KR20020046232A - Deposited Thin Film Void-Column Network Materials - Google Patents

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KR20020046232A
KR20020046232A KR1020017015496A KR20017015496A KR20020046232A KR 20020046232 A KR20020046232 A KR 20020046232A KR 1020017015496 A KR1020017015496 A KR 1020017015496A KR 20017015496 A KR20017015496 A KR 20017015496A KR 20020046232 A KR20020046232 A KR 20020046232A
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porous film
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film
composite structure
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스티븐 제이. 포나쉬
알리 칸 칼칸
상훈 배
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토마스 제이. 모나한
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    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

본 발명은 저온, 즉 약 250℃ 미만의 온도에서 고밀도 플라즈마 침착을 이용하여 제작될 수 있는 연속적 보이드 내의 실리콘 칼럼의 네트워크를 포함하는 신규의 다공성 필름 (3)을 제공한다. 이 실리콘 필름은 막대형 칼럼의 이차원적 나노-크기의 어레이이다. 이 보이드-칼럼 형태학은 침착조건에 따라서 조절될 수 있으며, 다공성은 90% 이하로 변화될 수 있다. 사용된 플라즈마 방법에서 저온 침착 및 부식을 동시에 사용하여 칼럼상 구조, 연속적 보이드 및 다결정성 칼럼조성을 동시에 얻을 수 있는 독특한 기회가 허용된다. 독특한 장치는 이 필름을 유리, 금속호일, 절연체 또는 플라스틱 기판 (5) 상에 플라즈마 침착시킴으로써 이 다공성 연속필름을 사용하여 제작될 수 있다.The present invention provides a novel porous film (3) comprising a network of silicon columns in a continuous void that can be made using a high density plasma deposition at a low temperature, i.e. below about 250 ° C. This silicon film is a two-dimensional nano-sized array of bar columns. This void-column morphology can be controlled according to the deposition conditions, and the porosity can be changed to less than 90%. In the plasma process used, a unique opportunity to simultaneously obtain low-temperature deposition and corrosion, with columnar structures, continuous voids and polycrystalline column composition is allowed. A unique device can be made using this porous continuous film by plasma depositing the film on a glass, metal foil, insulator or plastic substrate (5).

Description

침착된 박막 보이드-칼럼 네트워크 물질 {Deposited Thin Film Void-Column Network Materials}[0001] Deposited Thin Film Void-Column Network Materials [0002]

다공성 실리콘 구조에 관한 관심은 상당히 크다. 그 이유는 두 가지이다. 첫째로, 이들 다공성 필름은 MEMS (미소전자-기계장치 (microelectro-mechanical devices)), 내부연결 유전체, 마이크로센서 (micro-sensor), 셀 (cell) 및 분자고정화, 및 미소유체 적용분야 등의 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 두번째로, 이들 물질은 Si 미소전자공학 (microelectronics)에 매우 적합하다. 다공성 실리콘 물질을 제조하는 데에는 다양한 방법이 있다. 오늘날 다공성 실리콘을 제작하는 데 가장 관심을 끌고 있는 기술은 습식 화학용액의 사용 및 양극산화의 전기화학적 기술을 기본으로 한다 (R.C. Anderson, R.C. Muller, and C.W. Tobias, Journal of Microelectromechanical System, vol. 3, (1994), 10). 지금까지, 이 기술은 공지의 방법 중에서는 최상의 수준의 다공성을 제공하였다. 이와 같이 습식부식된 물질을 위한 출발물질은 통상적인 실리콘 웨이퍼이거나 저압화학증착 (LPCVD) 또는 플라즈마 증진된 화학증착 (PECVD)과 같은 몇 가지 침착방법에 의해서 생산된 박막 Si이다. 전기화학적 습식부식방법에서는, 샘플을 습식 용액에 노출시키고 부식샘플에 대한 접촉부를 통해서, 부식샘플을 통해서, 용액 (예를 들어, 불화수소산, 물 및 에탄올의 혼합물)을 통해서, 또한 용액과 접촉하는 전극 (음극: 예를 들어, 백금)을 통해서 전류를 통과시킨다. 이 전류는 다공성 네트워크 구조를 생성하는 Si의 "피팅 (pitting)" 또는 부식을 야기시킨다.The interest in porous silicon structures is considerable. There are two reasons for this. First, these porous films can be used in a variety of applications including MEMS (microelectro-mechanical devices), interconnected dielectrics, micro-sensors, cell and molecular immobilization, Can be used in the field. Second, these materials are well suited for Si microelectronics. There are a variety of methods for making porous silicon materials. Today's most interesting technology for fabricating porous silicon is based on the use of wet chemical solutions and electrochemical techniques of anodic oxidation (RC Anderson, RC Muller, and CW Tobias, Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 3, (1994), 10). So far, this technique has provided the best level of porosity among known methods. The starting material for such wet etched materials is conventional silicon wafers or thin film Si produced by several deposition methods such as low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). In an electrochemical wet etching process, the sample is exposed to a wet solution and through a contact to the corrosion sample, through a corrosion sample, through a solution (e.g., a mixture of hydrofluoric acid, water, and ethanol) And the current is passed through the electrode (cathode: for example, platinum). This current causes " pitting " or corrosion of Si that creates a porous network structure.

전기화학적 (양극성) 부식방법에서, 구조 (예를 들어, 공극크기 및 간격) 및 다공성-Si 층두께는 실리콘 자체의 저항성 (크기 및 타입), 전류밀도, 적용된 전위, 전해질 조성, 광선의 적용, 온도 및 노출시간에 의해서 조절할 수 있다. 충분히 긴 노출 및 충분히 두꺼운 출발물질의 경우에, 이 전기화학적 부식방법은 나노스케일 (nanoscale) 구조 (즉, 대략 나노미터 정도의 특징)가 수득되는 시점까지 계속될 수 있다. 실리콘 특징은 샘플이 단일결정 웨이퍼로부터 부식되는 경우에는 연속적 단일결정이거나, 샘플이 침착된 필름으로부터 부식되는 경우에는 큰 입자의다결정성 실리콘이다. 이들 통상적인 (전기화학적으로 부식된) 다공성 실리콘 물질은 모두 (1) 습식 전기화학적 부식방법의 결과이고, (2) 이러한 습식부식 중에 샘플에 대한 접촉이 필요하며, (3) 광범한 부식이 있은 후에 연결될 수 있는 일반적으로 불연속적인 공극부위를 가지며, (4) 일차적으로 실리콘의 형성을 필요로 한 다음에 후속 습식부식을 필요로 하는 연속적인 공정의 결과라는 점을 특징으로 한다.In electrochemical (bipolar) corrosion methods, the structure (e.g., pore size and spacing) and the porosity-Si layer thickness are determined by the resistivity (size and type) of the silicon itself, the current density, the applied potential, Temperature and exposure time. In the case of sufficiently long exposures and sufficiently thick starting materials, this electrochemical erosion process can continue to the point where nanoscale structures (i.e., features of the order of nanometers) are obtained. The silicon feature is a continuous single crystal when the sample is corroded from a single crystal wafer or a large grain polycrystalline silicon if the sample is corroded from the deposited film. These conventional (electrochemically corroded) porous silicon materials are all the result of (1) wet electrochemical corrosion methods, (2) contact with the sample during such wet corrosion is required, (3) (4) is the result of a continuous process requiring subsequent wet corrosion after first requiring the formation of silicon.

다공성 반도체에 있어서의 집중적인 연구활동은 1990년에 칸함 (L.T. Canham, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990))에 의해서 전기화학적으로 제조된 다공성 Si로부터의 실온 가시광선 방출이 발견됨으로써 지난 10여년 동안 훨씬 더 고무되어 왔다. 캄한의 발견이 있은 지 얼마 후에 가스민감성, 생체적합성 및 미세기계가공 (micromachining)의 용이성 등과 같은 다공성 반도체물질의 추가의 흥미로운 특성이 또한 실현되었다 (I. Schecter et al., Anal. Chem. 67, 3727 (1995); J. Wei et al., Nature 399, 243 (1999); L.T. Canham et al., Thin Solid Films, 297, 304 (1997); P. Steiner et al., Thin Solid Films 255, 52 (1995)). 지금까지 입증된 모든 적용분야는 실리콘 웨이퍼 또는 침착된 필름을 전기화학적으로 부식시킴으로써 생산된 다공성 실리콘 물질을 기본으로 하여 왔다.An intensive research activity in porous semiconductors has been made in 1990 by the discovery of room temperature visible light emissions from porous Si produced electrochemically by Kantham (LT Canham, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990) It has been much more encouraging for more than a decade. Additional interesting properties of porous semiconductor materials such as gas sensitivity, biocompatibility and ease of micromachining have also been realized shortly after the discovery of Kamhan (I. Schecter et al., Anal. Chem. 67, P. Steiner et al., Thin Solid Films 255, 52 (1995); J. Wei et al., Nature 399, 243 (1999); LT Canham et al., Thin Solid Films, 297, (1995)). All of the proven applications to date have been based on porous silicon materials produced by electrochemically etching silicon wafers or deposited films.

본 발명에서 다공성 실리콘에 대한 접근방법은 침착되는 다공성 필름을 성장시키는 침착방법을 사용하는 것인데, 구체적으로 다공성 실리콘은 그의 공극이 칼럼과 칼럼의 집속체 (cluster) 사이의 보이드 (void)인 침착된 칼럼상 물질이다. 본 발명에서, 공극 (보이드) 부위는 이상적으로는 필름의 두께를 통해서, 그리고필름을 가로 질러서 균일하다. 본 발명의 방법은 저온에서 수행되기 때문에 독특한 것이며, 본 발명자들은 본 발명을 사용하여 보이드 크기 및 보이드 분획을 조절할 수 있고, 보이드-칼럼 네트워크 형태학이 목적하는 두께에 걸쳐서 변화하지 않고, 칼럼은 다결정성 물질일 수 있으며, 플라즈마 방법을 사용하여 성장 중에 침착과 부식 사이의 상호작용을 조절할 수 있다는 것을 입증하였다. 본 발명의 방법은 어떠한 역접촉 (back contact) 및 양극산화-기본 습식처리가 없이도 고다공성 (약 90% 이하)의 공극크기 조절된 물질을 제공한다. 다른 침착방법과는 달리, 본 발명의 방법은 고밀도 플라즈마 침착-부식 상호작용을 기본으로 하며, 따라서 고도의 조절가능한 다공성 (90% 이하), 두께에 따라 변화하지 않는 형태학 및 도핑되거나 도핑되지 않은 다결정성 칼럼을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 특징은 유리, 금속호일, 절연체, 플라스틱 및 반도체-함유 물질을 포함한 다양한 타입의 기판 상에 이 다공성 실리콘을 조립시키는 그의 능력이다.The approach to porous silicon in the present invention is to use a deposition method to grow a deposited porous film, specifically porous silicon, in which the voids thereof are deposited as voids between the columns and the clusters of the columns It is a columnar material. In the present invention, the void region is ideally uniform through the thickness of the film and across the film. The method of the present invention is unique because it is performed at low temperatures and we are able to control the void size and void fraction using the present invention and that the void-column network morphology does not change over the desired thickness, Material and demonstrate that plasma methods can be used to control the interaction between deposition and corrosion during growth. The process of the present invention provides highly porous (less than about 90%) pore size regulated material without any back contact and anodization-based wet processing. Unlike other deposition methods, the method of the present invention is based on high-density plasma deposition-corrosion interaction and therefore requires highly regulatable porosity (90% or less), morphological and doped or undoped polycrystalline A sex column can be provided. In addition, a feature of the present invention is its ability to assemble the porous silicon on various types of substrates including glass, metal foil, insulators, plastics and semiconductor-containing materials.

본 발명에서 사용된 고밀도 플라즈마 (HDP) 침착도구는 전자사이클로트론 공명 플라즈마 기계 (electron cyclotron resonance plasma machine)였다. 특히, 본 발명의 다공성 실리콘은 약 250℃ 이하의 기판 침착온도에서 전구체 가스로서 수소 희석된 실란 (H2:SiH4)을 사용하는 고밀도 플라즈마 도구 (예를 들어, 전자사이클로트론 공명 플라즈마 증진된 화학증착 (ECR-PECVD) 도구 (PlasmaTherm SLR-770))의 사용에 의해서 증명되었다. 이 도구는 실리콘 부식 및 침착에 영향을 미쳐서 이차원적 실리콘 어레이 (array)를 생성시키며, 분석에 의해서 실리콘 칼럼 크기는 조절가능하고, 칼럼 사이의 간격은 조절가능하며, 형태학은 두께에 따라서 변화하지 않는 것으로 입증되었다. 다른 침착된 칼럼상 실리콘 물질과는 달리, 칼럼 간격은 필름의 두께가 성장함에 따라서 유지될 수 있으며, 칼럼상 조성은 다결정성으로부터 무정형까지 조절가능하게 변화될 수 있다. 생성된 보이드-칼럼 네트워크 구조는 나노스케일의 최소배선폭 (feature size)을 가지며, 10-20 ㎚ 범위의 필름두께가 설정된 후에 완전히 형성된다. 이것은 어떠한 기판상에서도 약 10 ㎚ 이상, 바람직하게는 10-20 ㎚ 사이의 어떠한 두께로도 고다공성 결정성 또는 무정형 실리콘의 직접침착을 가능하게 한다. 본 발명에 의해서 생산된 다공성 반도체 필름은 동일반응계 또는 외부반응계 (ex situ) 공정을 통해서 절연체 또는 금속성 화합물로 전환될 수 있다.The high density plasma (HDP) deposition tool used in the present invention was an electron cyclotron resonance plasma machine. In particular, the porous silicon of the present invention can be used in high density plasma tools (e.g., electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD)) using hydrogen diluted silane (H 2 : SiH 4 ) as a precursor gas at substrate deposition temperatures below about 250 ° C (ECR-PECVD) tool (PlasmaTherm SLR-770). This tool influences silicon corrosion and deposition to create a two-dimensional silicon array, the silicon column size can be adjusted by analysis, the spacing between the columns is adjustable, and the morphology does not vary with thickness . Unlike other deposited columnar silicon materials, the column spacing can be maintained as the thickness of the film grows, and the columnar composition can be controllably varied from polycrystalline to amorphous. The resulting void-column network structure has a nanoscale minimum feature size and is fully formed after film thicknesses in the 10-20 nm range have been set. This enables the direct deposition of high porosity crystalline or amorphous silicon to any thickness between about 10 nm and greater, preferably between 10 and 20 nm, on any substrate. The porous semiconductor film produced by the present invention can be converted to an insulator or a metallic compound through an in situ process or an ex situ process.

선행기술은 다공성 실리콘에 대한 두 가지 접근방법을 포함하는데, 즉 (1) 다결정성 또는 단일-결정 실리콘 "핑거 (fingers)"의 "산호형 (coral-like)" 형태학을 갖는 다공성 실리콘을 생산하는 침착된 실리콘 또는 실리콘 웨이퍼의 습식 전기화학적 부식, 또는 (2) 두께에 따라 변화하는 형태학을 갖는 테이퍼 (tapered) 무정형 실리콘 막대로 구성된 다공성 물질을 생산하는 실리콘의 침착이 있다. 전자의 물질은 매우 조절가능한 형태학 및 다공성의 이점을 가지며, 다수의 연구 및 개발활동의 대상이다. 그러나, 이것은 그의 형성을 위해서 습식 화학적 부식을 필요로 한다. 후자의 물질은 무정형 상으로만 이용할 수 있고 두께에 따라 변화하는 형태학 및 조절을 위해서 후속 습식부식이 필요한 다공성을 갖는다는 단점이 있다. 본 발명의 다공성 실리콘은 습식공정을 필요로하지 않는다. 이것은 완전히 조절가능한 형태학 및 다공성을 가지며, 필요에 따라 다결정성 또는 무정형 상으로 존재할 수 있다.The prior art involves two approaches to porous silicon: (1) producing porous silicon with a "coral-like" morphology of polycrystalline or single-crystal silicon "fingers" Wet electrochemical corrosion of deposited silicon or silicon wafers, or (2) deposition of silicon to produce porous materials composed of tapered amorphous silicon rods with morphology varying with thickness. The former has the advantage of highly regulatable morphology and porosity and is the subject of numerous research and development activities. However, this requires wet chemical corrosion for its formation. The latter materials have disadvantages that they are only available in amorphous form and have porosity which requires subsequent wet corrosion for morphology and control which varies with thickness. The porous silicon of the present invention does not require a wet process. It has fully adjustable morphology and porosity, and can be present in polycrystalline or amorphous form, if desired.

본 발명은 저온에서의 다공성 물질 침착을 기술하고 있다. 이들 물질은 유리 또는 플라스틱 또는 미리 형성된 센서, 전자 또는 광학-전자장치 및 회로를 포함하는 기판과 같이 낮은 공정온도를 필요로 하는 그밖의 다른 기판 상에 침착시키는 데 특히 적합하다. 본 발명의 물질에 대해 가능한 광범하게 입증된 다공성 범위로 인하여, 이들은 센싱 (sensing), 에어갭 (airgap) (광학적 혼합, 미소유체공학, 분자선별, 저유전상수 구조, 등), 고착 및 전기적 접촉성 분자 및 셀, 및 질량탈착 (mass desorption) 분야를 포함한 다수의 적용분야에 사용될 수 있다. 본 발명은 침착된 다공성 실리콘을 사용하여 입증된다.The present invention describes the deposition of porous materials at low temperatures. These materials are particularly suitable for depositing on glass or plastic or other substrates requiring low process temperatures, such as pre-formed sensors, electronic or opto-electronic devices, and substrates including circuitry. Due to the extensively proven porosity range for the materials of the present invention they can be used for sensing, airgap (optical mixing, microfluidics, molecular sorting, low dielectric constant structures, etc.) Molecular < / RTI > and cell, and mass desorption fields. The present invention is demonstrated using deposited porous silicon.

본 출원은 본 출원에 그 내용이 참고로 포함되어 있는 1999년 6월 3일자 미국 가특허출원 제60/137,385호, 1999년 6월 17일자 미국 가특허출원 제60/139,608호 및 1999년 10월 27일자 미국 가특허출원 제60/161,848호를 우선권으로 청구한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 137,385, filed June 3, 1999, U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60 / 139,608, filed June 17, 1999, On October 27, the United States claims priority 60 / 161,848.

본 발명은 플라즈마-증진된 (plasma-enhanced) 화학증착시스템을 통한 고다공성 반도체 박막의 제조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 동시 플라즈마 침착 및 부식 (etching)을 이용하여 고다공성 반도체 박막을 수득하는 독특한 고밀도 플라즈마 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of high porosity semiconductor thin films through a plasma-enhanced chemical vapor deposition system. More specifically, the present invention relates to a unique high-density plasma method of obtaining a high-porosity semiconductor thin film using simultaneous plasma deposition and etching.

도 1은 유리 상의 보이드-칼럼상 네트워크 실리콘 박막의 단면 TEM 현미경사진 (micrograph)이다.Figure 1 is a cross-sectional TEM micrograph of a void-column network silicon thin film on glass.

도 2는 100℃ 및 6, 8 및 10 mTorr의 다양한 압력에서 침착된 보이드-칼럼상 필름의 XRD 패턴의 그래프이다.Figure 2 is a graph of the XRD pattern of a void-columned film deposited at 100 < 0 > C and various pressures of 6, 8 and 10 mTorr.

도 3은 수소 및 실란 유속이 각각 40 sccm 및 2 sccm인 경우에 공정압력과 흡수된 마이크로파 파워 사이의 상관관계를 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the correlation between process pressure and absorbed microwave power for hydrogen and silane flow rates of 40 sccm and 2 sccm, respectively.

도 4는 100℃ 및 5 내지 12 mTorr의 다양한 공정압력에서 침착된 필름의 경우에 황산바륨 반사기에 대한 반사율을 모니터한 그래프이다. 삽입도는 계산된 다공성을 나타내는 것이다.Figure 4 is a graph of reflectance for a barium sulphate reflector in the case of films deposited at various process pressures of 100 < 0 > C and 5-12 mTorr. The degree of embedding represents the calculated porosity.

도 5a는 100℃ 및 6 mTorr에서 침착된 보이드-칼럼상 필름의 AFM 표면이미지 (surface image)이다.5A is an AFM surface image of a void-columnar film deposited at 100 < 0 > C and 6 mTorr.

도 5b는 100℃ 및 8 mTorr에서 침착된 보이드-칼럼상 필름의 AFM 표면이미지이다.Figure 5b is an AFM surface image of a void-columnar film deposited at 100 < 0 > C and 8 mTorr.

도 5c는 100℃ 및 10 mTorr에서 침착된 보이드-칼럼상 필름의 AFM 표면이미지이다.5C is an AFM surface image of a void-columnar film deposited at 100 < 0 > C and 10 mTorr.

도 6은 100℃ 및 6, 8 및 10 mTorr에서 침착된 보이드-칼럼상 실리콘 필름의 광발광성 스펙트럼이다.6 is a photoluminescence spectrum of a void-column silicon film deposited at 100 < 0 > C and 6, 8 and 10 mTorr.

도 7은 기판의 부근에서 자기장에 의해서 야기된 구조에 대한 영향을 나타낸 것이다. 이들 SEM 현미경사진은 (a) 기판에 대해 수직인 100 G 자기장을 적용하거나, (b) 기판에서의 자기장 부재하에, ITO (인듐틴옥사이드) 상에 100℃ 및 10 mTorr에서 침착된 두개의 필름에 대한 것이다. 반사율 데이타를 기본으로하여 계산된 다공성의 결과는 각각 0.62 및 0.22이다.Figure 7 shows the effect on the structure caused by the magnetic field in the vicinity of the substrate. These SEM micrographs show (a) application of a 100 G magnetic field perpendicular to the substrate, or (b) deposition of two films deposited at 100 < 0 > C and 10 mTorr on ITO (indium tin oxide) It is about. The calculated porosity results based on reflectance data are 0.62 and 0.22, respectively.

도 8은 증가하는 상대습도 (RH)에 대한 응답으로 보이드-칼럼상 실리콘 필름의 전도율 (10 V의 고정전압에서 통과한 전류) 증가를 나타내는 그래프이다. 이 필름은 100℃의 온도 및 8 mTorr의 압력에서 침착되었다. 이 필름은 사용하기 전에 Pd-안정화 처리를 하였다. 측정은 100 Å 두께의 Pd 층을 침착시키고, 이어서 재현성을 개선시키기 위해서 600℃에서 1시간 동안 어니일링시킨 후에 수행하였다. 적용된 전압은 10 V이다.8 is a graph showing the increase in the conductivity (the current passed at a fixed voltage of 10 V) of the void-column silicon film in response to increasing relative humidity (RH). The film was deposited at a temperature of 100 DEG C and a pressure of 8 mTorr. This film was subjected to Pd-stabilization treatment before use. The measurement was carried out after depositing a 100 Å thick Pd layer and then annealing at 600 ° C. for 1 hour to improve reproducibility. The applied voltage is 10 V.

도 9는 상대습도 (RH)의 변화에 대한 응답으로 상이한 다공성의 보이드-칼럼상 실리콘 필름의 전도율 거동을 나타내는 그래프이다. 필름은 6, 8 및 10 mTorr의 3가지 상이한 압력에서 침착되었다. 적용된 전압은 50 V이다. 측정은 루이스산 처리 후에 수행하였다. 이들 필름은 사용하기 전에 루이스산 노출을 수행하였다.Figure 9 is a graph showing the conductivity behavior of voided-column silicon films of different porosity in response to changes in relative humidity (RH). The films were deposited at three different pressures of 6, 8 and 10 mTorr. The applied voltage is 50 V. Measurements were performed after Lewis acid treatment. These films were subjected to Lewis acid exposure prior to use.

도 10은 100℃ 및 10 mTorr에서 침착된 보이드-칼럼상 필름을 사용하여 50 V의 적용된 전압에 의해 채택된 것으로서, 반복정밀도 (repeatability) 및 안정성을 나타내는 여러가지 전류 대 상대습도 측정치의 그래프이다. 이 필름은 사용하기 전에 루이스산 노출을 수행하였다.Figure 10 is a graph of various current versus relative humidity measurements taken with an applied voltage of 50 V using a void-column film deposited at 100 캜 and 10 mTorr, showing repeatability and stability. This film was subjected to Lewis acid exposure prior to use.

도 11은 반사율 스펙트럼으로부터 볼 수 있는 것으로, 각각 5 및 15분의 후침착 수소플라즈마 노출에 의한 보이드-칼럼상 실리콘 필름의 다공성 증진의 그래프이다.11 is a graph of the enhancement of the porosity of voided-column silicon films by a 5-and 15-minute post-deposition hydrogen plasma exposure, respectively, as can be seen from the reflectance spectra.

도 12a는 다공성 물질의 제거에 의해서 규정되는 격리 (isolation) 또는 제한 (confinement) 부위를 생성시키는 데 유용한 기본배열을 나타낸 것이다. 이 기본배열에는 캡핑층, 나노구조 "칼럼상" 필름, 기본층 및 기판이 포함된다.Figure 12a illustrates a basic arrangement useful for creating isolation or confinement sites defined by removal of a porous material. This basic arrangement includes a capping layer, a nanostructured " on-column " film, a base layer and a substrate.

도 12b는 도 12a의 물질로부터 생성된 격리부위의 상부 평면도이다.Figure 12b is a top plan view of the isolation region created from the material of Figure 12a.

도 12c는 도 12a의 라인 C-C를 따른 단면도이다.12C is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 12A.

도 13은 다공성 물질을 사용하여 격리 또는 제한부위를 생성시키는 데 유용한 기본배열의 몇개의 층을 나타낸 것이다. 여기에는 두개의 다공성 층, 캡핑층, 기본층 및 기판이 나타나 있다.Figure 13 shows several layers of a basic arrangement useful for creating isolation or confinement sites using porous materials. There are two porous layers, a capping layer, a base layer and a substrate.

도 14는 보이드-칼럼 네트워크 침착된 다공성 실리콘의 제거에 의해서 생성된 튜브 또는 "에어갭"을 나타낸 것이다.14 shows a tube or " air gap " created by removal of a voided-column network of deposited porous silicon.

도 15는 레이저 탈착스펙트럼이며, 여기에서는 샘플 드롭 (drop)을 다공성 실리콘 필름에 직접 적용하고, 레이저 충돌시키기 전에 건조시켰다. 샘플 내의 분자의 동정이 이루어진다.Figure 15 is a laser desorption spectrum, in which a sample drop was applied directly to the porous silicon film and dried prior to laser impingement. Identification of the molecules in the sample is done.

<발명의 상세한 설명>DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [

본 발명은 동시 플라즈마 침착 및 부식을 이용하여 고다공성의 결정성 또는 무정형 반도체 박막을 수득하는 독특한 고밀도 플라즈마 방법을 기술하고 있다. 필름 형성에는 모든 건조공정이 사용되며, 습식공정이 포함되는 것은 필요하지 않다. 공정챔버의 적절한 컨디쇼닝, 기판의 적절한 제조 및 침착 파라메터의 적절한 선택에 의해서 이들 필름은 항상, 상호연결된 보이드 (공극) 및 기판에 대해 수직인 비테이퍼 (untapered) 칼럼을 갖는 조절가능하며 조정가능한 보이드-칼럼 네트워크 형태학을 갖는다. 습식부식에 의해서 생산된 통상적인 다공성 실리콘과는 달리, 이 상호연결된 연속적 보이드 네트워크는 약 10 내지 20 ㎚ 이상의 어떠한 필름두께에 대해서도 나타난다. 통상적인 다공성 실리콘과는 달리, 본 발명의 필름은 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. 또한, 통상적인 다공성 실리콘과는 달리, 본 발명의 연속적 보이드-칼럼 네트워크 물질은 실리콘 웨이퍼와 같은 더 통상적인 기판 뿐 아니라 유리, 금속호일 및 플라스틱과 같은 다양한 기판 상에서 생산될 수 있다. 예를 들어, 실연을 위해서 실리콘 및 ECR 고밀도 플라즈마 (HDP) 도구가 사용되었다. 이 실험은 또한 가시적인 발광, 가스 민감성, 에어갭 구조형성, 탈착 질량분광분석 등을 설정하였다. 본 발명의 명백한 연속적 보이드 (공극) 배열, 배향된 칼럼 및 균일한 나노구조, 저온공정 및 독특한 방법은 습식공정, 습식부식 및 습식부식에 의해서 작은 최소배선폭을 수득하는 통상적인 방법에서 필요한 비교적 두꺼운 출발물질에 대한 필요성에 의해 저해되지 않는 다수의 새로운 가능성을 제공하는 플라즈마 침착기술의 이점을 살린 것이다. 본 발명은 또한 통상적인 다공성 실리콘 제작기술에 비해서 다수의 기술적이며 경제적인 이점을 갖는다.The present invention describes a unique high density plasma process that utilizes simultaneous plasma deposition and corrosion to obtain a high porosity crystalline or amorphous semiconductor thin film. All drying processes are used for film formation, and it is not necessary to include a wet process. By appropriate conditioning of the process chamber, proper preparation of the substrate, and appropriate selection of deposition parameters, these films are always aligned with an adjustable, adjustable void having an interconnected void (void) and an untapered column perpendicular to the substrate - Has a column network morphology. Unlike conventional porous silicon produced by wet etching, this interconnected continuous void network appears for any film thickness of about 10-20 nm or more. Unlike conventional porous silicon, the films of the present invention may be doped or undoped. Further, unlike conventional porous silicon, the continuous void-column network material of the present invention can be produced on a variety of substrates such as glass, metal foil and plastic as well as more conventional substrates such as silicon wafers. For example, silicon and ECR high density plasma (HDP) tools were used for demonstration. The experiment also established visible luminescence, gas sensitivity, air gap structure formation, desorption mass spectrometry, and the like. The obvious continuous void arrangement, oriented column and uniform nanostructures, low temperature processes and unique methods of the present invention are relatively thick &lt; RTI ID = 0.0 &gt; necessary &lt; / RTI &gt; in the conventional method of obtaining small minimum wiring widths by wet processes, wet corrosion, Taking advantage of plasma deposition techniques that provide a number of new possibilities that are not hampered by the need for starting materials. The present invention also has a number of technical and economical advantages over conventional porous silicon fabrication techniques.

그밖의 다른 조직화된 침착 실리콘 필름 및 칼럼상 침착 실리콘 필름과는 달리, 본 발명의 방법은 스퍼터 (sputter) 손상의 가능성이 있는 스퍼터링 침착기술이 아니다. 이것은 매우 저온에서 침착될 수 있으며, 무정형 또는 다결정성 칼럼을 가질 수 있고, 고밀도 수준의 다공성 (90% 이하)을 가지며, 도핑되거나 비도핑된 칼럼을 가질 수 있고, 두께에 따라서 변화하지 않는 형태학을 가지며, 적용분야에 적합한 보이드 (즉, 공극) 크기를 갖도록 매우 잘 조절할 수 있는 필름을 생성하는 플라즈마 부식/침착기술이다. 필름침착 중에 공정온도는 매우 낮기 때문에 (즉, 실온 내지 약 250℃), 이 기술은 기판에 대한 제한이 없다.Unlike other structured deposited silicon films and columnar deposited silicon films, the method of the present invention is not a sputter deposition technique with the potential for sputter damage. It can be deposited at very low temperatures, have morphology that can have amorphous or polycrystalline columns, have high density levels of porosity (up to 90%), can have doped or undoped columns, And is a plasma corrosion / deposition technique that produces a film that is very well adjustable to have a void (i.e., void) size suitable for the application. Because the process temperature during film deposition is very low (i.e., from room temperature to about 250 ° C), this technique has no limitations on the substrate.

고밀도 플라즈마 공급원을 사용하여 본 발명의 연속적 보이드/수직 비테이퍼 칼럼 형태학을 생산하였다. 특히, 실험에서는 ECR (전자사이클로트론 공명) 고밀도 플라즈마 (HDP) PECVD 시스템을 사용하였다. 고다공성 필름에 대한 HDP 접근방법에서는, 전자사이클로트론 공명 플라즈마 증진된 화학증착 (ECR-PECVD) 도구 (Plasma Therm SLR-770)가 250℃ 미만의 기판 침착온도에서 전구체 가스로서 수소 희석된 실란 (H2:SiH4)과 함께 사용되었다. 침착기구는 두개의 동축으로 연결된 플라즈마 챔버, 즉 각각 직경이 14.9 및 35.6 ㎝이고 높이가 13.3 및 29.2 ㎝인 ECR 챔버 및 침착챔버로 구성된다. 플라즈마를 점화시키기 위해서는, 2.45 GHz의 여기주파수를 갖는 마이크로파 파워를 장방형 도파관 및 융합된 석영창을 통해서 ECR 플라즈마 챔버내로 도입시킨다. 반사된 마이크로파 파워는 지향성 커플러 (directional coupler)에 의해서 더미로드 (dummy load)에 보내지고, 3-스터브 (stub) 튜너를 사용하여 반사된 파워를 최소화시킨다. 13.56 MHz RF 파워공급에 의해서 독립적으로 조절되어 기판충격을 독립적으로 조정할 수 있는 기판 바이아스는 충격에너지를 감소시키도록 중단되었다. 전자사이클로트론 공명조건에 부합하도록 ECR 챔버 주위에 동축으로 배치된 DC-전자석은 ECR 챔버 내에서 875 가우스 (G)의 정자속밀도를 갖는 상부 자기장을 발생시켰다. H2는 석영창에 근접한 가스 분배링을 통해서 ECR 챔버내로 도입된다. SiH4는 기판 위치의 상부 약 1.3 ㎝ (ECR 챔버의 하부 27.9 ㎝)에서 가스 유입링을 통해서 침착챔버내로 주입된다. 실험에서는 수소 가스 및 실란을 사용하였지만, 보이드-칼럼 네트워크 Si 필름의 경우에는 다른 수소 및 실리콘-함유 전구체가 사용될 수도 있다. H2(99.999%)는 ECR 챔버 내의 가스 분산링을 통해서 공급되어 ECR 플라즈마를 점화시키는 반면에, SiH4(99.999%)는 기판-장착 설비 주위의 가스 분배링을 통해서 도입되었다. 본 연구에서 수소는 ECR 챔버내로 공급되어 실리콘 필름에 대한 ECR 플라즈마를 개시시켰다. 제 2 DC-전자석은 약 +800 내지 -600 가우스로 변화할 수 있는 조정가능한 자속밀도를 설정하기 위해서 기판 수준의 바로 아래에 배치된다. 이 자속은 기판 주위에 존재한다. 기판을 보유하는 진공챔버는 터보몰레큘라 펌프 (turbomolecular pump)에 의해서 펌핑되었으며, 기본압력은 2×10-7토르의 기본진공압력과 같이 4×10-7토르 미만이었다. 표 I에는 조사된 플라즈마 침착파라메터의 범위를 기재하였다. (달리 언급되지 않는 한) 필름은 80 ㎚ 두께의 실리콘니트라이드 장벽층으로 피복된 코닝 (Corning) 1737 유리기판 상에 침착되었다. 필름두께는 텐코 (Tencor)-500 프로필로메터 (profilometer)로 측정하였다. 나노구조는 단면 TEM (Hitachi HF-2000 cold filed emission) 및 AFM (Atomic Force Microscopy) (Digital Instruments Multimode AFM system with NanoScope IIIa Controller)으로 시험하였다. AFM을 올림푸스 캔틸레버 (Olympus cantilever) 및 ~35℃의 팁각 (tip angle) 및 5-10 ㎚ 반경을 갖는 부식된 실리콘 정사면체 프로브와 함께 탭핑모드 (TappingMode) TM에서 사용하였다. 여입사 렌즈 (glancing incidence optics)를 갖는 X-선 회절계 (Phillips X'pert)를 사용하여 결정도를 조사하였다. 필름의 UV반사율을 퍼킨엘머 람다 (Perkin Elmer Lambda) 9 분광계를 사용하여 수득하여 다공성의 수준을 평가하였다. 광발광은 5 mW의 488 ㎚ Ar-레이저 여기를 사용하는 ISA U-1000 라만 (Raman) 분광계에 의해서 측정하였다.A high density plasma source was used to produce the continuous void / vertical non-tapered column morphology of the present invention. Particularly, in the experiment, ECR (Electron Cyclotron Resonance) high density plasma (HDP) PECVD system was used. In an HDP approach to high porosity films, an electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR-PECVD) tool (Plasma Therm SLR-770) was used to deposit hydrogen diluted silane (H 2 : SiH 4 ). The deposition apparatus consists of two coaxially connected plasma chambers, an ECR chamber and a deposition chamber, 14.9 and 35.6 cm in diameter and 13.3 and 29.2 cm in height, respectively. To ignite the plasma, microwave power having an excitation frequency of 2.45 GHz is introduced into the ECR plasma chamber through a rectangular waveguide and a fused quartz window. The reflected microwave power is sent to the dummy load by a directional coupler and a 3-stub tuner is used to minimize the reflected power. The substrate bias, independently adjustable by the 13.56 MHz RF power supply to independently adjust the substrate impact, was discontinued to reduce impact energy. The DC-electromagnets coaxially disposed around the ECR chamber to meet the electron cyclotron resonance conditions generated an upper magnetic field with a sperm density of 875 Gauss (G) in the ECR chamber. H 2 is introduced into the ECR chamber through the gas distribution ring proximate the quartz window. SiH 4 is introduced into the deposition chamber through the gas inlet in the upper ring of about 1.3 ㎝ (27.9 ㎝ lower the ECR chamber) of the substrate position. Although hydrogen gas and silane were used in the experiments, other hydrogen and silicon-containing precursors may be used in the case of void-column network Si films. H 2 (99.999%) was fed through the gas dispersion ring in the ECR chamber to ignite the ECR plasma, while SiH 4 (99.999%) was introduced through the gas distribution ring around the substrate-mounting facility. In this study, hydrogen was fed into the ECR chamber to initiate ECR plasma for the silicon film. The second DC-electromagnet is positioned directly below the substrate level to set an adjustable magnetic flux density that can vary from about +800 to -600 Gauss. This magnetic flux exists around the substrate. A vacuum chamber for holding a substrate, a turbo molecular pump has been pumped by the Circular (turbomolecular pump), a base pressure of less than 4 × 10 -7 Torr, as vacuum base pressure of 2 × 10 -7 Torr. Table I lists the range of irradiated plasma deposition parameters. The film was deposited on a Corning 1737 glass substrate coated with a 80 nm thick silicon nitride barrier layer (unless otherwise noted). The film thickness was measured with a profilometer with a Tencor-500 profile. The nanostructures were tested with cross section TEM (Hitachi HF-2000 cold filed emission) and AFM (Digital Instruments Multimode AFM system with NanoScope IIIa Controller). The AFM was used in an Olympus cantilever and a tapping mode with a tip angle of ~ 35 ° C and a corroded silicon tetrahedron probe with a radius of 5-10 nm. The crystallinity was investigated using an X-ray diffractometer (Phillips X'pert) with glancing incidence optics. The UV reflectance of the film was obtained using a Perkin Elmer Lambda 9 spectrometer to assess the level of porosity. Photoluminescence was measured with an ISA U-1000 Raman spectrometer using a 5 mW 488 nm Ar-laser excitation.

기판-장착 설비의 온도는 가열기 (heater) 및 냉각수 (T= 16℃)에 의해서 조절되었다. 헬륨기판 배면냉각을 또한 사용하여 플라즈마 운전 중의 침착온도를 조절하였다.The temperature of the substrate-mounting facility was controlled by a heater and cooling water (T = 16 ° C). Helium substrate backside cooling was also used to control the deposition temperature during plasma operation.

전기적 접촉이 이들 보이드-칼럼 필름과 함께 사용된 경우에, 이들은 필름표면 상에서 평행 스트립 (길이 19 ㎜) 배열 (4 ㎜ 간격으로)로 규정되어 다양한 가스 환경에 대한 응답으로 전도율 변화를 모니터하였다. 상대습도 (RH) 측정의 특정한 경우에는, 샘플을 스트립 전극과 접촉한 두개의 Au 프로브와 함께 테플론 스테이지 (Teflon stage) 상에서 유리튜브 내에 배치하였다. 유리튜브 내부의 RH는 가열된 버블러 (bubbler)를 통해서, 그 다음에는 튜브내로 습도캐리어로서 N2를 유입시킴으로써 20℃의 유리튜브 내에서 약 2%로부터 약 97%까지 점진적으로 상승시켰다. 참고로 축전형 센서 (capacitive sensor)를 사용하여 HP-4284A LCR-메터로 RH (TI-A; TOPLAS Co., Japan)를 측정하였으며, 그 반면에 고정전압에 대한 전류에 있어서의 증진은 HP-4140B pA-메터/DC 전압공급원을 사용하여 보이드-칼럼 구조물에 대하여 추적하였다.When electrical contacts were used with these void-column films, they were defined as a parallel strip (length 19 mm) arrangement (at 4 mm intervals) on the film surface to monitor conductivity changes in response to various gas environments. In the specific case of relative humidity (RH) measurements, the sample was placed in a glass tube on a Teflon stage with two Au probes in contact with the strip electrodes. RH inside the glass tube through a heating bubbler (bubbler), Then was gradually rises in the glass tube of 20 ℃ by flowing the N 2 as a moisture carrier into the tube up to about 97% from about 2%. For reference, RH (TI-A; TOPLAS Co., Japan) was measured with an HP-4284A LCR-meter using a capacitive sensor, And tracked for void-column structures using a 4140B pA-meter / DC voltage source.

전기화학적으로 제조된 통상적인 다공성 Si에 대해 관찰된 형태학은 나노미터로부터 미크론까지의 특징적 공극크기의 변화에 상응하게 각각 "미공성(microporous)" (20 Å 미만의 공극폭), "메소다공성 (mesoporous)" (20-500 Å의 공극폭) 및 "마크로다공성 (macroporous)" (500 Å 이상의 공극폭)으로 분류된다 (A.G. Cullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott, J. Appl. Phys. 82, 909 (1997)). "통상적인" 다공성 실리콘이 미공성인지, 메소다공성인지 또는 마크로다공성인지는 출발물질 두께, 도핑 타입 및 수준, 결정배향, 습식부식의 시간 등에 따라 좌우된다. 이러한 "공극크기" 분류에 따라, 본 발명의 필름은 일반적으로 p+또는 p-실리콘으로부터 수득되는 미공성 실리콘이라고 불리우는 "통상적인" 다공성 실리콘에 가장 가깝다. p+실리콘이 양극산화에 적용되는 경우에, 실리콘 표면에 대한 수직방향을 따르는 긴 공극은 약 10 ㎚ 범위의 폭으로 형성된다. 그러나, 형태학은 공극 자체가 심하게 분지되고 매우 특징적인 "전나무 (fir tree)" 배열을 나타내기 때문에 상당한 정도의 무작위성을 나타낸다 (M.I.J. Beale, J.D. Benjamin, M.J. Uren, N.G. Chew, A.G. Cullis, J. Cryst. Growth 73, 622 (1985)). 양극처리된 미공성 p-실리콘의 경우에는, 물질이 2 ㎚ 미만의 크기범위의 고도로 상호연결된 미소공극으로 구성된 불규칙적인 산호형 미소구조를 나타낸다 (Beale et al.).The observed morphology for conventional electrochemically prepared porous Si is based on the " microporous " (void width less than 20 A), " mesoporous (&quot;quot; mesoporous " (pore width of 20-500 A) and " macroporous " (pore width of 500 A or more) (AG Cullis, LT Canham, PDJ Calcott, J. Appl. Phys. 1997). Whether the " conventional " porous silicon is microporous, mesoporous or macroporous depends on the starting material thickness, doping type and level, crystal orientation, wet corrosion time, According to this " pore size " classification, the films of the present invention are closest to " conventional " porous silicon, commonly referred to as microporous silicon, obtained from p + or p - silicon. When p + silicon is applied to anodization, long voids along the vertical direction to the silicon surface are formed with a width in the range of about 10 nm. However, morphology shows a significant degree of randomness because the pore itself is heavily branched and represents a very characteristic "fir tree" arrangement (MIJ Beale, JD Benjamin, MJ Uren, NG Chew, AG Cullis, J. Cryst Growth 73, 622 (1985)). In the case of anodized microporous p - silicon, the material exhibits an irregular, corrugated microstructure consisting of highly interconnected micropores ranging in size from less than 2 nm (Beale et al.).

본 발명의 필름의 형태학은 이들 전나무 또는 산호형 구조와는 매우 상이하다. 고밀도 플라즈마 도구방법에 의해서 침착된 Si 필름의 나노구조는 기판표면에 대하여 수직이며, 연속적 보이드 매트릭스 내에 위치하는 막대형 칼럼의 어레이로 구성된다. 도 1은 120℃의 온도, 7.8 mTorr의 공정압력 및 500 W의 마이크로파 파워에서 침착된 필름의 나노구조의 TEM 사진을 나타낸다. 여기에서, 대표적인 칼럼직경은 10 ㎚이며, 대표적인 칼럼 간격은 3 ㎚이다. 이들 도 1의 칼럼은 집속체로 존재한다 (이러한 매우 고배율에서는 보이지 않음). 도 1로부터 필름의 다공성은 약 60%인 것으로 대략적으로 추정될 수 있지만, 90%를 초과하는 더 큰 다공성이 얻어질 수도 있으며 근자외선 (NUV) 반사율 측정으로부터 추정되는 바와 같이 재현적으로 수득되었다. 칼럼에 대한 세심한 검사로, 이들이 결정성인 경우의 파라메터 범위에서 칼럼은 크기가 칼럼 직경의 크기인 과립상 결정성 입자로 이루어지는 것으로 나타났다. 이 경우에, 칼럼을 구성하는 입자들은 서로의 상부에 배치된다. 칼럼들 사이의 간극에 있어서의 파동 (undulation) (즉, 보이드 크기에 있어서의 변화)은 입자크기에 있어서의 통계적 변이에 기인하여 나타나는 것으로 보인다. 그러나 더 큰 스케일에서는, (예를 들어, 필름을 횡단하여 평균화된) 칼럼간격 및 크기 및 칼럼집속체에서 칼럼들 사이의 보이드 간격은 일반적으로 균일하다. 보이드는 상호연결되고, 따라서 칼럼은 일반적으로 더 낮은 다공성의 경우에도 격리되어 필름 전체에 걸쳐서 연속적 보이드 네트워크를 형성한다. 따라서, 전기화학적으로 부식된 다공성 실리콘의 관찰된 형태학과 비교하여 이들 침착된 보이드-칼럼 네트워크 필름은 명백한 나노구조 및 가장 중요하게는 더 고도의 균일성을 나타낸다. 필름의 독특한 형태학은 약 10 ㎚ 또는 그 이상의 두께를 갖는 모든 필름에서 나타낸다. 도 2에서의 XRD 패턴은 100℃ 및 6, 8 및 10 mTorr의 다양한 파워에서 35분 동안 침착된 3 가지 필름이 결정성인 것을 나타낸다.The morphology of the film of the present invention is very different from these fir or coral structures. The nanostructures of the Si film deposited by the high density plasma tool method are composed of an array of bar-shaped columns that are perpendicular to the substrate surface and are located in a continuous void matrix. 1 shows a TEM photograph of the nanostructure of a film deposited at a temperature of 120 DEG C, a process pressure of 7.8 mTorr, and a microwave power of 500 W. FIG. Here, a typical column diameter is 10 nm, and a typical column interval is 3 nm. These columns in FIG. 1 exist as a concentrator (not seen at this very high magnification). From Fig. 1 the porosity of the film can be roughly estimated to be about 60%, but greater porosity in excess of 90% may be obtained and reproducibly obtained as estimated from near-UV (NUV) reflectance measurements. Careful inspection of the column revealed that the column was composed of granular crystalline particles whose size was the size of the column diameter in the parameter range when they were crystalline. In this case, the particles constituting the column are arranged on top of each other. The undulation in the gaps between columns (i. E., The change in void size) appears to be due to statistical variations in particle size. However, at a larger scale, the column spacing and size (e. G., Averaged across the film) and the void spacing between columns in the column body are generally uniform. The voids are interconnected, so that the column is generally isolated even in the case of lower porosity to form a continuous void network throughout the film. Thus, compared to the observed morphology of electrochemically corroded porous silicon, these deposited void-column network films exhibit obvious nanostructures and, most importantly, higher uniformity. The unique morphology of the film is represented in all films having a thickness of about 10 nm or more. The XRD pattern in FIG. 2 shows that the three films deposited at 100 ° C and various powers of 6, 8 and 10 mTorr were crystalline for 35 minutes.

모브칸과 뎀치신 (B.A. Movchan and A.V. Demchishin, Fiz. Met. Metalloved. 28, 653 (1969)에 의해서 도입되고 토른톤 (J.A. Thornton, J. Vac.Sci. Technol. 11, 666 (1974), J. Vac. Sci. Technol. 12, 830 (1975)) 및 메시어 (R. Messier, A.P. Giri, R.A. Roy, J. Vac. Sci. Technol. A2, 500 (1984))에 의해서 개발된 구조구역모델 (structure zone model; SZM)을 설정하여 스퍼터 침착된 필름에 대해 예상되는 형태학을 논의하였다. 본 발명자들의 필름은 고밀도 플라즈마 방법을 사용하여 침착/부식되지만, SZM을 사용하였다면 이들 다공성-실리콘 필름의 구조는 구역 1 형태학이라고 불리우는 것에 속할 것으로 예상된다.(19 Thornton, J. Vac. Sci. Technol., 11, 666 (1974), J), introduced by BA Movchan and AV Demchishin, F. Met. Metalloved., 28, 653 Structural Zone Model developed by R. Messier, AP Giri, RA Roy, J. Vac. Sci. Technol., A2, 500 (1984) The film of our inventors was deposited / etched using a high-density plasma method, but if we used SZM, the structure of these porous-silicon films Is supposed to belong to what is called area 1 morphology.

이 구역 1에서, 필름은 보이드 (일반적으로 수 ㎚ 지름)에 의해서 분리된 테이퍼 칼럼 (일반적으로 수십 ㎚의 직경)으로 구성된다. 테이퍼 칼럼으로 인하여, 이 구역 1 구조가 두께를 갖는 것으로 나타난다. 본 발명의 필름의 경우에는 구역 1 구조가 예상되는데, 이는 사용된 침착온도가 침착된 물질의 융점에 비해서 매우 낮고 침착표면 상의 분자 또는 원자의 확산길이가 물리흡착 부위 사이의 평균거리보다 작기 때문이다. 또한, 충돌하는 이온의 운동에너지는 (실리콘 필름의) 스퍼터링 역치보다 작거나 그 정도이다. 따라서, 이러한 이유들로 인하여 침착종은 이들이 부하되는 곳에서 고정화되는 것으로 예상된다. 이것은 "탄도성 (ballistic)" 침착으로 알려져 있다. 이들 조건에서는 두 가지 인자, 즉 통계적 거칠음 (roughening) 및 자체-그림자 형성 (self-shadowing)이 보이드의 생성에 관여한다. 그러나 이들 기전은 각각 무작위적으로 형상화된 보이드 및 테이퍼 ("컬리플라워 (cauliflower)-형") 칼럼을 형성시킨다. 이들 조건은 필름두께에 따라서 진화하는 형태학을 유도한다. 본 발명의 필름은 스퍼터 침착되지 않는다. 이들은 플라즈마 침착/부식에 의해서 생산된다. 이들은 이러한 예상된 결과와 매우 상이한 보이드및 칼럼을 갖는다. 또한, 보이드 크기의 조절, 다공성의 정도 및 본 발명의 필름의 칼럼은 예상된 것과는 매우 상이하다. 본 발명의 특징은 두께에 따라 진화하지 않는 보이드-칼럼 네트워크 구조에서 조절된 다공성, 칼럼, 및 도핑되거나 비도핑된 다결정성 또는 무정형 물질을 제공하는 그의 능력에 있다. 일반적으로, 일단계 공정으로 이들 특징을 모두 갖도록 할 수는 없다. 간략하면, 본 발명의 특징은 보이드 생성을 위한 낮은 표면확산의 이점을 취하는 그의 능력, 및 이러한 낮은 표면이동성에도 불구하고 부식 및 조절가능한 결정성을 촉진시키는 고밀도 플라즈마 반응의 이점을 취하는 그의 능력에 있다. 한편, 고밀도 플라즈마 화학의 부재하에서의 통상적인 PECVD 방법의 경우에는 낮은 표면이동성이 구조를 무정형으로 제한하게 된다. 따라서, 조절된 높은 보이드 분획, 조절된 결정성, 및 두께에 따라 진화하지 않는 형태학을 동시에 얻는 것은 불가능한 것으로 예상된다.In this zone 1, the film is composed of a tapered column (generally having a diameter of several tens nm) separated by voids (generally several nm in diameter). Due to the tapered column, this Zone 1 structure appears to have a thickness. In the case of the film of the present invention, a Zone 1 structure is expected because the deposition temperature used is very low relative to the melting point of the deposited material and the diffusion length of the molecules or atoms on the deposition surface is less than the average distance between the physical adsorption sites . Also, the kinetic energy of the impinging ions is less than or equal to the sputtering threshold (of the silicon film). Therefore, for these reasons it is expected that the deposition species will be immobilized where they are loaded. This is known as " ballistic " deposition. In these conditions, two factors are involved in the formation of voids: statistical roughening and self-shadowing. However, these mechanisms result in the formation of randomly shaped voids and tapers (" cauliflower-shaped ") columns, respectively. These conditions lead to morphology evolving according to the film thickness. The film of the present invention is not sputter deposited. These are produced by plasma deposition / corrosion. They have voids and columns that are very different from these expected results. In addition, the adjustment of the void size, the degree of porosity, and the column of films of the present invention are very different from what is expected. A feature of the present invention resides in its ability to provide controlled porous, column, and doped or undoped polycrystalline or amorphous materials in a void-column network structure that does not evolve with thickness. Generally, a single step process can not have all of these characteristics. Briefly, a feature of the present invention resides in its ability to take advantage of low surface diffusion for void generation, and its ability to take advantage of high density plasma reactions to promote corrosion and adjustable crystallinity despite such low surface mobility . On the other hand, in the case of a conventional PECVD process in the absence of high-density plasma chemistry, low surface mobility limits the structure to amorphous. Thus, it is expected that it would be impossible to obtain morphology that does not evolve according to the controlled high void fraction, controlled crystallinity, and thickness simultaneously.

RF-스퍼터링에 의해서 침착된 무정형-실리콘 필름에서 보이드 네트워크 및 필름 두께에 따른 이들의 진화 (evolution)는 메시어와 공동연구자들에 의해서 광범위하게 연구되어 왔다 (R. Messier and R.C. Ross, J. Appl. Phys. 53, 6220, (1982)). 본 발명의 필름은 다결정성 실리콘이 되도록 조절될 수 있으며, 다공성이 약 90%까지 될 수 있다. 메시어 등의 연구에서는 무정형 실리콘을 사용하였지만, 후침착 습식부식이 수행되지 않는 한은 본 발명의 기술이 제공할 수 있는 다공성의 정도를 어떻게 얻는지에 대해서는 제시하지 못하였다 (R. Messier, S.V. Krishnaswamy, L.R. Gilbert, P. Swab, J. Appl. Phys. 51, 1611 (1980)). 여기에서 사용된 고밀도 플라즈마의 매우 낮은 공정-온도방법에서는 침착 및 수소 래디칼부식 (부식-침착 공적으로 귀결됨)이 나노구조의 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다. 가능한 기전은, 고밀도의 수소 래디칼의 존재하에서 일단 결정성 핵이 형성되면 이들 결정성 핵 부위에서의 결합은 더 강력하며 수소 래디칼 부식을 견뎌내는 반면에 다른 곳에서의 결합은 더 약하여 수소 래디칼에 의해 부식될 수 있다는 것이다. 그 결과, 결정성 핵이 성장하여 보이드-칼럼 네트워크 필름의 규칙적인 형태로 정렬된 돌출형 칼럼 (protruding column)의 형성을 유도한다. 마찬가지로, 칼럼 사이에 어떠한 물질이 충전된다면, 이것은 약하게 결합되기 때문에 부식되어 제거된다. 공정 중에서 필름두께가 증가함에 따라 직경이 증가하는 칼럼 (즉, 원뿔 (cone)-형태 또는 컬리플라워-형태의 칼럼)을 형성하도록 측면성장이 허용되지 않는 이유는 아직 이해되지 않고 있다. 이것은 매우 지향성인 성장을 촉진시키는 심한 수소부식에 기인하는 것일 수 있다. 칼럼상 성장이 개시되기 전에 보이드가 없는 무정형 층이 기판 계면에서 형성된다. 도 1로부터, 이 샘플의 경우에 이러한 전이부위의 두께는 약 20 ㎚인 것으로 측정된다. 그후, 다공성 필름의 보이드-칼럼 네트워크가 이 전이층의 상부에 피복된다.Evolution of these films according to the void network and film thickness in amorphous-silicon films deposited by RF-sputtering has been extensively studied by Messier and co-workers (R. Messier and RC Ross, J. Appl. Phys. 53, 6220, (1982)). The film of the present invention can be adjusted to be polycrystalline silicon and the porosity can be up to about 90%. Messier et al. Used amorphous silicon, but did not show how to obtain the degree of porosity that the present technology can provide unless post-deposition wet corrosion is performed (R. Messier, SV Krishnaswamy, LR Gilbert, P. Swab, J. Appl. Phys. 51, 1611 (1980)). In the very low process-temperature method of the high-density plasma used here, it is assumed that deposition and hydrogen radical erosion (corrosion-induced deposition) play an important role in the formation of nanostructures. A possible mechanism is that once the crystalline nuclei are formed in the presence of high density hydrogen radicals, the bonds at these crystalline nuclei sites are stronger and resist the hydrogen radical corrosion, while the other bonds are weaker, It can be corroded. As a result, crystalline nuclei grow to induce the formation of a protruding column aligned in a regular form of the void-column network film. Likewise, if any material is charged between the columns, it is corroded because it is weakly bonded and removed. The reason why side growth is not allowed to form a column (i.e., a cone-shaped or cauliflower-shaped column) whose diameter increases as the film thickness increases in the process is not yet understood. This may be due to severe hydrogen corrosion which promotes highly directional growth. An amorphous layer free of voids is formed at the substrate interface before growth in the column starts. From Fig. 1, in the case of this sample, the thickness of this transition site is measured to be about 20 nm. The void-column network of the porous film is then coated on top of this transition layer.

다공성 실리콘의 침착된 보이드-칼럼 네트워크-타입 (즉, 전이층에 대하여 수직으로 배향되고 연속적 보이드를 통해서 침투하는 비-테이퍼 칼럼을 갖는, 두께에 따라 진화하지 않는 형태학)의 특별한 특징은 다수의 인자에 의해서 조절된다. 이들에는 (a) 플라즈마와 기판 사이의 전압, (b) 기판 온도, (c) 플라즈마 파워 및 공정압력, (d) 기판 부근에서의 자기장, (e) 침착가스 및 유속, (f) 챔버 컨디쇼닝 및 (g) 기판표면이 포함된다. 이들 다수의 인자들의 영향은 예상될 수 없었던 것이다.A particular feature of the deposited silicon nitride-type (i.e., non-tapering morphology with non-tapered columns oriented perpendicular to the transition layer and penetrating through the continuous voids) of the porous silicon is that many factors Lt; / RTI &gt; These include (a) the voltage between the plasma and the substrate, (b) the substrate temperature, (c) the plasma power and process pressure, (d) the magnetic field in the vicinity of the substrate, (e) the deposition gas and flow rate, And (g) a substrate surface. The impact of these multiple factors was unpredictable.

본 시험에서 사용된 주요 파라메터 중의 몇 가지의 범위는 이하의 표 1에 기재하였다.The ranges of some of the key parameters used in this test are listed in Table 1 below.

공정조건Process conditions 파라메터Parameter 범위range H2유속 (sccm)H 2 flow rate (sccm) 1-5001-500 SiH4유속 (sccm)SiH 4 flow rate (sccm) 1-3001-300 마이크로파 (2.45 GHz) 파워 (와트)Microwave (2.45 GHz) Power (Watts) 100-1200100-1200 RF (13.56 MHz) 기판 바이아스 (와트)RF (13.56 MHz) substrate bias (Watts) 0-1000-100 공정압력 (mtorr)Process Pressure (mtorr) 2-152-15 침착온도 (℃)Deposition temperature (캜) 20-25020-250 기판 부근에서의 자기장 강도 (가우스)Magnetic field strength near the substrate (Gauss) +800 내지 -600(+ 표식: 상부 자석과 동일한 방향- 표식: 상부 자석과 반대 방향)+800 to -600 (+ mark: same direction as upper magnet - mark: opposite to upper magnet)

이들 변수는 이하에서 상세히 설명한다.These parameters are described in detail below.

플라즈마와 기판 사이의 전압 (RF 기판 바이아스)The voltage between the plasma and the substrate (RF substrate bias)

플라즈마와 기판 사이의 가속전압 (즉, 기판 바이아스)은 고밀도 플라즈마 (HDP) 도구에서 독립적으로 조절될 수 있다. 이 인자는 HDP 침착기계에서 독립적으로 이용할 수 있으며 가변적이다. 즉, 이러한 부류의 도구에서 이 전압은 통상적인 RF 또는 DC 플라즈마 침착시스템에서의 경우와는 달리 플라즈마 파워와 무관하게 조정될 수 있다. HDP 침착된 다공성 필름을 설명하기 위해서 사용된 전자사이클로트론 공명 (ECR) 고밀도 플라즈마 도구에서, 이 전압은 플라즈마와 기판 사이에 RF 바이아스를 적용함으로써 플라즈마 파워와는 무관하게 조절된다.The acceleration voltage (i.e., substrate bias) between the plasma and the substrate can be adjusted independently in a high density plasma (HDP) tool. These parameters are independently available in the HDP deposition machine and are variable. That is, in this class of tools, this voltage can be adjusted independently of the plasma power, unlike in a typical RF or DC plasma deposition system. In an electron cyclotron resonance (ECR) high density plasma tool used to describe a HDP deposited porous film, this voltage is adjusted independently of the plasma power by applying an RF bias between the plasma and the substrate.

박막 실리콘 침착을 거론한 논문에서 제시한 바와 같이 (S. Bae, A.K.Kalkan, S. Cheng, and S.J. Fonash, J. Vac. Sci. & Tech. A16, p. 1912 (1998)), 플라즈마와 기판 사이에 RF 바이아스의 존재는 칼럼상 형태학을 파괴하였으며 비공극 구조를 갖는 연속적 필름을 수득하도록 하는 것으로 나타났다. 실제로, JVST 논문의 목적은 다공성-타입 필름을 어떻게 피하는지를 제시하기 위한 것이 었으며, 즉 이 논문의 목적은 필름에 의해서 있을 수 있는 칼럼상 형태학을 어떻게 제거하는지를 보여주는 데 있었다. 이 논문이 발표될 당시에는, 필름의 칼럼이 테이퍼되지 않고, 이전의 칼럼상 실리콘 필름에서 나타나는 통상적인 칼리플라워 형태를 나타내지 않으며 완전히 조절가능한 다공성을 갖는다는 것은 알려지지 않았었다. 또한, 본 발명의 보이드 구조가 독특하며 연속적인 보이드였다는 것도 알려지지 않았었다. 논문이 발표될 당시에, 칼럼상 필름은 두께에 따라 진화한 형태학 및 테이퍼되는 칼럼을 갖는 전형적인 구역 I 구조를 갖는 것으로 생각되었다. 따라서, JVST 논문 당시에 문헌의 목적은 침착된 실리콘 필름의 칼럼상 변형의 형성을 어떻게 피하는지를 제시하는 것이었다. JVST 논문이 지시한 바와 같이, 칼럼상 형태학은 플라즈마와 기판 사이에 RF 바이아스를 적용함으로써 피할 수 있으며, 이 RF 바이아스 방법의 유효성은 이 논문에서 입증된다. 성장하는 필름표면에 도달하는 종의 증가된 에너지 (증가된 RF 기판 바이아스)에 의한 구역 I 칼럼상 형성의 회피는 구조구역모델로부터 예상될 수 있었던 거동이다. 침착종은 RF 기판 바이아스가 증가함에 따라 더 큰 에너지를 가지게 될 것이며, 얻어진 표면이동성의 증가는 공극-비함유, 칼럼-비함유 균일필름을 유도하게 된다. 이것은 JVST 논문에서 예상되고 언급된 거동이다.As shown in the paper on thin film silicon deposition (S. Bae, AKKalkan, S. Cheng, and SJ Fonash, J. Vac. Sci. The presence of RF biases between the layers indicated that the column morphology was destroyed and that a continuous film with a non-pore structure was obtained. In fact, the purpose of the JVST paper was to show how to avoid porous-type films, and the purpose of this paper was to show how to remove the morphology of the column, which can be found by film. It was not known at the time of publication of this article that the column of the film did not taper and did not exhibit the typical callyflower morphology found in previous column silicon films and had fully adjustable porosity. It was also not known that the void structure of the present invention was unique and continuous voids. At the time of the publication of the paper, it was thought that the film in the column had a typical Zone I structure with a morphology and tapered column evolved by thickness. Thus, the purpose of the document at the time of the JVST paper was to show how to avoid the formation of columnar deformation of the deposited silicon film. As indicated by the JVST paper, column morphology can be avoided by applying an RF bias between the plasma and the substrate, and the effectiveness of this RF bias method is demonstrated in this paper. The avoidance of Zone I column formation by the increased energy of species reaching the growing film surface (increased RF substrate bias) is a behavior that could be expected from the structural zone model. The deposition species will have greater energy as the RF substrate bias increases, and the increase in surface mobility obtained will lead to a pore-free, column-free, homogeneous film. This is the expected and mentioned behavior in the JVST paper.

본 발명의 박막 보이드-침착된 칼럼 네트워크 물질의 생성을 위해서, 최상의 필름 형태학 (비-테이퍼, 비-칼리플라워 칼럼)은 플라즈마와 기판 사이의 전압이 최저값인 경우에 수득되는 것이 발견되었다 (즉, 0의 RF 기판 바이아스). 본 발명의 ECR 시스템에서, 이것은 모든 플라즈마 파워수준에 대하여 RF 바이아스 전압이 0인 경우에 수득된다.For the production of the thin film-deposited, column network material of the present invention, it has been found that the best film morphology (non-tapered, non-calcifiable column) is obtained when the voltage between the plasma and the substrate is at its lowest value 0 RF substrate bias). In the ECR system of the present invention, this is obtained when the RF bias voltage is zero for all plasma power levels.

기판 (침착) 온도Substrate (deposition) temperature

침착 중에 기판온도가 증가하는 것은 또한 표면이동성을 증가시킨다. 따라서, 구조구역모델로부터 예상되는 바와 같이, 필름에서 다공성은 기판온도가 상승함에 따라 저하한다. 그러나, 본 발명자들이 시험한 온도범위 (50℃ < T < 250℃)에 걸쳐서 칼럼이 계속해서 균일하며 (즉, 비테이퍼) 칼리플라워-타입 성장을 하는 경향이 없이 정렬된다는 것은 예상되지 못하였고 JVST 논문에서 언급되지 않았었다. 필름은 필름두께에 따른 형태학 진화를 나타내지 않았다. 주목할 점은 규정된 범위에 걸친 온도가 예상할 수 있었던 바와 같이 다공성을 조정하는 도구인 것으로 확인되었지만, 놀랍게도 이것이 연속적 보이드 (공극) 네트워크를 통해서 돌출하는 배향된 비테이퍼 균일칼럼을 소실시키지 않으면서 성취될 수 있다는 점이다. 이 점은 선행기술에서 이전에 예상되지 않았었고 거론되지 않은 것이다.Increasing the substrate temperature during deposition also increases surface mobility. Thus, as expected from the structural zone model, porosity in the film degrades with increasing substrate temperature. However, it was not expected that the column would continue to be uniform (i. E., Non-tapered) without tendency to carry out callyflower-type growth over the temperature range tested (50 ° C <T <250 ° C) It was not mentioned in the paper. The film did not exhibit morphological evolution by film thickness. It should be noted that although temperatures over a defined range have been found to be tools for regulating porosity as would be expected, it has surprisingly been found that this is achieved without loss of the oriented, tapered uniform column projecting through a continuous void (pore) network. It is possible that This has not been anticipated in the prior art and has not been discussed.

플라즈마 (마이크로파) 파워/공정압력Plasma (microwave) power / process pressure

구조구역모델을 사용하여, 플라즈마 마이크로파 파워를 증가시키면 에너지가더 큰 표면종이 유도되고 따라서, 다공성이 작아질 것으로 예상되었다. 그러나, 플라즈마 파워와 공정압력을 제외한 모든 인자들을 고정시키면 다공성은 파워에 따라 감소하지 않으며, 놀랍게도 연속적 보이드 네트워크를 통해서 돌출한 배향된 비테이퍼 균일칼럼이 지속되고 여전히 필름두께에 따른 진화를 나타내지 않는다는 것이 발견되었다. 플라즈마 파워를 증가시키는 것은 칼럼 형성을 완화시킬 수 있거나, 또는 칼럼이 존속하였다면 적어도 테이퍼 칼리플라워-타입 성장을 촉진시킬 수 있을 것으로 예상할 수 있다. 실제로 일어난 것은 보이드 크기의 체계적인 감소 및 균일하게 배향된 동일한 칼럼의 지속이다.Using the structural zone model, increasing the plasma microwave power was expected to lead to larger surface species of energy and thus to lower porosity. However, when all the factors except for plasma power and process pressure are fixed, the porosity does not decrease with power, and surprisingly it is shown that the oriented non-tapered uniform column protruding through the continuous void network continues and still does not exhibit evolution by film thickness Found. It can be expected that increasing the plasma power can alleviate column formation, or at least promote taper calf-type growth if the column has survived. What actually happened is a systematic reduction of the void size and a uniform orientation of the same column.

시스템 내의 플라즈마 파워를 변화시키면, 압력은 실제로 독립적이지는 않은 것으로 발견되었다. 구체적으로, 소정의 공정압력 및 가스 유속의 경우에, 본 실험에서 이용된 수소 플러스 (plus) 실란 ECR 플라즈마는 입사 마이크로파 파워가 특정한 역치수준 이상인 경우에만 안정하다. 이러한 역치수준 또는 바로 그 이상에서 입사 파워는 모두 플라즈마에 의해 흡수된다. 파워 수준이 이 역치수준 이상으로 더 증가하면 흡수된 파워는 단지 약간만 변화하며, 과잉의 파워는 반사된다. 따라서, 흡수된 순마이크로파 파워와 공정압력은 강력하게 연결된다. 도 3은 사용된 특정한 고밀도 플라즈마 시스템의 경우에 각각 40 sccm 및 2 sccm인 수소 및 실란 유속에 따라 압력이 변화함에 따른 흡수된 파워 수준의 궤적을 나타낸다.When changing the plasma power in the system, it was found that the pressure was not actually independent. Specifically, for a given process pressure and gas flow rate, the hydrogen plus silane ECR plasma used in this experiment is stable only when the incident microwave power is above a certain threshold level. At this threshold level or above, the incident power is all absorbed by the plasma. If the power level increases above this threshold level, the absorbed power changes only slightly, and the excess power is reflected. Thus, the absorbed net microwave power and process pressure are strongly connected. Figure 3 shows the trajectory of the absorbed power level as pressure changes with hydrogen and silane flow rates of 40 sccm and 2 sccm, respectively, for the particular high density plasma system used.

도 4는 100℃에서 침착된 필름 셋트의 광학적 반사율 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한, 여기에서 다양한 공정압력은 도 3에 제시된 바와 같은 특정의 파워 수준에 상응한다. 약 275 ㎚에서의 피크는 필름을 결정성으로 특정화시킨다. 스펙트럼은 광학적 흡수가 증가함에 따라 더 낮은 파장 쪽으로 감쇠되는 기판로부터 반사된 광선에 기인하여 약 400 ㎚ 이상에서 간섭을 나타낸다. 따라서, 유전혼합이론에 근거하여, 도 4에 나타낸 바와 같은 고다공성 필름의 간섭이 없는 반사율로부터, 다른 침착 파라메터가 일정하게 유지되는 경우에 다공성은 공정압력에 따라 (따라서, 도 3에 따라 파워가 감소함에 따라) 단조롭게 증가한다는 것을 추론할 수 있다. 도 4의 삽입도는 380 ㎚에서의 반사율을 기준으로하여 계산된 다공성을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the optical reflectance spectrum of a film set deposited at 100 &lt; 0 &gt; C. Also, the various process pressures here correspond to specific power levels as shown in FIG. Peaks at about 275 nm characterize the film as crystalline. The spectrum exhibits interference at about 400 nm or more due to the reflected light from the substrate that is attenuated towards the lower wavelength as the optical absorption increases. Therefore, based on the dielectric-mixing theory, from the interference-free reflectance of the high-porosity film as shown in Fig. 4, when the other deposition parameters are kept constant, the porosity is changed according to the process pressure It can be deduced that it increases monotonically. The inset of FIG. 4 shows the porosity calculated based on the reflectivity at 380 nm.

도 5에는 100℃ 및 다양한 압력 (즉, 6, 8 및 10 mTorr)에서 침착된 3가지 필름의 AFM 표면이미지를 나타내었다. 여기에서, 돌출된 형태는 칼럼의 집속체를 나타낸다. 그의 크기 및 형태로 인하여 AFM 팁은 집속체 사이에서의 갑작스러운 강하 (drop)는 추적할 수 없다. 도 5로부터, 집속체 밀도는 파워에 따라 (즉, 압력이 감소함에 따라) 체계적으로 증가하는 것으로 나타났다. 도 6에 나타내고 이하에서 언급하는 바와 같이, 광발광성 (PL)은 도 5의 샘플 모두에 대해서 나타나며, 따라서 칼럼 크기는 이들 샘플 모두에 대하여 수십 ㎚의 그의 범위에서 반드시 유지되어야 한다. 따라서, 도 5 및 6은 압력의 감소가 집속체와 칼럼 사이의 평균 다공성을 감소시키는 것을 나타낸다.Figure 5 shows AFM surface images of three films deposited at 100 ° C and various pressures (ie, 6, 8, and 10 mTorr). Here, the projected shape represents a focusing body of the column. Due to its size and shape, the AFM tip can not track the sudden drop between concentrators. From Figure 5, the concentrator density has been shown to increase systematically with power (i.e., as the pressure decreases). As shown in Figure 6 and discussed below, the photoluminescence (PL) appears for all of the samples in Figure 5, so the column size must be maintained in its range of several tens of nanometers for all of these samples. Thus, Figures 5 and 6 show that a reduction in pressure reduces the average porosity between the concentrator and the column.

전기화학적으로 부식된 통상적인 다공성 Si 필름의 경우에서와 같이 본 발명의 정렬된 보이드-칼럼 필름은 광발광성을 나타낸다. 100℃ 및 6, 8 및 10 mTorr에서 침착된 3가지 필름의 광발광성 스펙트럼은 도 6에 제시하였다. 여기에서, 광발광성 밴드는 ~1.8 eV에서 피크를 가지며 ~0.3 eV의 1/2 최대값에서 최대폭을 가지고, 다공성-Si에서 관찰되는 것과 유사하다 (L. Tsybeskov, MRS Bulletin, April 1998,33(1998)).As in the case of conventional electrochemically etched porous Si films, the aligned void-column films of the present invention exhibit photoluminescence. The photoluminescence spectra of the three films deposited at 100 &lt; 0 &gt; C and 6, 8 and 10 mTorr are shown in Fig. Here, the photoluminescent band has a peak at ~ 1.8 eV and has a maximum width at 1/2 maximum of ~ 0.3 eV, similar to that observed in porosity-Si (L. Tsybeskov, MRS Bulletin, April 1998, 33 1998).

기판 부근에서의 자기장Magnetic field near the substrate

HDP 시스템은 기판 위치에서 또는 그에 인접하여 자기장 (MF)을 가질 수 있다. 이것은 본 발명의 ECR 고밀도 플라즈마 침착시스템에서도 마찬가지이다. 기판 부근에서의 자기장의 강도는 필름 다공성에 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다. 필름 형태학에 대한 자기장의 충격에 대한 연구는, 다른 모든 침착인자가 일정하게 유지되는 경우에 침착표면에서 자기장을 조절하는 것은 필름 다공성을 증진시키는 데 유용할 수 있음을 시사한다. 바람직하게는, 침착표면에 대해 수직인 자기장을 조절하는 것이 필름 다공성을 증진시키는 데 유용할 수 있다. 도 7에 나타낸 것으로 필름에 대하여 찍은 주사전자현미경사진은 침착표면에 및 그 바로 위에 MF가 부재하면 구조는 더 치밀하게 채워지며, 즉 다공성이 낮아진다는 것을 입증한다. 실제로, 자기장 효과는 필름 형태학의 구조구역모델에서는 고려조차 되지 않는다.The HDP system may have a magnetic field (MF) at or near the substrate location. This is true of the ECR high-density plasma deposition system of the present invention. The intensity of the magnetic field in the vicinity of the substrate was found to have an influence on the film porosity. Studies of the impact of magnetic fields on film morphology suggest that modulating the magnetic field at the deposition surface may be useful in enhancing film porosity if all other deposition factors remain constant. Preferably, adjusting the magnetic field perpendicular to the deposition surface may be useful in enhancing film porosity. A scanning electron micrograph taken on the film as shown in Fig. 7 demonstrates that the structure is more densely packed, i. E., Less porous, when MF is absent on and immediately above the deposition surface. Indeed, the magnetic field effects are not even considered in the structural morphological model of the film morphology.

침착가스 및 유속Deposition gas and flow rate

상기의 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 유속의 범위는 전구체 가스 수소 및 실란에 대하여 조사되었다. 칼럼상 필름을 침착시키기 위해서 사용된 가스 조성 및 유속은 형태학에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 물론, 침착에 사용된 가스는 예를 들어, 실리콘의 경우에 반드시 실리콘 함유 분자를 포함하여야 한다. 그러나, 필름의 독특한 칼럼 및 연속적 보이드 (공극) 구조를 얻기 위해서는 수소가 또한 중요한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 문헌으로부터 플라즈마 파워가 증가함에 따라 더 다량의 수소 래디칼을 기대할 수 있을 것이며, 따라서 플라즈마 파워에 따라 증가된 다공성을 예상할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명자들은 다공성이 실제로 플라즈마 파워에 따라 감소하는 것을 발견하였으며, 이것은 복잡한 상호작용이 일어남을 입증하는 것이다. 침착된 다공성 필름 형태학에 있어서 수소 및 파워의 이러한 역할은 문헌에서 이전에 관찰되어 보고되지 않았던 것이다.As can be seen in Table 1 above, the range of flow rates was investigated for precursor gas hydrogen and silane. The gas composition and flow rate used to deposit the film in the column were found to affect morphology. Of course, the gas used for deposition must, for example, in the case of silicon, contain silicon-containing molecules. However, it has also been found that hydrogen is also important to obtain a unique column of film and a continuous void (void) structure. For example, as the plasma power increases, a greater amount of hydrogen radicals can be expected from the literature, and thus increased porosity can be expected with plasma power. However, the inventors have found that porosity actually decreases with plasma power, which proves that complex interactions occur. This role of hydrogen and power in the deposited porous film morphology has not been previously observed and reported in the literature.

수소 래디칼은 아마도, 전이층에 대하여 수직인 연속적 보이드를 통해서 성장하는 칼럼의 위치를 설정하는 핵형성 (nucleation) 과정에 역할이 있을 것이다. 수소 래디칼/충격종 상호작용은 문헌에서 거론된 것에 비해서 예기치 못했던 핵형성 거동을 유도한다. 구체적으로, 도 1에 나타낸 나노구조는 대략적으로 약 6×1011-2의 (칼럼-형성부위) 핵밀도에 상응하며, 이것은 RF-PECVD에 의해서 수소 희석된 실란으로부터 침착된 나노결정성-실리콘에서 나타나는 것, 즉 약 3×1010-2(H.V. Nguyen and R.W. Collins, Phys. Rev. B47, 1911 (1993)) 보다 훨씬 더 크다. 본 발명자들에 의해서 다공성에 직접적으로 영향을 미치는 것으로 나타났고 더 높은 파워에 의해서 나타나는 이러한 더 큰 핵밀도는 형태학에 대한 이해를 유도하는 것으로 통상적으로 예상되는 구조구역모델에서는 결코 고려되지 않았었다. 여기에서 제안된 모델은 이것이 수소 래디칼 형성효과를 통해서 나타나는 것이다.칼럼성장 핵밀도는 1011내지 1012-2정도로 높을 수 있다.The hydrogen radical will probably play a role in the nucleation process, which sets the position of the column growing through the continuous voids perpendicular to the transition layer. Hydrogen radical / impact species interactions lead to unexpected nucleation behavior compared to those discussed in the literature. Specifically, the nanostructure shown in Fig. 1 corresponds to a nucleation density of about 6x10 &lt; 11 &gt; cm &lt;&quot; 2 & gt ; (column-forming region), which is a nanocrystalline- (HV Nguyen and RW Collins, Phys. Rev. B47, 1911 (1993)), which is about 3 × 10 10 cm -2 . These larger nuclear densities, which have been shown to directly affect porosity by the present inventors and which are exhibited by higher powers, have never been considered in conventional structural zone models which are expected to lead to an understanding of morphology. The proposed model shows that this is due to hydrogen radical formation effects. The column growth nucleus density can be as high as 10 11 to 10 12 cm -2 .

챔버 컨디쇼닝Chamber Conditioning

챔버의 청결은 명백한 방식으로 필름 수율에 영향을 미친다. 예를 들어, 챔버 내의 입자는 필름 품질에 유해하다. 그러나, 챔버벽의 화학적 상태 (즉, 필름 피복)도 또한 필름에 영향을 미친다. 여기에는 이들 다공성 필름의 침착을 위한 고밀도 플라즈마의 사용으로 인해 독특하게 존재하는 기본적인 챔버/플라즈마 종 상호작용이 있다. 이들 벽/종 상호작용은 필름성장 중에 존재하는 반응속도와 종 균형에 영향을 미치고, 이렇게하여 다공성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 각각의 침착후에 챔버벽 상의 실리콘니트라이드 피복물은 필름 재현성 및 품질에 유익할 수 있다. 보이드-칼럼 네트워크 필름 침착 전의 H2또는 O2플라즈마 챔버-노출은 컨디쇼닝의 또 다른 예이다. 이 경우에, 이들 플라즈마는 챔버벽 상의 종들을 휘발시키거나 (H2또는 O2) 산화시켜 (O2) 후속 다공성 실리콘 침착을 위해서 안정하며 재현가능한 환경을 유도한다.The cleanliness of the chamber affects film yield in an obvious manner. For example, particles in the chamber are detrimental to film quality. However, the chemical state of the chamber walls (i.e., film coating) also affects the film. There are basic chamber / plasma species interactions that are uniquely present due to the use of high-density plasmas for deposition of these porous films. These wall / species interactions affect the rate of reaction and species balance that exist during film growth, and thus can affect porosity. For example, the silicon nitride coating on the chamber walls after each deposition can be beneficial to film reproducibility and quality. Exposure to H 2 or O 2 plasma chambers before voided-column network film deposition is another example of conditioning. In this case, these plasmas volatize (H 2 or O 2 ) species on the chamber walls (O 2 ) and induce a stable and reproducible environment for subsequent porous silicon deposition.

기판표면Substrate surface

다공성 필름이 침착될 표면의 상태는 생성된 필름에 영향을 미친다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼, 인듐틴옥사이드 (ITO), 무반사 유리, 금속-피복된 유리 및 실리콘니트라이드-피복된 유리 출발표면들을 비교하면, 다공성 차이는 침착된 필름에서 나타난다. 특히, ITO 및 무반사 유리 상의 필름은 매우 유사하며 니트라이드 피복된 유리에 비해서 약간 더 낮은 다공성을 나타낸다. 따라서, 더 큰 다공성은 더 낮은 핵밀도를 유도할 수 있는 필름과 기판 사이의 더 큰 구조 미스매치 (mismatch)와 상호관련이 있다.The state of the surface on which the porous film is to be deposited affects the resulting film. For example, when comparing silicon wafer, indium tin oxide (ITO), antireflection glass, metal-coated glass and silicon nitride-coated glass starting surfaces, porosity differences appear in the deposited film. In particular, films on ITO and antireflective glass are very similar and exhibit a slightly lower porosity compared to nitrided glass. Thus, larger porosity correlates with greater structural mismatch between the film and the substrate, which can lead to lower nuclear density.

본 발명의 필름은 이전에 습식전기화학적으로 생산된 다공성 실리콘에 대해서만 보고된 다수의 특성을 나타낸다. 예를 들어, 이들은 전기화학적으로 부식된 다공성 실리콘에 대해 보고된 가스 및 증기 민감성을 나타낸다 (I. Schecter et al., Anal. Chem. 67, 3727 (1995)). 예비조사를 위해서, 수증기에 대한 본 발명의 필름의 민감성을 연구하였다. 도 8은 RH의 변화에 따른 필름의 전형적인 거동을 예시한 것이다. 공극크기에 따라서 약한 반응이 역치 습도수분 이하에서 확인되며, 이 역치 습도수준 이상에서는 가파른 (일반적으로 지수함수적인) 증가가 관찰된다. 이러한 가파른 거동의 발현은 공극크기 및 안정성/증감성 처리에 의해서 조절된다. 도 8의 경우에, Pd 층은 침착된 다공성 Si 상에 침착되고 600℃에서 1시간 동안 어니일링시켰다.The films of the present invention exhibit a number of properties reported only for previously wet-electrochemically produced porous silicon. For example, they exhibit reported gas and vapor sensitivities for electrochemically corroded porous silicon (I. Schecter et al., Anal. Chem. 67, 3727 (1995)). For preliminary investigation, the sensitivity of the films of the present invention to water vapor was studied. Figure 8 illustrates the typical behavior of the film with changes in RH. Depending on the pore size, a weak reaction is observed below the threshold moisture content, and a steep (usually exponential) increase is observed above this threshold humidity level. The expression of this steep behavior is controlled by pore size and stability / sensitization treatments. In the case of Figure 8, the Pd layer was deposited on the deposited porous Si and annealed at 600 ° C for 1 hour.

전도율에 있어서의 증가는 보이드 내부의 수분의 모세관 응결에 기인한다. 유사한 거동이 세라믹에 대하여 관찰되며, 전하이송은 양성자 (H+), 하이드로늄 이온 (H3O+) 또는 하이드록실 이온 (OH-)을 통해서 되는 것으로 생각되었다 (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999); B.M. Kulwicki, J. Am. Ceram. Soc. 74, 697 (1991)). 실리콘 표면이 습도와 상호작용하면, 화학적으로 결합된 하이드록실이온의 형성은 고전하밀도 및 강력한 정전기장을 유도한다. 따라서, 이 화학흡착된 층 상에서 물리흡착된 추가의 물 분자는 그의 높은 정전기장으로 인하여 쉽게 이온으로 해리할 수 있다 (2H2O ↔H3O++ OH-) (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999); B.M. Kulwicki, J. Am. Ceram. Soc. 74, 697 (1991)). 양성자 이송은 H3O+가 이웃한 H2O에 양성자를 유리시켜 이것이 H3O+등으로 변형될 때 일어난다 (Grotthuss chain reaction) (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999); B.M. Kulwicki, J. Am. Ceram. Soc. 74, 697 (1991)). 전도율에 있어서의 가파른 상승은 아마도 RH의 증가에 따라 물의 분자층이 성장하는 것과 연관될 것이다 (J.J. Mares et al. Thin Solid Films 255, 272 (1995)). 마지막으로, RH의 증가에 따른 전도율에 있어서의 가파른 증가에 이어서 포화가 일어난다. 이 시점에서 응결된 물에 의한 보이드 용적의 완전한 충전이 일어나는 것으로 생각된다. 따라서, 소정의 표면장력 또는 흡수계수의 경우에 포화는 모세관 응결에 대한 켈빈관계 (Kelvin's relation)에 의해서도 또한 제시된 바와 같이 더 큰 보이드 또는 공극크기를 위해서 더 높은 RH에서 나타나는 것으로 예상된다 (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999); J.J. Mares et al., Thin Solid Films 255, 272 (1995)).The increase in conductivity is due to capillary condensation of moisture inside the void. Similar behavior was observed for the ceramics and the charge transfer was thought to be through a proton (H + ), a hydronium ion (H 3 O + ) or a hydroxyl ion (OH - ) (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999), BM Kulwicki, J. Am. Ceram Soc., 74, 697 (1991)). When the silicon surface interacts with humidity, the formation of chemically bonded hydroxyl ions leads to a high charge density and a strong electrostatic field. Thus, additional water molecules physically adsorbed on this chemisorbed layer can easily dissociate into ions due to their high electrostatic fields (2H 2 O ↔ H 3 O + + OH - ) (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999), BM Kulwicki, J. Am. Ceram Soc., 74, 697 (1991)). Proton transfer occurs when H 3 O + liberates a proton to neighboring H 2 O and this is transformed into H 3 O + (Grotthuss chain reaction) (T. Hubert, MRS Bulletin, 49 (June 1999); BM Kulwicki , J. Am. Ceram. Soc., 74, 697 (1991)). The steep rise in conductivity will probably be associated with the growth of a molecular layer of water with increasing RH (JJ Mares et al., Thin Solid Films 255, 272 (1995)). Finally, saturation occurs following a steep increase in conductivity with increasing RH. It is believed that at this point complete filling of the void volume with the water condensed occurs. Thus, in the case of a given surface tension or absorption coefficient, saturation is expected to occur at higher RH for larger voids or pore sizes, as also shown by the Kelvin's relation to capillary condensation (T. Hubert , MRS Bulletin, 49 (June 1999); JJ Mares et al., Thin Solid Films 255, 272 (1995)).

도 9는 100℃ 및 다양한 압력 (6, 8 및 10 mTorr)에서 침착된 3가지 필름의 안정화된 습도반응을 나타낸다. 이들 필름 중에서, 10 mTorr에서 침착된 것 (최고의 다공성 필름)은 가장 규칙적인 거동을 나타낸다. 도 10은 각각 수분, 수시간및 수일까지 이어져서 이 고다공성 필름으로부터 채택된 몇 가지 측정치를 나타낸 것이다. 명백하게, 재현성은 중요하다. 도 8 내지 10의 데이타는 안정화/증감화 처리를 행한 필름에 대한 것이다. 이러한 처리는 사용할 필요는 없다.Figure 9 shows the stabilized humidity response of three films deposited at 100 ° C and various pressures (6, 8 and 10 mTorr). Among these films, those deposited at 10 mTorr (the highest porous film) exhibit the most regular behavior. Figure 10 shows several measurements taken from this high porosity film, followed by several minutes, several hours, and several days, respectively. Obviously, reproducibility is important. The data in Figs. 8 to 10 are for a film subjected to the stabilization / reduction process. This process need not be used.

메어스 (Mares) 등은 0 부터 100%까지의 RH 변화에 따라 전기화학적으로 제조된 다공성 Si로부터 얻어지는 것으로 도 8에서와 같은 유사한 S-형 곡선을 수득하는 유사한 전도율 증진 (3 등급)을 보고하였다 (J.J. Mares et al., Thin Solid Films, 255, 272 (1995)). 그러나, 이들의 측정치는 안정한 결과치를 얻기 위해 수일이 소요되는 높은 수준의 불안정성을 포함하였다. 이것은 전기화학적으로 제조된 다공성 실리콘층의 기본이 되는 고유한 실리콘 물질의 존재로 인하여 전류가 다공성 실리콘층의 두께를 횡단하여서만 이송될 수 있기 때문이다. 이들 전기화학적으로 제조된 샘플에 대하여 측면 전기장이 사용되었다면 실리콘 웨이퍼를 통한 전류의 분류를 야기시킬 수 있을 것이며, 이것은 전기적 특성의 측면 모니터링을 불가능하게 만든다. 따라서, 두개의 전극사이에 배치된 통상적인 다공성 실리콘을 갖는 샌드위치 모니터링 구조가 필요하다. 이것은 수증기가 다공성 반도체층에 도달하기 전에 상부전극을 통과 (접촉)하기 때문에 주된 단점이 된다. 그 결과, 반응시간 뿐 아니라 민감성이 심하게 파괴된다.Mares et al. Reported a similar conductivity enhancement (grade 3) to obtain a similar S-shaped curve as in FIG. 8, obtained from porous Si produced electrochemically with a change in RH from 0 to 100% (JJ Mares et al., Thin Solid Films, 255, 272 (1995)). However, these measurements included high levels of instability that took several days to achieve stable results. This is because current can only be transported across the thickness of the porous silicon layer due to the presence of a unique silicon material that is the basis of the electrochemically fabricated porous silicon layer. If a side electric field is used for these electrochemically prepared samples, it will cause the classification of the current through the silicon wafer, which makes lateral monitoring of electrical properties impossible. Thus, there is a need for a sandwich monitoring structure with a conventional porous silicon disposed between two electrodes. This is a major drawback because the water vapor passes through the upper electrode before reaching the porous semiconductor layer. As a result, not only the reaction time but also the sensitivity is seriously destroyed.

한편, 다공성 필름이 절연체 상에 존재한다면, 침착된 보이드-칼럼 네트워크 물질에 의해서 용이하게 달성되는 바와 같이, 전기적 특성은 측면접촉 배열에 의해서 측면으로 용이하게 모니터될 수 있다. 이 구조는 접촉부위 사이의 영역에서 대기와 모니터된 필름 사이의 직접적인 상호작용을 허용한다. 그 결과, 필름은 RH가0에서 100%로, 또는 그 반대로 급격하게 변화하는 경우에 수분의 일초 내의 반응시간을 나타낸다. 또한, 본 발명의 형태학에서 보이드는 상호연결되고, 따라서 칼럼은 더 낮은 다공성의 경우에도 격리되어 필름을 통해서 필름/대기 계면에 대해 수직으로 정렬된 연속적 보이드 네트워크를 형성한다. 이것은 필름 내외에서 균일하며 빠른 대량전이를 용이하게 한다. 전기화학적으로 제조된 다공성 실리콘 필름은 보이드가 필수적으로 상호연결되지 않기 때문에 이러한 특징이 결여되어 있다.On the other hand, if the porous film is present on the insulator, the electrical properties can be easily monitored laterally by the side contact arrangement, as is easily accomplished by the deposited void-column network material. This structure allows for direct interaction between the atmosphere and the monitored film in the region between the contact sites. As a result, the film shows the reaction time within one second in the case where the RH rapidly changes from 0 to 100% or vice versa. In addition, in the morphology of the present invention, the voids are interconnected so that the column is isolated even in the case of lower porosity and forms a continuous void network that is vertically aligned with the film / atmospheric interface through the film. This facilitates uniform and rapid mass transfer inside and outside the film. Electrochemically prepared porous silicon films lack this feature because voids are not necessarily interconnected.

도 9에서 포화가 일어나는 RH의 이동 (shift)은 3가지 필름에 대한 상이한 보이드 크기의 징표이다. 상기에서 모세관 응결에 대하여 거론한 바에 따르면, 보이드 크기의 증가는 공정압력의 증가 (파워의 감소)에 의해서 나타난다. 이것은 AFM 및 PL 데이타로부터의 본 발명자들의 결론과 완전히 일치한다. 따라서, 이 연구는 RH에 의한 다공성 필름의 전도성 거동이 형태학에 대한 유용한 정보를 제공하는 것을 확인한 것이다. 10 mTorr 샘플이 최고의 다공성 및 두께를 가지기 때문에 이 샘플은 모든 보이드 용적이 응결된 물로 충전될 때 최고의 전류를 산출할 것으로 예상된다. 그러나, 실제로는 도 9로부터 볼 수 있는 바와 같이 (6 mTorr로부터 10 mTorr까지) 포화전류가 보이드 용적 (다공성 ×필름두께에 정비례함)에 따라 감소한다는 점에서 정반대이다. 이것은 아마도 본 발명의 필름의 경우에 주된 전하이송이 벌크액체 (bulk liquid) 내에서는 일어나지 않고, 표면전하로 인하여 물이 가장 효과적으로 해리하는 실리콘 표면 가까이에서 일어나기 때문일 것이다. 표면에서의 이온화 분획은 단지 1%인 것으로 예측되지만, 이것은 액체 물 중에서의 분획에 비해 6 등급 더 큰 것이다 (B.M. Kulwicki, J. Am. Ceram. Soc. 74, 697(1991)). 따라서, 칼럼의 최고 밀도를 적용한 6-mTorr 샘플은 그의 최고 내부 표면적으로 인하여 최고의 포화전류를 나타낸다. 한편, 10 mTorr 필름은 최저의 내부표면적을 가질 뿐 아니라, 칼럼들 사이에서 최대의 평균간격을 갖는다. 간격이 길수록 더 많은 이온농도가 표면에서의 그의 값으로부터 간격의 중앙쪽으로 저하하며, 따라서 더 많은 직렬저항이 가해진다.The shift in RH where saturation occurs in FIG. 9 is a token of different void sizes for the three films. As discussed above for capillary condensation, an increase in void size is indicated by an increase in process pressure (reduction in power). This is in full agreement with our conclusions from AFM and PL data. Thus, this study confirms that the conductive behavior of the porous film by RH provides useful information on morphology. Because 10 mTorr samples have the highest porosity and thickness, this sample is expected to yield the best current when all void volumes are charged with condensed water. However, in reality, as can be seen from Fig. 9 (from 6 mTorr to 10 mTorr), the saturation current is opposite in that it decreases with the void volume (porosity x film thickness directly). This is probably due to the fact that in the case of the film of the present invention the main charge transport does not occur in the bulk liquid, but rather occurs near the silicon surface where water is most effectively dissociated by surface charge. The ionized fraction at the surface is expected to be only 1%, but this is a sixth grade larger than the fraction in liquid water (B. M. Kulwicki, J. Am. Ceram. Soc. 74, 697 (1991)). Thus, the 6-mTorr sample with the highest density of the column exhibits the highest saturation current due to its highest internal surface area. On the other hand, 10 mTorr films not only have the lowest internal surface area, but also have the maximum average spacing between the columns. The longer the interval, the lower the ionic concentration decreases from its value at the surface towards the center of the gap, and therefore more series resistance is applied.

동일반응계 또는 외부반응계에서 후침착 공정을 사용하여 형태학, 민감성 및 특이성을 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 11은 후-침착-부식 수소플라즈마 부식에 의한 다공성의 증진을 나타낸 것이다. 플라즈마 노출시간에 따른 이러한 다공성 증진은 실리콘 칼럼, 집속체 또는 둘다의 직경의 감소에 기인한 것이다. 상기 언급한 바와 같이, 필름은 상승된 온도에서의 노출, 화학적 상호작용, 후속 침착, 습식 노출 및(또는) 특정한 플라즈 노출에 의해 침착 후에 변형될 수도 있다. 추가의 예로서, 분해를 피하기 위해서 다공성 필름에서 F-종결되거나 Cl-종결된 표면이 수득될 수 있다. 필름표면은 화학적, 생물학적 또는 플라즈마 처리에 의해서 작용화시켜 이것을 수증기 이외의 특정한 검출표적에 대하여 더 민감하게 되도록 만들 수도 있다.Morphology, sensitivity and specificity can be adjusted using post-deposition processes in the in situ or external reaction systems. For example, Figure 11 illustrates the enhancement of porosity by post-deposition-corrosion hydrogen plasma erosion. Such porosity enhancement with plasma exposure time is due to the reduction of the diameter of the silicon column, the concentrator, or both. As mentioned above, the film may be deformed after deposition by elevated temperature exposure, chemical interaction, subsequent deposition, wet exposure and / or a particular plasma exposure. As a further example, F-terminated or Cl-terminated surfaces can be obtained in the porous film to avoid degradation. The film surface may be functionalized by chemical, biological or plasma treatment to make it more sensitive to certain detection targets other than water vapor.

본 명세서에 기술된 조절된 다공성을 갖는 이들 다공성 보이드-칼럼 네트워크 실리콘 필름은 또한 빠르고 재현성이 있으며 조절가능하게 부식될 수 있는 그들의 능력으로 인하여 다양한 격리, 분리층, 보이드 형성 및 제한 적용분야에 사용될 수 있다. 이들은 화학적, 전기적, 물리적 및 기계적 격리를 위해서 사용될 수 있다. 본 발명자들은 이러한 적용의 모든 형태를 "에어갭", 격리 또는 "릴리즈층(release layer)" 용도라 칭한다. 전기적 격리의 경우에, 예를 들어, 이들 필름은 산화되어 이차원적 어레이로 SiO2의 칼럼을 생산할 수 있다 (도 12a의 층 3). 생성된 공기/SiO2물질은 축전성 커플링이 최소화되어야 하는 경우에 필요한 바와 같이 매우 낮은 유전상수를 가질 수 있다. 특정한 적용분야는 미소전자공학에서의 상호연결에 있다. 그후, 캡핑층은 2개의 2-D 어레이층 (층 3)을 나타낸 도 13에서 나타낸 바와 같이 이 이차원적 어레이 상에 침착될 수 있다. 그후, 층 1, 기본층 및(또는) 기판에서 전기적 연결이 있을 수 있다. 이들 층 사이에서의 상호연결은 다공성 층을 통해 도관을 도핑시키거나 다른 식으로 유도함으로써 이루어질 수 있다.These porous void-column network silicon films with controlled porosity as described herein can also be used in a variety of isolation, isolation layers, void formation and limited applications due to their ability to be fast, reproducible and controllably corrosive have. They can be used for chemical, electrical, physical and mechanical isolation. We call all forms of this application an "air gap", isolation or "release layer" application. In the case of electrical isolation, for example, these films can be oxidized to produce a column of SiO 2 in a two-dimensional array (layer 3 in FIG. 12A). The resulting air / SiO 2 material can have a very low dielectric constant as required in the case that the power storage should be minimized coupling. Specific applications are in interconnections in microelectronics. The capping layer can then be deposited on this two-dimensional array as shown in Figure 13, which shows two 2-D array layers (layer 3). Thereafter, there may be an electrical connection in the layer 1, the base layer and / or the substrate. Interconnection between these layers may be achieved by doping or otherwise inducing the conduit through the porous layer.

이러한 전기적 연결 또는 회로는 이차원적 (2-D) 공기/SiO2어레이의 탁월한 전기적 격리특성으로 인하여, 즉 다공성 격리층의 낮은 유전상수로 인하여 기판 또는 다른 층에서 또는 그들 상에서 전도체 또는 회로에 대한 최소 전기적 축전성 커플링을 가질 수 있다. 예를 들어, 실리콘옥사이드 가교구조가 70% 다공성을 함유하는 경우에, 이 구조의 유효유전상수는 1.84일 수 있다.This electrical connection or circuitry is advantageous because of the excellent electrical isolation characteristics of a two-dimensional (2-D) air / SiO 2 array, that is, due to the low dielectric constant of the porous isolating layer, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; electrically chargeable coupling. For example, if the silicon oxide bridging structure contains 70% porosity, the effective dielectric constant of this structure may be 1.84.

기계적, 물리적 및 화학적 격리는 또한 선택된 부위에서 이 물질을 제거함으로써 보이드-칼럼 네트워크로 나타나는 독특하게 침착되고 조절된 구조화 필름에 의해서 달성될 수도 있다. 예를 들어, 캡핑층 1은 실리콘이 잔류할 수 있는 필름 3 상에 직접 침착될 수 있거나 SiO2, 금속 규화물 또는 그밖의 다른 실리콘 화합물에 대해 화학적으로 반응할 수 있다. 캡핑층은 진공을 파괴시키거나 파괴시키지않고 형성될 수 있으며, 도 12에서 보는 바와 같이 니트라이드, 옥사이드, 금속 또는 또 다른 비-다공성 (즉, 연속적) 실리콘층 또는 캡 1이 침착되어 기판 5 (예를 들어, 반도체, 유리 또는 플라스틱) 상에 침착된 2-D 보이드-칼럼 네트워크 또는 필름 3을 캡핑시킬 수 있다. 그후에 도 12b 및 12c에서 보는 바와 같이, 캡핑침착 전에 또는 캡핑 침착 후에 리소그래피와 같은 통상적인 방법을 사용하여 부식 액세스홀 (access hole) 10을 규정할 수 있다. 이들 홀 10은 부식제가 다공성 보이드-칼럼 네트워크 실리콘 (또는 SiO2등)에 들어가서, 도 12b에서 보는 바와 같이 예정된 부위에서 이것이 제거되도록 한다. 그 결과, 격리 또는 제한부위는 다공성 물질의 제거에 의해서 규정된다. 부식제 접근 및 반응생성물 제거를 허용하는 칼럼들 사이의 보이드 또는 공극의 연속적 네트워크로 인하여 다공성 물질 실리콘의 모든 부위는 접근이 가능하기 때문에 다공성 실리콘 보이드-칼럼 네트워크 물질은 이러한 부식에 의해서 용이하게 제거된다. 도 14는 이러한 보이드-칼럼 네트워크 Si 부위의 제거에 의해서 제작된 실제의 "에어갭" 구조를 나타낸 것이다. 여기에서, 처리공정은 절연체 층 사이에 공동 (cavity)을 발생시키는 것으로 나타난다. 이러한 특정한 예에서 공동은 20분 내에 부식되어 제거되었다. 공동을 발생시키기 위해서 다결정성 실리콘을 사용하는 선행기술의 방법은 부식을 증진시키기 위해서 수배의 등급을 채택하거나 복잡한 e-비임 리소그래피를 사용할 수 있다 (P.J. French, J. Micromech. Microeng.,6, 197 (1996)).Mechanical, physical and chemical sequestration may also be achieved by a unique deposited and controlled structured film that appears as a void-column network by removing this material at selected sites. For example, the capping layer 1 may be deposited directly on the film 3 where silicon may remain, or may chemically react to SiO 2 , metal silicides or other silicon compounds. The capping layer may be formed without destroying or destroying the vacuum, and a nitride, oxide, metal or other non-porous (i.e., continuous) silicon layer or cap 1 may be deposited to form the substrate 5 For example, a 2-D void-column network or film 3 deposited on a semiconductor, glass, or plastic. Corrosion access holes 10 may then be defined using conventional methods, such as lithography, before or after capping deposition, as shown in Figures 12b and 12c. These holes 10 allow the caustic to enter the porous void-column network silicon (or SiO 2, etc.), which is removed at a predetermined site as shown in FIG. 12B. As a result, the isolation or restriction sites are defined by the removal of the porous material. The porous silicon void-column network material is easily removed by such corrosion because all areas of the porous material silicon are accessible due to the continuous network of voids or voids between the columns that allow for caustic access and reaction product removal. Figure 14 shows the actual " air gap " structure produced by the removal of this void-column network Si region. Here, the treatment process appears to generate a cavity between the insulator layers. In this particular example, the cavity was corroded within 20 minutes. Prior art methods of using polycrystalline silicon to generate cavities may employ multiple grades or use complex e-beam lithography to enhance corrosion (PJ French, J. Micromech. Microeng., 6 , 197 (1996)).

도 14에 예시된 것과 같은 제거된 부위 (공동 또는 "에어갭")는 크로마토그라피, DNA 분류, 광학적 적용 및 유체공학과 같은 적용분야를 위한 튜브로서 뿐 아니라 격막, 가속도계, 볼로메터 (bolometer) 및 감소된 축전성 커플링에서 사용될 수도 있다.The removed sites (cavities or " air gaps ") as illustrated in Figure 14 can be used as well as tubes for applications such as chromatography, DNA classification, optical application and fluidics, as well as diaphragms, accelerometers, bolometers, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; capacitive coupling. &Lt; / RTI &gt;

도 15는 또 다른 예시된 적용분야에서 침착된 다공성 필름의 용도를 나타낸 것이다: 질량탈착 분광분석을 위한 지지체 기판. 여기에서 침착된 다공성 실리콘은 후속 검출을 위한 분자의 부착을 위한 매체로서 작용한다. 검출은 레이저를 사용하여 흡수성 다공성 실리콘으로부터 분자를 탈착시키고 이온화를 야기시킴으로써 일어난다. 이들 탈착된 분자로부터 생성된 이온은 그후에 질량분광분석을 이용하여 동정한다. 침착된 다공성 실리콘 필름 상에 목적에 따라 흡착된 몇 가지 분자의 동정은 도 15의 질량분광분석 스캔에서 볼 수 있다. 기판로부터 분자를 탈착시키기 위한 레이저의 사용 및 후속 질량분광분석은 이전에 수행되었지만, 이것은 검출하고자하는 분자를 결합시키기 위한 유기 "매트릭스"를 필요로 하였다. 이것은 소위 레이저 탈착 및 이온화 (MALDI) 기술에 의한 질량분석이다. 본 발명자들의 기술은 유기 매트릭스 결합제물질의 사용을 피한다. 알 수 있는 바와 같이, 레이저 노출은 탈착 및 이온화를 일으켜 분자의 동정을 유도한다. 전기화학적으로 부식된 다공성 실리콘 기판은 또한 이러한 레이저-탈착 유도된 분광분석을 위해 제한된 질량범위에서 효과적인 것으로 밝혀졌다. 이들도 역시 결합제의 사용을 피한다 (Nature, vol. 399, p.243-246, (1999)). 그러나, 이러한 부식된 다공성 실리콘 방법은 이전에 언급한 바와 같은 문제를 가지고 있다: 이것은 검출하고자 하는 분자를 결합시키는 데 필요한 나노구조를 얻기 위해서 전기화학적 부식, 역전기적 접촉 및 두꺼운 출발 실리콘을 필요로 한다. 본 발명의 필름은 침착된 나노구조를 가지며, 부식단계를 필요로하지 않고, 플라스틱을 포함한 어떠한 기판 상에도 침착될 수 있다.Figure 15 illustrates the use of a deposited porous film in another illustrated application: A support substrate for mass desorption spectroscopy analysis. The deposited porous silicon here serves as a medium for attachment of molecules for subsequent detection. Detection occurs by using a laser to desorb molecules from the absorbent porous silicon and cause ionization. The ions generated from these desorbed molecules are then identified using mass spectrometry. The identification of some molecules adsorbed on purpose on the deposited porous silicon film can be seen in the mass spectrometry scan of FIG. The use of lasers to desorb molecules from the substrate and subsequent mass spectrometry analysis were previously performed, but this required an organic " matrix " to bind the molecules to be detected. This is mass analysis by so-called laser desorption and ionization (MALDI) techniques. The inventors' technique avoids the use of organic matrix binder materials. As can be seen, laser exposure causes desorption and ionization leading to molecular identification. Electrochemically corroded porous silicon substrates have also been found to be effective in a limited mass range for such laser-desorption induced spectroscopic analysis. They also avoid the use of binders (Nature, vol. 399, p. 243-246, (1999)). However, these corroded porous silicon methods have the problems mentioned earlier: they require electrochemical corrosion, reversed contact and thick starting silicons to obtain the nanostructures necessary to bond the molecules to be detected . The films of the present invention have deposited nanostructures, do not require a corrosion step, and can be deposited on any substrate, including plastic.

이들 및 다른 모든 적용분야에서, 본 발명에 제시된 침착된 다공성 실리콘을 생산하기 위한 방법은 전기화학적 습식부식 물질 및 선행기술의 침착된 물질에 비해서 몇 가지 명백한 이점을 제공한다. 이들 이점은 다음의 4가지 그룹에 속한다: (1) 기판의 가변성, (2) 박막의 경우에도 다공성 및 필름상의 조절가능성, (3) 다공성과 두께와의 일관성, 및 (4) 플라즈마-기본 처리공정의 유연성.In these and all other applications, the method for producing the deposited porous silicon as proposed in the present invention provides several distinct advantages over electrochemical wet etchants and prior art deposited materials. These benefits fall into four groups: (1) substrate variability, (2) porosity and film controllability, (3) consistency with porosity and thickness, and (4) plasma- Process flexibility.

본 발명의 저온 직접침착방법의 경우에, 다공성 반도체 필름은 절연체, 금속호일 및 플라스틱을 포함한 어떤 기판 상에서라도 수득될 수 있다. 본 발명의 필름은 도핑되거나 비도핑될 수 있으며, 약 10 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 내지 20 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 전기화학적 방법은 전도성 기판 또는 층 상에서만 다공성 반도체층이 수득될 것을 요구한다. 출발물질은 반드시 도핑되어야 하고, 부식된 물질이 필요한 형태학을 확실히 획득하도록 하는 충분한 두께를 가져야 한다. 선행기술의 침착방법은 필름두께에 따라 변화하는 형태학을 제공하며, 별도의 부식단계를 수행한 후에야만 본 발명의 필름의 다공성 정도에 도달할 수 있고, 항상 무정형 상의 물질을 생성한다. 본 발명자들이 사용하는 플라즈마 기본 처리공정 및 파라메터 및 컨디쇼닝에 의해서는 동시 부식 및 침착으로 어떠한 기판 상에서라도 침착되는 박막을 위한 조절된 다공성 및 상을 갖는 건식공정을 제공한다.In the case of the low temperature direct deposition method of the present invention, the porous semiconductor film can be obtained on any substrate including an insulator, a metal foil and a plastic. The films of the present invention can be doped or undoped and can have a thickness of about 10 nm or greater, preferably 10-20 nm. The electrochemical method requires that a porous semiconductor layer be obtained only on a conductive substrate or layer. The starting material must be doped and should have a sufficient thickness to ensure that the corroded material obtains the required morphology. Prior art deposition methods provide morphology that varies with the film thickness and can only reach the porosity of the film of the present invention after a separate erosion step has been performed and always produce an amorphous phase material. The plasma basic treatment process and parameters and conditioning used by the present inventors provide a controlled, porous and phase dry process for thin films deposited on any substrate with simultaneous corrosion and deposition.

지적한 바와 같이, 이들 필름이 절연구조 상에 침착될 수 있다는 사실은 센서구조에서의 그들의 사용을 용이하게 한다. 또한, 필름표면에 대해 수직으로 정렬된 연속적이며 균일한 보이드 네트워크 및 보이드 용적을 갖는 본 발명의 명백한 나노구조는 전기센서, 전기영동 및 크로마토그라피 및 질량-탈착 적용분야와 같은 적용분야에서 필름 내외로 대량전이를 용이하게 한다. 비테이퍼 칼럼 및 비교적 균일하여 연속적인 보이드를 갖는 정렬된 보이드-칼럼 네트워크 형태학의 이러한 특징은 단지 본 발명의 다공성 실리콘에서만 발견된다. 이것은 본 발명의 필름이 흡착, 탈착, 이송 및 고정화 적용분야 (예를 들어, 동정을 위해 DNA와 같은 종을 고정화 및 고착시키고, 분자전자공학을 위해 분자를 분류 및 고착시키고 접촉시키는 분야 등)에 특히 탁월하도록 한다. 직접침착방법에 의해서 다공성 반도체는 또한 투명성, 편극성 등의 어떠한 종류의 광학적물질 기판 상에서도 수득될 수 있다. 이것은 항반사, 광학적 공동, 및 광트래핑 (light trapping) 피복물과 같은 광학적 적용분야에서 다공성 반도체의 용도를 용이하게 하고 확장시킨다. 마지막으로, 다공성 반도체가 가요성 폴리머 기판 상에 침착되면, 비평면상의 만곡된 다공성 반도체층이 또한 이용가능하게 제조될 수 있다.As noted, the fact that these films can be deposited on an insulating structure facilitates their use in sensor structures. In addition, the distinct nanostructures of the present invention having a continuous uniform and uniform void network and void volume aligned perpendicular to the film surface can be used in applications such as electrical sensors, electrophoresis and chromatographic and mass-desorption applications, Facilitating mass transfer. This feature of aligned void-column network morphology with non-tapered columns and relatively uniformly continuous voids is found only in the porous silicon of the present invention. This means that the films of the present invention can be used in the fields of adsorption, desorption, transport and immobilization applications (for example, immobilizing and fixing species such as DNA for identification and sorting and fixing and contacting molecules for molecular electronics) Especially, make it excellent. By direct deposition methods, porous semiconductors can also be obtained on any type of optical material substrate, such as transparency, polarizability, and the like. This facilitates and extends the use of porous semiconductors in optical applications such as antireflection, optical cavities, and light trapping coatings. Finally, when a porous semiconductor is deposited on a flexible polymer substrate, a non-planar curved porous semiconductor layer can also be made available.

이러한 방법은 플라즈마-기본 처리기술의 이점을 살린 것이다. 예를 들어, 본 발명의 고다공성 실리콘 필름의 화학적 조성은 동시 침착-부식공정 중에 플라즈마 내로 혼입된 전구체 가스에 의해서 조절될 수 있다. 이것은 고유, n-타입 또는 p-타입 다공성-Si 뿐 아니라, 다공성 Ge, Ge:C, Si:C, Si:O, Si:F, Si:Cl 등을 생산할 수 있게 한다. 또한, 필름의 화학적 조성은 침착 중에, 따라서 필름의 두께 전체에 걸쳐서 변화될 수 있다. 반대로, 이미 성장한 물질의 전기화학적 부식에의해서 다공성-실리콘층의 화학적 조성은 최종적인 표면 이외의 다른 어떠한 부위에서도 결정될 수 없으며, 그러한 표면조성의 조절은 사용된 전해질에 의해서 제한된다. 본 발명의 필름은 고진공하에서 성장하기 때문에 공기노출에 기인한 오염은 방지될 수 있지만, 통상적인 다공성 실리콘 필름은 습식 화학물질 중에서 가공되기 때문에 쉽게 오염될 수 있다.This method takes advantage of the plasma-based processing technology. For example, the chemical composition of the highly porous silicon film of the present invention can be controlled by the precursor gas incorporated into the plasma during the co-deposition-corrosion process. This makes it possible to produce porous Ge, Ge: C, Si: C, Si: O, Si: F and Si: Cl as well as intrinsic, n-type or p-type porosity-Si. In addition, the chemical composition of the film can vary during deposition, and thus throughout the thickness of the film. Conversely, due to the electrochemical corrosion of the already grown material, the chemical composition of the porous-silicon layer can not be determined at any other site than the final surface, and the control of such surface composition is limited by the electrolyte used. Since the films of the present invention grow under high vacuum, contamination due to air exposure can be prevented, but conventional porous silicon films can be easily contaminated because they are processed in wet chemicals.

표준 전기화학적 부식을 사용하든지 또는 본 발명의 플라즈마 침착방법을 사용하든지, 생성된 다공성 실리콘 물질은 제조의 직접완료시에 수소원자에 의해서 종결된다. 그러나, 주위조건에서 이 수소-종결된 표면은 실온 산화 및 수소 손실에 대한 상당한 민감성을 나타낸다. 따라서, 안정한 표면부동화가 즉시 이루어진다면 다공성 실리콘 필름의 분해는 피할 수 있다. 이것은 멀티챔버 시스템을 사용하고 별도의 챔버 내에서 피복, 침지, 증기노출 등을 수행함으로써, 또는 필름 침착-부식 후에 동일반응계에서 챔버 대기를 교체시킴으로써 진공-기본 처리방법에 의해서 이루어진다. 이점에서 본 발명의 고밀도 플라즈마 방법은 더 낮은 활성화 에너지에서 어떤 종류의 반응이라도 촉진시켜 플라즈마-기본 표면처리를 용이하게 성취할 수 있도록 하기 때문에 매우 적용성이 있다. 일반적으로, 표면의 화학은 침착 중에 또는 후에 조절될 수 있다. 예를 들어, 다공성 필름에서 F-종결되거나 Cl-종결된 표면은 동일반응계에서 수득될 수 있으며, 이러한 표면은 분해에 대하여 더 저항성이 있는 것으로 믿어진다. 물론, 다공성 필름은 외부반응계에서 처리될 수 있으며, 표면처리에 의해서 소수성 또는 친수성으로 될 수 있다. 본 발명의 필름은 표면처리에 의해서 작용화될 수 있다.Whether using standard electrochemical etching or using the plasma deposition method of the present invention, the resulting porous silicon material is terminated by a hydrogen atom at the direct completion of the preparation. However, at ambient conditions this hydrogen-terminated surface exhibits considerable sensitivity to room temperature oxidation and hydrogen loss. Therefore, decomposition of the porous silicon film can be avoided if stable surface passivation is immediately effected. This is accomplished by a vacuum-based process by using a multi-chamber system and performing coating, immersion, vapor exposure, etc. in separate chambers, or by replacing the chamber atmosphere in the same reaction system after film deposition-erosion. In this respect, the high-density plasma method of the present invention is highly applicable because it facilitates any kind of reaction at lower activation energies to facilitate plasma-based surface treatment. Generally, the chemistry of the surface can be controlled during or after deposition. For example, F-terminated or Cl-terminated surfaces in porous films can be obtained in situ, and such surfaces are believed to be more resistant to degradation. Of course, the porous film can be treated in an external reaction system and can become hydrophobic or hydrophilic by surface treatment. The film of the present invention can be functionalized by surface treatment.

본 발명자들은 본 발명에 따른 몇 가지 구체예를 제시하고 기술하였지만, 이들은 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 명백한 다수의 변화를 일으키기 쉽다는 것은 명백하게 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명자들은 예시되고 기술된 구체예로 제한하고자 하지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에 포함되는 모든 변화 및 변형을 나타내고자 한다.While the inventors have shown and described several embodiments in accordance with the present invention, it will be clear to those skilled in the art that many obvious changes will occur to those skilled in the art. Accordingly, the inventors are not intended to be limited to the embodiments illustrated and described, but are to be understood to cover all modifications and variations that fall within the scope of the appended claims.

<발명의 요약>SUMMARY OF THE INVENTION [

본 발명은 그로부터 약 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부 (perturbation)를 포함하는 침착된 다공성 필름을 제공한다. 다수의 섭동부는 기판에 대하여, 또는 대안으로는 기본층 (base layer)에 대하여 실질적으로 수직으로 배치된다. 다수의 섭동부는 막대형 형태의 칼럼이며, 반도체성이고 실리콘 물질과 같이 다결정성일 수 있다. 다공성은 연속적 보이드의 결과이다. 섭동부는 필름 두께에 의해서 조정가능한 높이를 가지며, 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚의 직경을 갖는다. 더욱 특히, 칼럼은 약 3 ㎚ 내지 약 7 ㎚의 직경을 갖는다. 또한, 섭동부는 약 50 내지 500 ㎚ 또는 그 이상의 직경을 갖는 집속체에서 발견된다.The present invention provides a deposited porous film comprising a plurality of perturbations extending therefrom into voids having a porosity of up to about 90%. The plurality of perturbations are disposed substantially perpendicular to the substrate, or alternatively to the base layer. Many of the perturbations are bar-shaped columns, semiconducting and polycrystalline like a silicon material. Porosity is the result of continuous voids. The perturbation portion has a height adjustable by the film thickness and has a diameter of about 1 nm to about 50 nm. More particularly, the column has a diameter of about 3 nm to about 7 nm. Also, the perturbations are found in a concentrator having a diameter of about 50 to 500 nm or more.

본 발명은 또한 기판; 및 그로부터 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하며, 기판 상에 배치되어 있는 다공성 필름을 포함하는 복합구조물을 제공한다. 복합구조물은 또한 다공성 필름이 피복층 상에 배치되도록 피복층을 추가로 포함할 수 있다. 피복층은 유기절연체와 같은 절연체, 실리콘니트라이드 및 실리콘옥사이드 중의 적어도 하나의 물질; 또는 압전체, 강유전체, 금속 및 반도체와 같은 활성물질들 중의 적어도 하나이다. 복합구조물은 또한 다공성 필름이 캡핑층 (capping layer)과 기판 사이에 배치되도록 캡핑층을 추가로 포함할 수 있다. 캡핑층은 유기절연체와 같은 절연체, 실리콘니트라이드 및 실리콘옥사이드 중의 적어도 하나의 물질; 또는 압전체, 강유전체, 금속 및 반도체와 같은 활성물질들 중의 적어도 하나이다. 다공성 필름은 약 10 ㎚ 이상의 두께를 가지며, 여기에서 필름은 다결정성으로부터 무정형까지 변화될 수 있다. 이 침착된 다공성 필름은 막대형 섭동부의 이차원적인 주기적 어레이로 조직된다. 다공성 필름은 전환될 수 있는데, 예를 들어 SiO2로 산화될 수 있거나, 금속과 반응하여 규화물 (silicide)을 형성할 수 있거나, 또는 Si3N4로 니트라이드화될 수 있다. 필름은 또한 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. 복합구조물의 기판은 유리, 호일을 포함한 금속, 절연체, 플라스틱 및 반도체-함유 물질로부터 선택된다. 기판은 임의로 원자운동 장벽, 열장벽, 전기적 절연성 또는 스트레스-조절성 필름으로 피복될 수도 있다. 예를 들어, 필름은 실리콘니트라이드 장벽층이며, 여기에서 이 실리콘니트라이드 장벽층의 두께는 수백 옹스트롬 또는 그 미만으로부터 약 5,000 ㎚까지 변화할 수 있다. 필름은 침착중에, 그리고 필름 두께 전체에 걸쳐서 변화될 수 있다.The present invention also relates to a substrate; And a plurality of percussive portions extending therefrom into the void having a porosity of up to 90%, the porous film being disposed on the substrate. The composite structure may further comprise a coating layer such that the porous film is disposed on the coating layer. The coating layer may comprise at least one of an insulator such as an organic insulator, silicon nitride and silicon oxide; Or active materials such as piezoelectric materials, ferroelectrics, metals and semiconductors. The composite structure may further include a capping layer such that the porous film is disposed between the capping layer and the substrate. The capping layer may comprise at least one of an insulator, such as an organic insulator, silicon nitride and silicon oxide; Or active materials such as piezoelectric materials, ferroelectrics, metals and semiconductors. The porous film has a thickness of at least about 10 nm, wherein the film can vary from polycrystalline to amorphous. This deposited porous film is organized into a two-dimensional periodic array of rod-shaped perturbations. The porous film can be converted, for example, to be oxidized to SiO 2 , or to react with the metal to form a silicide, or it can be nitrated with Si 3 N 4 . The film may also be doped or undoped. The substrate of the composite structure is selected from glass, metals including foil, insulators, plastics and semiconductor-containing materials. The substrate may optionally be coated with an atomic motion barrier, a thermal barrier, an electrically insulating or stress-controllable film. For example, the film is a silicon nitride barrier layer, wherein the thickness of the silicon nitride barrier layer may vary from a few hundred angstroms or less to about 5,000 nm. The film can be changed during deposition and throughout the film thickness.

본 발명은 또한 기판 및 다공성 필름을 포함하는 복합구조물을 형성시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 고밀도 플라즈마 침착을 통해서 기판 상에 다공성 필름을 침착시키는 단계를 포함한다. 이 방법의 다공성 필름은 그로부터 약 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함한다. 이 방법은 또한, 다공성 필름을 부식하는 단계를 포함하는데, 여기에서 침착 및 부식단계는 바람직하게는 동시에 일어난다. 부식은 수소, 염소, 불소, HCl, HF 및 이들의 유도체 래디칼과 같은 플라즈마 내의 부식제의 존재하에서 수행될 수 있다. 상기 언급된 고밀도 플라즈마 침착은 수소 및 실리콘-함유 가스로부터 선택된 적어도 하나의 전구체 가스의 존재하에서 수행한다. 더욱 특히는, 실리콘-함유 가스는 실란 (SiH4가스)이다. 침착단계는 약 250℃ 또는 그 미만의 온도에서, 기판부위에서 약 +800 내지 -600 가우스 범위의 자기장 존재하에 약 100 와트 내지 1200 와트 범위의 마이크로파 파워 (microwave power)의 여기하에 수행한다. 침착단계는 또한, 플라즈마와 기판 사이에 가해지는 전압없이 수행된다. 이 방법에서의 추가의 단계는 부식에 의해 다공성 필름의 선택된 부위에서 다공성 층을 제거하여 에어갭, 릴리즈 (release) 또는 격리구조를 생성시키는 단계일 수 있다.The present invention also provides a method of forming a composite structure comprising a substrate and a porous film. The method includes depositing a porous film on a substrate through a high density plasma deposition. The porous film of the method comprises a plurality of percussive portions extending therefrom into voids having a porosity of up to about 90%. The method also includes the step of corroding the porous film, wherein the deposition and erosion steps preferably occur simultaneously. Corrosion can be carried out in the presence of a corrosive agent in a plasma such as hydrogen, chlorine, fluorine, HCl, HF, and derivative radicals thereof. The above-mentioned high density plasma deposition is performed in the presence of at least one precursor gas selected from hydrogen and a silicon-containing gas. More particularly, a silicon-containing gas is silane (SiH 4 gas). The deposition step is conducted under excitation of microwave power in the range of about 100 watts to 1200 watts in the presence of a magnetic field in the range of about +800 to -600 Gauss at the substrate site at a temperature of about 250 DEG C or less. The deposition step is also performed without voltage applied between the plasma and the substrate. An additional step in this method may be to remove the porous layer at selected sites of the porous film by corrosion to create an air gap, release or isolation structure.

더욱 특히, 본 발명은 기판을 제조하고; 침착도구 표면을 컨디쇼닝시키고; 플라즈마 침착도구를 사용하여 이온, 래디칼 및 그밖의 다른 여기된 종을 생성시키고; 플라즈마 챔버에 파워를 도입시키고; 플라즈마 침착도구 내로 전구체 가스를 공급하여 플라즈마를 점화시키고; 조절제를 사용하여 침착속도를 추가로 조절하고; 플라즈마 침착을 통해서 기판 상에 필름을 침착시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.More particularly, the present invention relates to a process for preparing a substrate; Conditioning the surface of the deposition tool; Plasma deposition tools are used to generate ions, radicals and other excited species; Introducing power into the plasma chamber; Supplying a precursor gas into the plasma deposition tool to ignite the plasma; Further adjusting the deposition rate using an adjusting agent; And depositing a film on the substrate through plasma deposition.

기판은 제공되는 기판의 타입에 따라 다공성 필름침착 전에 더 피복될 수도 있다. 기판은 전기적 격리, 평탄화 (planarizing), 원자운동 장벽, 스트레스 조정, 및 열커플링과 같은 기능에 유용한 물질들로부터 선택된 물질을 사용하여 피복시킨다. 기판은 액체 화학적부식 또는 플라즈마 화학적부식과 같은 표면조직화 (surface texturing)에 노출될 수도 있다.The substrate may be further coated before deposition of the porous film, depending on the type of substrate provided. The substrate is coated using materials selected from materials useful for functions such as electrical isolation, planarizing, atomic motion barrier, stress conditioning, and thermal coupling. The substrate may be exposed to surface texturing such as liquid chemical corrosion or plasma chemical corrosion.

상기 방법에서 사용된 플라즈마 침착도구는 고밀도 플라즈마 침착도구이다. 이 방법을 위해 특이적인 고밀도 플라즈마 침착도구는 전자사이클로트론 공명도구이다.The plasma deposition tool used in the method is a high density plasma deposition tool. A specific high-density plasma deposition tool for this method is the electron cyclotron resonance tool.

다공성은 피복, 플라즈마 파워, 기판-부위 자기장, 가스조성, 침착온도, 플라즈마-기판 바이아스 (bias), 챔버 컨디쇼닝, 공정압력, 침착가스 및 유속과 같은 기판처리에 의해서 조절될 수 있다. 침착/부식 필름에 충격을 주는 플라즈마 종의 에너지는 중요하며 낮게 유지시켜야 한다. 이러한 조절은 고밀도 플라즈마 시스템에 의해서 보장되는데, 예를 들어 ECR 도구에서 충격종의 운동에너지는 < 45 eV인 것으로 예상된다.Porosity can be controlled by substrate processing such as coating, plasma power, substrate-site magnetic field, gas composition, deposition temperature, plasma-substrate bias, chamber conditioning, process pressure, deposition gas and flow rate. The energy of the plasma species impacting the deposition / corrosion film is important and must be kept low. This regulation is ensured by a high density plasma system, for example the kinetic energy of the impact species in the ECR tool is expected to be <45 eV.

본 발명은 또한 칼럼상의 조절을 고려한다. 예를 들어, 높은 침착압력 (예를 들어, 20 mTorr)에서 칼럼은 실리콘의 경우에 다결정성 대신에 무정형으로 된다.The present invention also contemplates adjustment on the column. For example, at high deposition pressures (e.g., 20 mTorr), the column becomes amorphous instead of polycrystalline in the case of silicon.

또한, 본 발명은 장벽피복과 같은 단계에 의해서 기판을 제조하고; 챔버를 컨디쇼닝시키고; 고밀도 플라즈마 침착도구를 사용하여 이온, 래디칼 및 그밖의 다른 여기된 종을 생성시키고; 플라즈마 챔버에 파워를 도입시키고; 플라즈마를 점화시키기 위해 플라즈마 챔버 내로 H2가스 및 침착챔버 내로 SiH4가스와 같은 전구체 가스를 공급하고; 기판침착을 위한 온도를 약 250℃ 미만으로 유지시키고; 기판-부위 자기장과 같은 조절을 사용하여 침착속도를 추가로 조정하고; 기판 상에 필름을 침착시키는 단계를 포함하는 다공성 필름의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for producing a substrate by steps such as barrier coating; Conditioning the chamber; High density plasma deposition tools are used to generate ions, radicals and other excited species; Introducing power into the plasma chamber; Supplying a H 2 gas and a precursor gas, such as SiH 4 gas, into the deposition chamber into the plasma chamber to ignite the plasma; Maintaining the temperature for substrate deposition below about 250 ° C; Further adjusting the deposition rate using an adjustment such as a substrate-site field; And depositing a film on the substrate.

ECR 플라즈마 챔버내로 도입된 마이크로파 파워는 약 100 와트 내지 1200 와트, 바람직하게는 약 340 와트 내지 640 와트이다. 사용된 마이크로파 파워는 2.45 GHz의 주파수를 갖는다.The microwave power introduced into the ECR plasma chamber is from about 100 watts to 1200 watts, preferably from about 340 watts to 640 watts. The microwave power used has a frequency of 2.45 GHz.

본 발명에서 H2유속은 약 1 sccm 내지 500 sccm, 바람직하게는 약 10 내지 100 sccm이다. 본 발명에서 SiH4유속은 약 1 sccm 내지 300 sccm, 바람직하게는 약 2 내지 10 sccm이다.In the present invention, the H 2 flow rate is between about 1 sccm and 500 sccm, preferably between about 10 and 100 sccm. In the present invention, the SiH 4 flow rate is between about 1 sccm and 300 sccm, preferably between about 2 and 10 sccm.

더욱 특히, 본 발명은 수소 희석된 실란 (H2:SiH4)과 같은 전구체 가스와 함께 고밀도 플라즈마 침착도구를 사용하고; 튜너 (tuner)를 조정함으로써 반사된 파워를 최소화시키는 융합된 석영창 및 도파관 (waveguide)을 통해서 약 100 와트 내지 1200 와트의 마이크로파 파워를 ECR 챔버 내로 도입시키고; DC 전자석을 사용하여 기판의 부근에서 +800 내지 약 -600 가우스의 정자속밀도 (static magnetic flux density)를 설정하고; ECR 플라즈마 챔버 내의 가스 분산링 (dispersal ring)을 통해서 약 1 sccm 내지 500 sccm으로 H2가스를 공급하고; 기판 상부의 약 1.3 ㎝ 위치의 가스 분배링 (distribution ring)을 통해서 약 1 sccm 내지 300 sccm으로 SiH4가스를 침착챔버 내에 주입하고; 기판침착을 위해 250℃ 미만의 온도를 유지시키고; 기판 상에 필름을 침착시키는 단계를 포함하는 상술한 필름의 제조방법을 포함한다.More particularly, the present invention uses a high density plasma deposition tool with a precursor gas such as hydrogen diluted silane (H 2 : SiH 4 ); Introducing microwave power of about 100 to 1200 watts into the ECR chamber through a fused quartz window and a waveguide that minimizes the reflected power by tuning the tuner; Using a DC electromagnet to set a static magnetic flux density in the vicinity of the substrate of +800 to -600 Gauss; Supplying H 2 gas at about 1 sccm to 500 sccm through a dispersal ring in an ECR plasma chamber; Injecting the SiH 4 gas into the deposition chamber at about 1 sccm to about 300 sccm through the gas distribution ring (ring distribution) of from about 1.3 ㎝ position of the substrate and the top; Maintaining a temperature of less than 250 占 폚 for substrate deposition; And depositing a film on the substrate.

본 발명은 센서 (sensor), 탈착분광분석 구조물, 가스검출기, 및 플라즈마 표시분야, 유전체 분야, 측면저항성의 모니터링 및 튜브, 분류 및 크로마토그라피 적용분야를 위한 에어갭 (보이드) 구조물을 형성시키는데, 및 광학적 임피던스 (impedance) 적용분야를 위한 광전자 장치 및 태양전지와 같은 광학구조물에 사용될 수 있다. 이들 용도는 일반적으로 기판; 및 90% 이하의 다공성을 갖는 다결정성 또는 무정형 실리콘을 포함하며 기판 상에 배치되어 있는 다공성 연속필름을 갖는 복합구조물을 포함한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to a sensor, a desorption spectroscopy structure, a gas detector, and a plasma display field, a dielectric field, a monitoring of lateral resistance and forming an air gap structure for tubes, sorting and chromatographic applications, Can be used in optical structures such as optoelectronic devices and solar cells for optical impedance applications. These applications generally include a substrate; And a composite structure having a porous continuous film disposed on the substrate, the composite structure including polycrystalline or amorphous silicon having a porosity of 90% or less.

Claims (49)

약 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하는 다공성 필름.A porous film comprising a plurality of percussive portions extending into a void having a porosity of up to about 90%. 제1항에 있어서, 다수의 섭동부가 기판에 대하여 실질적으로 수직으로 배치되는 다공성 필름.The porous film of claim 1, wherein the plurality of perturbations are disposed substantially perpendicular to the substrate. 제1항에 있어서, 다수의 섭동부가 기본층에 대하여 실질적으로 수직으로 배치되는 다공성 필름.The porous film of claim 1, wherein the plurality of perturbations are disposed substantially perpendicular to the base layer. 제1항에 있어서, 다수의 섭동부가 막대형 형태의 칼럼인 다공성 필름.The porous film of claim 1, wherein the plurality of perturbing portions are columnar-shaped columns. 제1항에 있어서, 섭동부가 반도체성인 다공성 필름.The porous film according to claim 1, wherein the perturbing part is a semiconductor. 제1항에 있어서, 섭동부가 다결정성 또는 무정형인 다공성 필름.The porous film according to claim 1, wherein the perturbing part is polycrystalline or amorphous. 제6항에 있어서, 다결정성 또는 무정형 상이 실리콘 물질인 다공성 필름.The porous film of claim 6, wherein the polycrystalline or amorphous phase is a silicone material. 제1항에 있어서, 두께가 약 10 ㎚ 이상인 다공성 필름.The porous film of claim 1, having a thickness of about 10 nm or greater. 제1항에 있어서, 섭동부가 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚의 직경을 갖는 다공성 필름.2. The porous film of claim 1, wherein the perturbation portion has a diameter of about 1 nm to about 50 nm. 제9항에 있어서, 섭동부가 약 3 ㎚ 내지 7 ㎚의 직경을 갖는 다공성 필름.10. The porous film of claim 9, wherein the perturbation portion has a diameter of about 3 nm to 7 nm. 제1항에 있어서, 섭동부가 약 50 ㎚ 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 집속체에존재하는 다공성 필름.The porous film of claim 1, wherein the perturbation is present in a focusing body having a diameter of about 50 nm to 500 nm. 제1항에 있어서, 다공성이 기판 피복, 플라즈마 파워, 공정압력, 자기장, 플라즈마-기판 바이아스, 챔버 컨디쇼닝, 침착가스, 유속 및 침착온도 중의 적어도 하나에 의해서 조절가능한 다공성 필름.The porous film of claim 1, wherein the porosity is adjustable by at least one of substrate coating, plasma power, process pressure, magnetic field, plasma-substrate bias, chamber conditioning, deposition gas, flow rate and deposition temperature. 기판; 및 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하며 기판 상에 배치된 다공성 필름을 함유하는 복합구조물.Board; And a plurality of percussive portions extending into voids having a porosity of up to 90%, the porous structure comprising a porous film disposed on a substrate. 제13항에 있어서, 다공성 필름이 기판피복층 상에 배치되도록 기판피복층을 추가로 함유하는 복합구조물.The composite structure according to claim 13, wherein the porous film further contains a substrate coating layer so as to be disposed on the substrate coating layer. 제14항에 있어서, 기판피복층이 유기 절연체, 실리콘니트라이드 및 실리콘옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 피복물질인 복합구조물.15. The composite structure according to claim 14, wherein the substrate coating layer is at least one coating material selected from the group consisting of an organic insulator, silicon nitride and silicon oxide. 제14항에 있어서, 피복층이 압전체, 강유전체, 금속 및 반도체로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 활성물질인 복합구조물.The composite structure according to claim 14, wherein the coating layer is at least one active material selected from the group consisting of a piezoelectric material, a ferroelectric material, a metal and a semiconductor. 제13항에 있어서, 다공성 필름이 캡핑층과 기판 사이에 배치되도록 캡핑층을 추가로 함유하는 복합구조물.14. The composite structure of claim 13, further comprising a capping layer such that the porous film is disposed between the capping layer and the substrate. 제17항에 있어서, 캡핑층이 유기 절연체, 실리콘니트라이드 및 실리콘옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 절연물질인 복합구조물.18. The composite structure of claim 17, wherein the capping layer is at least one insulating material selected from the group consisting of an organic insulator, silicon nitride, and silicon oxide. 제17항에 있어서, 캡핑층이 압전체, 강유전체, 금속 및 반도체로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 활성물질인 복합구조물.The composite structure according to claim 17, wherein the capping layer is at least one active material selected from the group consisting of a piezoelectric material, a ferroelectric material, a metal and a semiconductor. 제13항에 있어서, 다공성 필름이 약 10 ㎚ 이상의 두께를 갖는 복합구조물.14. The composite structure of claim 13, wherein the porous film has a thickness of at least about 10 nm. 제13항에 있어서, 다공성 필름이 다결정성 또는 무정형인 복합구조물.14. The composite structure of claim 13, wherein the porous film is polycrystalline or amorphous. 제21항에 있어서, 다결정성 또는 무정형 다공성 필름이 막대형 섭동부의 이차원적인 주기적 어레이로 구조화된 복합구조물.22. The composite structure of claim 21, wherein the polycrystalline or amorphous porous film is structured with a two-dimensional periodic array of rod-shaped perturbations. 제22항에 있어서, 막대형 섭동부가 약 1 내지 50 ㎚의 직경을 갖는 복합구조물.23. The composite structure of claim 22, wherein the rod-like perturbation portion has a diameter of about 1 to 50 nm. 제22항에 있어서, 막대형 섭동부가 약 50 내지 500 ㎚의 직경을 갖는 집속체에 존재하는 복합구조물.23. The composite structure of claim 22, wherein the rod-like perturbation is present in a focusing body having a diameter of about 50 to 500 nm. 제13항에 있어서, 기판이 유리, 금속호일, 절연물질, 플라스틱 물질 및 반도체-함유 물질로 구성된 그룹으로부터 선택되는 복합구조물.14. The composite structure of claim 13, wherein the substrate is selected from the group consisting of glass, metal foil, insulating material, plastic material and semiconductor-containing material. 250℃ 미만의 온도에서 고밀도 플라즈마 침착을 통해서 기판 상에 다공성 필름을 침착시키는 단계를 포함함을 특징으로하여, 기판 및 다공성 필름을 함유하는 복합구조물을 형성시키는 방법.Depositing a porous film on the substrate through a high density plasma deposition at a temperature of less than 250 &lt; 0 &gt; C. 제26항에 있어서, 다공성 필름이 약 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하는 방법.27. The method of claim 26, wherein the porous film comprises a plurality of percussive portions extending into a void having a porosity of up to about 90%. 제26항에 있어서, 다공성 필름을 부식시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.27. The method of claim 26, further comprising the step of corroding the porous film. 제28항에 있어서, 침착 및 부식단계가 동시에 수행되는 방법.29. The method of claim 28 wherein the deposition and erosion steps are performed simultaneously. 제28항에 있어서, 부식이 수소, 염소, 불소, HCl, HF 및 그들의 유도체 래디칼에 의해서 수행되는 방법.29. The method of claim 28, wherein the corrosion is carried out by hydrogen, chlorine, fluorine, HCl, HF and their derivative radicals. 제26항에 있어서, 고밀도 플라즈마 침착이 실리콘-함유 가스를 포함하는 전구체 환경의 존재하에서 수행되는 방법.27. The method of claim 26, wherein the high density plasma deposition is performed in the presence of a precursor environment comprising a silicon-containing gas. 제31항에 있어서, 전구체 환경이 수소 및 실리콘-함유 가스로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 포함하는 방법.32. The method of claim 31, wherein the precursor environment comprises at least one gas selected from the group consisting of hydrogen and a silicon-containing gas. 제32항에 있어서, 실리콘-함유 가스가 실란인 방법.33. The method of claim 32 wherein the silicon-containing gas is silane. 제26항에 있어서, 침착단계가 기판 부근에서 약 +800 내지 -600 가우스 범위의 자기장의 존재하에 수행되는 방법.27. The method of claim 26, wherein the deposition step is performed in the vicinity of the substrate in the presence of a magnetic field in the range of about +800 to -600 Gauss. 제26항에 있어서, 침착단계가 약 100 와트 내지 1200 와트 범위의 마이크로파 여기주파수의 존재하에서 수행되는 방법.27. The method of claim 26, wherein the deposition step is performed in the presence of a microwave excitation frequency in the range of about 100 watts to 1200 watts. 제26항에 있어서, 침착단계가 플라즈마와 기판 사이에 가해지는 전압의 부재하에서 수행되는 방법.27. The method of claim 26, wherein the deposition step is performed in the absence of a voltage applied between the plasma and the substrate. 제26항에 있어서, 다공성 필름이 기판피복층 상에 배치되도록 복합구조물이 추가로 기판피복층을 포함하는 방법.27. The method of claim 26, wherein the composite structure further comprises a substrate coating layer so that the porous film is disposed on the substrate coating layer. 제37항에 있어서, 기판피복층이 유기 절연체, 실리콘니트라이드 및 실리콘옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 피복물질인 방법.38. The method of claim 37, wherein the substrate coating layer is at least one coating material selected from the group consisting of an organic insulator, silicon nitride and silicon oxide. 제37항에 있어서, 피복층이 압전체, 강유전체, 금속 및 반도체로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 활성물질인 방법.38. The method of claim 37, wherein the coating layer is at least one active material selected from the group consisting of a piezoelectric material, a ferroelectric material, a metal, and a semiconductor. 제26항에 있어서, 다공성 필름이 캡핑층과 기판 사이에 배치되도록 복합구조물이 추가로 캡핑층을 포함하는 방법.27. The method of claim 26, wherein the composite structure further comprises a capping layer such that the porous film is disposed between the capping layer and the substrate. 제40항에 있어서, 캡핑층이 유기 절연체, 실리콘니트라이드 및 실리콘옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 절연물질인 방법.41. The method of claim 40, wherein the capping layer is at least one insulating material selected from the group consisting of an organic insulator, silicon nitride, and silicon oxide. 제40항에 있어서, 캡핑층이 압전체, 강유전체, 금속 및 반도체로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 활성물질인 방법.41. The method of claim 40, wherein the capping layer is at least one active material selected from the group consisting of a piezoelectric material, a ferroelectric material, a metal, and a semiconductor. 제26항에 있어서, 다공성이 기판 피복, 플라즈마 파워, 공정압력, 자기장,플라즈마-기판 바이아스, 챔버 컨디쇼닝, 침착가스, 유속 및 침착온도 중의 적어도 하나에 의해서 조절가능한 방법.27. The method of claim 26, wherein the porosity is adjustable by at least one of substrate coating, plasma power, process pressure, magnetic field, plasma-substrate bias, chamber conditioning, deposition gas, flow rate and deposition temperature. 제26항에 있어서, 다공성 필름 내의 다공성 층의 적어도 일부분이 부식에 의해서 제거되어 에어갭, 릴리즈 또는 격리구조가 생성되도록 하는 방법.27. The method of claim 26, wherein at least a portion of the porous layer in the porous film is removed by corrosion to create an air gap, release or isolation structure. 기판; 및 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하며 기판 상에 배치된 다공성 필름을 갖는 복합구조물을 포함하는 센서.Board; And a composite structure having a porous film disposed on the substrate, the composite structure including a plurality of sliding portions extending into a void having a porosity of 90% or less. 제45항에 있어서, 측면저항, 광학적 또는 유전적 반응을 모니터링할 수 있는 센서.46. The sensor of claim 45, wherein the sensor is capable of monitoring lateral resistance, optical or genetic response. 기판; 및 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하며 기판 상에 배치된 다공성 필름을 갖는 복합구조물을 포함하는 가스검출기.Board; And a composite structure having a porous film disposed on the substrate, the composite structure including a plurality of sliding portions extending into a void having a porosity of 90% or less. 기판; 및 90% 이하의 다공성을 갖는 보이드 내로 연장되는 다수의 섭동부를 포함하며 기판 상에 배치된 다공성 필름을 갖는 복합구조물을 포함하는 분석장치.Board; And a composite structure having a porous film disposed on the substrate, the composite structure including a plurality of sliding portions extending into a void having a porosity of 90% or less. 제48항에 있어서, 탈착질량분광분석을 수행할 수 있는 분석장치.49. The apparatus of claim 48, capable of performing desorption mass spectrometric analysis.
KR1020017015496A 1999-06-03 2000-05-30 Deposited Thin Film Void-Column Network Materials KR20020046232A (en)

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