に形成し、前記被成
    膜物品表面に前記プラズマから低エネルギのラジカル種
    を優先的に拡散させて形成された請求項１４又は１５記
    載の結晶性シリコン膜。
19. 【請求項１９】 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として形成され
    た請求項１５記載の結晶性シリコン膜。
20. 【請求項２０】 前記被成膜物品の温度を室温〜６００
    °Ｃとして形成された請求項１から１９のいずれかに記
    載の結晶性シリコン膜。
21. 【請求項２１】 成膜後、後処理として、前記結晶性シ
    リコン膜に３００°Ｃ〜６００°Ｃの熱処理を施して得
    られた請求項１から２０のいずれかに記載の結晶性シリ
    コン膜。
22. 【請求項２２】 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラ
    ズマ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラ
    ズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜
    を形成する方法であって、該プラズマを該物品周縁部の
    近傍に形成するとともに、該物品表面にイオンビームを
    照射して膜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。
23. 【請求項２３】 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラ
    ズマ励起用エネルギの供給によりプラズマ化し、該プラ
    ズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン膜
    を形成する方法であって、該物品表面近傍の真空度を１
    ×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒとするととも
    に、該物品表面にイオンビームを照射して膜形成するこ
    とを特徴とする結晶性シリコン膜の形成方法。
24. 【請求項２４】 前記被成膜物品表面近傍の真空度を１
    ×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒｒとする請求項２
    ２記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
25. 【請求項２５】 シリコン系ガスを含む原料ガスをプラ
    ズマ励起用エネルギ供給手段によりプラズマ化し、該プ
    ラズマに被成膜物品を曝して該物品上に結晶性シリコン
    膜を形成する方法であって、該物品表面にイオンビーム
    を照射するとともに、該プラズマのポテンシャルを制御
    することで該物品表面に入射するイオンビームのエネル
    ギを制御して膜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。
26. 【請求項２６】 前記プラズマのポテンシャルを制御す
    ることで前記被成膜物品表面に入射するイオンビームの
    エネルギを制御する請求項２２から２４のいずれかに記
    載の結晶性シリコン膜の形成方法。
27. 【請求項２７】 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２２から２６
    のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
28. 【請求項２８】 前記イオンビームをイオンエネルギ１
    ０ｅＶ〜１００ｅＶで照射する請求項２７記載の結晶性
    シリコン膜の形成方法。
29. 【請求項２９】 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２２から２６のいずれかに
    記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
30. 【請求項３０】 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２７又は２８記載の結晶性
    シリコン膜の形成方法。
31. 【請求項３１】 前記プラズマからのイオンが前記被成
    膜物品表面に入射しないようにする請求項２９又は３０
    記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
32. 【請求項３２】 前記プラズマから前記被成膜物品表面
    に入射するイオンのエネルギを５００ｅＶ以下とする請
    求項２９又は３０記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
33. 【請求項３３】 前記プラズマを前記被成膜物品の表面
    近傍又は該物品周縁部近傍に限定的に形成し、前記被成
    膜物品表面に前記プラズマから低エネルギのラジカル種
    を優先的に拡散させる請求項２９又は３０記載の結晶性
    シリコン膜の形成方法。
34. 【請求項３４】 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とする請求項３
    ０記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
35. 【請求項３５】 前記被成膜物品の温度を室温〜６００
    °Ｃとする請求項２２から３４のいずれかに記載の結晶
    性シリコン膜の形成方法。
36. 【請求項３６】 成膜後、後処理として、前記結晶性シ
    リコン膜に３００°Ｃ〜６００°Ｃの熱処理を施す請求
    項２２から３５のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の
    形成方法。
37. 【請求項３７】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エ
    ネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化
    し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝
    して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であっ
    て、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段
    を備えており、該プラズマ励起用エネルギ供給手段は該
    プラズマを該被成膜物品周縁部の近傍に形成できるもの
    であることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
38. 【請求項３８】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段によ
    る電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される
    被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリ
    コン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオン
    ビームを照射するための手段を備えており、該電力印加
    手段は該被成膜物品の周縁部に対向するリング状の電極
    を含むものであり、該イオンビーム照射手段は該リング
    状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを
    照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン
    膜の形成装置。
39. 【請求項３９】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段によ
    る電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される
    被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリ
    コン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオン
    ビームを照射するための手段を備えており、該電力印加
    手段は該被成膜物品の周縁部に対向する筒状の電極を含
    むものであり、該イオンビーム照射手段は該筒状電極の
    開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを照射でき
    るものであることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成
    装置。
40. 【請求項４０】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段によ
    る電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される
    被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリ
    コン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオン
    ビームを照射するための手段を備えており、該電力印加
    手段は該被成膜物品の周縁部に対向するコイル状の電極
    を含むものであり、該イオンビーム照射手段は該コイル
    状電極の開口部を通して該被成膜物品にイオンビームを
    照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコン
    膜の形成装置。
41. 【請求項４１】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段によ
    る電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される
    被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリ
    コン膜を形成する装置であって、該被成膜物品にイオン
    ビームを照射するための手段を備えており、該電力印加
    手段は該被成膜物品の周縁部に対向するリジタノコイル
    型の電極を含むものであり、該イオンビーム照射手段は
    該リジタノコイル型電極の開口部を通して該被成膜物品
    にイオンビームを照射できるものであることを特徴とす
    る結晶性シリコン膜の形成装置。
42. 【請求項４２】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスを電力印加手段によ
    る電力印加によりプラズマ化し、支持手段に支持される
    被成膜物品を該プラズマに曝して該物品上に結晶性シリ
    コン膜を形成する装置であって、該電力印加手段が該被
    成膜物品の周縁部に対向するリング状のマイクロ波導入
    用のアンテナを含むものであるとともに、該マイクロ波
    導入用アンテナの外周部に対し磁場形成手段を備え、さ
    らに該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段
    を備え、該イオンビーム照射手段は該マイクロ波導入用
    アンテナの開口部を通して該被成膜物品にイオンビーム
    を照射できるものであることを特徴とする結晶性シリコ
    ン膜の形成装置。
43. 【請求項４３】 前記の被成膜物品に対向する電極の外
    周から磁場を入れる磁場形成手段を備えている請求項３
    ８、３９又は４０記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
44. 【請求項４４】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エ
    ネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化
    し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝
    して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であっ
    て、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段
    を備えており、該原料ガス供給手段は該被成膜物品表面
    近傍の真空度が１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-8Ｔｏｒ
    ｒになるように該原料ガスを供給できるものであること
    を特徴とする結晶性シリコン膜の形成装置。
45. 【請求項４５】 前記原料ガス供給手段は、前記被成膜
    物品表面近傍の真空度が１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０
    ^-8Ｔｏｒｒになるように前記原料ガスを供給できるもの
    である請求項３７から４３のいずれかに記載の結晶性シ
    リコン膜の形成装置。
46. 【請求項４６】 成膜用原料ガス供給手段により供給さ
    れるシリコン系ガスを含む原料ガスをプラズマ励起用エ
    ネルギ供給手段によるエネルギ供給によりプラズマ化
    し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに曝
    して該物品上に結晶性シリコン膜を形成する装置であっ
    て、該被成膜物品にイオンビームを照射するための手段
    及び前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段
    を備えていることを特徴とする結晶性シリコン膜の形成
    装置。
47. 【請求項４７】 前記プラズマのポテンシャルを制御す
    るための手段を備えている請求項３７から４５のいずれ
    かに記載の結晶性シリコン膜の形成装置。
48. 【請求項４８】 前記イオンビーム照射手段が、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照射できるものである請求項３７
    から４７のいずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成装
    置。
49. 【請求項４９】 前記イオンビーム照射手段はイオンエ
    ネルギ１０ｅＶ〜１００ｅＶで前記イオンを照射できる
    ものである請求項４８記載の結晶性シリコン膜の形成装
    置。
50. 【請求項５０】 前記原料ガス供給手段が、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供給できる
    ものである請求項３７から４９のいずれかに記載の結晶
    性シリコン膜の形成装置。
51. 【請求項５１】 前記原料ガス供給手段及び前記プラズ
    マ励起用エネルギ供給手段が、共に制御されて、前記プ
    ラズマからのイオンが前記被成膜物品表面に入射しない
    ようにできるものである請求項５０記載の結晶性シリコ
    ン膜の形成装置。
52. 【請求項５２】 前記原料ガス供給手段及び前記プラズ
    マ励起用エネルギ供給手段が、共に制御されて、前記プ
    ラズマから前記被成膜物品表面に入射するイオンのエネ
    ルギを５００ｅＶ以下にできるものである請求項５０記
    載の結晶性シリコン膜の形成装置。
53. 【請求項５３】 前記原料ガス供給手段及び前記プラズ
    マ励起用エネルギ供給手段が、共に制御されて、前記プ
    ラズマを前記被成膜物品の表面近傍又は該物品周縁部近
    傍に限定的に形成するとともに、前記被成膜物品表面に
    前記プラズマから低エネルギのラジカル種を優先的に拡
    散させることができるものである請求項５０記載の結晶
    性シリコン膜の形成装置。