KR100235362B1 - 플라즈마 화학 기상 성장법에 의해 비결정 탄소 박막을 형성하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for forming amorphous carbon thin film by plasma chemical vapor deposition) - Google Patents

플라즈마 화학 기상 성장법에 의해 비결정 탄소 박막을 형성하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for forming amorphous carbon thin film by plasma chemical vapor deposition) Download PDF

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Abstract

본 발명의 플라즈마 화학 기상 성장법으로 비결정 탄소 박막을 형성하는 방법에 있어서, 탄화수소 가스와 불화탄소 가스 중 적어도 한 개의 원료 가스가 반응실에 제공되어 있다. 2개의 전극 사이에 고전압을 인가함으로써, 플라즈마는 원료가스가 제공된 반응실에 생성되어진다. 결과적으로, 비결정 탄소 박막이 기판에 퇴적되는 동안 반응실 내벽상의 부착물의 퇴적을 억제하게 된다. 부착물이 내벽에 퇴적되는 것을 방지하기 위해, 반응실 내벽의 적어도 일부분을 예정 온도 이상으로 가열하고 부착물의 부착 계수를 0으로 한다. 예정 온도는 200 ℃이다. 반응실은 전체 반응실의 온도를 균일시키기 위해 충분한 열 도전성을 가지는 재료로 바람직하게 구성되어 있다. 내벽으로의 퇴적을 억제하기 위해, 직류 바이어스, 고주파 바이어스 및 직류 바이어스에 부과된 고주파 바이어스 중 하나의 바이어스 전압이 전기도전성 반응실에 인가된다.

Description

플라즈마 화학 기상 성장법에 의해 비결정 탄소 박막을 형성하기 위한 방법 및 장치
[발명의 분야]
본 발명은 플라즈마 화학 기상 성장법(플라즈마 CVD법)으로 박막을 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 비결정(amorphous) 탄소 박막을 형성하기 위한 반응실 내벽으로의 부착물의 퇴적이 억제된 박막 형성 방법 및 장치에 관한 것이다.
[종래 기술의 설명]
반도체 장치의 제조에 있어서, 비결정 탄소 박막은 자유전율 절연 재료 등으로서 사용되고 예를 들면, 플라즈마 화학 기상 성장법으로 형성된다. 도1은 비결정 탄소 막을 형성하기 위해 사용된 종래 평판형 플라즈마 화학 기상 성장 장치의 구조를 나타내는 횡단면도이다.
도1에 의거하여, 화학 기상 성장 장치에서 반응실은 지지대(111)와, 상기 지지대(111)에 배치된 원통형 측벽(112)과, 상기 지지대(111)에 대향되고 상기 원통형 측벽(112)의 다른 단부를 폐쇄시키기 위해 설치된 상부 덮개(113)로 구성되어 있다. 배기관(118)은 진공 펌프(117)에 연결된 측벽(112)에 접촉되어 있다. 반응실 안으로 원료 가스를 도입시키기 위한 가스 도입관(121)은 측벽(112)에 관통되어 있다. 가스 도입관(121)은 한 개의 단부와 다른 단부에서 반응실내의 개구부를 가지고, 가스 공급원으로서 제어 밸브(120)을 통하여 가스 실린더(119)에 연결되어 있다. 하부 전극(114)과 상부 전극(115)은 서로 평행이고 반응실에 서로 대향 배치되어 있다. 비결정 탄소 막을 위한 기판(122)은 하부 전극(114)에 설치되어 있다. 상부 전극(115)은 접지되어 있고 예정 전압은 고압 전원(116)으로 하부 전극(114)에 인가된다.
플라즈마 화학 기상 성장 장치를 사용하여 비결정 탄소 박막을 형성할 때, 반응실의 압력은 진공 펌프(117)에 의해 예정값으로 감압된다. 동시에, 원료 가스는 가스 도입관(121)을 통하여 가스 실린더(119)로부터 반응실 안으로 공급되어진다. 이어서, 고압 전원(116)으로부터 상부 전극(115)과 하부 전극(114) 사이에 고주파 전력을 인가하여 고주파 플라즈마 방전을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 원료 가스는 탄화수소 또는 불화탄소를 주성분으로 하여 사용된다. 이때, 측벽(112)은 실내 온도와 동일한 온도로 유지되어 있다. 결과적으로, 부착물은 반응실 내벽에 퇴적된다. 상기 부착물은 반도체 박막이 제조될 때 순수 가스의 발생원으로서 작동된다. 또한 부착물은 박막을 형성하는 동안 반도체 기판상에서 반응실 내벽으로부터 하부로 벗기어지면, 패턴이 기판에 형성되는 결점이 있고, 제조 생산량이 저하되는 결과가 초래된다. 더욱이, 반응실 내벽에 부착물이 없는 경우와 부착물이 부착된 경우에는 플라즈마의 상태가 변화하여 박막의 형성으로 인한 활성 입자가 변화하기 때문에 형성된 박막의 막질(film quality)이 변화하게 된다.
실제로, 상기 형태의 부착물의 퇴적 및 부착물로부터 추출된 입자의 생성은 화학 기상 생성법의 일반적인 문제이다. 통상적인 문제점은 부착물을 제거하기 위해 반응실 내벽을 무기 솔벤트를 사용하여 기계적으로 닦아냄으로써 극복될 수 있다. 예정된 수의 반도체 기판이 처리될 때 반응실 내벽이 분리 구성되고 내벽이 교체되어진다. 또한, 부착물이 내벽에서 제거되도록 반응실에 에칭 플라즈마가 발생되는 방법이 이용되었다.
예를 들면, 일본 특허 공개 제3-82020호 공보에는, 열 화학 기상 성장 장치에 있어서, 반응실 내벽이 가열되어 내벽 보다 저온으로 유지된 링 부재를 반응실내에 설치하고, 열 이동에 의해 미립자 형태의 반응 생성물을 링 부재에 부착한 것으로 하여, 그의 다른 부분으로 부착물의 퇴적을 억제하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 3-183128호 공보에는, 부재를 분리할 수 있고 부착물을 제거하기 위한 전극이 플라즈마 화학 기상 성장 장치의 반응실에 설치되어 있고 분리 부재에 퇴적된 부착물을 제거하기 위하여 전극을 사용하여 플라즈마를 클리닝하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 3-211279호에는, 실란 가스(silane gas)와 산소 가스가 SiO2박막을 형성하기 위해 도입되고, 배기 덕터와 가스 분산 헤드에 부착물(SiO2분말)의 퇴적이 감소되도록 배기 덕트와 가스 분산 헤드가 200 ℃ 내지 300 ℃로 가열되는 공기 화학 기상 성장 장치 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 4-152515호는 반응관이 박막 생성 온도와 같이 높은 온도로 가열되고, 반응관의 내벽에 퇴적된 막이 벗겨지지 않도록 10 ㎛ 에서 500 ㎛의 평평부가 반응관의 내벽에 설치되는 감압 화학 기상 생성 장치 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 4-186615호에는 제3전극이 플라즈마 화학 기상 생성 장치의 반응실에 설치되고 부착물이 반응실 내벽으로부터 제거되도록 제2전극을 사용하여 플라즈마 에칭이 형성된 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 4-262530호에는 제1반응 가스(예로서, 테트라에톡시실란(tet raethoxysilane))와 오존(O3) 가스는 SiO2박막을 형성하기 위해 도입되고, 부착물의 퇴적이 산소 래디칼로 반응되는 제2반응 가스(예로서, 에틸렌 가스)를 도입함에 의하고 반응실의 벽을 가열함으로써 저하되는 열화학 기상 성장 장치 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 5-211125호에는 반응실 내벽이 50 내지 200 ℃로 가열되고 반응실 내벽에 퇴적된 부착물이 진공으로 승화되고 제거되는 열화학 기상 퇴적 장치 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 5-217910호에는 냉각수를 순환시키기 위해 2중 관 구조를 가지는 반응관을 사용하여 GaAs 등의 화합물 반도체 박막을 형성하는 열화학 기상 성장 장치에 있어서, 반응 가스의 유동 방향을 따라 반응관을 3개로 분리하고, 3개로 분리된 반응관실 중앙 부분의 내벽으로 퇴적된 부착물을 제거할 때, 양측의 반응관으로 냉각수를 통과시키고 동시에 중앙의 반응관을 가열시키는 기술이 개시되어 있다.
상술된 바와 같이, 플라즈마 화학 기상 성장 장치로는, 반응실 내벽의 부착물을 정기적으로 제거할 필요가 있다. 이에 따라, 일정기간마다 장치를 유지시켜야 한다. 또한, 상기 방법은 불필요한 부착물의 퇴적이 저감되고 반응 가스와 온도의 상태가 변화하여 이루어진다. 그러나, 상기 방법에서, 형성될 막의 종류에 따라 상태가 세팅될 수 있다. 비결정 탄소 박막이 플라즈마 화학 기상 성장 방법으로 형성될 때의 상태가 명백하지 않다.
제1도는 비결정 탄소 박막을 형성하기 위해 사용된 종래 평행판형 플라즈마 화학 기상 성장 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 향상된 평행판형 플라즈마 화학 기상 성장 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
제3도는 반응실에서 압력이 변화할 때 반응실 측벽으로의 부착물 성장 속도의 온도 의존성을 나타낸 그래프.
제4도는 플라즈마를 생성시키기 위해 사용된 전력이 변화할 때 반응실의 측벽으로의 부착물 퇴적 속도의 온도 의존성을 나타낸 그래프.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 평행판형 플라즈마 화학 증기 성장 장치구조를 나타내는 도면.
제6도는 플라즈마를 생성시키기 위해 사용된 전력이 변화할 때 반응실 측벽으로의 부착물 퇴적 속도의 바이어스 전압 의존성을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 지지대 12 : 측벽
13 : 상부 덮개 14 : 하부 전극
15 : 상부 전극 16 : 고압 전원
17 : 진공 펌프 18 : 배기관
19 : 가스 실린더 20 : 제어 밸브
21 : 가스 도입관 22 : 기판
23 : 히터
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고, 반응식 내벽으로 부착물의 퇴적이 억제된 플라즈마 화학 기상 성장법에 의해 비결정 탄소 박막을 형성하는 박막 형성 방법과, 상기 박막 형성 방법에 의해 비결정 탄소 박막을 형성하여 유지하는 박막 형성 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법은 : 반응실 안으로 원료 가스를 제공하는 단계와; 상기 공급된 원료 가스를 사용하는 반응실에 플라즈마를 생성시키는 단계; 및 기판상에 비결정 탄소 박막을 퇴적시키는 동안 반응실 내벽에 부착물의 퇴적이 방지되는 단계가 포함되어 있다.
상기 경우에서, 반응실 내벽의 적어도 일부분이 200 ℃ 이상의 온도로 가열되고 부착물의 부착 계수가 0으로 되기 때문에 반응실 내벽에 부착물의 퇴적이 억제된다. 반응실은 반응실 전체 온도를 균일하게 하기 위해 충분한 열 도전성을 가지는 재료 예를 들면, 알루미늄으로 구성됨이 바람직하다. 대신에 바이어스 전압이 전기 도전성 반응실에 인가될 수 있고 반응실 내벽에 부착물의 퇴적이 억제된다. 상기 경우에서, 인가된 바이어스 전압은 직류 바이어스, 고주파 바이어스 및 직류 바이어스에 부과된 고주파 바이어스 중 하나이다.
비결정 탄소 박막이 형성되는 경우에, 원료 가스는 탄화수소 또는 불화탄소중 적어도 하나가 포함되어 있다. 또한, 비결정 탄소 박막은 수소, 불소, 질소 및 규소로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 소자가 부가로 포함되어 있다.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명의 플라즈마 화학 기상 성장법을 사용하는 비결정 탄소 박막과 같은 박막을 형성하기 위한 장치가 첨부된 도면과 함께 설명된다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 향상된 플라즈마 화학 기상 성장 장치의 구조를 나타내는 횡단면도이다. 상기 화학 기상 성장 장치는 기판(22)상의 비결정 탄소 박막을 형성하기 위해 사용되어진다.
도1에 의거하여, 화학 기상 성장 장치의 반응실은 지지대(11)와, 상기 지지대(11)상에 배치된 원통형 측벽(12) 및 상기 지지대(11)와 대향되고 상기 원통형 측벽(12)의 다른 단부와 가깝게 설치된 상부 덮개(13)로 구성되어 있다. 배기관(18)은 진공 펌프(17)와 연결된 측벽(12)에 부착되어 있다. 반응실 안으로 원료 가스를 유입시키기 위한 가스 도입관(21)은 측벽(12)에 관통되어 있다. 가스 도입관(21)의 한 개의 단부에는 반응실의 개구부를 가지고 다른 단부에는 제어 밸브(20)를 통하여 가스 공급원으로서의 가스 실린더(19)와 연결되어 있다. 하부판 전극(14)와 상부판 전극(15)은 서로 평행이고 반응실내에서 서로 대향 설치되어 있다. 비결정 탄소 막을 위한 기판(22)은 하부 전극(14)상에 설치되어 있다. 상부 전극(15)은 접지되어 있고 예정 전압은 고압 전원(16)에 의해 하부 전극(14)에 인가되어진다. 반응실에는 측벽(12) 둘레와 상부 덮개(13)상에 첨가된 히터(23)가 부가로 구비되어 있고, 상기 히터(23)는 반응실의 외측 즉, 상기 측벽(12)과 상부 덮개(13)를 덮는다.
상기 히터(23)는 예정 온도 예를 들면, 200 ℃ 이상의 온도로 반응실의 벽 특히, 부착물의 퇴적이 문제되는 측벽(12)의 내면과 상부 덮개(13)를 가열시키기 위해 사용되어진다.
이하, 상기 화학 기상 성장 장치를 사용하는 비결정 탄소 박막의 막 형성이 설명되어진다. 원료 가스로서, 탄화수소(CH4) 가스가 예로서 사용되어진다. 불소를 함유하는 막이 원료 가스로 사용될 때, 불화탄소 가스(carbon fluorine gas; CH4)등이 원료 가스로 사용되어진다. 탄화수소 가스(hydrocarbon gas)와 불화탄소 가스(carbon fluorine gas)가 적절히 혼합될 수 있다. 질소(nitrogen) 또는 규소를 함유하는 비결정 탄소 박막이 형성되면, N2가스 또는 SiH4와 Si2H6등과 같은 실란 그룹 가스(silane group gas)는 상기 원료 가스에 첨가되어진다. 이어서, 반응실의 내측은 배기관(18)을 통하여 진공 펌프(18)에 의해 감압되어진다. 원료 가스는 제어 밸브(20)를 통하여 가스 실린더(19)로부터 반응실 안으로 도입되어진다. 반응실의 내벽은 히터(23)에 의해 200 ℃ 온도 이상으로 가열되어진다. 플라즈마 방전이 발생되도록 고주파 전원은 고압 전원(16)에 의해 하부 전극(14)과 상부 전극(15) 사이에 인가될 수 있다. 비결정 탄소 박막은 하부 전극(14)상에 설치된 기판(22)에 형성되는 동안 반응실의 내벽에 어떤 부착물의 퇴적을 억제시킨다. 상기 경우에서, 어떤 부착물은 반응실의 내벽에 퇴적되지 않고, 플라즈마 방전에 의해 발생된 활성 입자가 기판(22)에 퇴적되도록 효과적으로 사용될 수 있기 때문에, 비결정 탄소 박막과 같은 박막은 양질 및 고퇴적 속도로 퇴적될 수 있다. 상기 예에서, 고주파 방전이 플라즈마 발생원으로서 사용된다. 그러나, 플라즈마 발생원으로서, 직류 방전, 극초파 방전, 헬리콘파(helicon wave) 방전이 사용될 수 있다. 본 발명은 상기 플라즈마원에 사용할 경우에 적용될 수 있다.
이하, 200 ℃ 이상의 온도로 반응실 내벽의 온도를 세팅하기 위한 이유가 설명된다. 도3과 도4는 메탄(CH4)이 원료 가스로서 사용되고 비결정 탄소 박막이 평판형 플라즈마 화학 기상 성장 장치로 형성될 때 반응실의 내벽에 막 퇴적 속도의 온도 의존성의 측정 결과를 나타낸다. 도3은 플라즈마 발생용 전원(전기 동력원)이 200W로 고착되고 반응실의 내압이 각각 0.1, 0.2, 0.3 Torr일 때의 실험 결과를 나타낸다. 도4는 반응실의 내압이 0.1 Torr에 고착되고 전원이 100, 200, 300 W에 각각 설정될 때의 실험 결과를 나타낸다. 상기 실험 결과로부터, 측벽의 온도가 200 ℃로 도달할 때 측벽에 박막의 부착 가능성이 전혀 없고 측벽의 온도로서 감소하는 퇴적 속도가 증가되는 것을 발견할 수 있다.
이것은 플라즈마에 의해 작동하는 막 형성 활성 입자의 기판 등으로의 부착 가능성은 고온 의존성을 가지고 반응실 내벽의 부착 가능성은 약 200 ℃에서 실질적으로 0인 것을 나타낸다. 또한, 도3과 도4에 도시된 바와 같이, 측벽으로 부착이 0이되는 온도는 압력 또는 고주파 전원(전기원)의 영향을 경험하지 않고 200 ℃에서 불변이다. 상기 결과로부터, 설령 전원과 압력이 변할지라도 플라즈마에서 활성 입자의 종류 및 밀도 등이 변화도록, 어떠한 상기 활성 입자의 부착 계수가 200 ℃에서 제로(0)가 된다. 그러므로, 반응실의 내벽이 200 ℃ 이상의 온도로 가열되면, 내벽에 부착물의 퇴적이 발생하지 않는다. 실제로, 반응실의 전체 내벽이 200 ℃로 가열되고 비결정 탄소 박막이 형성될 때, 반응실의 내벽에 부착물의 퇴적이 억제될 수 있다.
메탄 가스이외의 가스가 원료 가스로서 사용될 때, 내벽에 부착물의 온도 의존성은 상술된 바와 같이 동일한 방법으로 성취될 수 있다. 즉, C2H6, C2H4, C2H2와 같은 산화탄소 가스를 사용하는 경우나 원료 가스로서 CF4, C2F6, 또는 C4F6와 같은 불화탄소 가스 중 하나에 있어서, 벽 온도가 200 ℃가 될 때 내벽에 막의 부착 가능성이 제로(0)가 된다. 또한 반응실의 전체 벽이 200 ℃로 가열되고 상기 원료 가스를 사용하여 비결정 탄소 박막이 형성될 때, 반응실의 내벽에 부착물을 억제할 수 있다. 동일 결과는 N2가스, 또는 SiH4가스, Si2H6가스가 원료 가스에 첨가되고 질소 또는 규소에 얻어진 비결정 탄소 박막이 형성되는 경우에 얻어진다. 더욱이, 직류 방전, 극초단파 방전, 헬리콘파 방전을 사용하는 플라즈마 화학 기상 성장 장치에 있어서, 반응실이 상술한 바와 같은 동일한 방법으로 200 ℃로 방전될 때 반응실의 내벽에 막의 부착이 억제될 수 있다.
이하, 반응실에 구성되는 재료가 설명되어진다. 도2에 도시된 바와 같이 화학 기상 성장 장치의 반응실이 스테인레스 강으로 이루어질 때, 스테인레스 강의 열도전성이 작고 히터(23)로부터의 열 도전이 위치마다 다르므로, 반응실 내벽의 일부분을 200 ℃로 상승할 수 없기 때문에, 이 부분 둘레에서 부착물의 퇴적을 볼 수 있다. 상기 이유로 인하여, 반응실이 스테인레스 강으로부터 이루어진 경우에, 설령 온도가 하강된 부분이 위치마다의 열 도전의 변화에 기인하여 반응실의 내벽에 형성될지라도, 반응실의 전체 내벽은 200 ℃ 이상의 온도로 가열된다. 결과적으로, 반응실 내벽의 막 퇴적이 전체적으로 억제될 수 있다.
다른 한편, 반응실은 고열 도전성을 가지는 알루미늄으로 이루어지고 히터(23)에 의해 200 ℃까지 가열되어진다. 결과적으로, 전체 반응실은 200℃로 균일하게 가열된다. 이 상태에서, 비결정 카본 박막을 형성한다. 반응실의 내벽에 막 퇴적은 보이지 않는다. 상기 방법에서, 반응실이 고열 도전체인 금속으로 이루어지면, 반응실 내벽에 부착물의 퇴적은 반응실이 스테인레스 강으로 이루어지는 경우보다 저온에서 전체적으로 억제될 수 있다.
도5는 본 발명의 제2실시예에 따라 플라즈마 화학 기상 성장 장치의 구조를 보이는 횡단면도이다. 상기 화학 기상 성장 장치는 기판(22)상에 비결정 탄소 박막을 형성하기 위해 사용되어진다. 제2실시예에 따른 평판형 플라즈마 화학 기상 성장 장치에서, 히터(23)는 도2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 화학 기상 성장 장치로부터 제거되어있다. 대신에, 반응실은 제2실시예에서 스테인레스 강과 알루미늄과 같은 전기적 도전성 금속으로 이루어진다. 더욱이, 제2실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 성장 장치는 바이어스 전압이 고압 전원(24)으로 반응실에 인가될 수 있는 상기 방법으로 구성되어진다. 상기 바이어스 전압은 직류 전압 또는 고주파 전압이다. 더욱이, 고압 전원(24)에 부가하여, 전체 반응실을 감싸기 위해 금속망 등으로 구성된 차폐판(25)이 설치되고 접지되어 있다.
이하, 화학 기상 성장 장치를 사용하는 비결정 탄소 박막의 형성이 설명되어진다. 원료 가스로서는, 메탄(CH4) 등과 같은 탄화수소와, 불화탄소 가스를 함유하는 막이 형성될 때에는 CF4등과 같은 불화탄소 가스가 사용된다. 탄화수소 가스와 불화탄소는 적절히 혼합될 수 있다. 질소 또는 규소를 함유하는 비결정 탄소 박막이 형성되면, SiH4와 Si2H6등과 같은 N2가스 또는 실란 그룹 가스(silane group gas)는 상기 원료 가스에 첨가되어진다. 이어서, 반응실의 내측은 배기관(18)을 통하여 진공 펌프(17)에 의해 감압되어진다. 원료 가스는 제어 밸브(20)를 통하여 가스 실린더(19)로부터 반응실 안으로 도입된다. 고주파 전원이 고압 전원(16)에 의해 하부 전극(14)과 상부 전극(15) 사이에 인가되고 플라즈마 방전이 발생된다. 더욱이, 고주파 또는 직류 바이어스 전압이 고압 전원(24)에 의해 전체 반응식에 인가되므로, 비결정 탄소 박막은 반응실의 내벽에 어떠한 부착물 퇴적없이 하부 전극(14)에 설치된 기판(22)에 형성된다. 상기 예에서, 고주파 전원은 하부 전극(14)과 상부 전극(15) 사이에 인가되고 플라즈마가 반응실에서 발생된다. 그러나, 플라즈마 발생원으로서 직류 방전, 극초단파 방전, 헬리콘파 방전을 사용할 수 있다. 또한 본 발명은 상기 플라즈마원을 사용하는 경우에 적용될 수 있다.
이하, 반응실에 인가된 바이어스 전압이 설명된다. 도6은 직류 또는 교류 바이어스 전압이 상술된 화학 기상 성장 장치에 사용되는 반응실에 인가될 때 반응실의 내벽에 비결정 탄소막의 퇴적 속도를 나타낸다. 더욱이, 원료 가스로서 C2H6, C2H4, C2H2, C6H6와 같은 탄화수소 가스 또는 CF4, C2F6, C4F8과 같은 불화탄소 가스를 사용하여 형성된 비결정 탄소 막의 경우에, 고압 전원(24)으로부터 출력된 직류 전원 또는 고주파 전원이 제어되고 -100 V 이하의 바이어스 전압이 반응실에 인가될 수 있을 때는 반응실 내벽에 막의 부착이 억제될 수 있다. 즉, 막의 형성 경우에 직류 또는 고주파 바이어스 전원을 반응실 내벽에 인가함으로써, 플라즈마에 의해 생성된 이온 입자가 가속되고 반응실의 내벽에 조사(照射)되도록, 내벽에 부착된 막의 에칭 및 스퍼터링이 행해지고, 내벽으로의 막의 부착이 억제된다. 상기 경우에서, 도면에 도시된 바와 같이, 설령 어떠한 전원을 사용하여 플라즈마가 생성될지라도, -100 V 이하의 바이어스 전압이 반응실에 인가되면 반응실의 내벽으로의 퇴적이 억제된다. 즉, 높은 에너지를 가지기 위해 -100 V 이하의 바이어스 전압 (절대치로는 100 V 이상)으로 가속된 높은 에너지의 이온이 반응실 내벽으로의 부착 계수를 ＂0＂으로 하는 것에 기여하고, 이 이온은 어떠한 전원이 사용될 때 조차 상기 방법으로 생성된다. 평행판 이외의 직류 방전 형태, 극초파 형태, 헬리콘파 형태를 사용하여 플라즈마원을 이용한 경우도, 상술된 동일 방법으로 바이어스 전압으로 -100 V 이하의 전압을 반응실에 인가하여 반응실의 내벽으로의 막의 부착을 억제하는 것이다. 원료 가스에 N2, 또는 SiH4, Si2H6첨가하여, 질소와 규소를 함유한 비결정 탄소박막을 형성한 경우도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
본 실시예에 따라, 입자 생성은 일정 시간 주기가 매번 예정 반응실 내측을 클리닝없이 억제할 수 있다. 또한, 활성 입자 일부분이 측벽에 퇴적할지라도, 모든 활성 입자가 기판에만 퇴적하기 때문에 기판상의 막 형성 속도가 약 2배로 상승될수 있다.
상술된 바와 같이 본 발명은, 플라즈마 화학 기상 성장 방법을 사용하여 비결정 탄소 박막을 형성할 때, 성장 활성 입자의 부착 계수가 0으로 되는 온도 이상으로 반응실을 가열하거나, 또는 반응실에 직류 또는 고주파 바이어스 전압을 인가하함으로써, 반응실 내벽에 부착물의 퇴적을 억제하는 것이다. 이것으로 정기적으로 반응실로부터 부착물의 제거를 행할 필요가 없다. 즉, 유지비가 들지 않는 장점을 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 원료 가스를 반응실 안으로 공급하는 단계와; 상기 공급된 원료 가스를 사용하여 반응실에 플라즈마를 생성시키는 단계; 및 상기 반응실 내벽상의 부착물 퇴적이 억제되도록 부착물의 부착 계수가 0으로 되는 200℃ 이상의 온도로 반응실 내벽의 적어도 일부분을 가열시키므로써, 기판에 비결정 탄소 박막을 퇴적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퇴적시키는 단계는 : 상기 반응실 내벽에 대한 부착물의 퇴적이 억제되도록, 전기적으로 도전성 반응실에 바이어스 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응실은 전체 반응실 온도를 충분히 균일하게 하기 위한 열 도전성을 갖는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 인가하는 단계는 : 직류 바이어스, 고주파 바이어스 및 예정 전압을 갖는 직류 바이어스상에 부과된 고주파 바이어스 중 하나를 상기 반응실에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 예정 전압은 -100 V 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
  6. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 또는 제5항에 있어서, 상기 박막은 비결정 탄소 박막이고, 상기 원료 가스는 불화탄소 가스와 탄화수소 가스중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비결정 탄소 박막은 수소, 불소, 질소 및 규소로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 박막을 형성하기 위한 방법.
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