KR0136863B1 - 고플럭스의 활성종 제조방법 - Google Patents

Abstract

없음

Description

고플럭스의 활성종 제조방법

제 1 도는 본 발명의 진공 봉입물의 내부를 설명하며, 에너지 전달가스로부터 나온 깃털 모양의 활성종이, 강력하게 주입된 데포지션 종의 생성과 멀리 위치한 기판 표면상에 그 데포지션 종의 데포지션용 전구 물질 데포지션 가스와 충돌하는 것에 관한여 설명하는 부분적으로 절취된 사시도.

제 2 도는 제1도관의 위치를 설명하며, 이것을 통해 에너지 전달 가스가 마이크로파 도포제에 관하여 봉입물내로 유입되는 것을 설명하는 부분 절취된 확대 측단면도.

제 3 도는 제2도에 도시된 제1도관과 마이크로파 도포제에 있어서, 상기 도관은, 상기 도포제의 내부로 대략 통로의 반이 쭉뻗쳐지도록 수정된 확대 부분 절취도.

제4도는 수정된 파센 곡선을 그래피로 표시한 것이며, 다른 부피를 가진 깃털 모양의 활성조에 대하여, 가로축에 표시된 압력과 세로축에 표시된 파워를 나타내는 파센 곡선은 “물리 평론” 75권 411페이지(1949)에서 발표되고, 에이.디 맥도날드와 에스.씨 브라운에 의해 저술된 논설로부터 재현된 곡선.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 - 4 : 파센곡선, 12 : 봉입물,

24, 224, 324 : 제 1도관, 32, 232, 332 : 마이크로파에너지,

34, 231, 331 : 깃털모양, 36 : 활성영역,

50 : 기판, 60 : 제 2도관,

62 : 뾰족한 단, 226, 326 : 쵸크

본 발명은 일반적으로 가스가 비워있는 봉압물로 유입된 제 1도관의 구멍단에 인접한 에너지 전달 가스로부터 나온 고 플럭스(flux)의 활성종(species) 생성을 통해서 박막 재료의 데포지션과 제거에 관한 것으로 특히 멀리 위치한 기판표면으로부터 박막 재료의 제거나 그의 표면상에 박막재료의 데포지션을 위해 오직 바람직하게 고밀도를 가진 강력주입된 종을 생성하는 방법에 관한 것이다. 그에 반하여, 비교적 높은 데포지션 속도에서 비교적 질이 낮은 재료(반도체 합금재료, 유전체 재료 및 다이어몬드와 같은 재료)가 데포지트 되거나, 아니면 비교적 낮은 데포지션 속도에서 비교적 질이 높은 재료가 데포지트되는 것이 이미 가능하였다. 그렇지만, 본 발명은 매우 높은 데포지션 속도에서 질이 높은 박막 재료가 데포지트되는 것이 가능하다. 또한 매우 높은 플럭스의 활성화된 이온 종(25㎃/㎠ 이상의 이온 플럭스)으로 인하여, 쌍극자 이온 에칭 공정에서만 기존에 이룰 수 있는 효율로 멀리 위치한 기판 표면으로부터 재료를 에치하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 사용되는 “에너지 전달 가스”라는 용어는 (1) 멀리 위치한 데포지션/에칭제 가스와 충돌을 통해서 그것의 에너지를 전달하든지, 아니면 (2) 멀리 위치한 기판 표면에 발생하는 화학 반응을 통해서 그것의 에너지를 전달하고 그것의 활성 종(이온 유리기 및 다른 방법으로 여기된 중성자)을 생성하기 위한 외부에너지 소오스에 의해서 활성화되도록 응용한 가스 전구 물질을 말한다. 이러한 정의의 관점에서 가장 명료한 형태로보면, 본 명세서에 기술된 발명은 활성영역을 통해서 유출되고 원격위치에 고 플럭스의 그 활성 종을 전달하는 비교적 높은 비율의 에너지 전달 가스로부터 나온 활성종을 생성할 수 있는 것에 관한 것이다.

선행의 플라즈마 데포지션 기술

R.F 글로우 방전

R.F 글로우 방전으로 반도체 합금 재료가 데포지트된 박막의 질을 가장 높게 제공할 수 있다는 것이 모순됨이 없이 증명되었다. 데포지트된 반도체 합금 재료의 박막질은 전형적으로 그것으로부터 에너지 갭에 내재하는 국부화된 결핍상태의 견지에서 측정되었다. 그러나, 유해한 방법에 있어서, 다른 파라메타들은 데포지트하는 반도체 막의 전자와 광학속성에 실질적으로 영향을 준다. 글로우 방전을 하여 데포지트된 실리콘 합금 재료의 에너지갭에 나타나는 비교적 낮은 결핍밀도에도 불구하고, 상기 결핍밀도는 결정질 실리콘의 결핍밀도보다 더 큰 크기의 대형으로 남는다. 이것은 특히 실리콘 게르마늄합금으로부터 제조된 좁은 밴드 갭 반도체 합금 재료의 견지에서 그러한 사실과 틀리지 않으며 여기에서(가장 좋은 범위가 1.35 - 1.65 eV 재료로) 에너지 갭에 내재하는 국부화된 결핍상태의 밀도는 여전히 중간 범위인 10¹⁶결핍/㎥/eV로 남는다. 물론, 비록 이러한 비교적 높은 결핍 밀도를 표시하는 고품질의 재료를 얻기 위하여, 다른 원소이지만, 보완 보상하는 원소를 글로우 방전 플라즈마로 유입되게 하는 것이 필요하다. 게다가, 더 중요한 것으로 파워(power)를 사용함에도 불구하고 데포지션의 속도는 낮게된다(15°A/S 이하). 수소와 같은 제 1보상 원소의 유입은 페르미 레벨에 있거나 그것에 가까이 있는 실리콘 합금재료의 에너지 갭에 내재하는 국부화된 상태를 감소하는데 효과가 있고, 또한, 불소와 같은 제 2보상 원소의 유입은 다른 상태뿐만 아니라, 또한 페르미 레벨과 전도대에 가까이 있는 것간의 그 국부화된 상태를 감소시킨다. 파워 레벨을 사용함에도 불구하고 분해된 전구물질 가스의 플라즈마에 대한 임의의 R.F 자계의 세기에 의해 나뉘어진 비교적 낮은 에너지로 인해 데포지션의 속도는 비교적 저하된다. 이런 비교적 저하된 데포지션 속도는 데포지트하는 호스트 매트릭스와 반응할 수 있는 충분한 시간의 범위를 불소와 수소로 보상하는 원소에 제공하고 좁은 밴드 갭을 가지는 실리콘 게르마늄 합금재료에 있어서, 그런 재료로 상기 기판 표면에 데포지트하는 것이 내재하며 매달리고, 파괴되고, 응력이 가해지고, 또한 뒤틀린 결합을 완화한다. 그러나, 상업에 관한 제조공정에 있어서, 중요한 문제점은 질이 높은 실리콘 합금 재료의 데포지션에 실재하도록 함에 있었다. 좁은 밴드갭을 가진 반도체 합금재료의 데포지션 속도(그리고 실로 임의의 반도체나 절연체 재료의 데포지션 속도)가 상업에 관하여 실리적 방법으로 그러한 재료를 데포지트하도록 증가되었을 때, 데포지트된 재료의 질은 저하된다. 특히, R.F 파워를 사용하여 증가시킴에 따라, 반도체 합급 재료의 데포지션 속도(예를 들면 10 - 12° A/S 보다 낮은 속도로 부터)를 증가하도록 미리 시도한 결과 더 강력한 플라즈마가 된다. 이런 더 강력한 플라즈마는 다른 한 세트의 이온과 유리기를 생성하도록 플라프마 반응 운동을 변화시키든지 아니면 그 강력한 플라즈마는 뒤틀리고, 파괴되며, 매달리고, 응력이 가해지며, 또한 다른 방법에서 탈피한 원자 배열의 결합을 완화하는 반도체 하금 재료를 데포지트하는 호스트 매트릭스와 상호작용함에 있어서 충분한 시간의 범위를 보상원소에 분배할 수 없다. 상기에서 언급한 것이 주로 좁은 밴드 갭을 가지는 반도체 합금 재료를 다룬다고 할지라도, 증가시킨 파워를 가진 재료의 질에 있어서 그와 같은 저하(결핍상태의 밀도에의 증가)는 보편적으로 보고되어 졌고 실험적으로 폭이 넓은 밴드갭을 가지는 반도체 합금재료의 플라즈마 데포지션에서 증명되었다. 우선, 글로우 방전이 개시된 R.F나 마이크로파에서 발생하는 상당한 플라즈마 운동을 간단하게 고려하여 본다. 대다수의 다른 가스에 대한 화학 작용으로부터 데포지트된 여러 원소의 비정질 실리콘 합금막에 관한 전자 결핍 밀도의 실험관찰로(R.F 나 마이크로파 에너지가 둘다 사용됨) 비교되는 각기의 “데포지션 효율”을 갖게하는 것은 질이 가장 높은 전자 속성을 나타내는 전구물질 가스의 결합으로부터 데포지트된 박막으로 데포지트되는 것을 나타낸다. 그러한 관찰을 근거로 하면, 데포지트된 박막 재료의 특성을 수정하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 수정가능한 범위는 매우 강력한 프라즈마에서 발생된 화학 반응의 “주(zoo)”에 의해 부여된, 컨트롤할 수 없는 화학작용 때문에 한정된다. 더 상세하게 설명하면 플라즈마에서 전구물질 공급재료 가스는 유리기와 이온의 호스트를 발생하도록 플라즈마 전자와 다수의 충돌에 직면한다. 그것은, 유리기가 기판상에 데포지트되는 플라즈마 종을 부여한다는 것을 실험으로 증명하였기 때문에 발생되어진 유리기에 모든 주의를 기울일 필요가 있다. 그러한 유리기에 대하여, 전자온도, 전자밀도와 전자계에 노출된 가스전구물질의 주재시간에 따라 유리기의 분산이 실재한다. 그 주재 시간의 의존성은 다수의 전자 충돌이나 미리 여기된 유리기와 공급재료 분자간 또는 둘 이상의 유리기간의 충돌로부터 생긴다. 실란 공급재료 플라즈마에서, 발생될 수 있는 가능한 유리기의 가장 낮은 에너지 소오스는 SiH₂ ^*, SiH^*및 Si^*를 포함하는 더 높은 에너지 소오스를 가지는 SiH₃ ^*이다. 자활적으로 되기 위해, 플라즈마는 공급재료 분자와 충돌하여 이온을 발생하도록 충분한 에너지를 가진 전자를 포함해야 하기 때문에, 그리고 이온을 발생하기에 필요한 에너지가 유리기 스펙트럼에서 가장 낮은 에너지 소오스를 발생하기에 필요한 에너지보다 일반적으로 더 높다는 사실로 인하여(이러한 가정은 이 발명의 데포지션 공정에 관한 자계의 효과를 다루는 본 명세서의 부분으로 되돌아가게함) 유리기의 분배는 임의의 플라즈마에서 만들어 진다고 가정할 수 있다(분배의 폭은 플라즈마에 의해 흡수되는 파워에 따른다). A.C 파워의 증가에 관하여 데포지트하는 박막재료의 질을 저하하는 문제점은 R.F 에너지에 의해서 발생되는 비교적 낮은 파워 레벨을 다룰때(어느 정도까지) 컨트롤될 수 있다. 그러나, 10에서 12 심지어 20°A/S로 데포지션 속도를 증가시킬 수 있는 것은 상업적으로 의미가 없다. 그러므로, 최근에, 연구원들은 마이크로파 주파수를 이용하여 시도한 결과로 (정교한 전자 사이클로 트론 공명기구를 포함함) 폭이 다양한 박막 재료의 대포지션 속도에서 크기 향상에 대한 한 대형을 통해서 얻었다. 글로우 방전 대포지션 기술로 개시된 더 강력한 마이크로파를 사용한다 할지라도, 플라즈마가 형성되어 있는 가스전구물질의 더 효과적인 분리를 통하여 증가된 대포지션 속도를 얻는 것이 가능하게 되었다. 전술한 연구원들이 부딪혀온 문제점은, 데포지션 공정으로 개시된 마이크로파의 실용은 데포지션의 증가된 속도로 인하여 대단히 향상되어짐과 동시에, 데포지트하는 막의 질은 상당히 손상되었다는 것이었다. 즉, 예를들어 설명하면, 가장좋은 마이크로파로 데포지트 시킨 반도체 합급 재료는 가장좋은 R.F로 데포지트 시킨 반도체 합금재료의 결핍밀도보다 더 높은 크기의 대형에 대한 결핍밀도를 갖는다. 예컨대 질은 양에 비해 손실을 갖는다.

마이크로파 글로우 방전

이 발명의 양수인은 미국 특허 제 4,504, 518, 4,517,223 및 4,701, 343에서 질이 높은 막이 마이크로파 에너지를 사용하여 데포지트될 수 있는 낮은 압력 방법을 주축으로 미리 설명하였다. 본 발명을 하기까지 이러한 낮은 압력 마이크로파 데포지션 공정은 비교적 질이 높은 반도체 절연적이고 유전적이며 또한 단단한 박막을 데포지트하는데 가장 효율적이고 비용이 적게드는 방법이었다. 더 상세히 설명하면 그러한 점에서 설명된 발명은 중합체 형성없이 플라즈마가 유효하게 지속됨으로써 중합체 형성없이 글로우 방전으로 데포지션을 개시함에 있어서 낮은 압력통제를 사용하는것에 관한 것이었다. 이것은 사용되고 있는 가스 전구물질의 주어진 응압력에 관한 “수정된 파센 커브”의 실제 최저치에서 결정함으로써 이루어진다. 간단히 말하자면, 이것은 특유의 가스전구물질 혼합에 관하여 주어진 부피의 플라즈마를 유지하는 파워, 압력 및 주어진 부피의 플라즈마를 유지하는 구멍지름의 최적 결합이 실재한다는 것을 의미한다. 거기에서 기술된 발명에 따르면, 모든 공정가스가 분리되어 있는 매우 강력한 플라즈마를 얻고 데포지션 속도가 실재로 R.F 플라즈마의 데포지션 속도에 비해서 증가되고 있는 매우 강력한 플라즈마를 얻는 것이 가능하지만, 이 두가지 특색은 파워가 최소입력에서 작동될 때 이루어진다. 또한, 최적화된 파워와 압력 통제로 작동함으로 인해 가스페이즈(phase) 중합과 파우더(powaer) 형성이 방지된다. 낮은 압력과 최저 파워가 마이크로파로 글로우 방전 공정을 하기위하여 이미 보고된 질이 가장 높은 재료의 데포지션을 제공하지만 그 공정은 아직도 플라즈마내에서 발생된 특유의 활성종을 컨트롤할 수 없었다. 전술한 R.F 플라즈마 글로우 방전으로 한 데포지션 방법론이나 글로우 방전으로 한 대포지션 방법론으로 개시된 전술한 낮은 압력의 마이크로파에 의해서 그 위에 제공된 향상에 관하여 기술할 때 유의해야 할 두가지 주요한 점은 (1) 이 플라즈마 공정의 두가지 특색에서, 재료의 질은 데포지션의 속도의 증가에 관하여 저하되며, (2) 기판상에 데포지트될 때, 글로우 방전 플라즈마에서 발생된 유일한 종은 가능한한 가장 높은 질의 박막재료를 제조하는 그러한 종이 되는 그러한 방식에 있어서 가스 페이즈 화학작용의 운동을 컨트롤할 수 없다는 점이다. 그것과는 대조적으로, 플라즈마 화학작용을 컨트롤할 수 있다면, 단지 바람직한 유리기나 이온 종을 발생시킬수 있고, 단지 가능한한 질이 가장 높은 박막재료를 데포지트할 수 있다. 또한, 단지 바람직한 유리기나 이온 종이 플라즈마에서 발생된다는 사실을 고려하면 매달리고, 파괴되며, 구부러지고, 찌그러지며 응력이 가해지고 또한 다른 방법에서 탈피한 원자배열결합의 데포지트하는 재료에 관한 호스트 매트릭스가 수소 그리고/또는 불소와 같은 그러한 보상원소의 사용을 통해서 정화되는 기회를 갖는다는 것이 사실상 거의 필요치 않기 때문에 그 재료는 매우 높은 속도에서 데포지트될 수 있다. 이 발명자는 가능한한 질이 가장 높은 박막을 제조할 수 있으며 단지 특유의 안정과 불안정의 중간상태의 유리기나 이온 종을 데포지트할 수 있다고 제일 먼저 권리 주장을 하지 않았다. 그러나, 가스 전구물질의 혼합으로부터 단지 그런 바람직한 유리기나 이온 종을 발생하고 그 다음 매우 높고, 금후 상업적으로 의미있는 데포지션의 속도에서 그 바람직한 유리기나 이온 종을 데포지트함으로써 가능한한 질이 가장 높은 박막재료를 데포지트하도록 가스 페이즈 플라즈마 운동을 이용한 방법을 발명한 최초의 사람이라고 이 발명자는 믿고 있다(예컨대, 동일한 질의 재료에 관한 글로우 방전의 데포지션으로 개시된 마이크로파를 사용함으로써 이룰 수 잇는 속도보다 더 큰 크기의 대형).

원격 플라즈마 여기

다음으로는 “원격 플라즈마 여기”로서 일반적으로 알려진 공정에 의해 단지 바람직한 전구물질 종으로부터 박막 재료를 데포지트하는 기술의 현발명을 설명한다. 여기에서 사용되는 “원격 플라즈마 여기”라는 용어는 가스 전구물질의 혼합이 진공실의 한 장소에서 바람직한 종의 플라즈마로 형성되어지고 그런다음 그 바람직한 종이 플라즈마 형성의 점으로부터 멀리있는 상기 실의 장소에 데포지트되어지는 공정을 말한다. 원격 플라즈마 여기의 분야에서 가장 존경받는 지.루코브스키와 아이.쉬미주 박사 두분의 연구에 특히 주의를 돌린다. 북 캐롤리나 주에 있는 루코브스키 박사와 토쿄대학에 있는 쉬미주 박사는 우수한 광전도성(암 전도성에 대한 빛의 비율)과 장기 전하 캐리어 수명(이런 각 파라메타의 향상은 플라즈마로 개시된 R.F 또는 마이크로파에서 데포지트된 실리콘 합금재료의 박막과 비교된다는 것을 나타낸 것이다) 그것에 관한 에너지갭에 있어서 국부화된 결핍상태의 저밀도에 의해서 특징화된 실리콘 합금막을 얻기 위하여 실리콘을 토대로 한 플라즈마로부터 특히 미리 선택한 유리기 종의 데포지션에 기울린 연구를 장행하였다. 이상 상세히 검토되고 현재 관련된 상업성 데포지션 기술은 일반적으로 “화학증기 데포지션으로 향상된 직접 플라즈마”공정으로 특징화될 수 있다. 여기에서 사용된 “화학증기 데포지션으로 향상된 직접플라즈마”는 바람직한 데포지션 종을 포함하는 가스전구물질의 혼합은 여기나 분열핵 에너지의 소오스로 직접 노출되고 그것에 의해서 만들어진 데포지션 종은 대략 그것에 대하여 배치된 기판상에 데포지트된다. 그러한 직접 여기 공정의 가장 흔한 예는, 인접한 기판 표면상에 수소가 첨가된 비정질 실리콘 합금 재료의 박막의 데포지트하도록 실탄과 수소의 글로우 방전여기로 개시된 R.F나 마이크로파로 하는 것이다. 여기에서 사용된 “활성 종(activated species)”이란 용어는 원자나 분자, 유리기, 이온 또는 여기된 중성자든지 간에 내부에너지를 나르는 미세한 목적물을 말한다. 이 정의는 에너지 전달 가스가 전자계에 노출될 때, 안정과 불안정의 중간 상태 여기되거나 안정되지 않은 상태의 헬륨(He^*)이 발생된다고 믿는 루코브스키 박사에 의한 용어의 사용과는 대조적이다. 그것과 대조함에 있어서, 이 발명자는 활성정이 실제로 헬륨이온이라고 믿었다(박막 데포지션 속도에 관하여 실험적으로 관찰된 자계 의존성에 인함). 그러나, 그런활성 종의 성질과 특성은 이 발명의 방법효과에 중요치 않았다. 여기에서 사용된 “활성 영역(activation region)” 또는 “깃털모양의 활성 종(plume of activated species)”은 전자계에 의해서 발생된 활성 종의 수가 장벽손실, 충동등으로 인하여 소멸된 활성종의 수를 초과한 비워있는 봉입물의 그 체적을 말한다. 루코브스키, 에트 알(“ CVD로 개선된 직접 그리고 원격 플라즈마간의 차”로 제목이 붙은 논문이 루코브스키와 츄에 의해서 저술한 것으로 1987년 플라하에서 열린 제 12차 ICAIS에서 비결정성 고체의 정기 간행물을 보면)은 비정질 실리콘의 박막을 데포지트하는 것을 설명하였다. 즉, 여기된 헬륨 원자(헬름 유리기(He^*)와 같은것)에 관하여 구조적으로 한정된 활성영역을 발생하는 것으로부터 R.F 에너지(13.56 MHz)를 사용하는 수소재료, 이 활성 영역은 적어도 10㎝까지 가열된 기판으로부터 일정간격으로 배치된다. 그때, 여기된 헬륨 유리기는 중성 실란 가스(90% 아르곤이 혼합된 가스)와 상호 작용하도록 플라즈마 영역으로부터 이동하여, 이 실란 가스는 “쏟아져 오니 무리(showerhead)”인 가스링에 의해서 가열된 기판상에 유입된다. 루코브스키 박사는 He^*원자는 다음과 같은 반응에 의해 주어진 식과 같이 실란의 데포지션 유리 종의 제조에서 생기는 SiH₄와 출돌한다고 주장하였다.

[He^*] + SiH₄- Sih₃+ H

즉, 실란 중성자를 가진 헬륨의 안정과 불안정의 중간 상태인 종에 관한 열역학과 충돌 운동은 SiH₃의 구조를 뒷받침해주는 보정 에너지에 관한 것이다. 그 반응 생성물(SiH₃와 H)은 가열된 기판의 노출 표면상에 화학 증기 데포지션을 받은 특유의 실란조각이다. 불활성 가스 원자인 아르곤도 플라즈마로 활성화된 안정과 불안정의 중간 상태인 종으로서 헬륨을 대신하여 사용되어왔다. 그러나, 아르곤은 실란의 다른 조각으로 처음 시작하였으며, 그에 곤하여 SiH₂와 디실란 트리실란등의 실란에 관한 플라즈마 중합을 이루었다. 그 결과로 실리콘 합금막의 데포지션뿐만아니라 다량의 폴리실란 파우더를 생성하였다. 이런 원격 플라즈마 여기 공정도 산학 실리콘(SiO_X).과 질화 실리콘(SiN_X)의 박막을 데포지트하기 위해 유전체나 절연재료가 사용되어왔다. 데포지트된 유전체 박막에서 활성종의 플라즈마는 전형적으로 데포지트되도록 바람직한 박막의 조성물에 따라서, 헬륨(He)에 약 20%의 산소(O₂)나 질소(N₂)를 포함한다. 그때 이런 활성 종은 여기된 (O₂, He)^*나 (N₂He)^*인 안정과 불안정의 중간 상태인 종을 생성하기 위하여 R.F 플라즈마로 여기시킨다. 그때 이런 활성화된 안정과 불안정의 중간 상태인 종은 다음과 같은 불균형 등식으로 나타낸 것과 같이 Sih₄(또는 다른 실리콘을 포함하는 가스)와 상호작용한다.

Ⅰ. (O₂He)^*+ SiH₄SiO₂

Ⅱ. (N₂He)^*+ SiH₄Si₃N₄

그러므로 가열된 기판의 노출된 표면상에 산화 실리콘이나 질화 실리콘의 박막을 데포지트한다. 상술한 유전체 재료의 박막과 반도체 합금 재료의 박막 모두는 대체로 유사한 데포지션 조건하에서 제조되었다. 더 상세히 설명하면, 에너지 전달 가스는 약 100 내지 1000 SCCM 간의 유량에서 봉입물로 유입되고, 가스 실란 전구물질은 대략 5 내지 25 SCCM의 유량에서 봉입물로 유입되며 봉입물내의 데포지션 압력은 약 300 밀리 토르 내지 1 토르에서 유지되고 적용된 R.F 파워는 약 5 내지 50 와트에서 유지되며 기판온도는 약 40 내지 400℃에서 유지된다. 이렇게 동작하는 파라메타, 특히 제 1도관내의 에너지 전달 가스와 봉입물내의 압력 모두의 유량은 (1) 구조상 한정된 활성영역으로 실란 가스가 다시 확산되는 것을 대체로 최소화하고 (2) 에너지 전달 가스로부터 허용된 활성 종의 밀도가 구조상 한정된 활성 영역으로부터 추출되어 실란 가스 분산 링으로 돌려지도록 하기 위해 필수적으로 고려된다. 전술된 바람직한 유속과 압력은 1 밀리미터간에 두분자 충돌에 관하여 중간 유리궤도를 확보하며, 그와 동시에 기판은 충돌영역, 예컨대, 안정과 불안정의 중간 상태인 헬륨(He)종, 안정과 불안정의 중간 상태인 산소(O₂) 종 및 SiH₄분자가 충돌하는 영역으로부터 대략 5㎝ 떨어져 일정간격으로 배열된다. 이런 공간 배열은, 그 재료가 가열된 기판 표면상에 데포지트되기전에 전술된 안정과 불안정의 중간 상태인 종과 실란 분자간에 복수의 국부화된 충돌 때문에 일어난다는 확신으로 선택되었다. 그러나, 압력과 그 압력에서 증간 유리궤도의 조합으로 인해 다수의 충돌이 데포지션에 앞서 일어나고 그 결과 데포지트하는 재료가 유일의 바람직한 종을 갖지 못하게 하는 것처럼 많은 다른 재료를 포함한다고 확신한다. 부가해서, 다수의 충돌 때문에 고밀도의 단일로된 바람직한 종이 기판상에 데포지트되는 것을 방해한다. 바람직한 유리기 종의 데포지션 속도가 매우 늦게된다는 것이 전혀 이상하지 않다. 쉬미주 박사의 업적을 조사하면, 반 직접 플라즈마 여기에 관한 수정된 공정은 1987년판 95권 225 내지 235 페이지에 실린 재료 연구 심포지엄 화보에 발간되고 쉬바타 푸쿠다, 오토시, 한나, 오다 그리고 쉬미주에 의해 저술된 “HR - CVD (Hydrogen Radical enhanced CVD ; CVD 방법으로 향상시킨 수소기)방법에 의한 비정질과 결정성 실리콘의 성장”으로 제목이 붙은 논문에서 설명되었다. 이 논문에서, 쉬미주. 에트 알은 실리콘을 토대로 한 합금의 예비 조사에 대한 새로운 기술을 제의하였다. 쉬미주. 에트 알 기술은 전구 물질의 데포지션이 직접적 그리고 원격적으로 모두 활성화되는 것으로 “하이브리드 여기(hybrid exeitation)”를 사용하였다는 사실을 인지하는 것이 중요하다. 직접 여기는 직접 노출을 통하여 전자계에서 일어나고 원격여기는 에너지 전달 가스에 관한 활성화된 안정과 불안정의 중간 상태인 종을 가진 부분적으로 여기된 데포지션 종이 상호작용하여 생긴 생성물로 인해 일어난다. 기술된 HR - CVD 기술에서, 전구 물질의 데포지션 가스는 부차적으로 구성식 SiFnHm (여기서 n + m은 3 이하임)에 대한 에너지 전달가스의 활성 종에 의해서 일으키게 된다는 것이 가장 중요하다. 쉬미주. 에트 알의 장치는 SiF₄를 나르는 내부관이 있고 수소가스와 아르곤 가스를 나르는 외부관이 있는 동축관을 포함한다. 수소가스는 마이크로파 에너지소오스에 대한 직접 노출을 통하여 수소원자로 전환된다. 그 장치의 제 2상호연결 부분은 가열된 기판이 데포지트된 녹슬지 않는 강철로 만든 데포지션 실이다. SiF4는 제일 먼저 내부관에 있는 마이크로파 에너지에 직접 노출되고 부착적으로 데포지션 종을 생성하도록 내부관의 끝에서 수소 플라즈마에 노출된다. 전형적인 데포지션 파라메타는 45 SCCM의 유량을 가진 SiF₄, 75 SCCM의 유량을 가진 아르곤 (Ar), 10 SCCM 의 유량을 가진 수소(H₂), 2.45 GMz에서 440 와트를 가진 파워, 그리고 300 밀리토르의 압력이 있다. 놀랍지는 않지만, 쉬미주.에트 알은 내부관의 출구 장소도 기판으로부터 그것의 거리도 데포지트된 막의 질뿐만아니라 데포지트의 속도를 결정하는데 중요한 요소라는 것을 발견하였다. 또한, 쉬미주.에트 알은 무시해도 좋은 많은 전구물질의 데포지션 가스가운데 이온 종의 존재를 보고하였고 그 결과 전구 물질의 데포지션 가스 가운데 유리기 종이 데포지트하는 종을 형성하였다고 결론지었다. 결론적으로, 쉬미주.에트 알은 50°A/S에 지나지 않는 데포지션 속도를 얻었다. 그러나, 비교적 높은 데포지션 속도는 전구물질 데포지션 가스의 직접여기로 인한 것이었다. 이런 직접 여기로 인해 격렬하게 향상된 데포지션 속도를 초래하는 동안, 데포지트 하는 종의 성질을 컨트롤하는 능력과 그 결과 고 전자막의 질을 유지하는 능력이 그러한 것으로 상실되었다. 상기 언급된 루코브스키와 쉬미주 박사의 두 그룹에 의해서 강행된 광범위한 연구에도 불구하고 비교적 높은 데포지션 속도(상대해서, R.F 데포지션 질과 속도)에서 고품질의 박막을 데포지트하는 목적은 실현되지 못하였다. 실로, 개발된 것에 거리가 먼 이런 식의 원격 플라즈마 여기 공정은 대략 10¹⁶에서 10¹⁷결핍/㎝^-3/eV의 대형에 관한 결핍 상태의 밀도에 의해 특징지우는 진성 비정질 실리콘 합금 재료가 1°A/S 이하의 데포지션 속도로될 수 있다. 반어적으로 말하면 이 발명자는 초기의 연구자들이 중대하다고 생각한 파라메타들 (예컨대, 전구물질의 데포지션 가스 (SiH₄와 같은 것)와 에너지 전달 가스(He와 같은 것) 모두의 유량, 봉입물내의 압력과 활성 영역(에너지 전달 가스가 활성화된 영역)에 관하여 기판의 간격두기)은 높은 품질의 박막 재료의 빠른 데포지션을 방해하도록 잘못 선택되어 왔다. 기판으로부터 활성 영역의 일정간격을 둔 데포지션은 활성종의 플라즈마로 실란과 같은 전구물질의 데포지션종이 다시 확산하는데 확실히 효과가 있지만, (1) 이 “드리프트 대(drift zone)”의 길이와 (2) 봉입물에 내재하는 압력 및 (3) 구조상 활성 영역을 (벽을 가진 것 처럼) 둘러 쌓을 필요성 때문에 He^*종의 밀도는 플라즈마 영역이 증가하는 곳으로부터 떨어지는 거리처럼 빠르게 감퇴된다. 이 거리는 불충분한 많은 활성종이 전구물질의 데포지션 가스 가운제(와 충돌함) 100%를 소모하는 충돌 영역에 도달할 그러한 정도까지 증가될 수 있다. 부가 설명하면, “드리프트 대”의 길이와 구조상 한정된 활성 영역은 지나치게 많은 He^*- He^*충돌과 벽에 대한 He^*의 충돌을 고려하며, 이러한 충돌은 데포지션을 위한 전구물질 가스와 상호 작용하기 위해 이용할 수 있는 안정과 불안정의 중간 상태인 헬륨(He)의 수를 감소시킨다. 물론, 에너지 전달가스로부터 나온 활성종과 전구물질의 데포지션 가스간의 충돌수가 감소 함에 따라 이용할 수 있는 데포지션 종의 수는 그에 상당하여 감소하여 데포지션 속도도 떨어진다. 그 결과, 선행 기술인 원격여기 기술은 (1) 에저지 전달 가스 가운데 고 플럭스의 활성종을 생성하고, (2) (a) 활성종의 상호 충돌, (b) 활성종과 벽간의 충돌, (c) 활성 영역에 관하여 충돌 영역의 가장 가까운 배열과 같은 경우를 통하여 활성종이 불활성으로 되는 것을 제한함으로써 활성영역에서 충돌영역으로 그러한 매우 많은 활성종을 나르며, (3) 활성 영역(이 영역에서 직접 여기가 그것으로부터 일어난다)으로 충돌영역으로부터 나온 전구물질의 데포지션 가스가 다시 확산되는 것을 방지하고 (4) 데포지션 종과 다른 모든 분자, 원자, 전자, 입자 또는 다른 종간의 다수 충돌을 방지하며 그것에 의하여 단지 바람직한 데포지션 종이 기판상에 데포지트되게 할 필요성이 있었다. 그러나, 모든 것이 알려진 선행 기술이 원격 여기 기술은 이러한 목적을 이룰 수 없었다. 단지 상기된 4개의 목적중 각기 하나를 독립적으로 컨트롤할 능력을 제공함으로써 최적의 데포지션 속도에서 주어진 조성물의 고품질의 막을 데포지트하는 것이 가능하다. 한 실시예로 본 발명은 실란과 같은 전구 물질의 데포지션 가스로부터 나온 오직 바람직하게 강력 주입된 데포지션 종의 생성을 제공할 뿐만 아니라, 상업적으로 의미있고 기존에 얻을 수 없었던 데포지션 속도(예컨대, 데포지션 속도보다 더 높게 표현됨)에서 고품질의 막을 얻도록 하기위해 그 바람직한 종의 원격 데포지션에 중대한 4개의 파라메타중 각각을 독립적으로 컨트롤할 능력을 제공하는 것이다. 더 상세히 설명하면, (1) 글로우 방전 플라즈마로 개시된 격렬한 마이크로파를 이용하여 가장 높이 있을 수 있는 다수의 활성종을 생성하고, (2) 벽이나 활성종의 충돌로 발생되는 손실없이 (실질적 차동 압력을 이용하고 구조상 국한된 활성 영역을 제거함으로써), 충돌 영역에 활성 종을 나르며, (3) 충돌 영역으로부터 나온 전구물질의 데포지션 가스가 활성 영역으로 다시 확산되는 것을 방지(실질적 차동 압력과 제 1도관에서 에너지 전달 가스의 음속도 이용을 통하여)하고, (4) 모든 다른 입자를 가진 강력 주입된 데포지션/에칭액 종의 다수 충돌을 방지(바람직한 중간 유리 궤도를 설정하기 위해 최적화된 압력의 사용을 통하여)하는 방법을 제공하는 것이다. 더욱 전술한 음속도의 사용은 , 그 활성종이 100㎲, 예컨대, 압력 5 - 10 밀리토르에서 에너지 전달 가스의 활성화된 이온종에 대한 수명 내에서 활성 영역으로부터 충돌영역의 거리를 지날 수 있는 에너지 전달가스로부터 나온 활성 종에 지향성 운동량을 준다. 에너지 전달 가스로부터 나온 고 플럭스의 활성종을 생성하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은 봉입물을 제공하는 단계, 분위기보다 낮은 압력에서 상기 봉입물의 내부를 유지하는 단계, 활성 영역에 있는 상기 에너지 전달 가스로부터 나온 고 플럭스의 활성종을 활성화시키기에 충분한 압력과 제 1도관에 있는 에너지 전달가스의 압력간의 차동 압력을 만드는 압력에서 제 1도관에 형성된 적어도 하나의 구멍을 통하여 상기 봉입물 내부로 에너지 전달가스를 도입하는 단계, 그리고 봉입물의 내부에 기판을 효과적으로 배열하며 활성 영역으로부터 멀리 일정간격으로 위치되게 하는 단계를 포함한다. 제 1도관에 있는 에너지 전달 가스의 유량은, 파센 곡선의 실질적 최소치로된 전계 - 압력 - 구멍크기 통제로 에너지 전달 가스로부터 나온 플라즈마를 개시하기 위한 구멍과 인접한 에너지 전달가스의 충분한 압력을 제공하도록 선택된다. 구멍의 크기는 상기 에너지 전달 가스의 고압력을 제공하기 위한 구멍과 인접한 쵸크(choke)를 형성하도록 제 1도관의 크기에 비해 감소된다. 구멍과 인접한 에너지 전달 가스의 압력도 증가하기 때문에, 자계로 인하여 구멍과 인접한 에너지 전달 가스의 주재 시간은 증가 된다. 물 자킷과 같은 냉각장치는 제 1도관에 제공된다. 흑연 슬리브와 같은 보호 슬리브는 구멍과 인접한 제 1도관에 관한 표면 분해는 감소됨으로써 제공된다. 에너지 전달 가스는 수소에 국한하지않고 희유가스, CH₄, CH₄및 그것의 조합으로 구성된 그룹으로 선택된다. 바람직한 한 실시예에서, 에너지 전달 가스로부터 나온 활성종이 높이 있게 다수 형성되는 단계를 포함하여서 상기 기판 표면으로부터 재료를 에칭하기위해 상술한 것이다. 바람직한 타 실시예에서, 고밀도의 활성종은 원격하게 위치한 기판 표면상에 재료를 데포지트하기 위해 이용된다. 전구물질의 데포지션 가스는 제 2도관을 통해 봉입물내부에 도입되며, 상기 제 2도관으로부터 나온 전구물질의 데포지션이 봉입물로 도입되는 뾰족한단은 활성 영역에 비하여 일정간격으로 배열된다. 이런 방법으로 상기 전구물질의 데포지션 가스와 높이있는 다수의 활성종의 충돌은 고밀도로 강력주입된 데포지션종의 전구물질 데포지션 가스가 생성되는 충돌 영역을 한정한다. 전구물질 데포지션가스의 한 개이상 바람직한 데포지션 종이 상기 에너지 전달 가스로부터 나온 활성종과 함께 충돌해서 형성되도록 전구물질 데포지션 가스가 선택된다. 이하, 본 발명으로 상술된 것와 다른 목적, 잇점 그리고 형태를 도면, 도면의 상세한 설명, 청구범위를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

반응장치

제 1도는 도면 번호 “10”으로 지칭된 반응장치의 부분 절취된 사시도이다. 제 1도에 묘사된 장치(10)는 통상 구형으로 성형되고 속이 비어있으며 진공화가 가능한 봉입물(12)을 포함한다. 이 봉입물(12)는 봉입물내부로부터 기판을 적하하거나 제거하는 문(14)로써 기능을 갖춘, 주축으로 회전가능한 정면(14)을 포함한다. 문(14)의 속의면은 한 개이상 진공 봉인링(도시하지 않음)과 참조번호 “16”“18”과 같은 한 개이상의 래치를 갖추고 있으며, 이 래치는 봉입물의 외부로 포위하는 상태와 상기 봉입물의 내부로 진공상태간에 밀폐된 곳을 확보하는 봉인링을 압축하도록 사용된다. 또한 진공화된 봉입물(12)은, (1) 속이 비어있는 그것의 내부에 고갈된 반응 생성물을 다 써버리고 (2) 적당한 분위기보다 낮은 압력에서 상기 봉입물(12)의 내부에 유지되도록 사용된 강력한 진공 펌프(22)와 연결하여 거기서부터 순응시킨 배벽(12c)의 흡입 배출구(20)를 포함한다. 이하 더 상세히 설명하면, 압력이 봉입물의 내부로 실어낸 고유속 데포지션이나 에칭액 공정을 개시하고 유지하기 위해 신중히 선택된다. 또한 장치(10)는 지름이 D이고, 여기서 D는 약 0.5 에서 3.0 ㎝ 사이의 값을 선호하며, 측벽(12a)을 통해 상기 진공화된 봉입물(12)내로 쭉뻗쳐지고 연장된 제 1도관(24)을 적어도 포함한다.속이 빈 체 1도관(24)은, 거기로부터의 말부단(24a), 거기에 형성된 구멍(26)을 가지는 적어도 한 부분이 포함된다. 제 1도관 수단(24)과 거기서 부터의 구멍 부분(24a)은 에너지 전달가스로부터 나온 활성 종을 제공하도록 순응된 장치와 직접 인접한 뾰족한단에 바람직스럽게, 소오스(도시하지않음)로부터 나온 에너지 전달가스가 상기 진공화된 봉입물(12)내부로 전달되어 도입한다. 제1도에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 활성 장치는 이하 더 상세히 설명되겠지만, 복사 마이크로파 도포제(28)의 형태를 갖는다. 한 바람직한 실시예에서, 제 1도관은 필수적으로 수소(H₂), 메탄(CH₄), 희유가스 및 그것으로부터의 조합으로 구성하는 그룹으로부터 선택된 에너지 전달 가스를 도입하도록 순응시킨다. 선택적으로, 다른 바람직한 실시예에서, 상기 언급한 에너지 전달가스도 여기에 국한되지는 않지만 O₂, NH₃, N₂, NH₄, CH₄, PH₃, PH₅, BF₃, B₂H₆, BH₄그리고 포함하는 한 개 이상 희석하고 도핑된 가스를 포함한다. 사용된 에너지 전달가스의 조성물에도 불구하고, 제1도관(24)의 말부단에 형성된 구멍(26)은 상기 에너지 전달 가스의 선택된 유량속도(SCCM 에 의하여 측정됨. 예컨대, 기준 입방 센티미터/분)을 분배할 수 있다. 유량속도는, 수정된 파센 곡선의 실질적 최소치로된 전력 - 압력 구멍크기 통제에서 상기 에너지 전달 가스의 활성을 개시하기 위해 상기구멍(26)에 인접한 에너지 전달가스의 충분한 압력을 제공하도록 선택된다 (파센 곡선의 상세한 설명은 제 4도에서 설명된다). 또한 제1도관(24)은 상기 구멍(26)에 인접한 그것으로부터의 지름을 줄이는 수단을 포함하며, 이 줄이는 수단은 한 실시예에서, 간단하게 제 2도에 도시된 것처럼 오버코트(230)의 형태를 갖는다. 에너지 전달가스에 대하여 유출 통로를 그토록 줄임으로써, 국부화된 고압력의 에너지 전달가스를 제공하도록 구멍(26)에 인접한 제1도관(24)에서 “쵸크 상태(choke condition)”를 만드는 것이 가능하다. 여기에서 사용된 용어 “쵸크 상태”는 제1도관에서 구멍(26)을 거쳐 지나는 에너지전달 가스의 속도가 음속에 도달할 때 일어나는 상태를 말한다. 그 쵸크 상태는 통상 압축할 수 있는 가스 (또는 유체)에서 발생되는 상태가 균일한 크기의 도관에 대하여, 상기 도관을 통과하는 가스의 속도가 음속에 도달할 때 (통상 압출할 수 있는 가스(또는 유체)에서 발생되는 상태로 흐르는 것이다. 에너지 전달가스의 유출속도에 있어 임의의 상승으로 인해 속도보다는 오히려 압력의 증가를 가져오는 것이 바로 이런 조건에서이다. 또한 쵸크 모드를 한정하는 것이 이런조건이며 압력이 파센 곡선의 실질적 최소치에서 효율적으로 증가되도록 하는 것이 정확히 이런 효과이다. 이런 국부화된 고압력은 독립적으로 컨트롤될 수 있는 파워레벨에서 플라즈마가 개시되고 유지되도록 구멍부분(24a)에 인접한 제1도관을 통하여 흐르는 에너지 전달 가스에 대한 충분한 압력대를 만든다. 양자택일의 실시예에서, 제1도관(24)의 구멍부분(24a)에 내재하는 압력은 그것내에 내재하는 솔렌 노이드를 사용함으로서 용이하게 컨트롤되며, 이 솔렌노이드는 그것을 통해 에너지 전달 가스의 유출 속도를 조절한 후에 상기 구멍부분(24a)에 인접하여 존재하는 압력을 조절하도록 하기위해 선택적으로 압축되고 느슨하게 된다. 제1도관은 또한 제 2도에서 도면번호 “235”로 도시되며, 구멍부분(24a)에 직접 인접한 응용자계를 제공하기 위해 그 부근에 입혀진 코일을 포함한다. 응용자계는 제1도관(24)의 구멍(26)에 직접 인접하여 제작된 플라즈마 대에서 에너지 전달가스로부터 나온 활성종의 주재시간을 증가시키기 위해 강력하게 주입될 수 있다. 더 상세히 설명하면 코일(235)에 의해서 설정된 자계는 제1도관의 말단부 구멍 바로 근처에 있는 마이크로파 도포제로 제작된 이온종의 플라즈마를 한정하기 위해 제공한다. 이런 방법으로 자계를 변경하는 것은 흐름에 따라 아래로 충돌하기 위해 유도될 수 있는 이온종의 밀도를 컨트롤 하는데 이용될 수 있다. 제 2도와 제 3도에 있어서, 제 1도에 관하여 설명된 제1도관(24)의 두가지가 바람직하고, 수정된 실시예를 설명한 것이다. 제 2도는 제 1의 바람직한 실시예를 상세히 도시한 것이며, 여기서 제 1도 관(224)은 녹슬지 않는 강철이나 유사한 마이크로파를 반사하는 재료와 같은 전도되는 마이크로파가 아닌 재료로부터 제작된다. 제 1도의 실시예에서와 같이, 제1도관(224)은 거기에 형성된 구멍(226)을 가지는 거기로 부터의 말부단(224a)인 한 부분이 적어도 포함된다. 비전도성의 제1도관도 그것 주위에 입힌 냉각자킷(228)이 외부에 있고, 동심원적으로 배열된 것을 포함하며, 이 자킷은 그것을 통해 물과같은 냉각 매개체의 순환을 용이하게 하도록 순응시킨다. 이러한 방법으로, 냉각자킷(228)은 예를 들면 마이크로파 에너지 또는 전자계에 의해서 상기 도관의 말단부에 생성된 종이 매우 강력하게 주입되고 활성화되어서 발생된 격렬한 열에도 불구하고 균일하고 비교적 낮은 온도로 상기 제1도관(224)을 유지할 수 있다. 물을 제외한 냉각 매개체도 이 기술에 통상 숙련된 사람들에게 잘 알려진 실리콘 오일, 프레온, 질소, 수소, 헬륨 그리고 다른 냉각 매개체로 반드시 구성하는 유동체의 그룹으로부터 선택된다. 더 상세히 설명하면 냉각 자킷(228)은 상기 도관의 말부단에서 상기 구멍(226)에 인접하여 개시되고 유지되는 활성 종의 세기로 발생된 열 때문에 없어서는 안된다. 제1도관(224)의 상기 구멍(226)으로부터 흘러나오는 에너지 전달 가스는 복사 마이크로파 도포제(232)를 통하여 전달된 마이크로파 에너지에 의해 생성된 강력한 전자계에 지배받는다. 강력한 전자계는 에너지 전달 가스를 분열시킨다. 그것은, 에너지 전달 가스로부터나온 활성화된 종이 높게 반응하는 플라즈마의 형성뿐만 아니라 매우 높은 온도로 짜맞춰진 것으로 생긴 열을 유리시키는 분열된 종의 부수적인 화학 반응이다. 따라서, 구멍 부분(224a)과 제1도관(224)은 제1도관으로 제작된 재료를 녹이기에 충분한 온도에 달한다. 냉각 자킷(228)이 존재하지 않는다면 이 재료는 매우 높은 온도상태로 인해 분해되고 진공화된 봉입물내에서 오염물질의 근원이된다. 이런 오염 물질은 결국 기판상에 오염된 재료가 데포지트 되기 때문에 플라즈마 활성 공정의 질을 떨어뜨린다. 제2도에 도시된 제1도관(224)은 그것의 구멍부분(224a)에 높은 온도 저항이 있고, 스퍼터(sputter) 저항이 있으며, 비교적 양성의 재료로 형성된 보호용 오버코트(230)를 부가한다. 이 보호용 오버코트(230)는 제1도관(224)의 구멍부분(224a)이 높은 온도 매우 강력하고 활성화된 에너지 전달가스의 종에 의해서 그것을 스퍼터링함으로 해서 생기는 분해로부터 제작된 재료를 보호하도록 순응된다.

이하에서 상세히 설명하면 에너지 전달가스로부터 나온 활성종은 제1도관(224)의 구멍부분에 인접한 압축동중 원소로 형성된 일반적으로 깃털(231)모양을 이루며 이 깃털(231)모양은 활성종의 활성영역을 정의한다. 또한, 활성종으로된 깃털 모양의 경계는 제1도관의 내부를 통해 흐르는 가스와 봉입물 내부에 내재하는 압력간 간에 실재하는 압력차에 의해서 지정된다. 제1도관(224)의 표면에 스퍼터된 재료는 깃털(231)모양에 있는 활성종의 질을 떨어뜨린다. 그리고 더 중요한 것으로, 대체로 데포지트된 박막재료의 질은 상당히 저하된다. 그러므로 보호용 오버코트(230)는 높은 온도의 스퍼터링 조건에 저항력이 있는 재료로부터 바람직하게 제작된다. 또한 선택적으로, 결국 데포지트된 막에 혼합하였을 때 비교적 양성적인 재료로 제작된다. 바람직한 실시예에서 흑연은 보호용 오버코트(230)가 제작되는 재료로서 사용된다. 흑연은 높은 온도와 높은 온도의 스퍼터링 공정에 매우 저항성이 있을 뿐만 아니라, 이 장치(10)가 반도체 합금 재료의 데포지션에 사용되었을 때 흑연은 그 데포지트된 반도체 막의 바람직한 특성에 대체로 전기적 양성이다. 상기에서 언급하고 제 2도에서 더 상세히 설명된 바와같이 제1도관(224)은 활성수단(232)인 비어있는 내부로 그것을 통해 흐르는 에너지 전달 가스를 유입하도록 순응되며, 그 활성수단은 상기 장치(226)에 직접 인접하여 위치되도록 한다. 도관 주위에 쌓여진 냉각 자킷(223)이 동심원으로 배치된 제1도관(224)은 상기 활성수단(232)의 측벽(233)에 형성된 구멍(234)에 인접하여 일정간격으로 놓인다. 선호적이고 원형으로 성형된 구멍(234)의 지름은 냉각자킷(228)의 외부 지름보다 더 크며 대략 1/4 내지 1 인치이고, 이것은 스파킹(sparking)이나 그것간의 다른 전기적 결합을 막기 위하여 활성수단(232)인 측벽(233)과 동심원적으로 배치된 제1도관과 냉각 자킷의 주위간에 충분한 절연 공간을 제공하는 동안, 상기 활성수단(232)의 내부로 직접 에너지 전달 가스의 운반을 용이하게 한다. 제 2도에 도시된 실시예에 있어서, 제1도관(224)과 냉각자킷(228)은 실재로 활성수단(232)의 내부에 영향을 미친다(여기서, 상기 언급된 활성 수단은 복사 마이크로파 도포제가 선호적이다). 이것은, 제1도관(224)과 냉각자킷(228)이 마이크로파 에너지에 비전달되는 재료로 제작되는 동안 제1도관(224)이 속이비어있고, 구형으로 형성된 도포제의 내부에 위치된다면, (1) 마이크로파 에너지가 재료에 의해 흡수되거나 아니면 (2) 도포제와 플라즈마에 의해 전달되는 마이크로파 에너지간의 바람직한 결합은 매우 저하된다. 그러나, 제1도관(224)이, 복사 마이크로파 도포제(232)의 측벽(233)에 인접되는 것을 제외하고, 그것의 외부에 위치되기 때문에(제 2도 참조), (1) 그 도포제를 제조하는 비전달 재료가 플라즈마 결합에 간섭하지 않으며 (2) 에너지 전달 가스의 활성종은 주로 상기 제1도관(224)의 말부단에 형성된 구멍(226)의 외부에서 발생된다. 또한, 그것에 부가된 보호용 오버코트(230)로 인하여, 그 도관의 표면재료 분해를 방해한다. 제 3도에 있어서, 도관 주위에 다시 동심원적으로 배치된 냉각자킷(328)을 지니며, 도면번호가 “324”인 제1도관의 바람직한 제 2 실시예를 설명한 것이다. 제 2도의 실시예와 대조하면 제 3도는 석영과 같은 마이크로파 전달 재료로부터 제조된 제1도관(324)과 냉각자킷(328)을 도시한다. 석영으로 형성된 제1도관(324)은 그것내에서 발생되는 상승된 온도에 잘 견디도록 더욱 한정시킬 수 있기 때문에 제 3도의 실시예에서 냉각자킷(328)은 주요한 역할을 한다. 제1도관(324)의 장치(326)는 제1도관(324)의 나머지 지름에 관한 지름으로 바람직하게 축소된다. 그러므로, 구멍(326)의 지름은 전형적으로 약 0.5에서 1 밀리미터의 범위로 되며(도관의 지름에 대해 0.5 내지 3 밀리미터와 비교됨), 동시에 구멍(326)으로 한정된 도관의 길이는 전형적으로 대략 0.5 내지 2 밀리미터이다. 구멍(326) 지름의 이런 한정은 제1도관(324)을 통해 유출하는 에너지 전달가스의 압력이 구멍에 인접한 쵸크 모드에 도달되도록 하기위해, 예컨대 에너지 전달가스가 제1도관에 그러한 가스로 실재하는 것같이 대체로 음속도에서 그것을 통해 유출하는 것을 확인하기에 충분한 레벨에 도달되도록 하기 위해 필요하다. 이와같은 방법으로 그 구멍(326)에 존재하는 압력은 실제상 최소한도의 파센 곡선에서 동작하도록 컨트롤될 수 있다. 높은 온도의 플라즈마 영역(336)은 주로 도관의 내부에 형성되고 거기에서 재료의 화학증기 데포지션을 일으킨다. 제 3도의 실시예에서, 제1도관(324)과 냉각자킷(328)은 실재로 복사 마이크로파 도포제(332)의 비어있는 내부구멍에 쭉 뻗쳐져있다. 이것으로 인해 에너지 전달가스의 활성종을 발생시키는 것이 그 제1도관(324)내에서 생기도록한다. 그러므로, 냉각자킷(328)을 통해 순환된 냉각 매개체는 제1도관(324)과 냉각자킷(328)으로부터 제작된 재료같이 실질적으로 전달 마이크로파가 바람직하다. 선택적으로 냉각 자킷과 제1도관의 지름간의 차는 순환 냉각 매개체가 매우 큰 비율의 마이크로파 에너지를 흡수할 수 없도록하기 위해 비교적 작게 만들어진다. 바람직한 마이크로파전달 냉각 매개체는 실리콘 오일과 프레온을 포함한다. 활성종(336)의 높은 온도 플라즈마 영역은 제1도관(324)의 구멍부분(324a)내에서 주로 형성되는 동안 (플라즈마 영역은 복사 마이크로파 도포제(332)내부에 배치된다), 혀모양의 플라즈마(336a)는 구멍(326)을 지나서 복사 마이크로파 도포제(332)의 내부로 확장되고 봉입물은 에너지 전달가스의 유출속도와 제1도관내의 에너지 전달가스 압력과의 함수이다. 혀(336a)모양은 제1도관의 외부에 있는 깃털모양의 활성종(331)을 점화하여 유지하는 “보조점화(pilot light)”로 작용한다는 것을 나타내는 것이 중요하다. 이 보조점화는 제 3도의 실시예가 마이크로파 전달 (수정) 도관을 이용하고 비교적 적은, 예를 들면 약 2킬로와트이하인 마이크로파 에너지의 파워레벨에서 작동되어져야하기 때문에 필요하다. 완전무결합 수정재료를 보호하는 동안 이 파워레벨은 다른 방법으로 깃털(331)모양을 점화하기에 불충분하다. 그 보조점화는, 활성종의 플라즈마를 개시하여 유지시키기에 필요한 파워가 두 요소 만큼 감소시키기 위하여 이온의 부가 소오스를 제공하여 준다. 제1도관(324)의 구멍부분(324a)은 마이크로파 도포제(332)내에 배치되기 때문에 에너지 전달가스로부터 나온 활성종은 주로 상기 제1도관(324)의 내부에 발생된다. 특히, 활성영역(336)은, 마이크로파 도포제(332)내에 주재하는 제1도관(324)의 그 구멍부분(324a)에 형성된다. 활성 영역(336)내의 활성종 발생으로 제공된 매우 강렬한 에너지로 인해, 제1도관으로부터 제조된 재료(특히 구멍부분(326)에 인접한)는 그것으로부터 내부지름을 점차 스퍼터링함으로써 그 질이 떨어질 수 있다. 제1도관이 수정으로 제조된 경우에 있어서, 구조상 완전 무결한 도관(324)을 약하게 하고 구멍(326)의 크기를 증가시키는 스퍼트된 수정은 데포지트된 박막재료의 질을 떨어뜨린다. 그러므로, 제 3도의 실시예는 사용된 마이크로파에너지의 파워레벨이 비교적 작은 예를 들면 2킬로와트 이하인 그런 예로 단지 사용될 수 있다. 또한, 제1도관(324)과 동심원적으로 배치된 냉각자킷(328)은 복사 마이크로파 도포제(332)의 측벽(333)에 형성된 구멍(334)을 통해 쭉뻗쳐져있으며, 이러한 것은 제1도관의 말부단이 마이크로파 도포제(332)의 비어있는 내부를 통하여 대략 통로의 반에 위치되게 한다. 본 실시예서, 제1도관(324)과 냉각자킷(328)이 유전체 재료로 제작되었기 때문에 도포제와 냉각자킷의 외부지름간의 갭을 유지하는 것이 필요치않다(제 2도의 실시예에서 도시된 것과같음). 그 도포제(332)내로 전달된 마이크로파에 관하여 제1도관(324)의 그러한 효과의 데포지션으로인해 활성 영역은 효과적으로 상기 구멍(326)의 내부에서 일어난다(“보조점화”가 그것으로부터 외부에 있는 혀모양의 활성종을 점화하는데 도움을 줄지라도). 다시 제1도로 돌아가서, 데포지션 장치(10)는 전술한 마이크로파 도포제(28)를 포함하며, 이 도포제는 제1도관(24)을 통해 유출하는 에너지 전달 가스에 2.45 GHz를 가진 전자계 에너지를 가하도록 순응도니다. 이 도포제(28)가 복사 마이크로파 도포제로 표시되는 동안 상기 도포제는 마이크로파에너지 R.F 에너지 저주파 A.C 에너지 또는 레이저를 펄스로한 고강도의 형태인 광에너지로 본래 구성된 그룹으로부터 선택된임의 형태인 에너지를 가하기 위해 선택된다. 그러나, 미리 언급한 바와같이 마이크로파 에너지가 활성종의 고밀도 큰 부피를 가진 플라즈마를 가장 효과적으로 제공하기 때문에 그 도포제(28)는 마이크로파 도포제 선호적으로 2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파 파워가 적어도 1.0 킬로와트이고 마이크로파 파워가 5.0 킬로와트를 전달하는데 순응된 복사마이크로파 도포제(느린파 도포제에 대항됨)로서 바람직하게 형성된다. 제 1도에 도시된 바와같이 상기 도포제(28)는 제1도관(24)으로부터 봉입물로 유입된 에너지 전달 가스에 마그네트론(도시되지 않음)으로부터 나온 마이크로파 에너지를 전달하도록 순응된 연장되고 속이비어 있으며 통상 구형으로 성형된 구리 도파관 구조이다. 상기 도파관 구조인 도포제(28)는 마이크로파 전달 창(29)을 통해서 상기 봉입물(12)에 들어가며, 이 창은 봉입물의 배면(12c)에 봉입된 진공상태이다. 이런 형태의 진공상태로 봉입한 창(29)은 참고로 본 명세서를 구체화시킨 명세서로서 1988년 4월 8일에 제출되었으며 일반적으로 부여된 미국 특허출원 일련번호 제 179,617호에서 완전히 기술되었다. 마이크로파 도포제(28)는 그 창(29)의 위, 내부판(29a)에 위치해있다. 유입된 에너지 전달 가스에 유입된 마이크로파 에너지를 결합하는 기능을 이루기 위하여 제1도관(24)은 에너지 전달 가스를 받기위한 도파관(28)의 측면(32)에 형성된 구멍(30)을 통해서 쭉 뻗쳐진다. 그러므로 구멍(30)의 구조와 기능은 제2도와 제3도에 도시되고 설명된 것과 동일하다. 따라서 구멍(30)은 깃털모양의 활성종이 상기 도포제(28)의 내부로 확장되도록 하기위해 제1도관(24)의 구멍부분(24a)에 인접하여 형성된 그 속에 있는 활성 영역(34)으로 통과된 에너지 전달 가스와 제1도관(24)의 운반을 손쉽게 하도록 순응된다. 복사 마이크로파 도포제(28)은 또한, 그 구멍(30)에 형성된 면(32)에 대항하여 그것으로부터 그 면(35)에 형성된 절취면(36)을 포함한다. 이 절취면(36)은 구멍(30)의 지름보다 더 큰 지름을 가지며, 바람직하게는 그런 활성종을 가지지 않는 깃털 모양의 활성 종에 관한 압제 동중 원소(제 2도의 (231a - 231c)와 제 3도의(331a - 331c))가 팽창되는 운동을 제공하기 위하여 적어도 약 2인치의 지름을 갖는 것이 매우 많은 마이크로파 도포제 재료의 질을 떨어뜨린다. 그러므로 도포제의 절취면(36)은 상기 도포제(28)내로부터 나온 에너지 전달가스의 활성종에 대한 직접적인 도피의 수단을 제공하는데 순응된다. 그 마이크로파 도포재(28)는 또한 진공화된 봉입물(12)의 내부로 사용되지 않는 마이크로파 에너지의 도피를 방해하기위한 폐쇄된 단판(40)를 포함한다. 그 도포제(28)로부터 면(35)에 형성된 절취면(36)의 최대 크기는, (1) 열린 곳이 작으면 작을수록, 더욱더 재료는 그것으로부터 멀리 에치되고, 더욱더 마이크로파는 한정되지 않으며 반면에 (2) 열린곳이 크면 클수록 보다 적게 그것으로부터 에치되고 더욱더 봉입물로 마이크로파가 새어나오지 않는다. 절취면(36)은 또한 마이크로파를 흡수하거나 반사하는 스크린이나 마이크로파 에너지가 봉입물에 들어가는 것을 방해하도록 순응된 다른 수단을 포함한다. 이것은 제1도관내에 있는 에너지 전달 가스의 압력과 봉입물의 압력간의 차동압력은 적어도 5배의 전술한 요소에 접근하도록 감소된다. 데포지션 장치(10)는 또한 봉입물(12)내에 효과적으로 배치하며 활성 영역에 존재하는 전자에 대한 직접노출로부터 거기에 데포지트하는 상기 박막 재료를 방해하기에 충분한 그 영역(34)으로부터 떨어진 거리에 일정간격을 두도록하되, 적어도 멀리 위치하고 통상 평면적인 하나의 기판(50)을 포함한다. 그 장치(10)은 또한 가열하고 또는 기판(50)에 전기적 또는 자기적 바이어스를 가하도록 순응된 수단(52)을 포함한다. 그러나, 열이나 바이어스의 사용은 본 명세서에 기술된 발명을 실행하는데 필요치 않다.

바람직한 실시예에 있어서, 기판(50)은 활성영역(34)에 발생된 융제의 활성종이 그위에 데포지트되기 위해 제1도관(24)과 대체로 정렬되도록 효과적으로 배치된다. 바람직한 실시예에 있어서, 장치(10)는 또한 연장되고 속이텅빈 제 2도관(60)룰 갖추게 되며, 이 도관은 이것으로부터의 말단부(60a)에 형성된 적어도 한 개의 구멍(62)을 가진다. 제 2도관(60)의 구멍이 뚫린 단(60a)은 봉입물(12)의 상벽(12b)을 통해서 쭉뻗쳐지고 구멍(62)은 상기기판(50)에 가깝게 한정하도록 하기위해 그것의 내부로 쭉뻗쳐진다. 제 2도관(60)은 상기 기판(50)에 인접하여 제작된 충돌 영역(65)으로 소오스(도시되지않음)로부터 나온 전구물질 데포지션가스의 유출을 전달하도록 순응된다. 전구물질 데포지션 가스는 전형적으로 실리콘을 포함하는 가스, 게르마늄을 포함하는 가스, 탄소를 포함하는 가스 및 그것의 조합으로 본래 구성된 그룹에서 선택된다. 바람직한 전구물질 데포지션 가스의 특수한 예는 여기에 한정되는 것은 아니지만, SiH₄, SiF₄Si₂H₆, GeH₄, GeH₆, GeF₄, CH₄, C₂H₆및 그것의 조합을 포함한다. 앞서 언급한 바와같이, 전구물질 데포지션(또는 에칭액) 가스는 제 2도관(60)에 의해서 충돌 영역(65)로 유입된다. 이 충돌 영역(65)은 이러한 활성 종이 상기 활성 영역(34)으로부터 기판(50)으로 통제되는 것과같이 에너지전달 가스로된 활성종의 이동통로에 배치된다. 이러한 방법에 있어서, 활성 영역으로부터 나온 활성종은 강력주입된 바람직한 데포지션 종을 제조하기 위해 상기 종이 상기 데포지션 가스와 충돌하고 상호작용하는 충돌 영역(64)으로 통제된다. 충돌 영역(64)은 다른 활성종이나 충돌 영역에 형성된 다른 데포지션 종과 다수충돌을 만나지 않고서 충돌 영역(64)에서 제조된 바람직한 데포지션 종이 기판(50)의 전표면위에 균일하게 데포지트하도록 선택된 상기 기판(50)으로부터 떨어진 것리에 배치되어야 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 봉입물이 비어있는 압력은 유리기 데포지션종을 위한, 대략 1 - 15㎝인 중간 유리 궤도를 제공한다. 그 결과, 충돌 영역으로부터 1 - 15㎝ 떨어진 거리고 기판에 일정간격을 둠으로써, 그것으로 부터의 전표면은 균일한 박막 재료로 덮히게 된다. 박막 재료가 데포지트된 기판의 크기가 증가함에 따라 봉입물의 압력은 중간 유리 궤도의 길이를 상당히 증가시키기 위하여 감소되어져야한다. 에너지 전달가스의 활성종은 기판과 충돌하여 생긴 임의의 이온 종을 포함하여 데포지트하는 박막에 이롭지 않기 때문에, 이온종을 가진 기판의 충돌이 대체로 감소되는 활성영역에 관하여 기판을 비스듬히 하는 것이 가능하다. 또한 이와같이 기판을 비스듬히하는 것은, 강력 주입된 데포지션 종의 중간 유리 궤도가 영향을 받지않기 때문에 데포지션 속도를 감소시키지 못한다.

고 플럭스의 활성종을 제조하는 방법

상기에 기술된 장치는 본 발명의 원리를 이행하기 위해 특별히 순응되도록 할당되는 반면에 본 발명의 장치에 대한 수정된 다른 실시예는 동등한 잇점을 가지고서 사용되며 본 발명의 해당 범위를 한정하는 특유의 장치보다는 오히려 방법실시예 관한 것이다. 그러나, 본 명세서에 기술된 방법에 관한 효과적인 개념의 실시를 더 상세히 설명하기 위하여 전술한 장치를 간헐적으로 사용한다. 본 발명의 한 실시예에 관한 가장 일반적인 견지에서, 비워진 봉입물의 내부에 위치된 활성 영역내의 에저니 전달 가스로부터 나온 고 플럭스와 고밀도의 활성 종을 발생시키는 새로운 방법을 기술하는데 있다. 그때 에너지 전달가스로부터 나온 고 플럭스의 활성종은 단지 바람직하게 강력 주입된 고밀도의 데포지션/에칭액 종을 산출하기 위하여 충돌 영역의 전구 물질 데포지션/에칭액 가스와 격렬하게 상호작용하도록 통제되며 여기서 강력하게 주입된 종은 활성영역에 대하여 일정간격으로 위치한 기판의 노출된 표면과 반응한다. 선택적으로 에너지 전달가스로부터 나온 고플럭스의 활성종은 멀리 위치한 기판의 표면에 직접 반응하기위해 사용된다. 제 1의 방법에 있어서, 본 발명은 그러한 고 플럭스의 활성종을 발생시킬 수 있는데 있으며, 여기서 활성종은 그의 에너지를 잃지 않고서 원격장소로 이동하도록 순응된다. 본 발명의 방법을 실시하는데 요소가 되는 주요한 파라메타의 특성을 제공하기전에 본 발명의 “새로운” 원격여기 공정이 지금까지 그 분야에서 다른 숙련된 연구자에 의해서 사용된 원격여기 공정과 어떻게 다른지에 대한 어려운 질문을 받게된다. 다음에 기술하게될 그 질문에 대한 답으로는 제1도관을 통해 유출되는 에너지 전달가스와 진공화된 봉입물에 내재하는 압력간의 주요한 차동 압력을 사용한다는 것이다. 본 발명자가 알고있는 연구자들이 발표한 다른 모든 업적뿐만 아니라 루코브스키 박스와 쉬미주박사로부터 본 명세서에 기술된 업적을 구별하는 것이 바로 이런 차동압력이다. 불운하게도 그것은 본 명세서에 기술된 고플럭스의 활성종을 발생시키기 위하여 존재해야하는 차동 압력에 관한 수치값을 평가하기위해 고려되어져야 하는 모든 데포지션/에치 파라메타들로 인해 불가능하였다. 본 명세서에 기술된 여기 공정에 있어서 그리고 존재하는 차동 압력으로 인하여 깃털모양의 활성종에 의해 차지되는 부피는 구조상 한정됨이 없이 전자기 에너지가 봉입물에 작용하는 부피에 한정하지 않는다. 다른 모든 원격 또는 직접 여기 공정의 그것과 현격한 대조에 있어서, 플라즈마 영역과 데포지션 영역이 대체로 동일한 압력에서 유지되기 때문에 에너지 전달가스로부터 나온 활성종의 플라즈마에 의해 차지되는 부피는 전자기 에너지에 의해 차지되는 부피는 전자기 에너지에 의해 차지되는 공간부피에 대체로 같은 부피로 퍼지도록 구조상의 벽에 의해 한정된다. 물론 전자기계의 부피에 비하여 플라즈마부피의 이런 차동압력은 또한 에너지 전달 가스의 유출이 기계를 작용시키는 범위에 의해 고갈되지않도록 충분한 정도에 따르는 압력이다. 본 발명이 선행기술과 구별되는 제 2의 방법은 에너지 전달가스가 유출하고

봉입물로 유입되는 제1도관내에서 쵸크 상태를 유지시킴에 있다. 이러한 쵸크 상태는 에너지 전달가스의 속도가 음속임을 결정하며 그것으로써 그것으로부터의 활성종에 지향성 모멘트를 준다. 그러한 동작방법에 있어서 본 발명의 방법은 제 1도를 참조하여 일반적으로 기술된 형태인 진공화된 봉입물 또는 내실에서 이루어진다. 진공 봉입물은 제1도관의 내부에 대체로 음유속을 가진 에너지 전달가스와 함께 에너지 전달가스로부터 나온 활성종의 플라즈마의 부차적인 개시와 유지를 고려하는 봉입물의 압력으로 맨처음 비워지며 여기서 플라즈마는 파센 곡선의 실제 최소치에서 발생하도록 신중히 컨트롤되어진다. 그러므로 그것으로 일정하게 유입되는 고유출속도의 에너지 전달가스에도 불구하고 저압력으로 봉입물을 비워지도록 매우 강력한 펌프를 선택하는 것이 중요하게 된다. 바람직한 한 실시예에 있어서 그 펌프는 약 50 토른이하의 압력으로 봉입물을 비우고 유지할 수 있으며 그 압력이 임의로 주어진 값에 한정될 필요는 없지만 대략 0.01에서 10 밀리 토르의 범위가 바람직하다. 그러므로, 각각의 파라메타(이것은 고플럭스의 활성종을 이루게한 다음 매우 많은 그러한 활성종이 멀리 유입된 전구물질의 데포지션/에칭액 가스 모두를 대체로 여기시키는 것에 관한 것임)는 종속되지않고 컨트롤될 수 있다. 첫째로, 마이크로파 도포제의 파워는 고플럭스의 활성종을 제공하도록 컨트롤될 수 있다. 둘째로, 어떠한 구조상의 한정도 실재하지 않으며 에너지 전달가스의 유출속가 음속이기 때문에, 충돌 영역에 도달하기 전에 벽과 활성종의 충돌로 인한 활성종의 손실은 대체로 제거되며 상기 충돌 영역에 전달된다. 셋째로, 실질적인 차동 압력 때문에 전구물질의 데포지션./에칭액 가스가 다시 확산되는 것을 제거한다. 넷째로, 저 압력은 강력주입된 데포지션/에칭액 종과, 기판상에 그러한 종을 데포지트하기 전의 모든 다른 입자간의 다수충돌을 방지하는 길이가 긴 중간 유리궤도를 제공한다. 이하 상세히 설명하면, 진공화된 봉입물의 내부로 그중에서도 특히 에너지 전달 가스가 유입되며, 이 유입은 제1도관에 의해서 이루어지고 또한 이 도관은 그것의 말단부에 형성된 구멍을 적어도 한 개 가지는 것이 바람직하다. 에너지 전달가스는 전형적으로 희유가스, 수소, 메탄, 에칭액가스 및 그것으로 조합된 것으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 에너지 전달 가스는 헬륨을 사용하며, 이것은 상당히 여기되었을 때 영속하는 활성종을 생기게 한다. 부가해서, 에너지 전달가스는, 여기에 국한되지는 않지만, O₂, NM₃, N₂, NH₄, H₂, CH₄, PH₃, PH₅, BF₃, BF₅, B₂H₆, BH₄및 그것으로 조합된 것을 포함하는 많은 희석 또는 도우핑 가스를 포함한다. 희석 또는 도우핑하는 가스의 기능은 데포지트된 막에 혼합된 원소의 소오스를 제공하는데 있다. 예를들면 실리콘 : 게르마늄 합금 재료의 박막이 일정한 간격으로 배치된 기판에 데포지트되어 있다면, 그 막은 에너지 전달가스의 유출로 BF₃와 같은 소량의 P형 도우핑가스를 부가함으로써 다소 P형으로 되게한다. 선택적으로, SiOx재료를 전연층으로 데포지트함에 있어서, 에너지 전달가스의 유출에 내지하는 소량의 산소를 포함하는 것이 필요하다. 이러한 것을 조성함에도 불구하고, 에너지 전달 가스는 상기 제1도관을 통해서 상기에 기술한 바와같이 복사 마이크로파 도포제내에 바로 내재하는 활성 수단에 직접 인접하는 뾰족한 단에 전달된다는 것이 중요하다.

활성에너지가 A.C 에너지, R.F 에너지, 마이크로파 에너지, 광활성에너지 및 그것으로 조합된 것으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 반면에, 바람직한 실시예에 있어서, 그 활성에너지는 마이크로파를 사용하며 그 활성수단은, 진공화된 봉입물의 내부로 쭉뻗은 전술된 복사 마이크로파의 도파관과 같은 복사 마이크로파의 도포제이다. 복사 마이크로파의 도포제는 2.45 GHz의 주파수에서 마이크로파의 파워가 약 1 - 10 킬로와트를 제공하도록 순응된다. 에너지 전달가스는 제1도관의 구멍으로부터 유출되어, 마이크로파 도포제의 측벽에 형성된 열려진 구멍을 통해 상기 도포제의 비워있는 내부에 적어도 부분적으로 위치한 활성영역으로 전달된다. 이 활성영역은 에너지 전달가스로부터 나온 깃털모양의 활성종이 형성된 그러한 영역으로 분명히 한정된다. 봉입물에 내재하는 압력에 관하여 제1도관에 실재하는 고유출속도의 에너지 전달가스는 또한 그 전달가스로부터 나온 깃털 모양의 활성종에 의해 차지된 압력을 한정하도록 제공하는 일련의 동심압력에 대한 동증원소로 한정한다. 에너지 전달가스는 적어도 약 100SCCM의 유량 속도로 제1도관에 의해 전달되는 것이 바람직하며 더 바람직하게는 대략 100 - 2000 SCCM 상이의 유량속도를 취한다. 이러한 방법에 있어서, 봉입물내에 실재하는 압력(대략 50 토르이하이며, 0.1 - 10 밀리토르가 바람직하다)과 제1도관의 구멍에 가장 가까운 에너지 압력(이 압력은 대략 10 - 30 토르만큼높게 된다)간에 대략 5배의 차가 나는 요소의 바람직한 차동압력을 유지하는 것이 가능하다. 임의로 주어진 동증원소내의 압력은 제1도관의 구멍으로부터 떨어진 거리에 따라 감소한다. 그결과, 임의로 주어진 압력에서 파센곡선의 기울기는 압력이 결정된 활성영역의 경계선을 제공한다. 부가해서, 제 4도에서와 같이 깃털모양의 주어진 부피에 내재하는 에너지 전달가스로부터 나온 활성종의 압력은, 그러한 형태의 플라즈마를 형성하도록 사용된 파워 레벨을 결정한다. 그러한 점을 고려해서 제 4도는, 부피가 변함에 따라 차지하는 플라즈마를 개시하고 유지하는 일련의 구체적인 파센커브(1에서 4까지 번호를 붙임)를 도시한 것이다. 주어진 동중원소에 내재하는 에너지 전달가스로부터 나온 활성종의 압력은 곡선 (1)그래프의 가로축을 따라 ㎜-Hg(여기서 1㎜Hg = 1토르)로 기입되고 사용된 자계의 세기는 세로축을 따라 Volts/㎝로 기입된다. 예를들면, 곡선 (1)은 2.54㎝인 지름(L)이 주어졌을 때 계산될수 있는 부피, 대개 구멍의 깃털모양을 압력/파워 통제를 나타낸 것이다. 그것은 최소효율에서 작동시키는 것이 중요할 뿐만아니라 파센곡선의 최소치에서의 작동도 그곡선에서 이탈하여 떨어지지않으며 플라즈마가 소멸됨이 없이 압력의 변형을 부수적으로 할 수 있다. 예를들면, 파센곡선(1)의 실질적인 최소치에서 작동시키기 위하여, 대략 10토르의 압력과 대략 40 Volts/㎝의 파워레벨을 필요로 한다. 수정한 압력 - 파워통제를 선택하여 동작되도록 함에 있어서 분리된 연속 파센곡선에서 벗어나서 적당한 부피의 깃털모양과/또는 구멍크기를 선택하는 것이 필요하다. 이러한 부피를 선택함에 있어서, 제 2도로 설명하면, 깃털모양의 활성종(231)은 도면번호 “231a”에서 “231c”와 같이 실제로 동심원적이며 구면적인 복수의 압력을 가진 동중원소로 만들어진다. 봉입물로 유입된 에너지 전달가스의 압력은 그구멍(226)의 입과같은 부분에 유입된 뾰족한 단으로부터 주어진 방사거리에 걸친 이면압력과 실제로 동일하게 된다. 예를들면 내부의 구면 동중원소는 10토르의 압력강하를 나타내며, 그의 구면 동중원소와 외부의 과립동중원소(231c)간에 한정된 환상 동중원소는 또한 차동압력이 동등하게 될 때까지 10토르 등의 또다른 압력강하를 나타낸다. 물론, 차동압력이 충분히 작게될 때, 깃털모양의 경계선은 한정되며 활성종의 밀도는 활성종의 이면밀도의 내로 썩인다. 봉입물을 비운다음, 복사 마이크로파의 도포제에 의하여 마이크로파 에너지의 전자기계를 사용하여 충분한 에너지 전달가스의 유출(여기서, 봉입물의 압력과 전자 기계의 파워에 관련함에 있어서)을 유입시키는 것이 활성영역에 내재하는 고밀도의 에너지 전달가스로부터 나온 활성종의 플라즈마를 점화한다. 그결과, 에너지 전달가스로부터 나온 활성종은 제 1도에 도시된 충돌영역(65)으로 전달된다. 에너지 전달가스로부터 나온 그 활성종은 사실상 제1도관으로부터 여기된 에너지 전달가스의 고 유출속도로 인해 충돌영역으로 운반된다. 유출속도가 에너지 전달가스에 전하는 속도는 적어도 처음부터 음속이고, 경우에 따라서, 상기 활성종의 열속도와 적어도 같은 크기로 있어야 한다. 즉, 에너지 전달가스에 부여된 지향성 운동량이 열적속도와 같거나 그보아 더 크다면, 지향성 운동량은 봉합물에 존재하는 낮은 압력으로 감소된다. 충돌영역의 장소는 제 2도관에 의해 한정되며, 이 도관은 거기의 말단부에 배치된 구멍을 적어도 한 개 가진다. 여기서, 그 도관의 말단부는 진공화된 봉입물의 내부로 쭉 뻗쳐져 있으며 기판에 가장 가깝게 경계를 짓는다. 제 2도관의 기능은, 에너지 전달 가스로부터 나온 활성종이 강력주입된 데포지션/에칭액 종을 발생시키는 전구물질과 상호작용하도록 충돌영역으로 그 전구물질의 데포지션/에칭액 가스를 전달하는데 있다. 그 충돌영여게 전달된 바람직한 전구물질의 데포지션 가스는, 여기에 한정되는 것을 아니지만 실리콘을 포함하는 가스 게르마늄을 포함하는 가스, 탄소를 포함하는 가스 및 그것의 조합을 포함한다. 바람직한 에칭액가스는 NF₃, CF₄, 불화탄소, 염화탄소 및 그것의 조합을 포한한다. 전구물질의 데포지션/에칭액가스는 전형적으로 적어도 약 10 SCCM 사이의 유량속도를 가지는 것이 바람직하고 약 25와 100 SCCM간에 선호적인 유량속도를 가지며 대략 40 SCCM의 유량속도를 가지는 것이 가장 선호적이다. 그 충돌영역에 있어서, 에너지 전달가스로부터 나온 활성종(예컨대, 헬륨)은 다음과 같은 방법으로 전구물질의 대포지션종(예컨대, 실란)과 상호작용한다.

He^*+ SiH₄...... SiH₃+ H + He

그때 결과로써 생긴 SiH₃ ^*와 H는 충돌영역으로부터 이동하며 기판의 노출된 표면에 데포지트된다. 여기서 기판은 강력주입된 데포지션종이 지나는 중간 유리궤도의 길이에 있는 충돌영역으로부터 떨어진 거리에 위치된다. 그 강력주입된 데포지션종의 중간 유리궤도는 강력주입된 데포지션(또는 에칭액)종 이 결정된 어느 하나의 다른 데포지션 속도는 선택되고, 에너지 전달가스로부터 나온 깃털모양의 주어진 부피를 가진 활성종이 개시됨에 있어서 주요한 다른 파라메타들의 각각은 같은 방법으로 결정된다. 상기에 기술된 바와같이, 제1도관을 통해 에너지 전달가스의 유량속도는 표면적이 약 100㎠인 기판상에 강력주입된 데포지션종의 균일한 데포지션을 위한 진공화된 봉입물의 압력과 에너지 전달가스간에 적어도 약 5배수의 차동압력을 만들기에 충분해야한다. 그러므로, 중간 유리궤도의 필요한 길이를 알기위하여 봉입물의 압력이 선택되고 그 압력은 에너지 전달가스가 봉입물의 압력과 제1도관내에서의 유출간의 중요한 차동압력을 유지하도록 봉입물에 유입되야하는 가능한 유량속도의 범위를 지시한다. 또한 이것은 에너지 전달가스의 그 유량속도에서 음속 유량을 제공하는 구멍의 크기를 결정한다. 주어진 압력에 대한 에너지 전달가스로부터 나온 사용가능한 유량속도의 범위를 기술할 경우, 주어진 활성종의 부피에 대하여 동작하도록 최적화된 파워/압력 통제를 결정하기위해 제 4도에 도시된 파센 곡선으로 설명할수 있다. 주어진 파워/압력/구멍의 크기를 통제함에 있어서, 활성종을 형성하돌고 여기 되어지 에너지 전달가스의 대략적인 배분율을 결정할수 있다(예를들면, He^*인 활성종을 촉진시켜서 된 He의 전형적인 범위는 1 내지 5% 임). 이러한 백분율로 알수 있는 것은, 조종자가 충돌영역으로 전구물질 데포지션/에칭액가스의 유량속돌를 조절할수 있으며, 그로 말미암아 강력주입되 데포지션 종과 전구물질의 데포지션/에칭액 가스간에 존재할 수 있는 다수의 충돌을 피하도록 전구물질의 가스분자에 대한 He^*의 비가 최대로 될 수 있다는 것이다. 올바른 견해로 본 발명의 중요성을 인식시키기 위하여, 본 명세서에 기술된 원리를 이용한 본 발명자들은 (1) 450°A/S 만큼 높은 속도에서 고품질의 비정질 실리콘 합금재료를 데포지트하고(R.F PECVD 공정보다 더 높은 크기의 두 대형과 마이크로파 PECVD 공정 보다 더 높은 5배의 요소) (2) 광도전을 크기의 4 내지 5 대형을 표시하는 실리콘 합금재료를 데포지트하며, 결핍 상태의 밀도가 약 10¹⁶결핍/㎝^-3/ev 로 특징되는 실리콘 합금을 데포지트하였다. 또한 본 발명자는 스피드 된 도파관이나 흑연재료의 가치를 떨어뜨리도록 조정된 향상을 충족시키는 것과같은 그러한 향상에 정진할 것 이라고 믿는다. 예를들면, 마이크로파 도포제의 절취면에는 데포지트된 막에서 구리의 존재를 감소시키도록 도금된 니켈이 있다. 결과적으로 막의 질이 개선되었다.

본 발명의 기술을 완결짓기전에 본 명세서에 기술된 방법을 이용하여 “중요한” 데포지션속도가 가능하였을 뿐만아니라 유지돼야하는 “중요한” 차동압력은 오히려 임의적으로 선택되었다. 그 차동압력이 봉입물의 압력 기판의 크기 제1도관에 잇는 구멍의 크기 인가된 파워의 양 사용된 가스등과 같은 파라메타에 종속되기 때문에, 일반적인 어떠한 값도 계산될수 없다. “5배의 요소에 대하여”의 값은 선택되어지며 그것은 실질적으로 보편적인 진상을 규명하는데 매우 중요하기 때문에 청구범위에서 기술되었다. 그러나, 본 발명자들은 더 광범위한 원리에 의해서만 한정되도록 하였으며, 그 특별한 수치를 표시하지 않았다.

Claims (29)

1. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면(background) 압력으로 유지하는 단계, 제1도관(24, 224, 324)에 형성된 적어도 하나의 구멍(26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 에너지 전달 가스(A)를 도입시키는 단계, 상기 에너지 전달 가스를 활성화 영역(36)에서 활성화시켜 상기 에너지 전달가스로부터 활성종의 고밀도의 깃털모양(plum)(34, 231, 331)을 형성하는 단계, 및 전자(electron)의 손실을 실질적으로 저지하기에 충분한 거리만큼 상기 활성화 영역으로부터 일정 간격으로 이격 배치된 기판 수단(50)을 상기 봉입물의 내측에 효과적으로 배치하는 단계를 포함하며, 상기 제1도관의 구멍주위의 압력과 상기 봉입물의 이면 압력사이에 실질적인 압력차가 유지되도록 상기 제1도관을 흐르는 에너지 전달가스를 국부적으로는 고압으로 되게하기 위하여 상기 제1도관의 구멍 부근에 쵸크(choke) 상태를 형성하는 것을 특징으로하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
2. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면 압력으로 유지하는 단계, 제1도관(24, 224, 324)에 형성된 적어도 하나의 구멍(26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 에너지 전달 가스(A)를 도입시키는 단계, 상기 에너지 전달가스를 활성화 영역(36)에서 활성화시켜 상기 에너지 전달 가스로부터 활성종의 고밀도의 깃털모양(plume)(34, 231, 331)을 형성하는 단계, 상기 고밀도의 활성종이 전구물질(precursor) 데포지션 가스와 충돌하여 상기 전구 물질 데포지션 가스의 고밀도의 여기된(energized) 데포지션 종이 생성되는 충돌 영역을 한정하도록 상기 활성화 영역에 대하여 일정간격으로 배치된 도입점에서, 제 2도관(60)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 전구물질 데포지션 가스를 도입시키는 단계, 및 전자의 손실을 실질적으로 저지하기에 충분한 거리만큼 상기 활성화 영역으로부터 일정간격으로 이격 배치된 기판수단(50)을 상기 봉입물의 내측에 효과적으로 배치하는 단계를 포함하며, 상기 제1도관의 구멍주위의 압력과 상기 봉입물의 이면 압력사이에 실질적인 압력차가 유지되도록 상기 제1도관을 흐르는 에너지 전달 가스를 국부적으로는 고압으로 되게하기 위하여 상기 제1도관의 구멍 부근에 쵸크상태를 형성하는 것을 특징으로하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 구멍에 인접한 에너지 전달가스의 압력을, 파센(Paschen) 곡선(1, 2, 3, 4)의 실질적인 최소값에 있는 파워(power) - 압력- 구멍 사이즈 조건에서 상기 에너지 전달가스로부터 플라즈마를 일으키기에 충분한 압력으로 제공하도록, 상기 제1도관을 흐르는 에너지 전달 가스의 유량을 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 구멍에 인접한 전자(電子)의 체류시간을 연장함에 따라 상기 구멍에 인접한 활성종의 밀도도 증가시키는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 구멍에 인접한 전자의 체류시간을 연장시키도록 자계(magnetic field)를 형성하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 제1도관을 냉각시키는 수단(228, 328)을 제공하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
7. 제2항에 있어서, 주로 수소, 희유가스, CH₄, 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 상기 에너지 전달가스를 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
8. 제2항에 있어서, 주로 실리콘 함유 가스, 탄소 함유 가스, 게르마늄 함유 가스, 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 상기 전구물질 데포지션 가스를 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 에너지 전달 가스의 활성종에 의해 등압선(231a, 231b, 231c, 331a, 331b, 331c)의 깃털 모양이 형성되도록, 상기 봉입물내의 이면 압력을 상기 제1도관의 구멍 근방의 압력보다 적어도 5배 작게 유지하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
10. 제2항에 있어서, 상기 이면 압력과 상기 제1도관의 구멍에 인접한 압력사이의 압력차를 조절함으로써, 상기 활성종의 깃털모양의 체적을 조절하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 제공되 에너지 전달 가스에 대한 파센 곡선의 실질적인 최소값이 생기는 압력의 약 1/2의 등압선을 상기 제1도관의 구멍부분의 근방에서 유지하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
12. 제2항에 있어서, 처음에는 음속에 가까운 속도를 상기 활성종에 제공하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
13. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면 압력으로 유지하는 단계, 제1도관(24, 224, 324)에 형성된 적어도 하나의 구멍(26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 에너지 전달 가스(A)를 도입시키는 단계, 상기 에너지 전달 가스를 활성화 영역에서 활성화시켜 상기 에너지 전달가스로부터 활성종의 고밀도의 깃털모양(plume)(34, 231, 331)을 형성하는 단계, 상기 고밀도의 활성종이 전구물질 데포지션 가스와 충돌하여, 상기 전구물질 데포지션 가스의 고밀도의 여기된(energized) 데포지션 종이 생성되는 충돌 영역(65)을 한정하도록 상기 활성화 영역에 대하여 일정간격으로 이격 배치된 도입점(62)에서, 제2도관(60)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 상기 전구물질 데포지션 가스를 도입시키는 단계, 및 전자(電子)의 손실을 실질적으로 저지하기에 충분한 거리 만큼 상기 활성화 영역으로부터 일정간격으로 이격 배치된 기판수단(50)을 상기 봉입물 내측에 효과적으로 배치하는 단계를 포함하며, 상기 에너지 전달가스의 활성종에 의해 등압선의 깃털모양이 형성되도록 상기 봉입물내의 이면 압력을 상기 제1도관의 구멍에 인접한 압력보다 적어도 5배 작게 유지하는 것을 특징으로하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
14. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면 압력으로 유지하는 단계, 제1도관(24, 224, 324)에 형성된 적어도 하나의 구멍(26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 에너지 전달 가스(A)를 도입시키는 단계, 활성화 영역(36)에서 상기 에너지 전달 가스에 전자계(電磁界)를 인가하여 활성종의 깃털모양(34, 231, 331)을 형성하는 단계, 상기 활성종이 전구물질 데포지션 가스와 충돌하여 상기 전구물질 데포지션 가스의 고밀도의 여기된 데포지션 종이 생성되는 충돌 영역(65)을 한정하도록 상기 활성화 영역으로부터 일정한 간격을 이룬 제2도관(60)을 통해 상기 봉입물내로 상기 전구물질 데포지션 가스를 도입시키는 단계, 및 상기 여기된 데포지션 종을 데포지트시키기 위하여 상기 충돌 영역의 근방에 기판 수단(50)을 효과적으로 배치시키는 단계를 포함하며, 구조적 또는 자기적으로 감금하지 않고서, 상기 에너지 전달가스의 활성종의 깃털모양에 의행 점유되는 체적을 한정하는 것을 특징으로하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 이면 압력과 상기 제1도관의 구멍부근의 압력사이의 압력차를 조절하여 상기 활성종의 깃털모양에 의해 점유되는 체적을 조절하는 단계를 부가적으로 포함하는, 비교적 높은 데포지션 속도로 고품질의 박막을 제조하는 방법.
16. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면 압력으로 유지하는 단계, 제1도관(24, 224, 324)에 형성된 적어도 하나의 구멍(26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 에너지 전달 가스(A)를 도입시키는 단계, 상기 에너지 전달 가스(A)를 활성화 영역(36)내에서 활성화 시켜 상기 에너지 전달가스로부터 활성종의 플럭스(flux)를 형성하는 단계, 및 상기 봉입물의 내측에 상기 활성화 영역에 대하여 일정간격으로 이격 배치된 기파수단(50)을 효과적으로 배치시키는 단계를 포함하며, 상기 제1도관의 구멍 부근의 압력과 상기 봉입물내의 이면 압력사이의 압력차를 적어도 5배로 설정하는 것을 특징으로하는, 에너지 전달 가스로부터 고플럭스(high flux)의 활성종을 생성시키는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 구멍에 인접한 에너지 전달 가스의 압력을, 파센 곡선(1, 2, 3, 4)의 실질적인 최소값에 있는 파워 - 압력 - 구멍 사이즈 조건에서 상기 에너지 전달 가스로부터 플라즈마를 일으키기에 충분한 압력으로 제공하도록 상기 제1도관을 흐르는 에너지 전달가스의 유속을 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달 가스로부터 고플럭스의 활성종을 생성시키는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 에너지 전달 가스를 고압으로 되게 하기 위하여 상기 구멍 근방에 쵸크(226, 326)를 형성하도록 상기 구멍의 사이즈를 상기 제1도관의 사이즈에 대하여 작게 하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달 가스로부터 고플럭스의 활성종을 생성하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 구멍에 인접한 전자(電子)의 체류시간을 연장시켜 상기 구멍에 인접한 활성종의 밀도도 증가시키는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달 가스로부터 고플럭스의 활성종을 생성하는 방법.
20. 제16항에 있어서, 주로 수소, 희유가스, CH₄, CF₄및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 상기 에너지 전달가스를 선택하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달가스로부터 고플럭스의 활성종을 생성하는 방법.
21. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면 압력으로 유지하는 단계, 제1도관에 형성된 적어도 하나의 구멍 (26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내측으로 에너지 전달가스(A)를 도입시키는 단계, 활성화 영역(36)에서 상기 에너지 전달 가스를 활성화시켜 상기 에너지 전달 가스로부터 활성종의 깃털모양(34, 231, 331)을 형성하는 단계, 및 상기 봉입물의 내측에 상기 활성화 영역에 대하여 일정간격으로 이격배치된 기판수단(50)을 효과적으로 배치시키는 단계를 포함하며, 구조적 또는 자기적으로 한정하지 않고서, 상기 에너지 전달가스의 활성종의 깃털모양에 의해 점유되는 체적을 한정하는 것을 특징으로하는, 에너지 전달 가스로부터 활성종의 플럭스(flux)를 생성하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 에너지 전달 가스의 고압의 깃털모양의 제공하도록 상기 제1도관의 구멍 근방에 쵸크(226, 326)를 형성하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
23. 제21항에 있어서, 상기 이면 압력과 상기 제1도관의 구멍에 인접한 압력사이에 존재하는 압력차를 조절함으로써 활성종의 깃털모양의 체적을 조절하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달 가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
24. 제21항에 있어서, 처음으로 실질적으로 음속에 가까운 속도를 상기 활성종에 제공하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
25. 봉입물(12)을 제공하는 단계, 상기 봉입물의 내측을 분위기 압력이하의 이면 압력으로 유지하는 단계, 제1도관에 형성된 적어도 하나의 구멍(26, 226, 326)을 통해 상기 봉입물의 내부로 에너지 전달가스(A)를 도입시키는 단계, 및 활성화 영역(36)에서 상기 에너지 전달가스를 활성화시켜 상기 에너지 전달 가스로부터 활성종의 깃털모양(34, 231, 331)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 활성화 영역을 구조적 또는 자기적으로 감금하지 않고서, 상기 활성화 영역의 실질적으로 명확한 경계를 한정하도록 상기 제1도관을 통한 에너지 전달가스의 흐름을 실질적으로 음속에 가까운 속도로 설정하는 것을 특징으로하는, 에너지 전달가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 에너지 전달가스의 고밀도의 깃털모양을 제공하기 위하여 상기 구멍의 근방에 쵸크(226, 326)를 형성하도록 상기 구멍의 사이즈를 제1도관의 사이즈에 대하여 작게하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달 가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
27. 제25항에 있어서, 마이크로파 에너지(32, 232, 332)를 사용하여 상기 에너지 전달 가스를 활성화시키는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달 가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
28. 제25하에 있어서, 상기 에너지 전달가스의 활성종에 의해 등압선(231a, 231b, 231c, 331a, 331b, 331c)의 깃털모양이 형성되도록 상기 봉입물내의 이면 압력을 상기 제1도관의 구멍 근방의 압력보다 적어도 5배 작게 유지하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.
29. 제25항에 있어서, 상기 봉입물의 내측에 기판 수단(50)을 효과적으로 배치시키는 단계, 및 상기 봉입물내의 이면 압력에 대하여 상기 제1도관을 통한 에너지 전달 가스의 유속을, 상기 에너지 전달가스의 활성종을 기판수단의 표면과 직접 또는 간접적으로 반응시키도록 상기 활성종에 방향 운동량을 제공하는 유속으로 하는 단계를 부가적으로 포함하는, 에너지 전달가스로부터 활성종의 플럭스를 생성하는 방법.

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